高等地质学

火山地质构造及与成矿作用的关系
一、火山地质基本概念
1、火山喷发类型
火山喷发类型指火山不同的喷发方式，一般以代表性火山命名，基本可分为普林尼型、培雷型、武尔卡诺型、斯通博利型、夏威夷型、玄武岩泛流型、蒸汽型、海底型等8种类型，其中蒸汽型火山喷发又可再分为塞特西型喷发、蒸汽岩浆喷发和潜水火山喷发等3种。

2、火山作用类型
火山作用类型是指一期火山岩浆活动各种方式的总和，既可是单一的一种（如溢流），也可包括先后发生的几种方式（如先喷发后侵入等）；可分为喷溢作用、爆溢作用、爆发作用、火山—侵出作用、火山—侵入作用、喷发—沉积作用、裂隙式喷发作用（crack type eruption）、中心式喷发作用（central type eruption）和裂隙—中心式喷发作用（crack central type eruption）等几种。

3、火山碎屑物、包体
火山碎屑物：包括玻璃质碎屑（玻屑）、晶体碎屑（晶屑）和岩石碎屑（岩屑）三种，在描述时一般应分别说明其种类、粒级、形态、含量等。

晶屑与斑晶之区别：晶屑指火山喷发过程中被炸碎的斑晶之碎块，主要存在于火山碎屑岩中，但在某些过渡类型的熔岩中（如凝灰熔岩、碎斑熔岩等）也可见及少量晶屑；斑晶指岩浆在喷出地表前就结晶形成的自形矿物晶体，仅限于熔岩中出现。

包体：分为残留体、捕虏体、堆晶岩、岩浆团等几种，成因类型包括幔源、壳源和同源；应详细描述包体的类型、形态、空间展布，以及包体与寄主岩的岩石学、矿物学和地球化学等特征。

4、火山原生构造
火山原生构造系指火山喷发过程中形成的局部构造。

查明火山原生构造，对确定火山喷发类型、火山构造类型及其与区域构造的关系具有重要意义。

火山原生构造包括：①环形断裂；②放射状断裂；③层理构造（涌流相的交错层理、波状层理等）；④节理构造（潜火山岩平卧节理、喷出岩柱状节理）；⑤正断层和逆断层等。

5、成因类型
根据物质来源，可将火山岩的基本成因类型划分为幔源、壳幔混合源、壳源三种。

根据岩石类型与组合、岩石系列、地球化学特征与成岩物理化学条件等，确定火山岩的成因类型与演化方式（部分融熔、结晶分异、岩浆混合、岩浆不混熔、同化混染等），判别深部壳幔作用过程。

需注意识别原生（primary）岩浆与进化（evolved）岩浆。

原生岩浆的特征强烈依赖于源区物质成分、部分熔融程度和熔融条件，故无统一的判别标准而需作综合考虑。

表3为玄武质原生岩浆的判别标准。

6、岩石组合
岩石组合指成因上有内在联系、时空上密切共生的、不同岩性火山岩的自然组合，它们可反映火山岩浆的成因类型、演化方式与形成的构造环境，例如：由同一母岩浆经不同程度分异演化形成的安山岩—英安岩—流纹岩组合、由同一岩浆房的岩浆经喷发和不同深度侵入形成的火山岩—潜火山岩—侵入岩组合、指示伸展构造环境的双峰式组合和碱性杂岩组合、火山喷发—沉积作用形成的火山岩—沉积岩组合等。

8、地球化学特征
（1）常量元素：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、H2O+、H2O-、LOI（烧失量）等14项，全铁表示为TFeO。

利用常量元素可计算CIPW标准矿物、绘制主元素变异特征图，并计算特征参数值，如镁值（Mg#）（可用于判别原生和进化岩浆、岩浆演化程度）、FeO*值、铝饱和指数（ASI）和山德指数（A/CNK）（可用于划分过铝质、过碱质、偏铝质和亚铝质花岗质岩石）、Peacock 碱钙指数、Rittmann组合指数、Wright碱度率（A.R.）、K60值等。

在运用常量元素数据时，应注意下列几点：
对于H2O＋≥2wt％、CO2≥0.5wt％的样品全岩硅酸盐分析数据不可采用（苦橄岩、科马提岩、麦美奇岩、玻古安山岩等高镁火山岩可适当放宽）；
进行各类化学计算或编制各类图件时，应去除烧失量（包括H2Oˉ、CO2、SO3等）重新计算为100%的质量百分数后才能使用；在编制TAS图时，首先要检查其是否为“高镁”火山岩；对于许多低级变质火山岩，要求烧失量应小于5wt％。

