沉積巖石學(xué)-第6章 火山碎屑巖

1第六章火山碎屑巖第1節(jié)概述第2節(jié)火山碎屑巖組分特征第3節(jié)火山碎屑巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造第4節(jié)火山碎屑巖的分類與命名第5節(jié)火山碎屑巖的類型及特征2冰島火山位于冰島南部亞菲亞德拉冰蓋的艾雅法拉火山，2010年4月14日凌晨1時(shí)北京時(shí)間9時(shí)，火山開始噴發(fā)34噴發(fā)出的火山灰直沖數(shù)公里的高空，15日的猛烈爆發(fā)形成了高10000米的混雜有巖石的火山灰柱。55月6日上午，美國宇航局“TERRA”衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀捕捉到艾雅法拉火山所噴出的濃厚的火山灰云正在向東南方向吹去。678據(jù)路透社統(tǒng)計(jì)，火山灰迫使約10萬架次航班取消，打亂1000萬旅客行程，航空業(yè)損失達(dá)17億美元左右。910111213第1節(jié)、概述概念火山碎屑巖是由火山爆發(fā)產(chǎn)生的同期火山碎屑物質(zhì)，經(jīng)空氣或水介質(zhì)的搬運(yùn)、堆積、固結(jié)而形成的巖石?；鹕剿樾紟r是介于火山巖與沉積巖之間的巖石類型，因此在形成作用、巖性特征、分布規(guī)律等方面具有雙重性，并存在與二者的過渡類型。14研究火山碎屑巖的意義了解火山活動(dòng)和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)歷史；了解地殼、上地幔的成分、結(jié)構(gòu)及巖漿起源；火山碎屑巖中蘊(yùn)藏著重要的礦產(chǎn)；火山碎屑巖的堆積具有等時(shí)性，可作為劃分對(duì)比地層的依據(jù)。15一火山碎屑的來源依據(jù)物源的不同，可將火山碎屑分為漿源來源于火山爆發(fā)前的巖漿和其中的結(jié)晶物質(zhì)。同源來源于先期噴發(fā)的已固結(jié)的同源火山巖。異源來源于火山基底的巖石或火山通道的非同源巖石。第2節(jié)火山碎屑的組分特征16二火山碎屑的類型及特征火山碎屑物質(zhì)按其組成及結(jié)晶狀況分為巖屑包括塑性、半塑性和剛性巖屑、晶屑和玻屑塑性玻屑。17（一）巖屑巖屑形狀多樣，大小不一。依其物態(tài)可分為剛性和塑性兩大類。1剛性巖屑已固結(jié)的熔巖、火山基底或火山通道的圍巖等，在火山噴發(fā)時(shí)，被崩碎而成的巖石碎屑。巖屑在粗火山碎屑巖中較常見，尤以酸性火山噴發(fā)中最常見。巖屑常呈棱角狀、不規(guī)則狀，粒度變化范圍較大。18剛性巖屑19202塑性巖屑（漿屑）（也可分為塑性和半塑性兩類）火山噴出的熔漿團(tuán)，在堆積時(shí)仍未固結(jié)，保持塑性狀態(tài)，后經(jīng)塑變而成。塑性巖屑縱斷面呈火焰狀、撕裂狀、樹枝狀、紡綞狀、透鏡狀、條帶狀等，橫斷面常呈壓扁狀、餅狀，片狀。內(nèi)部具玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，可含少量斑晶和氣孔，常呈定向排列。2122半塑性巖屑噴發(fā)時(shí)未完全固結(jié)，空中飛行時(shí)形態(tài)可發(fā)生變化，降落時(shí)已完全固結(jié)，外形常呈紡錘形、梨形等，表面具有旋扭紋理和裂隙，并具有一層淬火邊。粒度一般2MM，內(nèi)部可有斑晶、氣孔等?