浙江蒼南望州山破火山地質(zhì)特征及其形成演化

褚平利,靳國棟,張 煒,陳 榮,范飛鵬,段 政1,,余明剛,趙希林,,李龍明,賀振宇

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所,北京 100037;2.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇 南京 210016;3.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230009;4.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院,北京 100083)

火山是連接地球內(nèi)部系統(tǒng)和表層系統(tǒng)的重要紐帶,是能夠直接反映地球深部存在巖漿并產(chǎn)生豐富礦產(chǎn)資源的地球動力學(xué)現(xiàn)象?；鹕絿姲l(fā)也是地球內(nèi)部能量釋放的直觀表現(xiàn),以及地球深部CO2等揮發(fā)性物質(zhì)排放至地表的主要途徑之一,對于促進(jìn)地球多圈層碳交換與深部碳循環(huán)具有重要作用。同時,火山噴發(fā)會引發(fā)火災(zāi)、泥石流、地震、強降雨及酸雨等多種地質(zhì)災(zāi)害,對地球的生物宜居性產(chǎn)生了重要影響[1-5],大規(guī)模火山噴發(fā)引起的劇烈的氣候環(huán)境變化可能是導(dǎo)致地質(zhì)歷史時期5次生物大滅絕的主要原因[6]。

火山的分布與大地構(gòu)造環(huán)境具有密切的聯(lián)系。地球上的活火山有1 300～1 500 座,絕大多數(shù)分布在巖石圈板塊的接觸邊界上,少數(shù)分布在板塊內(nèi)部。全球主要有環(huán)太平洋火山帶、大洋中脊火山帶、地中?！柴R拉雅火山帶及東非裂谷火山帶等。其中,環(huán)太平洋火山帶的活火山分布數(shù)量最多也最集中,是全球最大的活火山帶[7]。

中國東南沿海地區(qū)中生代—新生代火山巖帶是環(huán)太平洋火山巖帶的重要組成部分。其中中生代火山活動規(guī)模大、持續(xù)時間長(晚三疊世—晚白堊世),火山活動高峰期為白堊紀(jì)早期,集中展布于余姚—麗水—政和—大埔—蓮花山斷裂帶以東,90%以上是流紋質(zhì)火山巖[8],面積達(dá)144 000 km2,總厚度約5 000 m[9]。該火山巖帶也是中國火山地質(zhì)調(diào)查研究程度最高的區(qū)域,數(shù)十年的地質(zhì)調(diào)查與研究工作系統(tǒng)查明了不同級別的火山構(gòu)造近300個,并對其中的百余個三級火山機構(gòu)(破火山、火山穹隆、錐火山等)進(jìn)行了詳細(xì)的解剖[10-12]。

火山作用的復(fù)雜性以及火山噴發(fā)的難預(yù)測性是當(dāng)前國際地學(xué)前沿與熱點,其受制于對地殼淺部巖漿房形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與巖漿演化過程多樣性的理論認(rèn)知有限,目前還難以建立有效的火山深部探測技術(shù)與解譯方法。相對新生代火山,古老火山一般受到了后期構(gòu)造抬升和剝蝕作用的改造,可以暴露早期的火山噴發(fā)產(chǎn)物、內(nèi)部的巖漿通道、巖漿房,甚至伴生的淺成侵入體等,從而為揭示火山巖漿系統(tǒng)演化和火山活動過程提供了重要窗口[13-16]。中國東南沿海地區(qū)眾多的中生代古火山經(jīng)歷了1億多年來不同程度的剝蝕作用,為直觀揭示火山物質(zhì)組成,解剖火山內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了理想的野外實驗室。本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上,通過地質(zhì)填圖對浙江蒼南地區(qū)望州山古火山進(jìn)行了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查及室內(nèi)綜合研究,重塑古火山活動過程,以期為研究火山噴發(fā)機制提供理論參考。

1 地質(zhì)背景

中國東南沿海地區(qū)出露大面積的中生代—新生代陸相火山巖,構(gòu)成長約1 200 km、寬約500 km的東南沿?；鹕綆r帶,是環(huán)太平洋火山巖帶的重要組成部分[17](圖1)。中國東南沿海地區(qū)中生代火山活動具有顯著的旋回性,表現(xiàn)為不同時期火山活動產(chǎn)物在空間展布、地質(zhì)特征上具有明顯的差異性[9]。以往對包括中國東南沿海在內(nèi)的華南中生代(主要集中于侏羅紀(jì)—白堊紀(jì))火山巖研究中,不同學(xué)者根據(jù)巖石組合類型、區(qū)域性不整合面、時空展布特征等差異性,曾提出多種火山活動旋回劃分方案,后來逐步統(tǒng)一為早侏羅世(195 ～ 175 Ma)、中侏羅世—晚侏羅世(173～146 Ma)、早白堊世早期(145～115 Ma)、早白堊世晚期—晚白堊世(113～85 Ma) 4個火山活動旋回[9,18-22](圖1)。前人根據(jù)巖性巖相組合、接觸關(guān)系、生物地層及同位素年齡等資料,將中生代火山巖劃分為上、下2個巖系(圖1)[23-24]。浙江地區(qū)下火山巖系主要為浙東南地區(qū)磨石山群和浙西北地區(qū)建德群[25];上火山巖系主要為永康群、天臺群和衢江群[23-24],分布于新昌、天臺、小雄、麗水、金衢、礬山等斷陷盆地中。礬山斷陷盆地(也稱礬山火山構(gòu)造洼地)主要由永康群陸源碎屑沉積巖和長英質(zhì)火山巖組成,自下而上可進(jìn)一步劃分為館頭組(K12g)、朝川組(K12c)和小平田組(K12x),與下伏磨石山群呈斷層或不整合接觸。

