福建永泰百漈溝省級地質公園火山巖地層特征及其地質意義

余芝華

（福建省煤田地質勘查院 福建福州 350000）

0 引言

云山火山噴發盆地作為福建省內較為最典型的火山構造之一，已有多位學者對其進行了巖石學、地球化學、構造背景等相關研究［1-5］。位于其中的永泰百漈溝省級地質公園形成于燕山末期大構造環境轉換期背景下，園區內自下而上鱗次出露的酸性熔巖、火山碎屑巖及其旋回組合，對揭示該區域的噴發、沉積旋回特征、反演該時期火山活動具有重要的參考價值。

1 園區概況

百漈溝省級地質公園位于福州市永泰縣西南部，距永泰縣城39 km，地屬同安鎮芹草村，總面積約4 km2，是兼具火山地質地貌景觀、瀑布水體地貌景觀、地質災害遺跡景觀及人文景觀的綜合性小型地質公園。

公園入口位于大樟溪中段北岸。園區地貌由山間盆地及低山、丘陵組成，地勢總體上呈西北高東南低，平均海拔高度為650 m～780 m，最高峰尖峰海拔870 m。園區屬亞熱帶海洋性季風氣候，雨量充沛，年均降雨量1 800 mm，區內水系主要由芹草村的芹草溪及山中小澗流組成，它們由東北、西北山地向南匯集于芹草洋，經主景區大峽谷形成百漈溝瀑布群，匯入大樟溪。

公園地貌類型豐富，含較為典型的山地跌水水體地貌遺跡和火山巖地貌遺跡景觀類型，涵蓋了瀑布、水潭、山體、懸崖、洞穴、峽谷、象形石（崩塌巖塊等）多種地貌形態小類。沿著景區主步道拾階而上，不僅可見到火山活動及后期構造運動形成的壯觀崖壁和幽深峽谷，水體以340 m的總落差穿過峽谷所構成的八級飛瀑，并隨處可見意趣非常的水蝕壺穴和崩塌滾落山谷的象形石，完整而多樣地保存了內、外動力地質作用共同塑造的典型特征。

2 區域火山作用地質背景

2.1 火山構造特征

永泰縣位于政和—大埔深大斷裂以東、長樂—詔安動力變質帶以西地塊的中部，構造形跡上由北東—北北東和北西向為主的斷裂帶構成，在火山構造上屬浙閩粵火山活動帶—閩東火山活動亞帶—云山—賴源北東東向火山噴發帶之云山火山噴發盆地（圖1）。云山火山噴發盆地長達90 km，寬25 km～30 km，包括石牛山、云山、五虎山3 個火山構造洼地，其中云山火山構造洼地規模最大，形態呈長橢圓形，長軸方向北東東向，三者呈串珠狀疊置在晚侏羅世火山巖之上，總體沿永定—閩江口斷裂帶呈北東東向帶狀展布［1］，公園正處于云山火山構造洼地的西側邊緣。

圖1 云山地區火山—沉積盆地地質簡圖（林東燕，2007）

2.2 火山巖地層特征

云山地區早白堊世地層為一套巨厚的陸相沉積—火山噴發巖系，可分為3 個沉積—噴發旋回，分別稱為黃坑組、寨下組及石牛山組［1］。公園地處云山火山噴發盆地的西側邊緣，區內出露的主要為石帽山群上段寨下組（K1z2）地層。寨下組地層分布面積較大，為一套巨厚的紫紅色碎屑沉積—酸偏堿性火山噴發巖系，分上、下2 個巖性段，下段為河湖相火山碎屑沉積巖夾火山碎屑巖，上段為酸（偏堿）性火山碎屑（熔）巖［4］。

2.3 火山作用特征

公園園區所屬的云山火山構造洼地形成于113.2 Ma～104.1 Ma［5］，構造巖漿旋回屬燕山期，火山活動旋回屬燕山晚期亞旋回。燕山晚期火山活動是中生代火山活動的減弱—衰亡階段，主要受北西向及北東東向斷裂帶控制。寨下組對應早白堊世晚期火山活動旋回（Ⅶ），火山活動局限于斷陷盆地或火山構造洼地內，火山以中心式的強烈的爆發和寧靜噴溢為主，形成的火山構造以穹狀火山及破火山為主［4］。

