王存智，朱清波，楊祝良，沈加林，姜 楊，靳國棟，周效華，時 磊

（中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016）

柱狀節(jié)理指發(fā)育于火山巖中的一種呈規(guī)則的或不規(guī)則的四方、五方、六方棱柱體形態(tài)的原生張性破裂構(gòu)造，常構(gòu)成壯觀的石柱群［1］。世界上絕大多數(shù)火山巖石柱均發(fā)育在產(chǎn)狀平緩的玄武巖中［2－4］，因此一般也認(rèn)為柱狀節(jié)理只能發(fā)育在SiO2含量較低（45%～52%）、粘度小、流動性大的基性噴出巖中［5－6］。近年來的野外地質(zhì)調(diào)查表明，在響巖、流紋英安斑巖和流紋斑巖［1，7－8］、英安斑巖［9］、霏細(xì)斑巖（浙江鎮(zhèn)海古雙巖）和流紋質(zhì)碎斑熔巖（浙江臨海大堪頭破火山）［10］、安山巖［11］、甚至熔結(jié)凝灰?guī)r［12］等中酸性巖石中均可發(fā)育柱狀節(jié)理，其連續(xù)的石柱面積一般不超過30km2［13］。

香港西貢地區(qū)發(fā)育了世界上面積最大的糧船灣組流紋質(zhì)碎斑熔巖石柱群，估算碎斑熔巖巖穹原始面積可達(dá)150km2［14］，其獨特的地貌形態(tài)構(gòu)成香港世界地質(zhì)公園的核心地質(zhì)景觀，六邊形石柱也因此成為該地質(zhì)公園的圖案標(biāo)志。前人對該石柱區(qū)原生柱狀節(jié)理已有報道［13，15］，但關(guān)于柱狀節(jié)理的構(gòu)造特征尚缺少系統(tǒng)研究。筆者近期對糧船灣組柱狀節(jié)理進(jìn)行詳細(xì)研究，系統(tǒng)測量了原生柱面產(chǎn)狀、石柱截面形態(tài)及大小、石柱柱體高度和傾斜方向及次生節(jié)理［16］等，結(jié)合前人資料，探討柱狀節(jié)理的成因。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

香港位于中國東南大陸巨型中生代陸相火山巖帶內(nèi)，巖漿活動十分劇烈，晚中生代陸相火山巖約占陸地基巖面積的50%［15］。位于香港東部的西貢地區(qū)是香港晚中生代火山巖主要分布區(qū)之一，出露的火山巖地層包括糧船灣組（Krh）、檳榔灣組（Krp）、孟公屋組（Krm）、鷓鴣山組（Krc）和摩星嶺組（Krd）。

糧船灣組火山巖是香港地區(qū)中生代最晚期火山噴發(fā)的產(chǎn)物，其鋯石U－Pb年齡為140Ma［17］，屬西貢破火山機(jī)構(gòu)的中央侵出相流紋質(zhì)碎斑熔巖巖穹［14］，以鉀長石和石英斑晶發(fā)育碎斑結(jié)構(gòu)和珠邊結(jié)構(gòu)、基質(zhì)發(fā)育霏細(xì)結(jié)構(gòu)與流動構(gòu)造為特征，其邊緣局部過渡為流紋質(zhì)熔巖流［14］。西貢破火山屬于被長期剝蝕（海蝕）作用嚴(yán)重破壞的破火山機(jī)構(gòu)［18］，推測其中心大致在沙塘口山—火石洲一帶，破火山的東半部已基本隱沒于海平面之下，目前所見的火山巖石柱僅為碎斑熔巖巖穹的殘留部分［19］。

糧船灣組碎斑熔巖構(gòu)成的中央侵出相巖穹現(xiàn)今集中保留于西貢郊野公園東南部萬宜水庫周圍，同時還零星殘留于糧船灣海諸小島（包括滘西洲、大頭洲、吊鐘洲、匙洲、伙頭墳洲、沙塘口山、火石洲、牛尾洲東部）、清水灣半島東南部及其以東的若干島嶼（平面洲、大癩痢、青洲、果洲群島）（圖1），普遍以發(fā)育柱狀節(jié)理和形成石柱群為其地貌特色，構(gòu)成了香港世界地質(zhì)公園西貢火山巖園區(qū)獨特的地質(zhì)景觀。

