火山喷发必然会产生许多火山灰,火山活动喷发的火山灰物质,降落到附近的湖泊或海洋表面能迅速发生水解,释放大量营养物质和金属元素,短时间内可以引起水体中浮游藻类勃发,提高水体和土壤的初级生产力。这对我们人类意义重大。
图1,火山喷发一、火山灰的分类
广义的火山灰泛指粒径小于2毫米的火山喷发产生的碎屑物质。按组成及结晶状况,火山灰分为岩屑(岩石碎屑)、晶屑(晶体碎屑)和玻屑(玻璃碎屑)3种。
图2,火山喷发的岩浆其中岩屑形状多样,成分不一,既可是火山岩,也可是围岩。晶屑多为早期析出的斑晶随熔浆炸碎而成,粒径介于2~0.毫米;玻屑通常构成火山灰细粒部分的主体。
图3,火山气体按照矿物组成,火山灰可分为基性和中酸性2大类,以中酸性为主。基性火山灰中岩屑多为玄武岩,晶屑主要为橄榄石、辉石、斜长石等,玻屑少见。中酸性火山灰中岩屑为安山岩、流纹岩、英安岩等,晶屑主要为石英、钾长石、斜长石、角闪石、黑云母等,玻屑发育。
图4,凝灰岩与泥岩按照搬运和沉积方式,火山灰又可划分为3种类型:①重力流型,按其沉积环境又可分为陆上的火山灰流和水下高密度底流2种沉积类型;②降落型,通常又称降落灰,主要是指火山灰在大气中经风力搬运的产物;③水携型,是侵蚀成因的火山灰经过流水搬运后沉积形成。
图5,火山喷发产生火山灰二、火山灰的分布
火山灰从前寒武纪至第四纪在全球广泛发育,其分布主要受3个因素控制。
颗粒大小和密度:不同粒径的火山灰沉降速度相差可达几个数量级,粒径大的几分钟或几天就沉降下来,粒径小的可在空中漂浮数月甚至数年;相同粒径下,火山灰密度越大,沉降速率越快。
图6,岩浆岩风速和风向:漂浮在空中的火山灰聚集成云,其走向和速度取决于风向和风速。风速越大,火山灰扩散的距离越大,但宽度减小;风速越小,火山灰扩散距离越小,但宽度增大。
图7,火山灰的显微镜下火山喷发类型和规模:火山灰的形成数量和分布范围主要受火山喷发类型和规模控制。火山喷发按岩浆的通道分为2大类:①裂隙式喷发,又称冰岛型火山喷发,岩浆沿地壳中的断裂带溢出地表,通常温和宁静,喷出物多为基性熔浆,碎屑和气体较少。
图8,死火山②中心式喷发,岩浆通过管状通道喷出地表,通常产生爆炸,喷出物多为中酸性熔浆,碎屑和气体丰富。根据喷出物性质和喷发强烈程度,火山喷发可分为多种类型,其中普林尼型等强烈爆炸式火山喷发形成的火山灰量最大。
图9,岩浆三、火山灰的成岩
火山灰可形成凝灰熔岩、熔结凝灰岩、凝灰岩、沉凝灰岩和凝灰质砂泥岩5种岩石类型,在成岩演化过程中主要会发生脱玻化、水化水解、交代蚀变等物理、化学变化。
图10,富士山脱玻化作用又称为失透作用、晶化。玻璃质岩石随着地质时代的增长,特别是由于埋藏使温度、压力升高时,玻璃质将逐渐转化为结晶物质,即产生脱玻化作用。
图11,熔岩流水化作用是物质与水发生化合的过程,又称水合作用,火山玻璃与地层水发生水化作用可形成含水玻璃,如基性火山灰含水可形成碎云玻璃和橙玄玻璃。水解作用是水将物质分解形成新物质的过程,火山玻璃与地下水发生水解作用可变为黏土、蛋白石、方解石等。
图12,维苏威火山交代作用也称为热水换质作用,是岩石与热水之间产生化学反应的现象。反应最主要的形式为晶格中阳离子的取代,使晶体在不熔解、不改变其晶格结构的前提下,改变化学组成。
图13,火山口综上所述:火山灰交代蚀变等成岩作用,不仅能形成大量的次生孔隙,改善页岩油气层的物性,而且火山灰形成的凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥岩等岩层还能成为页岩油气的有效储层。另外,火山灰含有大量铀、钍等放射性元素,可加速有机质的热解,对页岩油气的生成具有积极意义。