象山縣花岙島柱狀節(jié)理群特征及成因初探

李全海，張 環(huán)

(浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，浙江寧波 315012)

象山縣花岙島柱狀節(jié)理群特征及成因初探

李全海，張 環(huán)

(浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，浙江寧波 315012)

象山縣花岙島南東側(cè)的海岸帶上出露柱狀節(jié)理群火山地貌，因石柱的粗細、長短、色彩、趨向和所處位置的差異，相依相牽，順坡層向上，構(gòu)成階梯式的山坡，是花岙島的核心景點。柱狀節(jié)理群形成于早白堊世，當炙熱的碎斑熔巖經(jīng)火山口侵出后，在區(qū)域不均勻冷卻和緩慢收縮的條件下形成傾斜方向各異的柱狀節(jié)理群，是火山巖的原生構(gòu)造。

花岙島;柱狀節(jié)理群;火山地貌;古火山

0 引言

柱狀節(jié)理群是巖漿噴溢后，向四周流動，在緩慢冷卻、均勻收縮的條件下產(chǎn)生垂直裂變，從而形成形態(tài)各異的柱狀節(jié)理。石柱的形態(tài)受巖漿的成分、溫度及冷卻速度影響，當巖漿成分均勻時，在緩慢冷卻、均勻收縮條件下，易形成六方柱、八方柱等規(guī)則柱狀體;當巖漿成分不均勻，在緩慢收縮、冷卻時，形成的柱形較雜，普遍以三棱柱、四棱柱、五棱柱居多。自然界的柱狀節(jié)理大多形成于玄武巖巖層，而花岙島碎斑熔巖中形成柱狀節(jié)理則十分罕見，花岙島柱狀節(jié)理群規(guī)模宏大，地處島內(nèi)東南部的海岸，被譽為“海上石林”［1］。

1 柱狀節(jié)理群的特征

1.1 柱狀節(jié)理群的分布和范圍

柱狀節(jié)理群分布于花岙島南部、南東、東部及北東側(cè)的海岸帶上［2］，總面積約1.03 km2。最壯觀的柱狀節(jié)理群分布于南部臨海一帶及小門頭山、獅子山等島嶼(圖 1)，面積約 0.07 km2。

1.2 地質(zhì)特征

1.2.1 地質(zhì)概況

花岙島中部總體為一個不完整的破火山，平面形態(tài)呈喇叭口狀，面積約5.0 km2。破火山中心出露晚侏羅世淺肉紅色石英正長斑巖，斑晶含量約占43%，主要由斜長石、鉀長石及少量黑云母組成，大小一般0.5～4.0 mm，呈半自形;基質(zhì)為斜長石、鉀長石及石英、黑云母組成。巖石中見絹云母化和綠泥石化蝕變。圍巖為碎斑熔巖，二者呈侵入接觸關系，接觸面向火山口內(nèi)部傾斜，傾角60°～82°，接觸面上盤為石英正長斑巖，接觸面附近見絹云母化;接觸面下盤為碎斑熔巖，接觸面附近硅化強烈，遠離接觸面硅化逐漸變?nèi)?，且局部有安山巖脈貫入圍巖中。

圖1 花岙島中部破火山地質(zhì)略圖Fig.1 Schematic geological map of caldera in middle of Hua'ao island

碎斑熔巖由斑晶和基質(zhì)組成，斑晶礦物以石英、鉀長石為主，少量斜長石，石英呈碎裂狀，但碎而不散，局部發(fā)育再生珠邊;鉀長石多為碎屑狀，少量呈板柱狀，邊緣也出現(xiàn)再生珠邊，內(nèi)含石英圓珠，含量＜10%，大小1～2 mm。基質(zhì)由微小粒狀石英和長石集合體組成，呈霏細結(jié)構(gòu)，長石以鉀長石為主。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具霏細結(jié)構(gòu);囊狀體構(gòu)造、變余流紋構(gòu)造(圖3、4:碎斑熔巖薄片)。

火山口周邊出露地層為上侏羅統(tǒng)西山頭組，巖性為青灰色流紋質(zhì)含角礫玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r(主要分布于花岙島北側(cè)高塘島)，巖石成分主要由晶屑、玻屑及火山灰組成，晶屑含量較少，以石英和鉀長石為主，含量約9% ～10%，大小1～2.5 mm;角礫以凝灰?guī)r為主，呈棱角—次棱角狀，含量約15%，大小在1～3 cm，個別大者可達10 cm以上;玻屑為塑變玻屑，膠結(jié)物為火山灰，巖石中見絹云母化、硅化蝕變。巖層厚度＞398 m。

