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1、内华达，黑岩山，北西部盆岭的构造和岩浆演化以及它们向火山岩台地的过渡关系 译者：王立群 Derek William Lerch等摘要：地处北部盆岭东西边缘的地震活动带得到了广泛的研究，然而该区的北西边缘还仍然保留着不完整的认识。内华达州黑岩山的北西部处于盆岭之间，向南东向过渡，而平坦的火山岩台地则向西延伸。这个缺乏研究的地区保留了非常完整的新生代岩浆作用记录，并对加利福尼亚州东部和俄勒冈州南部的狭长火山岩台地的前中新世历史提供了重要窗口。地质成图和来自黑岩山北部的40Ar/39Ar地质年代数据表明在始新世到中新世中期存在三个有地质意义的火山作用期。始新世（35Ma）玄武岩直接地覆盖在中生代花岗
2、岩和岛弧火山岩以及沉积岩之上。局部喷发的渐新世到早中新世（2721Ma）的双峰式火山岩构成新生代的主体并整合地覆盖在始新世玄武质熔岩流之上。这些双峰式地层包括流纹质熔岩、凝结程度不等的流纹质火山灰流、非凝结火山灰空落堆积物和薄的玄武质熔岩流。在靠近Pine Forest山向北20KM处，与上述相似的渐新世到早中新世地层单元被大于500米厚的玄武质熔岩流和流纹质火山灰流凝灰岩所覆盖。在黑岩山的北部，中新世中期的玄武岩在地层剖面中少见，流纹质火山灰流凝灰岩直接地覆盖在早中新世的熔岩流之上。玄武质和流纹质火山岩形成于黑岩山的北部，时间范围是3516Ma，含有许多由火山口和岩墙组成的渐新世火山岩地层单
3、元。尽管有本地成因的符合研究精度的熔岩流复合体，但是新生代地层仍然是宽展的整合接触并且逐渐地向北西向倾斜。在3516Ma的时间范围内不具有岩层明显倾斜的地区，在16Ma之后，出现了中等程度的岩层倾斜并发生了与此相关的隆起现象。该构造运动史与附近的Pine Forest和Santa Rosa山的构造运动史相一致，此处低温的热年代学数据表明在12Ma之后，沿山体边缘发育有正断层。靠近黑岩山北部的地壳速度变化被最近的地球物理勘探所揭示（地球物理勘探包括地震反射、折射和重力勘探），解释的结果与地质成图预测的盆地深度具有一致的变化趋势。根据最近完成的研究区周边的地质和地球物理成果及我们的工作，我们认为盆
4、岭北部边缘的地质演化以长时间发育的、规模巨大的、没有明显构造运动的火山作用为特征，这种火山作用沿高角度正断层分布，但作用级别小于20%。关键词：盆岭，地质年代学，分布，岩浆作用，地壳地震学。前言：北部盆岭的东西边缘已经得到了广泛的研究，但是该区的北西边缘到北西加利福尼亚和南俄勒冈的高火山岩台地的过渡地带则所知甚少（图1）。现阶段，北西部盆岭的地形特征在断块和平均地貌上普遍与研究区相似（图1），而且两地区具有相似的大地热流值（90mw/m2）和相对较薄的地壳厚度（3032KM）。最近的地质和地球物理研究表明盆岭的拉张区涵盖了内华达北西的大范围盆岭地区，两者的地质年代都相对较轻，而且与北西盆岭的中
5、部相比火山作用级别较小（20%）。当拉张的断裂带出现在北西盆岭区的、年代为12Ma的时候，大量的火山作用出现在晚始新世到中新世中期，与岩浆作用和拉张作用明显分带的盆岭其它地区相似。内华达北西的黑岩山（图1）涵盖东部的盆岭断块所构成的过渡地带，相对狭长的火山岩台地延伸到西部。在内华达北西以远的高火山岩台地内，却少有地质意义的正断层（本文称为Sheldon台地，图1）。假设比中新世中期更老的任何地层单元都没有出露，那么就可以把黑岩山作为揭示该区地表以下的前中新世历史的重要窗口（图1）。该区的地质历史对于理解过渡地带的构造特征和位于火山岩层之下的、延伸到西部和北部的岩性的成因是相当重要的。但是黑岩山
