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        福建永泰百漈溝省級地質(zhì)公園火山巖地層特征及其地質(zhì)意義

        2021-10-28 06:32:16余芝華
        能源與環(huán)境 2021年5期
        關(guān)鍵詞:流紋晶屑流紋巖

        余芝華

        (福建省煤田地質(zhì)勘查院 福建福州 350000)

        0 引言

        云山火山噴發(fā)盆地作為福建省內(nèi)較為最典型的火山構(gòu)造之一,已有多位學(xué)者對其進(jìn)行了巖石學(xué)、地球化學(xué)、構(gòu)造背景等相關(guān)研究[1-5]。位于其中的永泰百漈溝省級地質(zhì)公園形成于燕山末期大構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)換期背景下,園區(qū)內(nèi)自下而上鱗次出露的酸性熔巖、火山碎屑巖及其旋回組合,對揭示該區(qū)域的噴發(fā)、沉積旋回特征、反演該時期火山活動具有重要的參考價值。

        1 園區(qū)概況

        百漈溝省級地質(zhì)公園位于福州市永泰縣西南部,距永泰縣城39 km,地屬同安鎮(zhèn)芹草村,總面積約4 km2,是兼具火山地質(zhì)地貌景觀、瀑布水體地貌景觀、地質(zhì)災(zāi)害遺跡景觀及人文景觀的綜合性小型地質(zhì)公園。

        公園入口位于大樟溪中段北岸。園區(qū)地貌由山間盆地及低山、丘陵組成,地勢總體上呈西北高東南低,平均海拔高度為650 m~780 m,最高峰尖峰海拔870 m。園區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,雨量充沛,年均降雨量1 800 mm,區(qū)內(nèi)水系主要由芹草村的芹草溪及山中小澗流組成,它們由東北、西北山地向南匯集于芹草洋,經(jīng)主景區(qū)大峽谷形成百漈溝瀑布群,匯入大樟溪。

        公園地貌類型豐富,含較為典型的山地跌水水體地貌遺跡和火山巖地貌遺跡景觀類型,涵蓋了瀑布、水潭、山體、懸崖、洞穴、峽谷、象形石(崩塌巖塊等)多種地貌形態(tài)小類。沿著景區(qū)主步道拾階而上,不僅可見到火山活動及后期構(gòu)造運動形成的壯觀崖壁和幽深峽谷,水體以340 m的總落差穿過峽谷所構(gòu)成的八級飛瀑,并隨處可見意趣非常的水蝕壺穴和崩塌滾落山谷的象形石,完整而多樣地保存了內(nèi)、外動力地質(zhì)作用共同塑造的典型特征。

        2 區(qū)域火山作用地質(zhì)背景

        2.1 火山構(gòu)造特征

        永泰縣位于政和—大埔深大斷裂以東、長樂—詔安動力變質(zhì)帶以西地塊的中部,構(gòu)造形跡上由北東—北北東和北西向為主的斷裂帶構(gòu)成,在火山構(gòu)造上屬浙閩粵火山活動帶—閩東火山活動亞帶—云山—賴源北東東向火山噴發(fā)帶之云山火山噴發(fā)盆地(圖1)。云山火山噴發(fā)盆地長達(dá)90 km,寬25 km~30 km,包括石牛山、云山、五虎山3 個火山構(gòu)造洼地,其中云山火山構(gòu)造洼地規(guī)模最大,形態(tài)呈長橢圓形,長軸方向北東東向,三者呈串珠狀疊置在晚侏羅世火山巖之上,總體沿永定—閩江口斷裂帶呈北東東向帶狀展布[1],公園正處于云山火山構(gòu)造洼地的西側(cè)邊緣。

        圖1 云山地區(qū)火山—沉積盆地地質(zhì)簡圖(林東燕,2007)