（2）稀土元素（REE）：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。

利用稀土元素丰度可计算重要参数，如（La/Yb）N、δEu等。

（3）微（痕）量元素（按原子序数大小为序，下同）：P、K、Sc、Cs、Ti、Cr、Co、Ni、Rb、Sr、Y、Nb、Zr、Ba、Th、U、La、Ce、Nd、Sm、Tb、Hf、Ta、Pb。

利用微（痕）量元素同样可计算若干重要参数（如Sr/Y）或编制各种判别图解，如利用微（痕）量元素蛛网图并结合稀土元素球粒陨石标准化配分图等，可判别岩浆物质来源和演化趋势。

（4）成矿元素：Li、Ti、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Rb、Nb、Mo、Ag、Sn、Sb、Cs、Hf、Ta、W、Au、Pb、Bi、U。

分析成矿元素地球化学场，利用各种元素的特征及其相互关系进行示踪分析，判别成岩成矿物质来源与形成的构造环境。

（5）同位素：包括稳定同位素（C、H、O、S）和放射性同位素（Sr、Nd、Pb）。

εNd、εSr是判别岩浆物质来源的重要参数，利用稳定同位素组成及εNd－εSr（或143Nd/144Nd－87Sr/86Sr）图解、Pb同位素比值图解等，可探讨岩石成因与构造背景。

注意计算新生代以前的岩石Sr、Nd同位素参数时，需进行时代校正；计算方法如下：εNd=[（143Nd/144Nd）样品/（143Nd/144Nd）CHUR－1] ×104。

CHUR代表球粒陨石均一储库的值，在用146Nd/144Nd = 0.721900标准化时，（143Nd/144Nd）CHUR =0.512638；如用146Nd/144Nd =0.636151标准化时，（143Nd/144Nd）CHUR =0.511836。

εSr =[（87Sr/86Sr）样品/[（87Sr/86Sr）CHUR－1] ×104，其中CHUR代表锶同位素均一储库的值，（87Sr/86Sr）CHUR =0.7045。

二、火山构造
1、概念
火山构造（volcanic structure）是火山作用产物及其构造形迹的总称，既包括单一的火山（火山机构），也包括火山作用与区域构造作用（断裂、隆起、凹陷等）双重控制的、具有不同构造属性的火山机构组合的群体，即由各火山组合而成的更大一级的火山构造类型。

火山机构（volcanic apparatus）是指一定空间与时间范围内，火山通道及其附近各种堆积物及其构造，包括火山口（crater）、火山通道（volcanic conduit）或火山颈（volcanic neck）、近火口堆积物及侵出岩穹或次火山岩、以及火山喷发形成的构造形迹等。

火山口、火山通道（火山颈）及其堆积物为构成一个火山的3个基本要素，这种通常意义上的火山也称火山机构（常见于前苏联文献），是火山构造的基本类型。

根据上述火山基本3要素的不同，可划分出6种不同的基本火山类型：（1）玄武岩盾或玄武岩盾火山（basaltic shield），包括夏威夷型盾火山（Hawaiian shield）和冰岛型盾火山（Icelandic shield）两种；（2）泛流玄武岩（玄武岩台地）（flood basalt）；（3）火山渣锥（scoria cone）；（4）低平火山（maar）、凝灰岩环（tuff ring）、凝灰岩锥（tuff cone）；（5）层火山（stratavolcano），又称复式火山（composite volcano）；（6）破火山（caldera）。

火山构造是火山作用形成的重要空间表现形式，是控制成矿作用的重要因素，包括提供成矿热液运移通道与容矿空间等，决定了火山岩型矿产的空间形态与垂向分带性，因此在不同的火山构造剥蚀深度常可出现不同的矿产类型。

2、火山构造分类命名
火山构造由大到小共分三个级别，其中火山机构（包括基本火山类型）是最低级别的火山构造－Ⅲ级火山构造；由火山机构组合而成的火山构造隆起（正地形）和火山构造洼地（负地形）为Ⅱ级火山构造，而由若干火山构造隆起和/火山构造洼地组合而成的规模更大的火山喷发带（呈线型展布）或火山喷发区（也称巨型环形火山构造）则为最高级别的火山构造类型－Ⅰ级火山构造。

东南沿海占主要地位或具有区域特色的火山构造有：破火山、火山构造洼地、巨型环形火山构造。

Ⅲ级火山构造：
（1）破火山（caldera）：指平面呈圆形或近圆形、经塌陷而成的火山凹地，是由于巨量火山碎屑物质被从岩浆房顶部喷出而导致火山向下倒塌形成的；有些则是穿过岩浆沉陷，被称为破火山沉陷（subsidence）。

