火山岩包括喷溢出地表的熔岩 (喷出岩), 后继上升但受阻于地下浅处所形成的次火山岩以及火山猛烈爆发形成的火山碎屑物堆积、 固结形成的火山碎屑岩。 火山岩岩石类型是火山岩储层研究的基础部分, 由于受到火山喷发方式、 喷发环境、岩浆成分、构造作用以及成岩作用等多种因素的影响, 火山岩岩性复杂、 种类多, 火山岩识别和划分难度大。根据资料的丰富程度, 可采取不同的火山岩分类与命名方案。

(一)火山岩分类研究概况

火山熔岩的分类主要依据火山岩的产出方式、 岩石中所含的矿物成分、 岩石的化学成分、 岩石的结构构造。 对于粒度略粗的火山岩, 根据肉眼或利用显微镜可以很容易地确定矿物成分及含量, 因此利用矿物成分分类就是一种比较简便可行的方法。 1972年在蒙特利尔 (Montreai) 召开的24界国际地质大会上, 国际地科联 (IUGS) 推荐一个深成侵入岩定量矿物分类命名方案 (矿物成分的双三角分类图), 1979年又提出一个与深成侵入岩相对应的喷出岩 (熔岩) 的分类命名方案, 在国内外有着广泛应用。 由于大部分火山岩结晶程度通常很差, 呈微晶、 隐晶及玻璃质结构, 标本薄片中难以测定其全部矿物组成, 准确的分类定名需要根据化学成分分析进行, 化学分类方法也较多, 目前较常用的是TAS图解进行分类命名, 即全碱-二氧化硅图解分类。 TAS分类是国际地科联 (IUGS) 火成岩分类学分委会1986年推荐的一种火山岩化学成分分类方法, 在国内外被广泛使用 (Le-Maitre et al., 1989), 是目前火山熔岩分类的基本依据。

在国际地科联推荐分类方案之前, 我国学者就结合中国实际探索火山岩分类方案。 王德滋等 (1982) 依据我国东南地区火山岩研究经验提出了系统详尽的火山岩分类方案, 首先把火山岩分为火山熔岩、 火山碎屑熔岩、 火山碎屑岩、 火山碎屑沉积岩四大类。 其中,火山熔岩 (Lemaitre et al., 1989; 邱家骧, 1996; 林景仟, 1995)、 火山碎屑沉积岩的进一步分类取得了基本一致的认识, 但王璞珺等 (2008) 考虑到玻璃质岩石的重要性及特殊性, 首先将其明确归到熔岩类, 然后再根据化学成分进行分类。

而火山碎屑岩和火山碎屑熔岩亚类的划分因研究目的的不同而差异明显。 国际地科联火成岩分委会Lemaitre等 (1989) 所定义的火山碎屑岩包括空落、 火山碎屑流和基浪沉积还包括地下和火山通道沉积 (如玻质火山碎屑岩、 侵入和侵出角砾岩、 凝灰岩墙、 火山角砾岩筒等)。 LeMaitre等 (1989) 将火山碎屑体积含量>75%的岩石定义为火山碎屑岩, 其分类主要按粒度和碎屑成分进行。 粒度>64mm的为火山集块岩 (agglomerate)和火山碎屑角砾岩 (pyroclastic breccia); 粒度在64～2mm的为火山角砾凝灰岩 (lapillituff); 粒度在2～1/16mm为粗 (火山灰) 凝灰岩 (coarse ash tuff); 粒度<1/16mm为细 (火山灰) 凝灰岩或 (火山) 尘凝灰岩 (fine ash tuff or dust tuff)。 成分分类是依据玻屑或浮岩、 晶屑、 岩屑三端元含量分别冠以××凝灰岩, 三者相对多者作前缀。 国内孙善平1959年、 1962年把火山碎屑岩分为熔结火山碎屑岩亚类和普通火山碎屑岩亚类 (孙善平, 2001); 王德滋等 (1982) 把自碎火山碎屑岩类也包括在内; 王璞珺等 (2008) 认为具有熔结结构火山岩成岩方式为冷凝固结, 与火山碎屑熔岩的成岩方式一致, 所以应归类到火山碎屑熔岩中, 同时把具有隐爆角砾结构的岩石也归到火山碎屑熔岩里。

