新疆哈拉哈塘-新垦地区二叠纪火山岩相研究

2018-11-09，，

佳木斯大学学报（自然科学版） 2018年5期

，，

(1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州 234000；2.四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心，四川成都 610081 3.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116)

0 引言

新疆哈拉哈塘-新垦地区位于塔北隆起中部，具体包含英买力低突起的东部和哈拉哈塘凹陷，北与库车凹陷相接，南与满加尔凹陷相邻[1～3](图1)。其分布着大面积二叠纪火山岩，深度在5000m以上，这些火山岩厚度变化大，范围为100～600m[4～7]。中上部为玄武岩、英安岩及流纹岩，下部为砂泥岩互层，夹多层灰色、深灰色凝灰岩[8,9]。在对此区域利用三维地震勘探时发现，由于火山岩岩性变化大，成因模式认识不清，分布厚度不均，速度范围广，对其下伏的石炭系东河砂岩油气储层位置的圈定及构造形态的解释带来很大的困难，导致地震资料解释和实际的空间分布情况相差较大，影响了本区的油气勘探进程。

根据详细的野外资料及钻井资料，以火山岩特征为基础，结合井-震剖面数据，初步建立研究区二叠纪火山岩喷发期次及演化过程，探讨火山岩相类型及特征。

1 火山岩岩石学特征

结合研究区钻井岩心和部分岩屑薄片观察鉴定，将二叠纪火山岩分为火山熔岩和火山碎屑岩两大类。火山熔岩主要有玄武岩、英安岩、流纹岩，及少量安山岩；火山碎屑岩主要有玻屑凝灰岩、晶屑玻屑凝灰岩、多屑凝灰岩和沉凝灰岩等。

图1 塔里木北部区构造单元划分与研究区位置

图2 研究区火山岩的TAS分类

火山岩化学成分投影到TAS图(图2)上可以看出火山岩多数是中酸性岩，剩余少数是基性岩。中酸性岩为流纹岩、英安岩和粗面岩，以及少量的玄武质粗面安山岩和安山岩。

1.1 玄武岩

玄武岩主要在哈1、哈9、哈11、哈13井、东河22井等井中发现，哈1井取心深度为5483.60～5486.90m，取心段岩性均一(图3a)。中-上部颜色为暗灰绿，具隐晶质结构，裂隙面被铁质浸染及可见绿泥石膜。下部岩心为角砾岩，极其破碎，被方解石所填隙，角砾0.5～5cm为主。

图3 火山岩特征(a 块状玄武岩；b 玻屑凝灰岩；c 流纹岩的结构特征；d 安山岩，斑状结构；e 安山岩，交织结构；f 英安岩的显微结构特征)

1.2 凝灰岩

研究区内哈1井、哈2井、哈9井、哈11井、哈13井等都含有凝灰岩，其主要以玻屑凝灰岩为主，玻屑含量在5%～25%之间，粒度0.05～0.2mm，以0.1mm左右为主，无磨圆，分选差。呈鸡骨状、杆状、粒状、弓状等(图3b)，多呈浅褐红色，重结晶程度弱，在正交偏光下几近于全消光，部分被浸染成红色。

1.3 流纹岩

流纹岩主要在新垦9井中发现，深度为5280～5680m之间。流纹岩中斑晶主要以钾长石和石英为主，熔岩基质显示流动结构(图3c)，具火山角砾凝灰熔岩结构，火山角砾含量一般在10%～20%左右，其主要成分为正长石，其次为酸性斜长石和石英，凝灰级晶屑为斜长石和石英为主，石英含量较低，占晶屑总量的10%。

1.4 安山岩

安山岩在研究区各井中比较少见，主要为斑状结构(图3d)，基质为交织结构(图3e)。斑晶主要为斜长石，0.2～0.4mm，具环带结构。斜长石微晶长0.01～0.03mm，半定向排列，在斑晶处绕之而过。有时少量碱性长石和石英呈微晶状充填于基质的斜长石晶体间，构成霏细-交织结构。

