流纹岩：形成与地质种类
Linas Juozenas分享
流纹岩：形成、地质与品种
流纹岩是花岗岩的火山对应物：当演化的岩浆达到浅层地壳或喷发到地表时形成的富二氧化硅岩石。其地质故事包括粘稠的熔岩穹丘、玻璃质边缘、富含浮石的爆炸性喷发、焊接火山灰流层、脱玻璃球状体以及后期充填的二氧化硅空洞。
地质特征
流纹岩是一种长英质火山岩，通常富含二氧化硅，以石英-长石化学成分为主。它是花岗岩的喷出等价物，但因在地表或近地表冷却，通常形成细粒、玻璃质、斑状、带状或火山碎屑质的结构，而非花岗岩的粗粒互锁晶体。
典型流纹岩含有石英和碱长石，常见钠长石或正长石、斜长石，以及少量黑云母、角闪石、磁铁矿、锆石、磷灰石或其他伴生矿物。其高二氧化硅含量通常约为69–77重量百分比SiO₂。2，使熔体粘稠。这种粘度控制了流纹岩许多独特的地质特征：熔岩流动缓慢，气体难以逸出，喷发可能在缓慢的岩顶和爆炸性碎裂之间交替。
成分位置
流纹岩位于常见火山岩分类中富二氧化硅的一端。它比英安岩或安山岩更轻，含有更多的石英-碱长石，且冷却迅速时可能包含玻璃。
质地范围
它可能是隐晶质、斑状、流纹状、球状、气孔状、杏仁状、黑曜质、珍珠质、浮石状，或焊接成火山灰流凝灰岩。
为什么这个家族范围广泛
黑曜岩、珍珠岩、浮石、沥青岩、火山碎屑岩、焊接凝灰岩和含雷蛋的宿主岩石，当其化学成分和地质环境符合时，都可以是流纹质火山系统的一部分。
流纹岩的形成
流纹岩形成于岩浆高度演化、富含二氧化硅和挥发物质后，冷却成熔岩、玻璃或火山灰流物质。从源熔体到成岩的过程可以总结为熔体生成、储存、喷发、冷却和变质的序列。
生成长英质熔体
流纹岩岩浆可能通过大陆地壳部分熔融、较镁铁质岩浆的分馏结晶，或结晶与地壳同化的组合产生。随着矿物从熔体中结晶，剩余液体富集二氧化硅、碱金属、水、氟和其他不相容成分。
岩浆在浅层岩浆库中演化
石英和长石斑晶可能在浅层地壳岩浆房或岩浆通道中开始生长。溶解的水和气体积累，熔体变得浓稠粘稠且难以脱气。储存的岩浆随后可能供给穹丘、熔岩流、爆炸性喷发或浅层斑岩体。
喷发方式分裂记录
如果气体逐渐逸出，流纹岩可能以穹丘或熔岩流形式喷出，常保留流动带和玻璃边缘。如果压力剧烈释放，岩浆会碎裂成灰烬、浮石、火山砾和火山碎屑密度流，覆盖地表形成凝灰岩或火山碎屑岩。
冷却决定玻璃或晶体结构
快速淬火可产生黑曜石或浮石玻璃。较慢冷却和后期脱玻璃化可产生微晶石英-长石基质、球状体、岩泡和珍珠状裂缝。焊结灰烬可将浮石碎片压扁成称为火焰纹的条纹。
后期流体改变岩石
热液流体和风化可能使带状结构染上氧化铁，改变长石和镁铁质矿物，将玻璃水合成珍珠岩，用蛋白石、石英、蛋白石、方解石或沸石填充气孔，并形成含雷蛋的流纹岩宿主中见到的硅质衬里空洞。
地质环境
流纹岩最常见于地壳熔融、长期岩浆房或广泛分馏结晶产生演化的长英质岩浆的地方。它尤其是大陆火山省、破火山口系统以及某些裂谷或热点环境的典型特征。
大陆火山弧
在俯冲带上方，富含水的岩浆上升到大陆地壳中，分馏结晶和地壳熔融可以产生英安岩到流纹岩的岩浆。安山岩和英安岩可能更常见，但在演化特别强烈的地方会形成流纹岩。
破火山口系统
大型长英质岩浆库可能喷发出大量的灰流凝灰岩，塌陷形成破火山口，随后产生复兴穹丘、环状岩脉和叠置的火山碎屑岩序列。黄石、长谷和陶波火山带是著名的流纹岩破火山口火山活动的例子。
大陆裂谷和热点
