为什么火山岩柱状节理大多是六边形

喷出岩体的原生构造是火山喷发到岩浆侵出、溢出地面流动，最后冷却成岩过程中形成的各种构造。这些原生构造被广泛应用于确定岩层的顶、底面，分析火山喷发旋回，确定熔岩流动方向，恢复火山机构。喷出岩体中原生构造的成因相对复杂，按形成时的流变学性质，可简单地分为原生流动构造和原生破裂构造

(一)原生流动构造

流面和流线构造：喷出岩体中的流面由片状、板状矿物以及扁平状火山碎屑定向排列组成，是熔浆在流动过程中形成的。流面大致与火山熔岩流底面平行。流线是由针状，柱状矿物及长条状火山碎屑定向排列形成的。它可以指示熔岩流的相对流动方向，在未经剧烈构造变动的喷出岩体中，流线的倾伏方向可以代表熔岩的流动方向。流面和流线构造常见于在中、酸性的熔岩和火山碎屑中。

流纹构造：流纹构造是由于熔浆流动而形成的，由不同颜色的条带、拉长的气孔或结晶的不均匀性显示出来的一种构造(图9-14)。流纹构造可以指示熔岩的流动面产状，它主要发育在流纹岩等酸性或碱性火山熔岩中。

图9-14 大兴安岭中生代白音高老组流纹岩中的流纹构造

绳状构造：熔岩表面呈绳索状扭曲的构造称为绳状构造(图9-15)，是冷却的熔岩流的表面外壳受其下流动着的熔岩流影响而发生拖拉和扭曲的结果。绳状构造所在的表面就代表一次喷出的熔岩的顶面。常见于基性熔岩中。

气孔构造和杏仁构造：岩浆从火山口向外溢出时，由于压力和温度降低，岩浆中的挥发分往外逸出，在冷却后的火山岩中留下圆形、椭圆形、蝌蚪状、串珠状、管状、云朵状和不规则形状的孔洞，这种孔洞称气孔构造；如果气孔构造内被方解石、沸石、玉髓等矿物质充填，就成为杏仁构造(图9-16)。

图9-15 美国圣海伦斯火山熔岩中的绳状构造

图9-16 大兴安岭中生代玄武安山岩中的杏仁构造

气孔构造在中、基性熔岩中比较发育。它相对集中分布于各熔岩层的顶部和底部，一般底部气孔小而少，顶部气孔大而多(图9-17)，而且顶部和底部的气孔形态也不尽相同。例如，熔岩底部气孔多呈扁平状沿层分布，或呈倾向熔岩流动的上游方向的管状形态，管状分叉指向熔岩底部(图9-18)；熔岩顶部气孔多呈圆形或蝌蚪状，蝌蚪状气孔细尾部到大头部可以指示熔浆流动方向，有时熔岩顶部气孔呈云朵状，云朵状弯曲的中轴线的倒向指示熔浆的流动方向。

图9-17 熔岩中气孔形态、分布与熔岩层顶底关系

(据E.S.Hills，1972)

图9-18 管状气孔分叉指向岩层底面

(据R.R.Shrock，1948)

枕状构造：枕状构造是水底喷发的或从陆地流入海中的基性熔岩所形成的一种原生构造。熔岩多呈枕状椭球体，也有球状、柱状者。一般底面较平，顶面上凸呈枕状，故称枕状构造(图9-19)，单个枕状椭球体称岩枕，表层坚硬，结晶程度比内层要差，具有玻璃质冷凝边；内有气孔呈同心层状或放射状分布(图9-19)，气孔数量由里向外逐渐增多；中部有空腔。多数岩枕在固结时常残留塑性变形遗迹，有因重力向下方间隙下垂的形迹，由此特征可判断沉积当时的上下方向。岩枕内可见放射状节理(图9-20)。枕状熔岩常与沉积岩伴生，枕状椭球体之间常有沉积物充填，其中还可以找到生物化石。

图9-19 枕状构造

呈乳滴状，外壳致密，与内核界线清晰，发育放射状节理

图9-20 枕状构造断面示意图

(据G.A.Macdonald，1972)

