火山熔岩地貌属于喀斯特地貌

时间：2022-11-15 百科知识版权反馈

【摘要】：研究结果为：琼北全新世火山区分为4个火山系统，即西北部的马鞍岭台地火山系统、东南部的雷虎岭盾片状火山系统、夹于二者之间的浩昌单成因火山系统和NW向裂隙式喷发系统。特别是海口市离最近的全新世火山区仅8km，由此可将其称为“火山之上的城市”。本文将对琼北全新世火山作用集中发育区内的火山喷发过程、火山作用特征与火山锥体结构参数加以论述。

琼北全新世火山区火山系统的划分与锥体结构参数研究^[1]

魏海泉1　白志达2　胡久常3　史兰斌1

张秉良1　徐德斌2　孙　谦1　樊祺诚1

1.中国地震局地质研究所，北京，100029

2.中国地质大学，北京，100083

3.海南省地震局，海口，570203

摘要：根据琼北全新世火山区内火山作用产物的成因类型与喷发物理过程的野外考察结果，结合航片解译资料，确定了该区火山作用的发育特征、形成期次与规模，并以此作为进一步评价火山灾害的基础；根据锥体形成后物理降解作用与时间的关系，讨论了琼北全新世火山区众多锥体结构参数之间的关系。研究结果为：琼北全新世火山区分为4个火山系统，即西北部的马鞍岭台地火山系统、东南部的雷虎岭盾片状火山系统、夹于二者之间的浩昌单成因火山系统和NW向裂隙式喷发系统。工作区内琼北新生代火山共计59个，火山结构类型可分为火山锥、熔岩穹、熔岩湖与低平火山口等。在火山锥中，依据锥体组成与结构的差异又可进一步分为岩渣锥、溅落锥和混合锥等碎屑锥。琼北近代火山锥体高度多小于40m，绝大多数锥体的底部直径小于500m。锥体底部直径和火口坑深度之间具有明显的正相关关系。由锥体底部直径与火口缘直径的差值与锥体高度投点图可以明显地区分出早期的低平火山口和晚期的不同类型锥体。

关键词：琼北全新世火山；火山系统划分；锥体结构参数

0　引言

琼北新生代火山岩分布于海南岛北部的EW向王五—文教断裂以北，面积约4000km2。该火山岩穿过琼州海峡与北部的雷州半岛南部新生代火山岩共同组成中国第四纪十大火山群之一——雷琼火山群（黄镇国等，1993）。随着海南经济建设的发展，琼北全新世火山区内的人口密度与经济产值快速增加，其火山灾害与减灾对策问题也就显得越来越突出。特别是海口市离最近的全新世火山区仅8km，由此可将其称为“火山之上的城市”。而这些“城市火山”自上个世纪末开始，已经越来越引起国际火山学界的重视。隔年一次的城市火山与减灾研讨会突出强调了这种高危火山区内人与火山如何共处的问题。

20世纪50—80年代在本区开展了火山地质、遥感解译与岩石学研究工作（边兆祥，1958；陈述彭，1981；傅秀银，1981；严正等，1983；王贤觉等，1984；陈上福等，1985；黄坤荣，1986；朱炳泉等，1989；张虎男等，1990），火山岩年代学工作主要于80—90年代进行（王惠基，1981；袁宝印，1984；王慧芬等，1988；孙建中，1988a，1988b；张仲英等，1989；黄镇国等，1993），但由于测试手段的限制，所测年龄样品几乎全部都是针对全新世以前的火山岩。1993年，海南省地质矿产勘查开发局测绘队完成了1∶50000地质图，把本工作区划为全新世火山区（海南省地质矿产勘查开发局测绘队，1993）。本次野外调查工作中，未进一步发现碳化木等样品，故参照海南省地质矿产勘查开发局的年龄测试结果：全新世石山组火山岩下伏道堂组火山岩最上部的底浪堆积物中所含碳化木的年龄结果为（16.79±0.41）ka，石山组火山岩年龄肯定比此年龄更年轻；在道堂组靠下部的玄武岩及底浪堆积物中还分别测到了距今98.3ka的K－Ar年龄和（124.291±3.729）ka与（199.609±5.988）ka的热释光年龄；虽然测到的石山组火山喷发的热释光年龄值为（32.119±0.964）ka，已超过了全新世年代范围，但考虑到热释光年龄本身的局限性，还是可以接受由地质等其他方法所确定的石山组属全新世火山喷发的认识。本项目工作中樊祺诚测到了石山组距今10ka左右的热释光年龄，张秉良则通过玄武岩风化物蚀变矿物定年法得到了6—12ka的火山喷发年龄，从而进一步验证了工作区内的火山岩大部分属全新世火山喷发产物的认识。

