火山岩相调查

七、火山岩相调查研究火山岩相、相序是建立火山地层格架、恢复火山构造面貌和火山喷发过程的基础，并可为火山矿产的寻找提供信息。但以往火成岩岩石学家的主要兴趣在岩石的结构构造、矿物学、地球化学、岩浆成因及大地构造环境方面，近30年来火山岩相的研究才得到逐步发展火山岩相的概念•火山岩相指火山物质的形成方式、搬运方式以及堆积定位环境的总和•火山岩相是火山堆积物的一个实体，它有不同于其他实体的特征。这些特征可能是成分、结构构造或所处的空间位置等。是特定的形成方式或搬运作用、或堆积环境的产物。•相仅是一种概念，它没有规模的限制，这是与岩石地层的重要区别所在，一个地区的岩石地层单元组、段等可以是一种相，也可以是几种相的组合。在更局限的范围内，相可能只代表某个露头或一个单层，甚至同一流动单元的一部分（顶板、底板相等）。因为它有不同的特征，尽管不同，但成因上有一定联系。岩相划分的原则:1、火山活动的基本形式（爆发:岩浆型爆发—岩浆本身挥发份的持续出溶和膨胀所躯动；射汽—岩浆爆发(phreatomagmaticexplosion)-足够的地下水或地表水的补给，并与岩浆高度混合；射汽爆发—循环地下水在岩浆作用所产生的热的作用下，水被加热气化，而产生的爆发；溢流、侵出或侵入等）2、火山喷发方式（裂隙式、中心式或夏威夷…..、冰岛式等）及火山喷发物定位环境（陆地、水下)3、火山产物的搬运方式、堆积机理（空落、火山碎屑流、火山碎屑涌流、火山泥石流、近源崩落堆积等）4、火山产物在火山机构中的特定位置（火山颈、火山口、近源、远源）形成方式（冷却固结、熔结、压结）、堆积定位环境5、火山岩浆在地下一定深度（0.5-3km）侵位及侵位机制（潜火山岩、隐爆角砾岩、火山-侵入岩等）二、岩相类型(facies)地表——开放环境1、爆发相A、近源崩落相(爆发与崩塌)火山渣降落堆积(scoriafall)B、空落相浮岩降落堆积(pumicefall)（陆地、水下）火山灰降落堆积(ashfall)块灰流（blockandash-flow）C、火山碎屑流相渣状流（scoriaflow）（pyroclastic浮岩流（pumiceflow.(ashflow陆地、水下）flow)orignimbrite）灰云涌流ash-cloudsurgeD、火山碎屑涌流地涌流（groundsurge）surge基底涌流（basesurge）E、溅落堆积(Spatterrampart溅落堤)2、溢流相（基性、中性、酸性；陆上、水下；熔岩流、熔岩被等）3、火山喷发-沉积相a湖盆沉积相b破火口湖沉积相4、火山泥流相（lahar）5、熔积岩相（peperite水下）岩相类型半封闭-半开放环境6、沸溢-侵出相（爆发与侵出过渡相）7、侵出相8、火山通道相(火山颈、岩管)封闭环境9、潜火山岩相（subvolcanicrocks）（subwaysubmarine）10、隐爆角砾岩相11、火山-侵入相火山爆发初始阶段动力学过程示意图岩浆爆发77%（vol%）出溶面碎屑化面uvv物相物性液液汽汽固固固固固液液（塑）气气空气塑（液）喷发柱2431狭窄火山通道扩散区对流区气冲区岩浆囊出溶面碎屑化面气泡首次出现挥发份饱和的深度气体从液体岩浆中的气泡释放出来，成为多相流中的连续相层流湍流喷发开始时的动量控制浮力控制水平扩散从火山喷发的动力过程中获得模拟的初始参数布里尼喷发柱结构分区与空降堆积•示意图扩散区对流区气冲区大气密度混合相密度扩散正浮力密度增大HbHtHmB浮力最终高度Ｈ高度ｍ动量能喷发柱的高度与质量释放率的四次方根成正比（h=236.6m1/4）质量释放率-单位时间内喷发量，m单位kg/s火山碎屑流结构示意图细火山灰形成的稀薄火山灰区（脱离火山碎屑流）•浮岩分凝带＋碎屑顶部２Ｃ层层２堆积带（碎屑流主体）浮石岩屑细粒灰晶屑•底层堆积带groundlayerdeposited前缘高度汽化的湍流喷射物堆积方式Layer2groundlayerjetteddepositedlayer1WeakerfluidizationStrongfluidizationexplosiveejectionofmaterialWeakornofluidizationstrongfluidization碎屑流堆积结构示意图气体分凝管火山碎屑流(浮岩流)堆积相特征谷塘型（valleypond）堆积熔结凝灰岩J3m柱状节理（大北沟）浮岩流的温度：直接测量；如日本的Kamagatake1929，390c（12天后，Me.st.Helens,1981,300-750c,近火口750-850c;）实验:新墨西哥州UpperBandelieignimbrite,550-800c;利用古地磁热剩磁求知Me.st.Helens,1981,550-600c；利用炭化木推测，Vesuvius，400c阿拉斯加万烟谷浮岩流堆积七年后还可达645c浮岩流基本特点规模:体积一般100-1000km3,大者3000km3组分：玻屑、浮岩、晶屑和岩屑，以含大量浮岩、玻屑为特征原生构造：大多不具层理，但在一个流动单元内具双粒序层理，流动单元之间有较明显的分界发育气体分凝管构造晶屑和岩屑富集(取样应注意)浮岩流的温度：直接测量；如日本的Kamagatake1929，390c（12天后，Me.st.Helens,1981,300-750c,近火口750-850c;）实验:新墨西哥州UpperBandelieignimbrite,550-800c;利用古地磁热剩磁求知Me.st.Helens,1981,550-600c；利用炭化木推测，Vesuvius，400c阿拉斯加万烟谷浮岩流堆积七年后还可达645c流动单元、冷却单元和喷发单元破火山的主要堆积物成熟岛弧与活动大陆边缘浮岩流构造属性•岛弧(成熟、碰撞弧)•活动大陆边缘火口（双池岭）低平火山——Maar基底涌流堆积（basesurge）灰云涌流ash-cloudsurgeD、火山碎屑涌流地涌流（groundsurge）surge基底涌流（basesurge）火口沿内堆积（近火口（杨花）射汽-岩浆爆发堆积（杨花）层理下陷构造Maar层理冲蚀槽（P9剖面）Maar远缘Maar增生火山砾Maar增生火山砾干热流体湿冷流体相对搬运与堆积速率稳定层形水的沸点渐进式层型后退式层形火山碎屑涌流鉴别•岩浆爆发(groundsurge、ash-cloudsurge)干涌流与浮岩流相伴生，单层薄，分选好，常具交错层理（渐进式）、波状、平行层理、砂丘等构造。ash-cloudsurge细火山灰，groundsurge粗粒和刚性碎屑较多，分别位于喷发单元的上、下部。厚度一般不大（1m左右）。组成岩石主要为层凝灰岩•射汽-岩浆爆发、射汽爆发（basesurge）湿涌流可单独存在，形成特征的Maar式火山。纹层理极发育，可具对称的粒序，交错层理（后退式）、波痕、冲槽、冲坑构造、塑性变形、层理下陷构造和U型槽单元层：底粗，中堆积构造发育，顶部很细、层薄远端发育增生火山砾气孔、杏仁构造在水盆地中多位于熔岩的下部，宏观上酷似沉凝灰岩涌流堆积与碎屑流堆积区别•Pryclasticflowsurge流体浓度高稀薄流体高密度层流低密度湍流分选差、块状、分选较好双粒序层平行层理、斜层理气体分凝管气孔、杏仁堆积体积大堆积体积小沸溢-侵出相是介于和缓的溢流和强烈爆发之间的火山作用产物岩石特征上即不同于溢流作用形成的熔岩，也有别于火山碎屑流堆积的熔结火山碎屑岩称之为泡沫熔岩（frothlava）•沸溢—侵出相火山岩岩石与岩相—岩性岩相特征•沸溢—侵出相J3b3侵出相泡沫熔岩地貌（牛心山）J3b3流纹质泡沫熔岩（牛心山）J3b3流纹质泡沫熔岩（牛心山）泡沫熔岩关于柱状节理（ColumnarjointingStruture）产状与流面关系垂直柱状节理凿痕构造柱状节理特殊性柱状节理溅落堆积与碎成熔岩晚更新世焊接集块岩P4剖面熔积岩（peperite）•是火山碎屑岩的一种特殊类型，由熔浆和未固结的湿沉积物两种组分掺混而成，具特征的碎屑结构。