火山碎屑岩主要类型及岩石特征

如题所述

1.正常火山碎屑岩类

该类岩石含火山碎屑物质>90%,正常沉积物和熔岩物质极少。依其成岩作用方式和结构构造特点,又可分为熔结火山碎屑岩、普通火山碎屑岩和层状火山碎屑岩三个亚类。

(1)熔结火山碎屑岩亚类(welded volcanic clastic rock)

主要由富含挥发分的黏稠熔浆发生强烈爆发,因压力骤降导致气体大量膨胀、发泡,致使泡壁变薄最终破裂爆炸,形成由炽热的塑性玻屑、浆屑、晶屑、岩屑等以及大量气体构成的高温火山碎屑流,它可沿火山斜坡高速运移,在一定条件下堆积下来,在上覆堆积物的重压下经熔结(焊接)作用而相互粘结起来形成熔结火山碎屑岩。其外貌似熔岩,致密块状,但因有塑性火山碎屑而具假流纹构造,有时有柱状和板状节理。

具熔结结构,碎屑主要由晶屑、塑变岩屑、塑性玻屑和火山尘组成,也可有少量的刚性岩屑,由于塑变碎屑拉长定向而具流状构造。据碎屑的粒度分为熔结集块岩(welded agglomerate)、熔结角砾岩(welded breccia)和熔结凝灰岩(welded tuff或ignimbrite),也可进一步据图2-47、图2-48定名,再加上相应熔岩名称前缀,如流纹质玻屑熔结凝灰岩等。

图2-47 火山碎屑岩定量粒级分类(据成都地质学院,1980)

图2-48 凝灰岩中“三屑”命名图(据孙善平,1984)

图2-49 英安质熔结凝灰岩(浙江杭州良渚,单偏光,d=4mm)

熔结集块岩和熔结角砾岩在露头上经常共生,分布面积不大,主要产于火山颈、破火山口、火山构造洼地,巨大的火山碎屑流和侵入状的熔结凝灰岩体都是近火口相产物。如宁芜铜井娘娘山产有响岩质熔结角砾岩,杭州良渚产有英安质熔结凝灰岩(图2-49)。

同一喷发单元不同部位及不同厚度喷发单元的熔结凝灰岩玻屑和塑变岩屑的变形程度可不同,即具有不同的熔结程度(图2-50,图2-51),据塑性玻屑和塑性岩屑的变形特点可分弱熔结、熔结和强熔结三个等级。

弱熔结凝灰岩 塑性玻屑微受变形,部分棱角开始圆化,部分仍保留弧面棱角状,略有压偏拉长现象。塑性岩屑少见,岩石流动构造不明显。常产于熔结凝灰岩的上、下部,与熔结凝灰岩显渐变过渡关系。

图2-50 流纹质熔结凝灰岩塑性玻屑的变形程度与熔结强度的关系(据王德滋等,1982)

图2-51 流纹质熔结凝灰岩中塑性岩屑的内部结构及变形特点(据王德滋等,1982)

熔结凝灰岩 塑性玻屑仍可恢复弧面棱角状形态,塑性岩屑发育。塑变碎屑受刚性碎屑挤压,在其边缘,尤其是在受压的一方,出现明显的变形定向,具明显的流状构造。常呈巨厚堆积,剖面上位于喷发单元的中上部。

强熔结凝灰岩 塑性玻屑含量极多,已全部变形,呈扁平状,仅在刚性碎屑(通常为晶屑)的撑开部位偶尔见变形弱的玻屑。塑变碎屑多为直接接触,尘屑少见。流状构造十分明显,有时与流纹构造不易区别。一般位于喷发单元的中下部。一般来说,近火口处和喷发单元层中下部的熔结程度要强于远火口处和喷发单元层中上部。