伸展和高热流可产生流纹岩岩浆，包括过碱型如科门迪特和潘特勒岩。这些岩浆可能含有不寻常的碱性角闪石或辉石，并能形成暗色玻璃或独特的化学特征。
浅层次火山下体
岩墙、岩床、岩丘和小型侵入体可能为岩丘或灰烬沉积物供给岩浆。它们较慢的冷却可形成流纹岩斑状岩，其中石英和长石斑晶镶嵌于细粒长英质基质中。
流纹岩的化学范围
并非所有流纹岩化学成分相同。过铝流纹岩铝含量较高，可能伴有富氟相如托帕石或萤石。过碱流纹岩中钠加钾含量超过铝，可能含有辉石类矿物如透辉石或阿弗德森石。这些区别在岩石学、野外解释和产地比较中很重要。
喷发和沉积相
流纹岩系统产生多种岩体。野外识别流纹岩通常意味着判断该物质是作为熔岩、玻璃、落下沉积物、火山碎屑流、浅层侵入体还是后期蚀变含腔母岩形成的。
| 相 | 形成过程 | 典型的野外表现 |
|---|---|---|
| 岩丘和熔岩流 | 高粘度熔岩缓慢从喷口喷出，在源头附近堆积或作为厚重的叶状流推进。 | 陡峭的体块、流纹带、块状外壳、玻璃边缘、角砾岩和局部黑曜岩区。 |
| 黑曜岩流边缘 | 流纹岩熔体迅速淬火，抑制晶体生长，保存火山玻璃。 | 光滑的黑色、灰色、棕色或红褐色玻璃，具贝壳状断口和锋利边缘。 |
| 浮石和浮石粉 | 富含气体的岩浆在爆炸性喷发中迅速膨胀，形成高度多孔的玻璃。 | 轻质、多孔碎片、浮石落下沉积物、富含浮石的灰烬或焊结凝灰岩中的浮石透镜。 |
| 火山碎屑落下沉积物 | 灰烬、浮石和砾石从喷发柱中沉降。 | 分层灰烬层、粒度分级、浮石砾和广泛的空中沉积层。 |
| 火山碎屑流凝灰岩和焊结凝灰岩 | 高温火山碎屑密度流沉积灰烬和浮石；如果温度足够高，玻璃碎片和浮石会压实并焊结。 | 变形结构、扁平的浮石火焰状体、柱状节理、致密焊接区和片状沉积物。 |
| 流纹岩斑状岩 | 岩浆在浅层导管、岩墙、岩床或次火山体中冷却，可能在喷发前或未喷发时形成。 | 细粒基质中的石英和长石斑晶，局部带有冷却边缘和蚀变晕。 |
| 含雷蛋的母岩 | 流纹岩火山岩中的气腔、岩泡或结核随后被富含二氧化硅的流体衬里或填充。 | 流纹岩宿主中带有玉髓、玛瑙、石英、蛋白石或其他二氧化硅矿物的圆形结核。 |
品种及相关流纹岩形态
许多命名的流纹岩材料是按纹理分类的品种，而非独立矿物种类。同一长英质岩浆系统可产生致密流纹岩、玻璃、浮石、珍珠岩、焊结凝灰岩和充填空洞的结核。
| 材料或品种 | 形成路径 | 纹理线索 | 地质解释 |
|---|---|---|---|
| 流带状流纹岩 | 粘稠熔岩在缓慢运动中被剪切、折叠和拉伸。 | 波状带理、丝带状、折叠层理、氧化物染色及浅色至锈色变化。 | 记录富硅熔岩穹丘、熔岩流或浅层导管中的流动。 |
| 球状或球状流纹岩 | 火山玻璃发生脱晶，形成放射状石英-长石束。 | 圆形斑点、球状体、星爆、晕圈和雪花状纹理。 | 表明冷却后再结晶的富玻璃物质。 |
| 黑曜石 | 流纹岩或英安岩熔体迅速淬火，晶体无法生长。 | 玻璃光泽、贝壳状断口、锋利边缘和局部流动带理。 | 代表流纹岩系统中的火山玻璃端元。 |
| 珍珠岩 | 流纹岩玻璃的水合产生弯曲的同心裂纹。 | 洋葱皮裂纹、浅灰至黑色玻璃质纹理，以及工业加热时的膨胀行为。 | 显示火山玻璃冷却后的水合作用。 |
| 浮石 | 富气流纹岩岩浆在爆炸喷发时起泡。 | 极多孔、轻质、浅色、粗糙且多孔。 | 记录了快速挥发物膨胀和岩浆碎裂。 |
