第十章火山碎屑岩

是主要由火山碎屑物质(>50%)组成的岩石。因其结构成分主要是矿物与岩石的碎屑,所以将其划入碎屑岩的范畴。火山碎屑岩是介于火山熔岩与正常沉积岩之间的岩石类型，兼有二者的特点,与二者相互过渡,又与火山熔岩、次火山岩及正常沉积岩相伴产出。

第十章 火山碎屑岩

• 概述
  • 1、是主要由火山碎屑物质(>50%)组成的岩石。因其结构成分主要是矿物与岩石的碎屑,所以将其划入碎屑岩的范畴。 火山碎屑岩是介于火山熔岩与正常沉积岩之间的岩石类型，兼有二者的特点,与二者相互过渡,又与火山熔岩、次火山岩及正常沉积岩相伴产出。
  • 2、火山熔岩：熔岩是指喷出地表的岩浆，也用来表示熔岩流冷却后形成的岩石，由于熔岩化学成分的不同或火山环境的差异，熔岩有多种类型，如玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩
  • 3、火山喷发碎屑
    • 火山喷发碎屑是火山喷发时飞入空中的所有碎屑物的总称。包括各种尺寸和密度的碎屑物，它们由于爆炸、热气流或岩浆的喷发被带入空中。被喷入空中的碎屑，因而在回落地表时具有一定程度的分选性，一般较粗粒的碎屑离火山口较近，而细粒的较远。根据火山喷发碎屑的尺寸和形态又可分为以下类型：
    • ①火山灰(形成凝灰岩)： 火山灰由岩石碎屑、矿物、火山玻璃碎片组成，直径小夭2毫米。火山灰坚硬、不溶于水。火山爆发时,岩石或岩浆被粉碎成细小颗粒，从而形成火山灰。 火山爆发时炽热的火山灰随气流快速的上升，大规模的火山喷发所产生的火山灰可在平流层长期驻留，台风和雨使又湿又重的火山灰降落到到地表,形成凝灰岩
    • ②火山角砾：指的是>2毫米直径的火山喷发碎屑。可形成火山角砾岩。
    • ③火山集块：是直径>64（>100）毫米、棱角锋利岩块。火山块成分是早期的熔岩。火山爆发导致火山锥上早期熔岩体破碎形成火山块。可形成火山集块岩
    • ④火山弹：是直径>64毫米的、形状圆滑的熔岩块。火山弹是火山爆发时，熔融或部分熔融的岩屑飞入空中，冷却下落形成。由于流体动力学的作用，岩块形成了圆滑的形状。火山弹包括圆形、长形、纺锤形等多种。
  • 4、火山碎屑流：是用来描述火山爆炸后形成的岩石和岩浆碎块。火山碎屑流是气体和碎屑的混合物。它不是水流，而是一种夹杂着岩石碎屑的、高密度的、高温的、高速的气流，常紧贴地面横扫而过。火山碎屑流温度可达1500°F，速度可达每小时100-150英里，它能击碎和烧毁在它流经路径上的任何生命和财物。火山碎屑流起因于火山爆炸式喷发或熔岩穹丘的崩塌。
  • 5.火山泥流：是在火山斜坡上生成的泥流和岩石碎块流。火山泥流是一种水、粘土、砂和岩石碎块的混合物，其中岩石碎块的尺寸大小不一，最大可达几十米。它不是普通的水流，也不是普通的泥流，它的密度大、粘度高，沿山谷下冲时具有很高的能量和搬运能力。火山泥流高速下冲时可达85公里/小时。火山泥流能影响到上百公里的下游，火山泥流发生的条件有两点:碎屑和水。碎屑一般来源于火山锥上松散的火山灰、火山浮岩、火山碎屑、火山砾、火山块、火山弹及破碎的熔岩等。另外火山喷发或地震引起的山崩也可成为碎屑的来源。引发火山泥流的水可以来自火山喷发导致的火山口湖的崩溃或高山冰雪融化。强烈的降雨也可导致火山泥流的发生。