        2.2 火山巖地層特征

        云山地區(qū)早白堊世地層為一套巨厚的陸相沉積—火山噴發(fā)巖系,可分為3 個沉積—噴發(fā)旋回,分別稱為黃坑組、寨下組及石牛山組[1]。公園地處云山火山噴發(fā)盆地的西側(cè)邊緣,區(qū)內(nèi)出露的主要為石帽山群上段寨下組(K1z2)地層。寨下組地層分布面積較大,為一套巨厚的紫紅色碎屑沉積—酸偏堿性火山噴發(fā)巖系,分上、下2 個巖性段,下段為河湖相火山碎屑沉積巖夾火山碎屑巖,上段為酸(偏堿)性火山碎屑(熔)巖[4]。

        2.3 火山作用特征

        公園園區(qū)所屬的云山火山構(gòu)造洼地形成于113.2 Ma~104.1 Ma[5],構(gòu)造巖漿旋回屬燕山期,火山活動旋回屬燕山晚期亞旋回。燕山晚期火山活動是中生代火山活動的減弱—衰亡階段,主要受北西向及北東東向斷裂帶控制。寨下組對應(yīng)早白堊世晚期火山活動旋回(Ⅶ),火山活動局限于斷陷盆地或火山構(gòu)造洼地內(nèi),火山以中心式的強(qiáng)烈的爆發(fā)和寧靜噴溢為主,形成的火山構(gòu)造以穹狀火山及破火山為主[4]。

        3 園區(qū)巖石學(xué)及礦物學(xué)特征

        調(diào)查發(fā)現(xiàn),園區(qū)內(nèi)主要出露酸性熔巖—火山碎屑巖巖石組合,主要包括(含角礫/霏細(xì)結(jié)構(gòu)/流紋構(gòu)造/石泡構(gòu)造)流紋巖、流紋質(zhì)(含角礫)(晶屑)(巖屑)熔結(jié)凝灰?guī)r、火山巖角礫巖、火山集塊巖及流紋質(zhì)凝灰熔巖等5種巖石類型,圖2 展示了公園主景區(qū)溝體走向、八大瀑布高程及對應(yīng)巖性剖面情況。在采集巖石樣本后,選取部分樣品送至福建省地質(zhì)調(diào)查研究院完成巖礦鑒定分析,結(jié)合野外調(diào)查情況,對調(diào)查區(qū)內(nèi)出露巖石類型分述如下。

        圖2 百漈溝省級地質(zhì)公園主景區(qū)溝體及其對應(yīng)巖性剖面圖

        3.1 流紋巖類

        調(diào)查區(qū)溝谷的上中下部共5 個層位出露流紋巖,其中含角礫流紋巖見于調(diào)查區(qū)溝谷底部大樟溪河岸(1 層);石泡流紋巖見于溝谷中部“天坑”位置(18 層);第2 層、4 層、26 層出露(霏細(xì)結(jié)構(gòu))流紋巖。不同層位的流紋巖體在結(jié)晶程度、微觀結(jié)構(gòu)、宏觀構(gòu)造上略有區(qū)別。

        溝谷底部出露的流紋巖體位于公園主入口大樟溪溪岸兩側(cè)(1 層),構(gòu)成公園入門的醉美河灘。巖體整體呈紫灰色、紫色、紫紅色,發(fā)育良好的柱狀節(jié)理,巖體薄層狀,流紋構(gòu)造,斑狀結(jié)構(gòu),大部分為基質(zhì)礦物,斑晶含量約為6%,主要是石英、斜長石、黑云母;基質(zhì)成分為長英質(zhì),部分纖維狀長英質(zhì)平行定向排列,構(gòu)成流紋構(gòu)造,呈細(xì)紋狀、條痕狀,相間分布(圖3)。

        圖3 流紋巖及其鏡下特征

        溝谷中部“天坑”位置(18 層)出露的石泡流紋巖夾層呈灰白色、淺灰色、灰紫色,斑狀結(jié)構(gòu),斑晶約占8%,組分主要為石英、鉀長石、斜長石;基質(zhì)礦物成分主要有石英和長英質(zhì),石英具球粒狀或不規(guī)則狀外形;長英質(zhì)礦物呈纖維狀、放射狀或扇狀排列。具有石泡構(gòu)造,石泡直徑0.3 cm~4.0 cm,含量約占75%以上,絕大部分腔壁由纖維狀雛晶垂直空腔壁成層分布,填充長英質(zhì)礦物。石泡單體呈球形、橢球形,聚合體呈似葡萄狀,部分石泡有拉長,呈斜列、疊瓦狀排列(圖4)。通過判斷長軸排列方向,可以推測巖漿流動方向。