①.江山—紹興斷裂帶;②.郴州—臨武斷裂帶;③.余姚—麗水—政和—大埔—蓮花山斷裂帶;④.溫州—鎮(zhèn)?！０病暇笖嗔褞?⑤.贛江斷裂帶;⑥.襄樊—廣濟斷裂帶;⑦.郯廬斷裂帶圖1 中國東南部晚中生代花崗巖和火山巖以及大型火山區(qū)分布圖[10,16] Fig. 1 Simplified geological map of SE China showing the distribution of the Late Mesozoic granitic and volcanic rocks and the large volcanic fields[10,16]

2 望州山破火山地質(zhì)特征

望州山破火山位于浙江省蒼南縣藻溪鎮(zhèn)一帶,處于東南沿?；鹕綆r帶溫州—鎮(zhèn)?；鹕絿姲l(fā)區(qū)、平陽—普陀深大斷裂和龍泉—蒼南大斷裂交匯處(圖2(a)),是發(fā)育于礬山火山構(gòu)造洼地內(nèi)的一座破火山,平面上呈橢圓形,NW向長軸16 km,SE向短軸9 km,面積約400 km2(圖2(b)),地貌上為平均海拔300～700 m的中低山區(qū)。望州山破火山的火山活動產(chǎn)物主要為小平田組中酸性熔巖及火山碎屑巖,在破火山中部見有晚期復(fù)活的正長花崗(斑)巖,破火山形成時代為97～89 Ma(筆者未發(fā)表數(shù)據(jù))?；鹕降貙涌傮w圍繞火山噴發(fā)中心呈圍斜內(nèi)傾分布,局部受巖體侵位影響略有變化。破火山環(huán)狀斷裂和放射狀斷裂極為發(fā)育并限定了破火山的邊界,沿環(huán)形斷裂斷續(xù)發(fā)育晚期的巖墻、巖脈,同時還發(fā)育碎裂巖和硅化破碎帶。

2.1 斷裂系統(tǒng)

破火山的形成及演化往往伴隨著一系列環(huán)狀和放射狀斷裂的形成[26-28],例如美國的瓦勒斯(Valles)破火山[29]和博南薩(Bonanza)破火山[30]。望州山破火山及周邊斷裂發(fā)育,縱橫交錯,相當(dāng)復(fù)雜。按其形成時間及性質(zhì),可分為破火山形成前斷裂(Pre-caldera faults)、破火山形成期斷裂(Caldera-forming faults)和破火山形成后斷裂(Post-caldera faults)三類。

2.1.1 破火山形成前斷裂

破火山形成前斷裂是控制古火山基底沉陷并為火山噴發(fā)提供通道的區(qū)域性斷裂,以NE向和NW向為主。NW向斷裂因具多期活動特征,破火山形成前的構(gòu)造行跡多被最晚期的構(gòu)造行跡所掩蓋。NE向斷裂以礬山—南宋一帶最發(fā)育,以往稱之為礬山構(gòu)造帶[31]。帶寬7～9 km,延伸長>10 km,向西南延伸至福建省霞浦縣,北東端被后期望州山破火山環(huán)狀斷裂截切。斷層性質(zhì)以逆斷層為主,少部分為正斷層,多兼具平移斷層性質(zhì),傾角60°以上,局部直立。多數(shù)發(fā)育破碎帶,寬3～4 m,長2～3 km,帶內(nèi)見構(gòu)造透鏡體、片理化、直立巖層帶等,有時見花崗斑巖脈充填。

(1)嶺頭斷裂。位于礬山北約2 km的嶺頭村。走向北東60°,斷面傾向北西,傾角70°以上。破碎帶寬3～4 m,延伸長約2 km。帶內(nèi)充填流紋斑巖脈。斷裂兩側(cè)巖石均被擠壓成透鏡狀角礫(圖3(a),圖4(a)),早期為逆斷層,晚期為正斷層。

