松遼盆地火山巖成巖模式

松遼盆地火山巖成巖模式

1火山巖巖相特征“相”是地質(zhì)因素中反映成因的地質(zhì)特征的總和?；鹕綆r相一詞(volcanogenousfacies,volcanicfacies,volcanicphase)由前蘇聯(lián)學(xué)者較早引入地質(zhì)文獻(xiàn)。早期主要指火山熔巖,即溢流相火山巖。火山巖相能夠揭示火山巖空間展布規(guī)律和不同巖性組合之間的成因聯(lián)系。不同巖相帶的孔隙和裂隙及其組合不同。因此,巖相是火山巖成因和物性研究的重要內(nèi)容?？破涨懈?德沃爾尼科夫把火山巖分為原始噴發(fā)相、次火山巖相和火山管道相。Lajoie按成因?qū)⒒鹕剿樾紟r分為自碎屑巖相和火成碎屑巖相。李石和王彤劃分3相8亞相,包括噴發(fā)相、次火山巖相和火山管道相。Fisher和Schmincke將火山碎屑巖分為火山碎屑流相、火山碎屑巖相、噴發(fā)沖積相和火山灰流相。Cas和Wright按物源特征和搬運(yùn)方式將火山巖相劃分為熔巖流相、火山碎屑巖相、火山碎屑降落沉積相、陸上碎屑流和涌浪相、凝灰?guī)r相和水下碎屑流和深?；鹕交蚁唷Ｌ湛?、邱家驤劃分11種火山巖相,分別為噴溢相、空落相、火山碎屑流相、涌流相、火山泥流相、崩塌相、侵出相、火山口-火山頸相、次火山巖相、隱爆角礫巖相和火山噴發(fā)沉積相。金伯祿按火山物質(zhì)搬運(yùn)方式分為4相11亞相,包括爆發(fā)相、噴崩及噴溢相、侵出相及潛火山相和噴發(fā)-沉積相。謝家瑩等劃分出13種巖相,包括噴溢相、爆發(fā)空落相、火山碎屑流相、爆溢相、基底涌流相、火山泥石流相、噴發(fā)沉積相、火山頸相、侵出相、潛火山相、隱爆角礫巖相、侵入相、火山湖相。劉祥將火山碎屑巖分為4種巖相,包括火山噴發(fā)空中降落堆積物、火山碎屑流狀堆積物、火山泥流堆積物、火山基浪堆積物。劉文燦把大別山火山巖劃分為爆發(fā)相、噴溢相、噴發(fā)-沉積相、潛火山巖相。謝家瑩等對(duì)東南地區(qū)竹田頭J3-K1火山巖-沉積巖序列進(jìn)行剖析,劃分出5組巖相,包括噴溢相、火山碎屑流相、爆發(fā)空落相、噴發(fā)沉積相和火山-沉積巖相。近年來(lái)火山巖已成為油氣勘探的重要目標(biāo),火山巖相識(shí)別和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是油氣勘探成敗的關(guān)鍵。松遼盆地火山巖被分為爆發(fā)空落相、溢流相、火山碎屑流相、基底涌流相和噴發(fā)沉積相。溢流相再分為上中下3個(gè)亞相。渤海灣盆地火山巖相分為熔巖相、角礫巖相和凝灰?guī)r相及爆發(fā)相、溢流相和火山沉積相。目前盆地火山巖相主要是沿用基于現(xiàn)代火山和剖面火山巖的巖相研究結(jié)果。這樣的分類體系主要是依據(jù)火山作用方式或噴發(fā)/搬運(yùn)方式,對(duì)于研究現(xiàn)代火山機(jī)構(gòu)是適合的。在現(xiàn)有分類方案中對(duì)成巖方式論述較少,也未涉及到巖相與儲(chǔ)層物性的關(guān)系。這對(duì)于以儲(chǔ)層建模、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)為主要目的的盆地火山巖相研究,已經(jīng)不能夠滿足實(shí)際需求。2巖相類型分類結(jié)合松遼盆地火山巖特點(diǎn)和油氣勘探需要,筆者提出火山巖相的“巖性-組構(gòu)-成因”分類方案(表1)。