3 園區巖石學及礦物學特征

調查發現，園區內主要出露酸性熔巖—火山碎屑巖巖石組合，主要包括（含角礫/霏細結構/流紋構造/石泡構造）流紋巖、流紋質（含角礫）（晶屑）（巖屑）熔結凝灰巖、火山巖角礫巖、火山集塊巖及流紋質凝灰熔巖等5種巖石類型，圖2 展示了公園主景區溝體走向、八大瀑布高程及對應巖性剖面情況。在采集巖石樣本后，選取部分樣品送至福建省地質調查研究院完成巖礦鑒定分析，結合野外調查情況，對調查區內出露巖石類型分述如下。

圖2 百漈溝省級地質公園主景區溝體及其對應巖性剖面圖

3.1 流紋巖類

調查區溝谷的上中下部共5 個層位出露流紋巖，其中含角礫流紋巖見于調查區溝谷底部大樟溪河岸（1 層）；石泡流紋巖見于溝谷中部“天坑”位置（18 層）；第2 層、4 層、26 層出露（霏細結構）流紋巖。不同層位的流紋巖體在結晶程度、微觀結構、宏觀構造上略有區別。

溝谷底部出露的流紋巖體位于公園主入口大樟溪溪岸兩側（1 層），構成公園入門的醉美河灘。巖體整體呈紫灰色、紫色、紫紅色，發育良好的柱狀節理，巖體薄層狀，流紋構造，斑狀結構，大部分為基質礦物，斑晶含量約為6%，主要是石英、斜長石、黑云母；基質成分為長英質，部分纖維狀長英質平行定向排列，構成流紋構造，呈細紋狀、條痕狀，相間分布（圖3）。

圖3 流紋巖及其鏡下特征

溝谷中部“天坑”位置（18 層）出露的石泡流紋巖夾層呈灰白色、淺灰色、灰紫色，斑狀結構，斑晶約占8%，組分主要為石英、鉀長石、斜長石；基質礦物成分主要有石英和長英質，石英具球粒狀或不規則狀外形；長英質礦物呈纖維狀、放射狀或扇狀排列。具有石泡構造，石泡直徑0.3 cm～4.0 cm，含量約占75%以上，絕大部分腔壁由纖維狀雛晶垂直空腔壁成層分布，填充長英質礦物。石泡單體呈球形、橢球形，聚合體呈似葡萄狀，部分石泡有拉長，呈斜列、疊瓦狀排列（圖4）。通過判斷長軸排列方向，可以推測巖漿流動方向。

圖4 石泡構造流紋巖及其鏡下特征

白龍瀑布上方（26 層）出露淺灰色霏細結構流紋巖體，具有皺紋狀流動構造（圖5）。斑晶含量約為15%，礦物主要為鉀長石和石英，其中鉀長石板狀晶型良好，石英多呈渾圓狀，亦可以見到港灣狀溶蝕結構；基質脫?；?，具霏細結構，微晶之間邊界模糊，成分為長英質，強烈綠泥石化。

圖5 白龍瀑布上方流紋巖體

3.2 流紋質熔結凝灰巖類

自公園主景區谷底往上至最高三疊泉處，皆可見到該類巖石露頭，構成公園內八大瀑布、湖、潭的水道基底，是景區內主要的造景巖性。在剖面調查中有19 層皆為該類型巖石，其中依據晶屑含量、巖屑含量及是否含角礫可細分為流紋質含晶屑熔結凝灰巖、流紋質晶屑熔結凝灰巖、流紋質（含角礫）晶屑熔結凝灰巖以及流紋質巖屑熔結凝灰巖4種類型。巖體呈淺灰白色、灰色，致密，塊狀構造，部分具有假流紋構造，巖體節理發育。