糧船灣組石柱群不同程度受斷裂、節(jié)理等后期構(gòu)造的改造。香港全區(qū)位于NE 向蓮花山斷裂帶內(nèi)，表現(xiàn)為區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，包括NE、NNE、NW、NNW 等幾組斷裂，主干斷裂常近于垂直或陡傾（＞70°），其中NE 向斷裂最為發(fā)育，主要為走滑斷裂［20］，明顯控制了中生代巖漿活動及現(xiàn)代地貌［21］。NE和NW 向斷裂及其伴生的節(jié)理是影響西貢火山巖石柱群形貌特征的主體構(gòu)造［22］。

圖1 香港西貢地區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)文獻(xiàn)［14］修改）Fig．1 Generalized geological map of Sai Kung area in Hong Kong

2 原生柱狀節(jié)理構(gòu)造特征

2．1 大浪灣—浪茄灣一帶

大浪灣—浪茄灣一帶是糧船灣組火山巖石柱群的集中分布區(qū)之一。作者對該區(qū)浪茄灣南側(cè)的萬宜水庫東壩、大浪灣西海岸、罾棚角及飯甑洲等地的石柱群進(jìn)行了實地測量。

萬宜水庫東壩火山巖石柱露頭新鮮，大壩兩端及周圍地區(qū)柱狀節(jié)理十分發(fā)育，石柱形態(tài)保存完好，是觀察糧船灣組石柱群的絕佳場所。石柱以規(guī)則的六方柱為主，局部為五方柱。常見相鄰的三個柱體三邊交匯構(gòu)成清晰的三聯(lián)點，三者呈標(biāo)準(zhǔn)的120°夾角。此處柱體高達(dá)20～50m，直徑以1m 左右為主，次生節(jié)理不太發(fā)育，局部見橫節(jié)理。東壩西側(cè)最引人注目的是彎曲的火山巖石柱（No．65），石柱群總體向北西傾伏，傾伏方向與橫節(jié)理的傾向一致；石柱體內(nèi)部發(fā)育撓曲構(gòu)造，撓曲的軸面產(chǎn)狀（105°∠42°）也與柱體的橫節(jié)理產(chǎn)狀一致，沿?fù)锨淖畲髲澢恢糜谢詭r脈（120°∠45°）侵入并向上呈尖滅狀（圖2）。對于本處彎曲石柱的形成，認(rèn)為是石柱在尚未完全固結(jié)的半塑性狀態(tài)下流變剪切作用而成［19］，屬于成巖過程中的同生構(gòu)造。

大浪灣西海岸大部分地區(qū)次生節(jié)理較為發(fā)育，以縱節(jié)理為主。火山巖石柱發(fā)育較差，呈支離破碎狀，僅在堿田灣一帶（No．17）發(fā)育尚可。柱體截面總體以不規(guī)則的五邊形為主，直徑為1．3～1．9m。石柱高度以10～20m 為主，局部可達(dá)50～60m，均向南西傾伏。

罾棚角—飯甑洲位于大浪灣南部與浪茄灣之間，火山巖石柱發(fā)育較完整（圖2）。在飯甑洲燈塔附近，可見石柱極為發(fā)育，從海面一直延伸至山頂，高為5～40m。次生縱節(jié)理不太發(fā)育，一般僅發(fā)育在石柱內(nèi)部，延伸不遠(yuǎn)，對原生柱面并無改造。石柱截面形態(tài)保存完好，總體以六邊形為主，柱邊平直，三聯(lián)點清晰可見。柱體直徑一般1～2m，總體較為直立，略向南西傾伏（石柱棱產(chǎn)狀250°∠80°）。

2．2 糧船灣半島

糧船灣半島是糧船灣組的命名地，是香港世界地質(zhì)公園內(nèi)火山巖石柱發(fā)育最典型的地區(qū)，但其東、西兩側(cè)海岸火山巖石柱的發(fā)育略有差異。

圖2 大浪灣—浪茄灣一帶糧船灣組火山巖石柱構(gòu)造特征及剖面Fig．2 Structural characteristics and cross－section of volcanic columns in High Island Formation，Tai Long Wan and Long Ke Wan areas

糧船灣半島東海岸石柱總體發(fā)育完整（圖3），尤其白臘仔一帶（No．24）發(fā)育極好。石柱截面以六邊形為主，直徑均為1～2m，柱體高20m 左右，均近直立產(chǎn)出，稍向南西傾伏（石柱棱產(chǎn)狀251°∠84°）。次生縱節(jié)理不太發(fā)育，一般僅發(fā)育在石柱內(nèi)部，陡傾、透入性不強(qiáng)，不切穿柱體。對石柱群破壞較明顯的為橫節(jié)理，均向北東方向緩傾（傾角約20°），石柱群沿橫節(jié)理發(fā)生滑動形成向北東緩傾的正滑斷層，多形成橫切石柱的平臺。

