火山岩相分析

四、火山岩相(facies)分析,岩相、相序是火山地质学研究的核心内容，是建立火山地层格架、恢复火山构造面貌、推演火山喷发过程和演化历史的依据。岩相类型的划分，许多学者都做过论述，划分的方案较多；岩相划分的原则:1、火山喷发的基本形式（爆发、溢流、侵出或侵入等）2、火山喷发及火山喷发物定位环境（陆地、海洋）,3、火山爆发机制与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）5、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（机制）、堆积定位环境,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)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）flow)orignimbrite）,岩相类型,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2、溢流相3、沸溢-侵出相4、侵出相5、火山通道相(火山颈、岩管)6、潜火山岩相（subvolcanicrocks）（subwaysubmarine）,7、火山-侵入相8、火山喷发-沉积相a湖盆沉积相b破火口湖沉积相9、火山泥流相（lahar）10、熔积岩相（peperite）,火山剥蚀程度,未剥蚀或浅剥蚀（火山口、火山锥等保存完好）中浅剥蚀（火山口、火山锥基本剥蚀怠尽，火山颈已剥出，但岩相类型基本齐全）中深剥蚀（潜火山岩多被剥出，岩相类型不全，火山面貌不清）深剥蚀（火山根部岩体大量裸露，堆积物岩相单一）,爆发相爆破式火山作用,是一种由爆炸产生的强烈火山作用，火山产物主要为火山碎屑物；爆破的方式主要有：岩浆爆发射汽爆发射汽-岩浆爆发淬火或淬碎作用、流动自碎等不属爆破作用,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,u,v,v,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,2,4,3,1,狭窄火山通道,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,Hb,Ht,Hm,B浮力,最终高度,高度,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,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,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层,层堆积带（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,Layer2,groundlayer,jetteddeposited,layer1,Weakerfluidization,Strongfluidization,explosiveejectionofmaterial,Weakornofluidization,strongfluidization,地浪形成示意图,碎屑流堆积结构示意图,火山碎屑流堆积相模式,J3b1石英粗面质熔结凝灰岩（核桃坝）,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,谷塘型（valleypond）堆积熔结凝灰岩,J3m柱状节理（大北沟）,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之间有较明显的分界：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,火山碎屑涌流(浪)堆积(surgedeposits),灰云涌流ash-cloudsurge1、火山碎屑涌流地涌流（groundsurge）基底涌流（basesurge）2、堆积物3、产状4、堆积厚度5、堆积构造6、火山机构类型maar式火山,沉积物-sediment,火山碎屑涌流的搬运,受湍流中气体相支撑的控制（直接观察）极发育的层理构造反映只能是由分粒的牵引式搬运（不是块流）可用河流搬运中流态（费劳德数F）的概念来理解，高流态（upperflowregimeF1）形成平行层理、反沙丘；低流态（lowerflowregimeF1）形成波痕、沙丘等涌流牵引流,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,火口（双池岭）,低平火山Maar,堆积序列和堆积构造,平行层理板状交错层理、丘状交错层理爬升构造冲蚀槽、层理下陷构造气孔、气囊增生火山砾,龙泉龙湾02P2剖面处,火口沿内侧堆积（杨花）,大龙湾基浪堆积,Maar远缘,Maar增生火山砾,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,柱状节理特殊性,柱状节理,（泡子沿）,火山灰年代学,凝灰岩,细砂岩,喷发-沉积相,火山喷发降落在水体中,或火山喷发物经剥蚀、搬运到水盆地中沉积形成的火山沉积岩；据水动力条件和水体环境分为：洪积、冰川-冰水沉积；火口和破火口湖沉积；火山洼地和火山地堑沉积；正常湖盆、海盆沉积；,J3b2砂岩层(水泉村）,J3b砂泥岩米级旋回（泡子沿）,火山灰年代学,凝灰岩,细砂岩,熔积岩(peperite),熔积岩概念熔积岩类型熔积岩的产状熔积岩识别标志熔积岩形成机理MFCLS理论熔积岩形成的控制因素熔积岩形成机理熔积岩研究意义,提纲,Scrope(1858):Originally,peperitewasfirstintroducedasadescriptivetermforspotty,pepperandsalt-liketexturedbasalticbrecciaswithacarbonateclasticmatrix,resultingfromfalloutofbasalticpyroclastscontemporaneoustocarbonatesedimentation;Whiteetal.(2000)definedthegeneticuseofthetermpeperiteasagenetictermappliedtoarockformedessentiallyinsitubydisintegrationofmagmaintrudingandminglingwithunconsolidatedorpoorlyconsolidated,typicallywetsediments.,熔积岩(Peperite)概念,Hooten,Ort（2002）:peperiteisavolcaniclasticrockformedbytheinterminglingofmagmaandwetsediment,andcontainsquenchedigneousfragments,ordomains,mingledwithhostsedimentJerram,Stollhofen（2002）:Peperiteisdescribedarocktexturethathasformedessentiallybyinsitudisintegrationofjuvenilemagmaintrudingandminglingwithunconsolidatedorpoorlyconsolidatedsediments.,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。