送檢熔結凝灰巖樣品具有（含）晶屑熔結凝灰結構（圖6），火山碎屑物由晶屑、塑性巖屑、塑性玻屑及火山灰組成，晶屑呈碎屑狀，約占8%～12%，以石英、長石為主；塑性巖屑約占15%～20%；塑性玻屑及火山灰約占68%～77%。塑性巖屑呈火焰狀、透鏡狀、帶狀，基質部分被纖維狀長英質、石英、長石礦物取代。塑性玻屑及火山灰呈細紋狀，已經脫?；?，形成霏細結構或雛晶結構長英質礦物集合體。塑性巖屑和塑性玻屑形變構成假流紋構造。

圖6 流紋質晶屑熔結凝灰巖及其鏡下特征（6 層）

多個送檢的熔結凝灰巖樣品中皆可見到塑性巖屑、塑性玻屑。塑性巖屑呈透鏡狀、帶狀，表明其形成于熾熱的火山灰流中，為粘度較大的熔漿在氣體作用下噴出。塑性玻屑被壓扁拉長，在堆積時仍可塑性變形，繞過晶屑巖屑呈假流紋構造。整體而言，園區內熔結凝灰巖熔結程度中等，判斷形成于噴發單位的中上部。在園區不同位置取得樣品熔結程度有所不同，表明在數次火山作用過程中，其火口位置或噴發強度有所變化。

3.3 流紋質火山角礫巖

在調查區中，該巖體典型露頭位于水簾瀑布上方崖壁（9層）。巖體呈灰紫色，塊狀構造，火山角礫結構，碎屑物組分有角礫（巖屑）、晶屑、玻屑、火山灰（圖7）。角礫級巖屑（＞2 mm）約占55%，巖屑（＜2 mm）約占25%，巖屑成分有凝灰巖、流紋巖、熔結凝灰巖。晶屑約占3%，玻屑及火山灰約占17%，已脫?；婚L英質礦物取代，呈霏細狀結構。

圖7 流紋質火山角礫巖及其鏡下特征

3.4 火山集塊巖

區內溝谷中部金豹峽東西兩側崖壁出露火山集塊巖（19層），塊狀構造，由角礫、集塊和膠結物組成，角礫及集塊成分較復雜，呈棱角狀，分選性差，碎屑巖塊占50%以上（圖8）。峽谷西側峽壁的火山集塊巖體風化嚴重，塊體掉落斑駁，崖壁呈現不規則狀洞穴，峽谷東側崖壁火山集塊巖體相對致密，見火山彈，直徑3 cm～15 cm，內部次生長英質結晶良好?；鹕郊瘔K巖常分布于火山通道外圍附近，能夠作為尋找、確定火山口的重要標志之一，是近火山口相產物。

圖8 流紋質火山集塊巖

結合野外調查鑒定，區內還出露有少量流紋質凝灰熔巖，灰白、淺灰色，以中厚夾層形式存在于熔結凝灰巖之間?？傮w而言，園區內以熔結凝灰巖為主，為酸性火山碎屑巖—酸性熔巖組合，與云山地區雙峰式火山巖中酸性端元的典型特征相符，但未出露底部基性火山巖，對比分析出露地層為寨下組上段的中上部地層。

4 園區火山巖巖相學特征

本次調查采用《中國區域地質志·福建志》（2016）的劃分方案，火山巖相劃分為八種類型，其中爆發相可進一步劃分為空落堆積相、碎屑流堆積相、涌流堆積相和崩落堆積相。結合調查中實測剖面繪制情況，總結出公園內主要出露以下火山巖相（見表1）。

表1 公園園區巖石分層及巖相類型

4.1 爆發相

（1）崩落堆積相。該亞相在園區內以流紋質火山角礫巖和火山集塊巖為主。其中集塊多呈尖棱角狀，分選性差，從集塊到凝灰級同時并存，大小混雜，無明顯層理橫向厚度，變化急劇，表明集塊角礫主要來自火口區近地表的巖石。

（2）碎屑流堆積亞相/涌流堆積亞相。園區內大量出現的流紋質（含角礫）晶屑（巖屑）熔結凝灰巖，熔結現象顯著，可能為碎屑流堆積相，亦可能為涌流堆積相。雖然不同露頭巖體中晶屑及巖屑的含量有所區別，但塑性變形的巖屑及玻屑十分普遍，形態復雜。出現條帶狀、透鏡狀、火焰狀塑性巖屑，表明區內出現強弱交替的火山作用，噴發的熾熱火山碎屑物有時在向外移動過程中呈層狀移動，有時在撲撩云中以渦流或紊流方式運動。

