火山岩浆岩

琼北地区晚更新世射气岩浆喷发初步研究
^[1]

孙　谦1，^[2]　樊祺诚1　魏海泉1　隋建立1　白志达2

徐德斌2　史兰斌1　张秉良1　洪汉净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

摘要：琼北地区晚更新世射气岩浆喷发形成众多的低平火山口，出露典型的基浪堆积物，在火口垣露头上可清晰地观察到大型低角度交错层理、板状层理和波状层理，以及远源相的球粒状增生火山砾。玄武质岩浆在上升过程中遇水爆炸形成低平火山口及基浪堆积，为认识琼北地区新生代以来的火山活动规律和琼北—雷南地区的构造环境，以及未来火山灾害预测提供了重要的依据。

关键词：晚更新世；射气岩浆喷发；低平火山口；基浪堆积物；琼北

1　琼北火山地质概况

雷州半岛和海南岛北部统称雷琼地区，琼北即为海南岛北部。该地区在构造上属于新生代大幅度沉降的雷琼拗陷的南部，地表为大片玄武岩和第四系所覆盖。琼北火山岩约占海南岛总面积的12％，分布在8个县（市），即琼山大部、临高县北部、澄迈县北部、定安县西南部、文昌县西南部、儋州市西北部、琼海市西北部和海口市南部。从构造格局上看，自新生代以来，琼北地区的近EW向构造在地壳运动中起着明显的控制作用，其中王五—文教断裂是琼北火山岩区的南部边界。NW向的断裂控制着全新世以来最新的火山活动，如最新一期的马鞍岭、雷虎岭火山岩的喷溢及许多火山锥的排列都明显呈NW走向。根据许多研究者对琼北火山分期的意见（汪啸风等，1991；黄镇国等，1993），基本上可以归纳为4期：晚第三纪金牛岭期、早更新世多文岭期、晚更新世东英期和全新世雷虎岭期。

2　更新世一全新世以来的火山活动

据海南省区域地质调查报告（1∶50000），将晚更新世以来的火山活动划分为更新世道堂组和全新世石山组。根据对更新世以来琼北火山活动的考察发现，在早更新世溢流式岩浆喷发之后，晚更新世有相当大规模的射气岩浆喷发活动，全新世又以典型的中心式喷发为特征。晚更新世是琼北射气岩浆喷发活动最活跃的时期，喷发年代大致与雷南地区的湖光岩等相当。

在道堂村以西的美造水库水坝北坡，出露了可能是早更新世溢流式岩浆喷发与晚更新世射气岩浆喷发的较为典型的剖面，有关的年代学研究正在进行之中。剖面下部为深灰色块状玄武岩（推测为早更新世），往上玄武岩具球状风化特点，顶部发育厚约1.5m的锈黄色风化壳，以火山碎屑和黏土为主，为一不整合面，表明火山活动有一喷发间断。风化壳之上，为灰黄—浅灰色薄层状细粒基浪堆积，以水平层理为主，局部发育斜层理，为典型的射气岩浆成因，属于晚更新世射气岩浆喷发的远源相基浪堆积物。全新世火山活动主要分布在琼北石山—永兴的NW向火山带，该带由几十座中心式火山口/锥组成。具有代表性的火山口是马鞍岭和雷虎岭，雷虎岭火山口即坐落在晚更新世射气岩浆喷发成因的基浪堆积之上。

3　射气岩浆喷发

3.1　射气岩浆喷发的一般特征

玄武质岩浆遇水会立即发生爆炸，并伴随出现基浪，即所谓射气岩浆喷发，形成火山基浪堆积物。基浪云从许多火山喷发柱横向放射状向外扩散，特别是那些正在上升的岩浆柱同地表水或地下水接触的地方，这种现象更为明显。这种火山基浪是含有大量水蒸气、火山灰、火山砾等的喷发柱从侧面掠过造成的。凝结的水蒸气作为火山基浪的一部分，与火山基浪流中的火山碎屑颗粒充分混合，并支撑和稀释了基浪中的火山碎屑。这种有水参与的水成碎屑，多出现在玄武质火山爆发中。在许多细粒水成凝灰层中可出现增生火山砾，并发育独特的层理构造。

基浪常常伴随形成小的低平火山口，这种低平火山口就称为“Maar”，它是仅次于火山渣锥较常见的火山地貌。

3.2　关于射气成因的低平火山口（Maar）

“Maar”是居住在德国莱茵地区的人们对当地有水的湖泊和沼泽的称呼。1921年德国科学家Steininger在德国西部Eifel第四纪火山区圆形的小火山湖研究中最早把“Maar”定义为一种火山类型，刘嘉麒等（2000）译为“玛珥湖”。根据该火山口的地质特点称其为“低平火山口”。低平火山口作为射气岩浆喷发形成的产物，因而在形态上与其他一些火山机构相类似。

