火山玄武岩特征

中国雷琼世界地质公园科学意义与价值
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陶奎元　沈加林　余明刚

雷琼世界地质公园处于中国大陆南端，跨琼州海峡南北两翼，行政上隶属广东省湛江市和海南省海口市。雷琼地质公园由两个园区构成：琼州海峡之北的湛江湖光岩园区，即湛江湖光岩国家地质公园；琼州海峡之南的海口园区，即海口石山火山群国家地质公园。

雷琼世界地质公园（湛江·海口）两大园区，在地质学上同属于雷琼裂谷火山带。两大园区不仅具有共同的地质属性，而且保存各自特色的地质遗迹。联合两大园区建设世界地质公园能更集中、更完整地展现中国大陆南端的陆缘裂谷火山带丰富的地质地貌及其演化过程，展现热带—南亚热带生态的独特性与多样性，展现自人类活动以来在特定地学环境下淀积的文化遗产，具有重要科学意义和广泛的价值。

1　地学意义

1.1　大地构造学意义（大地构造位置的重要性）

就全球性大地构造位置而言，雷琼裂谷火山带处于欧亚板块（华南板块）南端，西南临印支板块，东近太平洋（菲律宾）板块（图1）。雷琼裂谷是自古新纪以来断续发育而成的，它属于中国大陆东南端的陆缘裂谷。火山活动伴随裂谷发生与发展（图2）。琼北石山全新世玄武岩被视为南海盆地扩张后的玄武岩。

地质公园火山带是三大板块相互作用、南海盆地扩张、雷琼裂谷发生与演化的火山学和岩石学记录，是陆缘裂谷型火山带的典型代表，具有极重要的全球性大地构造学意义。

1.2　深部地质意义

岩石类型以石英拉斑玄武岩和橄榄拉斑玄武岩为主，并有碧玄岩、粗面玄武岩。岩石微量元素地球化学总体特征属于裂谷环境。玄武岩地球化学组成与洋中脊玄武岩（MORB）、大洋岛弧玄武岩相似，而明显不同于中国长白山天池（似原始地幔）、五大连池火山（原始地幔与EMI两个地幔端元混合）、腾冲火山（原始地幔与EMII两个地幔端元混合），落于亏损地幔区（DMM），被认为是中国最亏损地幔的地区。

火山带所在的深部地质背景属地幔隆起区。岩浆源区为亏损地幔与富集的岩石圈，或者亏损地幔与俯冲洋壳的混源区。区域内橄榄拉斑玄武岩相对接近原始岩浆，是经10％橄榄石分离结晶形成的拉斑玄武岩浆。

公园内玄武岩火山是揭示在特定大地构造范围内岩石圈的“超深探针”，是探索深部岩浆作用过程具有示踪意义的天然样品。

1.3　火山学与岩相学的意义

雷琼裂谷火山带

雷琼裂谷火山带火山岩分布面积为7295km2，其中海口（琼北）占4150km2，湛江（雷州半岛、硇洲岛）占3136km2。火山带共有火山175座，海口占101座，湛江74座（图3）。就火山岩分布面积、火山数量而言，在我国第四纪火山带中占首位。

雷琼裂谷火山带火山活动具有多期性，从古近纪到第四纪分为11期，其中第四纪火山活动分为7期：湛江期（早更新世），岭北期（琼山期）（早更新世），石峁岭期（德义期）（中更新世），螺岗岭期（峨蔓岭期）（中更新世），湖光岩期、长流期（杨花岭期、道堂期）（晚更新世），雷虎岭期（全新世，10.27—9.91ka），马鞍岭期（全新世8.155ka）（图4）。

图1　雷琼裂谷火山带在板块构造中的位置

上述1—5期火山岩分布遍及全区，而全新世6、7两期主要分布在海口石山火山群内，被视为休眠火山。1—11期火山活动与裂谷发生演化密切相关。

火山喷发与火山类型（系统性、多样性、典型性）

园区内发育多种类型的火山，具有典型性、多样性。不仅有岩浆喷发的火山，而且有岩浆与近地表水相互作用形成的蒸气岩浆爆发。晚更新世蒸气（射气）岩浆爆发形成玛珥火山（低平火口），而中更新世、全新世则以夏威夷式岩浆喷发和斯通博利式岩浆喷发形成盾火山（盾片状火山）和碎屑锥。后者包括降落碎屑锥、溅落锥和混合锥。

