雁蕩山是一座典型的以流紋質火山巖地貌景觀為主題的世界地質公園,處於中國東南沿海浙江省濱海山嶽-海灣灘涂過渡地帶,最高海拔百崗尖 1056.5米,最低海拔20米,由於地殼抬升,切割較深,地勢高差懸殊,以多樣性的流紋質火山巖山嶽地貌為特色。雁蕩山在大地構造位置上,處於環太平洋亞洲大陸邊緣構造巖漿帶中的中國東南沿海中生代火山巖帶上,是該帶中具代表性的一座古火山。
經過眾多地質學者的研究,針對流紋質火山巖地貌形成的原因,認為主要是通過兩種作用:
區域性斷裂作用
組成雁蕩山流紋質火山巖地貌的主要物質基礎是一套晚白堊世火山噴溢形成的熔巖,運用火山巖化學成分分類圖(即TAS 圖),雁蕩山火山巖整體均屬流紋巖類,其礦物組分主要為斜長石、鉀長石以及石英。通過薄片鑑定與電子探針分析發現,流紋質火山巖中的長石在成巖後,經歷了一系列的水巖化學反應,主要有:①斜長石絹雲母化;②碳酸鹽礦物的交代作用;③鉀長石的鈉長石化。通過野外調查發現,雁蕩山地貌中形成的崖嶂、洞穴外壁均見發育有密集的擠壓型破劈理,流紋巖、流紋質熔結凝灰巖樣品在顯微鏡下觀察,巖石碎裂化明顯,常見網狀裂隙,塑性玻屑呈條紋狀定向分布,均脫玻重結晶。這些證據與區內發生的較為強烈的壓性、壓扭性斷裂作用相一致,斷裂帶中劈理髮育,密集成帶分布,破碎帶內巖石受擠壓成片狀、長條狀、小透鏡體狀,透水性與含水性較好,為巖石之間發生強烈的水巖反應提供良好的條件,包括斜長石絹雲母化、鉀長石鈉長石化以及碳酸鹽化。
水巖化學作用
在水巖化學作用下,原巖礦物的風化分解以及新礦物的生成,這一過程使巖石的礦物組分與微細觀結構發生了質的變化,從而改變了巖石的物理性質。電子探針的分析結果表明,在斜長石絹雲母化過程中,存在明顯的 Si、Na 流失和 K、Al 的富集,這是因為析出的鈉離子與水中的 OH - 結合形成 NaOH真溶液隨水遷移,析出的 SiO 2 呈膠體狀態流失,鋁矽酸、鉀離子則與一部分 OH - 結合形成絹雲母殘留在原地。這種元素流失特徵可以導致巖石孔隙度增加,降低了原有巖石的密度,從而破壞其原有的力學強度。化學反應變化過程中,物質的交換作用也會促進原巖次生孔隙的形成。流紋巖鉀長石鈉長石化過程中,小原子半徑的 Na 交代大原子半徑的 K,克分子體積減小,孔隙度最大增量可達6.8%。
鉀長石鈉長石化的同時還伴隨溶解作用,溶解作用為鈉長石化提供 Na + 來源,並由流動的孔隙水將 K + 等溶解物質帶出,從而產生溶孔。方解石交代作用也同樣能產生溶孔,鉀長石斑晶先溶蝕為方解石沉澱提供空間,其後方解石在酸性流體作用下更易遭受溶蝕再次產生溶孔。同時,流紋質熔結凝灰巖中的玻屑均脫玻化、重結晶,已變為霏細 - 微晶狀長英質,而火山玻璃在適當的水分、溫度、壓力條件下發生脫玻化,在向晶體轉化過程中產生的脫玻化孔對孔隙度的貢獻也是客觀的。可見,不論是水巖化學作用還是脫玻化作用,均促進了次生孔隙的形成,而孔隙的形成進一步為流體提供了運移通道與化學反應場所,促使水巖化學作用再次加劇,經水化學環境改造後的巖石孔隙結構與水巖作用相互依存、相互促進。
次生孔隙的生成會直接引起巖石物理性質的變化。隨著孔隙率的增加,巖石內摩擦角、粘聚力等抗剪強度參數呈現遞減趨勢。實驗表明,巖石抗壓強度也會隨巖石水巖化學作用的增強而呈減小趨勢。巖石內部賦存的孔隙、裂隙水在外界溫度交替變化下發生凍融循環,從而對巖石物理力學性能產生不可逆的損傷,引起宏觀上巖石的片狀剝落、剝蝕斷裂等現象。同時,巖石密度的降低與孔隙度的增加,加之巖石表面溫度變化引起不同礦物差異性膨脹與收縮,破壞礦物間的結合力,當礦物間的結合力不足以承受巖石自身重力時,就會引起宏觀上的巖石重力崩塌現象。
地貌形成演化的物質基礎是特定的巖性,而後主要受地質構造運動控制形成,但在之後漫長的地質歷史過程中,巖石的微觀化學風化作用始終不斷地進行著,進一步雕琢著中小型地貌景觀。巖石水巖風化作用在微觀上表現為物質組分變化、產生次生孔隙等,而在宏觀上則表現為巖石物理力學強度降低,引起巖石片狀剝落、剝蝕斷裂、重力崩塌等現象,進而形成了各種形態的地貌景觀,如五馬回槽崖嶂、觀音洞、響板洞、蓮花洞、方洞等景觀就是在這種微觀化學風化與物理風化長期作用下形成的。