在糧船灣半島西海岸，火山巖石柱群次生節(jié)理較發(fā)育，對石柱破壞明顯，原始形態(tài)保存較差（圖3），與糧船灣半島東海岸形成鮮明對比?？傮w看，火山巖石柱以六邊形和五邊形為主，直徑約2m，少量大者可達(dá)4m（No．44），柱體總體向南西陡傾（石柱棱產(chǎn)狀245°∠67°）。局部地區(qū)如深篤和大巖頂（No．71）一帶，火山巖石柱群被次生縱節(jié)理改造，很難識別原生的柱狀節(jié)理及其三聯(lián)點。許多露頭看似石柱的柱體，實則均為次生縱節(jié)理相互交切形成的次生節(jié)理柱，使得原生柱狀節(jié)理的截面形態(tài)及大小難以鑒別。橫節(jié)理也普遍發(fā)育，總體向北東方向緩傾（傾角10°～20°），空間上傾向和傾角略有變化，總體與石柱的柱體（棱）產(chǎn)狀垂直，將石柱體切割成長短不一的石柱，在海浪沖蝕下石柱極易垮塌，沿橫節(jié)理面多形成臺階狀的平臺。

圖3 糧船灣半島火山巖石柱構(gòu)造特征（圖例說明同圖2）Fig．3 Structural characteristics of volcanic columns in High Island

2．3 伙頭墳洲—橫洲

伙頭墳洲位于糧船灣半島企頭角頂東側(cè)，石柱總體向南西方向傾伏，次生縱節(jié)理密集發(fā)育，傾向以北西向和北東向為主，多構(gòu)成一組共軛剪節(jié)理，將石柱強(qiáng)烈切割成棋盤狀、碎塊狀和短柱狀，遠(yuǎn)處觀看似原生石柱，實則普遍為次生節(jié)理柱。近處觀察已難辨完整的石柱，僅能識別部分石柱的原生柱面及其三聯(lián)點。

橫洲位于伙頭墳洲東南側(cè)，石柱較為發(fā)育，特別是西部石柱極為發(fā)育，柱體形態(tài)保存完好，以規(guī)則的六方柱為主，局部為五方柱，三聯(lián)點清晰可見，柱體高達(dá)10～30m，直徑以1m 左右為主，整體向南西傾伏（石柱棱產(chǎn)狀240°∠70°）。這一帶火山巖石柱橫節(jié)理普遍發(fā)育（60°∠20°），在浪擊線附近逐漸演變成海蝕凹槽，導(dǎo)致石柱崩塌形成陡崖等海蝕地貌。在橫洲南部則出現(xiàn)海蝕洞、海蝕拱等海蝕地貌（圖4）。類似的石柱海蝕地貌在大浪灣、浪茄灣、糧船灣半島及橫洲、果洲等島嶼同樣明顯。

2．4 沙塘口山—火石洲

沙塘口山位于伙頭墳洲西南，火山巖石柱被次生節(jié)理明顯破壞，且發(fā)育沿次生節(jié)理方向侵入的基性巖脈（圖5左上）。但較之于伙頭墳洲，沙塘口山的石柱相對完整，可識別部分石柱的原生柱面和三聯(lián)點，形態(tài)以六邊形和五邊形石柱最為發(fā)育；柱體較粗大，直徑一般約2m，少數(shù)達(dá)3m，一般高5～10m，整體向南西陡傾（石柱棱產(chǎn)狀250°～260°∠70°～75°）（圖5）。

火石洲位于沙塘口山東南，火山巖石柱群特征較為明顯，以粗大的六方柱為主，直徑約2．5～3m，總體向南西方向陡傾（石柱棱產(chǎn)狀265°～280°∠70°～75°）。后期次生縱節(jié)理較為發(fā)育，使得柱體截面較為破碎，形態(tài)不規(guī)則；橫節(jié)理也較為發(fā)育，總體向北東—南東緩傾（85°～100°∠15°～20°），與石柱柱體近垂直。在火石洲東側(cè)崖壁可見石柱群沿多個滑動面向東倒塌，依橫節(jié)理或斷層面形成兩級石柱階梯，第一級高度從海平面至約5m 高處，第二級出現(xiàn)于約20～30m 高度處（圖5）。

圖4 伙頭墳洲－橫洲糧船灣組火山巖石柱構(gòu)造特征（圖例說明同圖2）及石柱剖面Fig．4 Structural characteristics and cross－section of volcanic columns in High Island Formation，Town Island and Wang Chau areas