图2　雷琼裂谷与火山活动

火山空间与时间组合（多样性）

公园内火山单体小，但数量多，它们在空间上、时间上先后地叠置或同期地并列，形成多样性火山地貌。

火山群——琼北石山火山群（图5），雷南火山群，雷北火山群

火山岛——硇洲岛

火山组合——如：马鞍岭火山组合，由马鞍岭（主锥）、包子岭（副锥）及两个寄生小火山（火山直径底部不到100m的眼镜岭）组成。

又如：雷虎岭火山组合，由先后喷发的火山相互叠连而成，低平火口（晚更新世）→群香岭及东南两个小火山锥（全新世），雷虎岭早期锥→雷虎岭晚期锥。

火山岩相剖面（典型性、完整性、系统性）

公园内保存并裸露清楚典型、揭示火山类型与喷发方式的岩相剖面：复合玄武岩熔岩流动单元剖面、溅落锥剖面、降落锥（岩渣锥）剖面（永兴公路南侧）、混合锥剖面（雷虎岭）、玛珥火山凝灰环岩相剖面（杨花岭）、玛珥火山湖沉积物剖面（湖光岩，田洋）。

熔岩构造与熔浆喷发物（典型性）

熔岩流动单元与结构清楚、典型，熔岩冷却过程中形成的熔岩柱状节理发育完整。岩流中有具高流动性的结壳熔岩，其形态奇特，发育绳状、褶皱状、爬虫状、面包状、瘤状、木排状、珊瑚状等结壳熔岩构造形态。低流动性熔岩则呈渣状、锯齿状构造和岩块焊接的块状构造。熔岩流动单元与多种熔岩构造，指示熔岩流的流动速度、温度及冷却速度以及岩浆黏度等物理学参数的变化。

斯通博利式岩浆溅落抛落物有各种形态的火山弹、熔岩饼与火山渣等。

熔岩隧道及其派生地貌（奇特性、罕见性）

海口园区熔岩隧道极为发育，其数量之多，地质景观之丰富是罕见的。全区有30多条熔岩隧道。发育于岩流上部气孔带与中部致密带之间，大型熔岩隧道（1000—2000m左右）3条，最长达约2700m；中型熔岩隧道发育于致密带，长数百米，有8条；小型熔岩隧道数量更多。

熔岩隧道形态有多层连洞，分支复合。其内部边槽、岩阶、隧道堤、熔岩石笋、熔岩钟乳，弧形与同心流纹构造。派生地貌景观有天窗、天生桥、陷落槽等。

图3　雷琼地区火山岩与火山分布图

综上所述，公园内火山地质遗迹具多样性、系统性、典型性，在国内外同类地质遗迹中是优秀的、罕见的，是名副其实的第四纪火山的天然博览大观园。它几乎涵盖了玄武质火山岩浆作用形成火山的所有类型，特别是蒸气岩浆喷发火山与岩浆喷发的火山共存一区，这对于研究火山作用过程和古环境具有重要的科学意义。

1.4　玛珥火山湖及其沉积物对研究全球气候变化的意义

公园内发育由炽热岩浆和冷的水相互作用发生的蒸气岩浆爆发形成玛珥火山（低平火口，凝灰岩环）。湖光岩、田洋、青桐洋（湛江园区）、双池岭、杨花岭（海口园区）均为典型的玛珥火山。玛珥火山基底涌流堆积，其层理构造清楚，低角度交错层、沙丘、长波状层、U型侵蚀槽、同生滑移构造、下陷凹坑、柔性弯曲、增生火山砾（火山灰球）等标志性构造十分清楚典型，完全可以和R.A.F.Cas.＆J.V.Wright在《Volcanic Succession—modern and ancient》一书中引用的西澳（维多利亚）、夏威夷地区的典型结构媲美、对比。

