深圳大鵬半島火山和香港火山活動特征對比研究

姚錦梅，李潔蘭，康鎮(zhèn)江，宋建潮，唐嘉鋒

(1.深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司，廣東深圳 518023；2.深圳大鵬半島國家地質(zhì)公園管理處，廣東深圳 518121；3.深圳地質(zhì)學(xué)會，廣東深圳 518023)

0 引言

深圳大鵬半島位于廣東省深圳市東部，東面為大亞灣，西臨大鵬灣。香港特別行政區(qū)位于廣東省南部，東臨大鵬灣，西面為珠江口，兩者都南臨南中國海，均三面環(huán)海。深圳大鵬半島與香港特別行政區(qū)隔大鵬灣南北相望，兩地在億萬年前都有火山活動，地質(zhì)特征有許多相似之處，很多專家學(xué)者對浙閩粵港火山地層、巖性、化石等進(jìn)行了深入的研究(Williams et al.,1945;Ruxton,1960;Allen and Stephens,1971；Addison,1986；翁世劼等，1987；徐松年，1995；李惠民等，1995；Campbell and Sewell,1997；黎權(quán)偉，1997；Campbell and Sewell,1998；夏林圻，2001；梅村等，2011；蔡永豐等，2018)，但是對于深圳和香港兩地火山的對比研究很少。為深入探索隔海相望的深港兩地火山的活動特征、各自成因機(jī)制，探究兩地火山是否存在內(nèi)在的聯(lián)系、有何異同點(diǎn)、地質(zhì)地貌有何不同特色，本文采用實(shí)地考察，輔以同位素測年等方法，從火山地層、構(gòu)造和火山活動性等方面，對大鵬半島與香港火山進(jìn)行詳細(xì)的對比研究，以期對大鵬半島的構(gòu)造演化過程，特別是對七娘山火山巖的成因演化機(jī)制進(jìn)行深入探討。

1 火山地層對比

1.1 火山地層

深圳大鵬半島火山巖區(qū)面積大約為53 km2，主要分布在國家地質(zhì)公園七娘山主峰一帶，受北西向構(gòu)造控制，火山巖區(qū)呈北西向長橢圓形(梅村等，2011)。香港島和九龍半島地區(qū)是香港主城區(qū)，也是火山巖集中出露區(qū)，火山地層的劃分經(jīng)歷了多次變化，晚中生代陸相火山巖主要分布在世界地質(zhì)公園西貢園區(qū)內(nèi)，其面積約占香港陸地基巖面積的二分之一(邢光福等，2011)。

1.2 火山地層對比

深圳和香港侏羅系至白堊系基本由火山地層和分散的沉積巖組成，雖然深港兩地采用了不同的火山巖地層劃分標(biāo)準(zhǔn)，但是其地層特征可逐一進(jìn)行對比。深圳地層侏羅系下統(tǒng)金雞組、橋源組與香港地層赤門海峽組、大澳組相對應(yīng)；侏羅系下、中統(tǒng)塘廈組，與屯門組層位基本對應(yīng)；深圳侏羅系中統(tǒng)吉嶺灣組，相當(dāng)于香港根據(jù)鋯石(U-Pb)同位素測年值劃分的中統(tǒng)荃灣群；侏羅系上統(tǒng)熱水洞組與淺水灣群下部(同位素年齡值154±4 Ma)大致相當(dāng)。深圳把侏羅系下統(tǒng)至白堊系上統(tǒng)地層劃歸為南山村組，這套地層與香港的淺水灣群上部層位相對應(yīng)；深圳白堊系下統(tǒng)官草湖組和香港下統(tǒng)八仙嶺組也是一一對應(yīng)的關(guān)系(表1)。

表1 深圳與香港侏羅紀(jì)火山地層對比表Table 1 Comparison of Jurassic volcanic strata in Shenzhen and Hong Kong

根據(jù)表1香港與大鵬半島火山地層及所發(fā)現(xiàn)的化石對比分析，可以推斷出兩地具有相似的沉積環(huán)境，經(jīng)過后期構(gòu)造運(yùn)動，特別是大鵬灣的發(fā)育，將兩者隔離開來。晚白堊世早期，北北西向大鵬灣斷裂，發(fā)生了斷裂張扭作用，這一構(gòu)造作用使得位于大鵬灣西部的香港地區(qū)隆起形成斷塊，形成了較大規(guī)模的大鵬灣斷陷盆地，富含鈣質(zhì)的內(nèi)陸湖相紅色碎屑巖沉積于該斷陷盆地中，形成鹽湖盆地，首先是湖相細(xì)碎屑巖沉積，之后是粗屑山麓沖積扇堆積沉積于斷陷盆地。

