Question

火山岩岩相调查

Answer 1

根据现代火山的观察，一个发育较好的火山，往往由火山锥、火山口、火山管道和相应的喷出岩和潜火山岩所组成。然而在古火山岩区，由于后期构造变动，长时间的侵蚀和剥夷作用，较完整的火山机构多不复存在，更多的是其残存物。因此古火山机构的调查和恢复，主要是依靠岩性填图和岩相分析的方法来进行。

所谓岩相分析，是针对一个火山喷发中心或火山口来说的，其任务是研究火山作用产物围绕火山口时在成分、产状、结构构造上的变化和空间分布规律，从而达到恢复古火山机构的目的。火山岩相调查的步骤是：划分岩相并查明其特征，恢复古火山机构。这两项工作是密切联系而不可分割的。

通过地质填图，查明各种火山岩岩性的空间分布、相互关系、产状特征等，在此基础上进行岩相分析与划分。

1.火山岩相的划分

1）从岩石、地层的空间分布特征、产状和宏观面貌，大致圈定或推测出各个火山喷发中心，判别火山岩石与地层的来源区。

2）在以一个火山口或一个喷发中心范围内进行岩相划分。一般由火山喷发中心到边缘的最大岩相变化方向顺序进行，首先划分出火山喷发中心的各种岩相，特别重要的是划分出火山管道相和潜火山相。

环状岩墙和潜火山侵入体位置的确定，对火山机构的恢复、寻找火山喷发中心意义重大。潜火山岩体多数情况下产在火山喷发的中心，有的直接充填在火山管道的根部。环状岩墙的分布往往与火山喷发中心裂隙构造直接有关。

3）在初步划分出围绕喷发中心的各个火山岩相的基础上，进一步补充搜集各种岩相特征性标志资料，验证各种岩相划分的正确性，并对某些岩相进行进一步细分或归并。当两种以上岩相在一个剖面或空间上重叠出现，当厚度过小不足以单独划分时，应以主体岩相或复合岩相予以命名。

4）各火山喷发中心之间的交接带，是不同喷发中心火山岩的叠加地区，对恢复古火山机构的意义不大，一般只需作简单的划分。

2.火山岩相的调查内容

岩相调查，主要通过地质调查方法，辅以物、化探方法进行。

（1）火山岩产状调查

火山岩产状是火山岩相调查的一项重要内容，由于火山物质的堆积方式、定位方式不同，其产状也不相同。调查了解火山岩的产状，是直接区分熔岩与次火山岩，识别侵出相与火山通道相的重要手段，也是追溯火山岩源区的有效方法。例如火山通道、侵出体、潜火山岩在多数情况下总是与喷出地表的盖层火山岩呈截切接触关系，可以根据它们的流纹、节理、气孔、杏仁体等原生构造，比较容易地和盖层火山岩区分开来。喷出地表的盖层火山岩，则常常围绕火山喷发中心呈同心圆—带状分布，岩层呈平缓内倾或外倾。

（2）岩石宏观结构构造调查

岩石宏观结构构造对确定岩流流向，追索火山喷发中心，详细划分爆发相，了解火山活动方式十分重要。面状宏观构造和线状构造，不仅可以比较容易地将层状地质体和非层状地质体区别开来，而且对确定并校正火山地质体的形状，划分与确定岩层的顶、底面均很重要。

原生节理对分析与确定岩相、查明古火山机构同样有重要意义。熔岩在流动、冷凝和固结过程中，可以形成各种节理类型，其中多见柱状节理和层节理。

层节理在酸性熔岩中最为常见，方向与熔岩表面和底面平行，厚度几厘米至几十厘米；柱状节理于玄武岩、安山玄武岩中较发育，具熔结结构的酸性潜火山岩体边缘也常常见到，柱体轴向与岩体表面垂直。在野外工作中，可以利用这些节理，比较容易确定地质体的产状和岩相类型。倾斜柱列还可以指示熔岩的流动方向。

