火山碎屑巖及巖漿成因修正

第十一講

火山碎屑巖及巖漿成因1第五節(jié)

火山碎屑巖類2第五章各論3定義是指由火山爆發(fā)形成的同期火山碎屑物，經(jīng)空氣或水介質(zhì)搬運(yùn)、堆積、固結(jié)（壓實(shí)、熔結(jié)）形成的巖石，其中火山碎屑＞90%。注：物源（漿源、同源、異源）、形成方式、含量。具有巖漿巖和沉積巖的兩重性。與風(fēng)化成因火山碎屑組成的碎屑巖不同。第五章各論4一、基本特征

火山碎屑物由“三屑”組成，即“巖屑+玻屑+晶屑”。

1.巖屑

火山爆發(fā)過程形成的（剛性）巖屑、半塑性巖屑和塑性巖屑，粒度一般＞2mm?？梢粤私鈳r漿巖成分。（1）（剛性）巖屑已冷凝的圍巖，被崩碎形成的碎塊，呈棱角狀。一般＞2mm的稱為巖塊，＜2mm的稱為巖屑。（2）半塑性巖屑火山噴出的巖漿熔團(tuán)，在空中旋轉(zhuǎn)、碰撞后成形，降落地表時已固結(jié)硬化。如：

火山彈：餅狀、紡錘狀、麻花狀等。

火山渣：多氣孔，相當(dāng)于浮巖碎屑。火山彈（山西大同）火山渣第五章各論5

（3）塑性巖屑

火山噴出的巖漿熔團(tuán)，在空中旋轉(zhuǎn)、碰撞、撞擊地表后，緩慢壓實(shí)、固結(jié)硬化。呈撕裂狀、火焰狀、透鏡狀等拉長、定向排列，躲繞剛性碎屑，似流動現(xiàn)象，稱為“假流紋構(gòu)造”。內(nèi)部常見氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造、流紋構(gòu)造。多靠近火山口分布。塑性漿屑——假流紋構(gòu)造（河北下花園、白堊系）第五章各論62.玻屑

火山噴出的巖漿熔團(tuán)，隨降溫降壓，內(nèi)部氣體膨脹，或形成氣孔，或炸裂成碎屑（氣孔壁）。一般＜2mm。

可以推測巖漿成分。

（1）半塑性玻屑降落地表時已硬化，不再變形。多呈雞骨頭形、弓形、楔形、鐮刀形、“Y”形等弧面多邊形。（2）塑性玻屑降落地表時尚未硬化，被上覆重壓、變形。多呈壓扁、拉長狀，定向排列，呈“假流紋構(gòu)造”。第五章各論73.晶屑

巖漿中的斑晶或圍巖里的礦物晶體破碎的產(chǎn)物。具棱角狀、崩裂紋、暗化邊等現(xiàn)象。主要由石英、鉀長石、酸性斜長石，以及黑云母、角閃石組成。研究意義——可以推測巖漿巖成分。石英晶屑（張家口宣化）長石晶屑（張家口宣化）第五章各論8二、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造（一）結(jié)構(gòu)1.粒度與含量

