火山碎屑岩及岩浆成因修正

第十一讲

火山碎屑岩及岩浆成因1第五节

火山碎屑岩类2第五章各论3定义是指由火山爆发形成的同期火山碎屑物，经空气或水介质搬运、堆积、固结（压实、熔结）形成的岩石，其中火山碎屑＞90%。注：物源（浆源、同源、异源）、形成方式、含量。具有岩浆岩和沉积岩的两重性。与风化成因火山碎屑组成的碎屑岩不同。第五章各论4一、基本特征

火山碎屑物由“三屑”组成，即“岩屑+玻屑+晶屑”。

1.岩屑

火山爆发过程形成的（刚性）岩屑、半塑性岩屑和塑性岩屑，粒度一般＞2mm。可以了解岩浆岩成分。（1）（刚性）岩屑已冷凝的围岩，被崩碎形成的碎块，呈棱角状。一般＞2mm的称为岩块，＜2mm的称为岩屑。（2）半塑性岩屑火山喷出的岩浆熔团，在空中旋转、碰撞后成形，降落地表时已固结硬化。如：

火山弹：饼状、纺锤状、麻花状等。

火山渣：多气孔，相当于浮岩碎屑。火山弹（山西大同）火山渣第五章各论5

（3）塑性岩屑

火山喷出的岩浆熔团，在空中旋转、碰撞、撞击地表后，缓慢压实、固结硬化。呈撕裂状、火焰状、透镜状等拉长、定向排列，躲绕刚性碎屑，似流动现象，称为“假流纹构造”。内部常见气孔构造、杏仁构造、流纹构造。多靠近火山口分布。塑性浆屑——假流纹构造（河北下花园、白垩系）第五章各论62.玻屑

火山喷出的岩浆熔团，随降温降压，内部气体膨胀，或形成气孔，或炸裂成碎屑（气孔壁）。一般＜2mm。

可以推测岩浆成分。

（1）半塑性玻屑降落地表时已硬化，不再变形。多呈鸡骨头形、弓形、楔形、镰刀形、“Y”形等弧面多边形。（2）塑性玻屑降落地表时尚未硬化，被上覆重压、变形。多呈压扁、拉长状，定向排列，呈“假流纹构造”。第五章各论73.晶屑

岩浆中的斑晶或围岩里的矿物晶体破碎的产物。具棱角状、崩裂纹、暗化边等现象。主要由石英、钾长石、酸性斜长石，以及黑云母、角闪石组成。研究意义——可以推测岩浆岩成分。石英晶屑（张家口宣化）长石晶屑（张家口宣化）第五章各论8二、结构与构造（一）结构1.粒度与含量

集块结构：粒度＞64mm的火山碎屑，含量＞50%。火山角砾结构：粒度64～2mm的火山碎屑，含量＞50%。

凝灰结构：粒度2～0.0625mm的火山碎屑，含量＞50%。

尘屑结构：粒度＜0.0625mm的火山碎屑，含量＞50%。2.据混入物

熔结结构：主要由塑性碎屑组成，紧密镶嵌。如熔结火山角砾结构。

碎屑熔岩结构：10～90%的火山碎屑与熔岩相混合。如火山角砾熔岩结构。

沉火山碎屑结构：50～90%的火山碎屑与正常碎屑相混合。如沉火山角砾结构。

凝灰沉积结构：10～50%的火山碎屑与正常碎屑相混合。如凝灰砂状结构。第五章各论92.构造

（1）层理：水平层理、交错层理、粒序层理等。（2）火山泥球构造：火山尘埃凝聚成1～几cm的球、椭球、扁豆形状，具同心圆构造。（3）假流纹构造：塑性碎屑被压扁、拉长、定向排列，似流动特征。

