“火山构造–岩性岩相–火山地层”三重填图法的研究与应用

2014-08-25

上世纪70年代以来，我国东南沿海火山岩区地质工作者吸收国内外先进的工作方法和经验，在1:20万区调填图过程中，创立了“火山地层–岩性岩相”双重填图法，使陆相火山岩区区域地质调查工作取得了飞跃式发展。随着地质工作的不断深入和1:5万区调工作的开展，“双重填图法”在火山岩区区调工作中的不足逐步显现，尤其是在连片分布火山岩区火山构造的研究中问题更为突出。因此，如何改进火山岩区填图方法，提高火山地质研究程度，成为火山岩区区域地质调查工作面临的一项重要课题。近二十多年来，福建省地质调查研究院对陆相火山岩区填图方法进行反复探索和试验，特别是在1:5万福安市等4幅区调联测立项报告中，提出全面实施“‘火山构造–岩性岩相–火山地层’三重填图法”方法研究，项目设计系统阐述该填图方法体系，具体部署了实施方案，详细制定了技术路线。经1:5万福安市等4幅区调联测项目的研究应用，证明该方法在火山岩区区调填图中行之有效，可以显著提高火山地质研究程度。

一、“三重填图法”的基本内容

1．理论基础

“三重填图法”的理论基础是现代火山地质学的理论、火山活动的规律及火山岩区独特的地质特征。其主要依据是火山产物具有旋回性和韵律性、火山产物与火山构造在时空与成因上具有一致性、火山活动的不均衡性导致火山产物的多变性、火山岩区的不整合具有复杂性及多样性、层状火山岩系与非层状潜火山岩密切共生等。

2．工作思路

近二十多年来，东南沿海火山岩区的地质工作者经过长期的探索和实践，从以单个火山构造研究扩展到多个、多种火山构造之间相互关系、组合形式、空间分布格局及其与区域构造关系的研究，并逐步形成了“火山构造–岩性岩相–火山地层”的综合研究趋势。因此，火山岩区填图工作的思路是将火山产物与火山构造形迹作为地质整体同时研究。

3．工作程序

在分析、综合研究前人资料的基础上，以遥感地质解译为先导，以填制火山岩相构造图、恢复火山（古火山）面目及火山活动历史为主体，并与地球物理方法相结合，最终解决火山构造的模式、空间格局、演化及火山基底构造型式或深部构造问题。

4．工作重点

查明单个火山构造单元的喷发物分布范围，环状、放射状断裂及岩脉，进而研究火山构造单元间喷发物的叠置关系、火山断裂的交切关系，火山构造群居、组合、空间分布格局及其与区域构造（深部构造）的关系。填绘及编制出能全面反映不同时期、不同阶段火山作用特点和演化规律，客观反映古火山面貌、层次分明、具较强立体感的火山岩区地质图及火山构造岩相图。

5．基本任务

（1）以火山构造单元为范围，建立火山岩系地层层序，确定火山岩形成时代，划分火山喷发韵律、火山活动旋回，并进行区域对比，查明火山地层的时空演化规律。（2）正确划分火山岩相类型，查明各岩相的时空分布规律，研究各种岩相的形成环境、相序结构、岩相组合，进行相分析，恢复火山活动的演变历程，提供寻找火山矿产的信息。（3）正确划分和确定火山构造的级别和类型，在划分研究Ⅴ级火山机构的基础上，重点研究火山构造的空间组合方式和时空分布格局、火山构造与区域构造的关系，探讨测区火山活动的迁移演化规律以及火山活动的大地构造背景。（4）综合运用遥感、地球物理资料研究火山构造。

二、“三重填图法”的技术方法

1．收集分析前人资料，捕捉火山构造信息

通过前人资料的系统清理、综合研究，从火山产物空间分布特征，一些特殊的岩石（如碎斑熔岩等）及某些断裂、岩墙（脉）的产出形态，火山岩产状变化等蛛丝马迹的仔细分析与研究，预测火山构造。对这些能反映火山构造、火口位置的地质体、地质要素及喷发物，用规定的花纹图例表示于地质草图上。

2．遥感地质解译

在地质填图前应对遥感资料进行系统解译，解译从已知到未知，先宏观后局部，先易后难，逐步推广至全区。由于火山构造规模大小悬殊，宜采用不同比例尺的航卫片进行解译，大型或巨型火山构造采用卫片或小比例尺的航片。重点判别环形以及线形断裂的分布、环形影像间的相互关系，找出不同时代地层、岩石及火山构造影像的特征及判别标志。对于卫片上反映的火山地质信息，用已规定的图例编制卫片解译图，并在地质草图上作标记，以便实地验证。