圖5 沙塘口山－火石洲火山巖石柱構(gòu)造特征與基性巖脈（圖例說明同圖2）Fig．5 Structural characteristics of volcanic columns and mafic dikes in Bluff Island and Basalt Island

2．5 滘西洲

滘西洲位于糧船灣半島以西，柱狀節(jié)理極為發(fā)育，但普遍被次生節(jié)理破壞而呈破碎狀，尤其北部破壞強(qiáng)烈，已不見保存完整的石柱（圖6）。

遠(yuǎn)觀滘西洲南岸，可見石柱群景觀，近距離觀察，因后期次生節(jié)理發(fā)育而多數(shù)被破壞，但仍能識別石柱原始形態(tài)，部分三聯(lián)點較為清晰。柱體以六方柱和五方柱為主，直徑一般約3m，大者可達(dá)4 m；柱邊平直，向北西陡傾（石柱棱傾伏向320°），傾角一般為75°～80°。橫節(jié)理在滘西洲普遍存在，整體向東緩傾（傾角5°～10°），一般與石柱柱體（棱）近垂直產(chǎn)出，是石柱傾倒的重要因素。

2．6 吊鐘洲

吊鐘洲位于滘西洲南側(cè)，石柱總體完整性較差，柱體最高可達(dá)10m，以不規(guī)則的五方柱為主，少量六方柱，直徑一般2～3m。西南部柱狀節(jié)理發(fā)育較好，東部因后期次生節(jié)理發(fā)育多數(shù)已被破壞，但部分仍可見若干清晰的三聯(lián)點。次生節(jié)理以橫節(jié)理為主，產(chǎn)狀總體向北東－南東緩傾（70°～100°∠5°～15°），與石柱體近垂直，導(dǎo)致石柱沿節(jié)理面倒塌入海，在近岸形成臺階狀平臺。此外，縱節(jié)理也較發(fā)育，雖已切穿柱體，但尚未使其分離破碎，對石柱的整體性影響不大（圖7）。

圖6 滘西洲火山巖石柱構(gòu)造特征（圖例說明同圖2）Fig．6 Structural characteristics of volcanic columns in Kau Sai Chau

圖7 吊鐘洲石柱群構(gòu)造特征（圖例說明同圖2）及石柱剖面Fig．7 Structural characteristics and cross－section of volcanic columns in Jin Island

2．7 果洲群島

果洲群島包括北果洲島和南果洲島，均發(fā)育完整的火山巖石柱，直徑以1．5～2m 為主，以不規(guī)則的六邊形為主，尤其在北果洲西側(cè)保存尤為完好。次生縱節(jié)理的改造較弱，總體保存了火山巖石柱的原始形態(tài)。

果洲群島發(fā)育一組與石柱柱體垂直的橫節(jié)理，向北北西緩傾（350°～355°∠10°～15°），是破壞石柱的主要因素，導(dǎo)致石柱破裂倒伏，至少形成三級石柱平臺。第一級高度由海平面延伸至高5m 處，第二級位于約15～25m 高度，第三階一般40～50m，最高達(dá)80m（圖8）。

圖8 果洲群島火山巖石柱構(gòu)造特征（圖例說明同圖2）Fig．8 Structural characteristics of volcanic columns in Kwo Chau Islands

3 柱狀節(jié)理成因分析

熔巖冷卻中形成的原生破裂構(gòu)造主要為多邊形柱狀節(jié)理，對于火山巖原生柱狀節(jié)理的研究已在自然界熔巖［23－24］及類似物理實驗［25］中得到深入研究，這為認(rèn)識熔巖的流變學(xué)特征［26］、冷卻和侵位過程提供了重要信息［27－29］。

目前，大多數(shù)研究者認(rèn)為柱狀節(jié)理的形成與熔巖冷卻過程中熱收縮相關(guān)［25－26，30－31］，其節(jié)理密度和石柱大小主要取決于熔巖的冷卻速率，而與巖漿的成分、黏度并不存在密切關(guān)系［29］。黏度大的酸性巖漿在成巖過程中，在一定條件下可形成柱狀節(jié)理，如我國吉林四平山門白堊紀(jì)流紋巖石柱［7］、浙江鎮(zhèn)海四顧山、黃巖五部和古雙巖霏細(xì)斑巖石柱、臨海杜橋流紋斑巖石柱、浙江衢州湖南鎮(zhèn)和臨海桃渚流紋質(zhì)碎斑熔巖石柱［1］等。