1.西山頭組凝灰熔巖;2.晚侏羅世潛石英正長斑巖;3.凝灰熔巖;4.石英正長斑巖;5.實測侵入接觸界線;6.絹云母化;7.硅化;8.柱狀節(jié)理。

圖3 霏細碎斑熔巖(正交偏光)Fig.3 Porphyroclastic lava

圖4 霏細碎斑熔巖(正交偏光)Fig.4 Porphyroclastic lava

1.2.2 柱狀節(jié)理群柱體特征

(1)柱形 碎斑熔巖中發(fā)育多組節(jié)理，柱體主要以 280°∠60°、100°∠74°，215°∠63°、335°∠65°(石林景區(qū)測定)等四組節(jié)理圍成，節(jié)理把柱體分割為四棱柱、五棱柱及六棱柱，在花岙島東部的石林景區(qū)以四棱柱、五棱柱居多。

(2)傾斜度 花岙島北部柱體主要向北西傾斜，以近直立為主，總體傾角約60°;南部柱體主要往南東傾斜，以近直立為主，總體傾角約70°;東部柱體傾斜度變化較大，在近火山口處，石柱以橫向柱狀分布，中間呈斜柱狀分布，遠離火山口區(qū)域為近垂直柱狀分布，從西向東柱體呈斜柱狀—近直立柱狀的漸變過程，自上而下呈連續(xù)狀態(tài)，石柱無交切關系，周邊無斷裂構(gòu)造，為同一時期火山溢出產(chǎn)物。

(3)柱體大小 花岙島北部、南部柱體大小均勻，直徑大小變化不大，多以20～40 cm為主，總體南部柱體直徑比北部略小;南東側(cè)巖體內(nèi)柱體較粗大，一般以60～95 cm為主;東部柱體直徑變化大，直徑大小40～90 cm，總體西側(cè)小，東側(cè)大，北側(cè)小，南側(cè)大，上部小，下部大。反映花岙島碎斑熔巖溢出地表后，火山口西側(cè)、北側(cè)的熔漿冷卻速度快，而南側(cè)、東側(cè)冷卻速度慢。

(4)柱體完整性 北部及南部由于揭露標高較低，總體較完整，大部分區(qū)域僅見蜂窩狀柱體頂端。東部景區(qū)內(nèi)柱體完整，由上至下，連續(xù)不交切，有的直插海面，有的矗立排列，有的似石柱瀑布，完整性好。

(5)柱高 東部柱體最高，棧橋南東側(cè)柱體較完整，呈斜柱狀，單根高20～35 m;東側(cè)島嶼最大高者約10 m，其他在3～6 m之間。南部和北部柱體高度不大，多以3～5 m居多，局部地段有＞10 m者。巖體內(nèi)柱體高度一般在5～8 m，局部被水平節(jié)理分成數(shù)段。

(6)柱狀節(jié)理分布密度統(tǒng)計 花岙景區(qū)棧橋南端節(jié)理統(tǒng)計點:選取30 m2面積進行統(tǒng)計，石柱直徑大小一般以40～90 cm，55～65 cm居多，四棱柱12根，柱邊長55～65 cm;五棱柱26根，柱邊長40～90 cm?；ㄡ畭u南側(cè)小碼頭節(jié)理統(tǒng)計點:選取16 m2面積進行統(tǒng)計，石柱直徑大小一般以20～40 cm居多，四棱柱18根，五棱柱27根?；ㄡ畭u南東側(cè)仙子洞旁巖體節(jié)理統(tǒng)計點:選取20 m面積進行統(tǒng)計，石柱直徑大小一般以60～95 cm居多，六棱柱14根，五棱柱4根。綜上，石柱單體密度約1.18根/m2，花岙島柱狀節(jié)理分布面積約1.03 km2，島內(nèi)石柱約1.03 ×1.18 ×106≈120 萬根。

2 柱狀節(jié)理群形成時代

在花岙島東部仙子亭海岸邊采集碎斑熔巖同位素年齡樣，測年值為(116.2±1.7)Ma(測試單位:南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，測試方法:U-Pb法)，表明碎斑熔巖形成于早白堊世。

圖6 花岙島柱狀節(jié)理群形成演化模式圖Fig.6 Sketch map of joint group with internal columnar

3 柱狀節(jié)理群的形成與演化

花岙島柱狀節(jié)理群的形成與演化分四個階段:

