沉積學(xué)第五章火山碎屑巖

1、課 時(shí) 教 學(xué) 實(shí) 施 方 案課程：沉積巖及沉積相 授課班級(jí)：資源專1201-1202授課學(xué)期：2012-2013學(xué)年2學(xué)期課 題第五章 火山碎屑巖計(jì)劃學(xué)時(shí)2教 學(xué) 目 的1掌握火山碎屑巖的一般特征2了解火山碎屑巖的巖類及其特征3掌握火山碎屑巖的成因類型及其標(biāo)志4了解火山巖、火山碎屑巖巖相重 點(diǎn)理解并掌握火山碎屑巖的組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和顏色難 點(diǎn)碎屑巖的構(gòu)造、成因類型及其標(biāo)志教具準(zhǔn)備多媒體教 學(xué) 后 記 教 學(xué) 進(jìn) 程 設(shè) 計(jì)（包括教學(xué)要點(diǎn)、步驟、方法、時(shí)間安排及板書設(shè)計(jì)、作業(yè)布置等）導(dǎo)入新課：火山碎屑巖是介于正?；鹕綆r和正常沉積巖之間的巖石類型，兼有二者的特點(diǎn)，又互相過(guò)度，是碎屑沉積巖中的一類特

2、殊的沉積巖。一、一般特征及分類1.物質(zhì)成分2.結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及顏色3.分類與命名二、主要巖石類型及其特征1.火山碎屑熔巖類2.熔結(jié)火山碎屑巖類3.火山碎屑巖類4.沉火山碎屑巖類三、火山碎屑巖的成因類型及其標(biāo)志1.陸相與海相火山碎屑巖系的區(qū)別標(biāo)志2.不同方式形成的火山碎屑巖類及其特征四、火山巖、火山碎屑巖巖相1.爆發(fā)期2.溢流期備注教 案第五章 火山碎屑巖第一節(jié) 火山碎屑巖的一般特征一、火山碎屑巖：是火山作用（包括地下火山作用）形成的各種火山碎屑物，堆積后經(jīng)多種成巖方式固結(jié)而成的巖石?；鹕剿樾紟r中除火山碎屑物外，還可含有一定數(shù)量的正常沉積物或熔巖物質(zhì)（作為膠結(jié)物）。 火山碎屑巖不僅見于地表，亦可見于

3、火山管道和次火山巖體中?；鹕剿樾紟r在各個(gè)地質(zhì)時(shí)期，不論在陸上，還是水下，均有廣泛分布。 火山碎屑物指的是由于火山爆發(fā)所產(chǎn)生的各種碎屑物質(zhì)，主要來(lái)自地下熔融的巖漿或已凝固的熔巖，經(jīng)火山爆發(fā)時(shí)被粉碎或破碎而成各種巖屑、晶屑和玻屑。有時(shí)亦可混入火山通道兩側(cè)、上部或基底圍巖的碎屑。因此它帶有內(nèi)生成因特征；另一方面，火山碎屑物被噴出后，又在空氣或水盆地中搬運(yùn)、降落、沉積，所以它們又具有沉積形成的特點(diǎn)?；鹕剿樾紟r的物質(zhì)成分與相應(yīng)的熔巖有密切聯(lián)系，尤其是向熔巖過(guò)渡的種屬很相似，在空間分布上，兩者者也經(jīng)常是共生的；而在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上有的則和正常沉積碎屑巖有相似之處，但又有很多差別。如前者巖石和礦物的碎屑多半成棱角

4、狀，碎屑物分選很差，成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造上變化很大，常缺乏穩(wěn)定的層理，只有正常沉積物增多及在水中沉積時(shí)，這些特點(diǎn)才逐漸消失。所以火山碎屑巖是一種介于熔巖和正常沉積巖之間的過(guò)渡類型巖石，向兩端都有一系列過(guò)渡變種。因此含有火山碎屑物50-10%的巖石，可屬?gòu)V義的火山碎屑巖，而正?；鹕剿樾紟r則含火山碎屑物應(yīng)在90%以上。 火山碎屑巖的成巖方式不同于其它巖石。向熔巖過(guò)渡的火山碎屑巖，主要由熔漿膠結(jié)凝固而成。向沉積巖過(guò)渡的火山碎屑巖，則粘土物質(zhì)、化學(xué)沉積物及火山灰次生變化產(chǎn)物蒙脫石、綠泥石、沸石等膠結(jié)。而正?；鹕剿樾紟r主要不是壓緊固結(jié)，部分有火山灰分解產(chǎn)物或化學(xué)沉積物膠結(jié)。另外還有一種特殊的成巖方式，即是在較

