火山熔岩爆发

白志达1，^[2]　徐德斌1　魏海泉2　胡久常3

1.中国地质大学，北京，100083

2.中国地震局地质研究所，北京，100029

3.海南省地震局，海口，570203

摘要：琼北马鞍岭地区第四纪火山活动具有多期性。据火山作用方式、火山形貌及风化程度、火山喷发产物与沉积地层以及火山机构之间的相互叠置关系，结合同位素年龄，可分为德义岭、道堂、杨花、雷虎岭、昌道和马鞍岭等6期，其中德义岭期为中更新世，道堂和杨花期为晚更新世，雷虎岭、昌道和马鞍岭期属全新世。不同期次具有不同的火山活动方式、喷发强度及火山结构类型。德义岭期火山活动以溢流为主，火山锥为低缓的熔岩穹丘。杨花期为射气岩浆爆发作用形成的低平火山。雷虎岭与马鞍岭期主要形成由碎屑锥和熔岩流组成的夏威夷式火山，熔岩流构造类型以结壳熔岩为主。

关键词：第四纪火山；活动期次；活动方式；琼北马鞍岭

0　引言

琼北是中国第四纪以来火山活动最为强烈和频繁的地区之一，而马鞍岭地区又是琼北火山喷发最晚的地区。火山岩裸露，火山机构保存完好，喷发中心距海口市仅15km左右，故有“城市火山”之称。因此，深入研究其火山活动规律，对火山喷发危险性的评价及防灾减灾具有重要意义。

马鞍岭地区系指海口市西南石山、永兴镇一带，西自美造水库，东至龙桥，南起罗京盘，北迄长流的全新世火山岩分布区，地理坐标为19°48′N—20°01′N，110°06′E—110°27′E，面积约500km2。本文仅对区内第四纪火山喷发期次及火山作用特征作一初步论述。

1　火山活动期次的划分

火山活动期次的划分是了解火山活动时空演化规律的基础，许多学者和单位对琼北火山活动的时代及期次进行了研究（边兆祥，1958；傅秀银，1981；袁宝印，1984；陈上福等，1985；孙建中，1988；张仲英等，1989）。其划分意见不一，划分方案颇多，各自都有一定的依据，但大多数人都认为马鞍岭地区存在最新的火山活动，并多称其为雷虎岭期，其时代为更新世晚期—全新世（王惠基，1981；黄坤荣，1986；孙建中，1988；刘若新，1992，2000；黄镇国等，1993；陈沐龙等，1997）。本文在系统的1∶50000火山地质调查及关键地段重点解剖研究的基础上（1∶10000大比例尺填图），并结合1∶10000航片解译，依据火山作用方式、火山岩浆系列、火山地貌及风化剥蚀程度、火山岩与沉积地层以及火山机构之间的相互叠置关系，同时参考同位素测年结果，将马鞍岭地区地表出露的第四纪火山活动划分为德义岭、道堂、杨花、雷虎岭、昌道和马鞍岭等6期喷发（表1），但未涉及埋藏的火山岩。德义岭期为中更新世喷发，道堂与杨花期为晚更新世喷发，雷虎岭与马鞍岭期属全新世喷发。

表1　琼北马鞍岭地区第四纪火山喷发序列

注：1）据樊祺诚等①；2）据区域地质调查报告②；古地磁测试属布容正向极性时，反映玄武岩的形成应在距今8—10ka的哥德堡事件之后。

1.1　德义岭期

本期火山岩主要为橄榄拉斑玄武岩，广泛分布于研究区西侧外美造水库和白莲一带，区内分布零星（图1），玄武岩覆盖在中更新世北海组紫红、褐红色含砾亚砂土之上，其上被杨花期射气岩浆喷发物覆盖。下伏北海组顶部球状玻璃陨石裂变径迹年龄为（706±2.7）ka（严正等，1983）。本期玄武岩K－Ar表面年龄为（610±1）ka^[3]，烘烤层TL年龄为199.6ka^[4]，因此，该期喷发应属中更新世。

