火山碎屑岩一般特征有哪些？

火山碎屑岩的概念及一般特征~

火山碎屑岩（pyroclastic rock）是指由火山作用所形成的各种火山碎屑物质经堆积、胶结、压紧或熔结而形成的岩石。火山碎屑物，一般没有经过搬运，而是散落在火山口附近形成原地堆积。但细粒的部分如火山灰可经气流或水流搬运至离火山口以外较远的地方堆积成岩；有些火山灰被气流搬运到离火山口上千千米以外；有些火山碎屑物是在地表下不深的地方，由火山隐爆作用形成的。火山碎屑岩在各个地质时期，不论在陆上还是水盆地中，均有广泛分布。
典型的火山碎屑岩是指那些主要由火山碎屑物（一般占90%以上）形成的岩石。而广义的火山碎屑岩，是指包括向喷出岩或沉积岩过渡的火山碎屑岩。所以火山碎屑岩从成因和成分的角度看，它既有岩浆岩的特征，也有沉积岩的特征，是一种具有双重特征的岩石。
应当指出，由喷出岩经过物理风化破坏形成的各种碎屑物堆积形成的岩石，不属于火山碎屑岩类，而属于陆源碎屑沉积岩类。
火山碎屑岩常有各种鲜艳的颜色，新鲜的火山碎屑岩，可有浅红、浅绿、灰绿、黄绿、灰白、灰紫等色调。其颜色多取决于火山碎屑岩的成分，如中基性火山碎屑岩的颜色一般偏深色，而中酸性火山碎屑岩的颜色一般偏浅。其次是次生变化的影响，如绿泥石化会使岩石呈现绿色，而含铁较高经次生变化后往往形成褐红色，含铁较少的火山碎屑岩，次生变化后往往呈现灰白或黄白色。
火山碎屑岩的产状是随所堆积的地点不同而不同。在火山口附近，大大小小的火山碎屑物杂乱堆积成各种火山碎屑锥，成层性很差，分选性也不好。离火山口稍远的地方，分选稍好，粒度变小，成层性也较好，而离火山口很远或在水盆地中堆积的火山碎屑岩，其分选性和成层性更好。根据这些特点，我们可大致估计火山碎屑物堆积场所离火山口的距离。

（一）火山碎屑岩的结构和构造
1.结构
（1）粒度结构
◎集块结构：粒度＞64mm的火山碎屑物含量一般＞50％，不少于1/3。
◎火山角砾结构：粒度介于64～2mm之间的火山碎屑物含量一般＞50％，不少于1/3。
◎凝灰结构：粒度介于2～0.0625mm之间的火山碎屑物含量一般＞50％。
◎尘屑结构：粒度＜0.0625mm之间的火山碎屑物含量一般＞50％。
（2）成因结构
◎塑变（熔结）结构：主要由塑性玻屑和塑性岩屑彼此平行重叠熔结而成，其中可含少量的刚性碎屑物，据主要碎屑粒度的大小可进一步分为熔结集块结构、熔结角砾结构和熔结凝灰结构。
◎碎屑熔岩结构：是火山碎屑岩向熔岩过渡的一种结构，火山碎屑物被熔岩胶结。也可进一步根据主要碎屑的粒度大小划分为集块熔岩结构、角砾熔岩结构、凝灰熔岩结构等。
◎沉火山碎屑结构：是火山碎屑岩向正常沉积岩的过渡类型的结构，以火山碎屑为主，混入有少量的正常沉积物。
◎凝灰沉积结构：是以正常沉积物为主的过渡类型的结构。一般在正常沉积物中混有少量（50％～10％）的火山碎屑物质，如凝灰砾状结构、凝灰泥质结构等。
2.构造
火山碎屑岩常见的构造有以下几种：
◎流状构造：由压扁拉长的塑变玻屑和塑变岩屑定向排列形成，在野外有时不易与流纹构造区别。它们的不同之处在于流纹构造是熔浆流动形成的纹理，平行延伸，遇斑晶或刚性岩屑会自然绕过，无变薄、变窄、嵌入等现象，延伸较为稳定；而流状构造的塑性岩屑和塑性玻屑在空间上延伸短，在遇到刚性岩屑时，会受刚性碎屑的压缩在其周围变薄变窄，甚至出现折断、嵌入的现象。
◎火山泥球构造：火山灰级碎屑物质凝聚成球状、豆状，中心粒度较粗，向边缘变细，具同心层构造。一般认为是当雨滴通过喷发云时由湿润的火山灰凝聚而成的。
◎层理构造：多见于水携或风携降落堆积的火山碎屑沉积物中，陆上堆积的涌浪相堆积中也可出现水平层理和交错层理。
◎粒序构造：有正粒序（由上向下粒度变粗）和逆粒序构造（由上向下粒度变细）两种。其中逆粒序构造是由于在火山碎屑中存在一些体积大但密度小的浮岩岩屑（密度小于1g/cm3）而造成的。
（二）火山碎屑岩的分类
火山碎屑岩兼有火山岩和沉积岩的一些特性，因此在分类上需考虑的因素较多。本教材推荐使用孙善平（2001）的分类方案（表10－2）。该分类不仅考虑了正常火山碎屑岩类型，还考虑了火山碎屑岩分别向熔岩和沉积岩过渡的类型，即分为正常火山碎屑岩类、向熔岩过渡的火山碎屑岩类和向沉积岩过渡的火山碎屑岩类3个大类，再进一步据成岩方式、结构构造和火山碎屑的粒径来划分种属。
表10－2 火山碎屑岩分类表


