揚州捺山上新世盾形火山機構(gòu)地質(zhì)特征與地質(zhì)公園建立

徐成華,周玲玲,傅麗雯,顧 問

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊,南京210041)

揚州捺山上新世盾形火山機構(gòu)地質(zhì)特征與地質(zhì)公園建立

徐成華,周玲玲,傅麗雯,顧 問

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊,南京210041)

揚州儀征捺山上新世盾形火山機構(gòu)是一套“爆發(fā)相—溢流相—次火山相”噴發(fā)旋回,伴有多個寄生火山口,其完整程度為江蘇唯一,國內(nèi)罕見。文章系統(tǒng)介紹捺山上新世盾形火山機構(gòu),詳細論述該火山機構(gòu)的地質(zhì)特征及成因。這是對該地質(zhì)遺跡進行的首創(chuàng)性工作,對進一步的地質(zhì)科研、科普教育及生態(tài)旅游具有重要意義。

盾形火山機構(gòu);上新世;地質(zhì)遺跡;地質(zhì)公園;捺山

位于揚州儀征市西北端的捺山,因玄武巖石柱峰林成群又名“石柱山”。捺山處于1000多萬年前的古長江入?？?是一座距今500萬年前后火山噴發(fā)形成的盾形古火山。20世紀80—90年代通過開展1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)并記錄了捺山火山機構(gòu)[1-3],但一直未深入研究該火山機構(gòu)。筆者在對“儀征市捺山省級地質(zhì)公園綜合考察”時,詳細研究捺山上新世盾形火山的地質(zhì)特征。通過地質(zhì)填圖、采集巖石樣品,發(fā)現(xiàn)該盾形火山具有一套完整的“爆發(fā)相—溢流相—次火山相”噴發(fā)旋回,并伴有5個寄生火山口，這在江蘇是唯一的,在國內(nèi)也較罕見,對研究蘇皖NW向玄武巖噴發(fā)帶及中國東部基性火山具有重要意義。捺山玄武巖石柱姿態(tài)豐富,其形態(tài)與壯觀程度可與國內(nèi)著名的十二大玄武巖石柱林相媲美,具有重要的美學價值。捺山火山活動保留的地質(zhì)遺跡類型多樣,具有重要的科研與科普價值,為建立地質(zhì)公園創(chuàng)造了良好條件。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在地層區(qū)劃上，揚州儀征地區(qū)屬于揚子地層下?lián)P子地層分區(qū)南京—六合地層小區(qū),主要地層為前震旦系、震旦系、古生界、侏羅系、白堊系、新近系中新統(tǒng)與上新統(tǒng)。巖漿巖有石英閃長巖與玄武巖類。在地質(zhì)構(gòu)造上，研究區(qū)位于中國東部新華夏系第二隆起帶與秦嶺構(gòu)造帶復(fù)合形成的蘇北坳陷西部邊緣、南鄰淮陽山字形構(gòu)造東翼反射弧外緣、蘇皖NW向玄武巖噴發(fā)帶斜貫該區(qū)(圖1)。揚州儀征捺山盾形火山是該噴發(fā)帶東端保存完好的火山機構(gòu),當時處于古長江入?？诟浇黐4-5]。

圖1 區(qū)域構(gòu)造體系位置圖(據(jù)文獻[2]修編)Fig. 1 Map showing the locations of the regional tectonic system1-斷裂；2-褶皺；3-玄武巖；4-白堊系；5-侏羅—白堊系；6-古生界；7-震旦系(包括部分下古生界)；8-前震旦系；9-石英閃長巖

2 盾形火山地質(zhì)特征

2.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層為新近系雨花臺組(N2y)與方山組(N2f)及第四系中上更新統(tǒng)與全新統(tǒng)(圖2)。其中,雨花臺組(N2y)下部為棕黃色礫卵石、含砂礫卵石及細砂;上部為灰黃色細砂層、含礫砂層，產(chǎn)腫面古豬獸(Hyotheriumcf.palaeochoerus)、四棱齒象(Tetralophodonsp.)、又鼻角犀(Diceratheriumsp.),總厚度為52 m。方山組(N2f)為凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)細砂巖、凝灰?guī)r、集塊巖、伊丁石化橄欖玄武巖、橄欖玄武巖、玄武巖等,厚度>100 m,是捺山盾形火山機構(gòu)的主體。