低平火山口形成的基浪堆积都具有大型低角度板状层理或交错层理，形成似沙丘构造。这种似沙丘构造的纹层峰顶是向基浪的下游方向迁移的，即由火口内侧向外侧爬升。同时，迎流面纹层趋于变薄，颗粒较细，而背流面纹层发育较好，颗粒较粗。有增生火山砾出现，且距喷气口一定范围内，增生火山砾颗粒大，发育完好。

3.3　射气岩浆成因低平火山口在中国的分布

中国典型的低平火山口主要分布在东北龙岗和华南雷琼两个新生代火山区。东北的龙岗火山群分布着第四纪玄武质火山渣锥约170座，其中射气岩浆喷发形成的8个低平火山口已蓄水，当地称为龙湾（大龙湾、三角龙湾、南龙湾、二龙湾、小龙湾、四海龙湾、龙泉龙湾和东龙湾）。其共同特征是主要由基浪堆积物组成（刘祥等，1997），湖垣高度一般几十米，外坡缓而内坡陡。

雷州半岛的低平火山口主要包括田洋、九头洋、青桐洋和湖光岩（黄镇国等，1993；刘嘉麒等，2000）。最典型的湖光岩位于湛江西南14km处，水深20m左右，面积约为1850m× 1770m，由多种射气岩浆喷发物组成，成层性较好，具有交错层理和波状层理，说明其是火山基浪喷发的产物。

4　琼北晚更新世射气岩浆喷发

在琼北地区考察期间，观察到的由射气岩浆喷发形成的低平火山口主要包括：罗京盘、龙凤—龙吉、双池岭、双池岭东、美玉南、雷虎岭—永茂岭和杨花等。另外，在海南岛西海岸的峨蔓等地也见到典型的低平火山口。石山一带射气岩浆喷发成因的低平火山口如图1所示，以下就琼北地区几个主要低平火山口作一简要叙述。

4.1　罗京盘

位于琼山永兴南约6km处，高程93m，火口内径900—1000m。火口内现已干涸，并已开垦为平坦的农田，在中心位置突起1个熔岩丘，高78m，整个火口的封闭性较好（刘嘉麒等，2000）。火山口内侧可见到火山喷发时抛射出的围岩角砾以及基浪堆积露头和碎块。

图1　石山一带射气岩浆成因的低平火山口分布示意图

4.2　龙凤—龙吉

位于马鞍岭火山口NW方向约8km处，其西侧是龙凤村，东侧是龙吉村。面积较大，整体呈椭圆形。长轴为NW向，长约1500m；短轴长约1100m，面积约1.65km。火口垣残缺，断续出露，口内已开垦了大片农田。其北边远源相基浪堆积物已达老城附近的海口—三亚西线公路边，超覆于北海组地层之上，并见典型的射气岩浆喷发成因的增生火山砾。

4.3　双池岭

位于石山镇西北2km处。双池岭由2个低平火口组成，口径较小，直径分别为50m和200m，深为15m，底部蓄水。最高处高程为104m（西岭）和92m（东岭）。火口垣外坡平缓，内坡较陡。双池岭以东另有一低平火山口已蓄水，枯水期水深1.5m。

4.4　雷虎岭—永茂岭

在雷虎岭火山锥北坡寺庙南侧约150m处，有一近等轴状水坑，直径为10m，崖高约3.5m。雷虎岭期火山渣直接覆盖在细粒中薄层基浪堆积物之上，两者明显呈喷发不整合接触。同时，雷虎岭和永茂岭之间存在一大型低平火山口，该火口位于雷虎岭东南1.3km。

永茂岭西北0.8km处，火口直径约为1.9km。火口的西北垣较完整，东北垣残缺不全，缺口长度可达1km以上。火口内部较平坦，已开垦出大片农田。该低平火山口外坡的基浪堆积物已抵达雷虎岭的南坡。

4.5　浩昌岭—美玉岭

根据航片解译和实地考察，笔者发现在浩昌岭的西侧、美玉岭的东南侧有一大型低平火山口，火口直径约为1.9km。火口的西北垣较完整，东北侧断续出露，南垣则基本已被破坏。

4.6　杨花

在距永兴石山镇约3km处的杨花村低平火山口规模较大，低平火山口的西南、西、西北方向火口垣保留较完好，其半径在1km左右。在杨花村的西北方向有一垭口，位于火口垣基浪堆积的转折端，堆积物出露高度约6—7m，为典型的射气岩浆喷发成因。它具有玄武质的含增生火山砾的灰云浪涌流堆积结构。基本层序特征是：下部相对较粗，碎屑颗粒一般为2—5mm，分选较差，为次棱角状一次圆状，基质支撑，成分主要由玄武质火山渣构成。具有正、逆递变层理，低角度板状交错层理和冲刷面。颜色为黄色—褐黄色，上部主要是深灰色中薄层基浪堆积物，其间夹有凝灰质砂砾岩、砂岩。具有面状平行层理、低角度交错层理和波状层理。