石泡构造：是由于黏稠的熔浆在其冷凝固结时，体积缩小，气体不断逸出，熔浆不断凝结形成的一种中空球状体。一般由不同颜色的同心层状空腔和球粒结晶层相间排列构成，空腔内常有后生矿物(石英、玉髓、玛瑙、萤石、沸石、绿泥石、黄玉等)集合体充填，空腔间由纤维状长英质矿物组成。在酸性熔岩层的表面呈带状产出，可以指示熔岩层的顶面。

熔渣状构造：在基性熔岩中多见，当熔岩溢出地表流动时，大量气体、水分等挥发物向熔岩表面集中或逸出，使顶面的玻璃质壳层破坏而呈蜂窝状形态(图9-21)，因外表极似熔渣，呈熔渣状构造，也可以指示熔岩层的顶面。

图9-21 大兴安岭新生代橄榄

玄武岩表层的熔渣构造

(二)原生破裂构造

在火山岩体中，最典型的原生破裂构造是柱状节理。

图9-22 大兴安岭新生代橄榄

玄武岩中的柱状节理

柱状节理：熔岩流在冷凝收缩过程中形成垂直于熔岩流表面的破裂构造，并把熔岩分割成多边形柱状体称为柱状节理(图9-22)。发育较好的柱状节理横截面多为等六边形，而发育稍差的则有四边形、五边形或七边形等多种形态。柱状节理在玄武岩中常见，发育程度较好，有时也见于安山岩、流纹岩和熔结凝灰岩中，但发育程度较差。此外，在超浅成岩、浅成岩和火山通道中也可见到柱状节理。在熔岩和熔结凝灰岩中，柱状节理总是垂直于熔岩的流动面，可以据此确定熔岩层面的产状。

在我国的云南，山东，福建几个省市都有柱状节理的景点，韩国还有柱状节理带景区。柱状节理说的是一种垂直节理，一般出现在玄武岩质熔岩里面。从火山口喷出的岩浆遇到海水会发生快速的冷却，会造成体积收缩，形成柱状节理地貌。在很多和火山岩有关的地质公园里面都可以见到柱状节理的地貌。

柱状节理的节理柱的外形中最常见的是五边形和六边形的，大部分的节理面都是平直的，并且相互之间也是平行的。这些节理柱的直径大概从几厘米到几米都有。柱状节理构造是一种规则或者不规则的柱状形态的原生张性破裂构造，一般在火山熔岩和玄武岩中常见。有时在熔结凝灰岩，中酸性熔岩，基性岩脉中也可以看到柱状节理。对于它的形成，广泛认同的原因是冷却收缩，在熔岩的冷凝面有很多均匀的收缩中心。熔岩的体积收缩会造成岩石物质向这些固定的内部中心聚集，造成岩石的裂开，形成一种多面柱体。

我国很多个地方都有这种柱状节理。云南省腾冲县的神柱是我国发现的规模最大的柱状节理。福建省漳州市的南碇岛上的柱状节理规模同样也很大，而且和腾冲的相比它的观赏价值更高。在韩国的济州岛西归浦市也有壮美的柱状节理带，海浪拍打海岸上石柱时的景象非常壮观。

时间和精力允许的时候，可以多去看看像柱状节理这样的奇特地貌，感受大自然的鬼斧神工。在出发之前最好先搜一搜攻略，也可以先在网上订票，订好酒店，这样到了当地会更方便一些。一般柱状节理都是在火山地质公园里的观光项目，而在这些公园里面还有其他很多美丽的景色，周末可以选择带上孩子去领略大自然的神奇风貌，也可以扩大孩子的眼界。

(一)喷出岩体的流动构造

1.流纹构造

流纹构造(rhyolitic structure)是由不同颜色的矿物、拉长的气孔或结晶的不均匀性所显示出的条纹(图9－5)，常见于中、酸性熔岩中。它的形成主要与上、下层熔岩差异流动造成顺熔岩流动的剪切作用有关。流纹构造只能指示熔岩流动面的位置，但不能指示熔岩流动的方向。

图9－5 福建建瓯溪口流纹岩中的流纹构造、杏仁体形态及岩屑

2.流面和流线

熔岩的流面是由片状、板状矿物、斑晶及火山灰流的晶屑定向排列组成的，通常在具流纹构造的熔岩或熔结凝灰岩中出现，流面产状大致反映出熔岩流动面的产状，但不能指示流动方向。