集塊結(jié)構(gòu)：粒度＞64mm的火山碎屑，含量＞50%?；鹕浇堑[結(jié)構(gòu)：粒度64～2mm的火山碎屑，含量＞50%。

凝灰結(jié)構(gòu)：粒度2～0.0625mm的火山碎屑，含量＞50%。

塵屑結(jié)構(gòu)：粒度＜0.0625mm的火山碎屑，含量＞50%。2.據(jù)混入物

熔結(jié)結(jié)構(gòu)：主要由塑性碎屑組成，緊密鑲嵌。如熔結(jié)火山角礫結(jié)構(gòu)。

碎屑熔巖結(jié)構(gòu)：10～90%的火山碎屑與熔巖相混合。如火山角礫熔巖結(jié)構(gòu)。

沉火山碎屑結(jié)構(gòu)：50～90%的火山碎屑與正常碎屑相混合。如沉火山角礫結(jié)構(gòu)。

凝灰沉積結(jié)構(gòu)：10～50%的火山碎屑與正常碎屑相混合。如凝灰砂狀結(jié)構(gòu)。第五章各論92.構(gòu)造

（1）層理：水平層理、交錯層理、粒序?qū)永淼?。?）火山泥球構(gòu)造：火山塵埃凝聚成1～幾cm的球、橢球、扁豆形狀，具同心圓構(gòu)造。（3）假流紋構(gòu)造：塑性碎屑被壓扁、拉長、定向排列，似流動特征。

與流紋構(gòu)造的區(qū)別—?dú)饪咨?、斑晶成分雜、棱角狀晶屑多、巖屑多、一端呈魚尾分叉狀。第五章各論10

火山噴發(fā)形成的火山碎屑物質(zhì)既可以單獨(dú)組成巖石，也可以掉入熔巖流或沉積盆地，因此可以分為三大類巖石，即

（正常）火山碎屑巖類火山碎屑熔巖類向沉積巖過渡的火山碎屑巖類三、分類第五章各論11火山碎屑巖分類表大類火山碎屑熔巖火山碎屑巖向沉積巖過渡的火山碎屑巖亞類熔結(jié)火山碎屑巖火山碎屑巖層火山碎屑巖沉積火山碎屑巖火山碎屑沉積巖火山碎屑10～90%＞90%90～50%50～10%結(jié)構(gòu)構(gòu)造碎屑熔巖結(jié)構(gòu)流紋構(gòu)造熔結(jié)結(jié)構(gòu)假流紋構(gòu)造火山碎屑結(jié)構(gòu)沉火山碎屑結(jié)構(gòu)凝灰沉積結(jié)構(gòu)粒度巖石名稱＞64mm集塊熔巖熔結(jié)集塊巖集塊巖層狀集塊巖沉集塊巖凝灰質(zhì)礫巖64～2mm角礫熔巖熔結(jié)火山角礫巖火山角礫巖層狀火山角礫巖沉火山角礫巖＜2mm凝灰熔巖熔結(jié)凝灰?guī)r凝灰?guī)r層狀凝灰?guī)r沉凝灰?guī)r凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖成巖方式熔巖膠結(jié)熔結(jié)式壓實(shí)、膠結(jié)水中沉積壓實(shí)、膠結(jié)化學(xué)沉積物及粘土膠結(jié)第五章各論12分類與命名方法A．首先，根據(jù)物質(zhì)來源和生成方式分為三種成因類型，即向熔巖過渡類型、火山碎屑巖類型、向沉積巖過渡類型。B．然后，根據(jù)碎屑物質(zhì)相對含量和固結(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、火山碎屑沉積巖五種巖類。C．再根據(jù)碎屑粒度和各粒級組成的相對含量，火山碎屑巖劃分為三個基本種屬，即集塊巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r。過渡型采用“少前多后”命名原則，如凝灰角礫巖，角礫凝灰?guī)r等。第五章各論13（一）火山碎屑巖類

1.熔結(jié)火山碎屑巖火山碎屑＞90%，以塑性碎屑為主，具熔結(jié)（焊接）結(jié)構(gòu)，假流紋構(gòu)造或塊狀構(gòu)造，致密，貌似熔巖，玻璃質(zhì)，顏色不均，哈氣后有時可見細(xì)條紋狀塑性碎屑。分布于火山口附近。四、主要巖石類型第五章各論142.（正常）火山碎屑巖

火山碎屑＞90%，以剛性碎屑為主，經(jīng)壓實(shí)作用成巖。按粒度大小分為集塊巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r。集塊巖、火山角礫巖