对于火山灾害研究工作而言，最为基本的就是要区分出不同火山作用产物的形成机制与形成过程，并通过对已有火山作用过程的研究，来模拟、探讨未来可能发生的火山灾害类型与规模，进而制定出可供政府决策者与公众参考的减灾方案与措施（Blong，1984；Cas et al.，1987；Scarpa et al.，1996；魏海泉，1991；魏海泉等，1991，1997，1998）。

为了保证海南经济特区建设和国民经济可持续发展战略的实施，由中国地震局火山研究中心负责组织实施了科技部“琼北火山探查及喷发危险性研究”项目。本文将对琼北全新世火山作用集中发育区内的火山喷发过程、火山作用特征与火山锥体结构参数加以论述。

1　地质概况

区内第四系主要表现为近代海湾沉积物、近代河流冲积物、河流Ⅰ级阶地沉积物、海成沙堤、沙地沉积物和一系列基性火山喷发物（何铭文，1999）。新近系、古近系表现为灰、灰绿色黏土、亚黏土、亚砂土、砂、砂砾岩及煤层、煤线与油页岩等。上白垩统报万群为紫红、褐红与棕色页岩、砂岩与砾岩。下志留统陀烈组为灰色千枚岩、片岩与石英岩等。

工作区位于琼北新生代断陷盆地中，所包含的次级构造是福山地堑的东南伸出部分和云龙地垒。王五—文教深大断裂从本区南部通过。褶皱构造不发育，仅在长昌盆地出露小规模褶皱，表现为长昌向斜。该向斜分布于长昌盆地中，南段轴向近SN，北端向东弯曲呈NE向。地层属新近系、古近系，核部是渐新统瓦窑组长石石英砂岩与砂砾岩。两翼不对称，平缓开阔。西翼是始新统长昌组页岩、油页岩夹褐煤，东翼是长昌组和昌头组灰色与棕红色泥岩、页岩、细砂岩与砂砾岩。向斜东翼有一次级背斜和向斜，轴向近SN。断裂构造发育，有近EW向、SN向、NW向和NE向4组断裂，但主要隐伏分布于第四系和火山岩盖层之下。据史书记载，区内及邻区历史地震有28次（何铭文，1999）。我们认为，其中1605年7 月13日的琼州大地震触发了琼山沿海岸线广大面积的地下流沙，致使“管房、民舍、祠堂、城郭、田地等都下沉成海千顷”，“沉陷村庄72处”。

2　琼北全新世火山活动期次与火山作用特征

前人在1∶50000区域地质调查工作中，在全新世火山区范围内划分出石山组二段岩渣锥和石山组一段玄武质熔岩流两部分（海南省地质矿产勘查开发局测绘队，1993）。本次工作把原全新世火山石山组分为4个单元，即把琼北全新世火山结构类型划分为4个火山系统（图1）。

2.1　马鞍岭台地火山系统

马鞍岭台地火山系统由4个火山锥系统和向西北、西南及东北方向的熔岩流系统组成，一系列岩渣锥组合构筑起1个玄武岩台地，包括风炉岭、包子岭（马鞍岭即由此2锥组合而成）、国群岭、阳南岭、昌道岭、美社岭等主体火山锥及眼镜岭、儒黄岭与吴洪岭等次级火山锥。熔岩流向北偏西流到荣堂、美楠、文明与龙头上村等地，向NE流到玉库、富教与永庄北村等地。马鞍岭台地火山系统的火山锥体包括岩渣锥和溅落锥两大类型。岩渣锥堆积物以刚性岩渣碎屑为主，有时塑性—半塑性岩浆饼也比较发育，显示火山作用主要以一套夏威夷式喷发过程所形成的火山喷发产物为特征。溅落锥中以塑性饼状与带状岩浆碎屑为主，碎成熔岩与复合层状熔岩流也时有发育。焊接作用通常较强，表现为火山地貌上常保存较好的尖棱状、陡峭锥体结构。

