Question

火山碎屑岩的分类及主要岩石类型

Answer 1

一、火山碎屑岩的分类

火山碎屑岩由于其特殊的成因方式，使其在整个岩石学中处于一个特殊的位置上。国内外有关火山碎屑岩分类方案很多。IUGS推荐的火山碎屑岩分类方案，尽管2002年又对第一版做了修改和补充，但仍未涉及火山碎屑岩和熔结火山碎屑岩的分类。鉴于此，本教材推荐使用孙善平等(2001)的分类方案(表6－3)。该分类方案是孙善平等(2001)在孙善平(1978)的基础上修改完善后提出的，具有一定的代表性。在表6－3中，“火山碎屑含量”和“粒度”中的φ值标准为国家制定的鉴定标准，也是目前国内普遍采用的参数。

表6－3 火山碎屑岩分类表

根据目前对火山碎屑岩的研究现状，火山碎屑岩的分类主要考虑火山碎屑的形成条件、碎屑物的物质成分、成岩方式和碎屑物的粒级。具体分类命名原则是:

(1)根据火山碎屑物的来源和生成方式，即火山碎屑的形成条件，划分出火山碎屑岩的成因类型:向熔岩过渡的火山碎屑熔岩类、正常火山碎屑岩类和向沉积岩过渡的火山－沉积岩类。

(2)根据火山碎屑含量、沉积物含量和成岩方式的差别，划分为五个亚类，分别是:正常火山碎屑岩类的熔结火山碎屑岩亚类和普通火山碎屑岩亚类;火山－沉积岩类的沉火山碎屑岩亚类和火山碎屑沉积岩亚类以及碎屑熔岩亚类。

(3)根据每个亚类中碎屑物质(包括火山碎屑和沉积碎屑)粒度和各粒级组分的相对含量，进一步划分为:集块岩(碎屑物粒径＞64mm，其含量一般＞50%)、角砾岩(碎屑物粒径64～2mm，其含量一般＞50%)和凝灰岩(碎屑物粒径＜2mm，其含量一般＞50%)三个基本类型。如图6－4所示，它们还可以进一步分类命名。图6－5为IUGS推荐的根据凝灰岩中火山碎屑物(玻屑、晶屑、岩屑)的类型对凝灰岩进一步分类，当其中一种碎屑含量(指该种碎屑在玻屑+晶屑+岩屑总和中的含量)＞50%时，则以这种碎屑命名———即玻屑凝灰岩、晶屑凝灰岩和岩屑凝灰岩。

图6－4 按火山碎屑物粒度的分类(Fisher，1966;IUGS，2002推荐)

图6－5 按火山碎屑物类型的分类(Schmid，1981)

在实际工作中，可根据碎屑形态、成分和构造等依次作为形容词，对岩石进行命名，如流纹质晶屑凝灰岩;此外，成岩次生变化特征也可作为命名的形容词，如蒙脱石化凝灰岩。

二、主要岩石类型

(一)正常火山碎屑岩类

火山碎屑物质含量大于90%，正常沉积物和熔岩物质极少。成岩作用方式以压结作用或熔结作用为主。根据成岩方式，将其划分为普通火山碎屑岩亚类和熔结火山碎屑岩亚类。

1.普通火山碎屑岩亚类

成岩方式以压结作用为主，主要由刚性火山碎屑压紧胶结(可叠加水化学胶结)而成。胶结物通常为火山灰分解物，其常见成分主要是蛋白石和蒙脱石，重结晶后变成玉髓和水云母集合体。依其主要火山碎屑的粒度不同，划分以下三个种属:

(1)集块岩:主要由火山岩块和火山弹(其含量＞50%，至少不小于1/3)及火山灰组成，火山岩块主要为各种不同成分的熔岩块，有时也出现火山基底和其他成分围岩的少量异源碎块。火山岩块之间充填有火山砾和火山灰。通常把以圆状或次圆状火山岩块为主的称集块岩;以棱角状和次棱角状火山块为主的称火山岩块角砾岩。根据火山岩块间火山物质的成分，可进一步命名，如安山质集块岩、流纹质火山岩块角砾岩。集块岩分布较少，多见于火山口或近火山口处。

(2)火山角砾岩:具火山角砾结构，即火山碎屑半数以上的粒径在2～64mm之间，并被更小的(＜2mm)火山碎屑物岩屑、晶屑、火山灰胶结，常呈棱角、次棱角状，分选差，常与火山集块岩相继成层出现。火山角砾成分复杂，主要为中－酸性和碱性熔岩的较大岩屑，也有少量围岩的碎屑。根据晶屑矿物组合，可详细定名，如安山质火山角砾岩、英安质火山角砾岩。火山角砾岩分布较广，但它主要产于火山斜坡或火山口附近(图6－6)。

图6－6 火山角砾岩(林景仟，1995)

