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火山巖的產狀和相有哪些?

(壹)火山巖的產狀火山巖的產狀主要與巖漿上升到地表的噴發方式(即噴發類型)有關,其方式不同,其產狀亦有所不同。

1.火山巖的噴發類型常見的噴發類型有3種,即中心式噴發、裂隙式噴發(有時還見中心-裂隙式噴發)和蝕頂噴溢。

蝕頂噴溢(deroofing eruption)又稱區域噴溢,是壹種古老的火山活動方式,現代火山活動已無此類型。戴利等認為,侵入上升的巖漿,由於過熱和高化學能,將頂部圍巖熔透,廣泛溢出地表而形成,分布面積大,並提出美國黃石公園大面積分布的流紋巖屬該類型,但以後被證實上述流紋巖並非此類。久野久(1978)則認為日本的紀伊半島的花崗斑巖更類似這種噴發方式。總之這種噴發方式即使現代還存在,也很少見。因此目前多數學者認為火山噴發類型主要為裂隙式噴發和中心式噴發。

裂隙式噴發(fissure eruptions)巖漿沿大斷裂(裂隙)成線狀噴發,火山口多呈串珠狀排列。產狀常為熔巖被、熔巖流、熔巖高原或熔巖臺地等,分布面積大。以溢流為主,火山碎屑巖少見。我國河北漢諾壩玄武巖、峨眉山玄武巖以及黑龍江五大連池老黑山的玄武質熔巖臺地屬此類型;東非埃塞俄比亞裂谷系兩側沿裂隙噴發形成玄武質熔巖高原,覆蓋了埃塞俄比亞全部面積的2/3。在地球歷史上這類噴發很常見,而現代火山噴發中,此類型只有冰島還可見到。

中心式噴發(central-vent eruptions)是指巖漿沿壹定的頸狀管道噴發,平面上表現為點狀,故又稱之為點狀噴發,是現代火山活動的主要形式,其特點是形成火山錐。

火山錐(volcanic cone)是火山噴出物在火山口周圍堆積成的山丘。根據火山噴發形式及其組成物質的不同,進壹步分為3種類型,碎屑錐、熔巖錐和復合錐。碎屑錐(fragment cone)亦稱火山渣錐(cinder cone),其噴發形式以爆發為主,主要由火山碎屑組成,其含量約為95%,其成分多為玄武質和安山質,錐體較陡,30°左右,如新疆於田由火山渣組成的碎屑錐;當以寧靜式噴發為主時,形成熔巖錐(lava cone)或稱熔巖穹丘,即主要由熔巖組成,而火山碎屑物則<10%,其形態受熔巖性質影響:易流動的基性熔巖流多形成坡度小的盾形火山;黏度大的酸性熔巖流多聚集於火山口,形成穹窿狀火山丘。如雲南騰沖可見由玄武質熔巖流組成的盾形熔巖錐;復合錐(mixed cone)又稱混合錐,以爆發式和寧靜式相間噴發為其特點,形成火山碎屑物與熔巖互層的混合錐,其成層性明顯,又稱層火山(圖1-5),日本富士山、我國吉林省長白山等屬此類。

火山口(crater)是火山噴發時巖漿或火山碎屑物噴出地表的通道口,根據火山口分布特點,進壹步分為3類:噴發火山口,位於圓錐狀火山錐頂部的火山口,火山口直徑壹般為200 m以上,但多不超過1000 m。位於火山錐側面者,稱為寄生火山口(側火口);爆炸火山口,為瑪爾式低平的小火山口,其底部有時可能為金伯利巖筒;破火山口,即沈降火山口,由於巖漿大量噴溢,或發生猛烈爆炸,使巖漿房萎縮,再加上上覆堆積物的重量,使火山口向下凹陷,形成壹漏鬥狀或鍋形窪地,故稱破火山口(照片1-7)。其直徑可>3000 m。

火山口湖(crater lake)當火山口或破火山口內大量積水時,構成火山口湖(火口湖)。長白山主峰白頭山是疊置在玄武巖盾狀火山錐上的復式火山錐,其頂部有壹巨大的破火山口湖——天池(面積約9.8 km2),如照片1-8所示。