风化壳厚度及火山剥蚀程度与母岩的年龄密切相关（汪啸风等，1991；黄镇国等，1993），它们是划分火山活动相对期次的客观依据之一。但风化壳厚度的确定还要考虑它们在火山机构中的空间位置，并要区分母岩是熔岩还是火山碎屑物。同一火山中火山碎屑物较熔岩更易风化，风化层要厚得多。德义岭期火山活动以溢流为主，火山锥保存差，仅见低缓的熔岩穹丘。熔岩流顶部风化壳发育，普遍出现红土型风化，红土厚约2m，如美造水库发育的风化壳结构由下而上依次为块状玄武岩—裂隙状玄武岩—球状风化玄武岩（50—60cm）—玄武岩残积碎屑层—铁质风化层（30cm）—红色黏土（1.5—2m），这种特征的风化壳暗示着该期玄武岩形成较早。

图1　琼北马鞍岭地区第四纪火山地质略图

1.2　道堂期

“道堂期”源自海南省地质矿产局（1993）1∶50000长流幅等区调报告的道堂组，相当于汪啸风等（1991）划分的木棠亚期，也相当于孙建中（1988）和黄镇国（1993）划分的峨蔓岭期。因道堂村在研究区内，且区调报告已建有道堂组，故称为道堂期。本期玄武岩广泛分布于研究区边部（图1），区外向东延伸至南渡江西岸。呈喷发不整合覆盖于北海组和德义岭期玄武岩之上。据火山保存面貌及喷发产物的叠置关系又可分为早、晚两期喷发。早期喷发强烈，熔岩分布广，主要为橄榄拉斑玄武岩（曾广策，1984）。岩流顶部存在风化壳，但厚度小，一般为30—50cm，如永兴市东国相村一带自下而上为球状风化层（80—100cm）—红色含大量玄武岩碎块的砂土、亚砂土（30—50cm）。火山锥遭受剥蚀较强，火山口基本剥蚀殆尽，部分仅保留了喷火口位置，如永茂岭火山。晚期喷发局限，仅分布于长流一带，相当于黄镇国等（1993）划分的长流期，K－Ar年龄为9.83ka（黄镇国等，1993）。玄武岩覆盖在早期岩流之上。岩流表面风化物少，火山锥保存基本完好，火口清楚，火口深度仍有数十米，但渣锥上风化明显，土壤层较厚，均能耕种，如道堂岭火山。

值得一提的是，该期玄武岩在东部龙塘以北地带已注入南渡江，熔岩流覆盖在南渡江Ⅰ级河流阶地之上。阶地沉积物遭受了烘烤，烘烤层厚约1—3cm。岩流前缘曾注入河水中，形成了枕状熔岩，由此可见该期火山活动的时代可能更新，虽然全岩K－Ar年龄（（110±0.3）ka）支持晚更新世，但从地质体间相互叠置的顺序推断，火山活动时限更有可能为全新世早期，值得进一步研究。

1.3　杨花期

杨花期是本次新确定的火山活动时期，前人未曾分出，并认为堆积物是火山间歇的沉积岩系。本期火山活动主要表现为基浪堆积物。基浪是火山碎屑涌浪堆积的类型之一，为一种低密度的火山碎屑流，是地下炽热的岩浆与水相互作用而形成的射气岩浆爆发的产物（Cas et al.，1987），是马鞍岭地区一期重要的火山喷发事件。喷发物分布于杨南—安仁市东和雷虎岭南等地，覆盖在道堂期玄武岩之上，又被全新世玄武岩所覆盖，出露面积约300km2，至少有11个低平火山，构成独具特征的玛珥式火山群落。依据火山之间的叠置关系，可进一步区分出3个亚期，每个亚期火山活动都形成完整的低平火山，但由早到晚，火山规模逐渐减小（图1）。早期火口直径约1—2km，晚期仅10余米，反映出火山爆发强度的逐渐降低。基浪堆积物主要为基底岩系碎屑和玄武质火山碎屑组成的混合堆积物，堆积物中大型交错层理、平行层理极为发育，并有正、反递变层理，层理下陷构造和气囊构造也较发育，火山碎屑物粒度自火口垣向外逐渐变小，锥体外侧增生火山砾发育。在垂向剖面上碎屑物成分变化明显，大部分碎屑层由玄武质火山渣和花岗质碎屑组成，但有些层基本全为花岗质碎屑，个别层又全为降落堆积的玄武质火山渣。反映了在射气岩浆爆发的过程中，也间有射气爆发和岩浆爆破作用过程。

