10火山碎屑巖.ppt

第十章火山碎屑巖 火山碎屑巖是介于火山熔巖與正常沉積巖之間的巖石類型 兼有二者的特點 與二者相互過渡 又與火山熔巖 次火山巖及正常沉積巖相伴產出 火山碎屑巖是主要由火山碎屑物質 50 組成的巖石 是典型的主要由來源于地下深部的沉積巖原始物質組成的沉積巖類型 因其結構成分主要是礦物與巖石的碎屑 常將其劃入碎屑巖的范疇 火山碎屑巖在時間上分布十分廣泛 從前寒武紀至第四紀均有分布 在空間上主要分布在火山活動帶及附近地區(qū) 我國東部地處環(huán)太平洋火山活動地帶 中 新生代沉積中有著發(fā)育的火山巖系 由于不少重要礦產常與其有關 現(xiàn)在在世界各地區(qū)的火山碎屑巖中 還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些工業(yè)性油氣田 例如日本新瀉盆地的35個油氣田 其中有11個油氣田的油氣儲集在凝灰?guī)r中 有4個儲集在火山角礫巖中 有5個儲集在集塊巖中 近20年來 對于這些地區(qū)的火山作用及火山碎屑巖的研究有較大的進展 冰島火山噴煙 夏威夷火山熔巖流 歐洲大陸上唯一的活火山 維蘇威火山 意大利 第一節(jié)火山碎屑巖的成分火山碎屑物質按其組成及結晶狀況分為巖屑 巖石碎屑 晶屑 晶體碎屑 和玻屑 玻璃碎屑 三種 此外還有一些其他的物質成分 如正常沉積物 熔巖物質等 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類 1 剛性巖屑是已凝固的熔巖或火山基底或管道的先期固結的圍巖的碎塊 系火山爆發(fā)時沖擊力破碎而成的 與陸源碎屑巖的巖屑類似 難區(qū)別 有時可據(jù)毫無磨蝕毫無分選 熔巖及圍巖加以區(qū)分 2 塑性巖屑 又稱為塑性玻璃巖屑 漿屑等 是由塑性 半塑性熔漿在噴出及飛行墜落過程中后經塑變而形成的玻璃質巖石的碎塊 常具有玻璃質結構 基質為玻璃的斑狀結構 氣孔構造 一般大數(shù)毫米至數(shù)厘米 如斷面呈火焰狀 撕裂狀 樹枝狀 條帶狀及塑性變形形態(tài)者稱火焰石 火焰石是典型的塑性巖屑 若成旋轉狀 如紡錘 橢球 麻花 陀螺 梨形等形態(tài) 表面具有旋扭紋理和裂隙 并有一層淬火邊者稱火山彈 火山彈是典型的半塑性巖屑 火山彈一般數(shù)厘米 大者可達數(shù)米 二 晶屑1 晶屑是早期析出的斑晶隨熔漿炸碎而形成的礦物的碎屑 2 特征 一般毫米級大小 最大不超過2 3mm 多呈棱角狀 有時也保存原來的部分晶形 常具不規(guī)則裂紋及港灣狀熔邊緣 其成分多為石英 長石 黑云母 角閃石 輝石等 角閃石和黑云母多具暗化邊或完全暗化 其中常有高溫變種透長石 石英 與陸源碎屑巖的礦物碎屑類似 其區(qū)別是晶屑常具不規(guī)則裂紋及港灣狀熔邊緣 常有透長石 石英等高溫礦物的晶體 角閃石和黑云母多具相當完好的暗化邊 三 玻屑1 玻屑是由熔漿冷凝而形成的玻璃質的細小的碎屑 通常大小在0 l 0 01mm之間 很少超過2mm 按其形態(tài)可分為 剛性 玻屑和塑性玻屑 2 剛性玻屑以具有弧面棱角狀和浮石狀兩種形態(tài) 