孫　謙1，^[2]　樊祺誠1　魏海泉1　隋建立1　白志達(dá)2

徐德斌2　史蘭斌1　張秉良1　洪漢凈1

1.中國地震局地質(zhì)研究所，北京，100029

2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京，100083

摘要：瓊北地區(qū)晚更新世射氣巖漿噴發(fā)形成眾多的低平火山口，出露典型的基浪堆積物，在火口垣露頭上可清晰地觀察到大型低角度交錯層理、板狀層理和波狀層理，以及遠(yuǎn)源相的球粒狀增生火山礫。玄武質(zhì)巖漿在上升過程中遇水爆炸形成低平火山口及基浪堆積，為認(rèn)識瓊北地區(qū)新生代以來的火山活動規(guī)律和瓊北—雷南地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境，以及未來火山災(zāi)害預(yù)測提供了重要的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：晚更新世；射氣巖漿噴發(fā)；低平火山口；基浪堆積物；瓊北

1　瓊北火山地質(zhì)概況

雷州半島和海南島北部統(tǒng)稱雷瓊地區(qū)，瓊北即為海南島北部。該地區(qū)在構(gòu)造上屬于新生代大幅度沉降的雷瓊拗陷的南部，地表為大片玄武巖和第四系所覆蓋。瓊北火山巖約占海南島總面積的12％，分布在8個縣（市），即瓊山大部、臨高縣北部、澄邁縣北部、定安縣西南部、文昌縣西南部、儋州市西北部、瓊海市西北部和?？谑心喜?。從構(gòu)造格局上看，自新生代以來，瓊北地區(qū)的近EW向構(gòu)造在地殼運動中起著明顯的控制作用，其中王五—文教斷裂是瓊北火山巖區(qū)的南部邊界。NW向的斷裂控制著全新世以來最新的火山活動，如最新一期的馬鞍嶺、雷虎嶺火山巖的噴溢及許多火山錐的排列都明顯呈NW走向。根據(jù)許多研究者對瓊北火山分期的意見（汪嘯風(fēng)等，1991；黃鎮(zhèn)國等，1993），基本上可以歸納為4期：晚第三紀(jì)金牛嶺期、早更新世多文嶺期、晚更新世東英期和全新世雷虎嶺期。

2　更新世一全新世以來的火山活動

據(jù)海南省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告（1∶50000），將晚更新世以來的火山活動劃分為更新世道堂組和全新世石山組。根據(jù)對更新世以來瓊北火山活動的考察發(fā)現(xiàn)，在早更新世溢流式巖漿噴發(fā)之后，晚更新世有相當(dāng)大規(guī)模的射氣巖漿噴發(fā)活動，全新世又以典型的中心式噴發(fā)為特征。晚更新世是瓊北射氣巖漿噴發(fā)活動最活躍的時期，噴發(fā)年代大致與雷南地區(qū)的湖光巖等相當(dāng)。

在道堂村以西的美造水庫水壩北坡，出露了可能是早更新世溢流式巖漿噴發(fā)與晚更新世射氣巖漿噴發(fā)的較為典型的剖面，有關(guān)的年代學(xué)研究正在進行之中。剖面下部為深灰色塊狀玄武巖（推測為早更新世），往上玄武巖具球狀風(fēng)化特點，頂部發(fā)育厚約1.5m的銹黃色風(fēng)化殼，以火山碎屑和黏土為主，為一不整合面，表明火山活動有一噴發(fā)間斷。風(fēng)化殼之上，為灰黃—淺灰色薄層狀細(xì)?；硕逊e，以水平層理為主，局部發(fā)育斜層理，為典型的射氣巖漿成因，屬于晚更新世射氣巖漿噴發(fā)的遠(yuǎn)源相基浪堆積物。全新世火山活動主要分布在瓊北石山—永興的NW向火山帶，該帶由幾十座中心式火山口/錐組成。具有代表性的火山口是馬鞍嶺和雷虎嶺，雷虎嶺火山口即坐落在晚更新世射氣巖漿噴發(fā)成因的基浪堆積之上。

3　射氣巖漿噴發(fā)