分別具有集塊結(jié)構(gòu)、火山角礫結(jié)構(gòu)，由粗大的火山碎屑組成骨架，孔隙間充填火山灰及塵埃。分布于火山口附近。

凝灰?guī)r色淺（灰白、灰綠、淺褐），具色斑，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，“三屑”組成，疏松多孔，粗糙，蠟狀光澤，常發(fā)生次生變化。據(jù)“三屑”的相對含量可進(jìn)一步劃分。第五章各論15進(jìn)一步命名方法：（1）采用“火山碎屑成分+基本名稱”

如流紋質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)火山角礫巖等。（2）采用與砂巖分類相近的粒度含量法。（3）凝灰?guī)r進(jìn)一步劃分，考慮“三屑”相對含量。第五章各論16（二）向熔巖過渡的火山碎屑巖類

火山碎屑熔巖

熔巖基質(zhì)中含90~10%的火山碎屑物質(zhì)，具碎屑熔巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。熔巖具有各自的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。（三）向沉積巖過渡的火山碎屑巖類經(jīng)壓實(shí)、水化學(xué)沉積物膠結(jié)成巖。

1）沉積火山碎屑巖類火山碎屑物質(zhì)90~50%，其它為正常沉積物質(zhì)。

2）火山碎屑沉積巖類以正常沉積物為主，混入的火山碎屑物質(zhì)僅占50~10%。巖性特征基本同于正常沉積巖。第五章各論17五、次生變化1.脫?；饔没鹕讲Ａ摬；?，形成隱晶或微晶石英長石集合體，形態(tài)輪廓模糊不清，難以辨認(rèn)。2.晶屑同質(zhì)異相變體如透長石轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏剽涢L石，鱗石英、方英石轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厥ⅰ?.水化及水解作用水化作用——火山玻璃變成含水玻璃。水解作用——火山玻璃被溶解，變成粘土、蛋白石等組成的土壤。4.交代作用火山噴發(fā)晚期或后期出現(xiàn)的氣液交代火山碎屑物質(zhì)。如：

次生石英巖化—中酸性火山碎屑物被交代而成。

青盤巖化—中（基）性火山碎屑物被交代而成。

粘土化—中酸性火山碎屑物遭受低溫?zé)嵋航淮?，如形成膨潤土（斑脫土）?/p>

沸石化—形成各種沸石（絲光沸石、斜發(fā)沸石、菱沸石、鈉沸石等）第五章各論18六、分布及研究意義

1.分布

時間上：寒武紀(jì)到第四紀(jì)。

空間上：主要分布于地殼活動地區(qū)，如地槽區(qū)，與噴出巖構(gòu)成火山巖系或與沉積巖構(gòu)成火山～沉積巖系。

2.研究意義

理論意義：（1）追索古火山口位置。（2）對比地層。如汾西煤田太原組凝灰?guī)r位于2#煤層底板，可以作為標(biāo)志層。（3）了解火山噴發(fā)的歷史、噴發(fā)環(huán)境以及噴溢次數(shù)等內(nèi)容。第五章各論19

實(shí)際意義

金屬礦其中常賦存有Fe、Cu、Pb、Zn、Mo、Ni、U等大型或巨型礦床，以及石油、天然氣礦床。如：東北鞍山鐵礦、甘肅白銀廠銅礦等。日本新瀉盆地的35個油氣田，有20個都與此巖類有關(guān)。非金屬礦利用凝灰?guī)r離子交換性能凈化污水。用玻屑凝灰?guī)r生產(chǎn)膨脹珍珠巖。將沸石作為農(nóng)藥載體或家禽飼料。將膨潤土作為精密鑄造粘結(jié)劑、深井鉆孔泥漿、食用油脫色、石油化工漂白劑和脫色劑、牙膏、護(hù)膚霜等。第五章各論20第三章

巖漿巖成因

21一、巖漿的形成

地震波速測定表明，在地殼下部和上地幔100～200km左右的深度存在一個低速帶，被解釋為該深度以上為固態(tài)層—巖石圈，以下可能有液態(tài)物質(zhì)存在—軟流層，是巖漿來源區(qū)。