（据孙善平，2001）
1.正常火山碎屑岩类
火山碎屑物体积分数大于90％，正常沉积物和熔岩物质极少。按成岩作用方式和结构构造特点，又可分为普通火山碎屑岩、熔结火山碎屑岩和层火山碎屑岩3个亚类。

图10－3 秦皇岛上庄沱安山质集块岩（a）和秦皇岛火山角砾岩（b）（文霞摄于2009年）

◎普通火山碎屑岩亚类：成岩方式以压实为主，常叠加有水化学胶结，胶结物往往为火山灰分解物，由蛋白石和粘土矿物（如蒙脱石）构成，重结晶后变成玉髓和水云母集合体，成层构造一般不明显。火山碎屑物质主要由火山集块、火山角砾、火山砾、晶屑和半塑性的玻屑组成，以刚性和半塑性碎屑为主，没有堆积后的压扁、拉长等塑性变形现象。按岩石中主要碎屑（一般大于50％，不少于1/3）的粒度可分为集块岩（agglomerate）（图10－3a）、火山角砾岩（volcanic breccia）（图10－3b）、火山砾角砾岩（lapilli stone）和凝灰岩（tuff）等类型。当不同粒级的火山碎屑含量混杂时，定名时可据各种碎屑的含量投点（图10－4），确定复合名称，如角砾凝灰岩、集块角砾岩等。进一步定名还应据晶屑组合或同源岩屑中斑晶成分特征等，确定火山碎屑对应的熔岩成分，并作为前缀参加到定名中，如安山质火山角砾岩、流纹质凝灰岩等。凝灰岩是火山碎屑岩中分布最广的一种，主要由粒度小于2mm的火山灰组成，晶屑、玻屑和岩屑均有，进一步可据“三屑” 的相对含量分为7种类型（图10－5）。

图10－4 火山碎屑岩定量粒级分类（据刘宝珺等，1980）


图10－5 凝灰岩中 “三屑”命名图（据孙善平，1984，转引自邱家骧，1990）

◎熔结火山碎屑岩亚类：火山碎屑物在堆积后仍具较高的温度，处于可塑状态，在上覆物质的负荷压力下，经变形、熔结而成。岩石具熔结结构，碎屑主要由晶屑、塑变岩屑、塑变玻屑和火山尘组成，也可有少量的刚性岩屑，由于塑变碎屑拉长定向而具流状构造。据碎屑的粒度分为熔结集块岩（weldedagglomerate）、熔结角砾岩（welded breccia）图10－6）和熔结凝灰岩（welded tuff或ignimbrite），也可据图10－4、图10－5进一步定名，再加上相应熔岩名称作为前缀，如流纹质玻屑熔结凝灰岩等。熔结集块岩和熔结角砾岩在露头上经常共生，分布面积不大，主要见于火山喷出口附近，是近火山口相产物。熔结凝灰岩则分布较广，可分布在近火山口附近，也可以远离火山口分布。同一喷发单元的不同部位以及不同厚度的喷发单元之间，熔结凝灰岩的玻屑和塑变岩屑的变形程度也有所不同，即具有不同的熔结程度（图10－7）。根据塑性玻屑和塑性岩屑的变形特点，可分为弱熔结、熔结和强熔结3个等级：(1)弱熔结凝灰岩：即塑性玻屑微受变形，部分棱角开始圆化，部分仍保留弧面棱角状，略有压扁拉长现象，塑性岩屑少见，岩石流状构造不明显，常产于熔结凝灰岩的上、下部，与熔结凝灰岩显渐变过渡关系；(2)熔结凝灰岩：塑变玻屑仍可恢复弧面棱角状形态，塑变岩屑发育，塑变碎屑受刚性碎屑挤压，在其边缘，尤其是在受压的一侧，出现明显的变形和定向性，显示了特征的流状构造，常呈巨厚堆积，剖面上位于喷发单元的中上部；(3)强熔结凝灰岩：塑变玻屑含量极高，变形强烈而呈扁平状，仅在刚性碎屑（通常为晶屑）的撑开部位偶尔见变形弱的玻屑，塑变碎屑多直接接触，尘屑少见，流状构造十分明显，有时与流纹构造不易区别，一般位于喷发单元的中下部。一般说来，近火山口处和喷发单元层中下部的熔结程度要强于远火山口处和喷发单元层中上部。

