海底火山作用和火山岩的若干特点 2010 07

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1、海底火山作用和火山岩的若干特点201007海底火山作用和火山岩的若干特点(2010-07-0817:58:52)2010年07月08日海底火山作用和火山岩的若干特点刘继顺(中南工业大学地质系长沙410083)原载：有色金属矿产与勘查，1995，4（1）：35-37　　摘要在500-lO00m水深之下的海底，火山作用仅表现为非爆发性的裂隙型或火泉型喷发。这种环境中产出的火山碎屑岩，均是淬冷碎屑岩化和自碎角砾岩化形成的。海底熔岩杂岩可穿切到未固结的沉积物中而呈似侵入接触现象。　　关键词非爆发性喷发淬冷碎屑岩化自碎角砾岩化海底熔岩杂岩　　海

2、相火山岩是块状硫化物矿床和喷流沉积型多金属矿床的重要勘查目标。海底火山作用发生在巨大静水压力的围压环境中，其产物海相火山岩与陆相火山岩比，有许多独特之处：　　1海底火山作用方式　　决定火山喷发是爆发性抑或非爆发性的因素，是岩浆的性质(如成分、挥发分含量、粘度和喷发速率)、围压及存在外来水否(海水、湖水和地下水)。　　爆发性喷发是由不同成因的挥发分驱动的。挥发分可来自岩浆的出溶(如CO2和水)或外来过热水的气化(如与岩浆接触并气化的海水或地下水)。当周围的海水静水压力足以抑制岩浆气体爆发性膨胀及与岩浆接触处过热海水爆发性膨胀(即岩浆蒸气

3、爆发，Phreatomagmaticexplosion)时，则只会发生非爆发性喷发。　　实验表明，纯水的临界点为2.16X10的7次方Pa，海水(含3.5%的NaCl)的临界点为3.15X10的7次方Pa，CO2的临界点为7.5×10的6次方Pa,对应的海水深度分别为2160m，3150m和750m。H2O和CO2混合物的临界点压力远低于纯水的。在临界点深度之下，纯岩浆水或过热海水都不具有可压缩性。不会排斥围岩而爆发性地膨胀。对800℃以上的岩浆而言，抑制其爆发的最低压力为2X10的7次方Pa(即200Om深)，甚或1×10的7次方P

4、a(即1000m水深)[1]。　　McBirney(1963)根据岩浆的化学组成和挥发分含量推测，岩浆爆发性喷发只能发生在浅于500～1OOOm深的海底（图1），与Pecover等(1973)推测的结果(700m水深)相吻合。现代海底爆发性火山喷发都见于较浅的海底，1km以下的海底尚未发现任何岩浆的爆发性活动[2]。这一事实强有力地支持了上述推论。　　非爆发性火山喷发是以裂隙式的火泉(firefountaining)喷发的，其驱动力不是挥发分压力，而是静岩压力负荷和流体质岩浆的浮力。　　值得指出的是：Burnham(1983)等认为长

5、英质岩浆爆发可以发生在3.5--4km的海底，并将黑矿型块状硫化物矿床的形成与火山爆发所造成的破火山口联系起来。事实上，3500--4000m海底的静水压力大大超过纯水的临界点压力，绝无爆发性喷发的可能。　　2海相火山碎屑岩　　深海底非爆发性火泉式喷发往往形成块状熔岩、席状熔岩、铺路熔岩(Pavingstonelava)和枕状熔岩。枕状熔岩多为镁铁质的，但亦见长英质的。Sevins和Roach(1979)曾发现澳大利亚威尔士奥陶系中有厚达40m的海相长英质熔岩(SiO2平均为66%)，其枕状体直径为0.5--3m。在深海底火山岩剖面中

6、，除熔岩外，还存在大量火山碎屑岩。这种火山碎屑岩不是火山爆发形成的火成碎屑物(Pyroclastite)，而是淬冷碎屑岩化和自碎角砾岩化形成的。　　图1海相火山作用性质与水深和成分的关系<据Fisher，1984)　　A一镁铁质岩浆;B一长英质岩浆;II一爆发性喷发区，可形成岩浆爆发的火山碎屑岩，气化爆发的火山碎屑岩、淬冷玻质碎屑岩和自碎角砾岩；I非爆发性喷发区，只有淬玲玻质碎屑岩和自碎角砾岩，其含量随水探增加而增加，熔岩与火山碎屑物之比最高可达5：1。　　淬冷碎屑岩化(quenchfragmentation)是一种由于炽热岩浆与冷水

7、突然接触时冷却收缩产生的热应力使熔岩表层剥离和颗粒化的作用[3]。　　其过程是：1)岩浆和水最初接触时在岩浆与水之间产生蒸气膜；　　2)蒸气膜膨胀在与水接触的最外部边缘蒸气冷却，蒸气膜就地萎陷，这种膨胀与萎陷多次重复进行，直到与萎陷有关的能量引起岩浆碎裂为止；　　3)萎陷的蒸气膜与岩浆混合后增了两者反应的表面积；　　4)当水包围了熔体碎屑后加速了热的快速传导；　　5)形成新的蒸气膜由于过热作用水迅速地气化并膨胀，又返回第2阶段，开始下一个旋回。　　淬冷碎屑岩化的产物被称玻质碎屑岩(hyaloclastite)。其特征是具有多角状外形、

8、尖锐的边缘(即刃状边)角、直线状平面状边和同心环状及放射状的多裂垃的冷却节理。一般无气孔构造，粒径大小悬殊，从岩块到凝灰质碎屑均有。它与具孤面多角形、园滑的凹面和凸面以多气孔的爆发性火成碎屑物截然不同。淬冷玻质碎屑岩在熔