  • 6、火山碎屑岩在时间上分布十分广泛,从前寒武纪至第四纪均有分布;在空间上主要分布在火山活动带及附近地区。我国东部地处环太平洋火山活动地带,中、新生代沉积中有着发育的火山岩系。
  • 7、由于不少重要矿产常与其有关，现在在世界各地区的火山碎屑岩中，还陆续发现了一些工业性油气田，例如日本新泻盆地的35个油气田，其中有11个油气田的油气储集在凝灰岩中,有4个储集在火山角砾岩中，有5个储集在集块岩中。近20年来，对于这些地区的火山作用及火山碎屑岩的研究有较大的进展。
• 第一节火山碎屑岩的成分
  • 一、岩屑（岩石碎屑)
    • 1、刚性岩屑：是已凝固的熔岩或火山基底或管道的先期固结的围岩的碎块，系火山爆发时冲击力破碎而成的。 与陆源碎屑岩的岩屑类似，难区别，有时可据毫无磨蚀毫无分选、熔岩及围岩加以区分。
    • 2、塑性岩屑，又称塑性玻璃岩屑、浆屑等，是由塑性、半塑性熔浆在喷出及飞行坠落过程中后经塑变而形成的玻璃质岩石的碎块。常具有玻璃质结构、基质为玻璃的斑状结构，气孔构造。一般为数毫米至数厘米。火焰石：如断面呈火焰状、撕裂状、树枝状、条带状及塑性变形形态者,火焰石是典型的塑性岩屑;若成旋转状，如纺锤、椭球、麻花、陀螺、梨形等形态，表面具有旋扭纹理和裂隙，并有一层淬火边者称火山弹，火山弹是典型的半塑性岩屑。火山弹一般数厘米，大者可达数米。
  • 二、晶屑(矿物晶体碎屑)
    • 1.晶屑是早期析出的斑晶随熔浆炸碎而形成的矿物的碎屑。
    • ⒉.晶屑的成分多为石英、长石、黑云母、角闪石、辉石等，其中常有高温变种矿物透长石、β石英。
    • 3.特征:一般毫米级大小，最大不超过2~3mm;多呈棱角状，有时保存原来部分晶形;常具不规则裂纹及港湾状熔边缘;多具暗化边或完全暗化 与陆源碎屑岩矿物碎屑类似，区别是晶屑常具不规则裂纹及港湾状熔边缘;常有透长石、β石英等高温矿物晶体;角闪石和黑云母多具相当完好暗化边
  • 三、玻屑
    • 1.玻屑是由熔浆冷凝而形成的玻璃质的细小的碎屑。通常大小在0.1～0.01mm之间，很少超过2mm;按其形态可分为刚性玻屑和塑性玻屑
    • 2.刚性玻屑以具有弧面棱角状和浮石状两种形态，前者出现普遍，形状多样，镜下常呈弓形、弧形、镰刀形、月牙形、鸡骨状、管状、骨针状、不规则尖角状等碎裂形态，以边为弧形、角顶尖锐为特征，表明多系气泡炸裂而成;
    • 3、浮石状玻屑以内部多小气孔，边缘为没有彻底炸碎的弧面，在中基性火山碎屑岩中出现较多
  • 四、正常沉积物质和熔岩物质
    • 一般多以胶结物形式出现，向熔岩过渡的火山碎屑岩类的胶结物多为熔岩物质，向沉积岩过渡者胶结物多为正常化学沉积物质。反映了不同的成岩方式和形成条件
• 第二节火山碎屑岩的结构、构造特征及颜色
  • 一、结构
    • 1.按火山碎屑的粒级划分四级，但划分标准常各不相同。
      • 教材分为：集块(>100mm) 、火山角砾(100～2mm)、火山灰(2～0.01mm)、火山尘(<0.01mm)
      • SY/T5368.4-89规范：集块（>50mm)、火山角砾（50～2mm) 、火山灰（2～0.01mm)、火山尘（(<0.01 mm)
    • 2.按火山碎屑的相对数量划分（专属性结构)