(1)火山噴發(fā)期 晚侏羅世—早白堊世浙東南火山活動強烈［3］，花岙島火山爆發(fā)，早期形成了一套巨厚的火山巖系地層—上侏羅統(tǒng)西山頭組下部流紋質(zhì)含角礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r(圖6-A)。

(2)火山溢流、冷凝期 早白堊世火山爆發(fā)，晚期熔巖從深部侵出—溢出，形成暗紫色碎斑熔巖。由于壓力驟降，熔巖中攜帶的早期晶出的石英、鉀長石礦物晶體炸碎，又由于粘稠熔巖的限制，炸碎的晶體具有碎而不散的獨特形態(tài)，熔巖向四周流動，自然冷卻后，流速減慢，由于冷縮，熔巖由外向內(nèi)產(chǎn)生裂隙，開裂中心區(qū)域溫度下降慢，由于熔巖的化學成分不均勻，巖漿在冷卻時，會不均勻地由四周低溫區(qū)向中心高溫區(qū)不等距收縮、開裂，開裂過程由熔巖表面逐步深達巖體內(nèi)部，沿裂面形成了規(guī)則或不規(guī)則的柱狀體?；ㄡ畭u柱狀節(jié)理以五棱柱為主，在五棱柱之間則夾雜四棱柱和三棱柱。棱柱傾斜方向的變化與其產(chǎn)出的火山通道形狀及地表地形有著密切關聯(lián)，以花岙島東部柱狀節(jié)理群為例，在火山通道壁附近，熔巖的冷卻面近直立，形成橫向柱狀體;在近火山口附近，處于通道壁與火山口彎曲地形，形成扇形柱狀體;而四處流溢的熔巖因地形變化而產(chǎn)生形態(tài)各異的柱形體，遠離火山口一帶，近水平的地形則易形成近垂直柱狀節(jié)理，使得柱狀節(jié)理群由西向東呈現(xiàn)有橫向—斜向—垂向的漸變變化(圖6-B)。

(3)石英正長斑巖侵入期 石英正長斑巖在近火山口—火山通道內(nèi)充填，花岙島巖體侵入就位(圖6-C)。

(4)風化剝蝕顯露期 第四紀由于海水沖刷、侵蝕及自然的風化剝蝕等地質(zhì)作用，地表覆蓋層剝落，柱狀節(jié)理群顯露出來，形成了如今的海上柱狀節(jié)理群(圖6-D)。

4 結(jié)語

花岙島柱狀節(jié)理群形成于早白堊世，炙熱的巖漿物質(zhì)經(jīng)火山口侵出后，在不均勻冷卻和緩慢收縮的條件下，形成柱狀節(jié)理群，是火山巖的原生構(gòu)造。

［1］ 浙江省地質(zhì)調(diào)查院.浙江省地質(zhì)遺跡資源調(diào)查評價［R］.杭州:浙江省國土資源廳，2003.

［2］ 李全海，張環(huán)，俞方明，等.象山縣地質(zhì)遺跡調(diào)查評價與保護［R］.杭州:浙江省國土資源廳，2011.

［3］ 浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)局.浙江省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京:地質(zhì)出版社，1989.

(責任編輯:于繼紅)

The Features and Genetic Research of Columnar Joint Group in Hua'ao Island，Xiangshan County

LI Quanhai，ZHANG Huan
(Zhejiang Institute of Hydrogeology and Engineering Geology，Ningbo，Zhejiang 315000)

The volcanic landforms of columnar joint groups outcropped in the East－South side of coastal of Hua'ao island，Xianshan county town.These stone columns have an different diameters，length，color，tendency and position.They was dependent and structured stepwise hillside with layer upon layer along the slope.The hillside is the core feature spot of the Hua'ao island.The columnar joint groups were formed during the late pleistocene epoch.The mixed tuff lava were formed by the clastic and hot lava after the volcanic eruption.Because the composition of tuff lava were complicated，under the condition of inhomogeneous cooling and slow contraction，the columnar joint groups with different directions were formed，they were the original structure of extrusive rock.

Hua'ao island;columnar joint groups;volcanic landform;ancient volcano

P588.14

A

1671－1211(2013)05－0640－03

2013－04－12;改回日期:2013－05－08

李全海 (1979－)，男，工程師，資源勘查工程專業(yè)，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作。E－mail:xiaohaimail@sohu.com