前者出現(xiàn)普遍 形狀多樣 鏡下常呈弓形 弧形 鐮刀形 月牙形 雞骨狀 管狀 骨針狀 不規(guī)則尖角狀等碎裂形態(tài) 以邊為弧形 角頂尖銳為特征 表明多系氣泡炸裂而成 浮石狀玻屑以內部多小氣孔 邊緣為沒有徹底炸碎的弧面 在中基性火山碎屑巖中出現(xiàn)較多 3 塑性玻屑是熾熱的玻屑在上覆火山碎屑物的重壓下 彼此壓扁拉長疊置并定向排列 相互粘連熔結在一起的玻屑 強烈塑變玻屑顯 流紋狀 通稱為 假流紋構造 與流紋構造的區(qū)別在于 塑性玻屑多呈分叉狀 拉長的透鏡狀 揉皺狀 缺泛拉長的氣孔 針柱狀及板條礦物定向排列等流動標志 玻屑與火焰石的區(qū)別主要在于大小尺寸 玻屑一般小于2mm 火焰石常大于2mm 四 正常沉積物質和熔巖物質一般多以膠結物形式出現(xiàn) 向熔巖過渡的火山碎屑巖類的膠結物多為熔巖物質 向沉積巖過渡者膠結物多為正?；瘜W沉積物質 反映了不同的成巖方式和形成條件 第二節(jié)結構構造特征及顏色一 結構1 按火山碎屑的粒級劃分一般按火山碎屑粒級劃分為火山集塊 火山角礫 火山灰和火山塵四級 但劃分標準常各不相同 教材分為 集塊 100mm 火山角礫 100 2mm 火山灰 2 0 01mm 火山塵 0 0lmm SY T5368 4 89規(guī)范劃分為 集塊 50mm 火山角礫 50 2mm 火山灰 2 0 01mm 火山塵 0 0lmm 劉寶君等 1980 2 依火山碎屑的相對數(shù)量劃分 集塊結構 火山集塊大于50 火山角礫結構 火山角礫大于75 凝灰結構 火山灰大于75 3 按火山碎屑形態(tài)特點劃分 塑變碎屑結構 主要由塑變碎屑組成 又稱熔結結構 碎屑熔巖結構 基質為熔巖結構 沉凝灰結構 指混入正常沉積物而言 凝灰砂狀 凝灰粉砂狀 凝灰泥狀等 二 構造 在火山碎屑巖中 常見的構造如下所述 1 層理構造 火山碎屑巖通常不顯層理 但在水攜或風攜的火山碎屑沉積中 也可出現(xiàn)小型和大型交錯層理及平行層理 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和沉積作用所致 如有正遞變 反遞變以及疊覆遞變層理 是反映重力流水道微環(huán)境 3 斑雜構造 是火山碎屑物在顏色 粒度 成分上分布不均 且無排列性 而表現(xiàn)出來的一種雜亂構造 4 平行構造 泛指由伸長形的火山碎屑物 如透鏡體 餅狀體 熔巖團塊和條帶等定向排列所組成的構造 它的連續(xù)性與平行性不及假流紋構造 5 假流紋構造 主要出現(xiàn)在流紋質熔結凝灰?guī)r中 是塑性玻屑為拉長狀 透鏡狀 揉皺狀呈定向排列所顯現(xiàn)的構造 根據(jù)塑性玻屑可見燕尾狀分叉 在剛性碎屑邊部可見塑變不強的弧面棱角狀外形 假流紋 延伸不遠 一般無氣孔及杏仁體等而有別于流紋構造 6 其它構造 除上述構造外 有時還見氣孔 杏仁構造 火山泥球及豆石構造等 甚至在某些火山細屑巖中還見有生物攪動構造及實體化石 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志之一 顏色主要取決于原始物質成分 