(2)普通火山碎屑岩亚类

成岩方式以压结为主,常叠加有水化学胶结,胶结物往往为火山灰分解物,由蛋白石和粘土矿物(如蒙脱石)构成,重结晶后变成玉髓和水云母集合体。一般成层构造不明显。火山碎屑物质主要为集块、火山角砾、火山砾、晶屑和半塑性的玻屑组成,以刚性和半塑性碎屑为主,无堆积后的压偏、拉长等塑性变形现象。按岩石中主要碎屑(一般>50%)的粒度可分为集块岩、火山角砾岩、火山砾角砾岩和凝灰岩等类型。当不同粒级的火山碎屑含量混杂时,定名时可据各种碎屑的含量投点(见图2-47)确定复合名称,如角砾凝灰岩、集块角砾岩等。进一步定名还应据晶屑组合或同源岩屑中斑晶成分特征等,确定火山碎屑对应的熔岩成分,并作为前缀参与命名,如安山质火山角砾岩、流纹质凝灰岩等。

集块岩(agglomerate) 粒径>64mm、粗火山碎屑物质>50%的岩石。碎屑主要是熔岩的碎块,常混有火山角砾、火山灰、其他物质的碎块等,其成分有玄武质的、安山质的,也有酸性和碱性火山岩的。碎块大小不一,分选极差,多为棱角状、长圆形和不规则者。分布范围较窄,多分布于火山口附近或充填于火山口中,是寻找古火山口或古火颈的标志之一。

火山角砾岩(volcanic breccia) 粒度为2~64mm的火山角砾含量超过50%的岩石。火山角砾的成分主要是熔岩碎块,也有晶屑、玻屑和其他碎屑混入物。碎屑的粒度大小不定、分选很差,常有棱角、无层理或有不明显的层理。一般分布于火山口或其附近,常与集块岩共生,也可分布于距火山口稍远的地区。

图2-52 流纹质玻屑凝灰岩(河北宣化,单偏光,d=4mm)

凝灰岩(tuff) 粒径<2mm的火山碎屑物质含量超过50%的岩石,并被更细的火山尘及火山灰的次生化学分解物(蛋白石、粘土、碳酸盐等)胶结。由于火山灰(尘)粒度细小,从火山口喷出后在空中可飘浮数百乃至数千千米,所以一般凝灰岩的分布范围很宽,可距火山口很远。它是火山碎屑岩中分布最广的一种。颜色有灰白色、白色、红色、淡绿色、紫色、黑色等,可见斑杂状的色斑分布。具典型的凝灰结构,外貌疏松多孔有粗糙感,可有清楚的层理。块状构造,可见火山泥球与豆石构造。碎屑成分主要是火山灰及其他成分物质,火山灰中有晶屑、玻屑、岩屑,这些不同状态的碎屑可单独大量集中或混合产出。因此,据凝灰状碎屑的类型和含量进一步分出晶屑凝灰岩、玻屑凝灰岩(图2-52)、岩屑凝灰岩,其中以玻屑凝灰岩为最常见。如广泛分布于川、黔、鄂一带的中三叠统底部的“绿豆岩”,即是一种钾质玻屑凝灰岩。或按与之相当的喷出岩成分分为流纹质凝灰岩、安山质凝灰岩。进一步可据“三屑”的相对含量分为7种类型(见图2-48)。

(3)层火山碎屑岩亚类

具明显的韵律层理和成层构造的火山碎屑岩,一般是火山灰在水盆中堆积形成的。以层状凝灰岩较常见,其中正常沉积物含量<10%,火山碎屑主要为玻屑、刚性-半塑性岩屑和火山尘,由火山灰和火山尘分解的少量水化学沉积物胶结,部分为压实胶结。当正常沉积物含量>10%时,就过渡为沉凝灰岩。

2.向熔岩过渡的火山碎屑熔岩类

该类岩石具熔岩的结构,块状构造。熔岩部分的特征与相应的喷出岩相同,火山碎屑物质主要是晶屑、玻屑和岩屑,少量异源岩屑。其成分往往和胶结它们的熔岩成分相同或相似。火山碎屑含量10%~90%,变化较大,由熔浆胶结。碎屑熔岩类的成因多样;已固结的熔岩表壳在下部熔浆继续流动和逸出的气体产生爆炸的情况下,可使表壳破碎再被熔岩胶结形成角砾熔岩(breccia lava)和集块熔岩(agglomerate lava);爆发能量不足时,往往在从火山口中抛出碎屑的同时,亦有熔岩溢出,降落入熔岩中的碎屑物质被熔岩胶结可形成各种碎屑熔岩;当熔浆以较大的冲力从火山口喷发时,可使熔浆中的斑晶大部分破碎,形成碎屑以晶屑为主的晶屑凝灰熔岩;岩浆在地下的隐爆作用常使内部的斑晶破碎亦可形成晶屑凝灰熔岩。凝灰熔岩中,碎屑以晶屑为主,可有少量刚性岩屑,但一般不出现玻屑。

