西昆仑阿什库勒大黑山火山岩浆作用过程研究

引用本文

于红梅, 赵波, 许建东, 魏费翔. 2017.西昆仑阿什库勒大黑山火山岩浆作用过程研究. 岩石学报, 33(1): 56-68 复制到剪切板

Yu HM, Zhao B, Xu JD and Wei FX. 2017. Magmatic processes of Daheishan volcano, Ashikule volcano cluster in the western Kunlun Mountains, China. Acta Petrologica Sinica, 33(1): 56-68(in Chinese with English abstract) 复制到剪切板

西昆仑阿什库勒大黑山火山岩浆作用过程研究

于红梅, 赵波, 许建东, 魏费翔

中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室, 北京 100029

2016-05-22 收稿; 2016-10-01 改回.

基金项目: 本文受国家自然科学基金项目（41372344）和中国地震局地质研究所基本科研业务专项（IGCEA1307）联合资助

第一作者简介: 于红梅, 女, 1981年生, 副研究员, 主要从事火山岩显微构造研究, E-mail:yuhongmei@ies.ac.cn

摘要: 西昆仑阿什库勒火山群位于青藏高原西北缘，由于环境恶劣，研究程度低。大黑山火山为该区内熔岩分布面积最广、喷发规模最大的一座火山。本次对大黑山火山岩的显微结构、斑晶类型和化学成分进行了详细的测试分析，讨论其反映的岩浆过程。大黑山火山成分具有一个较大的范围，包括玄武粗安岩、粗安岩和粗面岩，主要氧化物与SiO₂含量之间呈线性关系，说明三种类型岩浆存在岩浆演化关系。熔岩主要斑晶为辉石和斜长石，大量斑晶显示熔蚀、反环带和反应边结构，指示岩浆混合特征。温压计计算得到玄武粗安岩和粗安岩平衡温度在1124~1176℃之间，平衡压力在0.55~0.81GPa之间，对应的深度约16.5~24.3km，粗面岩的平衡温度1059~1071℃，平衡压力0.39~0.59GPa，对应深度11.8~17.7km。研究显示，大黑山火山下的主岩浆经历了玄武粗安岩、粗安岩和粗面岩的演化，三种岩浆可能以分层的形式同时存在于岩浆房中，三种岩浆存在着混合作用，并与周围偏酸性岩浆发生了混合作用。

关键词: 显微结构化学成分岩浆混合大黑山火山阿什库勒火山群

Magmatic processes of Daheishan volcano, Ashikule volcano cluster in the western Kunlun Mountains, China

YH HongMei, ZHAO Bo, XU JianDong, WEI FeiXiang

Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

Abstract: Western Kunlun Ashikule volcano cluster (AVC) is located in the northwestern edge of Qinghai-Tibet Plateau. Because of the severe natural environment, few researches have been done. Daheishan volcano has the widest lava area, and is the largest volcano in this area. The petrographic texture, phenocryst type and chemical composition of the volcanic rocks in Daheishan volcano were analyzed in detail, and their implication in magmatic process was discussed. The whole rock composition of Daheishan volcano has a large range, from basaltic trachyandensite, trachyandensite to trachyte, and the Harker diagrams show some linear relationships, which indicate the existence of magmatic evolution relationship between the three types of magma. Phenocrysts in Daheishan volcanic rocks are mainly pyroxene and plagioclase, most of which have characteristics of corrosion, reverse zoning and reaction boundary structure, indicating magma mixing. The results estimated by using thermobarometers show that the equilibrium temperatures of basaltic trachyandensite and trachyandensite are 1124~1176℃, and the equilibrium pressures are 0.55~0.81GPa, corresponding to the depth of about 16.5~24.3km. The equilibrium temperatures and pressures are 1059~1071℃ and 0.39~0.39GPa for trachyte, corresponding to the depth of 11.8~17.7km. Research shows that the primary magma under Daheishan volcano experienced an evolution from basaltic trachyandensite, trachyandensite to trachyte, and three types of magma characterized by layering may exist in the magma chamber at the same time, occurring magma mixing, and even mixing with the surrounding acidic magma.

Key words: Texture Chemical composition Magma Mixing Daheishan volcano Ashikule volcanic cluster

在昆仑山脉和羌塘微板块之间广泛分布着一系列新生代高钾钙碱性火山岩。作为板块俯冲、碰撞及高原形成、演化过程中深部地质作用事件的浅部响应, 该系列火山岩是探索新生代以来高原岩石圈物质组成、壳幔结构及其相互作用方式以及高原隆升机制的“重要窗口”，一直为国内外地学研究者关注的热点(Deng, 1991; Arnaud et al., 1992; Turner et al., 1993, 1996; Cooper et al., 2002; Ding et al., 2003; 林金辉, 2003; Williams et al., 2004; Chi et al., 2005; Zhang et al., 2004, 2008; Guo et al., 2006; Chen et al., 2012; Yu et al., 2014)。