图10－6 粗面质熔结角砾岩可见流状构造，产于河北省秦皇岛张家口组火山岩（王连训摄于2008年）


图10－7 流纹质熔结凝灰岩塑性玻屑的变形程度与熔结强度的关系（引自叶德隆等，1995）

在一些大的火山岩省内，如与岛弧、活动大陆边缘有关的火山岩省中，常有以中、酸性火山碎屑岩为主的大规模火山爆发，形成以熔结凝灰岩为主要成分、规模巨大的火山碎屑岩堆积，被称为熔结凝灰岩大爆发（ignimbrite flare－up）。这些凝灰岩的体积巨大，形成周期长，如北美洲在50～20Ma的时间内，火山爆发形成了超过5×105km3的熔结凝灰岩堆积，澳大利亚东部早白垩世的Whitsunday火山岩省、我国东部早白垩世的滨太平洋火山岩省中也有体积巨大的熔结凝灰岩堆积。这样巨量的熔结凝灰岩爆发的成因机制，引起了学者们的广为关注，但目前并未形成统一的认识。Farmer et al.（2008）认为美国西部的落基山脉南部的熔结凝灰岩大爆发与板块的俯冲作用有关，由于俯冲角度在深部的突然变陡（回转），导致软流圈地幔的对流上升，发生部分熔融的同时，还将热能传导给上部的岩石圈地幔。软流圈地幔、岩石圈地幔部分熔融形成的岩浆与上覆地壳中形成的岩浆混合，就形成了巨量的中酸性岩浆，这些岩浆的爆发就产生了大量的熔结凝灰岩（图10－8）。Gerardo et al.（2008）认为墨西哥Sierra Madre Occidental的熔结凝灰岩大爆发与地堑式的张性断裂有关，并提出了地堑火山口的概念。

图10－8 与俯冲有关的熔结凝灰岩爆发模式（据Farmer et al.，2008）

◎层火山碎屑岩亚类：指具明显的韵律层理和层理构造的火山碎屑岩，以层状凝灰岩较常见。层状凝灰岩一般是火山灰在水盆中堆积形成的，其中正常沉积物体积分数小于10％，火山碎屑主要为玻屑、刚性－半塑性岩屑和火山尘，由火山灰和火山尘分解的少量水化学沉积物胶结，部分为压实胶结。当正常沉积物体积分数大于10％时，就过渡为沉凝灰岩。
2.向熔岩过渡的火山碎屑岩类
火山碎屑体积分数占10％ ～90％，碎屑由熔浆胶结，可称为火山碎屑熔岩。碎屑熔岩类的成因多样：已固结的熔岩表壳在下部熔浆继续流动和逸出的气体产生爆炸的情况下，使表壳破碎再被熔岩胶结形成角砾熔岩（breccia lava）和集块熔岩（agglomeratic lava）；爆发能量不足时，往往在从火山口中抛出碎屑的同时，亦有熔岩溢出，降落于熔岩中的碎屑物质被熔岩胶结而形成各种碎屑熔岩；当熔岩以较大的冲力从火山口喷发时，可使熔岩中的斑晶大部分破碎，形成碎屑以晶屑为主的晶屑凝灰熔岩；岩浆在地下的隐爆作用常使内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为主，也可有少量刚性岩屑，但一般不出现玻屑。
3.向沉积岩过渡的火山碎屑岩类
由落入水盆中的火山碎屑物与正常沉积物同时堆积而形成。根据火山碎屑物的含量可分为沉积火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩两亚类。
◎沉积火山碎屑岩亚类：火山碎屑体积分数占50％～90％，常与正常火山碎屑岩和正常沉积岩共生，并往往呈过渡关系，据火山碎屑的粒度可分为沉集块岩、沉火山角砾岩和沉凝灰岩等，以沉凝灰岩（tuffite）为常见。岩石具层理构造，韵律层较发育。在碎屑物中常见具磨圆的砾、砂、粘土等正常沉积物，有时还可出现生物化石和生物碎屑。
◎火山碎屑沉积岩亚类：火山碎屑体积分数较少，介于10％ ～50％之间，具更接近于沉积岩的特征，常与沉积火山碎屑岩呈渐变过渡关系，堆积位置一般离火山口较远，命名时以正常沉积岩的名称为基本名称，将火山碎屑作前缀，如凝灰质砂岩、凝灰质砾岩等。

火山碎屑岩中主要物质成分是火山碎屑物（tephra），还可含一定数量的正常沉积物或熔岩物质，熔岩物质多数情况下作为胶结物。

（一）火山碎屑物类型及特点

火山碎屑物是指由于火山爆发所产生的各种碎屑物质，主要来自地下熔融的岩浆或已经固结的熔岩，由于火山爆发而被粉碎或破碎成的各种岩屑、晶屑和玻屑。有时也可混入火山通道两侧、上覆或基底围岩的碎屑，带有内生成因的特点。另一方面，火山碎屑物被喷出后，在水盆地或空气中搬运、沉积或沉降，又具有沉积形成的特点。一般情况下，火山碎屑物含量＞50%，有时由于混入一些正常的沉积物或熔岩，而出现一系列的过渡岩石类型。

由于火山碎屑物是组成火山碎屑岩的主要成分，因此，在研究火山碎屑岩的岩性特征及其分类之前，首先要了解火山碎屑物的类型及特征。从物理性质来看，火山碎屑物可以分为刚性、半塑性和塑性三种（表5-1）。按火山碎屑物内部组分结构特征，可分为岩屑（岩石碎屑）、晶屑（晶体碎屑）和玻屑（火山玻璃碎屑）。它们是由地下深处富含挥发份的熔浆上升至地表浅处，由于压力的骤然降低、体积膨胀发生爆炸而形成的。因此，熔浆团块常被炸裂成各种奇特的形状，这也是火山碎屑物的一个重要特征。