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 第三節(jié)火山碎屑巖的分類及命名 廣義的火山碎屑巖類的分類和命名原則如下所述 1 首先根據(jù)物質來源和生成方式 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)碎屑物質相對含量和固結成巖方式 劃分為火山碎屑熔巖 熔結火山碎屑巖 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)碎屑粒度和各粒級組分的相對含量 劃分為三個基本種屬 即集塊巖 火山角礫巖和凝灰?guī)r 之間的過渡型為凝發(fā)角礫巖 角礫凝灰?guī)r等 4 最后再以碎屑物態(tài) 成分 構造等依次作為形容詞 對巖石進行命名 如晶屑凝灰?guī)r 流紋質晶屑凝灰?guī)r 含火山球流紋質玻屑凝灰?guī)r等 次生變化也常作為命名的形容詞 如硅化凝灰?guī)r 蒙脫石化凝灰?guī)r 沸石化凝灰?guī)r和變質流紋質晶屑凝灰?guī)r等 第四節(jié)主要類型及其特征 一 火山碎屑熔巖類 火山碎屑熔巖類是火山碎屑巖向熔巖過渡的一個類型 熔巖基質中可含90 10 的火山碎屑物質 具有碎屑熔巖結構 塊狀構造 熔巖基質中可含數(shù)量不定的斑晶 呈斑狀結構 或氣孔杏仁構造 火山碎屑主要是晶屑及一部分巖屑 玻屑少見 當成分相近時 往往不易區(qū)分巖屑與熔巖基質 而誤認為熔巖 按主要粒級碎屑劃分為集塊熔巖 角礫熔巖和凝灰熔巖 二 熔結火山碎屑巖類 熔結火山碎屑巖類是以熔結 焊結 方式而形成的一大類火山碎屑巖 火山碎屑物質達90 以上 其中以塑變碎屑為主 主要產于火山頸 破火山口 火山構造洼地和巨大的火山碎屑流與侵入狀的熔結凝灰?guī)r體中 其中較粗粒的熔結集塊巖和熔結角礫巖分布不廣 主要組成近火山口相 細粒的熔結凝灰?guī)r分布很廣 可組成厚度大的火山碎屑巖層 此類巖石的中外文名稱較多 國內較通用的譯名趨于使用熔結凝灰?guī)r ignimbrite 它主要由小于2mm的塑性玻屑和巖屑組成 也有一定數(shù)量晶屑 具有熔結凝灰結構 假流紋構造 碎屑以相互熔結壓緊成巖 還可根據(jù)熔結 焊接 強度劃分亞類 三 火山碎屑巖類 火山碎屑巖類即狹義的火山陣屑巖類 火山碎屑占90 以上 經壓積或壓實作用成巖 其按粒度大小分為集塊巖 火山角礫巖和凝灰?guī)r 1 集塊巖集塊結構由火山彈及熔巖碎塊堆積而成 也常混入一些火山管道的圍巖碎屑 一般未經過搬運而呈棱角狀 由細粒級角礫 巖屑 晶屑及火山灰充填壓實膠結成巖 多分布于火山通道附近構成火山錐 或充填于火山通道之中 2 火山角礫巖火山角礫巖主要由大小不等的熔巖角礫組成 分選差 不具有層理 通常為火山灰充填 并經壓實膠結成巖 多分布在火山口附近 如河北宣化白堊紀火山口的中心 就被流紋質火山角礫巖所充填 3 凝灰?guī)r1 凝灰 系指主要由小于2mm的火山碎屑組成的結構 2 按碎屑粒級 進一步分為粗 2 l 細 1 0 l 粉 0 l 0 0l 和微 0 0l 四種凝灰?guī)r 