5、酸性、堿性、粘度大，富含揮發(fā)分的巖漿上升過(guò)程中，氣體析出成“牛奶泡沫”狀，形成火山碎屑流，火山碎屑物高溫熔結(jié)在一起，而成為熔結(jié)火山碎屑巖。 火山碎屑巖常具有特殊鮮艷的顏色，如淺紅、淺黃、淡綠、灰綠等各種色調(diào)。顏色主要取決于本身的物質(zhì)成分，如中基性的火山碎屑巖顏色很深，為暗紫紅色、墨綠色等，而中酸性火山碎屑巖則顏色較淺，常為粉紅色、淡黃色。其次決定于次生變化，如凝灰?guī)r的綠色與綠泥石化作用有關(guān)，而含鐵較少的凝灰?guī)r，蒙脫石化后則呈灰白色或粉紅色。 第二節(jié) 火山碎屑巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造一、 火山碎屑巖結(jié)構(gòu) 1、 粒度結(jié)構(gòu) 1） 集塊結(jié)構(gòu)：火山碎屑物粒度64mm，一般超過(guò)50%，不少于是3。 2） 火山角礫結(jié)

6、構(gòu)：火山碎屑物粒度介于64-2mm之間，一般超過(guò)50%，不少于是3。 3） 凝灰結(jié)構(gòu)：火山碎屑物粒度介于2-0.0625mm之間，一般超過(guò)50%，不少于是3. 4） 塵屑結(jié)構(gòu)：火山碎屑物粒度0.0625mm，一般超過(guò)50%，不小少13?；鹕綁m是最細(xì)的火山碎屑物，它是一種玻屑和晶屑的混合物，在高倍鏡下也不易分辨其形態(tài)，但在掃描鏡下可以看出，空們呈碎屑狀。 2、 成因結(jié)構(gòu) 1） 塑變（熔結(jié)）結(jié)構(gòu)：主要由塑變玻屑和塑變巖屑彼此平行重疊熔結(jié)構(gòu)成，其中可含少量剛性碎屑物。按粒度右進(jìn)一步分為熔結(jié)集塊結(jié)構(gòu)、熔結(jié)角礫結(jié)構(gòu)和熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，以后者最為常見。 2） 碎屑熔巖結(jié)構(gòu)：這是屬于火山碎屑巖和熔巖之間過(guò)渡類型

7、的結(jié)構(gòu)，火山碎屑被熔漿膠結(jié)，熔漿冷凝后結(jié)構(gòu)都比較細(xì)。按火山碎屑物粒度可進(jìn)一步劃分為集塊人巖結(jié)構(gòu)，角礫熔巖結(jié)構(gòu)和凝灰熔巖結(jié)構(gòu)。 3） 沉火山碎屑結(jié)構(gòu)：這是屬于火山碎屑巖和正常沉積巖之間過(guò)渡類型的結(jié)構(gòu)，以火山碎屑物為主，混入較少的正常沉積物，按火山碎屑物粒度進(jìn)一步劃分為沉集塊結(jié)構(gòu)、沉火山角礫結(jié)構(gòu)和沉凝灰結(jié)構(gòu)，后者比較常見。 4） 凝灰沉積結(jié)構(gòu)：這是以正常沉積物為主的過(guò)渡類型巖石的結(jié)構(gòu)，在正常沉積物中混入有少量火山碎屑物，名稱以正常沉積巖結(jié)構(gòu)為主，前面加上“凝灰”字頭，如凝灰礫巖狀結(jié)構(gòu)、凝灰泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、凝灰沉積結(jié)構(gòu)、凝灰碳酸鹽結(jié)晶結(jié)構(gòu)等。 二、 火山碎屑巖構(gòu)造 1、 假流紋構(gòu)造：由壓扁拉長(zhǎng)的塑性玻屑和