      • 集块结构（火山集块大于50%) ;火山角砾结构（火山角砾大于75%）;凝灰结构（火山灰大于75%)。
    • 3.按火山碎屑形态特点划分
      • 塑变碎屑结构(主要由塑变碎屑组成，又称熔结结构)；碎屑熔岩结构（基质为熔岩结构）； 沉凝灰结构（指混入正常沉积物而言）；凝灰砂状结构；凝灰粉砂状结构；凝灰泥状结构等
  • 二、构造
    • 1、层理构造：火山碎屑岩通常不显层理，但在水携或风携的火山碎屑沉积中，也可出现小型和大型交错层理及平行层理。
    • 2、递变层理：主要出现在沉积物重力流火山碎屑岩类中，系陆上或水下火山碎屑重力流以悬浮和递变悬浮搬运和沉积作用所致，如有正递变、反递变以及叠覆递变层理，是反映重力流水道微环境。
    • 3、斑杂构造：是火山碎屑物在颜色、粒度、成分上分布不均，且无排列性，而表现出来的一种杂乱构造。
    • 4、平行构造：泛指由伸长形的火山碎屑物，如透镜体、饼状体、熔岩团块和条带等定向排列所组成的构造，它的连续性与平行性不及假流纹构造
    • 5、假流纹构造：主要出现在流纹质熔结凝灰岩，是塑性玻屑为拉长状、透镜状、揉皱状呈定向排列所显现的构造。根据塑性玻屑可见燕尾状分叉，在刚性碎屑边部可见塑变不强的弧面棱角状外形，“假流纹”延伸不远，一般无气孔及杏仁体等而有别于流纹构造。
    • 6、其它构造：除上述构造外，有时还见气孔、杏仁构造、火山泥球及豆石构造等，甚至在某些火山细屑岩中还见有生物搅动构造及实体化石。
  • 三、颜色
    • 1、火山碎屑岩常具有特殊鲜艳的颜色，如浅红、紫红、嫩绿、浅黄、灰绿等，它是野外鉴别火山碎屑岩的重要标志之一。
    • 2、颜色主要取决于原始物质成分，中基性火山碎屑岩色深，为暗紫红、墨绿等色;中酸性者色则浅，常为粉红、浅黄等色。
    • 3、其次取决于次生变化，如绿泥石化则显绿色，蒙脱石化则显灰白或浅红色。
• 第三节火山碎屑岩的分类及命名
  • 1）首先根据物质来源和生成方式，划分为火山碎屑岩类型、向熔岩过渡类型和向沉积岩过渡类型三种成因类型。
  • 2）再根据碎屑物质相对含量和固结成岩方式，划分为火山碎屑熔岩、熔结火山碎屑岩、火山碎屑岩、沉火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩等五种岩类。
  • 3）再根据碎屑粒度和各粒级组分的相对含量，划分为三个基本种属，即集块岩、火山角砾岩和凝灰岩，之间的过渡型为凝灰角砾岩、角砾凝灰岩等。
  • 4)最后再以碎屑物形态、成分、构造等依次作为形容词，对岩石进行命名，如晶屑凝灰岩、流纹质晶屑凝灰岩、含火山球流纹质玻屑凝灰岩等。次生变化也常作为命名的形容词，如硅化凝灰岩、蒙脱石化凝灰岩、沸石化凝灰岩和变质流纹质晶屑凝灰岩等。
• 第四节主要岩石类型及其特征
  • 一、火山碎屑熔岩类
    • 1. 火山碎屑熔岩类是火山碎屑岩向熔岩过渡的一个类型，熔岩基质中可含90%～10%的火山碎屑物质，具有碎屑熔岩结构、块状构造。
    • 2. 按主要粒级碎屑划分为集块熔岩、角砾熔岩和凝灰熔岩。
    • 3. 熔岩基质中可含数量不定的斑晶，呈斑状结构，或气孔杏仁构造。
    • 4. 火山碎屑主要是晶屑及一部分岩屑，玻屑少见。当成分相近时，往往不易区分岩屑与熔岩基质，而误认为熔岩。
  • 二、熔结火山碎屑岩类
