自然地理野外实习报告
对峨眉山玄武岩柱状节理的认识
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对峨眉山玄武岩柱状节理的认识
一、 实习地点：峨眉山龙门硐地质剖面保护点，如图1、2
图1 龙门硐地质剖面保护点
图2玄武岩柱状节理出露处
二、实习时间：2011年7月11日 三、实习天气：阴间小雨 四、实习目的：
通过实地观察，认识龙门硐地质剖面保护点的岩石类型、岩性、地质构造特征及其成因，加深对节理概念的理解，并着重对峨眉山玄武岩进行深入了解，对柱状玄武岩的成因展开探讨， 除外，结合相关方面的研究论文，对柱状节理的前沿研究加以搜集和了解，深化对自然地理理论知识的掌握。
五、实习内容：
1．玄武岩与峨眉山玄武岩
1.1玄武岩岩性特征及成因
玄武岩是一种基性喷出岩，主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中二氧化硅含量最多，约占45%至50%左右，岩石密度为2.8～3.3g/cm3，质地致密，比重比一般花岗岩、石灰岩、沙岩、页岩都重。压缩强度大，耐久性甚高，节理多，且节理面多成六边形；具脆性，气孔和杏仁构造常见。颜色常见的多为黑色、黑褐或暗绿色。玄武岩是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石，在岩石分类中属于岩浆岩（也叫火成岩）。产状表现为裂隙式喷发和中心式喷发两种喷发方式，
1.2峨眉山玄武岩特征
峨眉山玄武岩产状属于裂隙式喷发，主要为陆相裂隙式或裂隙—中心式溢出的基性岩流，以玄武岩为主，局部地区有粗面岩、安山岩、流纹岩及松脂岩等，常具拉斑玄武岩结构、气孔及杏仁状结构，实习过程中，这些结构都实际看到，属中二叠世晚期至晚二叠世早期构造。
图3 峨眉山玄武岩 图 4 峨眉山柱状玄武岩
实习期间根据岩石颜色、质地、产状等特征结合老师讲解对岩石类型进行了辨识，并在龙门硐至清音水电站之间的路上发现了斑状、隐晶质、杏仁状三大套九小套的韵律层。发现柱状节理的实习地点位于龙门硐地质剖面保护点碑记至清音水电站途中的玄武岩柱状节理出露处，该地地处牛背山大断层上，是一处逆断层，断面倾向于南西方向，倾角较陡，区域内为顺倾的斜坡，也有局部滑落的现象，出露部分现玄武岩柱状节理。
2．节理与玄武岩柱状节理
1.1节理
所谓节理，是指由构造运动将岩体切割成具有一定几何形状的岩块的裂隙系统，也是岩体中未发生位移(实际的或潜在的)的破裂面，按其成因可分为原生节理和次生节理两大类。
1.2柱状节理及其成因
玄武岩柱状节理是发育于玄武岩中的一种原生张性破裂构造，表现为岩体破碎不完整，明显受各种原生构造、表生改造、构造的影响。一个多世纪以来,许多学者均以泥裂成因为类比,持传统的冷却收缩作用假说，该学说认为，玄武岩流中柱状节理的理想生成方式是岩流冷却过程中，平坦的熔岩冷凝面形成无数规则而又间隔排列的均匀收缩中心，产生垂直于收缩方向的张力裂隙，体积收缩引起岩石物质向固定的内部中心聚集，致使岩石裂开，形成多面柱体。在理想的情况下，如果岩石是均匀的，则收缩中心的距离相等，最终在平面上呈
现六边形图案，随着岩浆不断冷却凝固，张力裂隙就在垂直于冷凝面的方向上形成规则的六棱柱体。实际上，玄武岩柱体形成时受到种种环境条件的影响，特别是岩体内的非均质结构，因而在柱裂面上，就形成六边形，四边形以及七边形等多种组合情况，实习期间学生看到，峨眉山龙门硐地质剖面保护点的柱状玄武岩呈现出四边形、六边形等多种柱状体，具体到部分区域呈不规则形体，但整体来看其柱面较平，也以前面所述柱体居多。
2.3对柱状节理的研究近况