圖2 捺山地區(qū)地質(zhì)簡圖(自測)Fig. 2 Sketch geological map of the Nashan area1-雨花臺組;2-方山組;3-更新統(tǒng);4-全新統(tǒng);5-地質(zhì)界線;6-不整合界線;7-脈動型侵入接觸界線;8-巖相界線;9-斷層;10-主火山口與寄生火山口;11-火山角礫巖;12-集塊巖;13-凝灰質(zhì)砂礫巖;14-熔結(jié)凝灰?guī)r;15-溢流相玄武巖;16-次火山相玄武巖

2.2 火山巖相巖性

2.2.1 爆發(fā)相

(1)自碎火成角礫巖

自碎火成角礫巖又稱自碎角礫熔巖,是一種產(chǎn)于淺成侵入體、筒狀體或巖株頂部和穹狀突起處的角礫巖。碎屑大小不一,是地下爆炸或熔漿冷凝過程中自角礫巖化的產(chǎn)物。

自碎火成角礫巖見于捺山西南角,玄武巖侵入于雨花臺組砂礫層中,兩者之間可見寬約5～15 cm的褐色冷凝邊。自碎火成角礫巖由玄武巖及雨花臺組砂礫層混合組成,其中玄武巖占主體。

(2)凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)細砂巖

出露于捺山四周,高程約40～60 m。呈深灰、灰黃色,礫石成分以砂巖礫、玄武巖礫為主,少量石英巖、燧石、泥巖礫等。砂巖礫磨圓度較好,玄武巖礫大小不等。凝灰質(zhì)呈顆粒狀,淺藍色,風化后呈粉末狀。

(3)沉凝灰?guī)r

出露于山體四周雨花臺組含礫砂層與方山組玄武巖接觸帶附近,沉凝灰?guī)r總體呈黃棕色、棕褐色,風化后呈黃綠色,以火山碎屑為主(>50%),陸源碎屑以石英、長石及巖屑為主。

(4)集塊巖、集塊角礫巖

呈灰黃、灰紅、粉紅色,集塊結(jié)構(gòu),集塊有致密橄欖玄武巖、氣孔狀橄欖玄武巖、灰紅色細砂巖、含礫砂巖等。塊徑大者達100 cm以上,一般20～30 cm。集塊以氣孔狀玄武巖為主,氣孔一般呈正圓形,沿氣孔壁有白色沉淀物,偶見火山彈。角礫巖的角礫直徑多為5～20 cm,較集塊巖小。

2.2.2 溢流相

(1)角礫熔巖

位于山體四周,層位在凝灰質(zhì)砂礫巖、角礫凝灰?guī)r之上。角礫多為玄武巖、氣孔狀玄武巖,呈棱角狀、半棱角狀,直徑一般2～8 cm。膠結(jié)物多為玻屑、晶屑凝灰質(zhì),角礫約占巖石的65%～80%。凝灰質(zhì)砂礫巖、角礫凝灰?guī)r接觸帶上見30～50 cm的烘烤邊。

(2)氣孔狀玄武巖

呈灰黑色,塊狀,氣孔發(fā)育,斷面氣孔多呈扁平狀(紡綞形),似平行排列[7]。巖石主要由輝石組成,偶見長石和橄欖石斑晶。斑晶含量<5%,直徑一般為0.1～0.2 mm?；|(zhì)由斜長石微晶和少量輝石、磁鐵礦組成。巖石布滿大小不等的氣孔,大者直徑為1～2 cm,小者直徑為0.3～0.5 mm。