(3)凝灰岩:为最常见的一种火山碎屑岩。凝灰结构，碎屑主要为＜2mm的玻屑、晶屑和岩屑以及火山尘，胶结物为火山尘和水化学分解物。一般碎屑物的分选很差，层理不明显，但有时也有较发育的层理，此时可称层状凝灰岩。根据火山碎屑的类型，将凝灰岩进一步划分为三个种属———晶屑凝灰岩、岩屑凝灰岩和玻屑凝灰岩(图6－5)。一般凝灰岩很少只含一种火山碎屑物，因此进一步命名时要根据岩石中的次要碎屑物，按少前多后原则排列命名，如晶屑玻屑凝灰岩，表示玻屑含量占火山碎屑物总量的50%以上，并含有一定量的晶屑。当岩石中碎屑物含量相近，可称为多屑凝灰岩。一般认为凝灰岩的碎屑组分与岩性有关。玻屑凝灰岩中流纹质和英安质居多，岩屑凝灰岩以安山质和玄武质为主，晶屑凝灰岩中流纹质至玄武质均可出现。

◎玻屑凝灰岩:以玻屑和火山尘为主，含少量晶屑和岩屑(图6－7a)。玻屑和火山尘很易发生脱玻化形成隐晶质或霏细质结构和梳状结构。

图6－7 凝灰岩(林景仟，1995)

◎晶屑凝灰岩:以晶屑和火山尘为主，其次为玻屑和岩屑(图6－7b)。晶屑多由斑晶破碎而来，根据晶屑的矿物组合可确定其岩性，如晶屑以石英和长石为主时，可定为流纹质晶屑凝灰岩，若主要为斜长石和暗化角闪石晶屑时，可定为安山质晶屑凝灰岩。

◎岩屑凝灰岩:以岩屑和火山尘为主要组分，含有一定量的玻屑和晶屑。岩屑成分较复杂，主要是岩颈、火山基底及火山通道围岩的碎屑。岩屑凝灰岩分布较广，有时同集块岩和火山角砾岩共生，构成火山口附近的爆发相或喷发沉积相。

2.熔结火山碎屑岩亚类

熔结火山碎屑岩主要由塑性玻屑和塑性岩屑组成，发育有特征的熔结结构和假流纹构造，并发育有柱状节理。塑性火山碎屑常被压扁、拉长，呈透镜状、分叉状、撕裂状、火焰状、条带状等形态，并定向紧密排列，显示熔结的特点。它们的边缘常因氧化而具有暗化边(褐红色、黑褐色)，塑性岩屑成分与其同源熔岩相同，其内部可见熔岩的斑晶及气孔、杏仁、流纹等构造。熔结火山碎屑岩是富含挥发分的岩浆喷出地表时形成火山碎屑流，这种包裹着炽热的塑性玻屑和塑性岩屑、火山尘和晶屑以及其他刚性碎屑的火山灰流，在火山斜坡及其周围堆积时仍保持580～1000℃的高温，经高温熔结，之后固化成岩。根据岩石的结构，可分为熔结集块岩、熔结角砾岩和熔结凝灰岩，再根据晶屑的成分进一步划分种属。其中流纹质熔结凝灰岩为最常见，有时它们构成规模巨大的熔结凝灰岩高原(如新西兰北岛)或火山灰流盾形山。

假流纹构造与流纹构造的区别是:①流纹构造是熔浆流动形成的纹理，平行延伸而且空间分布较为稳定，遇斑晶自然绕过，无变薄、变窄和嵌入等现象;②假流纹构造相反，塑性岩屑和塑性玻屑在空间上延伸短，并遇刚性碎屑时，塑性玻屑和塑性岩屑的压塑在其周围变薄变窄，甚至出现折断的现象。

◎熔结集块岩和熔结角砾岩:以粗大的塑性岩屑为主，可含少量的火山尘和晶屑或刚性岩屑。主要碎屑粒径＞64mm的，称熔结集块岩，主要粒径64～2mm之间的岩石称熔结角砾岩。它们的规模不大，一般只有数平方千米或更小，多分布于火山口附近或火山颈以及破火山口，且同熔岩一起构成火山颈相或火山口相。

◎熔结凝灰岩:主要由塑性玻屑、塑性岩屑、刚性玻屑和晶屑及少量火山尘组成。塑性玻屑和塑性岩屑是熔结凝灰岩的特征组分。塑性岩屑的颜色多变，可呈灰、浅褐至棕褐或黑色。凝灰质玻屑常发生脱玻化或过冷却结晶。有时塑性岩屑的边部形成流状边或霏细质，而内部出现球粒，甚至出现由石英长石微晶组成的镶嵌结构。这种双重结构是塑性岩屑的典型标志。熔结凝灰岩具有典型的熔结凝灰结构(图6－8)。根据熔结程度不同，可分为弱、中、强熔结三个级别。由弱熔结至强熔结结构，塑性岩屑的含量增多，变形程度增高，假流纹构造由不明显至十分明显，岩石密度增大，而岩屑、晶屑的含量逐渐减少。

图6－8 熔结凝灰岩(林景仟，1995)