湖光岩为积水的玛珥湖，发育50m深的沉积物。由于处于封闭环境状态，因此，它记录了14万年以来温度、降雨量、台风、植被的变化和人类活动的多种信息，作为全球气候变化对比基点之一。湖光岩玛珥湖（图6）是中国玛珥湖研究起始地，是中德科学家在亚洲选定合作研究基地之一，并与德国埃佛尔玛珥火山结成姊妹湖。

图4　雷琼地区第四纪地层与火山岩柱状图

图5　琼北石山火山群

公园内发育众多玛珥火山、玛珥湖，具全国、全球的典型性，对于研究火山作用的过程及环境具有重大科学意义，特别是其沉积物成为研究全球气候变化的对比标准，被视为气候环境的天然年鉴。

1.5　火山灾害学意义

火山群处于省会大城市，海口市距全新世最近的火山仅8km，称之为城市火山。火山活动最新年代为8.135ka，称为休眠火山。因此，公园已被确定为我国火山灾害危险性防治与预测的研究区之一。

海口石山火山群保存完整的玄武质火山的各种地质遗迹，可将今论古地研究火山喷发时序、岩流速度、岩流搬运距离、持续喷发时间等。熔岩流灾害主要造成农田、林地、道路毁坏及引发火灾。玄武岩富有地下水，预示未来可能有蒸气岩浆喷发，形成大、小规模的低平火口。火山碎屑涌流造成冲击、掩埋、灼烧等灾害。

全新世为主的石山火山群为研究火山灾害，预测未来发生火山灾害的类型、特点，提供真实可参照的重要资料。

图6　湖光岩地区卫星影像图

1.6　层型剖面及其地层学意义

公园内保存着具有大区域性对比意义的层型或典型剖面：

·下更新统湛江组层型剖面，以灰白色—杂色黏土砂岩、粉砂岩、黏土岩夹火山岩为特征，其中夹泥炭层、炭化木和多种植物化石，为河流三角洲相，年代为距今0.78—1.81Ma。其古地磁极性相当于松山反向极性，与下伏望楼港组呈平行不整合。与此同期有湛江期、屯昌期火山喷发。

·中更新统石峁岭组层型剖面，由玄武质火山岩组成，含多层古风化壳（红土），表明由多次（19次）喷发构成的韵律。

·上更新统湖光岩组层型剖面，以玛珥火山喷发的基底涌流堆积（一套基底涌流凝灰岩）为特征，于湛江、海口均有出露。

·全新统苞西组层型剖面，岩性为含生物碎屑岩。碳14测定年代为5.075—2.33Ma，属中全新世晚期至晚全新世早期，为热带、亚热带区，搅动潮间带环境下形成的滨海相沉积物。

上述层型剖面，建组创名地均在地质公园内，历来作为大区域性地层对比的标准剖面。对于研究该区地质发展史，新构造运动及恢复古气候、古环境有重要科学意义。

1.7　玄武岩地下水和水文地质学意义

公园总体处于雷琼地下水自流盆地内，多数为火山外围单独蓄水构造。含水层为气孔状玄武岩、风化玄武岩和火山碎屑岩等多孔隙玄武岩，隔水层为致密玄武岩。含水层富水型与出水量受岩性和含水层厚度等因素控制，地下水补给源为雨水。玄武岩地下水的水质达到矿泉水标准，含硅酸50—70mg/L，最高达95.48mg/L，发现有含溴、钼硅酸矿泉水，含锌、锶硅酸矿泉水。浅层地下水于低洼处或岩壁上时有泉水出露。地下水在一般埋深300—800m时，其水温可达40—50℃。

公园内地表水系不发育，地下水是主要供水水源。世界上玄武岩分布区如德干高原、埃塞俄比亚高原、夏威夷群岛均以玄武岩层地下水作为供给水源。公园属地海口市、湛江市供水源亦主要为玄武岩地下水。

公园玄武岩蓄水层是该区一个天然的地下水库，具有独特的玄武岩地下水的水文地质环境。研究地下水富集规律、补给途径、理化特征，对于保护利用地下天然矿泉水和地下热水具有关系到民生的重大价值。

