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

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，已有多位學者對其進行了巖石學、地球化學、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)巖石學及礦物學特征

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)脫玻化，具霏細結(jié)構(gòu)，微晶之間邊界模糊，成分為長英質(zhì)，強烈綠泥石化。

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紋狀，已經(jīng)脫?；纬肾毥Y(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化嚴重，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行下蝕和側(cè)蝕，形成明顯的差異風化。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)生差異風化，最終形成各類典型地質(zhì)遺跡風景。

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，在此一并表示誠摯感謝！