1.可熔母巖即上地幔及地殼中的所有巖石在適當(dāng)?shù)臈l件下，都可以成為形成巖漿的源巖。尖晶石橄欖巖或石榴石橄欖巖玄武質(zhì)巖漿石榴石橄欖巖（更深）金伯利巖巖漿第三章巖漿巖的成因22

2熱能（升溫、熔融）

地?；虻貧ぴ磪^(qū)的巖石只有當(dāng)該區(qū)的熱能累積到一定的程度，溫度達(dá)到巖石熔融的溫度（固相線溫度），并能夠持續(xù)累積熱能，才會形成一定規(guī)模的巖漿。目前所公認(rèn)的熱能來源主要有兩個:1）有外來熱流體產(chǎn)生熱對流，導(dǎo)致熱能的積累，溫度升高

2）放射性生熱元素（如K、U、Th），通過長期衰變產(chǎn)生熱能

3壓力巖石的熔融溫度隨壓力增大而增高。一定深度的巖石，在恒定的溫度條件下，因構(gòu)造原因，導(dǎo)致底部巨大壓力釋放，可產(chǎn)生巖漿。源巖位于地幔，可能形成基性巖漿；源巖位于地幔頂部或地殼下部時，可能形成中性巖漿；源巖位于地殼下部時，可能形成中酸性巖漿；源巖位于地殼中部時，可能形成酸性巖漿。第三章巖漿巖的成因23

4揮發(fā)份

在無水系統(tǒng)中，溫度與壓力呈正相關(guān)關(guān)系，巖石承受壓力愈大時，巖石愈難熔融。在有水系統(tǒng)中，含有適當(dāng)水時，巖石熔點(diǎn)低，可以在較低溫度下熔融或部分熔融。揮發(fā)份存在有利于降低巖石的熔點(diǎn)。

5時間累積沒有外來熱能時，巖石熔融需要漫長的時間。例如橄欖巖比原始溫度升溫10%，熔融時間約需1000Ma（10億年），若源區(qū)比正常地幔富集10倍放射性元素，則熔融時間會縮短為100Ma。

6其他因素地?；虻貧?nèi)部由于粘性剪切力的作用，可能產(chǎn)生異常熱能，可以導(dǎo)致局部增溫，誘發(fā)巖漿熔融。

第三章巖漿巖的成因24（一）原生巖漿的種類

巖漿巖種類繁多，但原生巖漿的種類有限，公認(rèn)的有：

超基性（橄欖巖漿）基性（玄武巖漿）中性（安山巖漿）酸性（花崗或流紋巖漿）（二）原生巖漿的起源1.一元論只有一種玄武巖巖漿2.二元論兩種原生巖漿（玄武巖漿和花崗巖漿）3.多元論橄欖巖漿、玄武巖漿、安山巖漿和花崗巖漿第三章巖漿巖的成因二、原生巖漿的種類和起源25（三）局部熔融的概念

1.局部熔融是現(xiàn)代巖漿成因的一個基本概念，又叫重熔作用或深熔作用。

2.巖石熔化時，不同礦物熔點(diǎn)不同，熔化順序不同。

3.與單礦物比較，巖石熔融有兩個特點(diǎn)：

1）巖石熔化溫度低于其構(gòu)成礦物各自單獨(dú)熔化時的熔點(diǎn)；

2）巖石從開始熔融到全部熔化有一個溫度區(qū)間。

4.礦物或巖石中SiO2和K2O含量愈高，即組份愈趨于酸性，愈易熔化，稱為易熔組份。

5.礦物或巖石中FeO、MgO、CaO含量愈高，即組份愈趨于基性，愈難熔化，稱為難熔組份。26

6.主要表現(xiàn)為：

1）在巖石開始熔化至全部熔化的溫度區(qū)間內(nèi)，巖石中的易熔組份（酸性組份）先熔化，產(chǎn)生酸性熔體，殘留體為較基性的難熔固相物質(zhì)。