西昆仑阿什库勒火山群位于青藏高原西北缘，阿尔金断裂带、东昆仑断裂带西端与康西瓦断裂带交汇处的地堑地区，由10余座主火山和数十个子火山组成(图 1)，这些火山几乎均为中心式喷发，形成圆锥状或截顶圆锥状火山锥，熔岩面积约200km²(刘若新，2000)。火山群中大多数的火山是第四纪形成的，据新疆日报报道，其中的阿什火山在1951年5月27日曾经喷发过，因此引起了许多学者的关注。韦伟等(2015)通过高分辨率的地震层析成像结果证实在该区下方存在明显低速异常及岩浆上涌通道。

图 1 阿什库勒火山群位置及火山分布图(据Yu et al., 2014 阿什库勒火山群地理位置(a)、区域构造位置(b)和火山分布情况(c, 据刘嘉麒和买买提·依明，1990修改).1-主火山；2-子火山；3-海拔高度；4-全新世和晚更新世火山岩；5-中更新世火山岩；6-全新世沉积物；7-戈壁沙漠；8-前中生代老地质体 Fig. 1 Geographical position of Ashikule volcanic cluster (AVC) and distribution of volcanoes in AVC (after Yu et al., 2014)

由于环境恶劣，对于该火山群的研究程度还很低。前人曾在野外地质、喷发期次和岩石地球化学等方面做过一些工作(邓万明, 1978, 1989a, b, 1991, 1998, 2003a, b；刘嘉麒和买买提·依明，1990；李栓科，1991；刘嘉麒，1999；潘家伟，2011；许建东等, 2011, 2014；潘家伟等，2013；赵波等，2014；冯民等，2014；申欢欢等，2014；Yu et al., 2014)。刘嘉麒和买买提·依明(1990)测试该区火山岩K-Ar年龄并得到最老2.8Ma，同时制作了该区首张火山岩分布图。潘家伟(2011)研究认为阿什库勒火山群中火山的形成与阿尔金断裂带的走滑活动关系密切。许建东等(2014)通过对该区详细的野外考察和Ar-Ar同位素年代测试分析，确定了阿什库勒盆地火山活动的第四纪时期活动历史。邓万明(1978, 1998)、刘嘉麒和鄂莫岚(1990)对该区火山岩进行了系统的岩石学和岩石地球化学分析，结果显示该区火山岩主要为高钾粗安岩。作者曾对其中的阿什山火山进行过详细的岩浆活动特征研究，发现阿什山火山成分单一，均投点为粗安岩，但是存在明显的岩浆混合作用，造成粗安岩明显分为了两个集中区(Yu et al., 2014)。

大黑山火山是阿什库勒火山群中熔岩流分布面积最广、喷发规模最大的火山，其熔岩流分布面积约占了整个火山群熔岩面积的一半。赵波等(2014)研究了该火山锥体的火山机构，并重点对该火山晚期碎成熔岩的地质特征及成因进行了探讨。但是对其样品的岩相学特征及其反映的岩浆活动特征未进行深入研究。本次对大黑山火山岩的显微结构、斑晶类型和化学成分进行了详细的测试分析，利用温压计计算岩浆的平衡温度和压力，讨论该火山岩浆作用过程，这对理解整个火山群的岩浆活动特征具有重要意义。

1 大黑山火山介绍

大黑山火山位于火山群中北部，阿什库勒湖东北(图 1c)，地理坐标35°46′22″N，81°37′10″E，海拔高度5104m (刘若新，2000)。大黑山火山为大型复式火山(刘嘉麒和买买提·依明，1990；邓万明，1998)，锥体由火山渣锥、溅落锥和寄生火山锥组成(许建东等，2014；赵波等，2014)，整体形态保存差，锥体具有多个熔岩溢出口。周围溢出大面积的熔岩流，面积约100km²，自锥体向东流动最远，约15km。锥体南部溢出口溢出一条明显的熔岩流，距离约1.3km (图 2)，赵波等(2014)认为该熔岩流为最新一期喷发物，显示碎成熔岩特征，为喷泉式喷发形成。刘嘉麒和买买提·依明(1990)测试大黑山熔岩K-Ar年龄为0.5Ma和0.6Ma，许建东等(2014)利用⁴⁰Ar/³⁹Ar测年方法测得大黑山火山熔岩年龄在0.46±0.02Ma~0.61±0.05Ma之间，可见大黑山火山喷发时代属于中更新世，具有多期喷发特征。在大黑山火山锥体和熔岩流内均采集了样品，样品位置标于图 2中。

图 2 大黑山火山熔岩流分布图及样品采集位置(年龄数据据许建东等，2014) Fig. 2 Distribution of Daheishan lava flows and sampling location (⁴⁰Ar/³⁹Ar ages are from Xu et al., 2014)

2 全岩主量元素含量

大黑山全岩成分虽然全为中性岩(表 1)，但SiO₂含量范围比较大，在52.87%~65.68%之间，MgO含量为1.41%~4.32%，CaO含量为2.77%~8.52%，Al₂O₃含量范围较小，13.63%~15.03%。归一化后投点在TAS图中显示，大黑山火山岩岩性包括了玄武粗安岩、粗安岩和粗面岩，三种成分不连续(图 3)。K₂O/Na₂O比值在1.1~1.64之间，属于钾玄岩系列。邓万明(1998)对该火山区火山岩分析结果显示该区火山岩还包括有响岩质碱玄岩和流纹岩(图 3)，本火山无这两种岩性的火山岩。

