Question

火成岩相及其岩石学特征

Answer 1

根据地质、地震、测井资料，对火成岩相进行划分。参考董冬的划分方案^［5］，将东营凹陷火成岩划分为爆发相、溢流相、侵入相三大类和九个亚相(表2-3)。

表2-3 东营凹陷古近系火成岩岩相形成机制及其类型划分

1.爆发相及其特征

烃源岩是在盆地稳定沉降期形成的，这种背景下的火山活动具有特殊的地质意义。沙三段火山岩相发育，其中爆发相特征明显。喷发相往往使上覆岩层破碎，形成火山碎屑岩，具典型的火山角砾结构，如东营凹陷南斜坡的金家一带有大量分布，滨南玄武岩中也有少量发育。根据到火山口远近可进一步划分为火山口亚相、火山斜坡亚相和火山边缘亚相等^［7］。

(1)火山口亚相，主要由火山集块岩组成，颜色较新鲜，灰褐色，细晶质结构，角砾状构造。碎屑一般占85%以上，直径可达15cm，火山集块棱角分明，分选较差，块间多充填有次生方解石和石英等，该相总体上蚀变较弱(图2-21a)。

图2-21 火山碎屑岩类型及特征

(2)火山斜坡亚相，主要岩性为火山角砾岩(滨南可见白云质角砾岩和玄武质白云质混杂角砾岩)，灰色-灰黑色，碎屑结构，块状构造。角砾成分由玄武质或玻璃质组成，胶结物主要为熔岩、泥质。角砾含量75%～85%之间，直径一般在3～5cm之间。次生蚀变类型有粘土化、白云岩化、沸石化等(图2-21b)。

玄武质、白云质混杂角砾岩，灰黑色—深灰色，隐晶质-玻璃质结构，角砾状构造。角砾含量达80%～90%，直径一般较小(2～7mm)，由玄武质和白云质两种角砾组成。其中，火山玻璃占70%以上，黑色，富含微小气孔(直径一般1mm以下)，气孔含量可达15%左右;另一种角砾为白云质，土黄色，隐晶质，致密状，含量一般15%左右。胶结物较少，为次生方解石。角砾间孔隙发育，达30%，饱含油(图2-21c)。火山角砾和白云质角砾混杂共生表明水下喷发成因。

(3)火山边缘亚相，主要由火山凝灰岩组成，灰白色，凝灰结构，薄层状-块状构造，可见水平层理。次生蚀变强烈，主要为粘土化。如滨南地区沙三段玄武岩上部泥岩中发现薄层凝灰岩夹层(图2-21d)。

2.溢流相及其特征

溢流相是火山喷发的一种安静形式，并时常伴有爆发相，形成玄武岩(基性)、安山岩(中性)和流纹岩(酸性)等。其中，基性玄武岩是东营凹陷及济阳坳陷分布最广的溢流相火成岩，如草桥玄武岩、滨南玄武岩、花沟玄武岩和高北玄武岩等。

玄武岩纵向上以富气孔、杏仁状构造及致密块状熔岩交替出现为特征，在每一溢流玄武岩顶面往往发育角砾状玄武岩(图2-22)。测井曲线往往表现为“三低两高”特征，但上覆围岩不具有烘烤变质的测井特征;地震剖面上呈典型的弧状反射，由两三个相位组成，表现为连续强反射。

图2-22 单次火山喷溢相及其溶蚀带模式(滨674井玄武岩)

根据到火山口的远近，溢流玄武岩相一般可划分为三个亚相:火山口亚相、火山斜坡亚相和火山边缘亚相。

火山口亚相，平面上位于火成岩体的厚度中心一带。主要由熔结角砾状玄武岩组成，有时见到次火山岩。角砾之间孔隙发育且连通性好，为最好的储集相带。

火山斜坡亚相，平面上位于火山口周围的斜坡上，为火成岩的主体部分。主要以富气孔的非熔结角砾状玄武岩、富含气孔的玄武岩和致密玄武岩组成。该亚相以气孔发育为特征，为较好的储集相带。自下而上可进一步分为顶板微相、中间微相和底板微相三个相带(图2-23)。①顶板微相，一般由富含气孔、溶孔玄武岩和富孔的角砾玄武岩组成。由上而下，富气孔角砾玄武岩转变为富气孔、溶孔玄武岩。②中间微相，由致密玄武岩组成，位于每次火山喷溢的中部。③底板微相，主要由富气孔、溶孔玄武岩组成，位于每次喷溢玄武岩的底部。

图2-23 滨南地区滨674井沙三段玄武岩综合剖面图

火山边缘亚相，位于火山熔岩斜坡亚相外围，远离火山口。岩性多为致密块状玄武岩，偶见玄武质砂岩。熔岩经远距离流动后，气体多被耗尽。气孔、杏仁构造不发育。该亚相厚度一般小于20m，单层厚度小于10m。

溢流玄武岩相分布受地貌控制。岩浆溢出地表后，在重力作用下向四周流动，通常以火山口为中心向外形成较对称的三个亚相。由于滨南地区古地貌具有西高东低以及坡度较大之特征，所以岩浆喷溢后向一侧流动，形成了目前不对称分布的相带(图2-24)。在剖面相划分基础上，作出了滨南玄武岩相带平面分布图(图2-25)。从中可以发现滨南地区火山活动具有多喷溢中心以及西强东弱之特点。