；鹕綇梻€(gè)體較大，大者可達(dá)數(shù)米。外形常呈紡錘形、橢球形、梨形、麻花形及各種不規(guī)則狀，表面常有飛行過程中扭曲而成的紋理和裂隙。內(nèi)部空心或多孔狀，氣孔從內(nèi)到外由多到少，由大變小，有時(shí)呈同心狀分布。23麻花狀火山彈24（二）晶屑火山噴發(fā)時(shí)被崩碎的熔漿中早期結(jié)晶的斑晶或已固結(jié)巖石所含礦物晶體的碎屑。晶屑的形態(tài)受礦物本身的晶體習(xí)性和解理等性質(zhì)的影響。一般呈不同程度的尖角狀、港灣狀，裂紋發(fā)育。25石英晶屑表面光潔，具港灣狀熔蝕邊、不規(guī)則裂紋發(fā)育，有時(shí)殘存六方雙錐和短六方柱外形；長石晶屑有較高自形程度，沿解理面或雙晶面破碎，局部呈階梯狀、尖角狀；黑云母晶屑常呈撕裂狀、不規(guī)則鋸齒狀，被彎曲、扭折，具暗化邊等。根據(jù)晶屑的礦物組合，可以判斷巖漿的性質(zhì)，如酸性火山噴發(fā)可出現(xiàn)石英、長石和黑云母的礦物組合。26石英晶屑27石英晶屑28石英晶屑29長石晶屑有較高自形程度，常沿解理面或雙晶面破碎，局部呈階梯狀、尖角狀。30透長石晶屑31正長石晶屑32斜長石晶屑33長石晶屑34黑云母晶屑常被彎曲、扭折，兩端呈撕裂狀、不規(guī)則鋸齒狀，具暗化邊結(jié)構(gòu)等。35黑云母晶屑36角閃石晶屑37（三）玻屑火山噴發(fā)時(shí)，壓力降低，氣體驟然膨脹，炸碎形成的玻璃質(zhì)碎屑。玻屑的粒度一般較小，通常在01001MM左右。玻屑可分為剛性玻屑和塑性玻屑。1剛性玻屑玻屑的形態(tài)取決于炸碎前氣孔壁的原始形狀，一般呈各種形態(tài)的弧面棱角狀和浮石狀。38弧面棱角狀剛性玻屑鏡下常呈弓形、弧形、鐮刀形、月牙形、雞骨狀、管狀、海綿骨針狀、不規(guī)則尖角狀，其共同特點(diǎn)是具不完整氣孔壁的特征。在凝灰?guī)r中普遍出現(xiàn)。3940剛性玻屑41剛性玻屑42浮石狀剛性玻屑是沒有徹底炸碎的弧面、棱面狀玻屑，內(nèi)部保留較多的氣孔，狀如浮石，在中基性火山碎屑巖中出現(xiàn)較多。432塑性（變）玻屑形成于火山爆發(fā)的熾熱火山灰流中，降落時(shí)仍呈塑性狀態(tài)玻屑。塑性玻屑的形態(tài)隨塑變的強(qiáng)度而異，弱塑變的邊緣圓化，但仍保留原來的凹面棱角狀的變余形態(tài)；強(qiáng)塑變的堆積后被壓扁、拉長，常平行排列，并繞過剛性巖屑和晶屑，顯示假流紋構(gòu)造。44弱塑變玻屑45強(qiáng)塑變玻屑4647一、結(jié)構(gòu)1、火山碎屑物的粒級(jí)劃分集塊100MM、火山角礫1002MM、火山灰2005MM、火山塵005MM。第3節(jié)火山碎屑巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造482、火山碎屑巖結(jié)構(gòu)類型1）火山碎屑結(jié)構(gòu)是正?；鹕剿樾紟r的常見結(jié)構(gòu)，由剛性火山碎屑物經(jīng)壓結(jié)而成。按照火山碎屑物的大小分為集塊結(jié)構(gòu)；火山角礫結(jié)構(gòu)；凝灰結(jié)構(gòu)。492）熔結(jié)火山碎屑結(jié)構(gòu)由塑性火山碎屑物彼此平行重疊熔結(jié)而成。按照火山碎屑物的大小分為熔結(jié)集塊結(jié)構(gòu)；熔結(jié)火山角礫結(jié)構(gòu)；熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)。