2.中心式噴發形成的主要火山類型中心式噴發形成的火山類型壹般常見的有盾形火山、穹狀火山、復合火山和瑪爾式火山。

盾形火山(shield volcano)火山表面平坦,坡度角小,不超過10°。火山外形似盾牌故得名。火山主要由易流動的玄武巖漿冷凝堆積而成。

渣火山(pyroclastic volcano)坡度角大,壹般30°左右。主要由基性碎屑(火山渣、火山彈)組成,截面呈圓形。

穹狀火山(dome-shaped volcano)火山錐外形呈穹窿狀,主要由黏度大的酸性熔巖構成,內部可見流動構造。

層火山(stratovolcano)又稱復合火山(composite volcano)由復合火山錐形成的火山,其成層性明顯,主要由中-基性或少量酸性火山碎屑物和熔巖相互成層堆積而成,常形成大型火山。

瑪爾式火山(maar volcano)為蒸氣巖漿噴發(phreatomagmatic eruption)產物,即指熾熱的巖漿在上升過程中與地下水(或地表水)相遇發生爆炸而形成的火山。其典型標誌是在地表形成圓形或近圓形低平火山口並有基浪堆積物環繞於周圍。火山口底部常低於潛水面,往往形成火山口湖,被稱之為瑪爾湖。近年來在北美、日本、西歐、韓國以及我國(吉林龍崗、廣西潿洲)等地都有報導。對瑪爾湖成因機理的研究不僅為預防火山災害提供了重要信息,而且其堆積物可反映高分辨率的古氣候和古環境信息。

3.熔巖流及其在地表的常見形態熔巖流(lava flow)是巖漿從火山口或溢出口(裂隙)流出,沿地形流動、固結而成的熔巖。根據熔巖形成後的表面特征,熔巖流可分為兩種主要類型,壹為繩狀熔巖,二為渣狀熔巖。

繩狀熔巖(pahoehoe lava)有人譯為結殼熔巖。熔巖具有淬火玻璃外殼,表面光滑,表明熔巖流表層未破碎,以此區別於渣狀熔巖。常見的有繩狀熔巖、波狀熔巖(wavy lava)和板狀熔巖(slab lava)(照片1-17)等。其中繩狀熔巖最常見,它是黏度小、流動性大的基性熔巖流,在地形平緩的地區流動所形成的熔巖,其形態類似繩索盤繞或呈波浪起伏狀。在黑龍江五大連池可見較大面積的繩狀熔巖(照片1-18~20),同時還可見這些流動性大的熔巖流遇到較陡的地形時,所形成的熔巖瀑布或象鼻狀熔巖。

渣狀熔巖(aa lava)巨厚的熔巖流在流動過程中,已冷凝的表層被破碎,造成表面凹凸不平,布滿渣塊、氣孔等,這是近火山口處的熔漿多次活動或構造作用的結果。五大連池的翻花熔巖(flower lava)和塊狀熔巖(block lava)屬此類型。二者區別是前者碎塊不規則,呈翻花狀(照片1-21),表明此時構造活動頻繁;後者碎塊較規則,呈塊狀(照片1-22)。

除此之外,根據熔巖形態還常見石龍熔巖、木排狀熔巖(照片1-23)等,其中石龍熔巖(stone dragon lava)是五大連池火山區以其形態命名的熔巖,熔巖呈長龍狀分布,其表面光滑(為繩狀熔巖)或凹凸不平(為渣狀熔巖)。以上所述為陸地常見熔巖類型。水下常見類型主要為枕狀熔巖(pillow lava),具枕狀構造,多呈橢球狀或枕狀外形(詳見“枕狀構造”描述,照片1-15)。

火山活動晚期,熔巖流表面凝固,而其內部仍有熔漿活動,此時若它們遇到水體就會產生大量氣體,當這些含大量氣體的熔漿達壹定壓力時,就會沿裂隙噴出地表。經多次噴溢,形成熔巖噴氣錐(fumarolic cone-in-cone)。壹個錐常由幾十層熔巖餅疊加,構成熔巖噴氣疊錐。五大連池可見此現象(照片1-24)。