主要基于巖性和巖石組構(gòu)等用巖心或巖屑可以觀測(cè)和準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)的基本地質(zhì)屬性,強(qiáng)調(diào)盆地火山巖相研究中的可操作性,注重巖相與儲(chǔ)層物性的關(guān)系,筆者將火山巖相分為5種相、15種亞相。分類中既遵循一般分類原則又考慮其實(shí)用性,目的是為盆地火山巖研究提供一個(gè)行之有效的分類方案,使研究者能夠參照分類表中的巖相鑒定標(biāo)志在剖面、巖心、巖屑和薄片尺度上識(shí)別出各種火山巖相和亞相。通過(guò)地質(zhì)相-地震、測(cè)井相轉(zhuǎn)換能夠用地球物理資料識(shí)別火山巖相和亞相,并能夠在巖相和亞相識(shí)別的基礎(chǔ)上初步評(píng)價(jià)火山巖儲(chǔ)層物性。3地質(zhì)特征和識(shí)別標(biāo)志根據(jù)1987～2002年間對(duì)松遼盆地周緣主要露頭剖面火山巖測(cè)量及地質(zhì)地球化學(xué)研究、煤田井下巷道剖面測(cè)量、東南隆起區(qū)大比例尺(1∶1000)火山巖地面地質(zhì)填圖和松遼盆地北部徐家圍子斷陷2×4地震測(cè)網(wǎng)火山巖相解釋結(jié)果1,對(duì)松遼盆地火山巖相和亞相地質(zhì)特征和識(shí)別標(biāo)志歸納如下。3.1火山頸亞相特征火山通道指從巖漿房到火山口頂部的整個(gè)巖漿導(dǎo)運(yùn)系統(tǒng)?；鹕酵ǖ老辔挥谡麄€(gè)火山機(jī)構(gòu)的下部,是巖漿向上運(yùn)移到達(dá)地表過(guò)程中滯流和回填在火山管道中的火山巖類組合。火山通道相可以劃分為火山頸亞相、次火山巖亞相和隱爆角礫巖亞相(圖1-Ⅰ)。它們可形成于火山旋回的整個(gè)過(guò)程中,但保留下來(lái)的主要是后期活動(dòng)產(chǎn)物?；鹕筋i亞相(Ⅰ1)大規(guī)模的巖漿噴發(fā)、地殼內(nèi)部能量的釋放造成巖漿內(nèi)壓力下降,后期的熔漿由于內(nèi)壓力減小不能噴出地表,在火山通道中冷凝固結(jié)。同時(shí),由于熱沉陷作用,火山口附近的巖層下陷坍塌,破碎的坍塌物被持續(xù)溢出冷凝的熔漿膠結(jié),形成火山頸亞相?；鹕筋i亞相直徑為100～1000余m,產(chǎn)狀近于直立,通常穿切其它巖層,多發(fā)育在深斷裂帶附近。其代表巖性為熔巖、角礫熔巖和/或凝灰熔巖,熔結(jié)角礫巖和/或熔結(jié)凝灰?guī)r。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)、熔結(jié)結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)或凝灰結(jié)構(gòu),具環(huán)狀或放射狀節(jié)理?；鹕筋i亞相的鑒定特征是不同巖性、不同結(jié)構(gòu)、不同顏色的火山巖與火山角礫巖相混雜,其間的界限往往是清楚的。圖1-Ⅰ1為營(yíng)城組三段由中基性火山角礫巖構(gòu)成的火山頸亞相(松遼盆地東南八棵樹村剖面)。次火山巖亞相(Ⅰ2)可形成于火山旋回的同期和后期,以后期為主。它是同期或后期的熔漿侵入到圍巖中、緩慢冷凝結(jié)晶形成的,多位于火山機(jī)構(gòu)下部幾百米到1500余m,與其它巖相和圍巖呈指狀交切或呈巖株、巖墻及巖脈形式嵌入。次火山巖亞相的代表巖性為次火山巖(玢巖和斑巖等),具斑狀結(jié)構(gòu)至全晶質(zhì)不等粒結(jié)構(gòu),冷凝邊構(gòu)造,流面、流線構(gòu)造,柱狀、板狀節(jié)理。常見(jiàn)的柱狀節(jié)理火山巖即為次火山巖亞相的代表。這類巖體的直徑可從幾百米到10余km以上。次火山巖亞相中常見(jiàn)圍巖捕虜體。