以研究区域成矿地质背景为目的的陆相火山岩区研究工作,应加强火山地层、火山构造、火山岩性岩相、火山岩建造及岩石构造组合的研究,合理划分火山地层、各级火山构造的类型及其组合方式,正确厘定火山岩岩性岩相类型,根据统一的火山岩建造分类命名原则,划分火山岩建造类型;在此基础上,分析研究区火山岩浆活动规律和时空展布特征,编制1:25万实际材料图和建造构造图中的火山岩部分、预测工作区火山岩性岩相构造图、省级1:50万大地构造相专题工作底图(火山岩)等。主要工作方法与程序如下。
(一)确定编图区边界及编图目的层
各类编图区边界的确定,应与火山成矿作用相关的火山岩目的层分布区、有明确规定的编图边界,以及成矿预测区的边界相一致。实际材料图、建造构造图按照1:25万国际分幅地形图确定其编图范围,省级:150万大地构造相专题工作底图(火山岩)按照各省(区)行政区边界确定编图范围,而作为预测工作区专题底图的火山岩性岩相构造图之编图范围,则由矿产预测组确定。
不同类型的图件,所选择的编图目的层不完全一致。火山岩性岩相构造图的编图目的层为与成矿作用有关的火山岩岩性岩相,如某些岩相厚度特别大,可分出流动单元、冷却单元或相带,则可将流动(或冷却)单元甚至相带作为编图单位。建造构造图的编图目的层为火山岩建造(岩石组合),而大地构造相专题工作底图(火山岩)的编图目的层则是可反映大地构造相类型的岩石构造组合。
(二)收集整理地质图和原始地质资料
编图所用的地质图和原始地质资料来源是1:5万、1:20万和1:25万等不同比例尺区域地质调查,以及相关专题研究取得的有关火山岩图件与资料。收集各类火山地层剖面资料,按统一格式填写剖面卡片;核对1:50万地质图及各省地层清理中的相关内容,确定编图区火山岩地层分区及所处的大地构造单元。
(三)确定编图思路与编图类型
编图思路是:进行火山构造-火山岩相-火山地层(旋回、岩性)一体化研究,将火山地层(时代与旋回、层序、岩性等)-火山岩相(火山产物的环境)-火山构造(火山活动产物的综合表现)三者在图上同时表现出来,以火山构造及区域性断裂构造为图面骨架,以火山岩性岩相表现火山岩地层的具体内容,恢复火山活动的地质过程。不同类型的火山构造、火山岩岩性岩相或建造(岩石组合)、构造岩浆岩带、岩石构造组合等,均分别以不同的图层形式表示。
编图类型有四类:①1:25万实际材料图(陆相火山岩);②1:25万建造构造图(陆相火山岩);③火山岩性岩相构造图,编图范围及比例尺由矿产预测组提供;④省级1:50万大地构造相专题工作底图(陆相火山岩)。
(四)陆相火山地层划分对比
陆相火山岩区地质编图,一般都应表达岩石地层单位(群、组、段)。火山岩地层划分与图面表达需注意以下几点:
1)采用本《技术要求》规定的地层分区方案(划分为大区、区、分区、小区四级),建立编图区火山岩岩石地层格架。
2)编图区陆相火山岩地层的划分,应在原各省(市、区)岩石地层清理成果的基础上,根据近年来新完成的1:5万、1:25万区调填图及科研专题取得的岩石地层、年代地层、生物地层和磁性地层等的新资料新成果,进行火山岩多重地层划分研究,合理划分地层群(组、段),统一填图单位的命名,建立火山-沉积地层层序,并列出岩石地层单位划分沿革表(格式见表4-2-1)。
3)图面上采用地层单位(群、组、段)的代号与表示地质时代的颜色(国标中规定的色标)表示火山岩地层。
编图时应注意标志层的选择:
1)火山岩区往往存在区域性分布、横向稳定的沉积岩层,如底砾岩、古风化壳及冰积层,可作为地层划分对比的标志层。
2)在破火山范围内,只要具有某些易识别的特殊层,均可作为地层的对比标志,如双峰式火山岩的玄武岩层、沉积夹层、火山碎屑流单元中的晶屑组合、特殊结构构造等。
3)在以熔岩为主的盾火山、泛流玄武岩区,可选择某些火山碎屑岩层、含火山弹的特殊层、具有风化剥蚀面的熔岩层和淬碎玄武岩层等作为标志层。