岩石宏观结构构造的调查必须在较大面积内进行，防止仅根据个别观察点上的现象草率判断。

（3）火山岩物质构成的调查

此项调查不仅有助于判别火山活动的方式、喷发强度和定位方式，而且也是确定喷发中心和分析岩相的重要依据。集块、角砾的成分、来源和形态，对于确定火山爆发的强度、火山活动方式以及对火山喷发产物的成因类型都很重要。崩落集块岩、定向爆发集块岩、火山弹多分布在火山口附近或破火山口内，而火山灰流凝灰岩中携带的角砾则可堆积在远离火山口数十千米或更远的地方。在火山通道内的角砾受高温熔浆加热，相互间的剧烈摩擦，很容易失去棱角。火山斜坡上尚未完全固结的火山碎屑岩和半凝固的熔岩流外壳，在移动过程中也可以产生磨圆现象，这些角砾、集块的搬运距离一般并不太远。因此对角砾岩和集块岩，必须从宏观上进行观察，结合相的特征标志进行分析和判断。

碎屑熔岩的形成条件比较复杂，可以产在熔岩的边部、顶部或前缘，岩钟、岩穹的顶部或边部、熔岩湖的近地表部分，火山颈的边部，火山碎屑锥的下部。淬碎熔岩则可形成于海底或陆上水下喷发，陆上喷发流入冷水的熔岩流，陆上熔岩流与潮汐的接触带中，且常与枕状熔岩伴生。调查确定它们的空间分布形态和出露部位，对岩相分析有积极意义。

斑晶和晶屑的大小、形态、破碎状况，常常可以说明岩浆自岩浆房直至最终凝固成岩之间的一系列物理化学过程，对于分析岩浆体的定位方式极为重要。例如火山岩斑晶数量少，形态不完整，具有熔蚀现象等特征，反映了火山岩喷出地表快速冷却的环境，潜火山岩斑晶完整，数量相对较多，熔蚀现象弱，反映了岩浆具有结晶条件和浅部环境。在特殊成岩条件下，斑晶碎裂，出现碎斑熔岩。

（4）火山岩堆积、定位方式的调查

火山岩堆积、定位的恢复途径很多，如岩层层理面的分析，可以帮助恢复成岩环境，微细层理带，有弱粒级变化时，多为喷发—沉积相，具隐层理而不可分离和无粒级差别时，多为空落堆积，粒级层发育（从细砾—砂—粉砂—砂泥级），则多为剥蚀再沉积；火山碎屑流、火山灰流堆积还可以出现正反双粒序等。

火山地质体的空间分布和形态，亦可反映它们的成岩环境。如底面呈锅底状凹地的火山碎屑岩、熔岩、火山碎屑沉积岩组合则多为破火山口内堆积；呈环状、半环状或扇形分布的，往往为爆发相堆积，呈狭长条带状、舌状交叉重叠分布的中性、中酸性熔岩流，与层状或锥状火山有关。

（5）海相火山碎屑岩的调查

对海相火山碎屑岩更要注意成分、结构构造、层理、分布情况的综合分析，因为它可以是原地产出，也可以是搬运一定距离后的堆积，还可以被搬运到很远的地方再沉积。原地产出的，与其他火山岩常常形成有机的整体；而搬运再堆积时，无论是岩性、结构构造和产状，有时会出现明显的不协调现象，而且有异源火山岩的叠加；经远距离搬运后再沉积的，则因含有大量正常的沉积物而易于辨认。

（6）岩相的平面与剖面研究

岩相的平面展布特征与剖面研究是岩相调查的基本方面。岩相剖面与地层剖面一样，应选择在火山机构中岩相发育最全的地段，调查内容有：按岩性分层，查明其岩相属性，尽可能地将各种岩相的特征细节了解清楚；调查岩性之间的关系，调查各相在平面上的形态与产状，调查由多种岩性组成的同一个岩相的特征等。岩相调查完全可在地层剖面上进行，这里要强调是，调查中一定要将层序、厚度、接触关系的调查与岩石产状、岩石类型、结构构造、分布特征与形成环境的调查结合起来。