1.岩屑（detritus）

（1）刚性岩屑（rigid detritus）：包括粒径＞2 mm的火山岩块（集块）、火山角砾和＜2 mm的岩屑（表5-1，5-2），它是火山基底和火山通道的围岩，包括先形成的熔岩，经火山爆发破碎而成大小不一的棱角状碎块。它们破裂时已经是固结的刚性体，堆积成岩时亦为刚性状态。外形上具有弧形炸裂面的棱角状、次棱角状或不规则状多边形，有少数岩屑见有边缘被深部熔浆熔蚀的现象。一般内部保留各自岩石的结构（照片5-27，28）。

凝固程度已凝固半凝固未凝固火山碎屑物刚性半塑性塑性岩屑早先已经固结的熔岩（包括各种玻璃熔岩）以及火山通道围岩和火山基底岩石碎屑。主要为棱角状，有少数边部已被熔蚀岩浆团块喷出时呈可塑状态，在飞行过程中，往往形成各种形态的火山弹，堆积时多半已固结，多数不再变形岩浆团块喷出时呈可塑状态，堆积时仍炽热尚未凝固，可被压扁拉长，形成透镜状、条带状、火焰状，有时其内部还含斑晶、气孔、杏仁等晶屑多数是岩浆在地下早形成的晶体，少数为已固结的岩石中的晶体；火山喷发时，被带出并伴随破碎成棱角状。由于喷出时骤然冷却，大多数发育裂纹，有些还见熔蚀港湾状玻屑黏性大的岩浆喷出时，迅速冷却成可塑的多孔玻璃，气体从气孔中迅速溢出，炸碎成浮岩状、凹面棱角状、撕裂状。也有火山泪、火山毛等，堆积时一般不变形黏度大的岩浆喷出时，冷却成多孔玻璃，并炸碎成玻屑，堆积时呈炽热可塑状态，边缘圆化，常被压扁、拉长，一般＜2mm，称为塑性玻屑

*火焰石：来自意大利文“fiamme”，意为火焰，形容火山碎屑成火焰状。

粒度范围/mm刚性半塑性塑性＞64火山集块（岩块）火山弹火焰石*2～64火山角砾火山砾塑性岩屑0.05～2火山砂（岩屑、晶屑）粗火山灰（玻屑）粗塑性玻屑＜0.05细火山灰（火山尘）

（2）半塑性岩屑（half plastic detritus）：是一种未完全固结的熔岩团块，成分以基性—中性为主。其粒径较大，一般＞2 mm。它们喷出至空中时，经冷却而形成。其形状有纺锤形、梨形和椭球形等。由于迅速冷却，边部常具有一层薄的玻璃壳，气孔构造发育。气孔在边部个体小，数量多；在中间则个体大，数量小。由于喷出过程中在空中停留和旋转，其表面常发育旋转纹。可分为火山弹（粒径＞64 mm，多分布于火山口附近）（照片1-25，26）和火山砾（粒径2-64 mm）。

（3）塑性岩屑（plastic detritus）：又称浆屑，由于熔浆的黏度较大，在气体作用下喷出时，喷出物喷发的高度不大，降落在近地表条件下形成了塑性岩屑。这种炽热的塑性熔浆团块经过撕裂、溅落和压扁拉长后，可以呈现各种形态，如条带状（照片5-7，8）、透镜状（照片5-6，33）、火焰状（常称为火焰石fiamme，照片5-8，40，46）、枝杈状和饼状（照片5-9）等，两端（或一端）常见撕裂状。颜色多样，有白色、肉红色、暗紫色和黑色等。塑性岩屑内部常见斑晶（照片5-8，38，41，42）、气孔和杏仁及流纹构造等。在正交偏光镜下，可见到各种脱玻化现象，如梳状脱玻结构、球粒脱玻结构等。

2.晶屑（crystal fragment）

晶屑多数来源于岩浆中早期析出的斑晶。在熔浆喷发过程中，从熔浆半凝固状态中脱离出来并崩裂破碎而成，少数晶屑是火山基底或火山管道中的结晶体崩碎成的捕虏晶碎块。常见的晶屑是石英、碱性长石、斜长石，其次是黑云母、角闪石和辉石、绿帘石等。晶屑一般大小不一，与斑晶不同的是外形不规则，往往破碎不全，常呈棱角状、次棱角状，裂纹发育，多数晶屑可见原来的部分晶形（照片5-1，21）。石英晶屑一般表面干净，纵横交错的不规则裂纹发育，多呈尖棱角状，常见多边形、三角形和弧形断面，其边缘往往被熔蚀成港湾状和穿孔状（照片5-23）。长石晶屑虽然也呈棱角状，但一般常见部分晶形（柱面或底面），甚至有时保留完整的板状形态（照片5-31），由于长石解理完全，易沿解理裂开，其断面呈阶梯状、参差状，沿解理或裂纹可见晶屑被熔蚀成破碎状和蜂窝状现象。黑云母和角闪石晶屑有时可见特征的暗化边，当黑云母不见暗化边时颜色一般较深。作为晶屑黑云母常见弯曲（照片5-42）、扭折和断裂现象，而角闪石一般为棱角状、碎屑状，有时见部分晶形（柱状、底面）。