碎屑成分主要是火山灰 按其物態(tài)及相對含量 分為單屑凝灰?guī)r 雙屑凝灰?guī)r 兩種物態(tài)碎屑均在25 以上 和多屑凝灰?guī)r 三種物態(tài)碎屑均在20 以上 3 其中以玻屑凝灰?guī)r 晶屑一玻屑凝灰?guī)r最常見 具有典型凝灰結構 熔巖成分多為流紋質 次為英安質 4 巖屑凝灰?guī)r主要由熔巖碎屑組成 較少見 有時易與巖屑砂巖相混 需視有無搬運磨圓 有無玻屑存在加以區(qū)分 四 沉火山碎屑巖類 沉火山碎屑巖類是火山碎屑巖和正常沉積巖間的過渡類型 火山碎屑物質占90 50 其他為正常沉積物質 經壓積和水化學物膠結成巖 常顯層理 故有時也稱為層火山碎屑巖類 它與陸源火山碎屑沉積物的區(qū)別是新鮮 棱角明顯 無明顯磨蝕邊緣及風化邊緣 正常沉積物除陸源砂泥外 還可有化學及生物化學組分 以及生物碎屑等 五 火山碎屑沉積巖類 火山碎屑沉積巖類以正常沉積物為主 火山碎屑物質占50 10 巖性特征基本與正常沉積巖相同 當主要為陸源的砂時 稱為凝灰質砂巖 主要為泥時 稱為凝灰質泥巖 主要為碳酸鹽時 稱為凝灰質石灰?guī)r或凝灰質白云巖等一系列過渡類型巖石 第五節(jié)火山碎屑巖的成因類型及其標志 一 陸相與海相火山碎屑巖系的區(qū)別標志 研究火山陣屑巖的成因時 首先應注重的是區(qū)分海底噴發(fā)的海相和陸上噴發(fā)的陸相兩大成因類型 其特點如下所述 1 海相火山碎屑巖系海相火山巖系的最主要代表是細碧一角斑巖系 其特點是廣泛的鈉長石化作用 火山玻璃分解為含水的硅酸鹽 由于綠簾石化和綠泥石化 巖石呈現(xiàn)綠色 枕狀構造十分發(fā)育 由于海水中噴發(fā)一沉積的特殊環(huán)境 常具有 韻律性層理 即不同粒級的火山碎屑物互層產出 主要為下粗上細的正韻律 也有人認為應是下細上粗 反序的 各個夾層的厚度及粒度一般較穩(wěn)定 往往可見到凝灰?guī)r向沉凝灰?guī)r和凝灰質砂巖 或泥巖 過渡的現(xiàn)象 另一特征是火山巖系和下伏海相沉積巖層多呈整合接觸 或其中有海相夾層 如海相石灰?guī)r 碧玉巖及巖屑砂巖等 其中常含有孔蟲 放射蟲和硅藻等海相動植物化石 2 陸相火山碎屑巖系由于熔漿流出地表時易于氧化 因而常呈現(xiàn)紅褐色一黑色 火山巖系和下伏巖層多呈現(xiàn)不整合或假整合接觸 分布于其中的火山碎屑巖系的特點是 巖相及厚度變化大 含梨形 橢圓形 紡錘形 球形等特征的火山彈 存在泥石流角礫巖 熔結火山碎屑巖類比較發(fā)育 凝灰?guī)r多半比較疏松 有時有陸相砂礫巖和頁巖夾層 并常見植物化石和淡水動物化石 多為湖相 二 不同方式形成的火山碎屑巖系及其特點 1 重力流型火山碎屑沉積重力流型火山碎屑沉積按其沉積環(huán)境又可分為陸上和水下兩種沉積類型 1 陸上的火山碎屑 重力 流沉積 或火山灰流 砂流沉積成因 是熔結火山碎屑巖類的主要形成方式 高粘度 富含揮發(fā)組分的酸性 中酸性熔漿以強烈爆發(fā)形式噴出火山口并將熔巖柱炸碎呈火山灰等碎屑物質 大部分呈白熱狀態(tài)的懸浮物混雜于火山氣體之中形成 高密度的流體 在重力作用下 沿地面坡度向四圍擴散 構成由熔巖碎屑和氣體所組成的特殊流體 火山碎屑 重力 流 其搬運和沉積方式類似深海中的濁流沉積 特征 火山碎屑成分復雜混雜 火山碎屑占絕對多數(shù) 火山灰最常見 粗?