3.火山岩相的空间分析

在前述岩相划分的基础上，分析岩相在空间的展布特征、岩相组合以及岩相的横向变化情况等。要注意是，分析岩相的空间变化亦必须在同期火山喷发岩层和岩石组合中进行。

火山岩相的空间分析可以有效地帮助圈定火山机构，并确定其类型。因为不同岩相的空间分布，总是与一定类型的火山机构有直接联系。如裂隙式火山，具有沿一定方向上呈现多中心喷发特点。熔岩可呈岩流垂直裂隙分布，岩流群也可组成泛流玄武岩层呈带状平行喷发裂隙分布。在原始地形坡度较小的情况下，它们的厚度、岩性、岩相变化往往具有对称特点，锥形或盾形火山，爆发相的火山碎屑堆积物则呈扇形或椭圆形分布，喷溢相的熔岩流呈放射状分布。如存在破火山口时，则可能有熔岩湖相，空落的浮岩、火山渣、火山弹等爆发相堆积，也可以有侵出相产物。破火山口内外的岩相组合一般都有明显的差别，缺喷发中心，周围的岩相类型更为复杂多样。穹状火山则以火山口之下存在侵出相为特征；锥状火山以爆发相为主，也有以熔岩为主的熔岩锥，层状火山则以爆发相与喷溢相互层为特点。对于中心式火山机构而言，其岩相分布有等轴状、环状或舌状，其中心常为等轴状（非层状相）地质体，岩相自中心向外侧变化，当存在并有潜火山岩充填时，其环状特征更为清晰。

中型和大型火山的喷发物数量大，散落面积广，在同一次喷发堆积物中，横向上往往有明显的相变，从火山喷发中心—火山外侧，理想的简单组合方式可以是：崩落堆积—定向爆破堆积—碎屑流（层状流）堆积—涌流堆积—灰流堆积—空落堆积—喷发沉积相等。

不同类型的火山机构岩相分析，结合横向变化可以显示出它们不同火山作用的特点。岩相划分越细，对火山喷发作用、火山形态、火山地貌等了解就越具体、细致，区别也就更清楚。即使是同一类型的不同火山机构，也不可能完全一样，除了总结它们的共同特征外，也还需要找出它们之间的差别。

对火山岩相的复杂变化，要有足够的估计，相邻火山机构喷出物的重叠、交叉以致相互过渡的情况较为常见，要作细微的分析与判断。

4.火山岩相的时间分析

火山岩相除了在横向上的变化外，纵向变化也十分急剧，火山岩层的先后堆积层序和纵向的叠置关系，是火山活动演变历史的记录。

火山岩相在纵向的变化，往往反映出火山喷发方式、喷发强度的变化。对于周期性的变化，概括起来有两种方式：一种是由爆发、喷溢转为沉积，另一种由沉积转为爆发、喷溢。前者称为正韵律，后者称为反韵律。这种划分是建立在喷发作用强度上的。其实，这种变化还与火山作用环境有关。如在火山洼地中，一般沉积岩层都出现在火山岩层之上，为正韵律，而在构造盆地中则相反，外部供给陆源碎屑沉积物较早，往往出现沉积层在下的反韵律。此外，盆地的补偿程度亦与韵律的形成有关，如在补偿性盆地中，火山活动较强，剩余空间较小，因此沉积层只能停积在少数空间中，多形成正韵律，而在非补偿性盆地中，盆地空间较大，为沉积物提供了足够的空间，因而较多地形成反韵律。

上述分析也部分适用于旋回或亚旋回的划分。在旋回和亚旋回内，常常可以反映岩浆成分上的变化规律。从基性—中性—酸性称为正序列，从酸性—中性—基性为反序列。岩石成分的正、反序列空间变化在成因上也可能有两种情况，母源岩浆成分变化，多数规模较大，有时出现在旋回之间，或在厚度较大的旋回内部；另一种情况是由于浅部岩浆房内发生了成分分层现象，在喷发过程中，岩浆有选择性的上升，先喷发下部基性岩浆，后喷发上部的酸性岩浆，则出现正序列，反之则出现反序列。这种变化与岩浆房内挥发组分的分压和岩浆房内总压之间的比值有关。正、反序列与岩浆中气浓组分富集关系密切，从而直接与矿化作用发生联系。

火山岩相的时间分析是以火山机构为单位进行的，它的基础也就是岩相剖面，其关键在于正确地划分每个岩层的岩相，以及选择恰当的岩相变化指标。