Question

准噶尔盆地火山岩相类型

Answer 1

现有火山岩岩相分类方案中对成岩方式论述较少, 而成岩方式恰恰是决定储层物性埋藏过程中变化情况的决定因素。 以往的火山岩相分类中仅少量涉及到岩相与储层物性的关系, 这对于以储层建模、 评价和预测为主要目的盆地火山岩相研究, 已不能够满足实际需求。

本书在前人研究的基础上, 结合盆地火山作用方式或喷发-搬运方式, 针对本区火山活动与火山岩分布特点, 按照岩性-组构-成因的划分标准, 将准噶尔盆地火山岩心相划分为4相组、6相、 10亚相 (表3-7)。 该分类方案主要基于岩性和岩石组构等用岩芯或岩屑可以观测和准确标志的基本地质属性, 强调盆地火山岩相研究中的可操作性, 注重岩相与储层物性的关系。

(一) 火山通道相 (volcanic conduit)

火山通道位于整个火山机构的下部和近中心部位, 是岩浆向上运移到达地表过程中滞留和回填在火山管道中的火山岩类组合。 通道中充填的岩浆物质或 (和) 火山碎屑物质,常呈岩墙状或岩颈状产出, 主要是火山活动后期的产物, 又可分细为火山口亚相和火山颈亚相。

1. 火山口亚相 (volcanic vent)

火山口亚相是指岩浆喷出地表在火山通道周围堆积, 在地面上形成的环形坑。 一般位于火山机构的顶端, 火山口深浅不一, 一般不过二三百米, 直径一般1000m以内; 底部直径短, 常仅约大于其下的火山管道。 岩性以垮塌熔结火山角砾岩为特征, 岩石具有熔结结构、火山角砾结构等, 火山角砾未经搬运磨圆, 常见典型的原地堆积特征。

2. 火山颈亚相 (Volcanic Neck)

火山颈亚相位于火山口亚相的下部, 火山活动前期, 发生大规模火山爆发, 岩浆经裂隙、 管道传输到地表, 火山喷发后期的熔浆由于内压力减小不能喷出地表, 在火山通道中冷凝固结而形成。 火山口附近的岩石也会发生垮塌下陷, 塌陷的岩石被火山通道中的熔浆胶结, 而形成典型的堆积构造。 火山颈可以高达450m, 而直径一般小于1000m, 产状近于直立, 通常切穿其他岩层, 且多发于在深断裂附近。 其岩性复杂, 常由多种岩性、 结构、 颜色的熔岩、 角砾熔岩、 凝灰熔岩, 熔结角砾岩、 熔结凝灰岩组合而成。 岩石具斑状结构、 熔结结构、 角砾结构或凝灰结构, 具环状或放射状节理。石西1井的4555～4567m处所发育的粗面质角砾熔岩和碎裂粗安质凝灰熔岩便属于火山颈亚相。 在地貌上, 岩颈常呈负地形, 但也可显示出正地形, 这主要取决于组成它的岩石抗侵蚀的能力。 在美国新墨西哥州、 亚利桑那州、 犹他州和怀俄明州以及法国、 苏格兰和其他地方都有火山颈。 新墨西哥舰崖是最著名的火山颈, 高约450m。 其中一个岩墙脊高出乡村房屋几十米, 并向远处延伸数千米。 一般认为怀俄明州代维尔塔是一个熔岩颈。

表3-7 准噶尔盆地火山岩岩相划分方案

实际上, 由于火山通道相位于火山锥中间, 而火山锥在地震剖面上易于识别, 通道与锥体构成“蘑菇”状特征 (图3-44), 所以借助地震资料可以更容易识别火山通道相。

图3-44 火山通道 (夏盐2井北火山锥)

(二) 爆发相 (explosive facies)

火山强烈爆发, 喷出的火山碎屑物经成岩作用形成各种火山碎屑岩。 爆发相形成于火山作用的早期和后期。 在现代火山活动中, 几乎整个火山活动中都伴随爆发作用, 只是从优势相或主体岩相的角度而言, 认为爆发相在酸性岩喷发旋回中多见于下部, 而基性岩喷发旋回中多见于上部。 爆发相是分布最广的火山岩相, 也是构造类型最多、 最易与正常沉积岩混淆的火山岩类。 据王璞珺等 (2008) 观点, 爆发相可划分为空落亚相、 热碎屑流亚相和热基浪亚相。 结合本区研究工作, 盆地主要发育空落亚相和热碎屑流亚相, 而热基浪流不发育, 且与热碎屑流密不可分, 不单独介绍。

1. 热碎屑流亚相 (pyroclastic flow deposit)