該亞相的代表性特征為巖石結(jié)晶程度高于所有其它火山巖亞相,以及由于巖漿活動(dòng)后期的流體活動(dòng)使得其斑晶常具有熔蝕現(xiàn)象(圖1-Ⅰ2,朝深2井營(yíng)城組顯微照片)。角礫巖的亞相33.2熱基浪亞相2亞相爆發(fā)相形成于火山作用的早期和后期,是分布最廣的火山巖相,也是構(gòu)造類型繁多、易于與正常沉積巖混淆的火山巖類。可分為3個(gè)亞相:空落亞相、熱基浪亞相、熱碎屑流亞相(圖1-Ⅱ)?？章鋪喯?Ⅱ1)其主要構(gòu)成巖性類型為含火山彈和浮巖塊的集塊巖、角礫巖、晶屑凝灰?guī)r,集塊結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)和凝灰結(jié)構(gòu),顆粒支撐,常見(jiàn)粒序?qū)永??？章鋪喯嗍枪虘B(tài)火山碎屑和塑性噴出物在火山氣射作用下在空中作自由落體運(yùn)動(dòng)降落到地表,經(jīng)壓實(shí)作用而形成的。多形成于火山巖序列的下部,或呈夾層出現(xiàn),向上粒度變細(xì)。空落亞相的鑒定特征是,具有層理的凝灰?guī)r層被彈道狀墜石擾動(dòng)而形成的“撞擊構(gòu)造”(圖1-Ⅱ1,照片攝于松遼盆地東南營(yíng)城采石場(chǎng))。熱基浪亞相(Ⅱ2)其主要構(gòu)成巖性為含晶屑、玻屑、漿屑的凝灰?guī)r,火山碎屑結(jié)構(gòu),以晶屑凝灰結(jié)構(gòu)為主,具平行層理、交錯(cuò)層理,特征構(gòu)造是逆行沙波層理。它們是火山氣射作用的氣-固-液態(tài)多相體系在重力作用下于近地表呈懸移質(zhì)搬運(yùn),重力沉積,壓實(shí)成巖作用的產(chǎn)物,因此也稱之為載灰蒸汽流沉積。該亞相多形成于爆發(fā)相的中、下部,構(gòu)成向上變細(xì)變薄序列,或與空落相互層。熱基浪亞相的代表性特征是發(fā)育層理構(gòu)造,尤其是逆行砂波層理(反丘)構(gòu)造。圖1-Ⅱ2為含角礫凝灰?guī)r,序列下部為反丘向上變?yōu)槠叫袑永?攝于松遼盆地東南營(yíng)城采石場(chǎng))。熱碎屑流亞相(Ⅱ3)其主要構(gòu)成巖性為含晶屑、玻屑、漿屑、巖屑的熔結(jié)凝灰?guī)r,熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)、火山碎屑結(jié)構(gòu),塊狀,基質(zhì)支撐。它們是含揮發(fā)分的灼熱碎屑-漿屑混合物,在后續(xù)噴出物推動(dòng)和自身重力的作用下沿地表流動(dòng),受熔漿冷凝膠結(jié)與壓實(shí)共同作用固結(jié)而成,以熔漿冷凝膠結(jié)成巖為主。多見(jiàn)于爆發(fā)相上部。原生氣孔發(fā)育的漿屑凝灰熔巖是熱碎屑流亞相的代表性巖石類型,漿屑塑性拉長(zhǎng)/撕裂狀,順層分布,氣孔和漿屑以及晶屑的長(zhǎng)軸方向平行于流動(dòng)方向(圖1-Ⅱ3,松遼盆地東南營(yíng)城采石場(chǎng))。3.3亞相中主構(gòu)造裂縫噴溢相形成于火山噴發(fā)旋回的中期,是含晶出物和同生角礫的熔漿在后續(xù)噴出物推動(dòng)和自身重力的共同作用下,在沿著地表流動(dòng)過(guò)程中,熔漿逐漸冷凝、固結(jié)而形成。噴溢相在酸性、中性、基性火山巖中均可見(jiàn)到,一般可分為下部亞相、中部亞相、上部亞相。下部亞相(Ⅲ1)代表巖性為細(xì)晶流紋巖及含同生角礫的流紋巖,玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)、同生角礫結(jié)構(gòu),具塊狀或斷續(xù)的流紋構(gòu)造,位于流動(dòng)單元的下部。