(3)熔結(jié)凝灰?guī)r

呈淺灰色或灰白色,微層狀,易碎,砂感明顯,厚度>20 m。碎屑主要由晶屑和少量巖屑組成,主要成分為基性玄武巖。膠結(jié)物為火山灰分解產(chǎn)物,大部分蝕變?yōu)楦邘X石。

(4)伊丁石化橄欖玄武巖

深灰色,塊狀結(jié)構(gòu),風化后呈球狀。顯微鏡下呈斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)間粒結(jié)構(gòu)(圖3)。斑晶含量約15%,呈不規(guī)則狀,顆粒直徑0.2～0.6 mm。斑晶成分為橄欖石,幾乎全部蝕變?yōu)橐炼∈煌该麒F質(zhì)團塊集合體?；|(zhì)為間粒結(jié)構(gòu),斜長石含量約65%,其余為微粒橄欖石、不透明鐵質(zhì)及伊丁石。斜長石呈長柱狀,不規(guī)則排列。斜長石顆粒間隙充填微粒橄欖石、不透明鐵質(zhì)等形成間粒結(jié)構(gòu)。

2.2.3 次火山相

圖3 伊丁石化橄欖石(a)和基質(zhì)(b)鏡下顯微照片(正交偏光)Fig. 3 Photomicrographs of iddingsite peridot (a) and matrix (b) (cross-polarized light)

圖4 橄欖石斑晶(a)和玄武巖基質(zhì)(b)鏡下顯微照片(正交偏光)Fig. 4 Photomicrographs of peridot phenocryst (a) and basalt matrix (b) (cross-polarized light)

(1)橄欖玄武巖灰黑色塊狀,露頭呈薄板狀,具有斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)間粒結(jié)構(gòu)(圖4)。斑晶約占25%,呈不規(guī)則顆粒狀、短柱狀,極個別呈板柱狀,顆粒直徑為0.1～1 mm,以橄欖石(不規(guī)則顆粒狀)為主,含部分單斜輝石(短柱狀),極個別堿性長石顆粒(板柱狀)，部分橄欖石斑晶局部伊丁石化。基質(zhì)含斜長石約60%,微粒橄欖石、輝石約20%,不透明鐵質(zhì)顆粒及后期蝕變礦物綠泥石、伊丁石等約20%。斜長石呈長柱狀,柱長約0.1 mm,呈不規(guī)則排列。斜長石顆粒孔隙中充填微粒橄欖石、輝石、不透明鐵質(zhì)及后期蝕變礦物形成間粒結(jié)構(gòu)?；|(zhì)中橄欖石、輝石、不透明鐵質(zhì)顆粒直徑大多<0.05 mm。巖石中含少量堿性長石團塊。

玄武巖中可見大小不一的橄欖巖包體,大者約10 cm,小者不足1 cm。

(2)蝕變玄武巖

巖石具有斑狀結(jié)構(gòu)(圖5)。斑晶約占20%,呈不規(guī)則粒狀,直徑為0.1～0.3 mm,主要為橄欖石及伊丁石集合體,推測伊丁石集合體為橄欖石斑晶蝕變產(chǎn)物?；|(zhì)含斜長石約65%,斜長石呈長柱狀,柱長約0.15 mm。斜長石顆粒間隙充填物以不透明鐵質(zhì)為主,鐵質(zhì)顆粒不規(guī)則粒狀,直徑<0.05 mm,含少量橄欖石及伊丁石等蝕變礦物。巖石中含堿性長石、透輝石、伊丁石等集合體團塊。透輝石呈不規(guī)則粒狀,顆粒直徑為0.01～0.05 mm,集合體塊狀分布于團塊邊緣。堿性長石呈長柱狀,集合體呈放射狀排列于團塊核部。堿性長石顆粒間充填伊丁石、透輝石等。