(二)火山碎屑熔岩类

火山碎屑熔岩类为火山碎屑岩向熔岩过渡的类型，火山碎屑物含量变化大，在10%～90%之间，一般熔岩物含量可达70%～50%，火山碎屑物含量可达50%～30%，火山碎屑物质主要为岩屑和晶屑，玻屑少见，它们被熔浆所胶结。火山碎屑熔岩的成因是多种多样的:一是当岩流表壳快速冷却，凝固成熔岩后，而熔浆在内部继续流动，致使气体溢出并爆炸，把已经固结的熔岩外壳冲破炸碎，熔浆把熔岩碎块包裹并固结成角砾熔岩和集块熔岩。这种岩石中碎屑和熔浆胶结物成分相同，只是颜色不同，由于碎屑遭受氧化作用而常有红色色调。二是在火山口附近或火山通道中，由于火山爆发，把早先固结的熔岩炸碎，又被熔浆胶结，形成角砾凝灰熔岩。三是富含气体的酸性熔浆，当析出较多的长石和石英晶体后，迅速运移至地表，由于上覆压力的骤减，内压增大而发生爆炸，把早期析出的斑晶炸碎，形成棱角状的晶屑，同时使部分顶盖围岩破碎，被酸性熔浆胶结后，凝结成具有显微镶嵌结构的凝灰质熔岩。它向外常与熔结凝灰岩成过渡关系，说明二者成因上有密切的联系。按碎屑主要粒级划分为集块熔岩、角砾熔岩和凝灰熔岩。

1.集块熔岩和角砾熔岩

集块熔岩和角砾熔岩是火山碎屑分别以岩块(≥64mm)、火山角砾(2～64mm)为主，含有少量＜2mm的岩屑、晶屑，它们被熔岩胶结。火山碎屑物多数与胶结物熔岩在成分上相同或相近;也可出现少量围岩(包括变质岩或沉积岩)碎块，它们有时见熔蚀现象。胶结物常见熔岩的结构构造，如斑状结构、交织结构、球粒结构、杏仁构造、气孔构造等，有时还可见玻璃熔岩。根据胶结物岩性进一步命名，如玄武质角砾熔岩、安山质集块熔岩等。

2.凝灰熔岩

凝灰熔岩主要由＜2mm的岩屑或晶屑组成，可见少量的玻屑或塑性玻屑，其中岩屑成分以火山熔岩为主，有时混入围岩的碎屑(沉积岩、变质岩等);晶屑常见熔蚀结构。火山碎屑被熔岩胶结，并显示熔岩的结构构造，如斑状结构、隐晶质结构、交织结构和球粒结构以及杏仁构造等。根据火山碎屑物类型和胶结物成分可进一步命名，如安山质晶屑凝灰熔岩、粗面质晶屑岩屑凝灰熔岩。当岩石中含有少量角砾时，在××质之后加“角砾”二字，如流纹质角砾岩屑晶屑凝灰熔岩。

(三)火山－沉积碎屑岩类

火山－沉积碎屑岩类是介于正常火山碎屑岩类和沉积岩类之间的过渡类型岩石。火山碎屑物含量介于90%～10%之间，是由火山碎屑物质落入水盆地中，与正常沉积物混杂组成，经化学沉积物和黏土物质胶结与压实方式成岩的火山作用同期产物。由于该类岩石中既含有一定数量的火山碎屑物又含有一定数量的正常沉积物，而且根据二者的相对含量还可进一步分为两种类型:沉火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩。由此可见，区别火山碎屑物和正常沉积物是至关重要的。正常沉积物常见有磨圆的砾、砂粒、硅质矿物(石英、蛋白石、玉髓)、黏土矿物和碳酸盐矿物，有时还保留化石(如硅化木等);在同一岩石中，火山碎屑物较新鲜，棱角分明，无明显的磨蚀边缘和风化边缘，此外，如出现玻屑或晶屑中的斜长石具有环带结构、黑云母和角闪石具有暗化边等现象，表明它们是火山碎屑物。

1.沉火山碎屑岩

沉火山碎屑岩含火山碎屑物可达50%～90%之间，其余的10%～50%为正常沉积物(包括陆源碎屑的砂、粉砂、泥质和水盆地内部沉淀的化学物质及少量的炭屑、生物碎屑等)，经压实和化学物质胶结而成岩。常发育层理构造。按火山碎屑粒度可进一步分为:沉集块岩、沉火山角砾岩、沉凝灰岩。它们广泛分布在火山岩地区，并夹杂在火山岩－火山碎屑岩系中，是火山喷发旋回间断的代表产物。

2.火山碎屑沉积岩

火山碎屑沉积岩的火山碎屑物质含量在10%～50%之间，其特征更接近于沉积岩，与沉火山碎屑岩成过渡关系。通常远离火山口，常见细粒的火山灰与正常的沉积物混杂在一起，当主要成分为陆源砂时，称为凝灰质砂岩;当主要成分为粉砂时，称凝灰质粉砂岩;主要成分为泥岩时，则称为凝灰质泥岩;当主要成分为砾石时，称为凝灰质砾岩;当主要成分为碳酸盐岩时，则称为凝灰质灰岩或凝灰质白云岩。总之，火山碎屑沉积岩的命名原则是首先给予沉积岩正确名称，然后在其前面加“凝灰质”前缀。