噴溢相下部亞相巖石的原生孔隙不發(fā)育,但巖石脆性強(qiáng),裂隙容易形成和保存,所以是各種火山巖亞相中構(gòu)造裂縫最發(fā)育的(圖1-Ⅲ1,松遼盆地東南斜尾巴溝營(yíng)城組剖面)。中部亞相(Ⅲ2)代表巖性為流紋構(gòu)造流紋巖,細(xì)晶結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu),流紋構(gòu)造,位于流動(dòng)單元的中部。噴溢相中部亞相是唯一的原生孔隙、流紋理層間縫隙和構(gòu)造裂縫都發(fā)育的亞相,也是孔隙分布較均的巖相帶。中部亞相往往與原生氣孔極發(fā)育的噴溢相上部亞相互層,構(gòu)成孔-縫“雙孔介質(zhì)”極發(fā)育的有利儲(chǔ)集體(圖1-Ⅲ2,松遼盆地東南斜尾巴溝營(yíng)城組剖面)。上部亞相(Ⅲ3)代表巖性為氣孔流紋巖和球粒流紋巖,氣孔呈條帶狀分布,沿流動(dòng)方向定向和拉長(zhǎng),球粒結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu),氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造、石泡構(gòu)造,位于流動(dòng)單元的上部。上部亞相是原生氣孔最發(fā)育的相帶,原生氣孔占巖石體積百分比可高達(dá)25%～30%,原生氣孔直徑從微米級(jí)到10余cm,氣孔之間通過(guò)構(gòu)造裂縫連通。由于氣孔的影響,構(gòu)造裂縫在上部亞相中主要表現(xiàn)為不規(guī)則的孔間裂縫,而規(guī)則的、成組出現(xiàn)的裂縫較少。噴溢相上部亞相一般是儲(chǔ)層物性最好的巖相帶之一(圖1-Ⅲ3,朝深1井營(yíng)城組巖心照片)。3.4亞相亞相巖織物侵出相主要見(jiàn)于酸性巖中,形成于火山噴發(fā)旋回的晚期。當(dāng)破火山口-火山湖體系已經(jīng)形成、高粘度巖漿受內(nèi)力擠壓流出地表時(shí),遇水淬火或在大氣中快速冷卻便在火山口附近形成侵出相(玻璃質(zhì))火山巖體。我國(guó)東部中生代酸性巖發(fā)育區(qū)的珍珠巖、黑巖和松脂巖類都屬于侵出相火山巖。侵出相巖體外形以穹隆狀為主,巖穹高幾十米至數(shù)百米,直徑幾百米到數(shù)千米,可劃分為內(nèi)帶亞相、中帶亞相和外帶亞相。內(nèi)帶亞相(Ⅳ1)位于侵出相巖穹的內(nèi)部,代表巖性為枕狀和球狀珍珠巖,玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu),巖球、巖枕構(gòu)造,總體產(chǎn)狀呈穹隆形。該亞相的原生裂縫最為發(fā)育,在微觀和宏觀尺度上原生裂縫均呈環(huán)帶狀。在宏觀尺度上玻璃質(zhì)珍珠巖沿著環(huán)帶狀裂隙破碎成幾厘米至幾十厘米甚至10余m的火山玻璃球體,這些球狀堆積物之間充填著較細(xì)的玻璃質(zhì)碎屑、使得大的珍珠巖球體松散地膠結(jié)或堆砌在一起。由于這種堆積物的骨架堅(jiān)硬,同時(shí)有侵出相中帶珍珠巖和外帶角礫熔巖作為堅(jiān)硬的外殼披覆其上、起到保護(hù)作用,所以,在一個(gè)大的侵出相火山巖穹隆的內(nèi)部往往發(fā)育有大規(guī)模的“巖穹內(nèi)松散體”。這種松散體的物性通常是非常好的。圖1-Ⅳ1是侵出相內(nèi)帶亞相珍珠巖體,球體直徑近10m,內(nèi)部由直徑依次遞減的小球體組成,巖石薄片下呈玻璃質(zhì)環(huán)帶狀(珍珠結(jié)構(gòu))。照片攝于松遼盆地東南三臺(tái)鄉(xiāng)村珍珠巖礦。