2 構(gòu)造對比

深圳、香港兩地都位于蓮花山深大斷裂帶的東南端，屬于中國東南沿海新華夏構(gòu)造系華南褶皺系。該地區(qū)由于經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動，形成了以北東向及北西向構(gòu)造為主，兼有近東西向及近南北向構(gòu)造(見圖1)。

圖1 香港-大鵬半島大地構(gòu)造圖③Fig.1 Tectonic map of Hong Kong-Dapeng Peninsula,Shenzhen③1-第四系;2-白堊系;3-上三疊-下白堊統(tǒng);4-上古生界;5-下古生界;6-元古代變質(zhì)巖;7-白堊紀(jì)花崗巖;8-侏羅紀(jì)花崗巖;9-火山巖;10-地質(zhì)界線;11-不整合地質(zhì)界線;12-實(shí)測、推測斷層;13-隱伏斷層;14-正斷層、逆斷層;15-韌性剪切帶;16-上剝離斷層;17-中 剝離斷層;18-向斜;19-背斜;20-地震1-Quaternary;2-Cretaceous;3-Upper Triassic-Lower Cretaceous;4-Upper Paleozoic;5-Lower Paleozoic;6-Neoproterozoic metamorphic rock;7-Cretaceous granite;8-Jurassic granite;9-volcanic rock;10-geological boundary;11-unconformity boundary;12-measured and inferred fault;13-hidden fault;14-normal and reverse fault;15-ductile shear zone;16-upper detachment fault;17-middle detachment fault;18-syncline; 19-anticline;20-earthquake

蓮花山斷裂帶是一條區(qū)域性斷裂帶，對華南地質(zhì)構(gòu)造演化有著非常重要的影響(見圖2)。該斷裂帶由百余條近北東向斷裂組成，在廣東省內(nèi)寬度達(dá)到30 km，發(fā)育韌性剪切帶和脆性斷裂帶，局部遭受了中高級動力變質(zhì)作用。在這條斷裂帶的西北側(cè)發(fā)育有五華-深圳斷裂，東南側(cè)有大埔-海豐斷裂，其中部發(fā)育了吐露海峽斷裂(香港)。三條北東東向斷裂成為穿越香港及大鵬半島的主要斷裂，控制了兩地的總體構(gòu)造格局。大鵬半島位于粵東蓮花山斷裂帶、五華一深圳大斷裂帶南西段，北西和北東向兩組斷裂控制了該區(qū)火山盆地的分布。晚白堊世早期(《深圳地質(zhì)》編寫組，2009)，北北西向大鵬灣斷裂，發(fā)生了斷裂張扭作用，使得位于大鵬灣西部的香港地區(qū)隆起形成斷塊，形成了大鵬灣斷陷盆地，至晚漸新世-早中漸新世，南海洋盆地進(jìn)一步擴(kuò)張，該區(qū)大鵬灣等繼續(xù)擴(kuò)張分離，將大鵬半島與香港地區(qū)分離，至中晚中新世后基本停止擴(kuò)張活動，形成現(xiàn)今大鵬灣等的海灣輪廓。

圖2 廣東省主要構(gòu)造及火山特征分布圖③Fig.2 Map showing major geologic structures and volcanic features of Guangdong③1-火山構(gòu)造凹陷;2-火山穹隆和噴發(fā)中心;3-火山通道和火山錐;4-活動斷裂;5-向斜;6-背斜1-volcanic structural depression;2-volcanic dome and eruption center;3-volcanic channel and cone;4-active fault;5-syncline;6-anticline

香港地區(qū)構(gòu)造的基本特征是區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，其北西向斷裂規(guī)模較小，主要受到北東東向斷裂作用的影響，此外還發(fā)育有東西和南北向兩組規(guī)模較小的斷裂構(gòu)造。在不同方向和性質(zhì)的斷裂作用下，形成了多個不同大小的斷塊(見圖1)，在斷裂的破壞與巖漿活動的雙重作用下，褶皺構(gòu)造受到破壞，發(fā)育不完整。北東東向斷裂被北北西向斷裂橫切，而前兩組又被北北東向斜切，使得該區(qū)構(gòu)造呈現(xiàn)出網(wǎng)格狀特征(李作明和林極峰，1987)。