通过查资料、看论文得知，对于柱状玄武岩的成因，国内外不少学者开展了卓有成效的研究。其中，七十年代,Ryan与Sammis提出了柱状节理形成机制的新模式；八十年代,Kancha提出了双扩散对流作用假说；九十年代，Muller（1988）等学者以不同比例的面粉与水混合，在一定的条件下使其干化，观察到一系列类似于玄武岩柱裂才条状体的出现，实验结果充分说明了玄武岩柱状节理冷却收缩形成机制的可能性。
此外，不少学者还从对柱状节理的表征单元的尺度和分布进行了定量分析，有些还对此进行了模拟。其中，张伟（中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083）等人在其论文“一种推断岩体裂隙几何参数概率模型的新方法”中基于数值逼近原理，提出了岩体裂隙网络理论中描述裂隙几何参数概率密度函数的新方法—切比雪夫多项式拟合法，并通过理论分布曲线的数值检验和实测样本数据的检验，表明切比雪夫多项式拟合法是正确而实用的。宁宇（河海大学 岩土工程研究所，江苏 南京 210098）等人针对白鹤滩水电站坝区柱状节理岩体中的I类柱状节理，提出了柱状节理网络的随机模拟方法，编程实现了基于Voronoi方法的随机柱状节理生成，并通过Fortran语言编写成符合3DEC内置语言的命令文本，将之直接转化生成可以计算的三维数值模型，解决了传统裂隙网络模拟方法不能很好地使用与柱状节理模拟的困难。
人们对节理的认识从简单的定性描述开始向定量的分析和模拟转变，并随着不同研究方法的引入而使得对节理的认识更为深入而全面，且在工程地质方面的研究更为深入。
六、总结与体会
节理是很常见的一种地质构造现象，即我们在岩石上所常见的裂缝，主要是由于岩石受力而产生的并且断裂面的两侧没有发生明显的（肉眼可见的）位移，地质学上将这类裂缝称为节理。
实习过程中，一堆规则的柱状石头吸引了学生的目光，它们规则的形状不禁让人惊叹大
自然的鬼斧神工，不由得猜想它们是怎么形成的，于是，学生重点对此构造进行了重点关注，
拍摄了大量照片并重点对老师的讲解加以记忆，实习结束后根据老师所讲，通过上网查资料、看书、看论文等方式进一步对峨眉山龙门硐地区地质概况进行了了解，并对柱状玄武石的成因展开探究，大致了解了柱状玄武岩的成因，并了解到对于柱状玄武岩的研究已经到了能够进行定量模拟和分析的阶段。
通过前期实习实地考察及后期看书查资料，学生对于龙门硐地区的柱状玄武岩获得了如下认识：
1、龙门硐地区柱状岩石的类别：通过实地观察发现其颜色多为黑色或黑褐色，敲取一块下来掂其重量，发现其比重大，质地致密，同时根据其纹理等特征判定该地柱状岩石的类别为玄武岩；
2、龙门硐地区柱状节理倾斜向下的原因：该地地处牛背山大断层上，是一处逆断层，断面倾向于南西方向，倾角较陡，区域内为顺倾的斜坡，局部出现滑落，出露部分现玄武岩柱状节理；
3、柱状节理的成因：学术界普遍认同的是冷却收缩作用假说，该学说认为，玄武岩流中柱状节理的理想生成方式是岩流冷却过程中，平坦的熔岩冷凝面形成无数规则而又间隔排列的均匀收缩中心，产生垂直于收缩方向的张力裂隙，体积收缩引起岩石物质向固定的内部中心聚集，致使岩石裂开，形成多面柱体；
4、柱状节理的最新研究动态：目前，不少学者对柱状节理的研究上升到了定量分析阶段，有些还对此进行了模拟，其中，张伟等人在其论文中提出了岩体裂隙网络理论中描述裂隙几何参数概率密度函数的新方法——切比雪夫多项式拟合法；宁宇等人针对某地特定柱状节理，提出了柱状节理网络的随机模拟方法，编程实现了基于Voronoi方法的随机柱状节理生成，并通过Fortran语言编写成符合3DEC内置语言的命令文本，将之直接转化生成可以计算的三维数值模型，解决了传统裂隙网络模拟方法不能很好地使用与柱状节理模拟的困难。