3.玻屑（vitric fragment）

根据玻屑的物理性质，将其分为半塑性和塑性两种类型，半塑性一般称之为玻屑，而塑性者则称之为塑性玻屑。

（1）玻屑：是富含挥发分的熔浆，在火山喷发时，由于迅速冷凝所形成的、内部充满气体或液体的火山玻璃急剧膨胀，使之炸裂、破碎而成。因此，玻屑往往保持气孔壁的弧面形态，呈弧面棱角状（多角）、弓状、鸡骨状、海绵骨针状、镰刀状及楔形等各种形态（照片5-1～4），有的玻屑还可见气泡（浮石，照片5-1左），通常粒度在0.1～0.01 mm之间，很少超过2 mm。

（2）塑性玻屑（plastic hyaline fragment）：在火山爆发形成的炽热火山灰流中，玻屑在处于未完全固结的过热状态下，堆积压紧和熔结而成。因此塑性玻屑具有拉长、压扁和两端分叉的塑性变形特征，棱角常被熔蚀变圆滑，已不具玻屑（刚性）的弧面棱角状，其形态为拉长的透镜状、肠状（照片5-29，39）、豆荚状、蚯蚓状（照片5-5，30）和丝纹状（照片5-32，39）。它们紧密熔结在一起且定向排列。当塑性玻屑遇刚性岩屑和晶屑时，显示被压弯、变薄和变窄的现象，构成假流动构造。另一种为撕裂状玻屑，外形扁平，边缘参差不齐，内部具有类似流纹的平行细线理，这是熔浆在塑性状态下被拉断而成的，粒径长的可达几个毫米至几个厘米。

在实际工作中，塑性玻屑和塑性岩屑常被混淆，但塑性玻屑粒度一般小于塑性岩屑；其次是塑性岩屑内部有时可见斑晶、气孔和杏仁体等，而塑性玻屑内部没有。二者间往往呈连续过渡关系。

火山碎屑物按粒度和自然形态可分为火山集块（volcanic agglomerate）、火山角砾（volcanic rubble）、火山砾（lapilli）、火山弹（bomb）、火山砂（volcanic sand）、火山灰（ash）和火山尘等，其粒度界限目前还没有一个统一的规定。表5-2为我国制定的火山碎屑物粒度范围（国标）和主要类型，表5-3为孙善平（2001）对火山碎屑物的分类。

粒度mm同源异源塑性半塑性刚性异源刚性＞64浆屑、塑变岩屑火山弹火山岩块异源火山岩块2～64浆屑、塑变岩屑火山砾火山角砾异源火山角砾27～2塑变玻屑火山灰火山砂异源火山砂＜27火山尘火山尘火山尘异源火山尘（二）火山碎屑岩的结构构造1.火山碎屑岩的结构

首先根据火山碎屑物的组成，可分为火山碎屑结构、碎屑熔岩结构、熔结结构和沉火山碎屑结构（表5-4）。火山碎屑结构主要由刚性的品屑、岩屑等各种火山熔岩碎屑所组成；碎屑熔岩结构由火山碎屑（以刚性为主）和熔岩所组成：熔结结构主要由各种塑性变形的火山碎屑所组成；沉火山碎屑结构由火山碎屑和陆源碎屑所组成。再根据火山碎屑物的粒度，可分为集块结构（＞64 mm）、火山角砾结构（64～2 mm）、凝灰结构（2～0.05 mm）及火山尘结构（＜0.05 mm）。其中火山尘结构（又名尘屑结构）只能在扫描电镜下才能观测，且通常作为较粗粒（凝灰级及其以上粒级）碎屑颗粒之间的填隙物，故在一般情况下，不对其做详细的描述。

粒度/mm火山碎屑物类型碎屑熔岩结构火山碎屑结构熔结结构沉火山碎屑结构＞64火山集块集块熔岩结构集块结构熔结集块结构沉集块结构64～2火山角砾角砾熔岩结构火山角砾结构熔结角砾结构沉角砾结构2～0.05火山灰凝灰熔岩结构凝灰结构（火山尘结构）熔结凝灰结构沉凝灰结构集块结构（Volcanic agglomerate texture）主要由火山集块所组成（约占火山碎屑总量的1/2以上，至少＞1/3），其填隙物以火山灰为主；若填隙物以熔岩为主，则为集块熔岩结构，若以塑性、半塑性火山集块为主，则为熔结集块结构；若出现较多的陆源碎屑岩集块（其含量＜火山集块含量），则属于沉集块结构。

火山角砾结构（Volcanic breccias texture）主要由刚性火山角砾所组成（约占火山碎屑总量的1/2以上，至少＞1/3），填隙物以火山灰为主；其填隙物以熔岩为主（一般占岩石总体积的10%以上）的，可定为角砾熔岩结构；若其火山角砾以塑变玻屑和（或）塑变岩屑为主，可定为熔结角砾结构；若其火山角砾以塑变玻屑和（或）塑变岩屑为主，可定为熔结角砾结构；若出现较多的外生沉积物（陆源）角砾级碎屑（其含量＜火山角砾含量），可定为沉火山角砾结构。