火山碎屑流是高温的充满气体的火山物质碎片沿地表的流动, 特别是沿河谷和低地流动 (刘祥, 1996)。 Fisher和Sehmineke认为, 火山碎屑流是 “火山成因的、 炽热气体的颗粒密度流”; Neall等 (1991) 则认为, 火山碎屑流“通常是指急速膨胀的炽热的火山气体在流体化物态下沿河谷和地表面搬运颗粒”。 火山碎屑流温度高达715～1000℃, 可以200km/h的咫风般速度前进 (Neall, et al., 1991)。 流的前锋以迅雷不及掩耳之势毁灭大多数生命, 几乎无人幸免。 1902年培雷火山爆发, 近3万人在几分钟内即毁于火山碎屑流中; 1980年圣. 海伦斯火山爆发, 600km²森林被火山碎屑流所毁 (Walker, etal. , 1983)。

火山碎屑流包括由火山爆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爆发初期的涌流堆积, 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 (图3-45A), 包括熔结的和不熔结的两部分, 据碎屑粒级分为集块、 角砾、 凝灰三级。 结合沉积环境中有无水体的差异, 火山碎屑流又可分为陆上火山碎屑流和水下火山碎屑流两个微相。

2. 空落亚相 (air-fall)

这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, 主要岩石类型有包含火山弹的集块岩、 火山角砾岩、 凝灰岩 (图3-45B), 具有集块结构、 角砾结构、 凝灰结构, 可见粒序层理。 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。

图3-45 爆发相

(三) 溢流相 (effusive facies)

指炽热的岩浆自火山通道或裂隙向外呈面状或线状溢流形成的各类熔岩或角砾熔岩。平面形态上常呈带状、 舌状分布, 它可以是一次溢出形成单式岩流或岩被, 也可以多次喷溢形成复式岩流和岩被。 岩浆成分不同可以形成玄武岩、 安山岩、 流纹岩、 英安岩等不同类型的熔岩, 可见流动构造 (图3-46A, 3-46B)。 一般可以分为上部亚相(upper effusive facies) 和下部亚相 (lower effusive facies)。 不同相带岩石结构、 构造、孔缝发育特征不同。 上部亚相原生气孔较为发育, 且随基性—酸性岩浆黏度增大, 气孔形态从圆形变化为以拉长状为主, 后期易被方解石等充填形成杏仁构造 (图3-46C,3-46D)。

溢流相中3种岩性常在纵向上组合成不同的火山序列, 如果从下向上为基性→中性→中酸性→酸性, 即为玄武岩→安山岩→英安岩→流纹岩, 则称为正序列; 反之, 则为反序列。 例如, 玛东3井石炭系上层序中的溢流相则为正序列 (图3-47)。

图3-46 溢流相

(四) 侵出相 (extrusive facies)

侵出相主要见于黏度大、 不易流动的酸性及中性岩中, 形成于火山喷发旋回的晚期。在气体大量释放后, 从火山口往外挤出而成, 在火山口内及附近堆积成岩钟、 岩针等熔岩穹丘。 当破火山口或火山湖体系形成后, 高黏度的岩浆在内力挤压下流出地表事, 遇水淬火或在大气中快速冷却可以在火山口附近形成玻璃质的侵出相火山岩体。 所以, 侵出相总与火山口发育位置相关。 准噶尔盆地老山沟剖面巴塔玛依内山组露头中黑曜岩以及滴西的珍珠岩都属于侵出相火山岩, 珍珠岩和松脂岩是酸性岩的侵出相岩石, 而黑曜岩多见于中性—中酸性的侵出相岩石组合中。 侵出相又可细分为内带亚相 (inner extrusive subfa-cies)、 中带亚相 (middle extrusive subfacies) 和外带亚相 (outer extrusive subfacies),分别位于侵出相熔岩穹丘的内部、 中部和外部 (王璞珺等, 2008)。

(五) 次火山岩相 (dikes and sills)

次火山岩相与喷出岩同源, 只是没有喷出地表, 而是在距地表约0.5km的深度条件下冷凝而成, 为浅成侵入的岩体。 它的结晶程度介入火山岩与侵入岩之间, 是古火山机构确定的重要标志。 它常具有熔岩的外貌、 而又具有侵入岩的产状, 如岩墙、 岩盖、 岩床和岩株, 主要形成于火山作用晚期。 其代表岩性是玢岩和斑岩 (图3-48)。

图3-47 玛东3井石炭系岩相特征

图3-48 次火山岩相

(六) 火山沉积相 (volcanogenic sedimentary facies)

火山-沉积过渡岩石多在火山喷发的间歇期形成, 与正常的沉积岩互层, 通常远离火山口相, 可以出现在火山活动的各个时期。 该类岩相的堆积物由压实作用导致胶结成岩而成。 岩石类型包括向沉积相过渡的沉火山角砾岩类和喷发沉积亚相的凝灰岩 (图3-49)。虽然火山沉积相发育很广泛, 但由于埋深大、 成岩作用强烈而储集性能极差, 难以成为有效储层而不作过多讨论。

图3-49 火山沉积相