    • 1. 熔结火山碎屑岩类是以熔结(焊结）方式而形成的一大类火山碎屑岩。火山碎屑物质达90%以上，其中以塑变碎屑为主，主要产于火山颈、破火山口、火山构造洼地和巨大的火山碎屑流与侵入状的熔结凝灰岩体中。
    • 2. 较粗粒的熔结集块岩和熔结角砾岩分布不广，主要组成近火山口相。细粒的熔结凝灰岩分布很广，可组成厚度大的火山碎屑岩层;它主要由小于2mm的塑性玻屑和岩屑组成，也有一定数量晶屑，具有熔结凝灰结构、假流纹构造，碎屑以相互熔结压紧成岩。还可根据熔结（焊接）强度划分亚类。
  • 三、火山碎屑岩类
    • 火山碎屑岩类即狭义的火山碎屑岩类，火山碎屑占>90%，经压积或压实作用成岩。 按粒度大小分为集块岩、火山角砾岩和凝灰岩。
    • 1.集块岩：（粒度>100mm) :由火山弹及熔岩碎块堆积而成，也常混入一些火山管道的围岩碎屑，一般未经过搬运而呈棱角状，由细粒级角砾、岩屑、晶屑及火山灰充填压实胶结成岩，多分布于火山通道附近构成火山锥，或充填于火山通道之中。
    • 2.火山角砾岩:（粒度100~2mm）主要由大小不等的熔岩角砾组成，分选差，不具有层理，通常为火山灰充填，并经压实胶结成岩，多分布在火山口附近。如河北宣化白垩纪火山口的中心，就被流纹质火山角砾岩所充填。
    • 3.凝灰岩
      • 1)“凝灰结构”系指主要由<2mm的火山碎屑组成的结构。
      • 2)按碎屑粒级,进一步分为粗(2一～1mm)、细(1～0.1mm)、粉(0.1~0.01mm)和微(<0.01mm)四种凝灰岩。碎屑成分主要是火山灰，按其物态及相对含量，分为单屑凝灰岩、双屑凝灰岩（两种物态碎屑均在25%以上）和多屑凝灰岩（三种物态碎屑均在20%以上)）。
      • 3)以玻屑凝灰岩、晶屑一玻屑凝灰岩最常见，具有典型凝灰结构，熔岩成分多为流纹质，次为英安质。
      • 4)岩屑凝灰岩主要由熔岩碎屑组成，较少见，有时易与岩屑砂岩相混，需视有无搬运磨圆、有无玻屑存在加以区分。
  • 四、沉火山碎屑岩类
    • 1. 沉火山碎屑岩类是火山碎屑岩和正常沉积岩间的过渡类型，火山碎屑物质占90%～50%,其他为正常沉积物质。
    • 2. 经压积和水化学物胶结成岩，常显层理,故有时也称为层火山碎屑岩类。
    • 3. 岩石名称主要为沉集块岩、沉火山角砾岩、沉凝灰岩。
    • 4. 与陆源火山碎屑沉积物的区别是新鲜、棱角明显、无明显磨蚀边缘及风化边缘。正常沉积物除陆源砂泥外，还有化学及生物化学组分，生物碎屑等
  • 五、火山碎屑沉积岩类
    • 1. 火山碎屑沉积岩类以正常沉积物为主，火山碎屑物质占50%～10%，岩性特征基本与正常沉积岩相同。
    • 2. 当主要为陆源的砂时，称为凝灰质砂岩;主要为泥时,称为凝灰质泥岩;主要为碳酸盐时，称为凝灰质石灰岩或凝灰质白云岩等一系列过渡类型岩石。
• 第五节火山碎屑岩的成因类型及其标志
  • 一、陆相与海相火山碎屑岩系的区别标志
    • 研究火山碎屑岩的成因时，首先应注重的是区分海底喷发的海相和陆上喷发的陆相两大成因类型，其特点如下所述