凝灰结构（tuffaceous texture）主要由凝灰级刚性火山碎屑（约占火山碎屑总量的1/2以上，至少>1/3）和火山尘填隙物所组成；其填隙物以熔岩为主（一般占岩石总体积的10%以上）的，属于凝灰熔岩结构，若其火山碎屑以塑变玻屑和（或）塑变岩屑为主体，则属于熔结凝灰结构。其特点在于塑性、半塑性玻屑、岩屑被压扁拉长而呈平行排列的条纹状透镜体状、火焰状等，类似于流状分布，其间常混入有刚性的晶屑和岩屑等（照片5-39.40）。熔结凝灰结构同溶结角砾结构，熔结集块结构一样，都是在火山碎屑流堆积过程中所形成的特征结构。凝灰结构中，出现较多的砂-粉砂质陆源碎屑物（其含量＜凝灰级火山碎屑含量），属于沉凝灰结构；若陆源碎屑物含量＞火山碎屑含量的，属于凝灰质砂-粉砂状结构，则应归于沉积岩的结构类型。

上述集块熔岩结构、角砾熔岩结构和凝灰熔岩结构都是火山碎屑熔岩类的特征结构。

除上述外，当不同粒径的火山碎屑同时出现时，则以前少后多的顺序予以复合型结构名称，如火山角砾凝灰结构，熔结凝灰角砾结构等。

2.火山碎屑岩的构造

火山碎屑岩由各种火山碎屑堆积、压结或胶结而形成，故其构造更接近于沉积构造，如层状、似层状和韵律构造等。除了常见的块状构造外，还有假流纹构造和火山泥球构造等特征构造。

假流纹构造（pseudo fluxion structure）为火山碎屑流堆积所特有的，也是熔结火山碎屑岩的特征构造。其特点是由塑性玻屑和塑性岩屑在堆积过程中经压扁拉长而呈定向排列，类似于熔岩中的流纹构造。但是，它不是岩浆流动所形成的纹理，是塑性火山碎屑变形所致，故称假流纹构造。与流纹构造的主要区别在于其形态和产状：塑变碎屑多呈不规则的条纹状、透镜状或焰舌状，其宽窄不一，延伸短而不连续；两端呈撕裂状或燕尾状；常夹有棱角状刚性晶屑（而不是完整的斑晶）及岩屑；遇到刚性碎屑时被压弯或压入；常见晶屑的长轴方向与塑变碎屑的拉长方向垂直或相交（照片5-29）；在流纹构造中常见的气孔和杏仁在假流纹构造中很少见到。

火山泥球构造（volcanic mud ball structure）指在凝灰岩层或沉凝灰岩层顶部出现的球状构造，多呈球状、椭球状或扁豆状，其中心多为晶屑或岩屑等火山灰、火山尘及塑变玻屑等凝灰质成分，有时混有陆源碎屑或硅质凝胶等。球体断面可见由不同粒度或不同颜色所组成的同心纹层。球体直径变化大，小的＜1 mm，大的可达几厘米至十几厘米。多见于大陆火山喷发及水下堆积形成的火山碎屑岩中。

层理构造和粒序构造 火山碎屑物在空中或水中被搬运时，多呈沙纹、沙波或床沙形体，同正常沉积物的堆积机理一样，可形成水平层理、斜层理或交错层理等层状构造，但在空落火山碎屑物堆积中则很少见到。与沉积岩层理不同的是，常发育自下而上由细变粗的逆粒序构造，尤其是在火山碎屑流堆积和部分火山基浪堆积相的岩石中较常见。在火山基浪堆积过程中，常见有其指相特征的爬升层理（照片5-16）和增生火山砾构造等［见（三）节（3）部分］。

（三）火山碎屑物（岩）的堆积相

在第一章第四节的“火山爆发相”（第15页）中提到其喷出的火山碎屑物的4种堆积形式，据此可将火山碎屑堆积物（岩）的堆积相分为火山喷发空落堆积相、火山碎屑流堆积相、火山基浪堆积相和火山泥流堆积相。

（1）火山喷发空落堆积（airfall deposit）相为从火山口喷向空中的所有产物，包括岩浆喷发物、同源岩浆早期的熔岩碎屑和围岩碎屑等的堆积。火山爆发时，由大量火山碎屑和气体所组成的喷发柱靠其冲击力向天空升腾和扩散，其中火山弹、火山岩块和角砾等较粗较重的碎屑被火山抛出后，因自身重力而很快地坠落下来，与火山口流出的熔岩一起形成火山锥（除熔岩外，火山集块岩、火山角砾岩和碎屑熔岩为其特征）；而火山灰和火山尘等凝灰质碎屑因其轻而细小多被裹携在悬浮状的喷发云流中，由优势风带到很远的地方，当其流动能量变小时，依其重力和沉降速率先后降落下来，形成以凝灰岩为主的火山碎屑席。火山喷发空落堆积相中发育有面状平行层理和递变层理，远离火山口其磨圆度变好，分选性多为中等—较好，堆积物的厚度和碎屑的平均粒径随远离火山口而逐渐变小（Fisher and Schmincke，1984）。基性和中基性岩浆的空落堆积物多形成以火山渣为主的火山渣锥、以凝灰岩为主的火山碎屑岩席或以熔岩为主的熔岩流；而中酸性的火山空落堆积物多形成浮岩状空落堆积物，常伴随形成大型复式火山。空落堆积物分布的几何形状和粒度取决于火山喷发柱高度和大气中优势风方向。空落堆积物分布广，覆盖其喷发云湍流经过的所有地形，可谓铺天盖地，这种广域性为其重要的鉴别标志（刘祥和向天元，1997；Fisher and Schmincke，1984）。