| 火山碎屑岩或焊结凝灰岩 | 来自火山碎屑密度流的热灰和浮石被压实和焊接。 | 扁平火焰状结构、灰流层理、结晶叶理和焊接玻璃碎片。 | 保存了一个热的、景观尺度的火山碎屑流沉积。 |
| 含托帕石的流纹岩 | 富氟演化流纹岩岩浆和晚期蒸气相产生空洞和伴生矿物。 | 浅色流纹岩、空洞、托帕石、萤石、石英及相关晚期矿物。 | 反映高度演化的过铝质或富氟长英质系统。 |
| 过碱性流纹岩 | 裂谷或热点岩浆向富钠和钾的成分演化。 | 暗色玻璃、异常碱性矿物、绿色或棕色调，以及科门石或潘特勒石亲缘关系。 | 表明一种富碱的长英质系统，与典型的钙碱性流纹岩不同。 |
| 雷鸣蛋宿主流纹岩 | 富含二氧化硅的流体填充流纹岩火山岩中的空洞、岩泡或结核。 | 带有玛瑙、玉髓、石英、蛋白石或结晶内部的圆形结核。 | 记录了火山气体纹理和后期矿化流体。 |
结构与微观结构
流纹岩的结构记录了冷却、运动、破碎、水合、玻璃化、焊结及后期流体活动，通常比单纯颜色更具诊断意义。
流纹条带
条带可能反映微晶含量、氧化程度、玻璃与晶体比例、气泡丰度或多次略有不同熔体脉冲的变化。在手标本中，常呈现折叠的奶油色、棕褐色、玫瑰色、锈色、灰色或绿色层理。
球晶
球晶是石英和长石的放射状互生体，常在玻璃化过程中形成，可产生雪花状、球状、豹纹或星爆状图案。
珍珠岩裂纹
水合火山玻璃可形成弯曲的洋葱皮状裂纹，这是珍珠岩的特征，也可见于蚀变的黑曜质流纹岩中。
火焰纹
在焊结凝灰岩中，浮石碎片被压扁成透镜状条纹，称为火焰纹。它们标志着热火山碎屑沉积物中的压实、焊结和流动结构。
空泡与杏仁状结构
气泡形成空泡，后期矿物填充形成杏仁状结构，常含硅石、玉髓、石英、蛋白石、方解石或沸石矿物。
岩泡
岩泡是酸性火山岩中空或部分填充的球状空洞，可能被石英、玉髓、蛋白石或其他次生矿物覆盖。
斑状结构
石英或长石斑晶可能漂浮在细粒或玻璃质基质中。石英可能呈圆润或凹蚀状，表明其部分与熔体反应。
玻璃化基质
玻璃在地质时间尺度上不稳定，可能重结晶成细粒石英-长石集合体，改变光泽、颜色、硬度及岩石的抛光方式。
矿物伴生与蚀变
流纹岩的矿物组合通常始于石英和长石，随后通过伴生矿物、脱气、玻璃化、氧化、水合和热液蚀变变得更复杂。
| 类别 | 常见矿物或材料 | 它们所暗示的意义 |
|---|---|---|
| 主要酸性矿物 | 石英、正长石、正长斜长石、斜长石 | 流纹岩至花岗岩化学成分，斑晶和基质记录冷却速率。 |
| 镁铁质和伴生相 | 黑云母、角闪石、磁铁矿、锆石、磷灰石、钛铁矿、铝榴石 | 岩浆成分、氧化状态、结晶历史及通过锆石进行地质年代学的潜力。 |
| 过碱性指示矿物 | 透辉石、阿弗韦德森石、碱性角闪石和辉石 | 富碱演化流纹岩，常见于裂谷或热点环境。 |
| 富氟晚期相 | 黄玉、萤石、石英、气相矿物 | 高度演化、富含挥发物的岩浆伴随晚期空洞或晶洞矿化。 |
| 次生硅质填充物 | 玉髓、玛瑙、蛋白石、石英 | 富硅流体循环填充气孔、岩泡、裂缝或雷蛋空洞。 |
| 蚀变产物 | 粘土、绿泥石、绿帘石、铁氧化物、沸石、方解石 | 风化、热液蚀变、氧化、水合或后期流体循环。 |
现场线索与鉴定
流纹岩可能类似其他长英质或富硅岩石，因此鉴定应结合颜色、质地、斑晶、结构、密度、酸反应和地质背景。
