福建永泰百漈沟省级地质公园火山岩地层特征及其地质意义

余芝华

（福建省煤田地质勘查院 福建福州 350000）

0 引言

云山火山喷发盆地作为福建省内较为最典型的火山构造之一，已有多位学者对其进行了岩石学、地球化学、构造背景等相关研究［1-5］。位于其中的永泰百漈沟省级地质公园形成于燕山末期大构造环境转换期背景下，园区内自下而上鳞次出露的酸性熔岩、火山碎屑岩及其旋回组合，对揭示该区域的喷发、沉积旋回特征、反演该时期火山活动具有重要的参考价值。

1 园区概况

百漈沟省级地质公园位于福州市永泰县西南部，距永泰县城39 km，地属同安镇芹草村，总面积约4 km2，是兼具火山地质地貌景观、瀑布水体地貌景观、地质灾害遗迹景观及人文景观的综合性小型地质公园。

公园入口位于大樟溪中段北岸。园区地貌由山间盆地及低山、丘陵组成，地势总体上呈西北高东南低，平均海拔高度为650 m～780 m，最高峰尖峰海拔870 m。园区属亚热带海洋性季风气候，雨量充沛，年均降雨量1 800 mm，区内水系主要由芹草村的芹草溪及山中小涧流组成，它们由东北、西北山地向南汇集于芹草洋，经主景区大峡谷形成百漈沟瀑布群，汇入大樟溪。

公园地貌类型丰富，含较为典型的山地跌水水体地貌遗迹和火山岩地貌遗迹景观类型，涵盖了瀑布、水潭、山体、悬崖、洞穴、峡谷、象形石（崩塌岩块等）多种地貌形态小类。沿着景区主步道拾阶而上，不仅可见到火山活动及后期构造运动形成的壮观崖壁和幽深峡谷，水体以340 m的总落差穿过峡谷所构成的八级飞瀑，并随处可见意趣非常的水蚀壶穴和崩塌滚落山谷的象形石，完整而多样地保存了内、外动力地质作用共同塑造的典型特征。

2 区域火山作用地质背景

2.1 火山构造特征

永泰县位于政和—大埔深大断裂以东、长乐—诏安动力变质带以西地块的中部，构造形迹上由北东—北北东和北西向为主的断裂带构成，在火山构造上属浙闽粤火山活动带—闽东火山活动亚带—云山—赖源北东东向火山喷发带之云山火山喷发盆地（图1）。云山火山喷发盆地长达90 km，宽25 km～30 km，包括石牛山、云山、五虎山3 个火山构造洼地，其中云山火山构造洼地规模最大，形态呈长椭圆形，长轴方向北东东向，三者呈串珠状叠置在晚侏罗世火山岩之上，总体沿永定—闽江口断裂带呈北东东向带状展布［1］，公园正处于云山火山构造洼地的西侧边缘。

图1 云山地区火山—沉积盆地地质简图（林东燕，2007）

2.2 火山岩地层特征

云山地区早白垩世地层为一套巨厚的陆相沉积—火山喷发岩系，可分为3 个沉积—喷发旋回，分别称为黄坑组、寨下组及石牛山组［1］。公园地处云山火山喷发盆地的西侧边缘，区内出露的主要为石帽山群上段寨下组（K1z2）地层。寨下组地层分布面积较大，为一套巨厚的紫红色碎屑沉积—酸偏碱性火山喷发岩系，分上、下2 个岩性段，下段为河湖相火山碎屑沉积岩夹火山碎屑岩，上段为酸（偏碱）性火山碎屑（熔）岩［4］。

2.3 火山作用特征

公园园区所属的云山火山构造洼地形成于113.2 Ma～104.1 Ma［5］，构造岩浆旋回属燕山期，火山活动旋回属燕山晚期亚旋回。燕山晚期火山活动是中生代火山活动的减弱—衰亡阶段，主要受北西向及北东东向断裂带控制。寨下组对应早白垩世晚期火山活动旋回（Ⅶ），火山活动局限于断陷盆地或火山构造洼地内，火山以中心式的强烈的爆发和宁静喷溢为主，形成的火山构造以穹状火山及破火山为主［4］。