50513）火山碎屑熔巖結(jié)構(gòu)火山碎屑物被熔漿膠結(jié)而成。按照火山碎屑物的大小和含量熔巖集塊結(jié)構(gòu)集塊熔巖結(jié)構(gòu)、熔巖火山角礫結(jié)構(gòu)火山角礫熔巖結(jié)構(gòu)、熔巖凝灰結(jié)構(gòu)凝灰熔巖結(jié)構(gòu)。524）沉火山碎屑結(jié)構(gòu)由火山碎屑物和陸源碎屑物膠結(jié)而成。按照火山碎屑物和陸源碎屑物的大小和相對(duì)含量分為沉集塊結(jié)構(gòu)凝灰礫狀結(jié)構(gòu)沉火山角礫結(jié)構(gòu)凝灰砂狀結(jié)構(gòu)、沉凝灰結(jié)構(gòu)凝灰粉砂狀結(jié)構(gòu)。533、火山碎屑巖的膠結(jié)（成巖）方式壓結(jié)火山碎屑物通過壓實(shí)、壓緊作用固結(jié)成巖；熔結(jié)塑性火山碎屑通過熔結(jié)作用成巖；熔巖膠結(jié)火山碎屑主要由熔漿膠結(jié)成巖；化學(xué)膠結(jié)碎屑主要由化學(xué)物質(zhì)或火山灰經(jīng)化學(xué)分解物所膠結(jié)。54二構(gòu)造1層理構(gòu)造火山碎屑巖通常不顯層理，但在水?dāng)y或風(fēng)攜的火山碎屑沉積中，也可出現(xiàn)小型和大型交錯(cuò)層理以及平行層理。2遞變層理主要出現(xiàn)在沉積物重力流火山碎屑巖類中。系陸上或水下火山碎屑重力流以懸浮和遞變懸浮搬運(yùn)和沉積作用所致。有正遞變、反遞變以及疊覆遞變層理。3假流紋構(gòu)造因塑性巖屑和塑性玻屑被壓扁、拉長，定向排列而顯示出來的一種類似流紋的構(gòu)造現(xiàn)象，故稱假流紋構(gòu)造。主要出現(xiàn)在流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r中。55遞變層理假流紋構(gòu)造56假流紋構(gòu)造與流紋構(gòu)造的區(qū)別流假紋構(gòu)造流紋構(gòu)造流紋的組成塑性巖屑、玻屑?jí)罕饫L熔巖條紋、拉長氣孔、杏仁，定向的斑晶流紋形態(tài)寬窄不定、斷續(xù)延伸、可有分叉紋理細(xì)密、連續(xù)、不分叉氣孔和杏仁無或很少常見斑晶晶屑雜、破碎、不定向，可垂直流紋成分單一、晶體完整、平行流紋分布基質(zhì)由塑性玻屑組成玻璃質(zhì)、微晶質(zhì)、隱晶質(zhì)、巖屑常見少見57塑變玻屑定向排列假流紋構(gòu)造584平行構(gòu)造泛指由伸長形的火山碎屑物，如透鏡體、餅狀體、熔巖團(tuán)塊和條帶等定向排列所組成的構(gòu)造。它的連續(xù)性與平行性不及假流紋構(gòu)造。595斑雜構(gòu)造是火山碎屑物在顏色、粒度、成分上分布不均，且無定向性，而表現(xiàn)出來的一種雜亂構(gòu)造。除上述構(gòu)造外，有時(shí)還見氣孔、杏仁構(gòu)造、火山泥球及豆石構(gòu)造等，甚至在某些火山細(xì)屑巖中還見有生物攪動(dòng)構(gòu)造及實(shí)體化石。60三、顏色火山碎屑巖常具有特殊鮮艷的顏色，如淺紅、紫紅、嫩綠、淺黃、灰綠等，它是野外鑒別火山碎屑巖的重要標(biāo)志之一。顏色主要取決于物質(zhì)成分。中基性火山碎屑巖色深，為暗紫紅、墨綠等色；中酸性者色則淺，常為粉紅、淺黃等色。其次也取決于次生變化，如綠泥石化則顯綠色，蒙脫石化則顯灰白或淺紅色。