3 火山活動特征對比

3.1 深圳大鵬半島巖漿巖活動性

深圳大鵬半島巖漿巖主要由西側(cè)的花崗巖和東側(cè)的火山巖組成。西側(cè)的花崗巖主要為形成于燕山三期的鵝公巖體，面積約48 km2，為巖株、小巖株，巖體長軸南北向展布。邊緣相為細(xì)粒多斑黑云母花崗巖，中心相為中粒斑狀黑云母花崗巖。東側(cè)的火山巖主要分布于公園內(nèi)的七娘山和大燕頂一帶。七娘山起源于粘度較大的流紋質(zhì)熔漿沿裂隙-點(diǎn)狀噴溢為主形成的穹狀火山。此種火山機(jī)體無固定火口區(qū)，不同時期的噴發(fā)火口位置不盡相同，同一期次可能具有多個火口。從七娘山-大燕頂-三角山航空照片可以看出(圖3)：左側(cè)放射狀山脊為三角山-大燕頂火山穹丘，右側(cè)環(huán)狀構(gòu)造為七娘主峰火山穹丘。噴發(fā)中心堆積的噴發(fā)物由多個噴發(fā)中心，經(jīng)過多期次噴發(fā)，重疊堆積形成了呈穹狀隆起的火山體構(gòu)造①。

圖3 大鵬半島七娘山-大燕頂-三角山航空照片F(xiàn)ig.3 Aerial photograph of Qiniangshan-Dayanding-Sanjiaoshan in Dapeng Peninsula,Shenzhen

大鵬半島火山巖主要為中酸性流紋巖及其相應(yīng)成分的火山碎屑巖，厚度在2500 m以上，主要有集塊巖、角礫凝灰?guī)r、流紋質(zhì)含火山角礫晶屑巖屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋構(gòu)造流紋巖、節(jié)理構(gòu)造流紋巖、氣孔石泡構(gòu)造流紋巖，石泡、球粒、流紋等是熔巖流的典型特征(圖4)。有學(xué)者對球粒流紋巖的巖石特征進(jìn)行過研究(劉芳等，2020)，集塊、石泡都屬于噴溢相(劉芳等，2020)。集塊巖是由火山爆發(fā)作用產(chǎn)生的粒徑大于64 mm的粗大碎塊巖石，由于集塊巖主要堆積在火山口附近，故可根據(jù)集塊巖的分布及其粒度變化尋找火山口的位置。石泡構(gòu)造是酸-中酸性火山巖的一種特殊構(gòu)造，它產(chǎn)生于火山溢出通道的管壁和溢出巖流的表層。七娘山主峰大燕頂火山通道，從外往內(nèi)依次為：溢流相球粒流紋巖呈環(huán)狀分布→火山集塊晶屑凝灰熔巖→氣孔狀火山角礫晶灰熔巖→含火山集塊多斑流紋巖。這些特殊構(gòu)造常常是噴溢口附近的產(chǎn)物，可以用于指示附近存在火山口火山溢出通道的位置。

圖4 大鵬半島地質(zhì)公園石泡、球粒、流紋構(gòu)造Fig.4 Photos showing stone bubble,pellet,and rhyolitic structures of Dapeng Peninsula geological park

火山活動與同期巖漿侵入活動息息相關(guān)，火山巖與同熔型花崗巖類為同源關(guān)系。中侏羅世火山巖與中侏羅世燕山二期侵入巖、晚侏羅世火山巖與晚侏羅世燕山三期侵入巖、早白堊世火山巖與早白堊世燕山四期侵入巖等相伴相隨。由此可見，同時代的巖漿侵入和火山噴發(fā)活動，均屬同一巖漿源。在原有測年資料基礎(chǔ)上，筆者又選取了幾處典型區(qū)域進(jìn)行了同位素測年分析(見表2)，從總體測年結(jié)果來看，同位素年齡值位于137～161 Ma，為侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期的產(chǎn)物。