表 1 大黑山全岩主量元素百分含量(wt%)(数据据赵波等，2014) Table 1 Whole rock major element analyses of Daheishan volcanic rocks (wt%)(data from Zhao et al., 2014)

样品号	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	H₂O⁺	H₂O^-	LOI	Total
514-01	52.87	2.14	13.63	1.54	6.06	0.12	3.89	8.52	2.80	3.17	1.06	0.82	1.08	3.82	99.62
516-09	54.06	2.25	14.11	0.54	7.21	0.13	4.09	7.02	2.95	3.28	1.13	1.43	0.61	2.89	99.66
516-02	55.63	1.63	13.80	0.65	5.80	0.10	3.71	7.80	2.94	3.74	0.83	0.70	0.39	3.02	99.65
516-03	56.19	1.92	14.07	1.25	5.75	0.12	3.65	6.64	2.94	3.59	0.94	1.13	0.36	2.58	99.64
516-04	56.94	1.96	14.30	1.24	6.01	0.12	3.66	6.06	3.00	3.59	0.95	0.69	0.47	1.83	99.65
516-05	57.61	1.98	14.33	0.73	6.44	0.12	3.57	5.98	3.00	3.65	0.97	0.43	0.23	1.31	99.67
516-07	57.01	1.98	14.23	0.71	6.47	0.12	3.62	6.03	2.97	3.62	0.96	0.94	0.33	1.94	99.64
514-08	57.27	1.62	14.32	3.87	2.80	0.10	4.32	5.39	3.21	3.90	0.77	1.20	0.40	2.08	99.65
514-06	58.13	1.95	14.59	4.44	3.09	0.11	3.38	5.65	2.83	3.76	0.95	0.47	0.10	0.73	99.62
521-4	61.98	1.31	14.44	0.77	4.48	0.08	2.40	4.25	3.32	4.55	0.61	0.89	0.24	1.48	99.68
521-1	63.75	1.04	15.03	0.88	3.74	0.07	1.95	3.52	3.43	4.79	0.45	0.63	0.23	1.06	99.70
DHS-2	65.68	0.96	14.47	0.52	3.59	0.06	1.41	2.77	3.35	5.50	0.39	0.66	0.27	1.00	99.70

表 1 大黑山全岩主量元素百分含量(wt%)(数据据赵波等，2014) Table 1 Whole rock major element analyses of Daheishan volcanic rocks (wt%)(data from Zhao et al., 2014)

图 3 大黑山全岩TAS图(据Le Maitre et al., 1989) Fig. 3 TAS diagram of Daheishan volcanic rocks (after Le Maitre et al., 1989)

在大黑山火山岩的Harker图中(图 4)，CaO、MgO、FeO^T、MnO、TiO₂和P₂O₅与SiO₂含量明显的线性负相关，K₂O与SiO₂含量明显的线性正相关，Na₂O和Al₂O₃与SiO₂含量关系不明显。主量元素相关性说明三种成分的岩浆之间存在岩浆演化关系，岩浆的演化主要与辉石、钛铁矿的分离结晶作用有关。

图 4 大黑山全岩Harker图 Fig. 4 Harker diagrams for volcanic rocks in Daheishan

3 大黑山火山岩显微结构特征

大黑山火山岩为渣状和块状熔岩，具有很高的气孔含量。把在大黑山采集的火山岩样品磨制成薄片在偏光显微镜下进行观察。

玄武粗安岩气孔含量高，30%~40%，气孔不规则，较大，一般1~5mm，显微镜下为斑状结构，斑晶含量低， < 2%，为熔蚀的斜方辉石斑晶，大小一般1~2mm，并见一斜方辉石和橄榄石聚晶，2mm左右，熔蚀(图 5a，b)。基质中大量的针状长石微晶和粒状橄榄石微晶(图 5c，d)。

图 5 玄武粗安岩样品显微结构照片 (a)熔蚀的橄榄石和辉石聚晶，正交偏光；(b)熔蚀的辉石斑晶，正交偏光(薄片略厚)；(c)辉石斑晶，基质中大量的长条状斜长石微晶和粒状橄榄石微晶，正交偏光；(d)为图(c)的背散射图像.Opx-斜方辉石; Ol-橄榄石; G-玻璃基质; Pl-斜长石 Fig. 5 Photomicrographs of basaltic trachyandesite

粗安岩呈气孔状气孔含量高，30%~50%，显微镜下斑状结构，斑晶主要为斜方辉石和斜长石，含量约5%，辉石大小在0.5~1mm之间，部分自形，可见环带，部分辉石熔蚀严重(图 6a，b)，极个别的大粒辉石为单斜辉石。斜长石斑晶，半自形-他形，大小在1~3mm之间，一般具有约30μm厚的反应边，图 6c，d。另外还含有很少量的碱性长石(图 6a)。基质为黑色玻璃质，不见微晶。