与流纹构造的区别—气孔少、斑晶成分杂、棱角状晶屑多、岩屑多、一端呈鱼尾分叉状。第五章各论10

火山喷发形成的火山碎屑物质既可以单独组成岩石，也可以掉入熔岩流或沉积盆地，因此可以分为三大类岩石，即

（正常）火山碎屑岩类火山碎屑熔岩类向沉积岩过渡的火山碎屑岩类三、分类第五章各论11火山碎屑岩分类表大类火山碎屑熔岩火山碎屑岩向沉积岩过渡的火山碎屑岩亚类熔结火山碎屑岩火山碎屑岩层火山碎屑岩沉积火山碎屑岩火山碎屑沉积岩火山碎屑10～90%＞90%90～50%50～10%结构构造碎屑熔岩结构流纹构造熔结结构假流纹构造火山碎屑结构沉火山碎屑结构凝灰沉积结构粒度岩石名称＞64mm集块熔岩熔结集块岩集块岩层状集块岩沉集块岩凝灰质砾岩64～2mm角砾熔岩熔结火山角砾岩火山角砾岩层状火山角砾岩沉火山角砾岩＜2mm凝灰熔岩熔结凝灰岩凝灰岩层状凝灰岩沉凝灰岩凝灰质砂岩、粉砂岩成岩方式熔岩胶结熔结式压实、胶结水中沉积压实、胶结化学沉积物及粘土胶结第五章各论12分类与命名方法A．首先，根据物质来源和生成方式分为三种成因类型，即向熔岩过渡类型、火山碎屑岩类型、向沉积岩过渡类型。B．然后，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、火山碎屑沉积岩五种岩类。C．再根据碎屑粒度和各粒级组成的相对含量，火山碎屑岩划分为三个基本种属，即集块岩、火山角砾岩、凝灰岩。过渡型采用“少前多后”命名原则，如凝灰角砾岩，角砾凝灰岩等。第五章各论13（一）火山碎屑岩类

1.熔结火山碎屑岩火山碎屑＞90%，以塑性碎屑为主，具熔结（焊接）结构，假流纹构造或块状构造，致密，貌似熔岩，玻璃质，颜色不均，哈气后有时可见细条纹状塑性碎屑。分布于火山口附近。四、主要岩石类型第五章各论142.（正常）火山碎屑岩

火山碎屑＞90%，以刚性碎屑为主，经压实作用成岩。按粒度大小分为集块岩、火山角砾岩和凝灰岩。集块岩、火山角砾岩

分别具有集块结构、火山角砾结构，由粗大的火山碎屑组成骨架，孔隙间充填火山灰及尘埃。分布于火山口附近。

凝灰岩色浅（灰白、灰绿、浅褐），具色斑，凝灰结构，块状构造，“三屑”组成，疏松多孔，粗糙，蜡状光泽，常发生次生变化。据“三屑”的相对含量可进一步划分。第五章各论15进一步命名方法：（1）采用“火山碎屑成分+基本名称”

如流纹质凝灰岩、安山质火山角砾岩等。（2）采用与砂岩分类相近的粒度含量法。（3）凝灰岩进一步划分，考虑“三屑”相对含量。第五章各论16（二）向熔岩过渡的火山碎屑岩类

火山碎屑熔岩

熔岩基质中含90~10%的火山碎屑物质，具碎屑熔岩结构，块状构造。熔岩具有各自的结构与构造。（三）向沉积岩过渡的火山碎屑岩类经压实、水化学沉积物胶结成岩。

1）沉积火山碎屑岩类火山碎屑物质90~50%，其它为正常沉积物质。

2）火山碎屑沉积岩类以正常沉积物为主，混入的火山碎屑物质仅占50~10%。岩性特征基本同于正常沉积岩。第五章各论17五、次生变化1.脱玻化作用火山玻璃脱玻化后，形成隐晶或微晶石英长石集合体，形态轮廓模糊不清，难以辨认。2.晶屑同质异相变体如透长石转变为低温钾长石，鳞石英、方英石转变为低温石英。3.水化及水解作用水化作用——火山玻璃变成含水玻璃。水解作用——火山玻璃被溶解，变成粘土、蛋白石等组成的土壤。4.交代作用火山喷发晚期或后期出现的气液交代火山碎屑物质。如：