8、塑變巖屑呈定向排列，它與流紋構(gòu)造的區(qū)別見表2、 火山泥球構(gòu)造（包括火山灰球、火山豆石等構(gòu)造） 主要由較細(xì)的中、酸性火山碎屑物所組成，混有一些陸源物質(zhì)和硅質(zhì)凝膠，呈球狀和扁豆?fàn)?，常呈同心紋狀構(gòu)造。泥球大小從一毫米至幾厘米不等。球狀個(gè)體的內(nèi)部為較粗的火山碎屑物，邊部很細(xì)，常呈同心紋狀。它是大陸噴發(fā)以及水下堆積的火山碎屑巖中常見的構(gòu)造。 3、 層理構(gòu)造：多見于水?dāng)y或風(fēng)攜水下降落的火山沉積物之中，大氣降落火山碎屑沉積物中較少見，但火山碎屑流中則不見層理。水?dāng)y或風(fēng)攜的火山碎屑沉積物中呈現(xiàn)成層性，是由于這些碎屑物的搬運(yùn)是以床沙形式進(jìn)行的，它可以成為沙紋、沙壟或平坦的床沙形體，因之可以出現(xiàn)小大型交錯(cuò)層理等類

9、型。這一點(diǎn)與正常的陸源碎屑巖的情況相似。 4、 料序構(gòu)造：火山碎屑巖中可見到兩種粒序構(gòu)造，即剖面自下而上由粗變細(xì)的正向粒序（簡(jiǎn)稱正粒序），以及自下而上由細(xì)變粗的逆向粒序（逆粒序）。粒序構(gòu)造是密度流沉積的特征，在非火山碎屑沉積中，通常很少出現(xiàn)逆粒序。但在火山碎屑沉積中，由于大量存在比重小于1的浮巖碎屑（它較容易在介質(zhì)中漂?。食Ｒ娔媪Ｐ?，而一般巖屑則為正粒序。逆粒序在熔結(jié)火山碎屑巖中常見。 三、火山碎屑巖的形成火山碎屑巖是火山劇烈爆發(fā)中產(chǎn)出的火山碎屑堆積物經(jīng)壓實(shí)、固結(jié)以后形成的巖石。同一般巖漿巖比較起來(lái)，火山碎屑巖的形成過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一。其中的碎屑物質(zhì)是由火山爆破的機(jī)械作用產(chǎn)生的巖石碎

10、塊、晶體或玻璃質(zhì)的碎塊構(gòu)成，而非巖漿冷凝的產(chǎn)物；第二，火山碎屑物質(zhì)有些是噴射至大氣中后經(jīng)過(guò)空氣介質(zhì)而沉落于陸地，有些可能是降落在水中再經(jīng)一定的搬運(yùn)作用而在異地沉積的；而巖漿巖無(wú)這一沉積過(guò)程；第三，火山碎屑巖是由松散的火山碎屑堆積物經(jīng)過(guò)壓實(shí)、膠結(jié)作用后形成的巖石。而巖漿巖卻是巖漿直接的冷凝結(jié)晶產(chǎn)物。由于火山碎屑巖形成過(guò)程(機(jī)械破碎、沉積、壓實(shí)、膠結(jié)等)和沉積巖相似，因而，也形成了許多和沉積巖相似的特征(如碎屑結(jié)構(gòu)、層理等)。由于火山碎屑巖中的碎屑物質(zhì)來(lái)源是火山活動(dòng)這種內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，但其沉積成巖過(guò)程中卻又有外動(dòng)力地質(zhì)作用的因素，即它在成因上具內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用的二重性；在巖性上也顯示巖漿巖

11、和沉積巖的雙重特征，因而它是巖漿巖沉積巖之間的過(guò)渡類型。據(jù)此，有些人也把它歸到沉積巖的分類體系中。 火山碎屑巖分布十分廣泛，從前寒武紀(jì)的古老地層至近代死火山堆積物中均有產(chǎn)出。在許多噴出巖出露的地區(qū)，也往往相伴而生，共同構(gòu)成復(fù)雜的火山巖系，如我國(guó)東南沿海諸省的中生代火山巖系?；鹕剿樾紟r常富集有一般金屬礦產(chǎn)，稀有、放射性元素礦產(chǎn)等，而且規(guī)模也比較大。四、火山碎屑物質(zhì)的一般特征 火山碎屑物質(zhì)的主要特征表現(xiàn)在它的物態(tài)、形狀和大小上。 (一)火山碎屑物質(zhì)的物態(tài)和形狀 火山碎屑物質(zhì)的物態(tài)一般指它降落著地時(shí)的物理狀態(tài)，即是固態(tài)、液態(tài)，抑或是塑性體。固態(tài)碎屑包括巖屑、晶屑和玻屑；塑性碎屑包括漿屑，塑性玻屑。