(2)礬山斷裂。該斷裂地貌特征明顯,斷裂延伸處多為溝谷,遙感影像顯示具明顯線性構(gòu)造。走向30°～40°,傾向SE,傾角40°～75°,在礬山鎮(zhèn)西側(cè)出露良好。斷裂帶寬約5 m,受斷裂構(gòu)造影響,兩側(cè)巖層可見牽引現(xiàn)象,可見斷層角礫巖和構(gòu)造透鏡體,近斷裂面可見硅化、葉臘石化、明礬石化和鏡鐵礦化等礦化蝕變現(xiàn)象。斷層面波狀彎曲,斷面上可見清晰的擦痕和階步,指示正斷層特征(圖3(b),圖4(b))。

1.第四系;2.小平田組三段;3.小平田組二段;4.小平田組一段;5.朝川組;6.館頭組;7.侵入巖;8.次火山巖;9.灘涂;10.海域;11.溢流相;12.火山碎屑流(亞)相;13.灰云亞相;14.爆發(fā)崩塌相角礫凝灰?guī)r;15.爆發(fā)崩塌相集塊角礫巖;16.中央侵入相;17.侵出相;18.斷層;19.巖相界線;20.破火山范圍;①.龍泉—蒼南大斷裂;②.平陽—普陀深大斷裂圖2 望州山破火山火山巖相構(gòu)造圖Fig. 2 Volcanic lithofacies-tectonic of Wangzhoushan caldera

(a). 嶺頭斷裂;(b). 礬山斷裂;(c). 盛陶村斷裂;(d). 呂家旺斷裂；1.流紋質(zhì)含角礫熔結(jié)凝灰?guī)r;2.流紋巖;3.礫巖;4.砂巖;5.浮土層;6.流紋斑巖脈;7.構(gòu)造透鏡體;8.硅化/鏡鐵礦化;9.明礬石化/葉臘石化;10.斷層角礫巖;11.劈理;12.片理化;13.斷層;14.斷層運動方向;15.小平田組一段;16.小平田組二段;17.朝川組;18.產(chǎn)狀圖3 浙江省蒼南縣斷裂構(gòu)造素描圖Fig. 3 Geological sketches of faulted structure in Cangnan County, Zhejiang Province

(a).構(gòu)造透鏡體;(b).正斷層;(c).英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r;(d).沉積巖夾層;(e).球粒;(f).球泡;(g).流紋構(gòu)造;(h).流紋質(zhì)玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r中的塑性玻屑(單偏光);(i).流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r中的剛性玻屑(單偏光);(j).流紋質(zhì)玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r中的平直漿屑;(k).流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r中透鏡狀漿屑;(l).流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r假流紋構(gòu)造(單偏光)圖4 望州山破火山典型火山巖類型照片F(xiàn)ig. 4 Typical volcanic photographs of Wangzhoushan caldera

2.1.2 破火山形成期斷裂

(1)環(huán)狀斷裂群。望州山破火山環(huán)狀斷裂十分發(fā)育(圖2(b)),自溪心村(北西)依次經(jīng)挺南(西)、筍腳(南西)、三條溪(南)、沙坡(南東)至白玉潭(東)一帶,北東側(cè)及北側(cè)因第四系覆蓋而不明顯,有規(guī)律地組成一個向西突出的半環(huán)形,斷續(xù)延伸20余km。尤其以溪心村—挺南—筍腳—三條溪一帶表現(xiàn)最為明顯,多條弧狀、半環(huán)狀斷裂成群密集出現(xiàn)。該環(huán)狀斷裂在地貌上表現(xiàn)為一系列環(huán)形山脈、水系組成一個向西突出的半環(huán)狀-弧狀地貌形態(tài),清楚地展示出破火山環(huán)狀構(gòu)造的概貌。環(huán)狀斷裂亦為破火山的構(gòu)造邊界,控制破火山內(nèi)凝灰?guī)r的空間展布。

環(huán)狀斷裂的主要特征是:破碎帶明顯,帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造透鏡體、劈理、片理化帶;局部充填花崗斑巖、流紋斑巖等巖脈。斷面舒緩波狀,斷面可見水平、斜沖擦痕。巖層走向有規(guī)律地伴隨環(huán)狀斷裂彎轉(zhuǎn)。斷層性質(zhì)多樣,正斷層和逆斷層均發(fā)育,部分兼具平移性質(zhì)。現(xiàn)擇主要斷裂詳述如下。

盛陶村斷裂。走向北東10°～15°,傾向NW,傾角80°以上。斷面呈舒緩波狀,強烈破碎帶寬約1 m,帶內(nèi)片理化十分明顯,并發(fā)育構(gòu)造透鏡體(圖3(c))。斷裂西側(cè)流紋巖中發(fā)育走向110°羽狀劈理,與斷裂相交的銳角亦指示上盤具有向NW方向運動的逆斷層特征。