        圖4 石泡構(gòu)造流紋巖及其鏡下特征

        白龍瀑布上方(26 層)出露淺灰色霏細(xì)結(jié)構(gòu)流紋巖體,具有皺紋狀流動構(gòu)造(圖5)。斑晶含量約為15%,礦物主要為鉀長石和石英,其中鉀長石板狀晶型良好,石英多呈渾圓狀,亦可以見到港灣狀溶蝕結(jié)構(gòu);基質(zhì)脫?;?,具霏細(xì)結(jié)構(gòu),微晶之間邊界模糊,成分為長英質(zhì),強(qiáng)烈綠泥石化。

        圖5 白龍瀑布上方流紋巖體

        3.2 流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r類

        自公園主景區(qū)谷底往上至最高三疊泉處,皆可見到該類巖石露頭,構(gòu)成公園內(nèi)八大瀑布、湖、潭的水道基底,是景區(qū)內(nèi)主要的造景巖性。在剖面調(diào)查中有19 層皆為該類型巖石,其中依據(jù)晶屑含量、巖屑含量及是否含角礫可細(xì)分為流紋質(zhì)含晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)(含角礫)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r以及流紋質(zhì)巖屑熔結(jié)凝灰?guī)r4種類型。巖體呈淺灰白色、灰色,致密,塊狀構(gòu)造,部分具有假流紋構(gòu)造,巖體節(jié)理發(fā)育。

        送檢熔結(jié)凝灰?guī)r樣品具有(含)晶屑熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)(圖6),火山碎屑物由晶屑、塑性巖屑、塑性玻屑及火山灰組成,晶屑呈碎屑狀,約占8%~12%,以石英、長石為主;塑性巖屑約占15%~20%;塑性玻屑及火山灰約占68%~77%。塑性巖屑呈火焰狀、透鏡狀、帶狀,基質(zhì)部分被纖維狀長英質(zhì)、石英、長石礦物取代。塑性玻屑及火山灰呈細(xì)紋狀,已經(jīng)脫?;?,形成霏細(xì)結(jié)構(gòu)或雛晶結(jié)構(gòu)長英質(zhì)礦物集合體。塑性巖屑和塑性玻屑形變構(gòu)成假流紋構(gòu)造。

        圖6 流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r及其鏡下特征(6 層)

        多個送檢的熔結(jié)凝灰?guī)r樣品中皆可見到塑性巖屑、塑性玻屑。塑性巖屑呈透鏡狀、帶狀,表明其形成于熾熱的火山灰流中,為粘度較大的熔漿在氣體作用下噴出。塑性玻屑被壓扁拉長,在堆積時仍可塑性變形,繞過晶屑巖屑呈假流紋構(gòu)造。整體而言,園區(qū)內(nèi)熔結(jié)凝灰?guī)r熔結(jié)程度中等,判斷形成于噴發(fā)單位的中上部。在園區(qū)不同位置取得樣品熔結(jié)程度有所不同,表明在數(shù)次火山作用過程中,其火口位置或噴發(fā)強(qiáng)度有所變化。

        3.3 流紋質(zhì)火山角礫巖

        在調(diào)查區(qū)中,該巖體典型露頭位于水簾瀑布上方崖壁(9層)。巖體呈灰紫色,塊狀構(gòu)造,火山角礫結(jié)構(gòu),碎屑物組分有角礫(巖屑)、晶屑、玻屑、火山灰(圖7)。角礫級巖屑(>2 mm)約占55%,巖屑(<2 mm)約占25%,巖屑成分有凝灰?guī)r、流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r。晶屑約占3%,玻屑及火山灰約占17%,已脫?;婚L英質(zhì)礦物取代,呈霏細(xì)狀結(jié)構(gòu)。