3.1　射氣巖漿噴發(fā)的一般特征

玄武質(zhì)巖漿遇水會立即發(fā)生爆炸，并伴隨出現(xiàn)基浪，即所謂射氣巖漿噴發(fā)，形成火山基浪堆積物。基浪云從許多火山噴發(fā)柱橫向放射狀向外擴散，特別是那些正在上升的巖漿柱同地表水或地下水接觸的地方，這種現(xiàn)象更為明顯。這種火山基浪是含有大量水蒸氣、火山灰、火山礫等的噴發(fā)柱從側(cè)面掠過造成的。凝結(jié)的水蒸氣作為火山基浪的一部分，與火山基浪流中的火山碎屑顆粒充分混合，并支撐和稀釋了基浪中的火山碎屑。這種有水參與的水成碎屑，多出現(xiàn)在玄武質(zhì)火山爆發(fā)中。在許多細(xì)粒水成凝灰層中可出現(xiàn)增生火山礫，并發(fā)育獨特的層理構(gòu)造。

基浪常常伴隨形成小的低平火山口，這種低平火山口就稱為“Maar”，它是僅次于火山渣錐較常見的火山地貌。

3.2　關(guān)于射氣成因的低平火山口（Maar）

“Maar”是居住在德國萊茵地區(qū)的人們對當(dāng)?shù)赜兴暮春驼訚傻姆Q呼。1921年德國科學(xué)家Steininger在德國西部Eifel第四紀(jì)火山區(qū)圓形的小火山湖研究中最早把“Maar”定義為一種火山類型，劉嘉麒等（2000）譯為“瑪珥湖”。根據(jù)該火山口的地質(zhì)特點稱其為“低平火山口”。低平火山口作為射氣巖漿噴發(fā)形成的產(chǎn)物，因而在形態(tài)上與其他一些火山機構(gòu)相類似。

低平火山口形成的基浪堆積都具有大型低角度板狀層理或交錯層理，形成似沙丘構(gòu)造。這種似沙丘構(gòu)造的紋層峰頂是向基浪的下游方向遷移的，即由火口內(nèi)側(cè)向外側(cè)爬升。同時，迎流面紋層趨于變薄，顆粒較細(xì)，而背流面紋層發(fā)育較好，顆粒較粗。有增生火山礫出現(xiàn)，且距噴氣口一定范圍內(nèi)，增生火山礫顆粒大，發(fā)育完好。

3.3　射氣巖漿成因低平火山口在中國的分布

中國典型的低平火山口主要分布在東北龍崗和華南雷瓊兩個新生代火山區(qū)。東北的龍崗火山群分布著第四紀(jì)玄武質(zhì)火山渣錐約170座，其中射氣巖漿噴發(fā)形成的8個低平火山口已蓄水，當(dāng)?shù)胤Q為龍灣（大龍灣、三角龍灣、南龍灣、二龍灣、小龍灣、四海龍灣、龍泉龍灣和東龍灣）。其共同特征是主要由基浪堆積物組成（劉祥等，1997），湖垣高度一般幾十米，外坡緩而內(nèi)坡陡。

雷州半島的低平火山口主要包括田洋、九頭洋、青桐洋和湖光巖（黃鎮(zhèn)國等，1993；劉嘉麒等，2000）。最典型的湖光巖位于湛江西南14km處，水深20m左右，面積約為1850m× 1770m，由多種射氣巖漿噴發(fā)物組成，成層性較好，具有交錯層理和波狀層理，說明其是火山基浪噴發(fā)的產(chǎn)物。

4　瓊北晚更新世射氣巖漿噴發(fā)

在瓊北地區(qū)考察期間，觀察到的由射氣巖漿噴發(fā)形成的低平火山口主要包括：羅京盤、龍鳳—龍吉、雙池嶺、雙池嶺東、美玉南、雷虎嶺—永茂嶺和楊花等。另外，在海南島西海岸的峨蔓等地也見到典型的低平火山口。石山一帶射氣巖漿噴發(fā)成因的低平火山口如圖1所示，以下就瓊北地區(qū)幾個主要低平火山口作一簡要敘述。

4.1　羅京盤

位于瓊山永興南約6km處，高程93m，火口內(nèi)徑900—1000m?；鹂趦?nèi)現(xiàn)已干涸，并已開墾為平坦的農(nóng)田，在中心位置突起1個熔巖丘，高78m，整個火口的封閉性較好（劉嘉麒等，2000）?；鹕娇趦?nèi)側(cè)可見到火山噴發(fā)時拋射出的圍巖角礫以及基浪堆積露頭和碎塊。

圖1　石山一帶射氣巖漿成因的低平火山口分布示意圖

4.2　龍鳳—龍吉

位于馬鞍嶺火山口NW方向約8km處，其西側(cè)是龍鳳村，東側(cè)是龍吉村。面積較大，整體呈橢圓形。長軸為NW向，長約1500m；短軸長約1100m，面積約1.65km。火口垣殘缺，斷續(xù)出露，口內(nèi)已開墾了大片農(nóng)田。其北邊遠(yuǎn)源相基浪堆積物已達(dá)老城附近的?？凇齺單骶€公路邊，超覆于北海組地層之上，并見典型的射氣巖漿噴發(fā)成因的增生火山礫。