分布在熔岩流底部、前缘与下伏未固结的湿沉积物接触带以及超浅成侵入体与未固结的湿沉积物的接触部位。形成熔积岩的岩浆从玄武质到流纹质均有，熔岩碎屑为玻璃质、隐晶质或斑状结构。熔积岩（peperite）安山质熔积岩•沉积物的结构多种多样，在粒度和成分上变化范围广。据岩浆碎屑的结构特征可分为两种类型，即流状和块状熔积岩。前者由熔浆碎屑和细粒沉积物组成，岩浆碎屑以透镜状、舌状、水滴状、撕裂状等为特征，大小不一，具明显的塑变特征。后者熔浆碎屑以块状、角砾状为特征，与其混合的沉积物以中粗粒砂为主。相序特征•熔积岩的形成还受围压的制约，如果围压超过水蒸汽的临界压力时孔隙流体的膨胀就会被阻止，从而会抑制蒸汽爆炸和流体化作用的发生。可见熔积岩是低压条件下的产物，据熔积岩的出露，可间接判断水体的深度和超浅成侵入体的侵位深度。•熔积岩是沉积作用与同期岩浆活动的产物，是良好的指相标志，还未引起国内广大地质工作者的重视，在国外已引起地学界的关注，如前2000年在南非召开的火山学与地球内部化学会议上专门设立了熔积岩（peperite）专题讨论并在会后出版了专题论文集•熔积岩是确定盆地沉积过程中同时伴有岩浆活动的直接证据，是确定火山岩定位环境的标志之一，也是确定地层时代良好的同位素定年岩石。另外，具有熔积岩边界的不规则侵入体是与沉积作用同期的产物，可与侵入于固结沉积岩的晚期侵入体相区别。熔积岩的确定对岩相古地理分析、确定沉积作用与岩浆作用关系、研究火山沉积盆地的发展演化历史以及与岩浆热蚀变有关的矿产等具有重要意义。火山泥石流（lahar）•是指与火山喷发相伴生的泥石流•是火山喷发屋（碎屑物）与水混合后形成的高密度流体•与沉积作用泥石流区别是：起源、成分、温度、速度等火山泥石流泥石流的运动特征•流态多变•流速、流量变化大•泥石流具有直进性和爬高性•泥石流漫流改道•泥石流具有周期性•泥石流的运动机理塑性蠕动流粘性阵流阵性连续流稀性连续流锥体护坡日本有珠火山护坡与挡坝天池火山泥石流相图．．．．．．．．．．．．．．．．．．火口火山泥石流（岩屑流）堆积火山泥石流（消退流）堆积洪泛漂浮堆积５０——２００ｋｍ溢流相是指岩浆熔体从地下深处经过火山通道上升到地表,自火口向外溢流而形成的各种类型熔岩.具有不同的成分及冷却条件：基性——酸性陆地（干燥、潮湿）水下（湖泊、海洋）简单熔岩流—一次喷发，由一个流动单元组成复合熔岩流—由若干流动单元组成粘度与溢出率(基性岩浆)粘度(泊)溢出率（m3/s）复合熔岩流简单blocklavaa.apahoehoe熔岩流流动的距离：岩浆的溢出率、地形、粘度等熔岩产状类型•水下：枕状熔岩（pillowlava）•陆地：熔岩流基性[渣状熔岩（aalava）、块状熔岩（blocklava）、结壳熔岩（pahoehoelava）]熔岩被熔岩湖蛇绿岩混杂带中枕状熔岩块状熔岩blocklava（焦得布）aa熔岩结壳熔岩（绳状）J3b2流纹岩（西大山）火山侵出相侵出相——粘稠的岩浆（酸性、中酸性或碱性）从火山通道的上部或火口旁侧缓慢挤出地表、冷却堆积而成的地质体；（当岩浆的粘度较大，且气体过饱和程度低时，岩浆就不是溢流，而是侵出）侵出岩穹（extrusivedome）形态有丘状、锥状、钟状及针状等侵出岩钟地貌•侵出相侵出相主要特点•常见于火山通道或寄生火山通道之顶部•穹丘高度主要取决于岩浆的粘度•常见放射状、柱状、同心圆状及扇状节理•一般为流纹质、英安质、粗面质及响岩等•顶部和四周常见角砾状岩石•若未剥蚀，顶部常有凹坑•常有火山气液交代作用•一般形成于火山活动的末期火山通道相指连接岩浆房和地表火山口的岩浆运移孔道，其中的填充物称火山通道相；裂隙式（线状）中心式（点状）火山口喷火口火山通道相特征裂隙式：呈岩墙状及平行岩墙群岩墙中流动构造近直立岩墙成分与喷出熔岩一致中心式：受断裂控制，平面多呈圆形、椭圆形,由火山碎屑岩和熔岩填充，蚀变作用较强火山岩岩石与岩相—岩性岩相