3．地球物理资料的应用

岩浆上升的通道受火山基底构造、深部构造制约，物质运动的结果是以地球物理、化学场来显示其分布特征。重磁异常从总体上反映地壳内密度体和磁性体分布状态，也是火山活动结果地质体空间位置的反映。大型或巨型环状火山构造往往在地球物理、化学场上有明显表现。

4．野外踏勘，统一地质术语，规范地质填图

在收集分析前人资料及卫片解译基础上，选择、部署野外踏勘路线，踏勘路线要穿越主要火山岩带，踏勘代表性剖面，以了解掌握测区不同时代火山地层层序、岩石组合特征、地层的划分标志、火山构造及区域构造的概貌，注意收集沉积夹层特征及分布规律，收集确定标志层资料，初步建立测区岩石地层层序，提出火山地层的划分方案，初步厘定地质填图单位。有目的地验证航卫片上环形影像，了解环形影像内岩石及构造特征。采集一套具代表性的标本或难于识别的岩石标本，并做薄片鉴定，以掌握岩石微观、宏观特征。

由于火山岩区岩石类型多、岩性复杂多变、结晶细小，难以准确定名，地质填图必须统一地质术语，排除异名同物和同物异名的错误。野外调查中岩石的分类命名，统一采用国际地科联（IUGS）火成岩分类委员会推荐的《火成岩分类方安》，并参考《火山岩区区域地质调查方法指南》所采用的分类命名方案。

　　5．野外地质填图

　　（1）火山岩石地层、岩相剖面测制

通过地质填图，在基本查明火山构造面貌的基础上进行火山岩石地层、岩相剖面的测制。剖面应详细研究各岩层的岩性特征，各岩层间的相互关系，纵横向的变化等。要尽可能多测产状，观察记录各种火山作用现象。收集各岩相的实际资料，观察各岩相间的关系。研究火山喷发旋回及韵律、建立地层层序，确定划分岩石地层单位、岩石组合、火山岩岩相类型及相序特征。此外，系统采集各类分析测试样品，对沉积岩夹层要注意采集化石、孢粉，以确定喷发时代，必要时应采集同位素年龄样。

　　（2）标志层选择确定

　　 利用标志层对火山地层进行划分、对比和火山构造的恢复，是一种行之有效的手段。因此，无论是剖面测制，还是在填图过程中都应注意选择岩性比较特殊、有一定层位、区域分布比较稳定、易鉴别的岩层作为标志层。

（3）火山岩地质填图及连图

　　 野外地质填图首先是进行岩性层填图，路线填图应将不同岩性层逐层填绘出来，查明其层序、岩石组合特征，收集火山作用现象资料及其他地质作用资料。火山岩区连图要综合考虑地层、岩性、岩相、产状、接触关系、火山作用特点以及地形地貌等因素连图。同时尽可能在野外据岩石露头所反映的地形、地貌特征勾绘地质界线，并充分利用航卫片资料，保证填图质量，以使填绘的地质图地层、岩相（岩性）空间分布特征与区域构造协调相一致、层次分明，火山构造轮廓清楚。

（4）火山岩产状测量

　　 火山岩产状测量要充分利用沉积夹层、成层性好的凝灰岩、沉凝灰岩、不同粒级构成的韵律层和由气孔、杏仁体、斑晶、玻屑等定向排列或颜色、成分差异形成的条带、条纹、流面等系统，准确地测量火山岩产状。要利用皱纹状流动构造、气孔形态、流动构造绕角砾或斑晶流动等特征来判断和测量岩流的流动方向。火山岩的节理产状也不能忽视，特别是柱状节理更不能忽视，尤其是火山机体的中心部位更要系统测量。要求凡能测量产状的地质体必须定点定距离测量。

（5）火山构造的调研

火山构造是火山岩区填图的关键问题，尤其是火山通道相的确定，应尽力查明火山通道的位置，火山通道相岩石的产状、岩相特征、流动构造特征、蚀变（带）、节理的变化特征及近火山通道相的岩石特征等。在通过地层岩相填图恢复圈定具体火山机构基础上，着重研究火山构造群居及火山构造组合关系，以及火山构造空间分布规律与区域构造关系，并选择典型代表性火山机构或群体进行剖析，以研究不同时期火山作用特点及岩浆演化规律，探讨火山构造成因机机制及演化历程，建立火山构造模式。