4.2 噴溢相

以流紋巖為代表，包括含角礫流紋巖、流紋構造流紋巖、石泡流紋巖、霏細結構流紋巖，依據不同的結構構造特征可劃分為上部、中部、下部亞相。具石泡、球粒結構的流紋巖可劃分于流動單元上部亞相，原生氣孔最為發育；位于公園南門入口處大面積分布的紫紅色流紋巖河灘，流紋構造發育，斑狀結構，位于流動構造的中下部，其中含角礫層位于下部，為酸性熔巖流夾裹底部角礫或同生角礫形成，中部巖體由于冷凝速率相對上下部較慢，流紋構造發育良好，結晶程度也相對較好。

4.3 爆溢相

區內出露流紋質晶屑凝灰熔巖夾層，可歸為爆溢相，是介于火山強烈爆發與寧靜噴溢間的過渡巖相，其流動構造不發育。與該相流紋質晶屑凝灰熔巖伴生的流紋質晶屑熔結凝灰巖亦可能同為爆溢相產出，但需要更為深入的巖礦特征鑒定，有待進一步探討。

5 園區成因演化探討

公園園區正位于云山火山構造洼地的西側邊緣，往南毗鄰石牛山火山構造洼地的東北緣。該區域通過遙感解譯存在一個隱性的環狀構造（圖1），實測剖面資料中段碎裂集塊巖層段產狀呈現內傾，具有破火口的特性。園區主要巖相以爆發相流紋質熔結凝灰巖為主，間以崩落堆積亞相火山集塊巖和火山角礫巖，并以噴溢相流紋巖、爆溢相凝灰熔巖為夾層，存在多個不完整旋回，是該區火山活動逐漸轉弱的表現，也印證了云山范圍內火山噴出中心活動、遷移或向四周擴散，由層狀火山形成期逐漸發展成為穹狀火山、破火山的過渡階段［1］。

園區形成寨下組上段酸性火山熔巖——火山碎屑巖的火山巖組合的同時，北東東向拉張作用的加劇派生了北西向擠壓應力，產生北西向張裂隙［1］。園區內外逐步形成了以北東東向、北西向斷裂為主的地質構造格局。伴隨著新構造運動的升降和震蕩，區內燕山晚期的火山——沉積巖體暴露在外動力地質作用下，雨水裹攜著巖土構成的碎屑流，不斷在百漈溝溝谷中進行下蝕和側蝕，形成明顯的差異風化。構造斷裂帶等逐步發育成更具規模的峽谷，巖體薄弱形成跌水，巖體致密處形成巖檻，最終呈現出八大瀑布和眾多嶙峋怪石的地質遺跡景觀。

6 結論

（1）園區火山巖地層為石帽山群上段寨下組上部，酸性火山碎屑巖——酸性熔巖組合，以流紋質（含）晶屑熔結凝灰巖為主，并含（含角礫/流紋構造/霏細結構/石泡）流紋巖、火山角礫巖、火山集塊巖、流紋質凝灰熔巖等，與云山地區雙峰式火山巖中酸性端元的特征相符。

（2）園區火山巖相含爆發相、噴溢相及爆溢相，其中以爆發相流紋質熔結凝灰巖為主，間以崩落堆積相火山角礫巖和火山集塊巖、噴溢相流紋巖及爆溢相凝灰熔巖夾層，反映出火山活動進入尾聲，火山噴發形式逐漸轉變的特點。

（3）園區內酸性火山碎屑巖—酸性熔巖基底在燕山晚期及新構造運動、外動力地質作用的共同作用下產生差異風化，最終形成各類典型地質遺跡風景。

致謝：本文依托于福建永泰百漈溝省級地質公園規劃及調查專項，調查工作由項目組共同完成。成文過程中得到劉震高級工程師和楊春發高級工程師的悉心指導，在此一并表示誠摯感謝！