表2 深圳大鵬半島火山巖同位素表Table 2 Isotopic data of volcanic rocks in Dapeng Peninsula,Shenzhen

續(xù)表2Continued Table 2

鋯石原位U-Pb同位素組成分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司實(shí)驗(yàn)室完成。該項(xiàng)分析是在鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年的基礎(chǔ)上，參照鋯石陰極發(fā)光圖像，選擇在原年齡測定點(diǎn)位置或附近進(jìn)行，所用儀器為安捷倫電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7900)與相干193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(GeoLasProHD)。分析用激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas ProHD,等離子體質(zhì)譜儀為Agilent7900，激光能量80 mJ，頻率5 Hz，激光束斑直徑32 μm。具體分析條件及流程詳見文獻(xiàn)(Ludwig el al.,2003)。圖譜見圖5，樣品的巖石薄片圖見圖6。

圖5 大鵬半島火山巖同位素諧和年齡值Fig.5 Isotopic concordia ages of volcanic rocks from Dapeng Peninsula

圖6 大鵬半島測年樣品的巖石薄片圖Fig.6 Thin sections of dating rock samples from Dapeng Peninsula Fsp-長石;Kfs-鉀長石;Qtz-石英Fsp-feldspar;Kfs-potash feldspar;Q-quartz

3.2 香港巖漿巖活動性

香港晚中生代陸相火山巖按其形成方式可分為火山碎屑巖、火山碎屑空降沉積物、火山碎屑巖流沉積、次生火山沉積物以及熔巖，巖性以各種形式的火山碎屑巖為主，熔巖只有少量，約占火山巖的15%。以往有研究通過測定火山巖中鋯石U-Pb同位素年齡來確定香港火山地層為中生代晚期，火山巖主要形成于三個階段:165～160 Ma、148～146 Ma、143～140 Ma，每個階段都有花崗巖侵入。有研究在西貢測得鋯石同位素年齡分別為142.8 Ma和142.7 Ma，在清水灣組和糧船灣組測得結(jié)果分別為140.7 Ma和140.9 Ma (Davis et al.,1997)，說明西貢與淺水灣火山群分屬于不同時代，是不同期次火山噴發(fā)產(chǎn)物(刑光福等,2007)。通過同位素測年發(fā)現(xiàn)，香港火山爆發(fā)時期也是深圳大鵬一帶巖漿最為活躍的時期。

在香港世界地質(zhì)公園西貢火山巖園區(qū)，糧船灣組火山巖的明顯特征是柱狀節(jié)理比較發(fā)育(見圖7)，柱狀節(jié)理是在火山巖中發(fā)育的一種呈規(guī)則或者不規(guī)則多邊形形態(tài)的原生張性破裂構(gòu)造(徐松年,1995)。很多專家學(xué)者對于對柱狀節(jié)理形成原因都有過研究(Lee,1985；Lai et al.,1996;呂惠進(jìn)，2005)，不同研究者對此有不同的理解。有學(xué)者認(rèn)為：柱狀節(jié)理是火山爆發(fā)時，均勻熾熱的火山碎屑流噴發(fā)物質(zhì)在冷卻過程中，經(jīng)過緩慢堆積所形成的(Tam et al.,1983)，表明熔巖組分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對均一，巖漿是均勻冷卻的，在緩慢收縮條件下，巖體產(chǎn)生了一種距離冷卻中心等間距的垂直裂變，巖漿冷卻后形成了五方柱或六方柱狀節(jié)理。也有專家持不同觀點(diǎn)，認(rèn)為火山碎屑流巖性巖相各向異性，復(fù)雜多變，冷卻速率不同，在一個的冷卻單元中，中部冷卻慢，上部和下部冷卻快，中部形成強(qiáng)熔結(jié)凝灰?guī)r，上下部分形成為弱熔結(jié)凝灰?guī)r(陶奎元,1994)。香港地質(zhì)公園內(nèi)由流紋質(zhì)碎斑熔巖構(gòu)成的火山巖石柱群規(guī)模之大，居世界之首，是非常珍貴地質(zhì)遺跡(陶奎元,2015)。形狀規(guī)則、優(yōu)美的六邊形火山巖石柱，地貌和地質(zhì)景觀具有鮮明的特色，是香港西貢地質(zhì)公園火山巖區(qū)最引人入勝的地質(zhì)地貌景觀(朱清波等,2015)。據(jù)研究糧船灣為一超級破火山口，直徑約18 km，噴出的火山灰超過1.3萬億立方米，破火山口向東傾斜約30°②。