该期堆积物总体为较松散的火山砂，易于风化，但风化程度并不高，风化物总体呈褐色，基本尚未形成红土型风化物。

1.4　雷虎岭期

马鞍岭—雷虎岭地区火山岩，前人一致认为是琼北地区最新的火山岩，并统称为雷虎岭期（袁宝印，1984；张仲英等，1989；黄镇国等，1993）。本文在大比例尺火山地质调查基础上，将其进一步分为雷虎岭期、昌道期和马鞍岭期。本文所指的雷虎岭期不同于传统意义上的雷虎岭期，系指全新世早期的火山活动。本期主要形成雷虎岭盾片状火山系统，火山由碎屑锥和盾片状熔岩流组成。火山锥包括雷虎岭、群修岭、群众岭、杨南、儒洪、美宁和唐休等。熔岩流规模大，流动距离远，岩流向NE流经永兴、薄片村直至龙桥，向SW流至昌甘、美杏村等地，最长可达15km。熔岩流属结壳熔岩，后期熔岩流多继承、沿袭早期熔岩隧道运移。熔浆自溢出口溢出后，先限定性流动，后呈非限定性流动，形成近源相呈宽带状、远源相呈扇状展布的熔岩流。熔岩流覆盖在杨花基浪堆积物和道堂期玄武岩之上。岩石类型属碱性橄榄玄武岩。砂岩包体的热释光年龄为（10.27±0.85）—（9.91±0.84）ka。熔岩基本未风化，部分锥体火山渣有一定风化。据火山之间的叠置关系，可进一步分为3个亚期（图1）。第1亚期喷发形成群修岭、群众岭和杨南、儒洪等火山锥及其熔岩流。锥体规模小，且已遭受剥蚀，形态不甚完整。熔岩流以群修岭溢出的熔岩为代表，熔岩自锥体东南溢出，向SE流淌，然后又分为2个支流，一支流流入昌钗低平火山口，形成“熔岩湖”，另一支流向SE漫溢，形成面状熔岩流。第2亚期喷发形成群众岭和雷虎岭早期锥体，熔岩流向NE和SW流淌。第3亚期喷发形成雷虎岭主锥，熔岩流主要向NE流淌。

1.5　昌道期

本期火山产物主要分布于昌道岭一带，形成美社、昌道岭火山和风炉岭早期火山锥，火山由碎屑锥体和熔岩流构成。锥体规模大，保存完好，为复合锥体，由早期的降落渣锥和晚期的溅落锥叠置复合而成。如昌道岭晚期溅落锥，火口直径为200m，火口坑深70m，坑底（喷火口）直径60m。锥体陡峻，主要由焊接集块岩和碎成熔岩构成。美社岭锥体南侧有明显豁口，为美社岭南部熔岩流的溢出口。昌道岭西侧发育熔岩溢出塌陷坑，熔岩自溢出口涌出先向S流动，遇雷虎岭晚期熔岩流阻挡后向E，W两侧流动，流动距离约8km。熔岩流覆盖在雷虎岭晚期熔岩之上。不同期熔岩流地貌表现尤为清晰，昌道期熔岩流前缘高出雷虎岭晚期熔岩流2—3m，局部可达5m左右。

该期火山岩为碱性橄榄玄武岩，岩石基本上未遭受风化。

1.6　马鞍岭期

马鞍岭期是本区全新世最晚的火山活动。形成风炉岭晚期溅落锥、熔岩流和浩昌单成因火山系统。风炉岭锥体早期为降落堆积的岩渣锥，碎屑物主要为刚性浮岩渣，锥体西缘还发育2个寄生火山锥。晚期溅落锥叠置其上，陡峭的锥体主要由焊结集块岩组成，火口缘狭窄，火口坑深而陡直，坑底基本无后期充填物，是本区最新火山作用的产物。早期熔岩流向NW方向长距离运移，熔岩隧道对岩浆搬运起着重要作用。晚期岩流主要分布于风炉岭东侧，岩浆溢出率低，形成短而窄的条带状熔岩流。浩昌单成因火山系统包括浩昌岭、儒群岭等火山。锥体主要由焊结集块岩组成，时有薄而短的复合层状熔岩流发育。儒群岭锥体东侧发育有规模较大的熔岩溢出塌陷坑。熔岩流流动距离短，岩浆溢出率低，但调解频率高，熔岩堆积单元厚度仅10—30cm，显示火山活动已接近尾声。

本期火山岩为橄榄拉斑玄武岩，熔岩流覆盖在昌道及雷虎岭期熔岩之上，向北运移的熔岩流经荣堂、文明村到龙头一带覆盖在海成Ⅰ级阶地之上，熔岩顶部不发育风化层。由于缺乏有效的测年样品，故年龄资料很少。玄武岩古地磁测试属布容正向极性时（古地磁推算年龄为（8.155±0.157）ka），表明形成时限应在距今8—10ka的哥德堡事件之后（刘若新，2000）。