（2）火山碎屑流堆积（pyroclastic flow deposites）相，为炽热的携带极速膨胀气体的火山碎屑流（碎屑密度流）沿地表流动过程中形成的堆积。火山碎屑多以火山灰和角砾为主，有时出现火山岩块和浮岩等；塑性玻屑和塑性岩屑及炭化木为其指相物质。熔结凝灰岩和熔结角砾岩（及熔结集块岩）为其代表性岩石。其碎屑多具塑性，分选差，单层厚度较大（常见有＞1 m），递变层理发育，具块状构造和假流纹构造。常见有许多流单位（一个流单位指单一碎屑流沉积）的叠加。

火山碎屑流堆积相包括由熔岩穹丘垮塌而形成的块灰流（block and ash flows）和由火山喷发柱垮塌而形成的浮岩流（pumice flows）及灰流（ash flows）。块灰流堆积为粗大的同源岩屑和细小的凝灰质基质的混合体，其规模比较小。浮岩流则规模较大，多以塑性岩屑和塑性玻屑为主，含晶屑（长石和石英及云母）、次圆—圆状的火山岩块（多为中酸性熔岩碎块为主）和角砾等；分选差，假流纹构造发育；在许多流单位中可见有粗大的浮岩碎屑流具逆递变层理，而较细的碎屑流多具正递变层理。灰流则以凝灰级为主（＞50%）的碎屑流为特征。钙碱性的中酸性岩浆或偏碱性成分的火山喷发柱的垮塌还可能形成大规模的火山渣流（scoria flows）堆积。其特点是大量火山砾和火山集块同火山灰流一起形成未分选的、受地形控制的更大规模的碎屑流堆积（刘祥和向天元，1997）。

当火山碎屑流堆积同薄层状浮岩和火山灰堆积一同产出时，可定为火山碎屑浪（pyroclastic surges）堆积。其特点是常发育有面状层理、低角度交错层理和微弱波状层理，比伴生的碎屑流沉积粒度更细、分选更好、富晶屑和岩屑（刘祥和向天元，1997）。火山碎屑浪沉积出现在流单位的底部时，称为底浪（ground surges），是火山碎屑流的前驱，位于流的前面；可由垂直喷发边部的垮塌或由碎屑流前部带进来的气体流动所成；若碎屑浪出现在流单位的顶部时，称为灰云浪（ash cloud surges），它是碎屑流上驮气体和火山灰中湍流状低密度流所致。Fisher和Schmincke（1984）认为灰云浪起源于碎屑流顶部的淘洗作用或者湍流过程中粗粒同细粒之间的分离作用。

（3）火山基浪堆积相（base-surge sedimentary facies），为蒸气岩浆喷发所特有的产物。炽热的岩浆在上升过程中遇到水（多为近地表沉积物中水体或地表水）发生爆炸，所产生的基浪流由火山喷发柱呈放射状向外扩散；凝结的水蒸气作为火山基浪的一部分，与其中的火山碎屑颗粒相混合，并支撑和稀释了基浪中的火山碎屑（刘祥和向天元，1997）。基浪流本身是湍流，所谓“火山碎屑密度流”，随流动能量的衰减而成普通的沉积重力流（Fisher，1990）。火山灰和火山砾等碎屑裹携在其湍流中以悬浮形式被搬运，它依赖于剪切应力和沉积速率的平衡，最终在牵引流的作用下以基底载荷的形式运移而堆积下来（Dellino and La Volpe，2000）。也有人将基浪堆积物称为水成火山碎屑。

基浪堆积物多为以火山灰和角砾为主的火山碎屑，后期可叠加有空落火山渣和火山灰等；另有少量来自下伏岩石的碎屑。其成分多为基性—中酸性熔岩碎屑；晶屑以斜长石为主，碱性长石、石英和云母也较常见，偶见橄榄石和辉石等晶屑；在基性岩浆的蒸气喷发的基浪堆积物中可见有二辉橄榄岩等深源包体。基浪堆积相中碎屑颗粒多呈次圆—次棱角状，分选中等—较差（或较好）；单层厚度薄，多为毫米—厘米级，很少超过几十厘米（～1m）；其沉积韵律和多旋回堆积序列普遍发育。基浪堆积相的底界面多为较平直的剪切面，堆积相内部发育有大量（大型）低角度板状层理和交错层理、波状层理、似沙丘构造（照片5-11）、槽泊构造（照片5-2）、冲蚀凹槽（照片5-13）和V型弹陷坑（照片5-14）等典型构造（徐德兵等2005）。这里应该强调的是基浪堆积相的指相标志：增生火山砾（accretionary lapilli）和爬升层理（cross bedding）。增生火山砾（照片5-15）为同心圆球体，直径多为2～5mm，圈层构造发育，可逐层剥离。这是由蒸气岩浆爆发产生的细小碎屑颗粒在基浪流的携带下向远离火山口的方向运动，期间其表面粘结了微粒状火山灰和尘土等，并在滚动过程中形成圆形圈层；离火口越远圈层越多，增生火山砾也就越大（Richard et al.1983）。爬升层理（照片5-16）是在基浪流沿火山口内壁向外爬升时，其迎流面坡度陡而背流面较为平缓，有一明显的转折端；当基浪碎屑物沿其爬升到一定程度时，可形成趋于平缓的爬升层理（孙谦等，2006）。V型坑由岩浆抛射到空中的火山弹、火山岩块和火山砾等坠落在尚未固结或半固结的基浪堆积物上所形成，常在同一层面上连续分布。这是蒸气岩浆喷发与随后发生的正常岩浆交替作用的结果，它表明该处为近火山口相。中国许多第四纪玄武质火山区常常交替出现岩浆喷发与蒸气岩浆喷发，较完整的剖面多由基浪堆积物、细粒火山灰、火山角砾岩、集块岩与火山弹组成，显示了火山活动的复杂性。