6、北部地区仅存普查阶段的地质图和少量的K-Ar地质年代数据，因此本研究的目的是对本地区的火山岩地层进行成图并测定他们的地质年代以便在最近所做的300KM长的地震反射和折射剖面中更好地获取解释数据（图2）。地质成图揭示三个明显的火山作用期，时间范围跨越晚始新世到中新世中期，在这一时间所形成的地层中没有发现断层或倾斜岩层。由盆岭断块组成的较小的、拉张的块体沿着切割出露在该区的年轻地层单元的高角度正断层分布（图3，4和5），拉张块体的形成时间与以前测定的该区的热年代学数据一致，为12Ma。黑岩山和邻近黑岩山的沙漠盆地的速度模型约束盆地的深度为0.6KM并揭示出沿着黑岩山向西降低的速度。40Ar/39A
7、r年代数据指示火山岩剖面的年代数据是3516Ma，它有助于对比火山岩地层与包括区域事件在内的黑岩山北部岩浆演化之间的关系。我们所综合的地质和地球物理解释成果指出拉张作用的时间和范围以及黑岩山北部的火山作用特征，并对盆岭北西过渡地带的构造发育提供了新的信息。黑岩山北部35Ma前的地质概况内华达北西的古生代和中生代地层记录了多期的压缩形变并存在与Sierra Neada基岩相关的中生代似花岗岩侵入。在黑岩山，最老的裸露岩层为黒岩组，该黑色岩层是二叠三叠纪形成的岩浆弧，它构成发育于三叠到早侏罗世张裂期的深海盆地的西缘。在黑岩山的北部，三叠纪到侏罗纪的变质沉积岩和变质火山岩地层单元位于靠近Batlet
8、t山的研究区北东部（图4）。黑岩山北部其它的前第三纪岩层由年龄从196到102Ma的深成岩组成。这些深成岩外部呈现狭窄的环，一般发育红柱石，解释为相对浅的形成深度（510KM）。内华达北西中生代深成岩的磷灰石裂变轨迹年龄（AFT）表明经过9070Ma的时间，地层温度冷却到11090等温线，这极有可能是由于晚白垩世到早第三纪中生代岛弧的侵蚀所致。来自黑岩山北部以东的山缘断层处的三块样品（图4）测得的AFT冷却年龄为87到78Ma，与沿山缘滑动的断层处所观察到的小范围地层出露和1.5公里的延伸长度以及区域上晚白垩世地质图相一致。在6035Ma之间所形成的地层相对较少。该时间段的火山岩没有堆积或者没
9、有被保存，而且在该时间段热年代学数据没有记录到有地质意义的冷却作用和重新加热现象。该数据的分析结果表明：该阶段很可能具有逐渐降低的隆起和侵蚀速度、且在构造上为稳定的陆表以及中等程度的（几百米）局部地形发育在裸露的基岩表面为特征。该静止期结束于始新世。玄武质到中性熔岩流覆盖在35Ma的地形上。后面叙述了晚始新世熔岩流地层单元厚度的变化，因为在研究区的最北东部的Bartlett山处存在岩层的上超关系，所以导致图中解释的晚始新世（或前始新世玄武岩）存在300米的地形高差。黑岩山北部的第三纪火山岩在35Ma时期，间歇性的火山作用开始出现在盆岭的北西部。尽管中新世中期，该区的火山作用研究得相对透彻，但是
10、在表征较老的岩浆作用历史方面仅仅做了少量的工作。Nobel等人（1970）首先描述了黑岩山北部和邻近地区的某些第三纪地层单元，得到了地层单元的岩性描述资料、K-Ar法测定的地质年龄和主要元素的地球化学资料。这个时长令人吃惊的火山作用期并没有与张性断层相伴，在内华达北西形成一套年龄上、成因上和厚度上一定的第三纪层序。根据我们所测定的40Ar/39Ar年代数据（表1）和图件（图4、5和6），我们划分第三纪火山岩剖面为三个阶段：（1）晚始新世玄武质熔岩流；（2）渐新世到早中新世双峰式基性粗面安山质熔岩流和流纹质熔岩流及火山灰流凝灰岩；（3）中新世中期流纹质火山灰流凝灰岩。晚始新世基性火山作用在黑岩山