2）隨著溫度的升高，熔體數(shù)量增加，難熔組份（基性組份）也逐漸增加，漸趨于基性。

3）當(dāng)溫度達(dá)到或超過巖石全部熔化的溫度時，巖石全部熔化，熔體成分和被熔化的原巖成分一致。第三章巖漿巖的成因27三、巖漿的演化

巖漿演化的基本過程是通過分異作用、同化作用以及混合作用，由上述少數(shù)幾種巖漿形成多種多樣的巖漿巖。（一）分異作用沒有外來物質(zhì)成分的加入，原來成分均一的巖漿，隨著溫度和壓力的降低，依靠自己本身的演化，最終形成不同組分(不均一）的巖漿巖的作用。按照發(fā)生階段的早晚分為：

巖漿分異作用（液態(tài)分異作用）

結(jié)晶分異作用

流動分異作用（流體搬運(yùn)作用）第三章巖漿巖的成因281.巖漿分異作用（1）擴(kuò)散作用

巖漿侵入后，由于巖體內(nèi)部與邊緣存在的溫度梯度，使得邊緣部位高熔點(diǎn)組分先結(jié)晶，造成巖漿中該組分的短缺，濃度降低，為了形成新的化學(xué)平衡，致使該組分由內(nèi)部高濃度區(qū)域向邊緣低濃度區(qū)域擴(kuò)散移動，造成巖體中礦物成分的不均一性分布。

濃度梯度是擴(kuò)散作用進(jìn)行的驅(qū)動力。例如與巖體內(nèi)部相比，巖體邊部暗色礦物較集中，成份偏基性，巖體內(nèi)部淺色礦物較集中，成份偏酸性。第三章巖漿巖的成因29（2）熔離作用

高溫時成分均一的巖漿，冷卻時隨著溫度和壓力的降低或者由于外來組分的加入，分離為成分和比重均不相同、互不混溶的兩種巖漿，尤如油和水。

天然巖漿中硫化物、氧化物與硅酸鹽熔體可以發(fā)生熔離作用，因比重大，常賦存于基性巖、超基性巖的底部或下部，例如銅鎳硫化物礦床、鉻鐵礦床、釩鈦磁鐵礦床可能與熔離作用有關(guān)。

（3）氣體搬運(yùn)作用在巖漿分異過程中，尤其是在結(jié)晶晚期，由于大量晶體析出，熔體量減少，流體量相對增多，當(dāng)溫度和壓力進(jìn)一步降低時，巖漿中的流體將氣化沸騰，搬運(yùn)或攜帶部分易熔組分或比重小的組分向上遷移的作用。猶如浮游選礦。

例如，巖體頂部常富集有大量含有揮發(fā)份的礦物：磷灰石、螢石、角閃石、沸石等。第三章巖漿巖的成因302.結(jié)晶分異作用

巖漿結(jié)晶開始巖漿分異作用之后后出現(xiàn)的分異作用。

重力分異作用

流動分異作用

雙擴(kuò)散對流分異作用礦物的結(jié)晶溫度有高有低，因此，礦物從巖漿中結(jié)晶析出的次序也有先有后。結(jié)晶分異作用在玄武巖漿中研究得最為完備，乃是巖漿演化的理論支柱之一，即鮑溫（文）反應(yīng)原理