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图1　琼北全新世火山分布图

在马鞍岭台地火山系统的4个火山锥体系统中，锥体下部通常都由刚性岩渣锥组成，而锥体近顶部则常常见到由明显呈塑性的岩浆团块组成的溅落锥，从而在锥体顶部保留了陡峭的火山地貌和明显的不同阶段锥体切割地貌，如美社岭火山锥体所示，多期次锥体相互叠加、切割，最终形成了不规则尖棱状复合锥体形貌，这与野外考察时所见的锥体顶部的由强熔结岩浆团块焊接的集块岩相符合。马鞍岭台地火山系统锥体的喷发时间排序为：国群火山锥—官良火山锥—阳南火山锥—美社火山锥—昌道火山锥—早期风炉岭与包子岭火山锥—晚期风炉岭火山锥。

2.2　雷虎岭盾片状火山系统

岩锥包括雷虎岭、群修岭与群众岭等，其熔岩流规模在工作区内为最大，NE向流至永兴、博昌、沙坡水库、薄片村与龙桥等地，SW向则流至昌甘、美秋、凤凰与美杏村等地。

雷虎岭火山锥体结构分2期，下部碎屑锥，低而宽缓；上部溅落锥陡峭，位于锥体南部。锥体内火口坑较宽缓，已开垦为农田。火口缘南高北低，高差30m以上，西北侧有早期锥体火口缘残留。南侧向东自锥体流出的岩垅短而宽。陡倾锥体的长轴NW向位于近圆形缓倾锥体的东北侧。近缘相熔岩盾片近EW向展布，其中包含雷虎岭东南方向2个小型锥体。在雷虎岭火山系统东南，还有晚更新世火山作用所形成的低平火山口、熔岩坑及火山锥。

雷虎岭昌钗村低平火山口：昌钗村低平火山口规模较大，近圆形，直径约2km。东北侧火口缘被破坏，雷虎岭熔岩流自此流入昌钗村低平火山口，呈面状覆盖。雷虎岭昌钗村低平火山口中央部位有3片穹丘状早期喷发物呈孤岛状与条带状残留于面状熔岩流之中。

罗京盘熔岩湖：火口缘呈圆形，直径1km，火口坑深45m，中央有一直径50m、高6m的熔岩湖晚期蒸气爆破的中央锥。熔岩湖的湖面塌陷，其主体呈EW向，由现在火口坑底2个落差均1m左右的台阶限定出原始熔岩湖表面的塌陷范围。熔岩湖与低平火山口的几何形状差异以纵横比的差异为代表。由图2可以看出，罗京盘熔岩湖的纵横比（火山口直径与火口坑深度的比值）明显小于昌钗低平火山口的纵横比。罗京盘熔岩湖现在的火口坑内地形坡度东陡南缓，西、北两侧位于其间，而西侧偏陡，北侧偏缓。

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图2　雷虎岭火山系统剖面结构图

雷虎岭火山锥体形成的次序：根据野外考察和航片解译结果，雷虎岭火山系统的形成过程可分为4期。昌钗低平火山口为第1期；罗京盘熔岩湖为第2期，群香岭及东南方2个小锥体与之相当；雷虎岭早期底座、儒钟岭及儒钟岭西、儒钟岭南2个小锥体为第3期；雷虎岭主锥体为第4期。其中第1，2期为晚更新世，第3，4期为全新世。雷虎岭主锥体的形成早于马鞍岭，而昌钗低平火山口可能为晚更新世早期（Q3pd1）。