1.8　地貌学意义

公园内发育了火山锥—火山岩台地以及在此基础上发育玄武质火山岩的海岸带地貌。

公园内发育玄武质火山岩多类型、多样性海岸带地貌，展现了一个完整的演化系列，它对于研究南海海平面升降、新构造运动有重大科学意义。

1.9　小结

地质公园是一个典型陆缘裂谷发生、演化历史的完整记录；

是我国大陆最亏损的地幔区，为研究深部壳幔作用的一个天然窗口；

是我国第四纪火山分布面积最大，火山数量最多的一个火山带；

是我国玛珥火山湖研究的始发地，为全球气候变化对比的一部天然年鉴；

是将古论今研究预测火山灾害的重要参照区；

是玄武质火山岩海岸地貌最丰富的地区，为南海洋面升降的标志性地区；

这对于全球大地构造、火山学、岩相学、岩石学与地球化学、水文地质学、火山灾害学和地貌学等学科具有重要科学意义。

2　公园其他价值

2.1　生态价值

公园地处热带（海口）至南亚热带过渡区（湛江），具植物、动物生态群落的独特性和多样性。

海口园区发育了热带半落叶季雨林、热带常绿季雨林、石山灌木草丛和热带经济作物。园区内植物有1　200多种，动物、植物中有许多珍稀品种。其数量、品种是我国小区域单位面积内最丰富的地区之一，被认为是海口市的绿肺。

湛江园区公园生态植被大体相同，还发育了亚热带常绿阔叶林、红树林、河漫滩林、灌木丛。

生态多样性，它代表我国热带及向南亚热带过渡生物群落典型地。第四纪火山融合于热带海岛生态环境之中构成了“热带城市火山生态”、“热带南亚热带海岛火山生态”的个性。这明显不同于我国乃至全球北方第四纪火山的生态风貌。就其所处纬度与火山主题而言，被称为“东方夏威夷”。

2.2　珍稀动植物

园区已被发现的植物种类约1200余种，其中不少动植物是国家Ⅰ、Ⅱ级保护物种。珍稀植物有见血封喉、格木、金毛狗、红豆树、南岭栲、梅叶冬青、锥栗、木荷、豹皮樟、白香木、柏启木、降香黄檀等珍稀品种。有国家一二级野生保护动物以及世界级濒危或易危种：山猪、水獭、穿山甲、刺猬、松鼠、黄鼠狼、狐狸、山瑞鳖、三线闭壳龟、地龟、马鬃蛇、金环蛇、南蛇、银环蛇、眼镜蛇、禾花雀、毛鸡、斑鸠、翠鸟、大壁虎、弹琴水蛙、红隼、鹧鸪、褐翅鸦鹃、海南青鼬、小灵猫、云豹、巨松鼠等。

2.3　历史与文化价值

火山文化

火山与玄武岩成为自人类活动以来生存与发展的地学背景，数年以来人们创造了富有民族性的火山文化。

公园内在贝壳层中发现新石器时代晚期的石器（石铲、石斧、石拍），表明在4000—5000年前人类就生活在海洋与火山的环境中，利用火山岩作为生产的工具。

火山玄武岩风化红土，其土质肥沃、疏松、富有养分，为人们提供发展种植的良好环境。依火山地貌（台地、锥体、火山口）而布局耕作，形成环状、圆形田园风光与耕作文化。火山、红土、田园充分展示人与自然的和谐之美。

千年以前人们就认识到多孔状玄武岩具有质轻、透气、坚固、易加工的性能。当地居民就地取材，利用玄武岩建筑居民村落。多处古村落的门楼、小巷、民舍、纪念性石塔全部用气孔状玄武岩建造，培育了草根性的石材加工、石屋建造的文化。全部用玄武岩所建古村落在国内外极为罕见。

利用玄武岩加工成生产与生活用具——石磨、石碾、石盆、石缸、石榨器、石墩、石椅、石桌等。这一传统工艺流传至今。

从古到今，村中建造山神庙（火山神庙）、土地神庙和风雨神庙，合称为三神庙。祭祀山神以祈求风调雨顺，实为祈祷人和自然和谐的理念。湛江园区玄武岩雕凿的石狗具有地方文化意义。