次生石英岩化—中酸性火山碎屑物被交代而成。

青盘岩化—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温热液交代而成，如形成膨润土（斑脱土）。

沸石化—形成各种沸石（丝光沸石、斜发沸石、菱沸石、钠沸石等）第五章各论18六、分布及研究意义

1.分布

时间上：寒武纪到第四纪。

空间上：主要分布于地壳活动地区，如地槽区，与喷出岩构成火山岩系或与沉积岩构成火山～沉积岩系。

2.研究意义

理论意义：（1）追索古火山口位置。（2）对比地层。如汾西煤田太原组凝灰岩位于2#煤层底板，可以作为标志层。（3）了解火山喷发的历史、喷发环境以及喷溢次数等内容。第五章各论19

实际意义

金属矿其中常赋存有Fe、Cu、Pb、Zn、Mo、Ni、U等大型或巨型矿床，以及石油、天然气矿床。如：东北鞍山铁矿、甘肃白银厂铜矿等。日本新泻盆地的35个油气田，有20个都与此岩类有关。非金属矿利用凝灰岩离子交换性能净化污水。用玻屑凝灰岩生产膨胀珍珠岩。将沸石作为农药载体或家禽饲料。将膨润土作为精密铸造粘结剂、深井钻孔泥浆、食用油脱色、石油化工漂白剂和脱色剂、牙膏、护肤霜等。第五章各论20第三章

岩浆岩成因

21一、岩浆的形成

地震波速测定表明，在地壳下部和上地幔100～200km左右的深度存在一个低速带，被解释为该深度以上为固态层—岩石圈，以下可能有液态物质存在—软流层，是岩浆来源区。

1.可熔母岩即上地幔及地壳中的所有岩石在适当的条件下，都可以成为形成岩浆的源岩。尖晶石橄榄岩或石榴石橄榄岩玄武质岩浆石榴石橄榄岩（更深）金伯利岩岩浆第三章岩浆岩的成因22

2热能（升温、熔融）

地幔或地壳源区的岩石只有当该区的热能累积到一定的程度，温度达到岩石熔融的温度（固相线温度），并能够持续累积热能，才会形成一定规模的岩浆。目前所公认的热能来源主要有两个:1）有外来热流体产生热对流，导致热能的积累，温度升高

2）放射性生热元素（如K、U、Th），通过长期衰变产生热能

3压力岩石的熔融温度随压力增大而增高。一定深度的岩石，在恒定的温度条件下，因构造原因，导致底部巨大压力释放，可产生岩浆。源岩位于地幔，可能形成基性岩浆；源岩位于地幔顶部或地壳下部时，可能形成中性岩浆；源岩位于地壳下部时，可能形成中酸性岩浆；源岩位于地壳中部时，可能形成酸性岩浆。第三章岩浆岩的成因23

4挥发份

在无水系统中，温度与压力呈正相关关系，岩石承受压力愈大时，岩石愈难熔融。在有水系统中，含有适当水时，岩石熔点低，可以在较低温度下熔融或部分熔融。挥发份存在有利于降低岩石的熔点。

5时间累积没有外来热能时，岩石熔融需要漫长的时间。例如橄榄岩比原始温度升温10%，熔融时间约需1000Ma（10亿年），若源区比正常地幔富集10倍放射性元素，则熔融时间会缩短为100Ma。