6．成果总结与图件编制

（1）火山岩区地质图表示内容

　　 为了使图面上能比较清晰地反映区域地质构造及古火山构造面貌，火山岩区地质图应表示：地层单位及其界线，岩性层的花纹及其界线，岩相界线（特殊岩层或岩石则应按实际或扩大表示），火口或推测火口，火山机构类型、火山产物来源地及空间分布范围，区域断裂及火山断裂，岩层产状、流面产状、熔岩流动方向、岩脉、矿化蚀变以及同位素年龄等。

（2）火山岩相构造图的编制及表示内容

　　 编图比例尺拟编1:10万，以1:5万地质图为底图编制，后缩绘成1:10万，编图前要根据表示内容精心设计一套简单形象的花纹图例。编图以突出火山构造为原则，其他火山基底地质内容及一些范围小、与火山构造关系不甚密切的地质体以及分布范围小的岩性岩相可作进一步归并简化。

 火山岩相构造图表示主要内容：①主要的岩性、岩相及其界线，标志层；②不同时期火山地层（旋回）及其界线；③不同级别、类型火山构造及其产物的分布范围；④侵入状地质体——岩穹、潜火山岩、隐爆角砾岩、同期的不同类的侵入体；⑤环状、放射状断裂、区域断裂；⑥岩层产状、流面产状、熔岩流动方向、侵入状地质体接触面产状；⑦同位素地质年龄；⑧矿化蚀变带；⑨火山基底地层与岩石；⑩对研究程度不同的古火山口（通道）则用不同图例加以区分表示。

上述火山岩相构造图表示的内容，在编图过程中或成图时可根据图面负担和布局略加取舍，以求图面清晰、合理，且能客观正确反映火山地层（旋回）、岩相和火山构造。

（3）火山岩区地质报告的编写

报告编写必须以当前火山地质学的新理论、新方法为指导，如实客观地总结测区火山地质特征及其规律，全面反映测区地质成果和调研水平，探讨当前火山地质学领域深层次的地质问题。

三、“三重填图法”的应用效果

近二十多年来，陆相火山岩区“三重填图法”经过13个测区44个1:5万或1:25万图幅的探索和研究，取得了良好的效果，最终成果评为优秀级的图幅有27幅，占62%；良好级的图幅有17幅，占38%。

试点项目福建1:5万福安市等4幅区调，在陆相火山岩区填图方法研究方面取得了重要进展，总结出版了“三重填图法”研究报告，填制的火山岩区1:5万地质图及火山岩相构造图（图1），火山构造面貌清楚、层次分明、具较强立体感，全面反映不同时期、不同阶段火山作用特点和演化规律，建立的火山岩地层格架客观、合理，显著提高了火山地质研究程度，2006年荣获国土资源科学技术二等奖。2011年1:：5万纯池幅地质图（图2）在全国优秀图幅展评中荣获特别荣誉奖。

福建1:25万周宁县等5幅区调项目运用“三重填图法”开展区域地质调查，解决了许多历史遗留重要地质问题，特别是解决了闽浙两省中生代地层划分对比的关键问题，是近年来中国东南大陆中生代火山地层区域对比研究的重要进展，为最终在浙闽赣苏皖粤琼诸省沿海地区建立全区性统一的晚中生代火山地层系统起到了重要的示范和推动作用。出版了《福建东部、浙江西南部地区中生代火山岩石地层划分与时代对比研究报告》，2009年荣获国家国土资源系统科学技术二等奖，2011年1:25万周宁县幅地质图（图3）在全国优秀图幅展评中荣获特别荣誉奖，2011年1:5万白云幅及1:25万龙岩市幅地质图在全国优秀图幅展评中荣获一等奖。

与“火山地层–岩性岩相”双重填图法比较，“火山构造–岩性岩相–火山地层”三重填图法具有以下优点：强调研究火山岩地层必须与火山构造单元相结合的原则，通过合理建立火山岩区地层格架，正确阐述火山作用的时空演化规律；加强火山岩区的火山构造研究，将研究单一的火山机构扩展到多个、多种火山机构之间相互关系、组合、空间分布格局的研究，进而探讨其与区域构造关系；重视将火山岩与同期侵入岩作为岩浆作用产物的整体而统一研究；强调遥感地质解译在火山岩区地质填图中的作用，使地质填图工作有的放矢。