(二)火山巖的相由於火山作用的地質環境不同而產生的不同火山巖及其組合特征稱火山巖相。火山巖相的研究對恢復古火山機構、提高填圖質量、促進找礦等有實際意義。相的分類通常是按火山活動產物的產出形態及巖石特征而劃分的。常見的火山巖相包括噴發(或噴出)相、火山通道相、次(潛)火山巖相和火山-沈積相。其中噴發(噴出)相又進壹步分為溢流相、爆發相和侵出相。

1.火山噴發(噴出)相(volcanic eruption facies)

溢流相(effusion facies)是巖相中最常見的壹種。熔巖成分從超基性到酸性、堿性皆存在。形成於火山噴發的各個時期,以強烈爆發之後出現為主。常呈面狀泛流的熔巖被、線狀流動的熔巖流產出,其形態多種多樣,大陸上可見繩狀、波狀和塊狀熔巖並常見柱狀節理;水下可見枕狀、球狀熔巖。有的火山以熔巖噴發為主時,可形成坡度角<10°的盾形火山。

爆發相(explosion facies)形成於火山作用不同階段,以火山活動早期和高潮期最發育。主要產物為火山碎屑物:火山彈(照片1-25,26)、火山集塊、火山礫、火山砂、火山灰等。堆積方式不同,其產物有所不同,常見堆積方式有4種。壹為空落堆積,指從火山口噴向空中的所有產物,包括巖漿噴發物,同源巖漿早期的熔巖碎屑和圍巖碎屑等的堆積。空落堆積物分布廣是其重要的鑒別特征。二為碎屑流堆積,主要形成壹套塑性—半塑性的熔結火山碎屑巖。較全的碎屑流層分三帶,自下而上為:由未熔結的火山灰組成的基底湧流帶;由熔結火山碎屑巖組成的火山碎屑流帶和由未熔結的火山灰組成的火山雲帶。三為火山基浪堆積,是蒸氣巖漿噴發的產物,以火山灰和角礫為主的火山碎屑。四為火山泥流堆積,即由火山成因的各種碎屑和水的混合體構成。其巖性在火山口附近以正常火山碎屑巖為主,遠離火山口時,逐漸向火山碎屑沈積巖過渡,主要為沈凝灰巖、凝灰質砂巖和粉砂巖等(有關火山爆發相的具體特征將在第五章第壹節中詳細說明)。

侵出相(extrusion facies)黏度大、流動性差的中-酸性巖漿,從火山通道上部或火山口旁側裂隙中,被機械地推擠出地表,形成陡峭的穹丘(巖穹)。常呈巖鐘、巖針等產出。

2.火山通道相(conduit facies)

堆積於火山通道的殘余巖漿冷凝產物。產狀陡,形態細而長,其橫斷面近圓形,因而又稱巖頸、巖筒、巖管。產物為熔巖、碎屑巖、熔結火山碎屑巖、碎屑熔巖。碎屑可以是同源,也可以為異源甚至是深源產物。

3.次火山巖相(subvolanic intrusion facies)

也稱潛火山巖相,它是與火山巖同源的小侵入體(詳見第五章第八節次火山巖),是巖漿內部壓力小於上覆靜壓力,使巖漿未噴出地表而定位、固結形成。侵位深度壹般為0.5~3 km。在火山通道根部侵位時,巖體常呈巖株、巖枝;當巖漿沿放射狀、環狀裂隙侵位時,巖體常呈巖脈、巖墻。次火山巖以熔巖狀巖石為主,但也可見到由於隱爆、震碎等原因形成的角礫狀巖石及熔結火山碎屑巖。侵位較深的次(潛)火山巖,結晶程度較高,與淺成侵入體不易區別。

4.火山-沈積相(volcane-sedimentary facies)

是火山作用過程中所伴有的沈積作用,在火山噴發的低潮期—間隙期最發育。由火山巖、沈積火山碎屑巖、火山碎屑沈積巖和沈積巖組成。層理發育,也可不發育,有時呈透鏡狀。

除上述火山巖相劃分外,有人還進行海相火山巖和陸相火山巖、新相火山巖和古相火山巖的劃分。