        圖7 流紋質(zhì)火山角礫巖及其鏡下特征

        3.4 火山集塊巖

        區(qū)內(nèi)溝谷中部金豹峽東西兩側(cè)崖壁出露火山集塊巖(19層),塊狀構(gòu)造,由角礫、集塊和膠結(jié)物組成,角礫及集塊成分較復(fù)雜,呈棱角狀,分選性差,碎屑巖塊占50%以上(圖8)。峽谷西側(cè)峽壁的火山集塊巖體風(fēng)化嚴(yán)重,塊體掉落斑駁,崖壁呈現(xiàn)不規(guī)則狀洞穴,峽谷東側(cè)崖壁火山集塊巖體相對致密,見火山彈,直徑3 cm~15 cm,內(nèi)部次生長英質(zhì)結(jié)晶良好?;鹕郊瘔K巖常分布于火山通道外圍附近,能夠作為尋找、確定火山口的重要標(biāo)志之一,是近火山口相產(chǎn)物。

        圖8 流紋質(zhì)火山集塊巖

        結(jié)合野外調(diào)查鑒定,區(qū)內(nèi)還出露有少量流紋質(zhì)凝灰熔巖,灰白、淺灰色,以中厚夾層形式存在于熔結(jié)凝灰?guī)r之間??傮w而言,園區(qū)內(nèi)以熔結(jié)凝灰?guī)r為主,為酸性火山碎屑巖—酸性熔巖組合,與云山地區(qū)雙峰式火山巖中酸性端元的典型特征相符,但未出露底部基性火山巖,對比分析出露地層為寨下組上段的中上部地層。

        4 園區(qū)火山巖巖相學(xué)特征

        本次調(diào)查采用《中國區(qū)域地質(zhì)志·福建志》(2016)的劃分方案,火山巖相劃分為八種類型,其中爆發(fā)相可進(jìn)一步劃分為空落堆積相、碎屑流堆積相、涌流堆積相和崩落堆積相。結(jié)合調(diào)查中實測剖面繪制情況,總結(jié)出公園內(nèi)主要出露以下火山巖相(見表1)。

        表1 公園園區(qū)巖石分層及巖相類型

        4.1 爆發(fā)相

        (1)崩落堆積相。該亞相在園區(qū)內(nèi)以流紋質(zhì)火山角礫巖和火山集塊巖為主。其中集塊多呈尖棱角狀,分選性差,從集塊到凝灰級同時并存,大小混雜,無明顯層理橫向厚度,變化急劇,表明集塊角礫主要來自火口區(qū)近地表的巖石。

        (2)碎屑流堆積亞相/涌流堆積亞相。園區(qū)內(nèi)大量出現(xiàn)的流紋質(zhì)(含角礫)晶屑(巖屑)熔結(jié)凝灰?guī)r,熔結(jié)現(xiàn)象顯著,可能為碎屑流堆積相,亦可能為涌流堆積相。雖然不同露頭巖體中晶屑及巖屑的含量有所區(qū)別,但塑性變形的巖屑及玻屑十分普遍,形態(tài)復(fù)雜。出現(xiàn)條帶狀、透鏡狀、火焰狀塑性巖屑,表明區(qū)內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)弱交替的火山作用,噴發(fā)的熾熱火山碎屑物有時在向外移動過程中呈層狀移動,有時在撲撩云中以渦流或紊流方式運動。

        4.2 噴溢相

        以流紋巖為代表,包括含角礫流紋巖、流紋構(gòu)造流紋巖、石泡流紋巖、霏細(xì)結(jié)構(gòu)流紋巖,依據(jù)不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征可劃分為上部、中部、下部亞相。具石泡、球粒結(jié)構(gòu)的流紋巖可劃分于流動單元上部亞相,原生氣孔最為發(fā)育;位于公園南門入口處大面積分布的紫紅色流紋巖河灘,流紋構(gòu)造發(fā)育,斑狀結(jié)構(gòu),位于流動構(gòu)造的中下部,其中含角礫層位于下部,為酸性熔巖流夾裹底部角礫或同生角礫形成,中部巖體由于冷凝速率相對上下部較慢,流紋構(gòu)造發(fā)育良好,結(jié)晶程度也相對較好。