呂家旺斷裂。在呂家旺一帶走向北西35°,傾向SW,傾角85°以上。至大埕一帶走向漸轉(zhuǎn)為北西75°,傾向NNE,傾角65°,局部直立。破碎帶寬10～20 m,帶內(nèi)巖層直立乃至倒轉(zhuǎn),具明顯的片理化特征,另見構(gòu)造透鏡體,核部由火山巖或粉砂巖組成,透鏡體長軸方向及巖層走向與斷裂走向完全一致,并充填流紋斑巖巖脈(圖3(d))。斷面呈舒緩波狀,片狀方解石沿斷壁附生,斜沖擦痕發(fā)育,指示了左行平移逆斷層特征。該斷層具有明顯的多期活動特征,早期以左行平移逆斷層為主,晚期為正斷層。

(2)放射狀斷裂群。與破火山形成有關(guān)的放射狀斷裂,主要發(fā)育在蕉浦嶺—外西?！埓印寥丝印筵粢粠?。斷裂性質(zhì)以平移斷層和正斷層為主。破碎帶普遍見構(gòu)造角礫巖,斷面粗糙不平,且有石英脈充填等典型張性斷層特征。斷裂規(guī)模不大,一般延伸長2～3 km,并切割環(huán)狀斷裂群,但錯距不大。

2.1.3 破火山形成后斷裂

破火山形成后斷裂指疊加于前兩類斷裂之上的后期斷裂以及一些破壞已形成的火山機構(gòu)的斷裂。這些斷裂大部分可以在衛(wèi)星照片上直接觀察到,多呈明顯負(fù)地形。望州山破火山形成后斷裂主要為NW向,在遙感影像上大致表現(xiàn)為一系列平行的NW向剪切斷層,主要有梅嶺頭村—北山坡村、坑底村—石塘村等,對破火山的面貌進(jìn)行了一定程度的破壞。

2.2 巖石組合

望州山破火山內(nèi)出露小平田組火山巖和中央侵入相晶洞花崗巖;根據(jù)破火山演化不同階段形成的巖石組合、接觸關(guān)系,結(jié)合同位素年代學(xué)及火山活動規(guī)律,火山活動產(chǎn)物由早到晚進(jìn)一步劃分為4套巖石組合。

小平田組一段主要為溢流相流紋巖、火山碎屑流相流紋質(zhì)-英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r(圖4(c),圖5)夾少量溢流相玄武安山巖及凝灰質(zhì)砂巖等沉積巖(圖4(d)),因噴發(fā)作用具有方向性,圍繞古火山外部不完全對稱分布,主要分布在古火山的西側(cè)、南側(cè)地形相對較高的地帶(圖2(b)),與破火山基底的火山-沉積巖系(館頭組和朝川組)多呈斷層接觸,尤其是在環(huán)狀斷層發(fā)育的地段更是如此。英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r在該單元中層位穩(wěn)定、分布廣且厚度最大(厚150～200 m),在華嶺腳—古厝一帶,英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r厚度變薄(<50 m),下部流紋巖厚度變大(50～100 m)。在破火山形成的過程中,由于南部古地形較低,古火山噴發(fā)形成的流紋巖和凝灰?guī)r沿較低的古地形向南流動直接覆于早期的朝川組沉積巖之上。根據(jù)巖層中的凝灰?guī)r、沉積巖及熔巖夾層產(chǎn)狀特征,確定該單元向破火山內(nèi)部傾斜。

何軍：95億美元，折合人民幣應(yīng)該差不多有660億元人民幣，這應(yīng)該屬于馬云嚴(yán)重過問的項目了（笑）。這的確是阿里在2018年的一個大手筆，實際上，在餓了么被收購之前的成長過程中，阿里就已經(jīng)多次對餓了么進(jìn)行投資。之所以痛下決心對餓了么進(jìn)行收購，就是因為餓了么對于阿里的戰(zhàn)略意義太重要了。至于餓了么愿意接受被收購，據(jù)業(yè)內(nèi)朋友講是因為當(dāng)時餓了么面對強大的競爭對手美團不斷燒錢，導(dǎo)致賬面資金緊張，這也是一個重要因素。

小平田組二段圍繞古火山圍斜內(nèi)傾分布(圖2(b)),主要出露在古火山的西部、南部和北部,形成的地貌較陡立;巖性為一套多期次噴發(fā)形成的溢流相流紋巖(圖5),以發(fā)育球粒(圖4(e))、球泡(圖4(f))和流紋構(gòu)造(圖4(g))為特征,偶夾凝灰質(zhì)粉砂巖、火山碎屑流相流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。流紋巖是多期次巖漿噴發(fā)形成的復(fù)合巖流單元,野外可見多個巖流單元反復(fù)疊置。該段與一段之間呈整合接觸,局部直接噴發(fā)不整合于古火山基底的火山-沉積巖系(館頭組和朝川組)之上。

1.流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r;2.流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r;3.英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r;4.流紋巖;5.球粒/球泡;6.條帶/斑狀;7.角礫;8.產(chǎn)狀;9.斷層;10.館頭組;11.小平田組一段;12.小平田組二段圖5 浙江省蒼南縣坑口—吳家園水庫地質(zhì)剖面圖Fig. 5 Geological section of Kengkou-Wujiayuan Reservoir in Cangnan County, Zhejiang Province