图 6 粗安岩显微结构照片 (a)自形斜方辉石和半自形碱性长石，正交偏光(薄片略厚)；(b)熔蚀严重的单斜辉石和斜方辉石斑晶，正交偏光；(c)具有反应边的斜长石斑晶，单偏光；(d)为图(c)的背散射图像. Cpx-单斜辉石; Afs-碱性长石 Fig. 6 Photomicrographs of trachyandensite

粗面岩气孔含量降低，5%~10%，斑晶含量升高，约10%，以斜长石斑晶为主，7%左右，长石斑晶较大，一般1~4mm，最大长石长轴7.8mm，自形-半自形，部分内部熔蚀，部分具有反应边结构(图 7a，b)。辉石斑晶含量低，约3%，半自形，辉石具有暗色边(图 7c，d)。另外还含有钛铁矿，黑云母等，含量较低。基质为玻璃质，含少量的辉石和斜长石微晶。

图 7 粗面岩显微结构照片 (a)内部强烈熔蚀的斜长石斑晶，单偏光；(b)具有反应边的斜长石斑晶，单偏光；(c)自形斜方辉石，具有黑色暗化边，单偏光；(d)为图(c)的背散射图像. Pl-长石; V-气孔 Fig. 7 Photomicrographs of trachyte

4 斑晶成分

对熔岩中的橄榄石、辉石和斜长石斑晶进行了电子探针测试，测试是在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学实验室完成的，所用仪器为日本JEOL公司JXA8100型电子探针。实验条件：电压15kV，束流20nA，束斑直径5μm。测试结果列于表 2、表 3、表 4中。

表 2 大黑山火山熔岩内橄榄石斑晶电子探针分析(wt%) Table 2 Electron microprobe analyses of olivine phenocrysts and matrix olivine in Daheishan volcanic rocks (wt%)

测点号	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	Cr₂O₃	NiO	Total	Fo	备注
516-09-1	38.29	0.03	0.06	18.21	0.23	42.06	0.18	0.02	0.00	0.00	0.02	99.09	80.45	熔蚀
516-09-2	36.22	0.03	0.15	28.09	0.35	32.43	2.02	0.06	0.04	0.02	0.06	99.47	67.29	微斑晶
516-09-3	36.45	0.03	0.02	28.46	0.43	33.63	0.27	0.04	0.02	0.02	0.03	99.40	67.80	微斑晶
516-09-4	36.18	0.01	0.02	29.51	0.38	33.05	0.22	0.00	0.01	0.04	0.06	99.47	66.62	微斑晶
516-09-5	36.61	0.06	0.00	29.13	0.39	33.09	0.24	0.00	0.00	0.04	0.07	99.62	66.93	微斑晶
516-09-6	35.86	0.12	0.02	30.83	0.42	31.45	0.31	0.00	0.02	0.03	0.06	99.12	64.51	微斑晶
516-02-1	35.19	0.11	0.08	36.51	0.47	27.28	0.32	0.01	0.05	0.26	0.05	100.32	57.11	微晶
516-02-2	36.12	0.42	0.48	33.68	0.51	27.04	1.28	0.12	0.17	0.03	0.09	99.94	58.86	微晶
注：Fo^#=100Mg/(Mg+∑Fe)，计算是基于氧的数目

表 2 大黑山火山熔岩内橄榄石斑晶电子探针分析(wt%) Table 2 Electron microprobe analyses of olivine phenocrysts and matrix olivine in Daheishan volcanic rocks (wt%)

表 3 大黑山火山熔岩内辉石斑晶电子探针分析(wt%) Table 3 Electron microprobe analyses of pyroxene phenocrysts in Daheishan volcanic rocks (wt%)