12、1.巖屑 是火山活動(dòng)中早期先凝結(jié)的噴出巖和火山通道的圍巖經(jīng)火山作用爆碎后形成的巖石碎塊。巖屑的形狀極不規(guī)則，呈棱角狀，一般大于2毫米。2.晶屑是火山爆碎的各種礦物的晶體碎塊，常見者是石英、長(zhǎng)石的晶屑，它們多半是巖漿中早期形成的斑晶破碎以后的產(chǎn)物。晶屑棱角尖銳，有時(shí)在顯微鏡下可見到熔化痕跡，一般粒度小于2毫米。根據(jù)晶屑的礦物成分可大致判斷火山巖的巖漿成分。 3.玻屑是炸碎的多孔性浮巖碎塊。玻屑多保留氣孔壁，外形極其復(fù)雜，如呈弓狀、月牙狀、雞骨狀等。一般小于2毫米。在古火山巖中，玻屑雖已脫玻化，但仍保留其外形，是鑒別古火山巖的重要標(biāo)志。 4.火山彈是半固結(jié)的巖漿團(tuán)塊拋射到空中時(shí)在旋轉(zhuǎn)性運(yùn)動(dòng)中邊扭曲

13、邊凝固而成的“麻花”狀巖塊。降落地面時(shí)已基本固結(jié)，故常保留其“麻花”狀外形。 5.漿屑：是濺落地面的未固結(jié)的熔巖團(tuán)塊。這些熔巖團(tuán)在火山爆發(fā)過(guò)程中撕裂、震碎，堆積后又經(jīng)過(guò)壓扁、拉長(zhǎng)，所以，漿屑的形狀極不規(guī)則，有些似“火焰”狀者稱為火焰體。6.塑性玻屑：火山爆發(fā)過(guò)程常有熾熱的火山灰流，致使其中裹攜的玻屑處于過(guò)熱狀態(tài)而呈塑性，似燒至軟化的玻璃，此種玻屑即塑性玻屑。這種熾熱的火山灰流和塑性玻屑堆積物不但在上覆火山堆積層的保護(hù)下能較長(zhǎng)期保持高溫，而且在上覆堆積層的重壓下塑性玻屑也被壓扁、拉長(zhǎng)而變形，因而多呈現(xiàn)平行排列的趨勢(shì)，形成假流紋構(gòu)造。(二)火山碎屑物質(zhì)的粒度分級(jí)各種火山碎屑物質(zhì)其粒度有一定分布規(guī)律

14、，因此，我們可以把火山碎屑按大小分成幾級(jí)。每一級(jí)給予特定的名稱。這些粒級(jí)名稱是火山碎屑巖分類、命名的基本依據(jù)。本書所采用的分類標(biāo)準(zhǔn)如下： 火山巖塊：粒度>50毫米； 火山角礫：粒度250毫米； 火山灰：粒度0.012毫米； 火山塵：粒度<0.01毫米?；鹕剿樾级逊e物不但碎屑棱角尖銳，而且大小混雜，分選性差，是其一大特點(diǎn)。 五、火山碎屑巖的常見巖石類型 根據(jù)火山碎屑物質(zhì)的含量和硬結(jié)(膠結(jié))方式可將火山碎屑巖劃分為若干類型，常見者有普通火山碎屑巖、熔結(jié)火山碎屑巖和層狀火山碎屑巖。此外，尚有向噴出巖過(guò)渡的火山碎屑熔巖和向沉積巖過(guò)渡的沉積火山碎屑巖。 (一)普通火山碎屑巖 普通火山碎屑巖一

15、般簡(jiǎn)稱火山碎屑巖。其中火山碎屑占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成巖方式以壓結(jié)為主，常疊加有化學(xué)膠結(jié)物。這種膠結(jié)物往往是火山灰后期次生變化、分解形成的蛋白石、粘土礦物和碳酸鹽礦物。該類型巖石按粒度分為集塊巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r三種： 1.集塊巖 巖石中的火山碎屑粒徑大于50毫米者占50%以上，?；煊谢鹕浇堑[、火山灰等，分選性差。集塊巖多分布于火山口附近或火山管道中，分布范圍較窄，可作為尋找古火山口或古火頸的一種標(biāo)志。 2.火山角礫巖 主要由各種噴出巖的角礫組成，也有其它巖石角礫，角礫棱角明顯，也可混入少量晶屑，一般由火山灰膠結(jié)，分選性差。該種巖石除分布在火山口附近外，也可分布于離火山口稍遠(yuǎn)的地區(qū)。比較常見。3.凝灰