    • 1、海相火山碎屑岩系：最主要代表是细碧一角斑岩系。其特点是广泛的钠长石化作用，火山玻璃分解为含水的硅酸盐。由于绿帘石化和绿泥石化，岩石呈现绿色，枕状构造十分发育。由于海水中喷发一沉积的特殊环境，常有一些特征:①、韵律性层理，② 、各个夹层的厚度及粒度一般较稳定；③、往往可见到凝灰岩向沉凝灰岩和凝灰质砂岩（或泥岩)过渡的现象。④、另一特征是火山岩系和下伏海相沉积岩层多呈整合接触，或其中有海相夹层，如海相石灰岩、碧玉岩及岩屑砂岩等，其中常含有孔虫、放射虫和硅藻等海相动植物化石。
    • 2、陆相火山碎屑岩系：由于熔浆流出地表时易于氧化，因而常呈现红褐色一黑色，火山岩系和下伏岩层多呈现不整合或假整合接触。 分布于其中的火山碎屑岩系的特点是:①、岩相及厚度变化大；②、含椭圆形、纺锤形、梨形、球形等特征的火山弹；③、存在泥石流角砾岩; ④、熔结火山碎屑岩类比较发育；⑤、凝灰岩多半比较疏松；⑥、有时有陆相砂砾岩和页岩夹层，并常见植物化石和淡水动物化石（多为湖相）
  • 二、不同搬运沉积方式形成火山碎屑岩系及其特点
    • 1．重力流型火山碎屑沉积案
      • 重力流型火山碎屑沉积按其沉积环境又可分为陆上和水下两种沉积类型。
      • 1)陆上的火山碎屑(重力)流沉积,或火山灰流、砂流沉积
        • 成因：是熔结火山碎屑岩类的主要形成方式。 高粘度、富含挥发组分的酸性、中酸性熔浆以强烈爆发形式喷出火山口并将熔岩柱炸碎呈火山灰等碎屑物质，大部分呈白热状态的悬浮物混杂于火山气体之中形成“高密度的流体”，在重力作用下，沿地面坡度向四围扩散，构成由熔岩碎屑和气体所组成的特殊流体—火山碎屑（重力）流。其搬运和沉积方式类似深海中的浊流沉积。
        • 特征：①火山碎屑成分复杂混杂(火山碎屑占绝对多数，火山灰最常见，粗粒火山碎屑较多，可有熔岩混入);多塑性岩屑、玻屑(火山碎屑多有塑性变形、扁平化，气孔大部分消失)；②分选性差，常具有熔结结构(以熔结火山碎屑岩为主);③多定向排列的“火焰石”、假流纹构造，多斑杂构造、块状层理(粒序层理少见)，多柱状节理构造。 分布：分布于火山口附近，范围较大(形成的熔结凝灰岩分布面积最大达数百平方公里),厚度大(达数百米)。 熔结火山碎屑岩不同于一般熔岩流冷凝后所形成的熔岩，也不同于降落火山碎屑堆积而成的火山碎屑岩类。这种岩类在20世纪50年代以后才逐渐被人们所认识和描述。
      • 2)水下火山碎屑流沉积即重力型火山碎屑沉积
        • 成因：由火山喷发碎屑物组成的高密度底流当在水下流动时，由于流速降低后而形成沉积。 特征：①成分复杂，常有正常沉积物混入;塑性岩屑玻屑较少；②分选性较好，熔结性差，具有明显“基质”支撑结构；③浮石和火山渣气孔少；成层性较好，粒序构造明显，在剖面上粒序层之上为流动层，可表现明显的水携搬运沉积特点，如可见交错层理、波痕、叠瓦构造及颗粒定向排列等。粒序构造是水下火山碎屑沉积物重力流沉积的主要构造标志 分布：分布于火山口附近，范围较大，厚度较薄较稳定。
    • 2.降落型火山碎屑沉积(又称降落灰沉积)
      • 成因:是火山喷发物在大气中经风力搬运和分异而形成的产物。其形成机理是:当火山物质顺风搬运时，颗粒依降落速度不同而分离;粒度和密度是控制降落速度的主要因素，而风向、风速、扰动性以及碎屑物的喷射高度是控制散落形态的重要因素。 特征:①火山灰为，粗碎屑及塑性碎屑缺泛，常有正常沉积物混入;②分选性好一极好，常为凝灰结构和沉凝灰结构; ③成层性也好，常有发育的水平层理; 分布:分布范围很广，主降落灰沉积物在平面上呈大致呈对称的形态，其延长形方向与风向有关;降落灰厚度向下风方向减薄，粒度相应减小;在理想情况下，成分、粒度及厚度在顺风方向上均作相互有关的系统变化。