6其他因素地幔或地壳内部由于粘性剪切力的作用，可能产生异常热能，可以导致局部增温，诱发岩浆熔融。

第三章岩浆岩的成因24（一）原生岩浆的种类

岩浆岩种类繁多，但原生岩浆的种类有限，公认的有：

超基性（橄榄岩浆）基性（玄武岩浆）中性（安山岩浆）酸性（花岗或流纹岩浆）（二）原生岩浆的起源1.一元论只有一种玄武岩岩浆2.二元论两种原生岩浆（玄武岩浆和花岗岩浆）3.多元论橄榄岩浆、玄武岩浆、安山岩浆和花岗岩浆第三章岩浆岩的成因二、原生岩浆的种类和起源25（三）局部熔融的概念

1.局部熔融是现代岩浆成因的一个基本概念，又叫重熔作用或深熔作用。

2.岩石熔化时，不同矿物熔点不同，熔化顺序不同。

3.与单矿物比较，岩石熔融有两个特点：

1）岩石熔化温度低于其构成矿物各自单独熔化时的熔点；

2）岩石从开始熔融到全部熔化有一个温度区间。

4.矿物或岩石中SiO2和K2O含量愈高，即组份愈趋于酸性，愈易熔化，称为易熔组份。

5.矿物或岩石中FeO、MgO、CaO含量愈高，即组份愈趋于基性，愈难熔化，称为难熔组份。26

6.主要表现为：

1）在岩石开始熔化至全部熔化的温度区间内，岩石中的易熔组份（酸性组份）先熔化，产生酸性熔体，残留体为较基性的难熔固相物质。

2）随着温度的升高，熔体数量增加，难熔组份（基性组份）也逐渐增加，渐趋于基性。

3）当温度达到或超过岩石全部熔化的温度时，岩石全部熔化，熔体成分和被熔化的原岩成分一致。第三章岩浆岩的成因27三、岩浆的演化

岩浆演化的基本过程是通过分异作用、同化作用以及混合作用，由上述少数几种岩浆形成多种多样的岩浆岩。（一）分异作用没有外来物质成分的加入，原来成分均一的岩浆，随着温度和压力的降低，依靠自己本身的演化，最终形成不同组分(不均一）的岩浆岩的作用。按照发生阶段的早晚分为：

岩浆分异作用（液态分异作用）

结晶分异作用

流动分异作用（流体搬运作用）第三章岩浆岩的成因281.岩浆分异作用（1）扩散作用

岩浆侵入后，由于岩体内部与边缘存在的温度梯度，使得边缘部位高熔点组分先结晶，造成岩浆中该组分的短缺，浓度降低，为了形成新的化学平衡，致使该组分由内部高浓度区域向边缘低浓度区域扩散移动，造成岩体中矿物成分的不均一性分布。

浓度梯度是扩散作用进行的驱动力。例如与岩体内部相比，岩体边部暗色矿物较集中，成份偏基性，岩体内部浅色矿物较集中，成份偏酸性。第三章岩浆岩的成因29（2）熔离作用

高温时成分均一的岩浆，冷却时随着温度和压力的降低或者由于外来组分的加入，分离为成分和比重均不相同、互不混溶的两种岩浆，尤如油和水。

天然岩浆中硫化物、氧化物与硅酸盐熔体可以发生熔离作用，因比重大，常赋存于基性岩、超基性岩的底部或下部，例如铜镍硫化物矿床、铬铁矿床、钒钛磁铁矿床可能与熔离作用有关。

（3）气体搬运作用在岩浆分异过程中，尤其是在结晶晚期，由于大量晶体析出，熔体量减少，流体量相对增多，当温度和压力进一步降低时，岩浆中的流体将气化沸腾，搬运或携带部分易熔组分或比重小的组分向上迁移的作用。犹如浮游选矿。

例如，岩体顶部常富集有大量含有挥发份的矿物：磷灰石、萤石、角闪石、沸石等。第三章岩浆岩的成因302.结晶分异作用

岩浆结晶开始岩浆分异作用之后后出现的分异作用。

重力分异作用

流动分异作用

双扩散对流分异作用矿物的结晶温度有高有低，因此，矿物从岩浆中结晶析出的次序也有先有后。结晶分异作用在玄武岩浆中研究得最为完备，乃是岩浆演化的理论支柱之一，即鲍温（文）反应原理