,沉积物的结构多种多样，在粒度和成分上变化范围广。据岩浆碎屑的形态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。,熔积岩的形成环境与水盆地密切相关，产出的方式多样。当岩浆侵入未固结的湿沉积物时，形成岩床或不规则侵入体边缘熔积岩，当岩浆溢出地表注入水盆地时，形成的熔积岩则位于熔岩流底部或前缘,熔积岩的形成主要受炽热熔浆与未固结的湿沉积物接触时引起的淬碎或蒸气爆炸作用以及寄主沉积物流体化作用控制，寄主沉积物(hostsedimentsurrounding)未固结的特性及其孔隙水的存在对岩浆与其接触后的相互作用过程具有重要意义。孔隙流体被加热膨胀，可使稳定的湿沉积物流体化，成为弥雾状流体活动，如果孔隙水迅速转化为蒸汽，则膨胀发生蒸汽爆炸。,流体化或蒸汽爆炸都可裂解熔浆与湿沉积物接触带及其周围沉积物的粘合性，以致引起熔浆碎屑与湿沉积物迅速不规则混合，并使沉积物层理破坏或扰乱扭曲，同样，熔浆也可以由与湿沉积物接触而发生淬碎作用而碎裂,野外实际资料表明，流状熔积岩与细粒（粉砂级）沉积岩相伴生，而块状熔积岩则和粗粒沉积组分共生，这种差异与寄主沉积物的特性有关。流状熔积岩中的透镜状、舌状等岩浆碎屑可能是由岩浆和湿沉积物接触面上富存的水蒸汽薄膜而引起的，水蒸汽薄膜将岩浆与湿沉积物隔开，二者不能直接接触，从而抑制了岩浆淬碎作用或蒸汽爆炸作用的发生，并使蒸汽薄膜附近的沉积物沿接触带发生侧向运移，最终使湿沉积物与岩浆碎屑发生混合，因为分选好的细粒疏松粉砂质堆积物在热薄膜水的作用下更易流体化，所以多形成流状熔积岩。,块状熔积岩常与粗粒级沉积物伴生，因为粗粒级寄主沉积物有较大的渗透率会阻止蒸汽薄膜的形成，由于缺少一个起隔离作用的水蒸汽薄膜，岩浆与湿沉积物之间相互作用主要受淬碎或蒸汽爆炸作用控制，同时由于水蒸汽的驱动使两种碎屑物混合。块状熔积岩的岩浆碎块主要是玻璃质碎屑，也说明主要是淬碎作用的结果。,安山质熔积岩,相序特征,moltenfuel-coolantinteractions(MFCIs)FCIprocessesareactiveinbothindustrialandgeologicalsettings.FourprimaryFCIstageshavebeenidentifiedinlaboratorysettingsThepreliminarystageofaFCI(termedcoarsemixing)globularclastsmayrecordcoarsemixing-stageFCI;sphericalfragmentsinresponsetotheeffectsofsurfacetensionduringtheinitialstagesofMFCI.laterstagesofaFCI,whenthisstablevaporfilmcollapsesandthereisrapidheattransferfromfueltocoolantandcatastrophicmeltfragmentation.blockyclastsmaysimplybetheresultofquenchfragmentation,orHighshearvelocitiesleadingtopressurewavedevelopment(aformoffluidinterfaceinstabilityknownastheKelvin-Helmholtzinstability)canresultinmagmafragmentationproducingblockypyroclasts,不同结构类型的熔积岩反映了岩浆和未固结的湿沉积物之间相互作用过程的差异受控于寄主沉积物的特性,围压(Confiningpressure)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。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。,熔积岩形成的控制因素,P=(cr)(g)(he),wherecristheaveragecrustaldensitypriortoeruption(kgm-3),gistheaccelerationduetotheearthsgravity,andheisthedepthofexplosiveactivitybeneaththesurface.,Water/magmaratiosmeltviscosityamountofwaterthatissuperheateddegreeofwater-meltmixing,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,J3b辉绿玢岩（泡子沿南）,辉绿玢岩侵入J3b2泥岩中,熔积岩形成机理,quench-fragmentationfluidisationminglingwithwet,usuallysubaquaticsediments,Thestateofsedimentaryenvironmentscontemporaneoustointrusionand/orlavaeffusion;Theflowwithrespecttotheemplacementbehaviourofthemagma;Thedynamicprocessesactivewhensedimentsandmagmamix,熔积岩研究意义,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;确定地层时代良好的同位素定年岩石。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,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,泥石流是突然爆发的、含有大量泥砂、石块等固体物质并具有强大破坏力的特殊洪流。特大暴雨或连续降雨，积雪、冰川融化及雪崩都是触发泥石流的重要条件。泥石流中固体物质的体积含量一般大于15%，最多时可达80%；容重常大于1.3t/m3，最大时可达2.3t/m3。泥石流的流速通常为57m/s，极快时可达7080m/s。由于泥石流容重大、流速快，因此不仅有极其强大的搬运能力，而且其侵蚀、搬运和沉积过程极为迅速。泥石流具有突然爆发、历时短暂、来势凶猛、破坏性大的特点。因此，经常冲毁耕地、破坏交通、堵塞河道、摧毁城镇和乡村，给人民生命财产造成巨大的损失,泥石流的形成泥石流是介于水流与滑坡之间，由重力作用下形成的松散物质、水与空气三者构成的块体运动。形成泥石流的三个必备条件：1、固体松散物质储备丰富物源；2、地势陡峻，流域面积大，山高沟深，坡面坡度与沟谷纵比降较大-地貌3、在短时间内有充沛的水量。高强度降水或冰雪融水获得充足的水源供应水源地貌类型：泥石流沟谷与泥石流扇,诱发泥石流主要因素,1、不合理开挖：修建道路、水渠以及其他工程建筑的不合理开挖。2、不合理的弃土、弃渣、采石：3、滥伐乱垦：滥伐乱垦会使植被消失、山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育，大大加重水土流失，进而山坡稳定性破坏，滑坡、崩塌等不良地质现象发育，结果就很容易产生泥石流。如甘肃白龙江中游现是我国著名的泥石流多发区。而在一千多年前，那里竹树茂密、山清水秀，后因伐木烧炭，烧山开荒，森林被破坏，才造成泥石流泛滥。,泥石流的类型,椐环境对泥石流分类：纬度（雨水和融水泥流）地带性泥石流高度（高、中、低山泥石流）陆地