16、巖 巖石中大多數(shù)的火山碎屑粒度小于2毫米，并且被更細(xì)的火山塵及火山灰的次生化學(xué)分解物(蛋白石、粘土、碳酸鹽等)所膠結(jié)。由于火山灰粒度細(xì)小，從火山口噴出后在空中可飄浮數(shù)百乃至數(shù)千公里，所以一般凝灰?guī)r的分布范圍很寬，可距火山口很遠(yuǎn)。它是火山碎屑巖中分布最廣的一種。 從火山碎屑成分來(lái)看，酸性凝灰?guī)r中以玻屑、晶屑為主，巖屑較少；而基性及中性噴出巖晶屑、巖屑較多。因此，按碎屑成分又可分為玻屑凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r和巖屑凝灰?guī)r。或按與之相當(dāng)?shù)膰姵鰩r的成分分為流紋質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r。 (二)熔結(jié)火山碎屑巖 熔結(jié)火山碎屑巖以含有大量漿屑、塑性玻屑為特征。它是通過(guò)“熔結(jié)”方式成巖的。所謂熔結(jié)頗似焊接作用，即這些

17、碎屑在高溫下處于塑性狀態(tài)，在上覆堆積物的重壓下可以相互粘結(jié)起來(lái)而成為整體，冷卻之后即成熔結(jié)火山碎屑巖。常具假流紋構(gòu)造。 (三)層狀火山碎屑巖 具有明顯的層理，主要呈層狀產(chǎn)出。多數(shù)是由水底火山噴出的碎屑物質(zhì)、部分是由陸上火山噴出的碎屑物質(zhì)在水體中的沉積物固結(jié)而成。一般很少混有正常碎屑物質(zhì)(礫石、沙粒)。膠結(jié)物主要為火山灰的次生分解物及水溶液化學(xué)沉淀物(碳酸鹽、粘土、蛋白石等)。其中層狀凝灰?guī)r最常見，廣泛分布于湖成和海成沉積巖中。 (四)基它類型 1.火山碎屑熔巖 若火山碎屑物質(zhì)降落在噴出地表的巖漿中，碎屑將通過(guò)巖漿的冷凝作用而膠結(jié)成巖。其膠結(jié)物為巖漿物質(zhì)。成巖過(guò)程具有巖漿冷卻凝固的特點(diǎn)。所以它在

18、巖石特征上向噴出巖過(guò)渡。巖石中火山碎屑的含量變化很大，一般為10990%。 2.沉積火山碎屑巖 火山碎屑沉落于水體、或降落于陸地再經(jīng)流水搬運(yùn)至水盆地中，沉積時(shí)混雜有正常沉積物(礫石、泥沙等)，并且在成巖過(guò)程中主要靠壓固膠結(jié)作用，膠結(jié)物也主要為水溶液化學(xué)沉積物質(zhì)(碳酸鹽、粘土和氧化鐵等)?？删邔永順?gòu)造。該類巖石中最為普遍的是沉積凝灰?guī)r。它往往同正常沉積巖共生在一起，彼此呈過(guò)渡關(guān)系。因此，沉積火山碎屑巖是向沉積巖過(guò)渡的火山碎屑巖類。 六、火山碎屑巖的分布及其研究意義 火山碎屑巖在各個(gè)地質(zhì)時(shí)代和許多地區(qū)廣泛分布。以我國(guó)而論，前震旦紀(jì)變質(zhì)巖中就有許多變質(zhì)火山巖。西北地區(qū)祁連山古生代地層中，東部及東南沿海地區(qū)中生代火山巖系中、東北地區(qū)中生代陸成含煤巖系中、西南地區(qū)中生代地層中(所謂“綠豆巖”)均夾有不少火山碎屑巖。 通過(guò)火山碎屑巖的研究可以了解古火山的地理分布、火山噴發(fā)方式、強(qiáng)度和噴發(fā)時(shí)的環(huán)境(水下或陸上)，分析火山在時(shí)間和空間上的分布規(guī)律，并進(jìn)而探索構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。由于火山灰可以飄逸很遠(yuǎn)，所以凝灰?guī)r往往在廣大地區(qū)內(nèi)以比較穩(wěn)定的層位產(chǎn)出。因而，可用它作為“標(biāo)志