公园积淀了浓厚的具有民族性的火山文化，被誉为“中华火山文化之经典”。

人文史迹

一方水土养育一方人士。当地代表性人物有海口南北朝南方民族女英雄冼夫人和雷州人陈文玉（任刺史，称雷王，建有雷祖祠）。自唐以后，通过达官贵人贬任流放和文人考察采风，传入（古）越闽文化。海瑞、苏东坡、汤显祖、秦观等数十位人士留下史迹和纪念性建筑。

以硇洲岛古灯塔（塔身为玄武岩石块所砌，建于1898年，为世界仅存两座水晶磨镜古塔之一）为代表的海运文化。

以琼剧、雷剧、东海岛人龙舞、傩舞和军坡节为代表的民俗文化。

公园属地海口市（所属原琼山市）、湛江市均为国家历史文化名城，原住民的土著文化与南移古越、闽文化相互交融渗透，形成具有地方特色的文化。人类活动与火山（玄武岩）、和谐发展的火山文化构成公园独特的、浓厚的文化底蕴。

2.4　教学、科研与科普价值

公园第四纪火山，特别是海口全新世火山，由于它的典型性、系统性和保存的完整性，历来是各大学与研究机构专业人士研究的重点地区。湛江湖光岩是中德科学家联合研究玛珥湖的基地和研究生培养基地。海口全新世火山属于休眠火山，已由科技部设立项目，由国家地震局承担火山灾害预测研究。公园内研究的主题包括火山学（火山形成与演化）、火山喷发年代学、玄武岩岩石学、地球化学、第四纪地质与地貌学。尤其是近几年对玛珥湖与全球气候变化、琼北石山火山群岩浆起源与深部岩浆作用和火山灾害研究不断有新的成果。所以，该区研究程度代表了当代地质学研究趋势与水平。

区内一些典型火山或典型岩石被列入大学教科书或专著，已成为大学地学专业学生的实习基地。该区还是青少年科普教育基地、地球活动日的重要场所，也是青少年赴湛江、海南岛科学知识之旅必选项目。室内与露天展示相结合的博物馆已吸引广大青少年到公园作科普之旅。

公园是地质学家开展多学科研究的一片热土，是看得见、摸得着的地学普及大课堂。

2.5　审美学价值

海口园区山体形态奇特，几十座呈圆锥形山体呈西北向排列。从高空俯视，犹如在大地上打开一扇洞察地球的天窗，近视则犹如风炉、天湖、圆形跑马场。在热带植被的覆盖下，火山群被誉为镶嵌在海南大地上的一串珍珠。不同形式的火山、熔岩隧道、熔岩景观极为丰富、奇特，是大自然塑造的神奇美景。

湖光岩园区以湖光岩玛珥火山湖而闻名，这是集科学、文化和湖光山色于一体的名胜区。

千姿百态的火山、大海、蓝天、海岛、沙滩是大自然留给人们的宝贵财富，给人们以无限遐想和对火山的崇敬之情，感受火山震撼人心的威力，享受红（火山）、蓝（大海）、绿（热带生态）描绘的自然之美。

2.6　旅游价值

海南为中国旅游大省，是热带海岛观光与休闲度假旅游的著名目的地。2004年海南旅游人数达1402.9万人次，海口市接待游客460.63万人次，城市正向国际旅游名城目标发展。世界地质公园的建立将给海南、海口旅游的发展增加一个新的旅游品牌。

湛江市是我国沿海开放城市之一，2003年旅游游客人数达439万人次。湖光岩为湛江市的主打旅游品牌。此外，硇洲岛、交椅岭、三岭山均有开发旅游的价值。

雷琼世界地质公园处于泛珠江三角洲，亚龙湾大经济合作区，为我国热带—南亚热带过渡区的旅游热点区。雷琼世界地质公园是集成群的火山、风光秀丽的火山口湖、奇特的熔岩隧道和引人入胜的热带海岛、迷人的沙滩以及地热矿泉于一体，具有重要科学与文化内涵的大型地质公园。它的建设不仅在海南、广东两省大旅游发展中具有不可替代的作用，而且还具有建成世界一流旅游区的基础与条件。

【注释】

[1]该文摘自2005年9月《申报世界地质公园综合考察报告》。