；鹕剿樾驾^多 可有熔巖混入 多塑性巖屑 玻屑 火山碎屑多有塑性變形 扁平化 氣孔大部分消失 分選性差 常具有熔結結構 以熔結火山碎屑巖為主 多定向排列的 火焰石 假流紋構造 多斑雜構造 塊狀層理 粒序層理少見 多柱狀節(jié)理構造 分布 分布于火山口附近 范圍較大 形成的熔結凝灰?guī)r分布面積最大達數(shù)百平方公里 厚度大 達數(shù)百米 熔結火山碎屑巖不同于一般熔巖流冷凝后所形成的熔巖 也不同于降落火山碎屑堆積而成的火山碎屑巖類 這種巖類在20世紀50年代以后才逐漸被人們所認識和描述 2 水下火山碎屑流沉積即重力型火山碎屑沉積成因 由火山噴發(fā)碎屑物組成的高密度底流 當在水下流動時 由于流速降低后而形成沉積 特征 成分復雜 常有正常沉積物混入 塑性巖屑玻屑較少 分選性較好 熔結性差 具有明顯 基質 支撐結構 浮石和火山渣氣孔少 成層性較好 粒序構造明顯 在剖面上粒序層之上為流動層 可表現(xiàn)明顯的水攜搬運沉積特點 如可見交錯層理 波痕 疊瓦構造及顆粒定向排列等 粒序構造是水下火山碎屑沉積物重力流沉積的主要構造標志 分布 分布于火山口附近 范圍較大 厚度較薄較穩(wěn)定 2 降落型火山碎屑沉積 又稱降落灰沉積 成因 是火山噴發(fā)物在大氣中經風力搬運和分異而形成的產物 其形成機理是 當火山物質順風搬運時 顆粒依降落速度不同而分離 粒度和密度是控制降落速度的主要因素 而風向 風速 擾動性以及碎屑物的噴射高度是控制散落形態(tài)的重要因素 特征 火山灰為 粗碎屑及塑性碎屑缺泛 常有正常沉積物混入 分選性好一極好 常為凝灰結構和沉凝灰結構 成層性也 常有發(fā)育的水平層理 分布 分布范圍很廣 主降落灰沉積物在平面上呈大致呈對稱的形態(tài) 其延長形方向與風向有關 降落灰厚度向下風方向減薄 粒度相應減小 在理想情況下 成分 粒度及厚度在順風方向上均作相互有關的系統(tǒng)變化 大量火山灰可以在空中作長距離搬運 然后降落在陸上或水中 現(xiàn)代沉積研究表明 火山玻璃碎屑是十分普遍的 而且集中在一定層位中 火山灰大部分是被風帶到深海區(qū)中去的 距離噴發(fā)中心可達數(shù)百英里 降落在水中的火山灰物質 還可被水流繼續(xù)搬運很遠距離 尤其是很細的火山塵 質輕多孔 可像浮石般漂流很遠距離 火山噴發(fā)也為海洋沉積物提供了重要物質來源 西南三疊系的綠豆巖是典型陸噴水下沉積的例子 區(qū)別 火山灰流和降落灰沉積一般都是一個主要噴發(fā)時期的產物 但由于它們的搬運和沉積條件木同 所以有顯著的區(qū)別特征 表現(xiàn)在碎屑成分 結構特征 粒度 分選性 膠結成巖等 構造特征 分布范圍等方面 3 水攜型火山碎屑沉積成因 陸及水下火山碎屑物質進入海洋即受海水的搬運改造并沉積 即形成水攜型火山碎屑沉積 特征 火山碎屑及正常沉積物混雜 火山碎屑有有不同程度的磨蝕 圓化及分