4.3　雙池嶺

位于石山鎮(zhèn)西北2km處。雙池嶺由2個低平火口組成，口徑較小，直徑分別為50m和200m，深為15m，底部蓄水。最高處高程為104m（西嶺）和92m（東嶺）?；鹂谠馄缕骄彛瑑?nèi)坡較陡。雙池嶺以東另有一低平火山口已蓄水，枯水期水深1.5m。

4.4　雷虎嶺—永茂嶺

在雷虎嶺火山錐北坡寺廟南側(cè)約150m處，有一近等軸狀水坑，直徑為10m，崖高約3.5m。雷虎嶺期火山渣直接覆蓋在細(xì)粒中薄層基浪堆積物之上，兩者明顯呈噴發(fā)不整合接觸。同時，雷虎嶺和永茂嶺之間存在一大型低平火山口，該火口位于雷虎嶺東南1.3km。

永茂嶺西北0.8km處，火口直徑約為1.9km?；鹂诘奈鞅痹^完整，東北垣殘缺不全，缺口長度可達(dá)1km以上?；鹂趦?nèi)部較平坦，已開墾出大片農(nóng)田。該低平火山口外坡的基浪堆積物已抵達(dá)雷虎嶺的南坡。

4.5　浩昌嶺—美玉嶺

根據(jù)航片解譯和實地考察，筆者發(fā)現(xiàn)在浩昌嶺的西側(cè)、美玉嶺的東南側(cè)有一大型低平火山口，火口直徑約為1.9km?；鹂诘奈鞅痹^完整，東北側(cè)斷續(xù)出露，南垣則基本已被破壞。

4.6　楊花

在距永興石山鎮(zhèn)約3km處的楊花村低平火山口規(guī)模較大，低平火山口的西南、西、西北方向火口垣保留較完好，其半徑在1km左右。在楊花村的西北方向有一埡口，位于火口垣基浪堆積的轉(zhuǎn)折端，堆積物出露高度約6—7m，為典型的射氣巖漿噴發(fā)成因。它具有玄武質(zhì)的含增生火山礫的灰云浪涌流堆積結(jié)構(gòu)?；緦有蛱卣魇牵合虏肯鄬^粗，碎屑顆粒一般為2—5mm，分選較差，為次棱角狀一次圓狀，基質(zhì)支撐，成分主要由玄武質(zhì)火山渣構(gòu)成。具有正、逆遞變層理，低角度板狀交錯層理和沖刷面。顏色為黃色—褐黃色，上部主要是深灰色中薄層基浪堆積物，其間夾有凝灰質(zhì)砂礫巖、砂巖。具有面狀平行層理、低角度交錯層理和波狀層理。

在火口的外緣，也就是基浪堆積物的背流面，發(fā)育了與老城相類似的增生火山礫（accretionary lapilli）。增生火山礫的外形呈圓形，直徑大約2—5mm。距火口近的火山礫粒徑較小，而較遠(yuǎn)源相的粒徑較大。其特點是圈層構(gòu)造發(fā)育，由大小不等的同心圓球組成，其圈層可逐層剝離。形成這種圈層構(gòu)造的原因是蒸氣爆炸炸出的細(xì)小碎屑物在涌浪推動下向遠(yuǎn)離火口的方向運動，在此期間碎屑物表面黏結(jié)了細(xì)?；鹕交液蛪m土等，并在滾動過程中形成圓形圈層。離火口越遠(yuǎn)，滾動距離越長，圈層越多，增生火山礫也就越大，這正是遠(yuǎn)源相的火山礫發(fā)育好、個體大的原因。

楊花火口垣基浪堆積剖面描述（自下而上）：

（1）層厚為30cm?；尹S色中厚層中細(xì)粒凝灰質(zhì)砂巖，成分以巖屑、長石為主，發(fā)育低角度板狀交錯層理。內(nèi)部發(fā)育多個韻律層，每個韻律下部為中粗粒砂狀凝灰?guī)r，厚約2—3cm。向上漸變?yōu)楸蛹?xì)砂狀凝灰?guī)r，厚約4—5cm。

