Question

火山岩成岩作用类型

Answer 1

火山岩储集空间的形成、 发展等演化过程非常复杂。 各个演化过程中都发生不同的成岩作用类型, 对储层起到了破坏和改善的双重作用。 准噶尔盆地石炭系火山岩成岩作用类型主要包括结晶分异作用、 冷凝固结作用、 风化淋滤作用、 构造作用、 充填胶结作用、 溶蚀作用和蚀变作用等。

1. 结晶分异作用

结晶分异作用炽热岩浆自析晶始而完全固结的整个过程都在进行的一种作用。 随着岩浆矿物结晶的进行, 先结晶出的矿物如橄榄石、 基性斜长石等, 由于比重大, 可下沉到岩浆底部堆积在一起, 后期结晶出的比重小的矿物将上浮在岩浆上部堆积。 根据析出晶体的不同形成不同结构 (如玻璃质结构、 半晶质结构等) 和不同岩性 (如玄武岩、 安山岩、 流纹岩等) 的火山岩。

2.冷凝固结作用

地表深处炽热熔浆沿断裂带喷出或溢出地表后, 急剧的冷凝固结成岩, 时间一般几天到几个月。 形成原生气孔、 晶间孔、 冷凝收缩缝、 砾间裂缝等大量原生储集空间, 是火山岩非常重要的一个成岩作用。

3.风化淋滤作用

准噶尔盆地纵向上发育多期火山喷发旋回, 每个旋回形成了一套风化淋滤作用面, 尤其是石炭纪末期的强烈挤压抬升作用, 对早期喷发至地表的火山岩机械破碎、 风化剥蚀和溶解淋滤, 改造扩大和连通原生储集空间, 构成该区次生溶蚀型火山岩储层的主要形成机制。 岩心分析的数据统计显示, 风化淋滤对储集岩的孔隙度具有明显的改善作用, 同时风化强度越大其孔隙度越发育 (图4-21)。 未发生蚀变的玄武岩其平均原始孔隙度为7.6%, 而发生弱蚀变玄武岩其平均孔隙度为8.7%, 强蚀变玄武岩平均孔隙度为15.3%。

图4-21 风化淋滤对火山岩岩石孔隙度的影响

4.构造作用

晚古生代以来, 准噶尔盆地经历了多期构造运动, 构造运动使得非常致密的火山岩产生了许多裂缝。 薄片中表现为裂缝边缘较平直, 延伸较长, 可以切穿角砾及基质, 在其交叉处可见到大小不同、棱角分明的角砾。这些裂缝不但使孤立的原生气孔得以连通, 而且还增大了火山岩的储集空间。

5.蚀变作用

准噶尔盆地石炭系火山岩中, 中基性喷发岩所含的比例相当大, 火山岩中暗色矿物含量较高, Fe、 Mg含量高的矿物稳定性差, 极易蚀变,从而成为该区石炭系火山岩的一种重要成岩作用。 岩心观察、 薄片分析表明, 在研究区辉石和角闪石蚀变为绿泥石, 基性斜长石蚀变为高岭石、 绢云母、 绿泥石, 橄榄石的伊丁石化, 绿泥石蚀变为沸石、 碳酸盐等矿物, 以及凝灰岩基质的碳酸盐化、 浊沸石化等。

6. 溶蚀作用

形成于高温高压环境下的火山岩矿物常发生次生变化形成稳定的含水矿物, 这种次生变化一方面使矿物体积膨胀堵塞孔隙, 另一方面为后期溶蚀创造了条件。 新疆北部地区石炭纪形成的火山岩, 在深埋过程中, 长期遭受地层水和有机酸等流体的溶蚀作用, 构成该区最主要的储集空间形成机制之一。 在中基性的玄武岩、 安山岩中主要发生早期充填物及蚀变物的再溶蚀, 如石南3井、 石南4井、 玛东2井中常见早期充填的绿泥石、 方解石被部分溶蚀; 英安岩中则主要发生角闪石、 长石斑晶及基质的溶蚀, 如石西油田石西1井区的石炭系英安岩, 不但斜长石斑晶常发生溶蚀作用, 基质中也常见溶蚀孔隙或溶蚀扩大裂缝发育; 而对于碱性、 强碱性的粗面岩和响岩类岩石, 由于它们岩性偏碱性较强, 对酸性环境更为敏感, 一旦介质环境由碱性变为酸性, 则其中的大量碱性长石斑晶及基质就会发生溶蚀, 如夏盐2井、 石东8井的碱玄质响岩和粗面安山岩岩心中可见大量的溶蚀孔 (图4-22)。

图4-22 灰褐色安山岩中基质溶蚀孔 (左), 斑晶溶蚀孔 (右), 石东8, 2852.5m

7. 充填作用

岩心观察、 薄片分析表明, 伴随着蚀变、 矿物转化的进行, 火山热液携带大量矿物质如绿泥石、 沸石、 方解石及石英等, 在适当条件下结晶、 析出, 成为准噶尔盆地石炭系火山岩储集空间的主要填隙物。 其中石英主要填充于生长空间充裕的洞中, 沸石主要为杏仁孔衬边填充 (图4-23A、B) 和杏仁体内填充, 绿泥石主要填充于玄武岩的晶间孔隙和气孔、杏仁体中,方解石则以多期充填为特征, 可见明显的两期填充。早期方解石充填于气孔中, 与绿泥石、沸石共生, 晚期方解石主要填充于裂缝中以及杏仁体的中央部位 (图4-23A)。

图4-23 孔隙胶结物充填特征

沸石是本区主要的填充物, 薄片、 扫描电镜以及电子探针分析鉴定显示, 孔隙中的沸石多数呈放射状、集束状填充于孔隙中央, 少部分呈马牙状以孔隙衬边的形式出现; 裂隙中填充的沸石则以马牙状居多。 成分分析显示火山岩储层中发育的沸石以浊沸石为主, 还有部分的片沸石和少量的丝光沸石、 斜发沸石。 扫描电镜和铸体薄片下可清晰地观察到原生气孔中次生矿物填充的次序: 早期孔隙被绿泥石填充, 绿泥石呈里衬形式围绕孔隙内部周围 (图4-23B); 后期孔隙进一步被沸石填充, 而当沸石填充不彻底时或沸石遭受溶蚀过程中, 孔隙又被方解石、 绿泥石二次填充。 研究发现绿泥石与沸石的伴生现象明显, 其分布特征基本一致, 但形成的次序却不同。 蚀变阶段绿泥石的形成早于沸石, 而在气孔、孔洞中沉淀结晶形成的绿泥石则明显晚于沸石。 熔岩正常埋藏演化过程中, 熔岩气孔发育带上部填充绿泥石, 往下逐渐发育沸石与绿泥石混合的过渡带, 下部多数发育沸石的填充; 后期蚀变过程中受风化、 淋滤、溶蚀的作用, 熔岩中沸石、 绿泥石均遭受不同程度的蚀变。 风化作用强时, 填充物完全溶蚀, 岩石中未见绿泥石, 但仍可见少量二次充填的沸石; 风化作用中等或较弱时, 岩心中可见未溶蚀或弱溶蚀的绿泥石, 以及沸石的溶蚀、半溶蚀孔。

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