1樓：中地數媒
火山碎屑岩（pyroclastic rock）是由火山爆發作用形成的同期火山碎屑物質，經空氣或水介質的搬運、堆積、固結而成的岩石（已經固結成巖的火山碎屑岩經風化、搬運、再沉積作用形成的岩石不包括在內）。火山碎屑岩既可形成在陸地環境，又可形成在水下環境，如海水、湖水和河流等。
火山碎屑岩是介於火山熔岩和沉積岩之間的過渡型別岩石，岩類複雜；兼有兩者的特點，又與兩者相互過渡。其物質**主要源於地下熔漿，但火山碎屑物被拋至空中或水中時，又經歷了搬運和沉積作用而具有沉積岩的特徵。
火山碎屑岩的特徵和主要型別
2樓：中地數媒
（一）火山碎屑岩的結構和構造
1.結構
（1）粒度結構
◎集塊結構：粒度＞64mm的火山碎屑物含量一般＞50％，不少於1/3。
◎火山角礫結構：粒度介於64～2mm之間的火山碎屑物含量一般＞50％，不少於1/3。
◎凝灰結構：粒度介於2～0.0625mm之間的火山碎屑物含量一般＞50％。
◎塵屑結構：粒度＜0.0625mm之間的火山碎屑物含量一般＞50％。
（2）成因結構
◎塑變（熔結）結構：主要由塑性玻屑和塑性岩屑彼此平行重疊熔結而成，其中可含少量的剛性碎屑物，據主要碎屑粒度的大小可進一步分為熔結集塊結構、熔結角礫結構和熔結凝灰結構。
◎碎屑熔岩結構：是火山碎屑岩向熔岩過渡的一種結構，火山碎屑物被熔岩膠結。也可進一步根據主要碎屑的粒度大小劃分為集塊熔岩結構、角礫熔岩結構、凝灰熔岩結構等。
◎沉火山碎屑結構：是火山碎屑岩向正常沉積岩的過渡型別的結構，以火山碎屑為主，混入有少量的正常沉積物。
◎凝灰沉積結構：是以正常沉積物為主的過渡型別的結構。一般在正常沉積物中混有少量（50％～10％）的火山碎屑物質，如凝灰礫狀結構、凝灰泥質結構等。
2.構造
火山碎屑岩常見的構造有以下幾種：
◎流狀構造：由壓扁拉長的塑變玻屑和塑變岩屑定向排列形成，在野外有時不易與流紋構造區別。它們的不同之處在於流紋構造是熔漿流動形成的紋理，平行延伸，遇斑晶或剛性岩屑會自然繞過，無變薄、變窄、嵌入等現象，延伸較為穩定；而流狀構造的塑性岩屑和塑性玻屑在空間上延伸短，在遇到剛性岩屑時，會受剛性碎屑的壓縮在其周圍變薄變窄，甚至出現折斷、嵌入的現象。
◎火山泥球構造：火山灰級碎屑物質凝聚成球狀、豆狀，中心粒度較粗，向邊緣變細，具同心層構造。一般認為是當雨滴通過噴發雲時由濕潤的火山灰凝聚而成的。
◎層理構造：多見於水攜或風攜降落堆積的火山碎屑沉積物中，陸上堆積的湧浪相堆積中也可出現水平層理和交錯層理。
◎粒序構造：有正粒序（由上向下粒度變粗）和逆粒序構造（由上向下粒度變細）兩種。其中逆粒序構造是由於在火山碎屑中存在一些體積大但密度小的浮岩岩屑（密度小於1g/cm3）而造成的。
（二）火山碎屑岩的分類
火山碎屑岩兼有火山岩和沉積岩的一些特性，因此在分類上需考慮的因素較多。本教材推薦使用孫善平（2001）的分類方案（表10－2）。該分類不僅考慮了正常火山碎屑岩型別，還考慮了火山碎屑岩分別向熔岩和沉積岩過渡的型別，即分為正常火山碎屑岩類、向熔岩過渡的火山碎屑岩類和向沉積岩過渡的火山碎屑岩類3個大類，再進一步據成巖方式、結構構造和火山碎屑的粒徑來劃分種屬。
表10－2 火山碎屑岩分類表
（據孫善平，2001）
1.正常火山碎屑岩類
火山碎屑物體積分數大於90％，正常沉積物和熔岩物質極少。按成巖作用方式和結構構造特點，又可分為普通火山碎屑岩、熔結火山碎屑岩和層火山碎屑岩3個亞類。