（2）火山穹隆（volcanic dome）：指火山未经塌陷、岩浆喷发—侵出—侵入形成的产状基本外倾的正向火山机构。

火山穹窿在中国东南部也相当发育，其主要鉴别特征有二：一是与破火山类似的环形和放射状断裂，二是与破火山相反的地层围斜外倾产状。

（3）基本火山类型：
①锥火山（cone volcano）：是常见的一种基本火山类型，是完全由火山作用形成的锥状火山，由先后喷发的熔岩和/或火山碎屑岩堆积而成。

②盾火山（Shield volcano）或玄武岩盾（basaltic shield）：包括夏威夷型盾火山（Hawaiian shield）和冰岛型盾火山（Icelandic shield）两种。

盾火山可由远离板块边缘的热点所产生，也可沿洋中脊或沿与俯冲有关的火山弧出现。

以低爆发性的熔岩泉（low-explosivity lava-fountaining）为特征，体积巨大，由多层熔岩流构成，从一个或一群火山口中流出，形成宽阔的、缓倾斜锥体，可有构成火山口的火山渣锥和溅落锥（spatter cones）。

夏威夷就有著名的盾火山，如Mauna Loa火山和Kilauea火山。

③泛流玄武岩（玄武岩台地）（flood basalt），也称熔岩高原（Lava plateaus）。

多为与地幔柱有关的大规模溢流式玄武岩流，是从长而狭窄的喷出口流出的熔岩流形成的，如我国西部的峨眉山玄武岩即是此种类型。

④层火山（stratavolcano），又称复合火山（composite volcano）：通常表现为粘性岩浆的爆发性喷发，由多次形成的熔岩层和岩石碎块所构成，故称为“复合”。

层火山通常高度超过2500m，表面积超过1000km2，体积达400km3。

⑤火山渣锥（cinder cone）：由被称为火山渣的熔岩碎块所构成，在单个火山口喷出并在其周围堆积，形成的陡峭圆锥形山，是最常见的一种火山地貌之一。

火山渣锥主要由斯通博利型喷发所形成，通常成群出现于层火山和盾火山的侧面；突出的实例是墨西哥的Paricutín，形成于1943年2月20日，5天内升高到300英尺。

⑥低平火山（maar）、凝灰岩环（tuff ring）、凝灰岩锥（tuff cone）：主要由蒸汽岩浆爆发形成，由于水汽的冲击而在火山口周围形成环状凝灰岩堆积或锥体，在地表可形成玛耳湖（maars）。

Ⅱ级火山构造：
（1）火山构造洼地（volcano-tectonic depression）：是在区域断陷沉积后，火山喷发形成的火山组合、叠置，即由区域构造与火山作用双重因素控制的、由若干个Ⅲ级火山构造组成的更大一级的负向火山构造。

根据其地质特征，可分为三种类型：①简单型（富德津型），被火山—沉积岩或火山岩充填的地堑式洼地，其中不见火山通道及近火口堆积物；②复杂型（雅库廷型），特点是广泛发育侵出岩穹与次火山岩体；③复杂的中心型破火山口，是指特大型火山机构，其特点是具有中央断块隆起，以致出露有下层的火山岩甚至火山岩系的基底。

火山构造洼地发育于剪切—拉张应力下形成的断陷沉积盆地基础上，其下部常出现的岩相类型有内陆河湖相砂岩、粉砂岩、泥岩等，偶见泥灰岩，上叠各类火山岩相，从地表到深部可划分三类：
第一类：从地表到近地表：喷溢相、火山碎屑流相、爆发空落相、基底涌流相、近源爆发角砾岩相。

第二类：从近地表到火山根部：火山颈相、侵出岩穹相、次火山岩相。

第三类：近火山根部到深部：隐爆角砾岩相、侵入相
一般在酸性火山喷发为主的火山构造洼地中，火山机构以破火山为主，其次为火山穹隆；在以中性火山喷发为主的火山构造洼地中，则主要为火山穹隆。

（2）火山构造隆起（volcano-tectonic upwarping）：受区域构造隆起和火山作用双重控制，在隆起背景上，由若干个Ⅲ级火山构造组成的更大一级的正向火山构造单元。

Ⅰ级火山构造：
（1）火山喷发带（volcanic eruption zone）：受基底断裂所控制，不同类型Ⅱ、Ⅲ级火山构造呈链状展布的火山构造组合群体。

（2）火山喷发区（volcanic eruption province）：由不同类型Ⅱ、Ⅲ级火山构造呈面型展布的火山构造组合群体，在中国东南沿海区域内往往表现为巨型环形火山构造。