11、北部，老第三纪火山岩的年龄为35Ma，岩性是流入中性花岗岩和变质岩地貌的较低部位的碱性橄榄石玄武岩（图4，5和6）。这些熔岩流的厚度变化在5200米之间（图6），明显地充填在以前形成的地形内。在黑岩山北部的始新世玄武质熔岩流之内，到处都有风化层发育的证据，因此认为它们具有短期发育的喷发历史且位于温暖的气候条件下，因此推测始新世期间该区存在高的风化速率。始新世玄武岩风化为黑褐红色，一般比年轻的渐新世玄武质粗面安山岩要黑。在镜下，这些玄武岩含有10%的小橄榄石斑晶，嵌入到斜长石、斜方辉石和少量橄榄石组成的微晶基质内。对来自始新世玄武质熔岩流之一的基质矿物由40Ar/39Ar进行测年，测得的等时线年
12、龄是34.860.75Ma（图6），与总聚变年龄35.70.5Ma相一致（表1）。渐新世到早中新世双峰式火山作用渐新世到早中新世玄武岩和流纹质熔岩流组成黑岩山北部大套的第三纪地层（图6）。火山灰流凝灰岩、火山角砾岩、薄的玄武质粗面安山岩熔岩流表明在27到21Ma之间喷发形成了接近一公里厚的火山岩。该双峰式组合的各种组分之间的关系在成图区域内明显变化（图4）。从靠近东部山缘处断层位置的、侧向不发育的复杂带状流纹质熔岩流变化为靠近山脉西缘的、形状为“夹心蛋糕”状的玄武岩地层和非凝结的玄武质沉积岩地层。尽管存在较大空间范围的玄武岩和火山灰流凝灰岩，但是单个的熔岩流在整个成图区域内是不连续的。研究区北
13、西部丰富的非凝结凝灰岩地层单元形成缓慢的斜坡，而且在抗风化能力强的断崖玄武岩和火山灰流凝灰岩之间缺乏露头。与始新世玄武岩不同，渐新世到早中新世地层层序中的玄武质熔岩流具有相对稳定的厚度，表明它们流经较为平缓的地形。该年龄值的流纹质火山灰流凝灰岩存在于邻近地区，而黑岩山北部是这些火山物质的可能来源。丰富的巨厚流纹质熔岩流、近火山口凝灰岩和粗砾（碎屑直径大于2米）的火山角砾岩支持上述解释。根据这种双峰式火山岩的数据确定了十五条熔岩流的年代（表1）。在地层层序中含有许多本地成因的熔岩流，流纹质熔岩流的外观在黑岩山北部变化明显。成图区域南东部的、广泛发育的流纹质熔岩流在熔岩流的宽度、气孔的发育程度和颜
14、色方面的变化在露头区体现出来。这些粘性的熔岩流构成复合体，沿着熔岩流边缘的接触带通常保存不好。尽管露头的外观存在明显的变化，但是在薄片上，流纹质熔岩流相则是相对均一的，在以石英为主的微晶基质中，以歪长石石英组合斑晶为特征。铁镁质斑晶在流纹质熔岩流中几乎不存在，在许多熔岩流中含有少量的不透明矿物（1%）（可能是氧化的铁镁斑晶）。分析了歪长石的形成时间，它们来自成图区域内的三条独立的熔岩流，其形成年代为24.926.8Ma（表1）。使用激光聚变技术预测了DL03-BR21和DL03-BR28两块样品的年龄。这些样品（DL03-BR21和DL03-BR28）来自于邻近的熔岩流，得到统计上精确的总聚变
15、年龄（重力偏移平方的平均值0.1）和内部分析的不确定性。DL04-BR09样品使用多粒激光聚变和加热炉步热两种技术测定。由激光聚变技术测得的放射性年龄较低（40Ar20%），但由加热炉步热技术所测定的结果更新了该值（40Ar50%）。高的放射性年龄，再加上等时线和台地年龄（26.800.5Ma和26.690.37Ma）之间的对比，确认了加热炉对该样品的测定结果。DL04-BR09样品的年龄与该地层位置相一致（DL04-BR09样品的下部定年为26.230.27Ma，以后讨论），而更老的熔岩流定位在双峰式火山岩地层层序中。复合的、变化的凝结火山灰流凝灰岩（单层厚度20米）发育在成图区域内，某种相