3 园区岩石学及矿物学特征

调查发现，园区内主要出露酸性熔岩—火山碎屑岩岩石组合，主要包括（含角砾/霏细结构/流纹构造/石泡构造）流纹岩、流纹质（含角砾）（晶屑）（岩屑）熔结凝灰岩、火山岩角砾岩、火山集块岩及流纹质凝灰熔岩等5种岩石类型，图2 展示了公园主景区沟体走向、八大瀑布高程及对应岩性剖面情况。在采集岩石样本后，选取部分样品送至福建省地质调查研究院完成岩矿鉴定分析，结合野外调查情况，对调查区内出露岩石类型分述如下。

图2 百漈沟省级地质公园主景区沟体及其对应岩性剖面图

3.1 流纹岩类

调查区沟谷的上中下部共5 个层位出露流纹岩，其中含角砾流纹岩见于调查区沟谷底部大樟溪河岸（1 层）；石泡流纹岩见于沟谷中部“天坑”位置（18 层）；第2 层、4 层、26 层出露（霏细结构）流纹岩。不同层位的流纹岩体在结晶程度、微观结构、宏观构造上略有区别。

沟谷底部出露的流纹岩体位于公园主入口大樟溪溪岸两侧（1 层），构成公园入门的醉美河滩。岩体整体呈紫灰色、紫色、紫红色，发育良好的柱状节理，岩体薄层状，流纹构造，斑状结构，大部分为基质矿物，斑晶含量约为6%，主要是石英、斜长石、黑云母；基质成分为长英质，部分纤维状长英质平行定向排列，构成流纹构造，呈细纹状、条痕状，相间分布（图3）。

图3 流纹岩及其镜下特征

沟谷中部“天坑”位置（18 层）出露的石泡流纹岩夹层呈灰白色、浅灰色、灰紫色，斑状结构，斑晶约占8%，组分主要为石英、钾长石、斜长石；基质矿物成分主要有石英和长英质，石英具球粒状或不规则状外形；长英质矿物呈纤维状、放射状或扇状排列。具有石泡构造，石泡直径0.3 cm～4.0 cm，含量约占75%以上，绝大部分腔壁由纤维状雏晶垂直空腔壁成层分布，填充长英质矿物。石泡单体呈球形、椭球形，聚合体呈似葡萄状，部分石泡有拉长，呈斜列、叠瓦状排列（图4）。通过判断长轴排列方向，可以推测岩浆流动方向。

图4 石泡构造流纹岩及其镜下特征

白龙瀑布上方（26 层）出露浅灰色霏细结构流纹岩体，具有皱纹状流动构造（图5）。斑晶含量约为15%，矿物主要为钾长石和石英，其中钾长石板状晶型良好，石英多呈浑圆状，亦可以见到港湾状溶蚀结构；基质脱玻化，具霏细结构，微晶之间边界模糊，成分为长英质，强烈绿泥石化。

图5 白龙瀑布上方流纹岩体

3.2 流纹质熔结凝灰岩类

自公园主景区谷底往上至最高三叠泉处，皆可见到该类岩石露头，构成公园内八大瀑布、湖、潭的水道基底，是景区内主要的造景岩性。在剖面调查中有19 层皆为该类型岩石，其中依据晶屑含量、岩屑含量及是否含角砾可细分为流纹质含晶屑熔结凝灰岩、流纹质晶屑熔结凝灰岩、流纹质（含角砾）晶屑熔结凝灰岩以及流纹质岩屑熔结凝灰岩4种类型。岩体呈浅灰白色、灰色，致密，块状构造，部分具有假流纹构造，岩体节理发育。