小平田組三段巖性為一套普林尼式強烈噴發(fā)形成的火山碎屑流(圖6)。

1.流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r;2.流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r;3.角礫流紋巖;4.流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r;5.集塊角礫巖;6.玄武巖;7.正長花崗巖;8.產(chǎn)狀;9.小平田組三段;10.正長花崗巖;11.玄武巖圖6 浙江省蒼南縣下山—小尖腳地質(zhì)剖面圖Fig. 6 Geological section of Xiashan-Xiaojianjiao in Cangnan County, Zhejiang Province

遠(yuǎn)端為灰白色-白色流紋質(zhì)玻屑弱熔結(jié)-未熔結(jié)凝灰?guī)r(圖4(h)、圖4(i)),以發(fā)育不規(guī)則的柱狀節(jié)理為特征,晶屑含量一般<3%,下部基本未見漿屑,向上部可見少量漿屑(<3%),漿屑大多數(shù)細(xì)長、平直(圖4(j))。

中端巖性主要為灰紫色-灰白色流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r(圖4(k)、圖4(l)),自下而上熔結(jié)程度具弱-強-弱的特征?；鹕剿樾己科毡檩^高(30%～50%),以角礫和晶屑為主,富含漿屑,形態(tài)以彎曲條帶狀、透鏡狀為主,局部漿屑長1～2 m(圖7(a)),在大漁岙存一帶還發(fā)育明顯的柱狀節(jié)理(圖7(b))。近端巖性主要為一套集塊角礫巖-角礫凝灰?guī)r(圖7(c)、圖7(d)),集塊最大可達(dá)1～2 m,集塊和角礫成分復(fù)雜,以流紋巖和玄武巖為主,其余見砂巖、凝灰?guī)r等。

遠(yuǎn)端流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r在該單元中層位穩(wěn)定,多數(shù)圍繞古火山口西側(cè)外圍分布(圖2),在地貌上主要分布在山頂(圖7(e))。中端流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r因噴發(fā)作用具有方向性的緣故,圍繞古火山分布不完全對稱,主要分布在古火山東和南側(cè)地帶,尤其是南側(cè)地帶在地貌上反映十分明顯,可見火山碎屑沿火山斜坡呈扇形分布(圖2(b));南側(cè)圍斜總體呈內(nèi)傾分布特征,東側(cè)產(chǎn)狀較緩,略具圍斜外傾分布特征。近端集塊角礫巖-火山角礫巖是古火山口位置的重要標(biāo)志,一般多呈環(huán)狀近火山口堆積,集中分布在蔡家山—仰天龍山—望州山一帶,填充于古火山口內(nèi)(圖2(b))?？傮w上看,火山碎屑具有近粗遠(yuǎn)細(xì)的特征,最外圍為粒度最細(xì)的流紋質(zhì)玻屑(熔結(jié))凝灰?guī)r;伴隨火山碎屑粒度變粗,向內(nèi)巖性依次漸變?yōu)榱骷y質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r和集塊角礫巖-火山角礫巖。在吳家園水庫西側(cè)可見該階段巖石呈火山噴發(fā)不整合于第二階段流紋巖之上(圖7(f))。

(a).長達(dá)2 m的漿屑;(b).流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r柱狀節(jié)理;(c).集塊角礫巖;(d).角礫凝灰?guī)r;(e).分布在山頂?shù)牧骷y質(zhì)玻屑凝灰?guī)r;(f).上部流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r與下部流紋巖接觸關(guān)系;(g).正長花崗巖鏡下特征(正交偏光);(h).正長花崗斑巖鏡下特征(單偏光);(i).集塊;(j).自碎角礫流紋巖;(k).紊亂的流紋構(gòu)造;(l).流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r中的漿屑圖7 望州山破火山典型火山地貌與巖石類型照片F(xiàn)ig. 7 Typical volcanic photographs of Wangzhoushan caldera

2.2.4 中央侵入相晶洞花崗巖

晶洞花崗巖為望州山破火山復(fù)活階段的產(chǎn)物,巖性為正長花崗巖—正長花崗斑巖(圖7(g)、圖7(h)),均發(fā)育晶洞構(gòu)造,晶洞體積占比約10%,大小不一,一般0.3～1.5 cm,形態(tài)為不規(guī)則狀,晶洞內(nèi)充填有晶形完好的石英晶簇。正長花崗巖出露于破火山中部藻溪鎮(zhèn)一帶,肉紅色,中-細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu),粒徑多數(shù)為0.3～4 mm,主要由鉀長石(55%)、石英(25%～30%)、斜長石(10%～15%)和少量黑云母組成,偶見鈉鐵閃石。其中鉀長石呈自形板柱狀、半自形短柱狀,可見卡式雙晶;斜長石呈較小的板柱狀,聚片雙晶發(fā)育;石英為它形;基質(zhì)中多見石英和鉀長石呈文象交生構(gòu)成文象結(jié)構(gòu)。正長花崗斑巖出露于破火山中部藻溪鎮(zhèn)和破火山邊部大尖山一帶,肉紅色,斑狀結(jié)構(gòu),巖石發(fā)育明顯的晶洞構(gòu)造,斑晶主要由鉀長石(約20%)和少量石英、黑云母組成,粒徑為2～7 mm,基質(zhì)含量約80%,主要由更細(xì)小的石英、鉀長石和黑云母組成。