第三章巖漿巖的成因31鮑溫（文）反應(yīng)原理的地質(zhì)意義

鮑溫反應(yīng)原理，是根據(jù)鮑溫（N.L.Bowen，1922）在實(shí)驗(yàn)室做的玄武巖漿冷凝結(jié)晶過程提出的。其巖石學(xué)意義為：1）一種玄武巖漿，經(jīng)結(jié)晶分異作用后可以形成較酸性的變種，形成多種多樣的巖石。2）可以解釋鈣堿性巖漿巖中一般礦物的結(jié)晶順序。3）可以解釋鈣堿性巖漿巖中礦物的共生組合規(guī)律。4）可以解釋斜長石的正環(huán)帶結(jié)構(gòu)和暗色礦物的反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)。5）可以解釋巖漿巖與捕虜體的一般關(guān)系。即巖漿可以熔化圍巖及捕虜體中比自己熔點(diǎn)低的礦物組分，但難以熔化比自己熔點(diǎn)高的礦物組分。因而基性巖漿巖中一般沒有酸性捕虜體，酸性巖漿巖中?？梢砸姷交圆短旙w。第三章巖漿巖的成因32(1）重力分異作用主要出現(xiàn)在基性巖漿中。巖漿冷凝中，先晶出的礦物（橄欖石、輝石等）因比重大下沉到底部；比重小的礦物（長石等）上浮。往往具有垂直分帶現(xiàn)象、水平層理構(gòu)造、以及包含和鑲嵌結(jié)構(gòu)。

(2）流動分異作用（壓濾與摩擦作用）含有晶體的巖漿，在流動過程中，由于摩擦作用，使得晶體遠(yuǎn)離邊部，靠近中央通道，相對集中的分異現(xiàn)象。猶如河道放木。(3）雙擴(kuò)散對流分異作用巖漿冷凝過程中，中心與邊部存在溫度梯度，同時，組分?jǐn)U散、或晶體結(jié)晶、或與圍巖同化混染等原因，也存在成分梯度，由于雙梯度的存在，造成巖漿房內(nèi)中心與邊部組分相互對流、擴(kuò)散，導(dǎo)致分異結(jié)果。第三章巖漿巖的成因33（二）同化混染作用

同化作用：巖漿把部分圍巖及捕虜體徹底熔化或交代的過程。

混染作用：圍巖及捕虜體被熔化或交代后，對巖漿成份的混染過程，改變原來巖漿的成分。發(fā)生同化混染后的巖石特征：

1）同化混染帶主要出現(xiàn)在大型侵入體的邊緣部位，巖體與圍巖接觸界限不明顯。

2）同化混染帶中常含有捕虜體物質(zhì)。

3）同化混染帶中常具有斑雜狀構(gòu)造。

4）同化混染帶中常含有非巖漿性礦物，如硅灰石、堇青石、紅柱石等。第三章巖漿巖的成因34同化混染作用可能發(fā)生的三種方式：

1.巖漿可以熔化圍巖及捕虜體中比自己熔點(diǎn)低的礦物組分，使熔體成分發(fā)生改變。

例如，基性巖漿可以同化酸性圍巖及捕虜體，使巖漿向酸性變化，一般沒有酸性捕虜體。

2.巖漿難以熔化圍巖及捕虜體中比自己熔點(diǎn)高的礦物組分，但是，可以通過離子擴(kuò)散方式，交代改造圍巖及捕虜體中熔點(diǎn)高的礦物組分，由于作用較為緩慢，常常有殘留物質(zhì)存在，出現(xiàn)混染現(xiàn)象。例如酸性巖漿同化基性圍巖及捕虜體時，巖體邊部形成中性巖。

例如，酸性巖漿巖中?？梢砸姷交詭r漿巖的捕虜體。

3.與巖漿相適應(yīng)的圍巖及捕虜體可以穩(wěn)定存在，如地幔橄欖巖捕虜體。第三章巖漿巖的成因35（三）混合作用

指兩種不同成分巖漿以不同比例混合后，形成的一些過渡類型巖漿。結(jié)果巖石中出現(xiàn)非正常結(jié)晶礦物或非正常礦物關(guān)系。

例如冰島地區(qū)，酸性流紋巖中可見到鈣質(zhì)斜長石和輝石的捕虜晶體。第三章巖漿巖的成因36四、原生巖漿的成因機(jī)制1.玄武巖漿

1）是上地幔物質(zhì)（地幔巖）局部熔融的產(chǎn)物。在上地幔的不同深度，產(chǎn)生三種主要巖漿：

拉斑玄武巖漿：約<15公里；高鋁玄武巖漿；15－35公里;