（2）層厚為23cm。由5個韻律層構(gòu)成，每個韻律下部為深灰色中薄層含礫粗粒凝灰?guī)r，發(fā)育低角度板狀交錯層理。底部可見下蝕溝，凹凸不平，厚約1—2cm。向上漸變?yōu)橹写至Ｄ規(guī)r，與下部一起構(gòu)成正粒序?qū)永怼?/p>

（3）層厚為24cm。下部為深灰色細(xì)粒狀火山渣，厚約5—6cm，礫石大小一般為2—4mm，大者可達(dá)6mm，為棱角狀，分選中等，成分以花崗閃長巖（20％—30％）、玄武巖（40％—50％）為主。向上漸變?yōu)榇至钅規(guī)r，與下部一道構(gòu)成正遞變層理，底部界面較平直。

（4）層厚為25cm。由2個韻律層構(gòu)成，下部韻律厚約10cm，由下而上分別為含礫粗砂狀凝灰?guī)r，向上漸變?yōu)楸又写至Ｉ盃钅規(guī)r，發(fā)育低角度板狀交錯層理及正遞變層理；上部韻律自下而上由中粗粒砂狀凝灰?guī)r漸變?yōu)楹[粗砂狀凝灰?guī)r，具遞變層理。

（5）層厚為25cm。下部為灰色、灰黃色細(xì)粒狀火山渣或細(xì)礫巖，礫石大小一般為3—5mm，次棱角狀，成分為玄武巖和花崗閃長巖，向上漸變?yōu)樯罨疑稚盃钅規(guī)r，發(fā)育低角度板狀交錯層理，底部界限清晰。

（6）層厚為11cm。以火山渣為主，呈砂狀，發(fā)育正遞變層理。底界面界限清晰，巖石呈土黃色。

（7）層厚為35cm。下部為灰色中厚層火山渣，火山渣粒徑一般為7—8mm，個別可達(dá)1cm以上，次棱角狀，發(fā)育正遞變層理。向上漸變?yōu)橥咙S色中薄層含礫中粗?！屑?xì)粒砂狀凝灰?guī)r，發(fā)育低角度板狀交錯層理，每個交錯層為1個小韻律，這樣的層大致有8—9個，每層厚度大致相等。

（8）層厚為40cm。由4個韻律層構(gòu)成，每個韻律層厚度大致相等。每個韻律底部由深灰色、灰色含礫粗砂狀凝灰?guī)r組成，礫石大小一般為2—4mm，個別達(dá)1cm，厚約6cm。向上漸變?yōu)橥咙S色中細(xì)粒砂狀凝灰?guī)r，發(fā)育低角度板狀交錯層理。4個韻律層自下而上顆粒逐漸變小，細(xì)砂狀凝灰?guī)r有所增加。

（9）層厚為44cm。由3個韻律層構(gòu)成，每個韻律又由級別更低的小韻律疊置而成。第1韻律由2個小韻律構(gòu)成，總體上為含礫粗砂狀凝灰?guī)r，局部夾有火山角礫，發(fā)育大型低角度板狀交錯層理，厚度約7cm；上部漸變?yōu)橛赏咙S色火山灰構(gòu)成的凝灰?guī)r，局部夾有含礫中粗粒砂狀凝灰?guī)r，發(fā)育大型低角度板狀交錯層理、波狀交錯層理及透鏡狀交錯層理，底面較平直。第2個韻律下部為厚約3—4cm的凝灰?guī)r，向上漸變?yōu)橥咙S色粉砂狀凝灰?guī)r，發(fā)育低角度板狀交錯層理、丘狀交錯層理、平行層理及透鏡狀層理。第3個韻律下部為厚度不等的中粗粒砂狀凝灰?guī)r，呈深灰色，一般厚度為1—5cm，向上漸變?yōu)橥咙S色凝灰?guī)r，發(fā)育大型低角度板狀交錯層理，底部可見沖蝕溝，明顯切割下伏地層。

（10）層厚為42cm。由3個韻律層構(gòu)成。每個韻律下部為深灰色火山角礫巖，大小一般為3—5mm，個別達(dá)7—8mm，次棱角狀，發(fā)育低角度板狀交錯層理，厚約10cm。向上漸變?yōu)闇\灰色含礫狀凝灰?guī)r、中細(xì)粒狀凝灰?guī)r，發(fā)育平行和低角度板狀交錯層理。總體上往上部單元碎屑顆粒減小，上部單元逐漸增厚，火山灰含量增高。