16、对连续的岩层对常常沿走向不连续发育的火山岩层序提供了重要的地层和构造控制（图4）。区域上广泛发育的空落凝灰岩出现在黑岩山北部以西地区，可用它把黑岩山的火山岩地层与邻近的Pine Forest山的地层相对比（图1）。在黑岩山，年龄和地球化学特征相似的几种火山灰流的存在表明在较短的时间间隔内发生过来自相似岩浆房的火山碎屑暴发事件（1m.y.）。双峰式火山岩层序中的火山灰流凝灰岩含有歪长石（0.20.5mm）和石英斑晶（15%）以及岩屑和能够鉴定的火焰石矿物。尽管复合的火山灰流凝灰岩间互于流纹质熔岩流中，但是来自于这些地层单元的有限地球化学分析数据显示低硅高碱特征（图7）。歪长石的40Ar/39Ar
17、分析结果能被4整除，能从成图区域内所有小于1m.y.的生成年龄中提取出火山灰流类型（表1），所有样品都由多粒激光聚变技术测年，得到了高的放射性年龄值（40Ar87%）和低的MSWD值（0.5）。我们所测得的火山灰空落凝灰岩的年龄（26.040.10Ma）与前面由Colgan等人（2006a）（26.090.31Ma）测得的结果一致，但是稍小于由Swisher（1992）（26.260.03Ma）所测定的结果。虽然凝结的火山灰流凝灰岩在黑岩山北部形成大量的或是内碎屑露头，但是和非凝结凝灰岩和凝灰质沉积岩堆积相比，在数量上还是次要的。占优势的松散流纹物质明显地发育在成图区域的大部分地区，除了在河流
18、和崩塌的悬崖外部出露之外，构成倾斜岩层的堆积物缺少露头。在研究区的西缘，黑岩山北部的最大侵蚀崖占据7.5KM2的范围，而且松散堆积物形成的地层出露的高度为300米（图4）。以大致直立悬崖出露的露头部分由80%90%的非凝结物质组成，含有少量的间互玄武质熔岩流和火山灰流凝灰岩。测得的主要非凝结凝灰岩堆积（Tour地层单元，图4）由主要成分为空落凝灰物质和岩涌堆积物以及再造的水下凝灰物质组成。岩性上变化明显，碎屑直径一般小于1厘米，但局部大于1米。四条有地质意义的北南、东西向的铁镁质岩墙贯穿于整个区域，它们的平均厚度为35米，长度小于300米，构造上含有次垂直的叶理。这些岩墙终止于黑岩山北部的渐新
19、世到早中新世玄武质熔岩流处，使该研究区成为至少是这些玄武质熔岩流一部分的物源（图4）。这些玄武质熔岩流本身遍及整个成图区域，可作为重要的地层标志。一条熔岩流的厚度通常小于20米，但是局部的累加厚度大于50米，证明在喷发期间它们是次要的地貌组成部分。通常，该双峰式火山岩组合的玄武质熔岩流风化为红褐色，比前面描述的始新世玄武岩的颜色要淡，范围从高孔到致密，手标本为隐晶质。和始新世玄武岩一样，图中的Tob地层单元含有丰富的橄榄石斑晶（图4，常常是强烈风化的），但是橄榄石缺少斜长石和斜方辉石的微晶基质。渐新世双峰式火山层序内的玄武质熔岩流的连续性使得它们成为对比火山岩地层的重要的地质年代标志单元。使用
20、加热炉步热技术对来自八条熔岩流的基质矿物进行了测年（表1）。该双峰式组合中最老的玄武质熔岩流（样品号为DL04-BR06）的年代值大于样品号为DL04-BR09(层序中最老的流纹质熔岩流，年代为26.8Ma)的年代值，测得几乎相同的等时线和台地年龄（分别是26.220.17和26.230.27）。八条熔岩流组合中的第六条的年代值大约在2325Ma，这些数据之间的不确定性在2之内。这些熔岩流覆盖研究区中部的宽展台地和地形低洼的、东部山缘断层以东的断层上盘处。该层序中的最年轻玄武岩构成成图区域西缘天池山的顶部（图4）。该熔岩流（样品号为DL04-BR08）具有高的放射性年龄值、重叠的等时线和加权平