3、火山构造控矿性
在近代和古代火山构造中都已发现了大批大型矿床，相当多的矿床与火山构造在空间上关系密切。

火山构造决定矿床的贮存部位，这是因为：（1）火山构造代表着岩浆长期活动的中心地带，是岩浆热液或地热体系活跃的场所；（2）一个火山构造内往往是多种类型、多期构造的叠加，属构造脆弱地带，不仅有利于地热体系活动，也有可能成为良好的储矿空间。

火山构造控矿有如下特点：
（1）矿床成群、成带分布，如江西银山矿床有几十个矿体围绕西山火山构造分布，宁芜玢岩铁矿可分为南（姑山、钟山）、中（凹山）、北（梅山、吉山）三个群分布；浙江的黄岩五部、天台大岭口、新昌拔茅等银铅锌矿床均产于火山构造中，并呈近南北向等距展布。

（2）距火山中心距离不同可形成不同的矿床，如宁芜玢岩铁矿成因模式就是以次火山岩为中心，依次出现一组不同类型的铁矿；江西银山矿床中，近火山口（火山颈）以铜矿为主，远离之则变为以银铅锌为主，向深部又变为铜金矿体。

了解此特点，有助于根据已知矿床（矿点）预测火山构造不同部位可能存在的另一类隐伏矿体或矿床。

（3）矿床往往具有垂直分带性，既表现为矿床成矿元素丰度的变化，也可表现为矿床类型的变化。

如浙东银铅锌矿一般为：上部银为主，下部铅锌为主，个别金矿体位于浅部；又如浙江治岭头和江西银山两个矿床，上部产于火山岩中为银铅锌，下部产于基底变质岩中为金或金铜矿；福建省紫金山矿床为上金下铜。

紫金山铜矿所处的上杭火山构造洼地内另一侧的一个矿床，从上到下依次为：流纹岩中的铀矿、粗面安山岩中的金矿和爆发角砾岩中的铀矿。

因此，不同形式、不同成因的矿床分带性，以及火山构造剥蚀深度的判别等，是预测深部隐伏矿床的重要因素。

（4）某些矿床与特定火山活动旋回有关。

宁芜玢岩铁矿形成于宁芜火山构造洼地第一旋回末期（大王山组）；在东南沿海，江西省银铅锌矿形成于第一旋回，浙江省大中型银铅锌矿则形成于第三旋回。

在各类火山构造中，火山构造洼地、破火山是中国东部陆相火山岩区最重要的控矿容矿构造，因此需重点予以讨论。

4、矿田、矿床与火山构造
一组矿床或一个矿田往往与较大型火山构造有关，而一个矿床或矿体则往往与一个具体的火山构造及其组成的构造要素有关。

中国东部矿田、矿床与火山构造类型的关系，可作如下归纳：
（1）产于破火山口中的矿田、矿床。

在中国东部的典型矿床为大岭口破火山银铅锌矿；一般这种控矿类型的矿床规模较大，而单一受放射状、环状断裂控制的矿床则规模较小。

（2）产于火山穹隆中的矿田、矿床。

大型火山穹隆往往为一个矿田所在地，而小型火山穹隆则为矿床所在地。

火山穹隆中有利的矿床赋存部位有：①火山穹隆轴部、火山通道或次火山岩体，处于火山通道内的矿床规模大、品位富，矿体呈筒状、柱状、巢状，矿化深度
大，常达1km以上；②火山通道外围与断裂有关的矿床多呈脉状、网脉状矿体，矿体垂直深度不大；③产于层间断裂或层间剥离构造中的矿床，呈平缓的层状、透镜状，矿石呈浸染状；
④次火山岩体内外接触带上的脉状或浸染状矿体；⑤与斜切火山穹隆的剪切带有关的脉状矿体。

（3）产于火山通道中的矿床。

一般有以下特点：①区域性断裂或基底断裂既控制火山通道位置，也控制产于火山通道中的矿床，特别是两组断裂交汇点或区域性断裂与火山通道复合部位，常常形成主矿体或富矿体。