送检熔结凝灰岩样品具有（含）晶屑熔结凝灰结构（图6），火山碎屑物由晶屑、塑性岩屑、塑性玻屑及火山灰组成，晶屑呈碎屑状，约占8%～12%，以石英、长石为主；塑性岩屑约占15%～20%；塑性玻屑及火山灰约占68%～77%。塑性岩屑呈火焰状、透镜状、带状，基质部分被纤维状长英质、石英、长石矿物取代。塑性玻屑及火山灰呈细纹状，已经脱玻化，形成霏细结构或雏晶结构长英质矿物集合体。塑性岩屑和塑性玻屑形变构成假流纹构造。

图6 流纹质晶屑熔结凝灰岩及其镜下特征（6 层）

多个送检的熔结凝灰岩样品中皆可见到塑性岩屑、塑性玻屑。塑性岩屑呈透镜状、带状，表明其形成于炽热的火山灰流中，为粘度较大的熔浆在气体作用下喷出。塑性玻屑被压扁拉长，在堆积时仍可塑性变形，绕过晶屑岩屑呈假流纹构造。整体而言，园区内熔结凝灰岩熔结程度中等，判断形成于喷发单位的中上部。在园区不同位置取得样品熔结程度有所不同，表明在数次火山作用过程中，其火口位置或喷发强度有所变化。

3.3 流纹质火山角砾岩

在调查区中，该岩体典型露头位于水帘瀑布上方崖壁（9层）。岩体呈灰紫色，块状构造，火山角砾结构，碎屑物组分有角砾（岩屑）、晶屑、玻屑、火山灰（图7）。角砾级岩屑（＞2 mm）约占55%，岩屑（＜2 mm）约占25%，岩屑成分有凝灰岩、流纹岩、熔结凝灰岩。晶屑约占3%，玻屑及火山灰约占17%，已脱玻化被长英质矿物取代，呈霏细状结构。

图7 流纹质火山角砾岩及其镜下特征

3.4 火山集块岩

区内沟谷中部金豹峡东西两侧崖壁出露火山集块岩（19层），块状构造，由角砾、集块和胶结物组成，角砾及集块成分较复杂，呈棱角状，分选性差，碎屑岩块占50%以上（图8）。峡谷西侧峡壁的火山集块岩体风化严重，块体掉落斑驳，崖壁呈现不规则状洞穴，峡谷东侧崖壁火山集块岩体相对致密，见火山弹，直径3 cm～15 cm，内部次生长英质结晶良好。火山集块岩常分布于火山通道外围附近，能够作为寻找、确定火山口的重要标志之一，是近火山口相产物。

图8 流纹质火山集块岩

结合野外调查鉴定，区内还出露有少量流纹质凝灰熔岩，灰白、浅灰色，以中厚夹层形式存在于熔结凝灰岩之间。总体而言，园区内以熔结凝灰岩为主，为酸性火山碎屑岩—酸性熔岩组合，与云山地区双峰式火山岩中酸性端元的典型特征相符，但未出露底部基性火山岩，对比分析出露地层为寨下组上段的中上部地层。

4 园区火山岩岩相学特征

本次调查采用《中国区域地质志·福建志》（2016）的划分方案，火山岩相划分为八种类型，其中爆发相可进一步划分为空落堆积相、碎屑流堆积相、涌流堆积相和崩落堆积相。结合调查中实测剖面绘制情况，总结出公园内主要出露以下火山岩相（见表1）。

表1 公园园区岩石分层及岩相类型

4.1 爆发相

（1）崩落堆积相。该亚相在园区内以流纹质火山角砾岩和火山集块岩为主。其中集块多呈尖棱角状，分选性差，从集块到凝灰级同时并存，大小混杂，无明显层理横向厚度，变化急剧，表明集块角砾主要来自火口区近地表的岩石。

（2）碎屑流堆积亚相/涌流堆积亚相。园区内大量出现的流纹质（含角砾）晶屑（岩屑）熔结凝灰岩，熔结现象显著，可能为碎屑流堆积相，亦可能为涌流堆积相。虽然不同露头岩体中晶屑及岩屑的含量有所区别，但塑性变形的岩屑及玻屑十分普遍，形态复杂。出现条带状、透镜状、火焰状塑性岩屑，表明区内出现强弱交替的火山作用，喷发的炽热火山碎屑物有时在向外移动过程中呈层状移动，有时在扑撩云中以涡流或紊流方式运动。