圖10－3 秦皇島上莊沱安山質集塊巖（a）和秦皇島火山角礫岩（b）（文霞攝於2023年）
◎普通火山碎屑岩亞類：成巖方式以壓實為主，常疊加有水化學膠結，膠結物往往為火山灰分解物，由蛋白石和粘土礦物（如蒙脫石）構成，重結晶後變成玉髓和水雲母集合體，成層構造一般不明顯。火山碎屑物質主要由火山集塊、火山角礫、火山礫、晶屑和半塑性的玻屑組成，以剛性和半塑性碎屑為主，沒有堆積後的壓扁、拉長等塑性變形現象。
按岩石中主要碎屑（一般大於50％，不少於1/3）的粒度可分為集塊巖（agglomerate）（圖10－3a）、火山角礫岩（volcanic breccia）（圖10－3b）、火山礫角礫岩（lapilli stone）和凝灰岩（tuff）等型別。當不同粒級的火山碎屑含量混雜時，定名時可據各種碎屑的含量投點（圖10－4），確定復合名稱，如角礫凝灰岩、集塊角礫岩等。進一步定名還應據晶屑組合或同源岩屑中斑晶成分特徵等，確定火山碎屑對應的熔岩成分，並作為字首參加到定名中，如安山質火山角礫岩、流紋質凝灰岩等。
凝灰岩是火山碎屑岩中分布最廣的一種，主要由粒度小於2mm的火山灰組成，晶屑、玻屑和岩屑均有，進一步可據「三屑」 的相對含量分為7種型別（圖10－5）。
圖10－4 火山碎屑岩定量粒級分類（據劉寶珺等，1980）
圖10－5 凝灰岩中 「三屑」命名圖（據孫善平，1984，轉引自邱家驤，1990）
◎熔結火山碎屑岩亞類：火山碎屑物在堆積後仍具較高的溫度，處於可塑狀態，在上覆物質的負荷壓力下，經變形、熔結而成。岩石具熔結結構，碎屑主要由晶屑、塑變岩屑、塑變玻屑和火山塵組成，也可有少量的剛性岩屑，由於塑變碎屑拉長定向而具流狀構造。
據碎屑的粒度分為熔結集塊巖（weldedagglomerate）、熔結角礫岩（welded breccia）圖10－6）和熔結凝灰岩（welded tuff或ignimbrite），也可據圖10－4、圖10－5進一步定名，再加上相應熔岩名稱作為字首，如流紋質玻屑熔結凝灰岩等。熔結集塊巖和熔結角礫岩在露頭上經常共生，分布面積不大，主要見於火山噴出口附近，是近火山口相產物。熔結凝灰岩則分布較廣，可分布在近火山口附近，也可以遠離火山口分布。
同一噴發單元的不同部位以及不同厚度的噴發單元之間，熔結凝灰岩的玻屑和塑變岩屑的變形程度也有所不同，即具有不同的熔結程度（圖10－7）。根據塑性玻屑和塑性岩屑的變形特點，可分為弱熔結、熔結和強熔結3個等級：(1)弱熔結凝灰岩：
即塑性玻屑微受變形，部分稜角開始圓化，部分仍保留弧面稜角狀，略有壓扁拉長現象，塑性岩屑少見，岩石流狀構造不明顯，常產於熔結凝灰岩的上、下部，與熔結凝灰岩顯漸變過渡關係；(2)熔結凝灰岩：塑變玻屑仍可恢復弧面稜角狀形態，塑變岩屑發育，塑變碎屑受剛性碎屑擠壓，在其邊緣，尤其是在受壓的一側，出現明顯的變形和定向性，顯示了特徵的流狀構造，常呈巨厚堆積，剖面上位於噴發單元的中上部；(3)強熔結凝灰岩：塑變玻屑含量極高，變形強烈而呈扁平狀，僅在剛性碎屑（通常為晶屑）的撐開部位偶爾見變形弱的玻屑，塑變碎屑多直接接觸，塵屑少見，流狀構造十分明顯，有時與流紋構造不易區別，一般位於噴發單元的中下部。
一般說來，近火山口處和噴發單元層中下部的熔結程度要強於遠火山口處和噴發單元層中上部。
圖10－6 粗麵質熔結角礫岩可見流狀構造，產於河北省秦皇島張家口組火山岩（王連訓攝於2023年）
圖10－7 流紋質熔結凝灰岩塑性玻屑的變形程度與熔結強度的關係（引自葉德隆等，1995）