2.3 主噴發(fā)口特征

望州山破火山的主噴發(fā)口位于蒼南縣藻溪鎮(zhèn)蔡家山—仰天龍山—望州山一帶,出露巖性為古火山口噴發(fā)及崩塌堆積的集塊角礫巖-含集塊角礫巖以及近火山口堆積的角礫凝灰?guī)r-火山角礫巖。從現(xiàn)今剝蝕殘留的地貌上來看,集塊角礫巖-火山角礫巖出露的地方均位于海拔較高處,多為近等軸狀、穹隆狀山岳,集塊最大可達(dá)1～2 m(圖7(i))。另外,古火山口外圍火山-沉積巖均圍繞其呈弧狀、半環(huán)狀圍斜內(nèi)傾分布(圖2(b))?；鹕剿樾剂６瓤傮w上具有以古火山口為中心近粗遠(yuǎn)細(xì)的特征。雖然整個破火山被后期NW向斷層改造明顯,但古火山口的總體面貌、火山-沉積巖層分布特征依然十分明顯。

2.4 火山巖巖性巖相特征

通過詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查,望州山存在5種火山巖相:溢流相、爆發(fā)崩塌相、火山碎屑流相(包含灰云亞相)、中央侵入相和噴發(fā)-沉積相?；以苼喯?火山碎屑流(亞)相-爆發(fā)崩塌相均為普林尼式火山噴發(fā)產(chǎn)物,溢流相形成于火山的噴溢或溢流作用。

2.4.1 溢流相

溢流相在研究區(qū)藻溪鎮(zhèn)大面積分布,巖性以流紋巖為主,局部夾少量玄武巖-安山巖。流紋巖原生構(gòu)造普遍較清楚,以發(fā)育球粒、球泡和流紋構(gòu)造為特征。研究區(qū)流紋巖總體厚度較大(>300 m)、分布廣,多為近于同時噴出的熔巖流依次堆疊的結(jié)果,可劃分為多個巖流單元。野外可見多個巖流單元反復(fù)疊置,單個巖流單元的頂(上)部、中部、底(下)部由于冷卻條件的差異,巖石構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及相關(guān)物理性質(zhì)明顯不同:底部多見同成分的自碎角礫(圖7(j)),普遍發(fā)育球泡(圖4(f)),球泡之間細(xì)密的流紋構(gòu)造十分清晰,一般無斑或少斑;中部球泡含量急劇減少,以發(fā)育清晰的流紋條帶為特征,流紋條帶局部紊亂(圖7(k))、總體平穩(wěn),一般無斑或少斑;頂部流紋構(gòu)造少見或偶見,以塊狀為特征,一般含有少量(3%～5%)的石英和鉀長石斑晶,有時可見球粒構(gòu)造(圖4(e))。

2.4.2 灰云亞相

灰云亞相主要呈半環(huán)狀-弧狀圍繞火山噴發(fā)中心分布于火山外圍,主要巖石類型為流紋質(zhì)流紋質(zhì)玻屑熔結(jié)-未熔結(jié)凝灰?guī)r(圖4(h)、圖4(i)),碎屑物主要由玻屑和火山灰組成,一般新鮮面的漿屑不可見,風(fēng)化面上可見平直的漿屑條帶,漿屑形態(tài)與典型火山碎屑流亞相的漿屑差別明顯,基本上均為平直的漿屑(圖4(j)),未見彎曲,是在火山活動過程中少量的漿屑與火山灰降落后經(jīng)后期埋藏作用形成的平直漿屑。

2.4.3 爆發(fā)崩塌相

爆發(fā)崩塌相巖性主要為一套集塊角礫巖-角礫凝灰?guī)r(圖7(c)、圖7(d)),一般多呈環(huán)狀近古火山口堆積,集中分布在蔡家山—仰天龍山—望州山一帶,填充于古火山口附近?？傮w來看,這套爆發(fā)崩塌相巖石是尋找古火山口的重要標(biāo)志,在顯微鏡下也具熔結(jié)結(jié)構(gòu),從而表明這套巖石的形成是與火山碎屑流亞相熔結(jié)凝灰?guī)r、灰云亞相凝灰?guī)r在同一火山作用下形成的,由于距離火山口的遠(yuǎn)近不同以及搬運方式的差異而導(dǎo)致巖性差別很大。