2.3　浩昌、儒群单成因火山系统

浩昌、儒群单成因火山系统由浩昌、儒群与那墩大岭火山锥和浩昌南熔岩塌陷坑及相应的熔岩流组成。该火山系统北侧被马鞍岭台地火山系统和儒洪、唐休裂隙式喷发系统的熔岩流所覆盖，南侧则被雷虎岭熔岩流覆盖。该系统3个火山锥的形成次序为：那墩大岭锥体最早，儒群锥体最新，而浩昌锥体形成的时间居中。那墩大岭锥体的形成可分为两期：早期形成宽缓的熔岩丘，长轴近EW向，长度大于600m；晚期形成小的中央岩渣锥，近NW向岩脊可能与原始喷发裂隙有关。那墩大岭熔岩流构成浩昌、儒群单成因火山系统熔岩流的主要部分，现在主要出露于该火山系统的东侧与西南侧。其中东侧熔岩流2个堆积单元之南被雷虎岭熔岩流覆盖，之北被儒洪、唐休火山系统覆盖。浩昌、儒群单成因的火山系统中最新的熔岩流源自儒群火山锥体西侧，弧形条带状向西南流再拐向东南，覆盖于早期那墩大岭熔岩流之上，并被雷虎岭熔岩流覆盖。浩昌熔岩流源自浩昌火山锥西南，熔岩流向西南流出后一部分向北拐流入儒符熔岩湖，另一部分继续向西南流动覆盖于那墩大岭熔岩流之上，其中还有1条源自熔岩隧道出口的弧形带状熔岩流。在浩昌、儒群单成因火山系统靠西北侧，保留着2个早期塌陷的熔岩湖：其一为儒符熔岩湖，直径约为1km；另一个熔岩湖为美本熔岩湖，呈NW向展布，长轴椭圆状，长短轴分别为1000m和600m左右。美本熔岩湖北侧边界附近有后期的火山锥，即美本火山锥。美本火山锥锥体已有明显的风化剥蚀，顶部无坑，西北侧有塌陷。少量源自美社或昌道火山锥的熔岩流从西北豁口流入美本熔岩湖。儒符和美本熔岩湖的火口缘相连，锥体外坡相对平缓，锥体底部也平缓，低洼处有洪泛冲积扇的堆积物。儒符、美本熔岩湖的锥体表面也可见到底浪堆积物，均为晚更新世火山作用的产物。

2.4　儒洪、唐休喷发裂隙系统

该系统包括儒洪、美宁与唐休等后期喷发的锥体和向NE，SW向流出的熔岩流。儒洪、唐休裂隙式喷发火山系统表现为一系列NW向排列的火山锥和向NE，SW向溢出的熔岩流。其代表性火山锥包括儒洪、美宁及唐休火山锥。儒洪火山锥为EW向孪生火山锥，锥体形成时间晚于西北侧的阳南火山锥。儒洪熔岩流向西南被阳南熔岩流覆盖，而向东北、向北的熔岩流则长距离大面积流动。岩石中橄榄石斑晶极为丰富，显示出岩浆房内的结晶作用特征。美宁火山锥与其西面的美宁西锥体和东南面的唐休小型锥体紧密共生，熔岩流主要向东溢出2个大的流动单元。而最晚期自美宁西锥体溢出的小股熔岩流呈条带状向东南方向流动，西侧盖于儒洪熔岩流与阳南熔岩流之上，东侧则盖于儒洪、唐休熔岩流之上。

3　琼北全新世火山锥体

琼北全新世火山锥体共有27个，主要分布于马鞍岭、昌道、阳南、雷虎岭等地。工作区内所涉及的琼北新生代火山共计59个（表1），火山结构类型包括火山锥、熔岩穹、熔岩湖与低平火山口等。在火山锥中，依据锥体组成与结构的差异又可进一步分为岩渣锥、溅落锥等碎屑锥，还可见到熔岩锥、混合锥以及经后期改造所形成的残留锥、驮移锥等。由图3可见，琼北近代火山锥体高度多小于40m，多呈较宽缓的规则正态分布。最低锥体的高度小于5m，多分布于喷发裂隙两侧，也可称为“喷气锥”。最大锥体高度小于80m，为马鞍岭火山锥体所在地，最高锥体与最新喷发相吻合，火口缘陡峭。锥体高度多集中在10—40m之间，除了风化剥蚀使得锥体高度降低以外，主要因素是喷发时的爆发能量不是很大，所形成的岩渣锥本身高度就不大。野外考察时常见的溅落锥，其锥体高度一般也都小于40m，这也与喷发时较弱的爆发性有关。琼北近代火山火口坑深度绝大部分都小于40m，其中又以深度小于20m的火口坑占多数。