测点号	矿物	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	Cr₂O₃	NiO	Total	Mg^#	Wo	En	Fs
516-09-1-1	Opx	53.64	0.38	3.05	11.68	0.17	27.97	2.04	0.11	0.00	0.07	0.01	99.11	81.0	4.08	77.77	18.16
516-09-1-2	Opx	52.74	0.46	1.18	16.23	0.34	25.72	2.19	0.04	0.03	0.26	0.03	99.22	73.9	4.38	71.41	24.22
516-09-2	Opx	52.78	0.43	1.73	17.67	0.33	24.55	1.75	0.07	0.00	0.08	0.02	99.40	71.2	3.54	68.97	27.49
516-09-3-1	Opx	52.91	0.46	1.91	16.56	0.30	25.51	1.95	0.09	0.00	0.15	0.00	99.84	73.3	3.93	71.26	24.81
516-09-3-2	Opx	51.58	0.36	2.35	16.39	0.27	25.19	1.97	0.10	0.01	0.12	0.00	98.35	73.3	4.04	71.99	23.97
516-02-1-1c	Opx	50.44	0.41	3.29	21.44	0.45	22.41	1.35	0.05	0.00	0.10	0.00	99.93	65.1	2.82	64.96	32.23
516-02-1-1c	Opx	51.04	0.45	3.23	20.98	0.45	22.06	1.32	0.06	0.01	0.11	0.00	99.70	65.2	2.75	63.85	33.40
516-02-1-1m	Opx	53.38	0.31	2.50	13.94	0.33	26.78	1.78	0.06	0.01	0.12	0.05	99.25	77.4	3.57	74.64	21.79
516-02-1-1r	Opx	53.72	0.32	2.38	12.63	0.26	28.38	1.90	0.08	0.00	0.08	0.01	99.77	80.0	3.76	78.14	18.09
516-02-2-1	Opx	53.93	0.26	3.27	11.35	0.24	28.52	1.91	0.15	0.01	0.13	0.00	99.77	81.8	3.81	79.06	17.13
516-02-2-2c	Opx	50.17	0.52	1.43	28.34	0.61	16.69	1.67	0.03	0.02	0.01	0.00	99.50	51.2	3.54	49.21	47.25
516-02-2-2c	Opx	49.53	0.54	1.69	27.97	0.48	17.90	1.55	0.05	0.00	0.17	0.01	99.88	53.3	3.28	52.54	44.18
516-02-2-2r	Opx	51.42	0.60	1.06	21.84	0.42	22.24	1.82	0.06	0.00	0.06	0.01	99.53	64.5	3.68	62.75	33.56
516-02-2-2r	Opx	51.09	0.31	1.12	25.49	0.58	19.53	1.64	0.06	0.00	0.05	0.02	99.88	57.7	3.40	56.31	40.28
516-02-3-1c	Opx	52.41	0.42	2.73	17.22	0.36	24.66	1.85	0.10	0.00	0.09	0.01	99.84	71.9	3.77	69.75	26.49
516-02-3-1c	Opx	51.61	0.47	2.88	17.65	0.34	24.36	1.86	0.14	0.00	0.10	0.05	99.44	71.1	3.84	69.73	26.43
516-02-3-1c	Opx	51.00	0.62	4.22	17.34	0.29	24.13	1.82	0.11	0.00	0.12	0.06	99.71	71.3	3.78	69.75	26.47
516-02-3-1r	Opx	52.28	0.62	2.10	16.29	0.30	25.64	2.15	0.05	0.00	0.12	0.05	99.59	73.7	4.33	71.90	23.77
516-02-3-1c	Opx	53.31	0.29	2.23	14.23	0.22	27.04	1.95	0.10	0.02	0.13	0.02	99.53	77.2	3.91	75.26	20.83
516-02-3-1r	Opx	51.93	0.37	3.12	18.01	0.38	24.44	1.40	0.04	0.00	0.13	0.01	99.82	70.8	2.87	69.44	27.70
516-02-5-1	Opx	50.26	0.42	1.59	28.07	0.51	17.53	1.57	0.04	0.00	0.00	0.00	99.97	52.7	3.30	51.36	45.34
516-02-5-1	Opx	49.27	0.43	1.16	30.62	0.70	14.83	1.80	0.03	0.01	0.15	0.03	99.02	46.3	3.88	44.47	51.65
516-02-6-1c	Cpx	51.85	0.23	5.74	3.32	0.07	14.92	23.21	0.47	0.02	0.03	0.00	99.87	88.9	49.80	44.51	5.69
516-02-6-1r	Cpx	50.58	0.68	3.38	8.76	0.20	16.96	17.00	0.52	0.00	0.30	0.03	98.41	77.5	36.66	50.86	12.49
516-02-1	Opx	53.67	0.37	0.75	15.79	0.33	26.32	1.97	0.04	0.03	0.07	0.04	99.36	74.8	3.88	72.28	23.84
516-02-2	Opx	51.31	0.57	1.98	19.19	0.38	23.31	2.22	0.04	0.00	0.09	0.04	99.14	68.4	4.56	66.58	28.85
521-4-1c	Opx	47.97	0.27	1.24	35.95	0.77	11.51	1.60	0.13	0.06	0.11	0.01	99.62	36.3	3.56	35.54	60.90
521-4-1r	Opx	49.73	0.09	1.22	29.47	0.63	16.96	0.80	0.08	0.05	0.09	0.03	99.15	50.6	1.72	50.53	47.74
521-4-1-1	Opx	49.00	0.28	0.95	34.15	0.70	13.49	1.94	0.11	0.02	0.03	0.00	100.66	41.3	4.16	40.19	55.65
521-4-1-2	Opx	48.20	0.27	0.89	34.89	0.80	12.27	2.04	0.10	0.03	0.06	0.00	99.55	38.5	4.45	37.20	58.35
521-4-1-3	Opx	49.59	0.32	1.23	30.77	0.64	15.36	2.02	0.06	0.01	0.01	0.01	100.02	47.1	4.32	45.62	50.06
521-4-1-2c	Opx	52.44	0.41	3.18	17.74	0.27	24.20	1.80	0.12	0.00	0.04	0.00	100.19	70.9	3.67	68.63	27.71
521-4-1-2r	Opx	49.51	0.46	2.52	25.06	0.45	19.68	1.54	0.09	0.03	0.19	0.01	99.53	58.3	3.28	58.18	38.54
521-4-2	Opx	47.49	0.25	0.76	39.10	1.15	9.80	1.36	0.04	0.01	0.03	0.00	99.99	30.9	3.00	30.00	67.00
521-4-3-1	Cpx	49.83	0.80	3.72	8.41	0.16	16.18	17.58	0.53	0.00	0.25	0.01	97.47	77.4	38.47	49.25	12.28
521-4-3-2	Opx	54.03	0.34	3.46	12.36	0.22	26.42	1.76	0.16	0.01	0.16	0.01	98.92	79.2	3.64	76.05	20.31
521-4-3-3	Cpx	49.99	0.84	3.40	8.00	0.20	15.93	18.44	0.51	0.02	0.24	0.02	97.57	78.0	40.16	48.27	11.56
521-4-3-4	Cpx	49.15	0.74	2.05	11.93	0.28	13.72	19.07	0.29	0.00	0.10	0.00	97.31	67.2	41.34	41.38	17.28
521-4-6c	Cpx	49.75	0.83	3.52	8.77	0.24	15.76	17.44	0.52	0.05	0.15	0.00	97.03	76.2	38.34	48.21	13.45
521-4-6r	Cpx	49.90	0.85	3.65	8.82	0.20	15.85	17.55	0.54	0.04	0.13	0.00	97.53	76.2	38.46	48.32	13.22
注：Mg^#=100Mg/(Mg+∑Fe)，cpx-单斜辉石，opx-斜方辉石，端元组分计算是基于氧的数目，c-晶体核部，r-晶体边部，m-晶体核部与边部之间