4)在安山岩或粗面安山岩区,还常利用具有某些斑晶矿物组合特征的安山岩层作为标志层。
(五)火山构造研究
按照本技术要求规定的火山构造分类命名方案(附录4-2-C火山构造分类标准与术语),确定编图区各级火山构造的类型、数量、时空展布范围及其相互关系。
火山构造的命名,为代表性地名+火山构造类型,例如:浙江省东南部的雁荡山为一典型的白垩纪破火山,由强烈的流纹质火山岩浆喷发形成,即命名为雁荡山破火山;不同级别与类型的火山构造有从属关系,则由级别高到级别低的火山构造予以说明,例如:浙江省天台县大岭口破火山位于天台火山构造洼地内,属于后者的次级火山构造,并形成了大岭口铅锌矿,则称之为天台火山构造洼地大岭口破火山。
一般而言,除部分新生代以来的火山构造以外,前新生代的火山构造大多经历了长期的风化剥蚀等,古火山地貌早已不复存在,因此需通过断裂构造、地层时空展布与产状、火山岩岩性岩相、相关侵入体的展布等,进行综合判别后才能恢复其形态与类型。
火山原生构造是确定火山构造的重要依据,常在遥感影像图上有明显的线型和环(弧)形反映,同时也表现为较明显的物化探异常。火山岩的岩性岩相特征也是研究火山构造的重要内容,例如,由空落相、火山碎屑流相、涌流相构成的三相冷却单元,是普林尼式火山喷发所特有的,也是破火山机构中最常见的火山岩相模式。因此在研究火山构造时,应充分利用遥感和物化探资料的地质构造解译资料,以及地质填图与剖面资料等,厘定实测和推断的线性断裂构造、环形(弧形)断裂构造、控制火山盆地的断裂构造等原生火山断裂构造的延伸(深)、产状、方位、性质(正断层、逆断层等)等,查明与火山原生构造配套展布的火山-沉积地层的时空展布范围、产状、层序、岩性岩相变化、角度不整合面和火山喷发不整合面等,以及相关侵入体(包括暴露地表的和隐伏的深成岩体、浅成-超浅成岩体、潜火山岩等),经综合分析,判别火山构造的范围、类型及其相互关系。
破火山在平面上常表现为椭圆形或近于圆形,内部堆积巨厚的火山岩层(可能有多层沉积夹层),其外缘为环形(弧形)断裂所限,火山-沉积地层的产状以“围斜内倾”为特征,大致以破火山中央为中心,发育一系列放射状断裂;火山穹窿的地质特征与破火山类似,最大区别是火山-沉积地层的产状以“围斜外倾”为特征;如其中央部位出现晚期侵入体,则可能属复活型破火山或复活型火山穹窿。又如:古火山口的位置,也需借助于近火山口相火山岩的岩性岩相而推断。
火山构造的空间组合关系,对于恢复编图区火山活动规律具有重要作用。某些火山构造具有多期活动的现象,例如:在早期形成的破火山机构、或更大型的火山构造洼地内,后期又形成杂干破火山或火山穹窿等,构成套叠式火山构造。另外,某些火山活动中心具有随时间的定向迁移性,例如:中国东部燕山晚期火山喷发中心常见随时间向NE迁移的现象,其先后喷发形成的破火山等火山机构,则呈NE向展布并有部分重叠现象,表现为晚期火山机构切割早期火山机构的东北部。
火山活动常受区域性断裂构造的控制,特别是不同方位断裂构造的交汇部位,常出现火山活动集中区。因此,火山构造的研究,还应结合区域断裂构造(包括控制火山机构的构造、控制火山岩带的构造两类)的研究,查明不同火山构造的空间展布特征及其相互关系。例如:受同一区域性断裂控制的不同破火山口可构成串珠式分布,火山构造洼地也可受一组或两组甚至多组断裂的控制。
火山构造对成矿作用有明显制约作用,例如火山原生构造(环形、弧形、放射状断裂等)常表现为控矿或容矿构造。注意提取遥感异常,利用各类地质资料与重砂资料等,推断各类蚀变及铁氧化带与火山构造的时空关系。此外,古火山构造常经历了不同程度的剥蚀,而火山构造的不同深度具有不同的矿化作用,因此剥蚀程度的判别(要素之55~59)也是火山构造研究的重要内容之一。