图2-24 滨南地区沙三段玄武岩东西向岩相剖面图

根据结构、构造特征进一步将溢流玄武岩相划分为五种岩石类型。

(1)火山角砾岩，特征同上(图2-21b)。

(2)致密状玄武岩，隐晶质-玻璃质或斑状结构，块状构造。局部可见到微小气孔，含量在2%以下。斑晶为橄榄石，但多已发生蛇纹石化(图2-26a)。

(3)蜂窝状玄武岩，隐晶质结构，气孔状构造。以气孔大(0.5～1.0cm)而丰富(面孔率30%～45%)为特征，连通性好，气孔呈圆或椭圆形，蚀变强烈，富含油(图2-26b)。

(4)多孔状玄武岩，隐晶质-细晶质结构，气孔状构造。气孔圆或椭圆形(直径0.2～0.7cm)，面孔率在10%～15%之间，蚀变和溶蚀强烈，普遍含油(图2-26c)。

(5)杏仁状玄武岩，隐晶质-细晶质结构，杏仁状构造。杏仁直径2～3.5mm，成分主要为沸石和方解石，蚀变较强，含油较差(图2-26d)。

3.侵入相及特征

在构造运动及火山活动后期，随着能量的不断降低，一些岩浆未能冲破地层压力，只能在地下应力薄弱地带穿插，故形成侵入相。侵入相从内到外可以划分为中心亚相、过渡亚相和边缘亚相。现以纯西辉长岩为例。

图2-25 滨南地区沙三段玄武岩岩相平面图

图2-26 玄武岩类型及特征(滨676井)

(1)中心亚相，位于辉长岩体中心部位。由于中心部位温度下降相对缓慢，结晶时间长，形成粗晶辉长岩。中心亚相具中-粗粒结构，块状构造，主要矿物为辉石和斜长石。斜长石，白色、板状、粒径5～7mm，含量约65%～70%，辉石，黑色，短柱状，粒径3～5mm，含量35%左右。另外，含有5%左右的橄榄石，粒状，多已蛇纹石化。该亚相总体较新鲜，蚀变很弱，仅在镜下见到矿物边缘模糊现象(图2-27a，b)。

图2-27 辉长岩相带划分(以纯西纯102井为例)

(2)过渡亚相，位于中心亚相周围，中-细粒结构，块状构造。蚀变作用较中心亚相强一些。由于纯西辉长岩体相对较薄，过渡亚相不明显。

(3)边缘亚相，分布于过渡亚相外侧或火成岩的顶、底部，靠近围岩。由于结晶较快形成细晶辉长岩，细晶结构，块状构造。成分和构造与粗晶辉长岩一样，主要为斜长石和辉石，斜长石粒径一般为0.5～1mm，辉石粒径为0.3～0.6mm，局部可见少量微小的气孔，蚀变较粗晶辉长岩强烈。冷凝收缩所形成的微裂缝较发育，一般宽1～3mm，多被原油或次生方解石充填(图2-27c，d)。

4.变质相及特征

辉长岩的热烘烤还导致周围泥岩的变质形成环状变质相带。根据变质程度以及距离辉长岩体远近，变质带依次为堇青石角岩相、板岩相和变余泥岩相，再向外为正常泥岩相。

图2-28 辉长岩区烃源岩的热烘烤变质相(以纯102井为例)

(1)堇青石角岩相，紧靠辉长岩，为灰黑色，隐晶质结构，角岩构造，岩性致密坚硬，贝壳状断口，镜下观察到典型的中-高温变质矿物———堇青石(含量约25%)，为泥质烃源岩高温变质而成。局部可见炭黑，污手，发育裂缝，含油(图2-28a，b)。

(2)板岩相，位于堇青石角岩之外，为深灰色、泥质结构、板状-块状构造，致密坚硬，发育裂缝，被原油充填(图2-28c，d)。

(3)变质泥岩相，在泥质板岩的外侧，灰色，泥质结构，层状构造，与正常沉积岩差别很小，只是层理不如正常沉积岩发育(图2-28e)。

正常泥岩，位于变质泥岩带的外侧，灰褐色，泥质结构，薄层状构造，水平层理发育(图2-28e，f)。由于距辉长岩较远，未受到辉长岩的热烘烤作用。

根据以上分析，作出了纯西辉长岩岩相剖面图(图2-29)和平面分布图(图2-30)，从中可以看出，纯西辉长岩相的分布格局是以辉长岩为中心呈环状分布。

图2-29 纯西沙三段辉长岩及其变质相带剖面图

5.深部侵入岩预测

由于侵入岩发育于盆地深部，且钻井和地震资料的局限，所以更多的侵入岩未被发现。通过火成岩的结构特征以及岩浆活动规律等，可以对其进行推断和预测。

通常，一个完整的火成岩岩体包括熔岩流、火山颈、岩墙、岩盖和岩基等几个部分(图2-31)。济阳坳陷已发现了许多较大的熔岩、火山颈、岩床和岩墙，可以肯定下部还存在巨大的岩基。

从热史上看，中生代晚期以及新时代初期包括研究区在内的整个济阳坳陷发生大规模的岩浆上侵，在盆地基底之下形成区域性的隐伏岩体，从而导致大面积的高温异常-岩浆板底垫托作用。这一热史特征也隐含了该区深部存在巨大的侵入岩岩体。

总体上，随着深度的增加，火成岩体规模变大趋势(图2-31)。

图2-30 纯西沙三段辉长岩及其变质围岩分带平面图

图2-31 火成岩产状示意图

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