3.向沉积岩过渡的火山碎屑岩类

该类岩石由落入或带入水盆地中的火山碎屑物与正常沉积物同时堆积形成的。岩石中正常沉积物含量可达10%~90%,碎屑物由化学沉积物和粘土物质胶结,也可由压实固结。据火山碎屑物的含量可分为沉积火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩两个亚类。前者如安山质晶屑沉凝灰岩、玄武安山质岩屑沉凝灰岩;后者如凝灰质砂岩、凝灰质泥岩、凝灰质灰岩(白云岩)等。

(1)沉积火山碎屑岩亚类

常与正常火山碎屑岩和正常沉积岩共生,并往往呈过渡关系。据火山碎屑的粒度可分为沉集块岩、沉火山角砾岩和沉凝灰岩等。最常见的是沉凝灰岩(tuffite)。岩石具层理构造,韵律层较发育,在碎屑物中常见具磨圆的砾、砂、粘土等正常沉积物,有时还可出现生物化学沉积物。

(2)火山碎屑沉积岩亚类

其中火山碎屑含量较少,介于50%~10%之间,具更接近于沉积岩的特征,常与沉积火山碎屑岩呈渐变过渡关系,堆积位置一般离火山口较远。命名时以正常沉积岩的名称为基本名称,将火山碎屑物作前缀,如凝灰质砂岩、凝灰质砾岩等。

4.火山碎屑岩的分布、产状、矿产及其研究意义

火山碎屑岩在各个地质时代和许多地区广泛分布,主要呈层状或似层状产于火山岩系和沉积岩系中,可和正常的沉积岩层或火山岩交互产出或相互过渡,可分布于火山口附近或其中,也可远离火山口而沉积;既可形成于陆上也可形成于水下,大多存在于地壳上较活动的地区。火山碎屑岩在我国分布很广,如:秦岭地区的前寒武纪地层、西北祁连山古生代地层中,东部及东南沿海中生代火山岩系、东北中生代陆成含煤岩系、西南中生代地层中(所谓“绿豆岩”)均有不少火山碎屑岩发育。另外,云南腾冲、藏北地区、新疆和田等地区亦均有近代火山碎屑岩发育。

火山碎屑岩,特别是火山通道附近的火山碎屑岩中常含有许多矿产,而且有时规模很大,常见者有明矾石、叶蜡石、沸石、硫黄、银、铜、铅、锌、铁、汞、铀等。这些矿床多呈层状产出,矿体与围岩整合接触,往往构成一定层位的含矿岩系。成矿物质来源于火山,但矿质的富集作用则是在火山物质堆积、固结成岩、次生变化的过程中进行的。火山提供矿质的途径有火山喷气、火山尘的吸附、热液携带等。

我国长江中下游的某些铁矿、铜矿,东南沿海一带的铀矿,西北的铜矿,云南的铁铜矿,河南信阳的沸石矿和斑脱岩等都分布于火山碎屑岩中,川东一带的含钾玻屑凝灰岩是很好的钾肥原料。凝灰岩还是质轻而坚的建筑材料,富玻璃的酸性凝灰岩也是很好的水泥混合材料和膨胀珍珠岩的原料。另外火山碎屑岩由于多孔,可以是良好的油、气、水的储集层。工程性能略差。

通过对火山碎屑岩的研究,可以了解古火山的地理分布、火山喷发方式、强度和喷发时的环境(水下或陆上),分析火山的时空分布规律,探索构造运动的规律。由于火山灰可以飘得很远,凝灰岩往往在广大地区内以比较稳定的层位产出。因此,可作为“标志层”进行地层对比。例如,广泛分布于川、黔、鄂一带的“绿豆岩”(一种具有绿豆状泥球结构的玻屑凝灰岩),厚约1m,产状稳定,是该区域中三叠统底部地层划分、对比的标志层;又如,黑龙江鸡西早白垩世煤层中夹有凝灰岩层,也是煤层对比的良好标志。

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