(六)陆相火山岩的岩性岩相研究
利用各类地质资料、特别是陆相火山岩地层剖面和穿越火山构造的岩性岩相剖面资料,厘定编图区各地层群(组、段)火山岩的岩性岩相类型与组合特征。
1.火山岩岩性研究
综合利用火山岩的颜色与结构构造(要素之11~13)、火山碎屑物与矿物组成(主要矿物、次要矿物、副矿物)、包体与包裹体特征(要素之14~19)、岩石化学数据及火山岩SiO2-(K2O+Na2O)分类命名图解等进行分析研究,采用“附录4-2-A火山岩分类命名标准”,根据颜色+化学成分+结构构造+矿物组成等内容,准确命名火山岩名称,并表达在实际材料图上;例如:灰紫红色流纹岩、深灰色流纹英安质晶玻屑熔结凝灰岩、灰红色安山质凝灰岩等。
2.火山岩岩相研究
根据火山岩岩石类型(岩性)及其组合与时空分布特征,采用附录4-2-B火山岩相分类标准与术语”,给予命名;例如:溢流相(玄武岩)、火山碎屑流相(熔结凝灰岩)、空落相(玻屑凝灰岩)等。需注意的是:同一岩石类型可能分属不同的岩相,即可由不同的成岩方式所形成,此时应分析其与上下火山岩层的关系、合理划分流动单元和冷却单元、确定喷发韵律,在此基础上综合判断火山岩相类型。例如:玻屑凝灰岩既可以是爆发空落相,也可以是涌流相,但爆发空落相玻屑凝灰岩一般位于厚层火山碎屑流相熔结凝灰岩之上且分布范围可相当广,可发育良好的水平层理构造,构成一个流动单元的顶部;而涌流相则位于火山碎屑流相之下且主要分布于火山口周围,且除水平层理构造外,还可见波状层理、交错层理等,构成一个流动单元的底部。又如:角砾凝灰岩可出现在爆发空落相、火山碎屑流相、爆发崩塌相、涌流相等多种岩相类型中,确定其所属火山岩相类型时,也需依据对与其时空上密切共生的其他火山岩的类型与层序关系等进行综合研究。总之,火山岩相表示一种成岩过程或方式,可形成多种火山岩类型;反之,一种火山岩类型也可经由不同火山活动方式形成,即火山岩相与岩性之间一般并无特定的对应关系,需根据野外地质剖面与薄片鉴定、化学分析等多种资料综合厘定,并表达在实际材料图上。
在火山岩相类型研究的基础上,进行火山岩的相带划分(要素之31),如可将侵出相碎斑熔岩划分为边缘相隐晶状碎斑熔岩、过渡相霏细状碎斑熔岩、中央相碎斑熔岩等,这种相带如有相当的空间展布规模,则可作为填图单元单独划出;确定陆相火山岩的相组合和相模式,如典型普林尼式火山爆发形成的广义火山碎屑流三相模式(爆发空落相/火山灰云亚相、狭义火山碎屑流亚相、涌流相/地面涌流亚相)等。此外,根据区域火山岩岩性岩相特征,查明火山喷发类型、喷发沉积的物理化学条件、喷发旋回、喷发古地理环境、火山作用类型等,同时也为划分构造岩浆旋回提供可靠依据。例如:若出现广义火山碎屑流相(地面涌流相+火山碎屑流相+爆发空落相),即可确定火山喷发类型为普林尼式;根据火山岩中的沉积夹层,以及火山岩矿物温压计的计算等,可确定火山喷发的温度、压力、氧化还原条件及古地理环境等;根据代表火山喷发间歇期的沉积夹层,以及火山岩性岩相的空间垂向变化规律等,可划分出不同的火山喷发旋回;根据火山岩性岩相类型、共生的沉积岩与侵入岩、岩性岩相的空间展布特征等,可确定火山作用类型。
3.陆相火山岩岩石组合/火山岩建造研究
具体概念可参照“岩石组合(火山岩建造)(要素之32)”。将实际材料图中不同类型的火山岩自然岩石组合(岩性)通过分析上升为火山岩岩石组合。这一过程以火山岩岩性岩相剖面及火山喷发旋回的分析为核心,并结合岩石地球化学分析;应包括与火山岩共生的沉积岩夹层、相关的浅成-超浅成岩。特殊意义的岩类或岩性层(如沉积岩)均作为独立的岩石组合单位表达。
在建造构造图上表达的陆相火山岩之岩石组合也称火山岩建造,系指同一火山活动期次形成的火山岩岩石组合,包括时空上密切共生的各种岩性岩相。火山岩建造类型的划分原则是:首先,火山岩建造是对火山地层组的进一步细分,划分依据是主要岩性或岩石组合;其次,按火山岩岩石类型分别划分建造类型。