(3)玄武巖

深灰色塊狀,斑狀結(jié)構(gòu)(圖6)。斑晶以橄欖石為主,含部分單斜輝石,橄欖石局部伊丁石化、蛇紋石化。斑晶呈不規(guī)則粒狀、短柱—長柱狀,顆粒直徑0.1～0.6 mm?；|(zhì)主要為斜長石,呈長柱狀,柱長約0.1 mm,不規(guī)則排列。斜長石顆粒間隙多充填不透明鐵質(zhì),含少量伊丁石、蛇紋石等蝕變礦物。巖石見部分透輝石團塊,呈不規(guī)則狀,直徑約0.4 mm,團塊內(nèi)部綠簾石顆粒呈長柱狀,柱長<0.1 mm,粒狀直徑約0.03 mm。

(4)輝綠巖

見于捺山西南角,是火山口常見巖石,其礦物成分與玄武巖類基本一致。一般認為,輝綠巖為深源玄武質(zhì)巖漿向地殼淺部侵入結(jié)晶形成,常呈巖脈、巖墻、巖床或充填于玄武巖火山口中。

圖5 玄武巖(a)和后期團塊(b)鏡下顯微照片(正交偏光)Fig. 5 Photomicrographs of basalt (a) and anaphase agglomerate (b) (cross-polarized light)

圖6 玄武巖斑晶(a)和基質(zhì)(b)鏡下顯微照片(正交偏光)Fig. 6 Photomicrographs of basalt phenocryst(a) and matrix(b) (cross-polarized light)

3 火山機構(gòu)地質(zhì)特征

捺山是一個典型的盾形火山,平面上呈近圓形,南北長約1 300 m,東西寬約1 200 m,面積約1.33 km2。捺山有2個主峰,海拔分別為142.9 m和143.8 m,主山脊線近SN向,周緣有5個小山包,標高分別為82.8 m、89.0 m、77.9 m、77.4 m和55 m。

3.1 斷裂構(gòu)造

圍繞捺山主峰(143.8 m)發(fā)育放射狀斷裂構(gòu)造,主要有60°～80°、130°～140°和160°等3組方向,傾角較陡,一般為70°～80°。

3.2 環(huán)形構(gòu)造

從航空衛(wèi)星照片(圖7)可知,捺山盾形火山呈近圓形,說明應(yīng)存在環(huán)形構(gòu)造。從出露地層的巖性看,爆發(fā)相—溢流相—中心相(次火山相)依次排序并成為捺山主體,周緣為新近系雨花臺組砂礫層(圖2)。

圖7 捺山地區(qū)航空衛(wèi)星照片F(xiàn)ig. 7 Satellite image of the Nashan area

3.3 寄生火山口

初步調(diào)查認為,在捺山西側(cè)發(fā)育5個寄生火山口(圖2),分別是白龍泉寄生火山口、天籟谷寄生火山口、石陣寄生火山口、獅子頭寄生火山口和黑沙谷寄生火山口。寄生火山口范圍不大,直徑約為100～250 m?；鹕酵ǖ老嘈鋷r柱狀節(jié)理發(fā)育,可能由于上覆玄武巖重力使仍在塑性狀態(tài)下的柱狀節(jié)理向北西傾斜。從斷面看,其通道與主火山錐通道相連,無獨立的巖漿源。

4 柱狀節(jié)理特征

捺山玄武巖柱狀節(jié)理十分發(fā)育,高達20多米,圍約16 m,構(gòu)成林或峰或似山石盆景,成為捺山名片式風景，主要遺跡景觀有蘆笙峰、石排峰、五指峰、石柱林、石柱瀑布、石柱盆景、弧形石柱等。

捺山柱狀節(jié)理形態(tài)多樣,除垂直型外,有些柱狀節(jié)理經(jīng)后期火山活動,由于垂直的柱狀節(jié)理被熾熱的玄武巖巖漿加熱或尚未完全冷卻而呈塑性狀態(tài),在重力作用下成為斜形節(jié)理、弧形節(jié)理，斜形節(jié)理像馬蜂窩懸掛在山坡。