中帶亞相(Ⅳ2)位于侵出相巖穹的中部,內(nèi)帶亞相和中帶亞相均是由于高粘度熔漿在內(nèi)力擠壓作用下流動(dòng),遇水淬火、逐漸冷凝固結(jié)在火山口附近堆砌而成。常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)、珍珠結(jié)構(gòu)、少斑結(jié)構(gòu)和碎斑結(jié)構(gòu)。代表巖性為致密塊狀珍珠巖和細(xì)晶流紋巖,塊狀構(gòu)造,巖體呈層狀、透鏡狀和披覆狀。該亞相的巖石脆性極強(qiáng),構(gòu)造裂縫極易形成同時(shí)也易于再改造,最終能夠保留下來(lái)的構(gòu)造裂縫不如噴溢相下部亞相發(fā)育。圖1-Ⅳ2為侵出相中帶亞相層狀珍珠巖,照片攝于松遼盆地東南三臺(tái)鄉(xiāng)村珍珠巖礦。外帶亞相(Ⅳ3)位于侵出相巖穹的外部,其代表巖性為具變形流紋構(gòu)造的角礫熔巖。它們是(高粘度)熔漿舌在流動(dòng)過(guò)程中,其前緣冷凝、變形并鏟刮和包裹新生和先期巖塊,在自身重力和后噴熔漿作用下流動(dòng),最終固結(jié)成巖而成。巖石具熔結(jié)角礫結(jié)構(gòu)、熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu),常見(jiàn)變形流紋構(gòu)造。其鑒定特征是具變形流紋構(gòu)造的角礫/集塊熔巖,其中的角礫和集塊也具有變形流紋構(gòu)造(圖1-Ⅳ3,肇深8井營(yíng)城組巖心照片)。3.5火山-沉積相特征火山-沉積巖相是經(jīng)常與火山巖共生的一種沉積巖相,可出現(xiàn)在火山活動(dòng)的各個(gè)時(shí)期,與其它火山巖相側(cè)向相變或互層,分布范圍廣、遠(yuǎn)大于其它火山巖相。在火山噴發(fā)過(guò)程中、尤其在火山活動(dòng)的間歇期,于火山巖隆起之間的凹陷帶主要形成火山-沉積相組合。其巖性主要是含火山碎屑的沉積巖。碎屑成分主要為火山巖巖屑和凝灰質(zhì)碎屑以及晶屑、玻屑?；鹕?沉積相主要形成于沖積扇和山間河流沉積環(huán)境。松遼盆地火山-沉積相可細(xì)分為3個(gè)亞相:含外碎屑火山碎屑沉積巖、再搬運(yùn)火山碎屑沉積巖和凝灰?guī)r夾煤沉積。含外碎屑火山碎屑沉積巖(Ⅴ1)其代表巖性是具有層理的、以火山碎屑為主(>50%)的沉積巖和/或火山凝灰?guī)r中包裹有泥質(zhì)巖等外來(lái)巖塊(如圖1-Ⅴ1,松遼盆地東緣剖面照片)。再搬運(yùn)火山碎屑沉積巖(Ⅴ2)巖石由火山角礫巖和凝灰?guī)r組成,層理構(gòu)造發(fā)育,巖石序列中有明顯的反映再搬運(yùn)的沉積構(gòu)造或相關(guān)特征。如圖1-Ⅴ2所示,照片中部為一具有粒序?qū)永砗推叫袑永淼臐岱e巖透鏡體、其上下均為波狀層理凝灰?guī)r,向上過(guò)渡為含煤的含火山角礫的凝灰?guī)r。濁積巖成分為砂級(jí)火山碎屑,是經(jīng)過(guò)再搬運(yùn)后在湖相環(huán)境中沉積的。照片攝于松遼盆地東南部營(yíng)城煤礦井下800深處巷道剖面(沙河子組-營(yíng)城組過(guò)渡段)。凝灰?guī)r夾煤沉積(Ⅴ3)是松遼盆地最常見(jiàn)的巖相之一,由凝灰?guī)r與煤互層序列組成,形成于間灣沼澤沉積環(huán)境。如圖1-Ⅴ3所示,照片下部為灰白色凝灰?guī)r,向上過(guò)渡為黑色煤層。照片攝于松遼盆地東南部營(yíng)城煤礦井下800m深處巷道剖面(沙河子組-營(yíng)城組過(guò)渡段)。4巖相巖相有關(guān)火山巖相的術(shù)語(yǔ)很雜,且多數(shù)情況下只提及名詞概念沒(méi)有給出