61第4節(jié)火山碎屑巖的分類及命名廣義的火山碎屑巖類的分類原則是1首先根據(jù)物質(zhì)來源和生成方式，劃分為火山碎屑巖類型、向熔巖過渡類型和向沉積巖過渡類型三種成因類型。2再根據(jù)碎屑物質(zhì)相對(duì)含量和固結(jié)成巖方式，劃分為火山碎屑熔巖、熔結(jié)火山碎屑巖、火山碎屑巖、沉火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖等五種巖類。3再根據(jù)碎屑粒度和各粒級(jí)組分的相對(duì)含量，劃分為三個(gè)基本種屬，即集塊巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r。4最后再以碎屑物態(tài)、成分、構(gòu)造等依次作為形容詞，對(duì)巖石進(jìn)行命名，如晶屑凝灰?guī)r，流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，含火山球流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r等。62分類表63火山碎屑巖的命名詳細(xì)名稱顏色成分火山碎屑物態(tài)基本名稱如灰白色安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、淺肉紅色流紋質(zhì)玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶屑玻屑凝灰?guī)r等。熔巖成分主要根據(jù)巖屑、晶屑的成分及其組合確定，也可根據(jù)玻屑的折射率特征確定64一、火山碎屑熔巖類是火山碎屑巖向熔巖過渡的一個(gè)類型，熔巖基質(zhì)中可含9010的火山碎屑物質(zhì)。具火山碎屑熔巖結(jié)構(gòu)。熔巖物質(zhì)較致密，可含斑晶，具斑狀結(jié)構(gòu)、氣孔構(gòu)造或塊狀構(gòu)造；火山碎屑物質(zhì)主要為巖屑和晶屑,按主要粒級(jí)碎屑劃分為集塊熔巖、角礫熔巖和凝灰熔巖。第5節(jié)火山碎屑巖的類型及特征65二、熔結(jié)火山碎屑巖類火山爆發(fā)的火山碎屑物，經(jīng)熔結(jié)類似一種焊接作用形成的巖石，其中火山碎屑物含量大于90，并以塑性（變）碎屑為主。熔結(jié)火山碎屑巖的特征是較致密、外貌似熔巖，除含少量剛性巖屑外，還含較多與淺色基質(zhì)形成鮮明對(duì)這的色深（暗紫、綠黑至黑色）、焰舌狀、撕裂狀的塑性巖屑，這些巖屑呈定向排列構(gòu)成醒目的假流紋構(gòu)造。熔結(jié)火山碎屑巖按粒度可分為三種主要類型熔結(jié)集塊巖、熔結(jié)火山角礫巖、熔結(jié)凝灰?guī)r。661、熔結(jié)集塊巖大于2毫米的火山碎屑物占50以上，且以大于64毫米的為主。巖石具熔結(jié)集塊結(jié)構(gòu)、斑雜構(gòu)造、假流紋構(gòu)造?；鹕剿樾嘉镏饕撬苄詭r屑、少量剛性巖屑，填隙物為不同粒級(jí)的塑性玻屑、巖屑、晶屑及火山塵，分選性很差。熔結(jié)集塊巖的分布范圍較小，常小于1平方公里，與熔結(jié)火山角礫巖呈過渡關(guān)系，構(gòu)成火山口相的巖石。672、熔結(jié)火山角礫巖大于2毫米的火山碎屑物占50以上，且以大于264毫米的為主。巖石具熔結(jié)火山角礫結(jié)構(gòu)、假流紋構(gòu)造。巖性與熔結(jié)集塊巖相似并常與熔結(jié)集塊巖共生。熔結(jié)集塊巖的分布范圍也不大，一般僅幾個(gè)平方公里，構(gòu)成近火山口相或火山口相的巖石。