    • 3.水携型火山碎屑沉积
      • 成因：陆及水下火山碎屑物质进入海洋即受海水的搬运改造并沉积，即形成水携型火山碎屑沉积。 特征：①火山碎屑及正常沉积物混杂; ②火山碎屑有有不同程度的磨蚀、圆化及分选性，常为沉凝灰、凝灰砂等结构; ③常具有正常碎屑沉积岩的各种构造，如大型斜层理、波痕、砾石叠瓦构造、间断韵律等; ④分布相当广泛,常与正常碎屑沉积物过渡并共生; 区别；要把这类岩石同侵蚀成因的火山陆源岩区分开，往往有一定困难。两者区分的标志是:水携成因火山碎屑岩的成分是受同期火山作用控制的，碎屑的成熟度很低，可见到玻屑、暗化的黑云母和角闪石等;还可见到具有环状构造新鲜的斜长石，以及熔岩碎屑中仍保存着玻基斑状结构、交织结构或玻璃质结构;分选、磨圆度都很差等。
• 第六节火山岩系与油气
  • 近年来，火山岩系在世界上越来越受到人们的重视。在火山岩及火山碎屑岩系中，蕴藏着汞、铅、锌、铜、铁、铝、锡、稀有放射性元素等矿产，而且有些是大型、巨型矿床。未脱玻化的玻屑凝灰岩可作膨胀珍珠岩原料，浮石状凝灰岩可作优良水泥的混合材料，蒙脱石化凝灰岩可作吸附剂、脱色剂、填料、制模材料等。 现在世界各地区中已陆续发现了工业性油气田，例如日本新泻盆地的35个油气田，有11个油气储集在凝灰岩中，有4个储集在火山角砾岩中，有5个储集在集块岩中。 火山岩和火山碎屑岩在我国各时代地层中都广泛分布，除蕴藏有丰富的金属和非金属矿产外，而且含有丰富油气资源。已陆续发现了一些以火山岩和火山碎屑岩为储集层油气田
  • 一、我国西部火山岩油气勘探取得重大进展●发现和落实了克拉美丽气田、牛东油田、西北缘石炭系油田等，累计新增三级储量超过三亿吨油当量 1、北疆地区盆地内火山岩分布面积17.6万Km^2 ，6个油气有利勘探区；●发现和落实了克拉美丽气田、牛东油田、西北缘石炭系油田等，累计新2、发现和落实了克拉美丽气田、牛东油田、西北缘石炭系油田等，累计新增三级储量超过三亿吨油当量； 3、2008-2011:探明油8752万吨，探明气1053亿方；●发现和落实了克拉美丽气田、牛东油田、西北缘石炭系油田等，累计新增三级储量超过三亿4、2012-2013.6:预测油>10491万吨，预测气380亿方。
  • 二、我国东部火山岩油气勘探不断取得新发现 1、断陷盆地群成为火山岩油气勘探的重点领域。2008-2012年，探明英台气田，发现莺山断陷、徐家围子安达、徐西斜坡等含气区带等，累计新增三级储量3900亿方。海拉尔盆地火山岩获工业油流口大杨树盆地火山岩见原油显示口 2、松辽盆地中部和东部断陷带仍有较大勘探潜力具有东部厚、中部大的分布特点，面积大于2000km2且厚度大于2000m的断陷有9个，主要分布在:东部断陷带3个；徐家围子，昌图，双城；中部断陷带5个:长岭，林甸，茫汉，英台，古龙；西部断陷带1个；陆家堡。 3、松辽盆地徐家围子断陷仍有较多剩余资源：安达地区--剩余资源量408—823亿方；徐西凹陷--剩余资源量244-818亿方；徐东地区--剩余资源量694—1456亿方