圖7 香港地質(zhì)公園六方柱狀節(jié)理 Fig.7 Hexagonal columnar joints in Hong Kong Geopark

3.3 深港巖漿巖活動性對比

深圳和香港兩地的火山噴發(fā)在空間上都具有明顯的方向性和分帶性。深圳大鵬半島火山噴發(fā)起始于早侏羅世末-中侏羅世初，中侏羅世至早白堊世初達(dá)到最強(qiáng)盛時期，至早白堊世早期后告一段落。強(qiáng)烈噴發(fā)帶由北西向南東方向遷移。晚侏羅世初期火山活動只能沿著斷裂帶的某些部位呈線性噴發(fā)，同時強(qiáng)烈噴發(fā)帶也開始向南東方向遷移，這個時期火山噴發(fā)活動在大鵬半島七娘山達(dá)到了高峰，后期的強(qiáng)烈噴發(fā)帶也再次向南東方向遷移，最后以較微弱的噴發(fā)結(jié)束了這一期火山活動的歷史。

香港地區(qū)巖漿活動分布廣泛而強(qiáng)烈，發(fā)生的規(guī)模很大。巖漿噴發(fā)活動初始時期是燕山運(yùn)動期，至晚侏羅世至白堊紀(jì)早期，發(fā)展為多期次、大規(guī)模噴發(fā)，先噴發(fā)后侵入?；鹕剿樾紟r及熔巖堆積厚度達(dá)到2 km以上，香港地區(qū)有不少由火山巖堆積而成的山峰。該區(qū)巖漿侵入活動有三期，分期依據(jù)是巖性、同位索年齡及巖體接觸關(guān)系。第一期廣泛分布于香港地區(qū)各地，規(guī)模最大。初期是少量的中酸性巖體，中期是大面積酸性花崗巖漿，后期是脈巖侵入活動；第二期巖體和分布范圍較小，開始是中酸性巖漿，隨后為大量的酸性花崗巖，最后的侵入活動也是脈巖；第三期是基性脈巖侵入，時期是白堊紀(jì)末期至第三紀(jì)早期。

表3 大鵬半島火山與香港火山對比Table 3 Comparison of volcanoes in Dapeng Peninsula and Hong Kong

4 結(jié)論

(1)深圳大鵬半島和香港兩地具有相似的火山沉積環(huán)境、相同的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景，均處于活動大陸邊緣，在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷過相似的地質(zhì)演化過程，地質(zhì)特征有許多相似之處。兩地在距今一億幾千萬年前都經(jīng)歷大規(guī)模、強(qiáng)烈的火山噴發(fā)活動。

(2)根據(jù)同位素測年分析，兩地大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)活動的時期基本相同：香港大型火山口系統(tǒng)(硅酸巖漿活動)，形成于距今1.65～1.38億年以前；深圳大鵬半島火山穹丘(中酸性巖漿活動)，發(fā)生在1.61～1.37億年以前。

(3)兩地火山地質(zhì)景觀不同，各具特色。深圳大鵬半島火山機(jī)構(gòu)以火山穹丘為特征，沒有發(fā)現(xiàn)破火山口。火山巖由集塊巖、角礫凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、球粒流紋巖等組成，典型火山地質(zhì)現(xiàn)象是球粒與石泡、流紋、火山碎屑較為發(fā)育，成為大鵬半島國家地質(zhì)公園天然的火山巖博物館。香港地區(qū)的火山機(jī)構(gòu)存在超級破火山口，火山巖巖性以各種形式的火山碎屑巖為主，只有少量熔巖，由碎斑熔巖所形成的六角形巖柱群和海岸侵蝕地貌，是世界上最大的火山玄武巖地質(zhì)帶。

[注 釋]

①深圳大鵬半島國家地質(zhì)公園管理處.2010.深圳大鵬半島國家地質(zhì)公園古火山地質(zhì)遺跡調(diào)查研究[R].

②鄧麗君.2018.香港晚中生代火山口系統(tǒng)的演化[R].

③宋建潮.2018.深圳大鵬半島古火山系統(tǒng)特征[R].

[附中文參考文獻(xiàn)]

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