21、均年龄（分别是21.690.32和21.70.3Ma）。该双峰式火山岩组合的复合玄武质熔岩流的年代构建了该区的地层关系并确定了渐新世到早中新世火山作用期的时长。中新世中期火山作用与已知的哥伦比亚泛流玄武岩相关的中新世中期玄武岩在盆岭北西部的大部分地区都有分布。这些巨厚的玄武岩的地层厚度局部达到2KM。喷发于16.516Ma，虽然它们的成因还存在争论，但是仍被解释为黄岩活动区的第一次喷发。尽管丰富的中新世中期玄武质熔岩流遍及盆岭的最北西部，但是该年代的玄武质熔岩流在黑岩山北部缺少分布。代之以流纹质火山灰流凝灰岩直接地并整合地覆盖在渐新世到中新世中期双峰式火山岩层序上，而且仅保存在成图区域最北部的
22、低海拔处（图4）。缺少中新世中期的玄武质熔岩流与区域上向南变薄的该层序一致（2KM厚，Steens山北部120KM，Camp等，2003；1KM厚，Pueblo山北部60KM，Hart等，1989；1KM厚，Pine Forest山北部25KM，Colgan等，2006a），也与堆积在地形上低洼地区的、俄勒冈东部的中新世中期玄武岩相一致。中等凝结程度的中新世火山灰流凝灰岩（Tmt地层单元，图4）含有丰富的透长石斑晶（15%）、无光泽的浮石质火焰石和次圆形的石英斑晶（5%）。在黑岩山北部，该地层单元很容易由黑色的玻璃质结构和大的长石斑晶（5mm）这些标志来识别。对DL04-BR19样品的多粒激光
23、聚变试样进行了分析。所有分析结果存在高的放射性年代值（40Ar92%），求得的总聚变年龄为16.220.006Ma。该地层单元可与连接Pine Forest山的更年轻凝灰岩层相对比，也可与成图区域25KM处Virgin峡谷的、火山口喷发的、已测定年代的爱达荷州峡谷凝灰岩（16.20.06Ma）相对比（图2），该年龄在加上Castor和Henry（2000）及Colgan等（2006a）测得的结果，证实该区的Steens、Pueble和CRB火山作用早于16.2Ma。地球化学我们在第三纪火山岩剖面（表2）的七块样品中获得了全岩、主要和痕量元素的地球化学数据。收集来这些数据以正确地命名火山岩地层单
24、元，求证渐新世到早中新世地层剖面中的双峰式火山岩类型以及帮助对比黑岩山北部与邻近山脉的相似地层单元。35Ma的熔岩流是真玄武岩，与邻近Pine Forest山的始新世熔岩流有明显的区别（图7）。这些始新世熔岩流表现为明显的轻稀土元素（LREE）富集和少量重稀土元素（HREE）的损耗，该结果是相对于黑岩山北部的较年轻玄武岩（渐新世和中新世）和Pine Forest山的玄武质安山岩来说的，说明在它们的成因上，存在较低程度的部分熔融现象（图8）。该类熔岩流成因的详细研究超出本文的范围以及我们所拥有的地球化学数据所涵盖的领域，但是该成因与始新世该区域向南发展的岩浆作用有关。七块地球化学分析样品的第六块
25、来自于渐新世到早中新世的双峰式火山岩剖面。我们所分析的两块流纹质熔岩流样品（样号为DL03-BR21和DL03-BR28）具有相似的主要元素分布特征，即两块样品与该双峰式组合的火山灰流凝灰岩相比都具有高硅（SiO275%）和低碱特征（图7）。尽管Pine Forest山的火山灰流凝灰岩的地球化学特征变化较大，但是研究区中的火山灰流凝灰岩还是拥有与邻近Pine Forest山相似年龄的凝灰岩可比较的硅碱化合物（矿物）。该双峰式火山岩层序中的铁镁质熔岩流是玄武质粗面安山岩，与35Ma的玄武岩相比，硅和碱的含量相对较高（图7）。这些熔岩流的REE分布比始新世玄武岩的分布值大，但LREE相对较低，且H
26、REE稍高（图8）。16Ma之后的拉张运动构造描述尽管在黑岩山北部中，本地成因的火山岩地层相对复杂，但是晚始新世到中新世中期剖面仍然是宽展的整合接触，表明该地层单元形成时没有明显的断层和岩层倾斜发生。在构造上，黑岩山是逐渐西倾的地垒，沿着东西两翼由高角度正断层标定。由于许多流纹质熔岩流的无序特征和在含少量玄武岩的地层单元中缺少扁平的气孔，所以，走向和倾向在整个成图区域内不明显。一般情况下，接近山缘断层的山体具有强烈的倾斜特征，其走向为NNE，而倾向为10WNW。所观察到的倾斜较为平坦（5），而在靠近山体西缘处，走向转为ENE方向。断层位于山体的两侧，没有保留可测得倾向的断层界面。山体内地层的轻