②矿体或矿床空间分布乃至形态均受到火山通道本身的形态、充填岩石的物理性质以及周边裂隙构造的控制，故空间形态十分复杂，但围绕通道有一定的分布规律。

③矿床或矿体围绕火山通道呈水平或垂直分带。

④产于火山通道内部的矿床矿化深度大，而周边的脉状矿体矿化深度较浅，分布较广，应根据小型矿脉来寻找火山通道中的矿体。

⑤一个大型火山构造往往有几个火山通道，主矿体或矿化中心部位常常与其火山通道有关。

4、产于爆发岩筒中的矿床。

此类矿床数量众多，如黑龙江团结沟金矿、山东省五莲七宝山铜金矿、平邑金矿，福建省紫金山铜金矿、江西省石城松岭锡矿、河南信阳地区银矿等，均与爆发角砾岩有关。

此类矿床产出部位可分为4类：
①筒内矿床，多见与浅成侵入岩相伴生的矿化角砾岩体。

②近筒带矿床，主要为构造裂隙中的矿脉，以及花岗岩体中的网脉带与半环状矿体的复合矿体。

③复合型矿床，包括矿化角砾岩与周边裂隙中的矿脉复合矿床，岩筒边界内外呈环状、网脉状的矿床，交代成因蘑菇状矿体，环状与放射状裂隙中的矿脉群等。

④爆发角砾岩脉群型矿床，在角砾岩膨大处不仅矿体厚度增大，且同时在角砾岩脉内构成大的矿体。

福建省紫金山铜金矿爆发角砾岩即为与岩筒有关的爆发角砾岩脉群。

5、火山岩区矿床成因模式的应用问题
火山岩区矿床成因模式中最有影响的是浅成低温热液型矿床成因模式，该模式的建立得益于三个方面的研究进展：①现代热泉、泉华的研究，并与金银成矿作用过程的类比；②矿床中流体包裹体的地球化学研究；③运用氢氧同位素方法研究成矿流体中的水的来源。

运用浅成低温热液矿床成因模式在中国东部中生代陆相火山岩区找矿时，应注意以下7点：（1）容矿岩石与时代。

一般认为，成矿时代自三叠纪以来的火山环境均可形成此类矿床，而时代较老的矿床通常受剥蚀或被新地层所掩盖，一些更老的矿床则因变质或其他地质作用的叠加，而使浅成低温热液型矿床特征受到一定程度的改造。

（2）成矿环境与地热对流。

不同大地构造单元地热梯度差异较大，因此成矿过程也有所不同。

东南沿海地区与酸性火山岩有关的浅岩浆房深度一般为1.7-3.5km，具备了对大气降水循环的加热条件。

（3）矿带的垂直深度与顶、底带识别。

矿化带垂直深度最大可达1km（平均350m），但很少超过600m，再往深部主要为贱金属矿。

垂向上矿石与脉石矿物、蚀变矿物、地球化学异常均有明显分带。

对找矿而言，如何识别矿上部带与底部带极为重要。

（4）富矿体部位的特点。

主要矿体一般在热泉以下100-300m，富矿体赋存特点是：①一般在矿体上盘，矿脉向上拱起的附近；②处于酸性淋滤带之下；③多期角砾岩与多期硅化；
④在沸腾带内；⑤主脉、细脉与浸染状矿脉的叠加；⑥矿物有辉银矿、冰长石、石英、黄铁矿、银金矿、方解石和黝铜矿、脆银硫锑矿等；⑦反复充填的条带状结构和角砾状结构；⑧
石英颗粒细且含绢云母、冰长石；⑨金/银比值高。

（5）沸腾面是上部贵金属矿带与下部贱金属矿带的分界面。

在沸腾面上是贵金属矿与贱金属矿化的混合带，但要注意沸腾面在时间与空间上是不固定的，因此可使两种矿产在一定垂直范围内混合共存。

（6）有关热液爆发角砾岩。

一般位于硅化带之下，呈筒状、脉状、扁豆状或砂级粒度的碎屑岩脉。

（7）低pH值矿物组合是重要找矿标志。

青盘岩化主要发生于成矿前，由绿泥石、黄铁矿、碳酸盐、蒙脱石、伊利石组成，在矿脉周围的宽度可达数百米，矿体上盘宽度比下盘大。

这类蚀变带因宽度太大，不能作为直接找矿标志。

冰长石化、硅化、钠长石化组成呈脉状紧靠矿体，实际上本身可能即为矿体，但其宽度太小也不是有意义的找矿标志。

所谓低Ph值矿物组合，即是由明矾石、绢云母、伊利石、蒙脱石和高岭石等粘土矿物组成，分布在矿体上盘，形成一个狭窄的、但总是向上变宽的晕带，沿矿体顶部向上延伸扩大。

低pH 值矿物的形成与矿石矿物沉淀有直接联系，故可作为选择单个靶区的良好标志。