（4）火山泥流（lahars）堆积相，由火山成因的各种碎屑和水的混合体，呈流动的“混凝土”状沿河谷和低地运移过程中所形成。火山泥流一般粘度低，近火山口附近流速较大；在其流动过程中还剥蚀和产刮下伏的松软物质，将其裹携到泥流中，当其能量耗减或受地形影响等因素的作用下堆积下来。火山泥流所携带的碎屑物的成分在离火山口较近的部位可以是单一岩性的，但其他部位常常是非单一性的；其粒级变化很大，泥质—巨粒均可见；远离火山口其粒级越来越变小；火山泥流中固体碎屑物的含量可占20%～60%（按体积，按重量可达80%）。火山泥流堆积相中的岩性在火山口附近以正常火山碎屑岩为主，远离火山口时，逐渐向火山碎屑沉积岩过渡，多以沉凝灰岩和凝灰质砂岩、粉砂岩为主。泥流堆积相的分选性较差，在粗碎屑岩的堆积中常见有不太发育的递变层理。

火山泥流堆积相的形成过程中，水是必不可少的。当火山喷发穿过积雪和火山口湖，或大雨中的火山喷发时，或者火山碎屑流汇入河流或经过冰雪地区等，都可以引发火山泥流；或者与火山喷发有关或火山喷发的间歇期因地震等突发事件导致火山湖等水区破裂而急速排水等都可能造成火山泥流及其堆积物的形成。

（四）成岩方式及成岩作用后期变化1.火山碎屑岩的成岩方式

火山碎屑岩的成岩方式有自己的独特性。当火山碎屑岩向熔岩过渡时，火山碎屑物主要被熔浆胶结；当其向沉积岩过渡时，火山碎屑物则以沉积物质和火山灰次生变化产物的胶结作用为主；而正常的普通火山碎屑岩一般以压实固结作用为主，少部分由火山灰次生产物或化学胶结物的胶结为辅；当岩石主要由塑性火山碎屑物质组成时，其成岩方式则以熔结或焊接作用为主。

2.成岩作用后期变化

在火山碎屑岩形成过程中，由于火山碎屑物中有大量的准稳定物质，极易发生交代和蚀变作用。因此在成岩作用后期，它们往往发生各种变化，其中常见脱玻化作用和交代蚀变作用等。

（1）脱玻化作用（devitrification）：脱玻化作用是指火山碎屑岩中的玻屑（刚性和塑性）、塑性岩屑以及火山灰等玻璃质，由非晶质向晶质转化的过程。脱玻化初期，它们只显示出微弱的光性，继而形成隐晶质结构、霏细结构和出现微晶长石和石英。塑性、半塑性玻屑一般常见的脱玻结构有隐晶质（照片5-3）、霏细和梳状（照片5-4）脱玻结构。塑性岩屑的脱玻类型较多，常见的有梳状（脊状）脱玻结构（pectiniform devitrified texture）表现为纤维状隐晶质矿物或细小的微晶，长方向垂直塑性岩屑边部生长呈梳状形态（照片5-6，7）；羽状或毛发状脱玻结构（plumose or hairlike devitrified texture）即隐晶质或微晶矿物呈羽状或毛发状排列；霏细脱玻结构（felsitic devitrified texture）脱玻化程度低，由细纤维、粒径＜0.02 mm的极细小颗粒、少量玻璃质组成（照片5-6）；球粒脱玻结构（spherulitic devitrified texture）由纤维球粒组成，球粒具十字消光（照片5-8）；镶嵌脱玻结构（mosaic devitrified texture）脱玻化程度较高，长石、石英微晶彼此镶嵌接触，它们往往分布于塑性岩屑中心（照片5-7，9）。以上脱玻结构可以单独产出，也可几种脱玻现象同时在一个塑性岩屑中出现（照片5-6，7，9）。一般情况下，塑性岩屑内部脱玻化程度比边部高一些，如经常可以见到塑性岩屑的边部为梳状脱玻现象，而中心为镶嵌脱玻结构（照片5-7）。也有的边部为梳状和球粒状，中心为镶嵌脱玻结构（照片5-9）。同一剖面上，中部比顶部的脱玻化程度强。随着脱玻化作用的加强，火山碎屑的外形逐渐模糊，晶屑还可能形成同质异象变体（如透长石转变为低温钾长石）。

（2）交代蚀变作用（replacment alteration）：火山喷发晚期及随后的喷气和热液，对火山碎屑物质往往进行交代蚀变作用。作用的结果是发生次生石英岩化、泥化和沸石化及碳酸盐化等。

沸石化几乎是火山碎屑岩所特有的交代蚀变产物，与其共生的有粘土矿物、硅质矿物、绿泥石等。沸石富集可构成矿产。另外，在交代蚀变过程中可使许多微量元素富集成矿，如镓、铅、锡、锌、钍和铀等。因此，在研究中应该给予足够的重视。

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