寻找石英和长石
石英斑晶可能透明、烟熏色、圆润或有侵蚀边缘。长石斑晶通常颜色浅、板状且更具棱角。它们的存在有助于区分流纹岩和许多非火山类相似岩石。
解读结构特征
流纹带、球状体、火焰状结构、珍珠岩裂纹、玻璃质边缘和浮石碎片都指向流纹火山岩起源。
区分流纹岩和英安岩
英安岩通常硅含量较低，斜长石含量较高，可能含有更多角闪石或辉石。没有岩石学或化学分析，手样边界可能不确定。
区分流纹岩和英安岩
英安岩富含碱性长石，但几乎不含石英，可能显示排列的长石片。流纹岩通常含有石英和更多富硅的玻璃质或基质。
区分流纹岩和碧玉
碧玉是微晶石英，可能缺乏火山斑晶、气孔、火焰状结构或晶体周围的流纹带。一些称为碧玉的花纹贸易材料实际上是流纹岩或硅化火山岩。
仔细检查酸反应
流纹岩是一种硅酸盐岩，通常对冷稀酸惰性。局部起泡可能来自脉络或空洞中的次生方解石，而非流纹岩本身。
基于地质学的护理
致密流纹岩通常耐用，但流纹岩材料差异很大。致密的流纹带状岩板、多孔的浮石碎片、玻璃质黑曜石边缘和含空洞的雷蛋切片需要不同的处理方式。
致密流纹岩
用软布擦拭，必要时用温和的肥皂和温水短暂清洗。避免使用强酸、磨料粉末和反复的热冲击。
玻璃质区域
黑曜石或珍珠岩区域可能会锋利剥落，并可能显示弯曲的裂纹网络。保护边缘，避免撞击。
多孔和浮石质材料
浮石、多孔流纹岩和弱火山灰层可能会困住水分、污垢、油脂和残留物。请勿浸泡易碎或多孔的岩石。
含空洞的岩石
雷蛋切片、岩泡和杏仁状岩石应从下方支撑。避免对细桥、开放空洞或晶簇内部施加压力。
常见问题解答
黑曜石是与流纹岩不同的岩石吗？
黑曜石是火山玻璃，且大部分黑曜石成分为流纹质或英安质。它主要在纹理上不同：黑曜石冷却过快，晶体无法生长，而致密流纹岩部分或大部分已结晶。
为什么流纹岩形成岩顶而不是长距离流动的熔岩？
流纹质岩浆富含硅，因此非常粘稠。它阻碍流动，困住气体，倾向于形成厚重的岩顶、熔岩流、玻璃边缘或爆炸性火山灰沉积，而非长距离流动的熔岩河流。
是什么形成了流纹岩中的球状或“豹纹”图案？
许多球状图案由球状晶体产生：放射状的石英-长石生长，形成于火山玻璃玻璃化过程中。氧化晕和蚀变色彩使球体看起来有斑点或环状。
焊结凝灰岩如何变成坚硬岩石？
热灰流沉积物的温度足够高，玻璃碎片和浮石碎片可以压实、变形并焊接在一起。这产生了密实的火山碎屑岩，带有扁平的火焰状结构和条纹状织构。
“雨林流纹岩”真的是流纹岩吗？
以该名称出售的材料通常是有图案的流纹质岩石，常带绿色调和球状或球状晶体纹理。它也可能以类似碧玉的名称销售，因此纹理和地质背景比单纯的贸易名称更可靠。
浮石和珍珠岩有什么区别？
浮石形成于富气流纹质岩浆在爆炸喷发时起泡，形成非常轻的多孔玻璃。珍珠岩形成于流纹质玻璃冷却后水合，产生弯曲的洋葱皮状裂纹。
为什么雷蛋与流纹岩有关？
许多雷蛋形成于流纹质火山岩中，空洞、岩泡或结核随后被富含硅的流体填充。其内部可能含有玉髓、玛瑙、石英、蛋白石或混合硅矿物。
结束展望
流纹岩最好被理解为由演化的长英质岩浆产生的一系列纹理。相同的高硅系统可以冷却成带状熔岩，淬火成黑曜石，水合成珍珠岩，起泡成浮石，破碎成火山灰，焊接成火山碎屑岩，或形成充满玛瑙的雷蛋。因此，它的地质学是冷却速率、粘度、气体行为、玻璃化、焊接及后期流体作用的研究。一块流纹岩不仅仅是有图案的石头；它是硅质岩浆如何流动、破裂、冷却和变化的保存记录。