香港西貢地區(qū)糧船灣組火山巖巖性單一，均為流紋質(zhì)碎斑熔巖，發(fā)育柱狀節(jié)理，形成規(guī)模巨大的火山巖石柱群，以規(guī)則的六方柱為主，相鄰柱體之間的三聯(lián)點清晰可見，呈標(biāo)準(zhǔn)的120°夾角。對于其成因，前人用冷凝收縮成因的觀點進(jìn)行了解釋［19］。

研究表明，糧船灣組火山巖屬西貢破火山機(jī)構(gòu)的中央侵出相碎斑熔巖巖穹［19］，碎斑熔巖巖漿從主噴發(fā)通道侵出后，充溢于破火山口洼地并向四周流動，在地表形成類似蘑菇狀的侵出相巖穹；因其組分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對均一，在冷凝附著面上形成規(guī)則而又間隔排列的均勻收縮中心，產(chǎn)生垂直于收縮方向（即流面）的張裂隙，各方向相等的張應(yīng)力可通過3組彼此以120°角相交的張節(jié)理（三聯(lián)點）的形成而得以釋放。這些垂直于聯(lián)結(jié)等距離點（收縮中心）的直線所構(gòu)成的裂隙呈規(guī)則的六邊形，并在垂直于冷凝面的方向上不斷往巖漿深部延伸發(fā)育，從而形成六方柱體。但若冷卻中心分布不均勻、或流面冷卻速率存在差異，則可形成五邊形甚至四邊形柱體。當(dāng)巖漿呈整體快速冷卻時，不易形成柱狀節(jié)理或形成的柱狀節(jié)理形態(tài)不太規(guī)則。本次研究對大量原生柱面產(chǎn)狀的測量統(tǒng)計顯示，柱面產(chǎn)狀較為分散，各個方向均有發(fā)育，其無序性也符合冷凝收縮成因模式。

火山巖的柱狀節(jié)理均垂直于熔巖層面，其截面可代表熔巖流面產(chǎn)狀［32］。西貢地區(qū)大致以牛尾洲—吊鐘洲—伙頭墳洲—橫洲為界，北邊石柱主要向南西傾伏，南邊石柱主要向北西傾伏，總體傾向南西、北西及正西。因此，推測火山中心可能在牛尾洲西側(cè)，且糧船灣組碎斑熔巖的流向總體向東。受蓮花山斷裂帶的影響，火山巖石柱區(qū)次生節(jié)理發(fā)育，形成不同方向的縱節(jié)理和橫節(jié)理，尤其是產(chǎn)狀相對平緩的次生橫節(jié)理對石柱群造成嚴(yán)重破壞，沿橫節(jié)理發(fā)展的正滑斷層［16］和長期的海蝕作用，導(dǎo)致石柱群形成海蝕洞、斷層崖等地貌，并最終形成西貢現(xiàn)今火山巖石柱區(qū)景觀。

4 結(jié) 論

（1）香港西貢地區(qū)糧船灣組火山巖石柱截面形態(tài)以六邊形為主，少量為五邊形及不規(guī)則狀。柱體截面直徑以1～3m 為主，少數(shù)可達(dá)4～5m。石柱發(fā)育高度一般20～30m，少數(shù)極發(fā)育地區(qū)可高達(dá)50m以上。石柱整體向NW 和SW 傾伏。

（2）香港西貢地區(qū)糧船灣組火山巖柱體發(fā)育程度各地有明顯差異。萬宜水庫東壩、北果洲島、吊鐘洲南岸、糧船灣半島白臘灣東岸、火石洲等地，石柱極為發(fā)育，總體規(guī)模大；伙頭墳洲—橫洲、糧船灣半島西海岸、吊鐘洲西海岸、牛尾洲東海岸、南果洲島、沙塘口山北岸等地，石柱發(fā)育一般；滘西洲西海岸等地石柱不發(fā)育。

（3）香港西貢地區(qū)糧船灣組火山巖石柱三連點發(fā)育，夾角為120°，顯示其古河冷凝收縮的成因；原生柱面產(chǎn)狀統(tǒng)計顯示其柱面產(chǎn)狀較分散，且各個方向均有發(fā)育，說明其原生收縮冷凝成因具有無序性，符合冷凝成因模式。此外，石柱大致以傾向南西、北西及正西等三個方向發(fā)育，推測碎斑熔巖噴發(fā)中心可能在牛尾洲西側(cè)。

致謝：本文系集體勞動成果，成文過程中得到了南京地質(zhì)調(diào)查中心總工程師邢光福研究員的悉心指導(dǎo)，在此表示誠摯的謝意！

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