2.4.4 火山碎屑流相

火山碎屑流相堆積是火山強烈爆發(fā)、噴發(fā)柱崩塌的產(chǎn)物,是望州山破火山主要的巖石類型。它們多出現(xiàn)于火山斜坡或火山通道周圍,也常堆積于破火山內(nèi)。熔結(jié)現(xiàn)象是火山碎屑流相巖石的主要特征,但在由碎屑流堆積構(gòu)成的“冷卻單元”的底部和頂部,往往熔結(jié)較弱或未熔結(jié);與此相應(yīng)的特征是一個冷卻單元內(nèi),通常底部(及下部)角礫含量較多,巖屑可見,晶屑較少,熔結(jié)較弱;往上則角礫減少,晶屑含量增加,熔結(jié)增強;上部玻屑、浮巖屑增加,相應(yīng)地晶屑減少,熔結(jié)程度降低。據(jù)此,可識別缺乏其他相巖石夾層的火山碎屑流堆積中的冷卻單元。

研究區(qū)也有不少火山碎屑流相堆積,主要見于小平田組一段和三段,尤其是以三段最為明顯,其典型的標(biāo)志是漿屑特別發(fā)育,漿屑形態(tài)以彎曲條帶狀、透鏡狀為主(圖7(l)),有些漿屑長達(dá)1～2 m(圖7(a));巖性主要為流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)含角礫(晶玻屑、晶屑)熔結(jié)凝灰?guī)r、英安質(zhì)(含角礫)晶屑(強)熔結(jié)凝灰?guī)r等。

2.4.5 噴發(fā)-沉積相

噴發(fā)-沉積相是由火山碎屑與陸源碎屑在水體中混雜堆積形成的,火山碎屑可源于不同類型的火山噴發(fā),地層結(jié)構(gòu)介于火山型與沉積型之間,稱為噴發(fā)沉積型;主要巖石類型為沉集塊角礫巖、沉角礫巖、沉凝灰?guī)r以及凝灰質(zhì)沉積巖。若水體較淺,火山物質(zhì)迅速大量補給,則可形成具層狀構(gòu)造的層凝灰?guī)r。根據(jù)火山碎屑粒度、含量及堆積環(huán)境分析,可分為破火山湖盆噴發(fā)沉積相和火口湖盆噴發(fā)沉積相兩種主要類型。望州山破火山內(nèi)噴發(fā)沉積相巖石主要為破火山湖盆沉積的沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等細(xì)碎屑沉積巖(圖4(d)),多呈厚度不大(多<20 m)的夾層,出露于三條溪、吳家園水庫及大岙村一帶,是大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)間歇期的產(chǎn)物。

2.4.6 中央侵入相

中央侵入相往往是復(fù)活破火山最晚期活動產(chǎn)物,早期大規(guī)模的火山噴發(fā)使得巖漿房中的揮發(fā)份大量逸散,導(dǎo)致晚期巖漿無法噴出地表,只能沿早期的主噴發(fā)通道等上侵形成侵入巖。研究區(qū)中央侵入相為正長花崗巖及正長花崗斑巖(圖7(g)、圖7(h))主要出露于藻溪鎮(zhèn)和大漁岙村一帶,與圍巖呈侵入接觸。

3 破火山形成演化階段

通過野外對斷層系統(tǒng)、巖石組合及巖性巖相特征、主噴發(fā)口特征的系統(tǒng)調(diào)查顯示,疊置于礬山火山構(gòu)造洼地之上的望州山古火山是一座以流紋質(zhì)噴發(fā)為主的大型復(fù)活破火山,其北部被大面積的第四系覆蓋,總體面貌被晚期斷層破壞。但圍繞破火山的環(huán)狀或弧狀斷層十分明顯,尤其是其西側(cè)和南側(cè)溪心村—梯腳—三條溪一帶多條弧狀斷裂集中分布,構(gòu)成火山機構(gòu)的南側(cè)及西側(cè)邊界。破火山東側(cè)邊界以沿早期環(huán)狀斷裂侵入的正長花崗斑巖為界。

野外系統(tǒng)的產(chǎn)狀測量及不同巖石的產(chǎn)出特征、空間展布調(diào)查證實,火山機構(gòu)內(nèi)部無論是沉積巖還是火山巖多圍繞火山通道呈現(xiàn)出環(huán)狀或弧狀分布特征(圖2(b)),例如,破火山西側(cè)溪心村—梯腳一帶巖層總體向E和SE傾,傾角10°～40°;南側(cè)礬山一帶巖層總體向NE—NW圍繞火山機構(gòu)內(nèi)傾,傾角陡緩不一;東側(cè)巖層傾向不一,但其外圍早期的英安質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r總體向SW和W傾的特征也十分明顯。北側(cè)巖層總體傾角較緩,大多<20°。

