火山碎屑的搬运、堆积方式和火山碎屑岩相
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发布时间：2022-05-18 05:28
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时间：2023-10-09 17:41
在爆发式火山喷发中，原来均一的熔融相岩浆，在火山通道内的碎屑化面之上就转变成了由气态物质相和颗粒相（熔浆团块、晶屑、岩屑）组成的二相流，它以极高的速度喷出火山口，在惯性上冲力的作用下，可形成高大的喷发柱。喷发柱的高度和形态取决于出口处的压力、喷出物的密度（取决于气体和颗粒的量比）、喷发速度、火山口大小（是否为破火山口）等因素。典型的喷发柱，形成于普林尼式喷发，称普林尼柱（图8-10），其高度可达55km，由上、中、下3个部分构成，各部分除所携带的碎屑物质粒度大小不同外，碎屑物质的搬运和堆积方式也不同，在堆积成岩的火山碎屑岩中可形成一些具指相意义的标志（Fisher，1984）。
图8-10 普林尼式火山喷发柱的构成及搬运堆积模式
喷发柱的上部，由于粗碎屑物质的减少和与大气的充分混合，密度骤降，当密度下降到小于大气的密度时，就通过与大气对流的方式上升，形成对流柱。对流柱的高度可占整个喷发柱高度的90%，向上达到大气平流层底部，并因与大气的热交换形成蘑菇云，所携带的碎屑物粒度小（多为火山灰、尘），由喷发云浊流和风流支撑，在经历了侧向飘浮迁移后以大气空（降）落方式堆积。这类堆积物称为空落（或降落）相堆积，其特点是碎屑物粒度细小，主要为火山尘和火山灰；层理发育，常可见水平层理；分布面积广，但厚度小，常与正常沉积岩共生，或在火山碎屑岩区呈薄的夹层产出。
喷发柱的下部为侧向膨胀区，火山喷发物中的挥发分因压力骤降而超沸腾，膨胀外溢，形成侧向涌流，称火山碎屑涌流，又称底涌流（base surge）。其特点是以蒸气为主，含少量细粒碎屑，由于高温气体的膨胀和与大气的混合对流，以湍流或搅动流（见第三篇）的方式侧向流动。底涌流的驱动力主要来自高温气体的剧烈膨胀，具有较高的流速，但因密度低，动量小，一般流动不远就堆积下来，堆积物称为火山碎屑涌流相堆积。其特点是多堆积在火山口附近，少数可距火山口5km；堆积物厚度随距火山口的距离呈指数降低，并受地形的控制；堆积物略具粒度分选，可具明显的层理和低角度交错层理构造，常见增生火山砾（火山泥球）。
以湍流方式搬运、堆积的还有由蒸汽爆发的底涌流（湿涌流）和由喷发柱中部的高密度流中衍生出来的涌流（干涌流）。前者是岩浆-潜水爆发的产物，因涌流中含水蒸气较多，并因表面张力的作用而附着在碎屑颗粒表面，致使堆积物具有一定的粘性和可塑性，因此碎屑多具明显的变形，而且粒度小，以玻屑为主，有少量岩屑，晶屑很少见；后者为喷发柱外缘与大气充分混合部分，因能量快速下降而陷落的火山碎屑涌流，又称地面涌流，因来自高密度的喷发柱，碎屑含量较多，且具有一定的温度，堆积物常具有一定的熔结现象，可含一定的晶屑、岩屑。
喷发柱的中部是富碎屑柱，一般认为是浓集碎屑的高密度流，当其失去上冲的动量时，就会因重力失稳崩塌，由于内部气体的膨胀出逸和重力的共同作用，可进一步分解为下部富含碎屑颗粒的高密度火山碎屑流（灰流）和上部主要由气体和少量细屑物组成的膨胀灰云。火山碎屑流具很强的活动性，其侧向迁移速度可达14～230km/h，迁移距离可大于100km。关于碎屑流的搬运方式尚有不同认识，但较多的观点趋向于层流的方式。碎屑流堆积物无分选、无层理、流动构造发育等特点支持这一观点。火山碎屑流相堆积物的特点是堆积厚度大，分布范围广，常构成大规模火山爆发堆积物的主体；碎屑与大气间的热交换不充分，堆集速度快，因此常具熔结结构，柱状节理发育，在一个冷却单元内存在纵向和横向上熔结程度分带的现象，即同一冷却单元的底部或中下部熔结程度强，向顶部减弱；近火山口处强，远火山口处减弱。搬运和堆积方式与浊流（层流）（见第三篇）相似，因此一般无粒级分选，不具层理构造。因碎屑流密度大，具很强的搬运能力，所以堆积物中可出现各种粒级的碎屑混杂的现象。