在火口的外缘，也就是基浪堆积物的背流面，发育了与老城相类似的增生火山砾（accretionary lapilli）。增生火山砾的外形呈圆形，直径大约2—5mm。距火口近的火山砾粒径较小，而较远源相的粒径较大。其特点是圈层构造发育，由大小不等的同心圆球组成，其圈层可逐层剥离。形成这种圈层构造的原因是蒸气爆炸炸出的细小碎屑物在涌浪推动下向远离火口的方向运动，在此期间碎屑物表面黏结了细粒火山灰和尘土等，并在滚动过程中形成圆形圈层。离火口越远，滚动距离越长，圈层越多，增生火山砾也就越大，这正是远源相的火山砾发育好、个体大的原因。

杨花火口垣基浪堆积剖面描述（自下而上）：

（1）层厚为30cm。灰黄色中厚层中细粒凝灰质砂岩，成分以岩屑、长石为主，发育低角度板状交错层理。内部发育多个韵律层，每个韵律下部为中粗粒砂状凝灰岩，厚约2—3cm。向上渐变为薄层细砂状凝灰岩，厚约4—5cm。

（2）层厚为23cm。由5个韵律层构成，每个韵律下部为深灰色中薄层含砾粗粒凝灰岩，发育低角度板状交错层理。底部可见下蚀沟，凹凸不平，厚约1—2cm。向上渐变为中粗粒凝灰岩，与下部一起构成正粒序层理。

（3）层厚为24cm。下部为深灰色细粒状火山渣，厚约5—6cm，砾石大小一般为2—4mm，大者可达6mm，为棱角状，分选中等，成分以花岗闪长岩（20％—30％）、玄武岩（40％—50％）为主。向上渐变为粗粒状凝灰岩，与下部一道构成正递变层理，底部界面较平直。

（4）层厚为25cm。由2个韵律层构成，下部韵律厚约10cm，由下而上分别为含砾粗砂状凝灰岩，向上渐变为薄层中粗粒砂状凝灰岩，发育低角度板状交错层理及正递变层理；上部韵律自下而上由中粗粒砂状凝灰岩渐变为含砾粗砂状凝灰岩，具递变层理。

（5）层厚为25cm。下部为灰色、灰黄色细粒状火山渣或细砾岩，砾石大小一般为3—5mm，次棱角状，成分为玄武岩和花岗闪长岩，向上渐变为深灰色粗砂状凝灰岩，发育低角度板状交错层理，底部界限清晰。

（6）层厚为11cm。以火山渣为主，呈砂状，发育正递变层理。底界面界限清晰，岩石呈土黄色。

（7）层厚为35cm。下部为灰色中厚层火山渣，火山渣粒径一般为7—8mm，个别可达1cm以上，次棱角状，发育正递变层理。向上渐变为土黄色中薄层含砾中粗粒—中细粒砂状凝灰岩，发育低角度板状交错层理，每个交错层为1个小韵律，这样的层大致有8—9个，每层厚度大致相等。

（8）层厚为40cm。由4个韵律层构成，每个韵律层厚度大致相等。每个韵律底部由深灰色、灰色含砾粗砂状凝灰岩组成，砾石大小一般为2—4mm，个别达1cm，厚约6cm。向上渐变为土黄色中细粒砂状凝灰岩，发育低角度板状交错层理。4个韵律层自下而上颗粒逐渐变小，细砂状凝灰岩有所增加。

（9）层厚为44cm。由3个韵律层构成，每个韵律又由级别更低的小韵律叠置而成。第1韵律由2个小韵律构成，总体上为含砾粗砂状凝灰岩，局部夹有火山角砾，发育大型低角度板状交错层理，厚度约7cm；上部渐变为由土黄色火山灰构成的凝灰岩，局部夹有含砾中粗粒砂状凝灰岩，发育大型低角度板状交错层理、波状交错层理及透镜状交错层理，底面较平直。第2个韵律下部为厚约3—4cm的凝灰岩，向上渐变为土黄色粉砂状凝灰岩，发育低角度板状交错层理、丘状交错层理、平行层理及透镜状层理。第3个韵律下部为厚度不等的中粗粒砂状凝灰岩，呈深灰色，一般厚度为1—5cm，向上渐变为土黄色凝灰岩，发育大型低角度板状交错层理，底部可见冲蚀沟，明显切割下伏地层。