4.2 喷溢相

以流纹岩为代表，包括含角砾流纹岩、流纹构造流纹岩、石泡流纹岩、霏细结构流纹岩，依据不同的结构构造特征可划分为上部、中部、下部亚相。具石泡、球粒结构的流纹岩可划分于流动单元上部亚相，原生气孔最为发育；位于公园南门入口处大面积分布的紫红色流纹岩河滩，流纹构造发育，斑状结构，位于流动构造的中下部，其中含角砾层位于下部，为酸性熔岩流夹裹底部角砾或同生角砾形成，中部岩体由于冷凝速率相对上下部较慢，流纹构造发育良好，结晶程度也相对较好。

4.3 爆溢相

区内出露流纹质晶屑凝灰熔岩夹层，可归为爆溢相，是介于火山强烈爆发与宁静喷溢间的过渡岩相，其流动构造不发育。与该相流纹质晶屑凝灰熔岩伴生的流纹质晶屑熔结凝灰岩亦可能同为爆溢相产出，但需要更为深入的岩矿特征鉴定，有待进一步探讨。

5 园区成因演化探讨

公园园区正位于云山火山构造洼地的西侧边缘，往南毗邻石牛山火山构造洼地的东北缘。该区域通过遥感解译存在一个隐性的环状构造（图1），实测剖面资料中段碎裂集块岩层段产状呈现内倾，具有破火口的特性。园区主要岩相以爆发相流纹质熔结凝灰岩为主，间以崩落堆积亚相火山集块岩和火山角砾岩，并以喷溢相流纹岩、爆溢相凝灰熔岩为夹层，存在多个不完整旋回，是该区火山活动逐渐转弱的表现，也印证了云山范围内火山喷出中心活动、迁移或向四周扩散，由层状火山形成期逐渐发展成为穹状火山、破火山的过渡阶段［1］。

园区形成寨下组上段酸性火山熔岩——火山碎屑岩的火山岩组合的同时，北东东向拉张作用的加剧派生了北西向挤压应力，产生北西向张裂隙［1］。园区内外逐步形成了以北东东向、北西向断裂为主的地质构造格局。伴随着新构造运动的升降和震荡，区内燕山晚期的火山——沉积岩体暴露在外动力地质作用下，雨水裹携着岩土构成的碎屑流，不断在百漈沟沟谷中进行下蚀和侧蚀，形成明显的差异风化。构造断裂带等逐步发育成更具规模的峡谷，岩体薄弱形成跌水，岩体致密处形成岩槛，最终呈现出八大瀑布和众多嶙峋怪石的地质遗迹景观。

6 结论

（1）园区火山岩地层为石帽山群上段寨下组上部，酸性火山碎屑岩——酸性熔岩组合，以流纹质（含）晶屑熔结凝灰岩为主，并含（含角砾/流纹构造/霏细结构/石泡）流纹岩、火山角砾岩、火山集块岩、流纹质凝灰熔岩等，与云山地区双峰式火山岩中酸性端元的特征相符。

（2）园区火山岩相含爆发相、喷溢相及爆溢相，其中以爆发相流纹质熔结凝灰岩为主，间以崩落堆积相火山角砾岩和火山集块岩、喷溢相流纹岩及爆溢相凝灰熔岩夹层，反映出火山活动进入尾声，火山喷发形式逐渐转变的特点。

（3）园区内酸性火山碎屑岩—酸性熔岩基底在燕山晚期及新构造运动、外动力地质作用的共同作用下产生差异风化，最终形成各类典型地质遗迹风景。

致谢：本文依托于福建永泰百漈沟省级地质公园规划及调查专项，调查工作由项目组共同完成。成文过程中得到刘震高级工程师和杨春发高级工程师的悉心指导，在此一并表示诚挚感谢！