表 3 大黑山火山熔岩内辉石斑晶电子探针分析(wt%) Table 3 Electron microprobe analyses of pyroxene phenocrysts in Daheishan volcanic rocks (wt%)

表 4 大黑山熔岩内斜长石斑晶电子探针分析(wt%) Table 4 Electron microprobe analyses of plagioclase phenocrysts in Daheishan volcanic rocks (wt%)

测点号	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	Cr₂O₃	NiO	Total	An	Ab	Or
516-09-1微晶	54.15	0.11	27.22	0.40	0.00	0.11	11.89	3.87	0.67	0.02	0.00	98.43	60.39	35.56	4.05
516-09-2微晶	54.26	0.11	27.50	0.46	0.00	0.10	11.81	4.09	0.68	0.00	0.00	99.01	58.97	36.97	4.05
516-02-4-1	57.11	0.06	25.98	0.29	0.00	0.01	9.73	5.14	0.75	0.02	0.00	99.08	48.82	46.70	4.48
516-02-4-1	57.07	0.07	26.27	0.32	0.00	0.01	9.60	5.35	0.73	0.01	0.00	99.42	47.67	48.05	4.28
516-02-5-1c	57.22	0.07	25.80	0.32	0.00	0.02	9.56	5.30	0.81	0.00	0.03	99.13	47.56	47.67	4.77
516-02-5-1c	58.58	0.07	25.30	0.29	0.01	0.03	8.86	5.55	0.89	0.00	0.02	99.59	44.39	50.29	5.32
516-02-5-1r	56.85	0.20	25.29	0.93	0.00	0.18	10.08	4.37	1.36	0.03	0.00	99.28	51.42	40.33	8.25
516-02-6-1c	59.62	0.05	24.63	0.32	0.04	0.00	7.74	6.23	1.16	0.04	0.01	99.84	37.97	55.26	6.76
516-02-6-1c	60.87	0.03	23.66	0.32	0.05	0.00	7.04	6.34	1.42	0.02	0.04	99.76	34.84	56.78	8.39
516-02-6-1r	56.65	0.24	25.50	1.15	0.00	0.25	9.85	4.29	1.46	0.05	0.03	99.48	50.91	40.13	8.96
521-4-1	59.26	0.07	24.33	0.31	0.01	0.00	7.76	5.96	1.08	0.08	0.02	98.89	39.15	54.35	6.50
521-4-2-1	58.92	0.03	24.58	0.22	0.00	0.00	8.16	6.03	0.99	0.08	0.06	99.07	40.29	53.91	5.80
521-4-2-2	58.51	0.06	24.35	0.25	0.04	0.01	7.66	5.95	1.51	0.08	0.00	98.42	37.91	53.21	8.88
521-4-4	58.08	0.05	24.98	0.34	0.02	0.00	8.63	5.77	0.96	0.10	0.03	98.94	42.69	51.63	5.67
521-4-5c	57.69	0.07	25.19	0.30	0.02	0.03	8.77	5.52	1.26	0.05	0.03	98.91	43.28	49.29	7.43
521-4-5r	58.55	0.00	24.57	0.28	0.00	0.01	7.94	5.65	1.40	0.06	0.00	98.45	40.04	51.58	8.38
注：端元组分计算是基于氧的数目，c-晶体核部，r-晶体边部