1.5 英安岩

英安岩在研究区广泛存在。斑晶以斜长石为主，含少量石英，含火山角砾凝灰熔岩结构(图3f)，火山角砾含量一般在15%～20%左右。

2 岩浆喷发模式

根据地质资料及井-震剖面图(图4)，将研究区的火山活动分为三个期次(图5)：第一期次阶段，进入二叠纪，研究区由海相沉积转为陆相沉积，发生隆升。上地幔花岗质岩体熔融形成酸性岩浆上升，由于压力的降低，岩石熔融后产生的气体与溶液混合，气泡聚集在岩浆顶部，并上升至地表，发生破裂爆发，形成岩性主要为玻屑凝灰岩。

第二期次阶段，地幔柱顶托使地表进一步隆起，发生强烈的断裂活动，使得压力降低，地表下的玄武岩浆上升喷出地表，形成玄武岩，为第二次火山活动。

第三期次阶段，第二期次火山喷发结束以后，地幔柱作用继续加强，断裂发育，压力减小，大量粘度大的酸性岩浆向上喷出，方式为溢流和爆发。由于密度较大，喷发柱下部形成火山碎屑流降落下来，这种高速高温的密度流可流过很广泛的范围。因此第三期次火山活动是规模最大的火山喷发活动，这从英安岩的范围和厚度也可以得出。

图4 哈5-哈13-哈1-哈9井地震剖面图

图5 三个期次的火山发育阶段示意图

3 火山岩相特征

火山岩的岩相是指火山活动环境及在该环境下所形成的特定火山岩岩石类型的总和[10]。研究区二叠纪火山岩相类型[11]划分为：(1)空落相；(2)火山喷发沉积相(3)火山碎屑流相；(4)溢流相。

3.1 空落相

空落相属于爆发相大类，是火山在喷发过程中受到气流的影响，使喷发物在重力作用和水平风力作用下落到地上所形成的产物。研究区内主要见于火山第一期次喷发过程中，以玻屑凝灰岩等为代表，凝灰级玻屑及与之共生的少量晶屑及大量火山尘屑粒度细小，质轻，经历了爆发-形成喷发柱-被大气气流搬运-降落沉积的过程。玻屑在空中快速冷却，其在喷发爆炸中所形成的棱角状碎屑能够完整的保存。

3.2 火山喷发沉积相

火山喷发沉积相主要发育在火山活动的低潮期-间歇期，是火山作用和沉积作用结合的产物，主要出现在研究区火山第一期次喷发堆积中。分为沉火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩。前者火山碎屑含量较多，典型的岩性有沉凝灰岩；后者火山碎屑含量较少，主要以陆源沉积碎屑为主，岩性有凝灰质泥岩、凝灰质砂岩等。这些岩石类型在研究区都有发现。

3.3 火山碎屑流相

火山碎屑流相是火山爆发产生的气体、热液及火山碎屑物混合一起的密度流形成的堆积物。主要见于研究区第三期次喷发过程中，主要是英安质岩，具体岩石类型有英安质火山角砾晶屑-浆屑熔结凝灰岩和英安质火山角砾晶屑凝灰岩。

3.4 溢流相

溢流相又称为喷溢相，可以形成在火山喷发的各个时期，但在强烈火山爆发之后形成的概率较高。见于研究区第二期次火山活动，以玄武岩及部分井的凝灰质流纹岩为代表。

粘度低的玄武岩浆从火山口平静溢出，流动能力强，流动距离远。厚层熔岩的分层性较好，薄层较差。厚层可见于哈1、哈2、哈601等井，岩石结晶较好，粒度较大。薄层的熔岩流冷却速度较快，结晶差，可见于哈7井。中酸性岩浆在爆发时在火山口附近溢流，流动距离较短，连续性好。而且由于粘度较基性岩浆大，具有一定的爆发性质。其中不含火山碎屑，或含量较少，主要见于哈4井、新垦6、新垦9等井内，岩性以英安岩和流纹岩为主，厚度较大，岩性均一。