火山岩分为熔岩、火山碎屑岩、潜火山岩三大类。火山碎屑岩大类又分为碎屑熔岩类、正常火山碎屑岩类和火山-沉积碎屑岩类三类;其中,碎屑熔岩类分为碎屑熔岩亚类和淬碎碎屑熔岩亚类,正常火山碎屑岩类分为熔结碎屑岩亚类和普通火山碎屑岩亚类,火山-沉积碎屑岩类分为沉积火山碎屑岩亚类和火山碎屑沉积岩亚类(李兆鼐等,1984)。
(1)火山岩建造类型的划分
1)根据岩石类型先分别划出熔岩建造、火山碎屑岩建造、潜火山岩建造;
2)火山碎屑岩类建造再划分为碎屑熔岩建造、正常火山碎屑岩建造和火山—沉积碎屑岩建造三类;在此基础上还可再细分出碎屑熔岩建造、淬碎碎屑熔岩建造、熔结碎屑岩建造、普通火山碎屑岩建造、沉积火山碎屑岩建造、火山碎屑沉积岩建造等。如:集块熔岩建造、熔结凝灰岩建造、沉凝灰岩建造等、凝灰质砂岩建造等。
考虑到火山岩建造的划分不宜过细,可将各火山碎屑岩亚类适当合并而划分建造,如碎屑熔岩亚类和淬碎碎屑熔岩亚类、熔结碎屑岩亚类和普通火山碎屑岩亚类可分别合并为一个建造;但火山碎屑沉积岩亚类指示了火山活动的间歇,是划分火山喷发旋回的标志,必须单独划分建造。
3)例外的是:集块岩类(包括集块熔岩、淬碎集块岩、熔结集块岩、集块岩和沉集块岩)是标志古火山口位置的特殊岩石类型,应单独划分建造。
在岩石类型划分建造的基础上,再按火山岩化学成分进一步划分为超基性、基性、中性、中酸性、酸性、碱性6种建造类型。只有一种化学成分的火山岩即划为一个建造,如:响岩质熔结凝灰岩建造。当同时出现多种化学成分的火山岩且分布有限时,基性和中性火山岩类可以合并为一种建造,中酸性和酸性火山岩类也可合并为一种建造;特殊情况下基性和酸性火山岩类可合并称双峰式建造,如玄武岩和流纹岩双峰式建造、细碧角斑岩双峰式建造等。但超基性火山岩类、碱性火山岩类应分别单独划分建造。
(2)火山岩建造命名与编码原则
1)采用“岩石名称+建造”的方式命名火山岩建造,岩石名称由“化学成分+岩石类型”构成。如:流纹质熔岩建造、英安质-流纹质熔结凝灰岩建造、安山质沉凝灰岩建造等。
2)火山岩岩石名称采用“数据项岩石类型下属词”表所列名称,编码采用“数据项岩石类型下属词”所列岩石类型代码。
3)对于火山碎屑沉积岩建造,因以正常沉积物为主,不适合用化学成分再进行划分建造,而直接以岩石类型命名,如:凝灰质砂岩建造。
4)由同一化学成分的火山岩构成的建造,直接用岩石名称来命名和编码,如:流纹质集块角砾岩建造等;数据库中按岩石名称下属词直接填写代码。
5)由两种火山岩构成的建造:有两种情况,一是两者呈互层产出,用“岩石名称1+岩石名称2”命名和编码,如“英安质凝灰岩与流纹质熔结凝灰岩建造”可表达为“英安质凝灰岩+流纹质熔结凝灰岩建造”,数据库填写两种岩性代码,中间用“+”连接。特殊情况下,当基性与酸性火山岩互层时,可直接命名为双峰式火山岩建造,同样数据库填写两种岩性代码,中间用“+”连接。二是两者共生,但厚度或面积相差较大,即表现为1种(量多)夹另1种(量少)的火山岩建造,用“岩石名称1>岩石名称2”命名和编码,如“流纹质熔结凝灰岩夹安山质火山角砾岩建造”可表达为“流纹质熔结凝灰岩>安山质火山角砾岩”,数据库填写两种岩性代码,中间用“>”连接,量多者在前。
6)由多种火山岩组成的建造,选择主要的二~三种火山岩参与建造命名,并按照厚度和/或面积由多到少的次序,用“岩石名称1>岩石名称2>岩石名称3”的方式予以命名和编码。例如,当火山岩建造以厚层流纹英安质熔结凝灰岩为主,次为中厚层流纹质凝灰岩,又有薄层英安质角砾凝灰岩时,可命名为“流纹英安质熔结凝灰岩>流纹质凝灰岩>英安质角砾凝灰岩建造”,数据库填写3种岩性代码,中间用“>”连接。
