中国东部与南部中酸性火山岩柱状节理特征及其形成机制研究

本研究针对中酸性火山岩(IFVRs)中罕见的柱状节理形成机制问题，通过对中国11个火山岩区的详细野外观测，揭示了其形态特征、尺寸分布(侧边长10–161 cm)及有序性(六边形指数0.68–1.5)，提出高喷发速率熔岩流在平坦区域通过停滞冷却过程(焊接/脱玻化)更易形成柱状节理，为理解非基性火山岩构造演化提供了新视角。

　　

在地球表面那些令人惊叹的几何奇观中，玄武岩的柱状节理早已成为地质教科书中的经典案例。从爱尔兰巨人堤道到美国魔鬼柱，这些规整的六棱柱体见证了岩浆冷却收缩的物理奇迹。然而，当这种神秘的多边形图案出现在粘度更高的中酸性火山岩(Intermediate to Felsic Volcanic Rocks, IFVRs)中时，却给地质学家们抛出了新的谜题——为什么在化学成分更复杂的流纹岩、安山岩里，这种结构更为罕见？其形成机制是否与基性岩存在本质差异？

中国东部与南部广布的晚侏罗世至早白垩世火山岩为破解这一谜题提供了天然实验室。研究人员通过对11个典型火山岩区(如辽东半岛、浙闽沿海等)的系统调查，测量了2530个柱体侧边长度和257个多边形截面，首次全面揭示了IFVRs中柱状节理的形态多样性。研究发现，这些"非典型"柱状节理虽与玄武岩柱共享相似结构，但其尺寸变化范围更大(10–161 cm)，六边形有序性更低(六边形指数0.68–1.5)，且常呈现独特的五层架构模式。

关键技术方法包括：1) 野外实测柱体几何参数(侧边长L、相交角θ、边数N)；2) 基于冷却速率与应变速率关系的形成条件分析；3) 通过岩相学特征反演熔岩流变学行为；4) 建立Hexagonality Index(六边形指数)定量评价柱体有序性。

Columnar joints in IFVRs
研究发现IFVRs柱状节理可划分为5种结构类型：单一垂直柱廊(Type Ia)、双柱廊结构(Type Ib)、含内部弯曲带的复杂结构等。与玄武岩不同，IFVRs柱体尺寸与岩浆主量元素成分无直接关联，而是受控于岩相结构、侵位方式与环境因素。

Colonnade patterns
柱廊排列方式呈现垂直、倾斜和水平三种主要形态。在台州、大冶等地的流纹岩中，薄层弯曲带将柱体分割为不同取向的区块，这种"多米诺骨牌式"变形结构暗示了冷却过程中的差异应力场。

Conclusions
研究证实IFVRs中柱状节理的形成需要三个关键条件：1) 足够高的喷发速率保证熔岩体量；2) 平坦地形(如盆地底部、破火山口内)促进均匀冷却；3) 通过焊接或脱玻化(devitrification)实现的停滞冷却过程。这一发现不仅完善了火山岩构造理论，更解释了为什么在相同地质背景下，IFVRs柱状节理的出现概率仅为基性岩的1/30——更高的粘度和更低的侵位温度显著降低了裂纹发育的可能性。

该成果发表于《Journal of Volcanology and Geothermal Research》，为理解硅质岩浆系统的热-力学行为提供了新范式。特别是提出的"停滞冷却控制论"，突破了传统基性岩柱状节理研究中单纯强调冷却收缩的局限，将火山机构、地形地貌与熔岩流变学特性纳入统一解释框架，对火山灾害评估和地热资源勘探具有指导意义。