Question

火山岩岩相研究概况

Answer 1

(一)火山岩岩相研究方法

火山岩相的研究是一项综合研究任务, 包括火山岩岩石学的基本内容, 也包含各种火山岩的分布范围、叠置关系、 空间组合、 堆积环境等信息。 因此, 火山岩岩相的研究中,采用的方法包括:

1.岩心、 薄片岩石学特殊描述法

该方法与基于火山岩岩性类型的确定及其岩石结构、 构造的描述, 从成因角度反推该岩石的形成过程, 进而判断其搬运方式、 成岩方式及其距离火山口距离, 推测其岩相类型, 这是岩相发育模式研究的基础。

2.典型火山岩发育井岩相划分及解释法

该方法基于钻井、 录井和大量测井信息, 目的在于落实不同部位火山岩在垂向上的发育演化规律及组合关系, 进而划分火山喷发期次及不同期次内部火山岩相单元的叠置关系及发育演化历程。

3.地震资料岩相识别及连井岩相剖面精细对比法

该方法首先在岩心、 测井约束下建立地震相-岩相识别图版, 据此开展不同层位地震相解释和平面岩相识别, 再通过典型连井剖面的岩相精细横向对比, 落实平面火山机构及其内部各种岩相发育规模、平面分布及其相互关系, 进而落实火山喷发类型、喷发方式及火山机构中各岩相单元的平面分布特征和基本组合关系。

4.基于火山岩及其相邻沉积岩岩石学的沉积环境恢复法

为了解释火山岩堆积环境 (陆上、 水下; 浅水区、 深水区), 需要首先从火山岩特征(如淬碎成因玻璃质外壳、 岩流自流破碎形成的撕裂状火山角砾熔岩结构、 岩石原地破碎并被熔浆充填而形成的隐爆角砾结构等) 和相邻沉积岩特征 (如细粒沉积岩的颜色、特殊的交错层理、暴露成因的泥裂、生物活动形成的遗迹构造等) 判断火山岩堆积的沉积环境性质。

5.地球化学环境判定法

岩石地球化学中Fe²⁺/Fe³⁺相对含量对其形成环境比较敏感, 是进行沉积环境氧化、还原性判断的较有效指标。

(二) 火山岩岩相划分方案研究现状

近年来, 随着火山岩油气藏的不断揭示, 火山岩的研究引起油气地质学家的广泛关注和浓厚兴趣。 但火山岩相的研究与远不如沉积相深入和细致, 不同学者往往存在不同的划分方案。 其中, 有一定代表性的火山岩岩相划分方案包括:

1.谢家莹等人的方案

谢家莹等 (1994) 研究认为,岩相研究必须与火山活动旋回-火山机构相结合, 这对确定火山喷发类型、推演火山作用过程、恢复古火山面貌是十分重要的。根据上述综合原则,将玛湖凹陷环带下二叠统岩浆作用产物的岩相类型归纳为三大类12种岩相类型 (表3-5)。

表3-5 火山岩相划分方案

(据谢家莹等, 1994)

对上述方案中最重要的几种火山岩相成因及特征介绍如下:

(1) 爆发空落相

是黏稠岩浆以爆裂喷发方式将火山物质喷发到空中后坠 (降) 落堆积所形成的火山碎屑岩。 一般围绕火山口依次向外分布, 粗粒级火山碎屑主要受自身重力作用坠落, 堆积在火山口附近, 细粒级碎屑受重力、 风力双重因素作用, 在空中运移降落堆积, 火山碎屑发生自然分选, 形成以火山口为中心的近粗远细、 下粗上细的粒度变化。

根据火山喷发作用形成的堆积相特征, 可以分为两种喷发类型: 一种为弹射坠落式喷发类型, 与卡特迈型火山爆发相类似; 第二种为喷射降落式喷发类型, 与普林尼型火山爆发相类似。 前者可能带有蒸气岩浆喷发性质, 喷发岩浆房较浅, 形成以角砾级、凝灰级火山碎屑为主、 集块级为次的火山碎屑岩堆积, 可见饼状、 球状、 茄子状等火山弹堆积; 后者则为含饱和挥发组分的岩浆喷发, 喷发岩浆房相对较深, 形成以凝灰级为主、 含少量角砾级的火山碎屑流堆积。

(2) 火山碎屑流相

包括由火山喷发产生的高温气体和炽热火山碎屑所组成的高密度碎屑流堆积和火山喷发初期的涌流堆积以及从喷发柱顶部蘑菇状灰云体中降落的微尘状碎屑堆积3部分组成。其形成的岩石称为熔结火山碎屑岩类, 包括熔结的和不熔结的两部分, 据碎屑粒级分为集块、 角砾、 凝灰3级。

一个发育完整的冷却单元火山碎屑流相堆积从下到上可分为3个堆积亚相:

1) 下部涌流堆积亚相

这是火山喷发初期阶段蒸气岩浆喷发产物, 其特征是: ①分布范围小, 一般只分布于近火口附近, 厚度薄、 变化大, 在古地貌起伏不平时具有填平作用。②组成岩石从下到上为凝灰质碎屑岩、 沉凝灰岩或涌流凝灰岩、玻屑凝灰岩, 有时有火山泥球凝灰岩。 ③岩石组分有岩屑、 晶屑、 玻屑、 火山尘以及陆源砂砾、 泥质物等, 成分较复杂, 粒度较细。④岩石层理构造发育, 常有低角度斜层理或交错层理构造。