7)陆相火山岩很少有三种或多种火山岩互层的现象,建造命名时一般可不予考虑。
(3)火山岩建造图面表达
1)火山岩建造在图面上用花纹表达,不同建造之间需有明确界线。
2)火山岩建造花纹采用《技术要求》规定的岩性花纹;当火山岩建造涉及不止一种岩性时,选择最主要的二~三种岩性花纹,按照《技术要求》统一的花纹组合方式进行表达。
3)附图中综合柱状图上的火山岩建造图例应与主图火山岩建造花纹一致。
(七)陆相火山岩地球化学研究
地球化学研究包括岩石(矿物)化学、稀土与微量元素地球化学、同位素地球化学等,研究目的是确定火山岩物质来源、成因类型、岩浆演化方式与过程、构造环境。资料来源为实际材料图数据库中所提供的相关地球化学数据,具体元素类型可参见地球化学特征(要素之20~24)。
岩石(矿物)化学研究:首先是根据岩石化学组成(也称常量元素、主量元素或全岩硅酸盐组成,为主要氧化物的百分含量),计算CIPW标准矿物组成及其百分含量,利用SiO2—(K2O+Na2O)分类命名图解和实际矿物组成及岩石结构构造等,确定火山岩的岩石名称;其次利用硅碱图等岩石系列判别图解,确定火山岩属碱性系列还是亚碱性系列;对于亚碱性系列岩石,再利用FAM图解,判别属拉斑系列还是钙碱性系列。对于单矿物化学组成,则根据相关计算矿物分子式的公式和矿物种类判别图解,确定矿物种类。需注意的是:在利用岩石化学组成进行相关计算和投图时,均需将挥发分去掉后重新计算百分含量。
利用稀土元素丰度值,计算稀土总量(∑REE)、轻稀土(LREE)和重稀土(HREE)的总丰度、(La/Yb)N、δEu等特征参数,绘制球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线图。
利用微量元素丰度值,计算Sr/Y、La/Ba、Sr/Ba等特征参数,绘制原始地幔(或MORB、球粒陨石)标准化微量元素蛛网图,绘制各类岩石成因与构造环境的判别图解。
利用已有的各类同位素组成数据(Rb-Sr、Sm-Nd、Re-Os、Pb、H、O、S、C同位素等),判别岩浆成因类型(幔源、壳源、壳幔混合源)。
综合利用岩石化学、稀土和微量元素、同位素地球化学特征,结合岩石学、矿物学、地质学等多方面资料,采用“附录4-2-E火山岩(及共生侵入岩)的大地构造相—地球化学标志”、“附录4-2-D火山岩(及共生侵入岩)的大地构造相—岩石构造组合”等提供的各类判别标志,确定火山岩的岩浆物质来源、演化方式、岩石构造组合、成因类型及其构造环境,进而确定其所揭示的大地构造相类型。
(八)陆相火山岩成矿作用研究
陆相火山岩浆活动与成矿作用关系密切,特别是在中国东部,80%以上的矿产都与燕山期陆相火山岩浆活动有关,具体表现为:成岩成矿过程的一体化(有直接的时空与成因联系)、火山构造-火山岩相-火山地层(岩性)的控矿性等。
成岩成矿过程的一体化:火山岩浆活动本身即是成矿作用过程,火山岩及其同源异相的潜火山岩、侵入岩与矿产存在着时空上密切共生、成因上具有相同或相似物质来源与演化过程的关系,例如:燕山期大部分浅成低温热液型铅锌银矿,以及部分锡、铀、金等金属矿床及萤石等非金属矿床,都直接分布于酸性火山岩区;而喜马拉雅期的多数大型非金属矿产(如凹凸棒石、膨润土、蒙脱石矿等)则与玄武质岩浆活动直接相关。
火山构造-火山岩相-火山地层(岩性)的控矿性:火山构造、特别是环形(弧形)和放射状断裂以及火山通道,常是火山岩区重要的控矿容矿构造;巨厚层火山碎屑流相和隐爆角砾岩相等,则常是重要成矿部位;火山岩与基底接触面也是重要的容矿构造;不同岩性的火山岩则可形成不同类型的矿产。
根据矿化特征与蚀变破碎特征(要素之29~30)的内容,具体描述与火山岩有关的矿床或矿化蚀变带特征、类型、规模、组成等。
课题研究程序：包括研究方案、研究开题、实施研究和课题总结