總體來看,早期館頭組和朝川組構(gòu)成破火山的基底,在火山機構(gòu)外圍分布。小平田組火山巖平面上總體呈環(huán)狀展布,其中一段、二段火山碎屑巖-流紋巖構(gòu)成火山機構(gòu)的外帶。三段火山碎屑流相流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r-流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r圍繞主噴發(fā)口構(gòu)成火山機構(gòu)內(nèi)帶?；以苼喯嗔骷y質(zhì)玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r多分布在火山機構(gòu)西部,東部和南部未見,可能與當(dāng)時火山噴發(fā)時風(fēng)向或后期的剝蝕有關(guān),其粒度最細(xì),隨空氣飄落最遠(yuǎn)。而粒度粗、體積大的碎屑集中在主噴發(fā)口分布。早期排空的巖漿房在晚期重新復(fù)活,巖漿沿火山通道上升侵位,在藻溪鎮(zhèn)、大尖山一帶形成中央侵入相正長花崗(斑)巖和侵出相流紋斑巖等潛火山巖類。因此,根據(jù)組成望州山破火山的各類巖石巖性巖相特征、時空分布格局、接觸關(guān)系,推演望州山破火山演化歷史主要經(jīng)歷了5個階段。

3.1 第一階段:初始斷陷夾小規(guī)模噴發(fā)

大約在110 Ma的早白堊世晚期,望州山破火山仍隸屬于礬山火山構(gòu)造洼地的一部分,沿邊界發(fā)生斷陷,在望州山破火山范圍內(nèi)沉積了一套數(shù)百米厚的沉積巖(朝川組)。北部因斷陷相對較深,地表多無沉積巖行跡可尋。該沉積巖中夾少量玄武巖、凝灰?guī)r,表明在初始斷陷的晚期望州山破火山已開始有少量的火山活動(圖8(a))。

3.2 第二階段:普林尼式噴發(fā)

3.3 第三階段:溢流式噴發(fā)

3.4 第四階段:大規(guī)模普林尼式噴發(fā)和破火山塌陷

3.5 第五階段:破火山復(fù)活

破火山復(fù)活階段。早期大規(guī)模的猛烈爆發(fā)使得巖漿房大部分排空。于是,失去大量揮發(fā)分而使黏度大增的巖漿已經(jīng)無法噴出地表,只能沿著已打開的火山通道作整體侵(入)出,在火山通道上方生成侵入巖穹,或呈脈狀充填于早期噴發(fā)形成的火山巖及基底巖系的裂隙中,形成中央侵入相晶洞正長花崗巖、正長花崗斑巖以及侵出相流紋斑巖等(圖8(f))。

(a).初始斷陷夾小規(guī)模噴發(fā);(b).普林尼式噴發(fā);(c).溢流式噴發(fā);(d)、(e).大規(guī)模普林尼式噴發(fā)和破火山塌陷;(f).破火山復(fù)活圖8 浙江省蒼南縣望州山破火山形成演化示意圖Fig. 8 Evolution model of Wangzhoushan caldera in Cangnan County, Zhejiang Province

4 結(jié)論

(1)疊置于礬山火山構(gòu)造洼地之上的望州山古火山是一座以流紋質(zhì)噴發(fā)為主的大型復(fù)活破火山,以環(huán)狀展布且向核部由老變新、產(chǎn)狀圍斜內(nèi)傾的火山-沉積巖系,密集成群分布的環(huán)狀和放射狀斷裂,以及晚期中央侵入相巖穹為特征。

(2)望州山破火山的地層為小平田組,可劃分為3個巖性段,其中以二段流紋巖和三段火山碎屑巖最為典型。流紋巖具多個巖流單元反復(fù)疊置的特征。普林尼式噴發(fā)形成火山碎屑巖,遠(yuǎn)端為流紋質(zhì)玻屑弱熔結(jié)-未熔結(jié)凝灰?guī)r,中端主要為流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r,近端為一套集塊角礫巖-角礫凝灰?guī)r,構(gòu)成火山通道,總體上具有近粗遠(yuǎn)細(xì)的特征。

(3)望州山破火山演化歷史先后經(jīng)歷初始斷陷夾小規(guī)模噴發(fā)、普林尼式噴發(fā)、溢流式噴發(fā)、大規(guī)模普林尼式噴發(fā)和破火山塌陷以及晚期復(fù)活5個階段。

致謝：本文是集體勞動的結(jié)晶。參加野外地質(zhì)調(diào)查工作的還有中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心朱清波高級工程師、洪文濤博士、陳世忠研究員、曹明軒博士,福建省地質(zhì)調(diào)查研究院王峰高級工程師以及南通大學(xué)舒徐潔副教授;野外地質(zhì)調(diào)查過程中得到中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心徐敏成教授級高工、駱學(xué)全教授級高工、蔣仁高級工程師的指導(dǎo);在成文過程中與中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心王存智高級工程師進(jìn)行了非常有意義的交流,在此一并致以衷心感謝!