捺山地區(qū)柱狀節(jié)理橫斷面多為不等邊五邊形、四邊形,少有六邊形。據(jù)研究[8-13],玄武巖柱狀節(jié)理的成因為火山巖漿在火山通道中冷卻,表面形成無數(shù)冷凝收縮中心,這些收縮中心均勻等距排列,裂縫橫切面常為六邊形。隨著熔巖進一步冷凝,六邊形裂縫將整個熔巖層切割成無數(shù)的六方柱體,在發(fā)育不理想時,柱狀節(jié)理的橫切面可以是四邊形、五邊形等。

5 地質(zhì)公園建立

揚州捺山地區(qū)盾形火山保存完好,地質(zhì)遺跡景觀豐富。捺山地質(zhì)遺跡景觀分為4大類40余個主要地質(zhì)遺跡景點,屬于國家級地質(zhì)遺跡1處,省級地質(zhì)遺跡5處。這些地質(zhì)遺跡對進一步研究基性火山噴發(fā)演變、柱狀節(jié)理成因、構(gòu)造節(jié)理對火山機構(gòu)的構(gòu)造作用應(yīng)力場、古長江演變與玄武巖巖石柱之間的成生聯(lián)系、哺乳動物與爬行類化石的地層學關(guān)系等具有重要科學和科普意義。同時,玄武巖峰、林、柱等地質(zhì)遺跡景觀具有極高的審美價值。

對地質(zhì)遺跡進行開發(fā)與保護的最有效方式是建立地質(zhì)公園。目前,揚州儀征捺山已被江蘇省國土資源廳批準為江蘇省省級地質(zhì)公園,于2015年10月1日開園試運行,日均接待游客量約為3 000人。捺山省級地質(zhì)公園是火山活動地質(zhì)遺跡科普的天然博物館,成為地質(zhì)學術(shù)研究和地學科普的基地,不僅能更好地保護地質(zhì)遺跡,且能增強地方旅游業(yè)發(fā)展,具有良好的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益。

6 結(jié) 論

捺山盾形火山機構(gòu)造保存完好,伴有5個寄生火山口,具有從“爆發(fā)相—溢流相—次火山相”的完整火山噴發(fā)旋回。爆發(fā)相有自碎火成角礫巖、凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)細砂巖、沉凝灰?guī)r、集塊巖與集塊角礫巖;溢流相有角礫熔巖、氣孔狀玄武巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、伊丁石化橄欖玄武巖;次火山相有橄欖玄武巖、蝕變玄武巖、玄武巖、輝綠巖等。

次火山相玄武巖柱狀節(jié)理發(fā)育,橫斷面多為不等邊五邊形、四邊形。常構(gòu)成或林或峰,具有較高的審美學意義及旅游價值。

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Geological characteristic of the pliocene shield volcanic mechanism in Nashan, Yangzhou and establishment of the geological park

XU Cheng-hua,ZHOU Ling-ling,FU Li-wen,GU Wen

(NO.1GeologicalParty,JiangsuBureauGeologyandMineralExploration,Nanjing210041,China)

The Pliocene shield volcanic mechanism in Nashan, Yizheng of Yangzhou displays an eruptive recycle of explosive-effusive-subvolcanic facies, accompanied with multiple parasitic craters. It is the only one with complete volcanic relic in Jiangsu province and rare in China. This paper systematically describes the Pliocene shield volcanic mechanism in Nashan and analyses the origin and geological features in details. This is the first research conducted in the area and therefore has great significance to the protection and development of the geological relic because it is the most important geological resources for geological scientific research, science education, and ecological tourism.

shield volcanic mechanism; pliocene; geological relics; geopark; Nashan

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.01.010

2016-06-12

2016-07-19 責任編輯：譚桂麗

2011年特大型地質(zhì)災(zāi)害防治專項資金項目“江蘇省儀征市龍山特大型滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程(財建[2011]488號)”資助。

徐成華，1978年生，男，高級工程師，主要從事基礎(chǔ)地質(zhì)和水工環(huán)地質(zhì)研究。

P588.1

A

2096-1871(2017)01-074-07