第三章岩浆岩的成因31鲍温（文）反应原理的地质意义

鲍温反应原理，是根据鲍温（N.L.Bowen，1922）在实验室做的玄武岩浆冷凝结晶过程提出的。其岩石学意义为：1）一种玄武岩浆，经结晶分异作用后可以形成较酸性的变种，形成多种多样的岩石。2）可以解释钙碱性岩浆岩中一般矿物的结晶顺序。3）可以解释钙碱性岩浆岩中矿物的共生组合规律。4）可以解释斜长石的正环带结构和暗色矿物的反应边结构。5）可以解释岩浆岩与捕虏体的一般关系。即岩浆可以熔化围岩及捕虏体中比自己熔点低的矿物组分，但难以熔化比自己熔点高的矿物组分。因而基性岩浆岩中一般没有酸性捕虏体，酸性岩浆岩中常可以见到基性捕虏体。第三章岩浆岩的成因32(1）重力分异作用主要出现在基性岩浆中。岩浆冷凝中，先晶出的矿物（橄榄石、辉石等）因比重大下沉到底部；比重小的矿物（长石等）上浮。往往具有垂直分带现象、水平层理构造、以及包含和镶嵌结构。

(2）流动分异作用（压滤与摩擦作用）含有晶体的岩浆，在流动过程中，由于摩擦作用，使得晶体远离边部，靠近中央通道，相对集中的分异现象。犹如河道放木。(3）双扩散对流分异作用岩浆冷凝过程中，中心与边部存在温度梯度，同时，组分扩散、或晶体结晶、或与围岩同化混染等原因，也存在成分梯度，由于双梯度的存在，造成岩浆房内中心与边部组分相互对流、扩散，导致分异结果。第三章岩浆岩的成因33（二）同化混染作用

同化作用：岩浆把部分围岩及捕虏体彻底熔化或交代的过程。

混染作用：围岩及捕虏体被熔化或交代后，对岩浆成份的混染过程，改变原来岩浆的成分。发生同化混染后的岩石特征：

1）同化混染带主要出现在大型侵入体的边缘部位，岩体与围岩接触界限不明显。

2）同化混染带中常含有捕虏体物质。

3）同化混染带中常具有斑杂状构造。

4）同化混染带中常含有非岩浆性矿物，如硅灰石、堇青石、红柱石等。第三章岩浆岩的成因34同化混染作用可能发生的三种方式：

1.岩浆可以熔化围岩及捕虏体中比自己熔点低的矿物组分，使熔体成分发生改变。

例如，基性岩浆可以同化酸性围岩及捕虏体，使岩浆向酸性变化，一般没有酸性捕虏体。

2.岩浆难以熔化围岩及捕虏体中比自己熔点高的矿物组分，但是，可以通过离子扩散方式，交代改造围岩及捕虏体中熔点高的矿物组分，由于作用较为缓慢，常常有残留物质存在，出现混染现象。例如酸性岩浆同化基性围岩及捕虏体时，岩体边部形成中性岩。

例如，酸性岩浆岩中常可以见到基性岩浆岩的捕虏体。

3.与岩浆相适应的围岩及捕虏体可以稳定存在，如地幔橄榄岩捕虏体。第三章岩浆岩的成因35（三）混合作用

指两种不同成分岩浆以不同比例混合后，形成的一些过渡类型岩浆。结果岩石中出现非正常结晶矿物或非正常矿物关系。

例如冰岛地区，酸性流纹岩中可见到钙质斜长石和辉石的捕虏晶体。第三章岩浆岩的成因36四、原生岩浆的成因机制1.玄武岩浆

1）是上地幔物质（地幔岩）局部熔融的产物。在上地幔的不同深度，产生三种主要岩浆：

拉斑玄武岩浆：约<15公里；高铝玄武岩浆；15－35公里;