流线由针状、柱状矿物及火山灰流的晶屑或岩屑定向排列而成，其形成方式与侵入岩体流线的形成方式完全相同，流纹能指示熔岩相对流动方向。

3.绳状构造

熔岩(lava)表面呈绳索状扭曲的构造称为绳状构造(ropystructure)。绳状构造是处于炽热塑性状态熔岩的上部表面薄壳受到下部熔岩流动的影响而发生拖拉和卷扭的结果，一般呈弧形，弧顶指向流动方向，常见于黏度小、气体少、温度高、凝固慢的基性熔岩的表面，如黑龙江五大连池玄武熔岩中就广泛发育典型的绳状构造(图9－6)。

图9－6 黑龙江五大连池老黑山附近熔岩流中的绳状构造弧形突出的顶点指向流动方向

4.气孔构造和杏仁构造

当熔浆自火山通道向外流出时，由于压力和温度降低，其中所含气体便向外逃逸，冷却后就在岩石中留下许多孔洞，这些孔洞称气孔构造(vesicular structure)。气孔常呈圆形、椭圆形(图9－7)、蝌蚪状、管状(图9－8)、云朵状(图9－9)、倒水滴状、串珠状和不规则状等。气孔的形态与岩浆的黏度有关，一般基性岩浆黏度小，熔岩的气孔多呈圆形或椭圆形;酸性岩浆黏度大、其相应熔岩的气孔多呈不规则状。当气孔被次生矿物，如沸石、方解石、冰洲石、玉髓等充填时，则称为杏仁构造(almond-shaped structure)(图9－9)。

图9－7 熔岩中气孔形态、分布与熔岩顶、底关系图

图9－8 管状气孔分叉指向岩层底面

气孔构造在浮岩和火山渣中最为发育，在玄武岩中也经常见到。它相对集中分布于各层熔岩的顶部和底部，并大致平行于熔岩层面。一般情况是底部气孔小而少，顶部气孔大而多，而且顶部和底部气孔形态也不尽相同(图9－7)。根据气孔的分布和形态，可以判断熔岩层面位置、熔岩喷发次数、熔岩顶面和底面以及熔浆流动方向。例如，熔岩底部气孔多呈扁平状沿层分布，或呈倾向熔浆流动的上游方向的管状形态，其管状分叉指向熔岩底面(图9－8)。熔岩顶部气孔多呈圆形或蝌蚪状，蝌蚪状气孔自细尾部到大头部可以指示熔浆流动方向。有时熔岩顶部气孔呈云朵状，云朵状弯曲的中轴线倾向的反方向代表熔浆的流动方向(图9－9)。

图9－9 云朵状杏仁体构造(箭头指向岩浆流动方向)(据HillsE.S.，1972)

(二)喷出岩体的破裂构造

1.枕状构造

常见于海底喷发的基性熔岩中。单个岩枕的底面较平或微向上凹，顶面上凸，形如枕头，故称枕状构造(pillow structure)(图9－10)。枕状构造表面常形成玻璃质薄壳，中心部分结晶较好，边缘常见放射状微晶及气孔带。断面具放射状或同心圆状龟裂。如果几层岩枕相叠，则上层岩枕的底面形态为下层岩枕顶面形态的铸型。因此，枕状构造沿层分布的现象可以作为指示熔岩层的标志。

2.柱状节理

柱状节理(columnar joint)一般垂直于熔岩的流动层面或火山管道壁，主要发育于产状干缓的火山岩内(图9－11)。柱状节理的横截面通常呈六边形，但亦有四边形、五边形或七边形的。柱状节理围限的岩柱直径一般几厘米至几米。柱状节理的形成与熔岩冷凝收缩有关。因此，柱状节理面垂直于火山岩的冷凝面。据此，柱状节理产状可以确定熔岩流动面和岩体的产状。柱状节理常见于玄武岩质及安山玄武岩质熔岩流中，还可以发育在火山灰流中，也可以在超浅成岩体中见到。

图9－10 枕状构造断面示意图

图9－11 河北玄武岩中的柱状节理