在一些大的火山岩省內，如與島弧、活動大陸邊緣有關的火山岩省中，常有以中、酸性火山碎屑岩為主的大規模火山爆發，形成以熔結凝灰岩為主要成分、規模巨大的火山碎屑岩堆積，被稱為熔結凝灰岩大爆發（ignimbrite flare－up）。這些凝灰岩的體積巨大，形成周期長，如北美洲在50～20ma的時間內，火山爆發形成了超過5×105km3的熔結凝灰岩堆積，澳大利亞東部早白堊世的whitsunday火山岩省、我國東部早白堊世的濱太平洋火山岩省中也有體積巨大的熔結凝灰岩堆積。這樣巨量的熔結凝灰岩爆發的成因機制，引起了學者們的廣為關注，但目前並未形成統一的認識。
farmer et al.（2008）認為美國西部的落基山脈南部的熔結凝灰岩大爆發與板塊的俯衝作用有關，由於俯衝角度在深部的突然變陡（迴轉），導致軟流圈地幔的對流上公升，發生部分熔融的同時，還將熱能傳導給上部的岩石圈地幔。軟流圈地幔、岩石圈地幔部分熔融形成的岩漿與上覆地殼中形成的岩漿混合，就形成了巨量的中酸性岩漿，這些岩漿的爆發就產生了大量的熔結凝灰岩（圖10－8）。
gerardo et al.（2008）認為墨西哥sierra madre occidental的熔結凝灰岩大爆發與地塹式的張性斷裂有關，並提出了地塹火山口的概念。
圖10－8 與俯衝有關的熔結凝灰岩爆發模式（據farmer et al.，2008）
◎層火山碎屑岩亞類：指具明顯的韻律層理和層理構造的火山碎屑岩，以層狀凝灰岩較常見。層狀凝灰岩一般是火山灰在水盆中堆積形成的，其中正常沉積物體積分數小於10％，火山碎屑主要為玻屑、剛性－半塑性岩屑和火山塵，由火山灰和火山塵分解的少量水化學沉積物膠結，部分為壓實膠結。
當正常沉積物體積分數大於10％時，就過渡為沉凝灰岩。
2.向熔岩過渡的火山碎屑岩類
火山碎屑體積分數佔10％ ～90％，碎屑由熔漿膠結，可稱為火山碎屑熔岩。碎屑熔岩類的成因多樣：已固結的熔岩表殼在下部熔漿繼續流動和逸出的氣體產生**的情況下，使表殼破碎再被熔岩膠結形成角礫熔岩（breccia lava）和集塊熔岩（agglomeratic lava）；爆發能量不足時，往往在從火山口中丟擲碎屑的同時，亦有熔岩溢位，降落於熔岩中的碎屑物質被熔岩膠結而形成各種碎屑熔岩；當熔岩以較大的衝力從火山口噴發時，可使熔岩中的斑晶大部分破碎，形成碎屑以晶屑為主的晶屑凝灰熔岩；岩漿在地下的隱爆作用常使內部的斑晶破碎亦可形成晶屑凝灰熔岩。
凝灰熔岩中的碎屑以晶屑為主，也可有少量剛性岩屑，但一般不出現玻屑。
3.向沉積岩過渡的火山碎屑岩類
由落入水盆中的火山碎屑物與正常沉積物同時堆積而形成。根據火山碎屑物的含量可分為沉積火山碎屑岩和火山碎屑沉積岩兩亞類。
◎沉積火山碎屑岩亞類：火山碎屑體積分數佔50％～90％，常與正常火山碎屑岩和正常沉積岩共生，並往往呈過渡關係，據火山碎屑的粒度可分為沉集塊巖、沉火山角礫岩和沉凝灰岩等，以沉凝灰岩（tuffite）為常見。岩石具層理構造，韻律層較發育。
在碎屑物中常見具磨圓的礫、砂、粘土等正常沉積物，有時還可出現生物化石和生物碎屑。
◎火山碎屑沉積岩亞類：火山碎屑體積分數較少，介於10％ ～50％之間，具更接近於沉積岩的特徵，常與沉積火山碎屑岩呈漸變過渡關係，堆積位置一般離火山口較遠，命名時以正常沉積岩的名稱為基本名稱，將火山碎屑作字首，如凝灰質砂岩、凝灰質礫岩等。
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