2) 中部火山碎屑流堆积亚相 (狭义的)

在紧接蒸气岩浆喷发之后, 是大规模的火山碎屑流喷发, 大量高温气体和炽热火山碎屑组成的混合体从火山口猛烈喷发, 冲向高空, 形成喷发柱, 到上冲力与重力平衡时发生崩塌坠落, 在地面涌流堆积之上汹涌湍急流动运移侵位堆积, 形成火山碎屑流堆积亚相。

中部火山碎屑流堆积亚相 (狭义的) 是火山碎屑流相堆积的主体层, 主要特征是:①组成岩石为熔结凝灰岩, 向上、 下可过渡为弱熔结或不熔结凝灰岩, 顶部有时可出现浮岩屑富集层。 ②由多量强烈塑性变形的浆屑、玻屑定向平行排列使岩石具有发育的流动构造和熔结凝灰结构。 ③碎屑粒度由下而上浆屑由逆粒序转为正粒序结构, 浮岩屑则为正粒序结构。 ④有时可见到发育的柱状节理。

3) 上部灰云堆积亚相

在喷发柱顶部, 由大量微尘状碎屑所组成的蘑菇状灰云体, 随着向外扩散运移过程中能量的衰减, 碎屑物质大量迅速的降落下来形成灰云堆积亚相, 部分更细微的灰尘物质,可受风力影响被搬到更远地方降落堆积。 灰云堆积亚相可超越碎屑流堆积亚相分布。 其主要特征是: ①分选性好、形成显层理构造的灰云凝灰岩, 包括玻屑凝灰岩、 晶玻或玻晶凝灰岩, 含浮岩屑玻屑凝灰岩等, 在近火口处可出现含角砾浮岩屑凝灰岩。 ②火山碎屑保持刚性状态, 岩石具有发育的凝灰结构。

(3) 爆溢相

是一种既不同于熔岩、 也不同于火山碎屑岩的岩石, 以含有35%～40%的碎裂状晶屑组分与熔岩相区别, 晶屑组分被玻质熔岩胶结与火山碎屑岩相区别。从岩类学看, 它应属于火山碎屑岩类中的碎屑熔岩类, 故命名为凝灰熔岩。

岩相特征分析表明, 形成这种岩石的火山喷发, 既不像形成熔岩那样平静地从火山口溢出, 也不像形成火山碎屑岩那样爆裂喷发, 应是间于其间即火山喷发时, 火山物质像泉水那样向上喷涌并向外倾泻流动侵位, 故称为爆溢喷发作用。 由其形成的堆积称为爆溢相, 组成爆溢相岩石, 第四号中国东南大陆中生代火山岩带的火山岩相类型为凝灰熔岩。本岩相在区内I旋回 (晚侏罗世) 火山岩中广泛发育, 是一种既重要又特征的岩相, 约占整个火山岩相的10.94%。 爆溢相凝灰熔岩分布面积可由数十到数百平方千米, 且岩性单一, 变化甚小。

(4) 基底涌流相

近年来火山学的理论研究和实践证明, 火山喷发作用可分为岩浆喷发和蒸气喷发两个端元类型以及他们之间的过渡类型, 即蒸气岩浆喷发和岩浆蒸气喷发类型。 蒸气岩浆喷发是由于岩浆与外来水 (潜水、 地表水等) 相互作用的结果, 是陆相火山喷发的另一种形式。 其喷发产物为水蒸气与围岩和岩浆的碎屑, 以急流的形式紧贴地面流动并向四周扩散堆积即基底涌流 (basesurge), 又称湿涌流, 形成凝灰岩环或凝灰岩锥堆积。研究区内基底涌流堆积目前仅在广东潮安、 河源桂山、 揭西官草湖等火山构造洼地内被确定。

(5) 火山泥石流相

当火山喷发出的碎屑物质在大量水的加入后, 使其液化, 沿火山斜坡或低洼地湍急流动, 同时又将沿途的陆源砂泥、砾等卷入, 形成混杂的火山泥石流堆积。 根据碎屑粒级粗细、 含量多少可分为火山泥流堆积和火山泥石流堆积两类。

火山泥石流相目前仅在浙江山门火山构造洼地、 芙蓉山破火山、 新昌拔芽破火山、 广东惠东解水塘一涧头坑、 大安洞等地被确定, 都出露于沟谷或低凹处, 呈带状分布, 岩石为沉集块角砾岩、 沉角砾凝灰岩等, 角砾大小悬殊, 无分选性, 胶结物为火山碎屑和陆源泥砂。 由于水介质的参加, 局部有砂泥质透镜状夹层出现。

2.王璞君等人的方案

王璞珺等 (2003, 2008) 通过对松辽盆地酸性火山岩的研究, 总结归纳了松辽盆地露头区和钻井取心火山岩不同相、 亚相的特征和识别标志 (图3-43), 并着重探讨了火山岩相与有利储集带之间的关系, 使火山岩相研究更加贴近油气藏勘探与开发的实际。在综合国内外火山岩、 尤其是火山碎屑岩研究现状基础上, 参考前人岩相划分方案, 从储层地质角度将火山岩相类型归纳划分为5种相和15种亚相 (表3-6)。

图3-43 松辽盆地酸性火山岩岩相模式

表3-6 火山岩岩相类型划分方案

续表

(据王璞君等 (2003) 简化)