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图3　琼北近代火山锥体高度分布频率图

琼北近代火山区火口缘直径分布频率最高者为100m，火口缘直径为100—400m的锥体数量随着火口缘直径的增加而迅速减少，500m以上的锥体数量分布则趋于平稳。岩浆爆破性喷发时炸出的火口缘直径多在500m以下。

琼北近代火山区绝大多数锥体底部直径都小于500m，随着锥体底部直径增加至大于500m时，锥体数量的分布趋于平稳。当锥体直径大于转变点处的直径数值时，锥体直径分布与锥体数量无相关性，而当锥体底部直径小于拐点处的直径数值时，锥体直径分布与锥体数量分布有明显的线性相关关系。

琼北全新世火山分布区锥体底部直径与火口坑直径有较明显的正相关关系，两者随爆破性的增强和喷发持续时间的加长而呈正消长关系。由火口缘直径和火口坑直径的关系可见，锥体底部直径与火口坑直径相关直线的斜率及截距均大于火口缘直径和火口坑直径相关直线的斜率和截距。

表1　琼北全新世火山区火山分布简表

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注：编号为工作区内的火山编号；坐标数值采用海南坐标系统。

4　讨论

图4给出了琼北近代火山区39个锥体底部直径和火口坑深度之间的投点图。顶部3个投点是罗京盘熔岩湖、儒符与杨花低平火山口，中部3个投点来自昌平、美本南低平火山口和卜亚岭熔岩穹的资料，而最常见的岩渣锥的投点图多位于图中最靠下的位置。锥体底部直径和火口坑深度之间具有明显的正相关关系。根据碎屑物粒度、组成及结构特征分析，岩渣锥喷发时的能量释放率是相近的。造锥喷发持续时间越长，喷发形成的锥体体积越大，锥体底部直径和对应的火口坑深度也越大。由此可见，琼北近代火山区锥底直径与火口坑深度的关系揭示了其与造锥喷发持续时间的内在联系。依据火山锥体降解作用的规律，锥体形成后经历了风化、剥蚀、搬运与堆积作用。随着喷发后时间的推移，锥体高度逐渐变小，火口坑深度也逐渐变小（因为自火口缘不断有碎屑物垮塌、落入火口坑之内，在火口缘高度降低和火口坑底升高的过程中，使得火口坑深度逐渐变小，火口坑底部直径则不断增加），锥体表面坡度也变小，而火口缘直径与锥体底部直径则在不断地增加（图5）。由于锥体底部直径增加速率大于火口缘直径的增加速率，使得锥体底部直径与火口缘直径的差值随着时间的推移也是增加的。由此可见，根据锥体高程和锥体底部直径与火口缘直径差值的统计投点图，就可以把不同时间所形成的锥体区分开来。锥体底部直径与火口缘直径的差值与锥体高度投点图可以明显地分出早期的低平火山口和晚期的不同类型锥体。在早期低平火山口和晚期锥体里还可进一步分出各自的早、晚两期（图6）。这种锥体结构参数对喷发时代的判定和野外地质考察时锥体相对年代的确认统计上有75％的吻合率，由此也可以表明锥体结构参数测量对判断喷发时代的可信性。

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图4　琼北近代火山锥体底部直径和火口坑深度的关系

原始锥体剖面结构为多边形ABFECD，风化降解时第1阶段坑底内径加大至E′F′，E″F″，B″C″，坑深减小至0，锥体底径加大至A″B″，锥高减小至B″G或C″H，形成无坑锥体A″B″C″D″；第2阶段锥顶径加大至BC，底径加大至AB，此时开始有火山通道被剥露；第3阶段降解时形成低而平的火山锥体，由于火山通道难于被剥蚀而残留中央较高的位置，如不规则多边形ABIJCD所示。

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