683、熔結(jié)凝灰?guī)r小于2毫米的火山碎屑物占50以上。巖石具熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，假流紋構(gòu)造。火山碎屑物以塑性玻屑和晶屑為主，并有少量塑性巖屑和剛性巖屑，填隙物為火山塵，分選較差。熔結(jié)凝灰?guī)r是一種分布很廣的巖石，分布面積可達(dá)幾百平方公里。69熔結(jié)凝灰?guī)r70熔結(jié)凝灰?guī)r71三、火山碎屑巖類即狹義的火山碎屑巖類，火山碎屑占90以上（且以剛性碎屑為主），經(jīng)壓結(jié)或壓實(shí)作用而成的巖石。按粒度大小分為集塊巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r，以凝灰?guī)r分布最廣。按原始巖漿成分有玄武質(zhì)、安山質(zhì)、流紋質(zhì)和響巖質(zhì)等，以流紋質(zhì)的最為常見。721集塊巖大于2毫米的火山碎屑物占50以上，其中以大于64毫米的為主。部分為火山彈、浮巖或火山渣，填隙物為巖屑、晶屑、玻屑幾火山灰。分選性極差，不具層理。集塊巖分布范圍不大，多分布于火山通道附近構(gòu)成火山錐，或充填于火山通道之中。732火山角礫巖大于2毫米的火山碎屑物占50以上，其中以264毫米的為主。巖石具火山角礫結(jié)構(gòu)，斑雜構(gòu)造。火山碎屑物的種類及填隙物的種類與集塊巖相似?；鹕剿樾嘉镆岳饨菭?、次棱角狀為主，分選性差、粒度變化大。其分布也與集塊巖相近74火山角礫巖753凝灰?guī)r凝灰?guī)r是小于2MM的火山碎屑物含量超過50組成，并被更細(xì)小的火山碎屑物（火山塵）填充壓結(jié)而成的巖石。凝灰?guī)r色淺且雜（灰白、灰綠、淺褐），具典型的凝灰結(jié)構(gòu)，多孔疏松，有粗糙感，次生變化顯著，晶屑多呈棱角狀及因熔蝕圓化等肉眼觀察特征。凝灰?guī)r按原始巖漿成分可分為流紋質(zhì)、響巖質(zhì)、安山質(zhì)和玄武質(zhì)凝灰?guī)r。76按火山碎屑物的物態(tài)及相對(duì)含量分類單屑凝灰?guī)r雙屑凝灰?guī)r多屑凝灰?guī)r玻屑晶屑巖屑505050兩種均25三種均20玻屑凝灰?guī)r晶屑凝灰?guī)r巖屑凝灰?guī)r晶屑玻屑凝灰?guī)r巖屑晶屑凝灰?guī)r巖屑晶屑玻屑凝灰?guī)r77流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r78玻屑凝灰?guī)r798081流紋質(zhì)晶屑玻屑凝灰?guī)r82多屑凝灰?guī)r83四、沉火山碎屑巖類是火山作用同期形成的碎屑與正常沉積物混積的產(chǎn)物，火山碎屑物質(zhì)9050，其它為正常沉積物質(zhì)，經(jīng)壓結(jié)和水化學(xué)物膠結(jié)成巖。屬于火山碎屑巖與正常沉積巖之間的過渡類型，火山碎屑物包括晶屑、巖屑和玻屑，它們與陸源碎屑巖的區(qū)別是新鮮、棱角明顯，無明顯磨蝕邊緣和風(fēng)化邊緣，常顯層理構(gòu)造。按粒度大小分為沉集塊巖、沉火山角礫巖和沉凝灰?guī)r84五、火山碎屑沉積巖類以正常沉積物為主，混有少量同期火山碎屑物（5010）。巖性特征基本同正常沉積巖。常見類型有凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)石灰?guī)r等85火山灰86沉凝