可见, 不同学者, 不同地区分类方案众多, 不便于研究成果的共享和交流, 给生产和科研带来障碍, 制约火山岩油气勘探发展, 有待进一步完善。 由于火山岩分类方案的不一致, 录井、 实验中心和科研人员常采用各自的分类、 命名体系, 导致各种资料中有时存在同名异义或同义异名的现象。

(二) 准噶尔盆地火山岩分类

根据准噶尔盆地近700口探井及露头揭示的火山岩以及火山岩勘探和储层研究的需要, 对准噶尔盆地火山岩进行分类。

(1) 首先按照火山岩产出方式、 岩石结构、 成因划分为火山熔岩类、 火山碎屑岩类和次火山岩类(图3-1)。

火山熔岩类是由喷溢出地表的熔浆经过冷凝固结方式形成的岩石类型, 具有火山熔岩结构。 火山碎屑岩类是主要由火山碎屑物组成的岩石, 是介于火山熔岩类和沉积岩之间的过渡型岩石类型。 次火山岩类与喷出岩类同源,只是没有喷出地表, 在近地表冷凝固结形成的浅成至超浅成侵入体。

图3-1 火山岩产出方式

(2) 火山熔岩类按SiO2质量百分含量进一步划分为超基性岩 (SiO2<45%)、 基性岩(SiO2=45%～53%)、 中性岩 (SiO2=53%～66%) 和酸性岩 (SiO2>66%)。 对于有化学分析数据的火山熔岩, 采用国际地科联 (IUGS) 火山岩分类分会委员会1986年推荐的TAS图解 (图3-2) 进行准确分类和命名 (表3-1)。 可以看出准噶尔盆地火山熔岩以中基性为主, 主要发育玄武岩、 玄武质安山岩、 安山岩, 同时还发育少量酸性流纹岩, 以中低钾为特征 (图3-3)。

图3-2 准噶尔盆地火山岩TAS图解

图3-3 准噶尔盆地火山岩含钾量划分图

表3-1 准噶尔盆地火山熔岩分类表

(据国际地科联推荐火山岩TAS分类方案, 1989年)

对于无岩石化学分析数据的火山岩, 可采用岩相学定名原则主要依据结晶矿物组合和含量, 以及基质的结构 (包括矿物微晶的长石种类、结晶程度和排列方式等), 再参照类比已用TAS图解分类所确定的岩石进行进一步校正。

当无法测定火山岩的矿物含量, 又无化学分析数据时, 可采用火山岩QAPF的初步分类方案进行分类命名 (图3-4)。 火山岩QAPF的初步分类方案将火山岩分为七大类。 每一类岩石名称的词尾可以是“类”、 “状”、 “质”, 如流纹岩类、 流纹质岩等。 当鉴定出火山岩实际矿物含量或得到岩石化学全分析结果后, 再采用火山岩的QAPF图解或TAS图解进行正式的分类和命名。

(3) 火山碎屑岩分类与命名的原则: ①首先根据物质来源和生成方式, 划分为 (正常) 火山碎屑岩、 向熔岩过渡的碎屑熔岩和向沉积岩过渡火山-沉积碎屑岩3种成因类型。 ②再根据碎屑物质相对含量和固结成岩方式, 划分为火山碎屑熔岩、 熔结火山碎屑岩、 火山碎屑岩、 沉火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩5种岩类。 ③再根据碎屑粒度和各粒级组成的相对含量, 划分为3个基本种属, 即集块岩、 火山角砾岩和凝灰岩, 之间的过渡型为凝灰角砾岩,角砾凝灰岩等。 ④最后再以碎屑物态、 成分、 构造等依次作为形容词, 对岩石进行命名。 如晶屑凝灰岩, 流纹质晶屑凝灰岩, 含火山球流纹质玻屑凝灰岩等。根据其基质SiO2含量或晶屑矿物组合含量, 可划分为玄武质、 玄武安山质、 安山质、英安质和流纹质等 (表3-2)。

图3-4 火山岩QAPF的初步分类方案

表3-2 准噶尔盆地火山碎屑岩分类表

(据国际推荐火山碎屑岩分类方案, 1989年)