27、微倾斜表明这些断层很可能是近于直立的，认为是盆岭间最年轻的断层。在横剖面中（图5），正断层的断面预测与水平面呈60夹角，目前情况下，在黑岩山东部形成预测值为50的断层倾向，而在Pinto山的西部，断层倾向的预测值为55。存在于黑岩山北部之内的断层向东倾斜，而黑岩山北部以东地区的山前断层具有最大的断距。中生代花岗岩和变质岩沿着东部山缘断层出露，形成目测为1.5KM长的垂直位移。该位移与距晚白垩世地层的深度小于23KM的、东部山缘断层处分布的、基底花岗岩的AFT和（U-Th）He年龄相一致。Pinto山（在图4AA线的南东端）的边界由位移较小的、西倾的断层所标定，该断层较好地展示了渐新世到早中新世
28、双峰式火山岩层序。此处，火山岩熔岩流逐渐地向东倾斜，受控于杰克逊山西倾的边缘断层和黑岩山东倾的边缘断层。众多的小断距断层形成多个断块，每个断块部分重复该小基岩块体北部的地层。速度剖面和盆地的几何形态在2004年9月，我们完成了300公里长的地震反射波、折射波及遥感地震勘探，测线跨越北部盆岭，并经过研究区（图4）。广角勘探由地震工程模拟网（NEES）增益，并使用了三轴震源测量黒岩沙漠和黑岩山40KM深的地壳剖面（图2）。上地壳速度模型（图9，有关数据采集和处理的详细信息，请参阅数据库项目3脚注1）有与最早进行的地质普查结果相一致的侧向速度差异（图3）。缓慢的速度（Vp3.0KM/s）在黒岩沙漠延
29、伸到0.6KM深度。与盆地充填厚度相一致。黒岩沙漠的2KM/s等值线表明松散的盆地充填（Vp2.0KM/s）沿着盆地的东缘达到最大厚度，与杰克逊山（图2）西缘存在的大断距山缘断层相符。靠近杰克逊山北部地表处的高速（Vp5.0KM/s）与出露的中生代火山岩和变质岩相关（图1）。尽管在黑岩山，速度模型因在印第安水库的天池位置缺少检波器而受到制约，但是我们仍把速度的向西降低与厚度的向西增加相关联，而且在地质图上标出大量的非凝结流纹质凝灰岩堆积（参见图2的检波器阵列）。构造意义火山岩地层保存在黑岩山北部的火山岩地层剖面在以下方面具有区域意义。首先，白垩纪和第三纪之间的不整合被很好地保存在黑岩山，而且沿
30、着东部的山前断层出露并进一步延伸到研究区南东部的山脉之中（图4）。该三维出露的不整合面主控地表的几何形态，在始新世（35Ma）玄武岩喷发时，该不整合面在黑岩山北部形成小于1百米高差的平缓地形。在Bartlett峰和Battle谷地区（分别位于研究区北东部和南部），始新世玄武岩的厚度变化在300米以内（成图单元为Teb，图4），由此确定此时仅存在较小的地形高差，与Pine Forest山的情况相似，而且在60到35Ma之间，与没有记录到有地质意义的、热、冷事件的区域热年代学数据相一致，表明该区很可能是构造稳定的陆表。这些35Ma的熔岩流都明显地比玄武质安山岩（38Ma）年轻，而且比保存在邻近的P
31、ine Forest山中的玄武岩（30Ma）明显地老（两者都不存在于黑岩山北部），表明该区的每条晚始新世到早渐新世的熔岩流，可能没有在区域上展开。在始新世，这些玄武质熔岩流的成因是不确定的，但是可能与跨越北部盆岭向南发展的岩浆作用相关，推测可能由热的软流圈物质融解法拉龙板块的边缘所引起。地质成图和地质年代学研究把渐新世双峰式火山作用的分布范围宽展到该区。该年代的流纹质火山岩被标定在华纳山、Pine Forest山、Calico山和Pueblo山中，然而这些区域上广泛分布的熔岩流的来源和成因还没有很好地理解。丰富的条带状流纹质熔岩流和粗粒的火山角砾岩以及黑岩山的大量玄武质岩墙表明该双峰式火山岩组