表 4 大黑山熔岩内斜长石斑晶电子探针分析(wt%) Table 4 Electron microprobe analyses of plagioclase phenocrysts in Daheishan volcanic rocks (wt%)

橄榄石主要存在于玄武粗安岩的微斑晶和粗安岩的微晶中。玄武粗安岩中橄榄石微斑晶Fo=64.5~67.8，属透铁橄榄石，仅1粒熔蚀橄榄石斑晶Fo值达80.45，属贵橄榄石。粗安岩中橄榄石微晶Fo值低57.1~58.86，为透铁橄榄石。

辉石大黑山样品中普遍存在辉石斑晶，辉石以斜方辉石为主，单斜辉石较少，粗面岩中略多一些。单斜辉石成分主要为普通辉石，端元组分为Wo_36.66-41.3En_41.38-50.86Fs_11.56-17.2，Mg^#=67.2~78.0，只有1个辉石斑晶的核部成分为透辉石。单斜辉石基本熔蚀严重，测试成分误差较大。斜方辉石成分范围较广，其端元组分Wo_1.72-4.56En_30-79.6Fs_17.13-67，Mg^#=30.9~81.8，包括了古铜辉石，紫苏辉石、铁紫苏辉石(图 8)。

图 8 辉石斑晶成分投点图 Fig. 8 Compositional plots for pyroxene

斜长石玄武粗安岩中斜长石微晶An值最高，在60左右，为拉长石，其他为中长石，端元组分为An_34.83-51.42Ab_40.13-56.78Or_4.28-8.96(图 9)。除了一些低An值得核，粗安岩中斜长石的An值(An=44~51)均大于粗面岩中斜长石的An值(An=38~43)。

图 9 斜长石成分投点图 Fig. 9 Compositional plots for plagioclase

5 温压条件计算

温压计最初应用研究于火山岩中的包体，获取包体源区的温度、压力和来源深度等信息。之后，在利用斑晶与熔体的平衡获得岩浆的温度和压力方面也得到了很好的应用(马鸿文，1999；Putirka et al., 2003；Putirka，2008；Wang et al., 2012; Ruprecht et al., 2012; Neave et al., 2013; Cassidy et al., 2015)。为了更好地理解岩浆房的物理条件，本次利用Putirka (2008)斜方辉石-熔体温压计和斜长石-熔体温度计估算大黑山火山熔岩的平衡温压条件。

首先确定矿物与熔体之间的平衡，斜方辉石与熔体之间的平衡利用斜方辉石和熔体之间的Fe-Mg交换系数K_D来确定，若K_D(Fe-Mg)^opx-liq介于0.29±0.06之间，说明斜方辉石与熔体之间是平衡的(Putirka，2008)。对于斜长石，斜长石和熔体之间的平衡常数K_D(An-Ab)^pl-liq并非常数，而是对温度比较敏感，在温度T < 1050℃时，它的值应为0.1±0.05，在T>1050℃应为0.27±0.11(Putirka, 2008)。

挑选K_D值介于平衡值间的数据结果列于表 5和表 6中，可以看到，玄武粗安岩和粗安岩平衡温度和压力差异不大，温度在1124~1176℃之间，压力在0.55~0.81GP之间，对应的深度约16.5~24.3km，粗面岩的平衡温度和压力相对略低，温度1059~1071℃，压力0.39~0.59GP，对应深度11.8~17.7km。本次计算的大黑山火山岩浆深度与阿什火山粗安岩岩浆深度13~25km (Yu et al., 2014)接近。利用斜长石-熔体温度计计算得到的结果与利用斜方辉石-熔体温度计计算得到的结果相近(表 6)。

表 5 斜方辉石-熔体温压计计算得到的大黑山熔岩平衡温度和压力 Table 5 Calculated orthopyroxene-liquid equilibrium temperature and pressure of Daheishan volcano

表 6 斜长石-熔体温压计计算得到的大黑山熔岩平衡温度 Table 6 Calculated plagioclase-liquid equilibrium temperature of Daheishan volcano

6 讨论 6.1 岩浆房内的岩浆混合

通过对斑晶的成分和结构研究可以揭露斑晶结晶过程中的一些岩浆活动特征(Gioncada et al., 2005; Viccaro et al., 2010, 2012; Nicotra et al., 2014; Renjith, 2014)。大黑山火山岩中的辉石和斜长石显示了复杂的成分和结构特征，反映复杂的岩浆系统。

大黑山火山辉石斑晶的成分范围较大，Mg^#值明显显示三个峰值，分别为70~80、50~55和35~40 (图 10)。玄武粗安岩中辉石Mg^#=71-81，为古铜辉石。

图 10 辉石的Mg^#直方图 Fig. 10 Histogram of pyroxene Mg^#

而粗安岩中的辉石成分较复杂，含有正环带、反环带斑晶及具有反应边的结构特征。利用电子探针测试自形的辉石斑晶Mg^#在70~77之间。具有反环带的辉石斑晶核部Mg^#=65，边部Mg^#=77~80，边部出现高Mg^#指数说明岩浆可能与相对偏基性的岩浆发生了混合作用(图 11a)。具有反应边的辉石核部Mg^#=51~53，反应边Mg^#=57.7~64.5，反映形成核部的岩浆成分更偏酸性。粗安质岩浆可能受到偏基性岩浆的补给，后来与相对偏酸性的岩浆发生混合作用。