（11）層厚為55cm。大致由3個韻律層構(gòu)成。第1個韻律下部為火山渣層，渣的粒徑一般為4—5mm，呈次棱角狀，層厚約8cm。向上漸變?yōu)榛疑?、淺灰色中粗砂狀凝灰?guī)r，厚約2—3cm。第2個韻律下部為火山渣層，渣的粒徑一般為3—4mm，厚約20cm。向上漸變?yōu)橥咙S色中細(xì)粒砂狀凝灰?guī)r，厚約5—6cm。第3個韻律下部厚為2—3cm，上部漸變?yōu)榛揖G色細(xì)砂—粉砂狀凝灰?guī)r。

（12）層厚為80cm。下部為中粗砂狀凝灰?guī)r，向上漸變?yōu)榛揖G色細(xì)砂—粉砂狀凝灰?guī)r，發(fā)育中小型低角度板狀交錯層理，見少量順層氣孔。

（13）層厚為30cm。灰黃色多韻律含礫凝灰?guī)r，由9個小韻律構(gòu)成。

（14）層厚為25cm。底部為深灰色火山渣，向上漸變?yōu)榛尹S色凝灰?guī)r。

（15）層厚為45cm。下部為20cm厚的灰黑色玄武質(zhì)火山渣；上部為25cm厚的灰黃色薄層含礫凝灰?guī)r。

（16）層厚為30cm。下部為10cm厚的灰黑色火山渣；上部是20cm厚的灰黃色含礫凝灰?guī)r。

（17）層厚為35cm。下部是10cm厚的灰黑色火山渣；上部為25cm厚的灰黃色含礫凝灰?guī)r。

（18）層厚為2m。下部為10—15cm厚的火山渣；上部為平行層理含礫凝灰?guī)r，發(fā)育多個韻律。

5　討論

（1）在對雷虎嶺、龍鳳—龍吉等射氣巖噴發(fā)成因的低平火山口的研究過程中發(fā)現(xiàn)，它們都覆蓋在北海組地層之上，其上又被全新世火山渣錐所覆蓋。這一現(xiàn)象在雷虎嶺火山錐北坡的寺廟南側(cè)表現(xiàn)得最為清晰。海南省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告（1∶50000）將道堂組分為4段，而道堂組第4段和第2段均為射氣巖漿噴發(fā)形成的基浪堆積物，層位與雷虎嶺等地發(fā)現(xiàn)的基浪堆積物層位相當(dāng)，它們都是晚更新世射氣巖漿噴發(fā)的產(chǎn)物。

（2）瓊北地區(qū)廣泛分布著晚更新世射氣巖漿噴發(fā)形成的低平火山口。除了文中提到的之外，在海南島西部的峨蔓也發(fā)現(xiàn)了規(guī)模較大、保存較為完整的低平火山口。另外，在雷州半島也有湛江的湖光巖等類似低平火口保留。可以肯定的是，雷、瓊之間雖有瓊州海峽相隔，但在構(gòu)造上顯然為一整體。從宏觀上看，雷瓊地區(qū)的火山巖分成雷南和瓊北兩片，兩者之間以第四紀(jì)的其他地層為間隔，在地形上也表現(xiàn)為低地，表明火山活動的地域局限性必有其構(gòu)造控制的原因。

（3）雷南和瓊北出現(xiàn)大規(guī)模的射氣巖漿成因的低平火山口，表明了在晚更新世時期該地區(qū)的火山活動通常伴有射氣巖漿噴發(fā)。射氣巖漿噴發(fā)是由于上升的玄武巖漿遇水爆炸產(chǎn)生基浪，并由基浪堆積物形成低平火山口?？梢姡篆偟貐^(qū)在晚更新世時期必定存在大量的地表水或地下水。據(jù)此判斷晚更新世雷瓊地區(qū)應(yīng)該是統(tǒng)一的地質(zhì)環(huán)境，瓊州海峽此時還未裂開。

（4）通過對航片的判讀和實地考察發(fā)現(xiàn)，在低平火山口的邊緣上往往發(fā)育多個全新世的火山渣錐，這表明該地的火山活動具有繼承性。目前這一現(xiàn)象還有待進一步研究，初步判定與火山裂隙發(fā)育有關(guān)。

特別感謝海南省地震局火山文化發(fā)展中心的胡久常、肖勁平、盧永健等幾位同志，本研究的野外考察工作得到了他們的鼎力協(xié)助和熱情支持。

參考文獻

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【注釋】

[1]本文發(fā)表于《地震地質(zhì)》2003年第25卷第2期。

[2]孫謙，1969年12月生，2000年6月畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)，獲碩士學(xué)位，同年9月進入中國地震局地質(zhì)研究所攻讀博士學(xué)位，主要從事新生代以來活動火山的研究。