（10）层厚为42cm。由3个韵律层构成。每个韵律下部为深灰色火山角砾岩，大小一般为3—5mm，个别达7—8mm，次棱角状，发育低角度板状交错层理，厚约10cm。向上渐变为浅灰色含砾状凝灰岩、中细粒状凝灰岩，发育平行和低角度板状交错层理。总体上往上部单元碎屑颗粒减小，上部单元逐渐增厚，火山灰含量增高。

（11）层厚为55cm。大致由3个韵律层构成。第1个韵律下部为火山渣层，渣的粒径一般为4—5mm，呈次棱角状，层厚约8cm。向上渐变为灰色、浅灰色中粗砂状凝灰岩，厚约2—3cm。第2个韵律下部为火山渣层，渣的粒径一般为3—4mm，厚约20cm。向上渐变为土黄色中细粒砂状凝灰岩，厚约5—6cm。第3个韵律下部厚为2—3cm，上部渐变为灰绿色细砂—粉砂状凝灰岩。

（12）层厚为80cm。下部为中粗砂状凝灰岩，向上渐变为灰绿色细砂—粉砂状凝灰岩，发育中小型低角度板状交错层理，见少量顺层气孔。

（13）层厚为30cm。灰黄色多韵律含砾凝灰岩，由9个小韵律构成。

（14）层厚为25cm。底部为深灰色火山渣，向上渐变为灰黄色凝灰岩。

（15）层厚为45cm。下部为20cm厚的灰黑色玄武质火山渣；上部为25cm厚的灰黄色薄层含砾凝灰岩。

（16）层厚为30cm。下部为10cm厚的灰黑色火山渣；上部是20cm厚的灰黄色含砾凝灰岩。

（17）层厚为35cm。下部是10cm厚的灰黑色火山渣；上部为25cm厚的灰黄色含砾凝灰岩。

（18）层厚为2m。下部为10—15cm厚的火山渣；上部为平行层理含砾凝灰岩，发育多个韵律。

5　讨论

（1）在对雷虎岭、龙凤—龙吉等射气岩喷发成因的低平火山口的研究过程中发现，它们都覆盖在北海组地层之上，其上又被全新世火山渣锥所覆盖。这一现象在雷虎岭火山锥北坡的寺庙南侧表现得最为清晰。海南省区域地质调查报告（1∶50000）将道堂组分为4段，而道堂组第4段和第2段均为射气岩浆喷发形成的基浪堆积物，层位与雷虎岭等地发现的基浪堆积物层位相当，它们都是晚更新世射气岩浆喷发的产物。

（2）琼北地区广泛分布着晚更新世射气岩浆喷发形成的低平火山口。除了文中提到的之外，在海南岛西部的峨蔓也发现了规模较大、保存较为完整的低平火山口。另外，在雷州半岛也有湛江的湖光岩等类似低平火口保留。可以肯定的是，雷、琼之间虽有琼州海峡相隔，但在构造上显然为一整体。从宏观上看，雷琼地区的火山岩分成雷南和琼北两片，两者之间以第四纪的其他地层为间隔，在地形上也表现为低地，表明火山活动的地域局限性必有其构造控制的原因。

（3）雷南和琼北出现大规模的射气岩浆成因的低平火山口，表明了在晚更新世时期该地区的火山活动通常伴有射气岩浆喷发。射气岩浆喷发是由于上升的玄武岩浆遇水爆炸产生基浪，并由基浪堆积物形成低平火山口。可见，雷琼地区在晚更新世时期必定存在大量的地表水或地下水。据此判断晚更新世雷琼地区应该是统一的地质环境，琼州海峡此时还未裂开。

（4）通过对航片的判读和实地考察发现，在低平火山口的边缘上往往发育多个全新世的火山渣锥，这表明该地的火山活动具有继承性。目前这一现象还有待进一步研究，初步判定与火山裂隙发育有关。

特别感谢海南省地震局火山文化发展中心的胡久常、肖劲平、卢永健等几位同志，本研究的野外考察工作得到了他们的鼎力协助和热情支持。

参考文献

［1］黄镇国，蔡福祥，韩中元，等.雷琼第四纪火山［M］.北京：科学出版社，1993

［2］汪啸风，马大铨，蒋大海，等.海南岛地质（二）：岩浆岩［M］.北京：地质出版社，1991

［3］刘嘉麒，王文远，郭正府，等.中国玛珥湖的时空分布与地质特征［J］.第四纪研究，2000，20（1）：78－86

［4］刘祥，向天元.中国东北地区新生代火山和火山碎屑堆积物资源与灾害［M］.长春：吉林大学出版社，1997

【注释】

[1]本文发表于《地震地质》2003年第25卷第2期。

[2]孙谦，1969年12月生，2000年6月毕业于中国地质大学，获硕士学位，同年9月进入中国地震局地质研究所攻读博士学位，主要从事新生代以来活动火山的研究。