2　火山活动过程

马鞍岭地区火山活动始于上新世，但强烈活动时期为第四纪。中更新世德义岭期和晚更新世早期道堂期火山喷发类型以中心式喷发为主，裂隙式喷发为辅，且以玄武质熔岩流溢出式喷发为特征，形成琼北玄武岩台地。晚更新世晚期，即杨花期，火山活动方式发生了根本性的变化，火山活动以射气岩浆喷发为主，间有射气和岩浆爆破作用，形成了极具特色的玛珥式火山群。火山活动阶段性明显，初步调查至少形成3期低平火山，低平火山的规模由早到晚逐渐减小。进入全新世后，火山活动又以岩浆作用为主，火山喷发主要为中心式，且以爆破式造锥喷发和熔岩流溢出式喷溢为特征，并具多期次、多旋回喷发特点。每一喷发旋回有其自身的物质组成及火山机构面貌。雷虎岭期为碱性橄榄玄武岩，主要形成盾片状火山，早期火山活动基本波及整个马鞍岭地区，数座火山几乎同时自多个喷发中心喷发，形成雷虎岭南侧的群修岭、群众岭和杨南、唐休等火山。中期形成雷虎岭主峰降落渣锥和向E，S流淌的熔岩流。晚期火山活动局限，仅形成雷虎岭主峰晚期溅落锥和NE向的熔岩流。马鞍岭东侧的国群火山也可能是这一时期的产物。雷虎岭期喷发后，火山活动暂时停息，火山锥体遭受了一定的剥蚀。昌道期火山活动中心主要集中在马鞍岭一带，形成昌道、美社大型火山锥和风炉岭早期降落渣锥及其熔岩流，熔岩流广泛覆盖在雷虎岭期熔岩之上，构成马鞍岭熔岩台地。昌道期火山喷发之后，马鞍岭地区的火山活动强度明显减弱，马鞍岭期火山喷发中心仅限于风炉岭和浩昌一带，形成风炉岭晚期溅落锥及其向E流淌的熔岩流和浩昌单成因火山。喷发产物为橄榄拉斑玄武岩，熔岩流上叠在雷虎岭期和昌道期玄武岩之上。火山活动以溢流为主，且岩浆的质量溢出率很低，但调解频率很高，形成短而薄的复合熔岩流，单个流动单元的厚度仅10—30cm。马鞍岭晚期浩昌单成因火山的形成，标志着马鞍岭地区全新世火山活动暂时停息。

3　结论

（1）马鞍岭地区第四纪火山活动频繁，具多期次、多旋回喷发特点，可划分为6期，其中道堂期又包括2个亚期，杨花期和雷虎岭期分别包含3个亚期，马鞍岭期包含2个亚期，每个亚期都发育有独特的火山系统。

（2）单纯岩浆作用和岩浆与近地表水体爆炸式混合作用形成的射气岩浆喷发是本区晚更新世以来两种重要的火山作用方式。

（3）熔岩流构造类型以结壳熔岩占绝对优势。火山活动早期岩浆溢出率高，形成大体积熔岩流，近源相主要为限定性熔岩流，远源相多转变为非限定性熔岩流。熔岩隧道对岩浆的远距离运移起着重要作用。火山活动晚期，岩浆溢出率低，但调解频率高，形成短而薄的带状复合层状熔岩流。

（4）火山结构类型在晚更新世杨花期均为低平火山，全新世各期火山主要由碎屑锥和盾片状熔岩流组成，锥体结构多为复式火山锥，早期为降落渣锥，晚期为溅落锥或混合锥。马鞍岭晚期形成的浩昌火山为单成因火山。

熔岩流和射气岩浆喷发是本区最重要的火山灾害类型。

参考文献

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【注释】

[1]本文发表于《地震地质》2003年第25卷增刊。

[2]白志达，男，1956年生，1993年在中国地质大学（北京）获硕士学位，副教授，主要从事火山岩、火山学和区域地质的教学与研究工作，电话：010-82322032。

[3]樊祺诚等，2002，琼北第四纪火山喷发历史与岩浆演化，未刊资料。

[4]海南省地质矿产局，1993，1∶50000长流幅等区调报告，内部出版。