图 11 大黑山火山斜方辉石和斜长石斑晶背散射图 (a)粗安岩中反环带斜方辉石; (b)粗安岩中具有反应边的斜方辉石；(c、d)粗面岩中正环带和反环带斜方辉石；(e、f)粗安岩中具有反应边的斜长石 Fig. 11 Backscattered images of orthopyroxene and plagioclase phenocrysts in Daheishan volcanic rocks

粗面岩中发现熔蚀严重的辉石，Mg^#=67~79，它们与岩浆处于非平衡状态，为捕虏晶。粗面岩中辉石较多具有暗色氧化边，这样的辉石核部具有较高Mg^#(70左右)，边部Mg^#明显下降(58.3)(图 11c)，核部岩浆更基性，温度更高，之后受冷产生偏酸性的暗化边。另外还存在具有反环带的辉石，如图 11d，核部Mg^#=36.3，该成分是大黑山熔岩中Mg^#最低的一种辉石成分，边部明显升高到50.6。

粗安岩中很多斜长石具有生长边，该类型的斜长石核部的An值相对低，如图 11e，An=34.8~47.56，生长边的An明显升高，达An=50.91~51.42，反映岩浆从酸性到基性的变化特征。粗面岩中斜长石斑晶的An值在37~43之间(表 4)，因此，粗安岩中具有生长边的斜长石的低An核部可能来自粗面岩。

以上分析显示大黑山下主岩浆经历了从玄武粗安岩、粗安岩到粗面岩的演化，并且三种岩浆可能同时存在于岩浆房中，并出现分层，最底部为玄武粗安岩，向上为粗安岩，最上面为粗面岩成分，三种岩浆存在着混合作用，并卷入部分围岩，造成了斑晶中熔蚀、反应边和生长边等结构特征。大黑山熔岩中无基性捕虏晶，说明底部基性岩浆补给的作用不大。虽然在玄武粗安岩中发现一贵橄榄石，Fo=80.45，镜下特征见图 5a，但并非显示捕虏晶特征。其与辉石组成聚晶，辉石的Mg^#=81，成分并非明显高于其它辉石斑晶成分，所以推测其为早期结晶的斑晶。几个位置点测试的⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄时间跨度较小，在0.46±0.02Ma~0.61±0.05Ma之间，说明几种岩浆同时存在是有可能的。

6.2 岩浆房之间的岩浆混合

作者曾对阿什火山的研究显示，阿什火山除了主岩浆外还存在偏酸性岩浆(Yu et al., 2014)，结晶了An为30~40的斜长石和Mg^#为56~66的紫苏辉石。但是在阿什火山并未发现酸性岩浆。大黑山火山是阿什库勒火山群中最大的火山，并且紧邻阿什火山。同时大黑山火山粗面岩岩浆深度约11.8~17.7km，与阿什火山岩浆房深度相近。因此，这种偏酸性的岩浆可能来自大黑山火山的粗面岩。也就是说阿什火山岩浆房可能与大黑山火山岩浆通过一个管道相连。大黑山火山喷发年代早于阿什火山(许建东等，2014)，并且大黑山火山岩成分具有很大一个范围，但在阿什火山只有粗安岩，因此它们不可能是同一个岩浆房。所以，阿什库勒火山群中各个火山的岩浆房可能相互独立的，它们经历各自的岩浆演化过程，但是可能会通过某种方式相互连通，并且会发生岩浆混合作用。

7 结论

通过对阿什库勒火山群大黑山火山的岩相学和斑晶成分的测试分析，得到以下结论：

(1)大黑山火山熔岩成分包括玄武粗安岩、粗安岩和粗面岩，主要氧化物与SiO₂含量之间呈线性关系，说明三种类型岩浆存在岩浆演化关系。

(2)大黑山火山岩中的斑晶主要为辉石和斜长石，斑晶较多具有熔蚀、反环带、反应边和生长边结构，指示岩浆混合特征。

(3)玄武粗安岩和粗安岩温度在1124~1176℃之间，压力在0.55~0.81GPa之间，对应的深度约16.5~24.3km，粗面岩的温度1059~1071℃，压力0.39~0.59GPa，对应深度11.8~17.7km。

(4)大黑山火山的主岩浆经历了玄武粗安岩、粗安岩和粗面岩的演化，三种岩浆可能同时存在于岩浆房中，并出现分层，三种岩浆存在着混合作用，并与周围普遍存在的偏酸性岩浆发生了混合作用。

致谢衷心感谢中国地质科学院地质研究所电子探针实验室的戎合老师在电子探针分析过程中的热情支持和帮助。感谢两位审稿人提出的宝贵意见和建议。

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岩石学报 2017, Vol. 33 Issue (1): 56-68	PDF