32、合的主要组分是本地成因的。在邻近地区，各处都不存在和黑岩山北部的厚度相同的渐新世双峰火山岩组合，这种现象支持该区是渐新世岩浆喷发中心的假设。该组合的成因不能被解释为一般所接受的岩石圈的扩张作用，这是因为扩张作用发生得比较晚（双峰式火山作用发生在27到21Ma，扩张作用的发生时间12Ma）。从较广的范围上说，黑岩山北部的渐新世双峰式火山作用可能与俄勒冈东部的、由Christiansen等人整理的、John Day组的、同时代的部分双峰式组合（同是流纹岩和玄武质粗面安山岩）的成因相同。尽管这些双峰式的碱性熔岩流与盆岭中许多位置的火山作用产物在时间上呈上超关系，但是它们的组成不同于其他位置的、几乎是
33、钙碱性和中性物质的火山产物。Colgan等人提出内华达北西部渐新世火山作用的双峰式组合成因的几种可能解释，包括：（1）与北部盆岭的中部相比，北西内华达较薄的地壳允许地幔成因的熔融体很容易通过地壳而上升；（2）内华达北西部共生的火山岛弧地层和白垩纪基岩物质与内华达中部和东部的冒地槽地壳物质相比，可能更难熔和更难分解；（3）在内华达北西，许多侵入到地壳中的玄武岩侵入体可能比内华达中部要小，因此熔融已存在的陆壳的可能性很小。本文所收集的有限地球化学数据仅对这些岩浆的成因提供了有限的证据，因此需要进一步地详细研究。虽然黑岩山北部分布有丰富的渐新世火山岩，但是它缺少在该盆岭内起主控作用的、区域上有地质意
34、义的、中新世中期的火山岩剖面。尤其在我们的研究区缺少Steens玄武岩剖面（相当于哥伦比亚河泛流玄武岩），与观察到的这种玄武岩层序向南变薄的倾向一致，推测与该区以前的地形有关。上地壳结构当北部盆岭的构造运动处于间歇期时，高角度的山缘断层在黑岩山北部提供主要的构造控制。整合的晚始新世到中新世中期的火山岩地层以及区域的热年代学数据表明在12Ma，先于盆岭扩张作用的开始，发生了小范围的扩张作用。而且该区内从Santa Rosa山到黑岩山（图1）的扩张（拉张）作用与北部盆岭的中心位置相比是相对次要的。整个黑岩山的上地壳扩张幅度（57%）比整个黑岩山Pinto山杰克逊山系的扩张幅度（810%）稍小，而且
35、与次级的盆岭扩张到黑岩山南部及东部和狭长的火山岩台地的北部及西部的区域性过渡相一致。我们使用黒岩杰克逊山系的速度模型，通过约束盆地深度、盆地的几何形状和黑岩山及杰克逊山之下的高速值，证实上地壳结构符合我们的第一种解释（图3和9）。结论 保存在黑岩山北部的始新世玄武岩直接地覆盖在前第三纪火成岩和变质岩之上，其厚度变化小于300米，表明当这些熔岩流充填已存在的地形时，该区在35Ma仅发育中等高度的地形。这些快速形成的熔岩流（在层序中没有观察到风化的地层）被2621Ma的双峰式火山岩组合（至少某些地层单元是本地成因的，为黑岩山北部第三纪地层的主要组成）所覆盖。这些始新世到早中新世火山岩整合地被16.2Ma的流纹质火山灰流凝灰岩所覆盖，以下两个原因是值得注目的：（1）此处，以不存在明显的倾斜为特征，推测从35Ma到16Ma，黑岩山北部无明显的扩张作用，（2）与哥伦比亚河泛流玄武岩可对比的、具有区域地质意义的中新世中期玄武岩在剖面中缺乏。16Ma以后的扩张作用由高角度的、山脉东西边缘的山缘断层所控制，形成逐渐倾斜的地垒（倾角为510）。因此，根据我们取自黑岩山的地质数据，证明该区经历了长时间的、规模巨大的火山作用，并伴有低级的、沿高角度正断层发育的扩张作用（区域级别20%，局部级别10%）。