        4.3 爆溢相

        區(qū)內(nèi)出露流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖夾層,可歸為爆溢相,是介于火山強(qiáng)烈爆發(fā)與寧靜噴溢間的過渡巖相,其流動構(gòu)造不發(fā)育。與該相流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖伴生的流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r亦可能同為爆溢相產(chǎn)出,但需要更為深入的巖礦特征鑒定,有待進(jìn)一步探討。

        5 園區(qū)成因演化探討

        公園園區(qū)正位于云山火山構(gòu)造洼地的西側(cè)邊緣,往南毗鄰石牛山火山構(gòu)造洼地的東北緣。該區(qū)域通過遙感解譯存在一個隱性的環(huán)狀構(gòu)造(圖1),實測剖面資料中段碎裂集塊巖層段產(chǎn)狀呈現(xiàn)內(nèi)傾,具有破火口的特性。園區(qū)主要巖相以爆發(fā)相流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為主,間以崩落堆積亞相火山集塊巖和火山角礫巖,并以噴溢相流紋巖、爆溢相凝灰熔巖為夾層,存在多個不完整旋回,是該區(qū)火山活動逐漸轉(zhuǎn)弱的表現(xiàn),也印證了云山范圍內(nèi)火山噴出中心活動、遷移或向四周擴(kuò)散,由層狀火山形成期逐漸發(fā)展成為穹狀火山、破火山的過渡階段[1]。

        園區(qū)形成寨下組上段酸性火山熔巖——火山碎屑巖的火山巖組合的同時,北東東向拉張作用的加劇派生了北西向擠壓應(yīng)力,產(chǎn)生北西向張裂隙[1]。園區(qū)內(nèi)外逐步形成了以北東東向、北西向斷裂為主的地質(zhì)構(gòu)造格局。伴隨著新構(gòu)造運動的升降和震蕩,區(qū)內(nèi)燕山晚期的火山——沉積巖體暴露在外動力地質(zhì)作用下,雨水裹攜著巖土構(gòu)成的碎屑流,不斷在百漈溝溝谷中進(jìn)行下蝕和側(cè)蝕,形成明顯的差異風(fēng)化。構(gòu)造斷裂帶等逐步發(fā)育成更具規(guī)模的峽谷,巖體薄弱形成跌水,巖體致密處形成巖檻,最終呈現(xiàn)出八大瀑布和眾多嶙峋怪石的地質(zhì)遺跡景觀。

        6 結(jié)論

        (1)園區(qū)火山巖地層為石帽山群上段寨下組上部,酸性火山碎屑巖——酸性熔巖組合,以流紋質(zhì)(含)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r為主,并含(含角礫/流紋構(gòu)造/霏細(xì)結(jié)構(gòu)/石泡)流紋巖、火山角礫巖、火山集塊巖、流紋質(zhì)凝灰熔巖等,與云山地區(qū)雙峰式火山巖中酸性端元的特征相符。

        (2)園區(qū)火山巖相含爆發(fā)相、噴溢相及爆溢相,其中以爆發(fā)相流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為主,間以崩落堆積相火山角礫巖和火山集塊巖、噴溢相流紋巖及爆溢相凝灰熔巖夾層,反映出火山活動進(jìn)入尾聲,火山噴發(fā)形式逐漸轉(zhuǎn)變的特點。

        (3)園區(qū)內(nèi)酸性火山碎屑巖—酸性熔巖基底在燕山晚期及新構(gòu)造運動、外動力地質(zhì)作用的共同作用下產(chǎn)生差異風(fēng)化,最終形成各類典型地質(zhì)遺跡風(fēng)景。

        致謝:本文依托于福建永泰百漈溝省級地質(zhì)公園規(guī)劃及調(diào)查專項,調(diào)查工作由項目組共同完成。成文過程中得到劉震高級工程師和楊春發(fā)高級工程師的悉心指導(dǎo),在此一并表示誠摯感謝!

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