盆地火山巖相分類和模式

唐華風 邊偉華 王璞珺 高有峰 黃玉龍 張艷 戶景松

摘要： 盆地火山巖相模式是儲層分布規律和識別的重要基礎，目前遇到了地層單位不一致、鉆井揭示不系統和盆地間存在差異大的問題。基于此，需要建立一套系統的基本地層單位的相模式。本文總結了相、巖相、火山巖相的相關定義，梳理了針對地質填圖、礦產普查、現代火山和盆地火山巖研究的火山巖相分類方案的特點。本文認為利用出露好的現代火山研究成果指導盆地火山巖相研究是首選的研究方式。針地火山地層堆積單元，突出巖石組構和幾何外形要素，厘定了5相15亞相44微相的火山巖相劃分方案。相和亞相分別是爆發相的熱碎屑流、（熱）基浪、火山碎屑裙和火山碎屑筒亞相，噴溢相的水上熔巖流、水下熔巖流和水上噴發水下就位熔巖流亞相，侵出相的水上熔巖穹丘、水下熔巖穹丘和早期水下晚期水上熔巖穹丘亞相，火山-沉積相的火山泥石流和崩塌堆積亞相，次火山巖相的巖脈、巖蓋和巖盆/巖席亞相，進一步指出了各微相的特征巖石結構構造。不同化學成分的熔巖可以形成相同的亞相或微相，如流紋巖和玄武巖均可以形成噴溢相水上熔巖流亞相復合熔巖流微相，流紋巖、英安巖、安山巖和玄武巖均可形成侵出相水上熔巖穹丘亞相。從儲層來看，復合熔巖流微相好于水上熔巖穹丘亞相的各類微相，所以本文的分類方案可以建立起亞相或微相與儲層的細劃對應性關系。相關認識可用于盆地火山巖相對比和儲層預測。

關鍵詞 ：火山巖；火山巖相；相模式；地層單元；火山地層學；盆地

doi ：10.13278/j.cnki.jjuese.20230256

中圖分類號： P618.13

文獻標志碼：A

Classification and Model of Volcanic Facies in the Basin

Tang Huafeng， Bian Weihua， Wang Pujun， Gao Youfeng， Huang Yulong， Zhang Yan， Hu Jingsong

College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061， China

Abstract：

Volcanic facies model in the basin is an important basis for reservoir distribution and identification. There are still some problems including stratigraphic unit inconsistency， unsystematic drilling， and large differences between basins. It is necessary to establish a system of facies models of basic stratigraphic units. This paper summarizes the definitions of facies， lithofacies and volcanic facies. Volcanic facies are divided into three classification schemes， which are for geological mapping and mineral survey in field， modern volcanoes and volcanic rocks in basin. It is considered that it is preferancial to apply the modern volcanic research results to guide the study of volcanic facies in the basin. The deposited units of volcanostratigraphy highlight the elements of rock fabric and geometric shape， and the volcanic facies division scheme of 5 facies， 15 subfacies and 44 microfacies is summarized. The eruptive facies is divided into pyroclastic flow， base surge， volcaniclastic apron， and volcaniclastic diatreme subfacies. The effusive facies is divided into subaerial lava flow， subaqueous lava flow， and subaerial eruption-subaqueous emplacement lava flow subfacies. The extrusive facies is divided into subaerial lava dome， underwater lava dome， and early subaqueous-late subaerial lava dome subfacies. The volcano-sedimentary facies is divided into lahar and debris avalanche subfacies. The subvolcanic facies is divided into dikes， laccolith and sill/lopolith subfacies. The characteristics of the fabric and structure of each microfacies are pointed out. Lava with different chemical compositions can form the same subfacies or microfacies. For example， rhyolite and basalt can both form the braided lava flow subfacies of the subaerial lava flow， while rhyolite， dacite， andesite， and basalt can all form the subaerial lava dome. With respect to the reservoir potential， the braided lava flow microfacies is better than the various microfacies of the subaerial lava dome. Therefore， the classification scheme in this paper can establish a detailed correlation between the subfacies/microfacies and the reservoir， and can be suitable for reservoir prediction and volcanic facies comparison in the basin.

Key words：

volcanic rocks；volcanic facies；facies model； stratigraphic unit；volcanostratigraphy；basin

0 引言

盆地中充填豐富的火山地層，賦存了豐富的油氣資源，因此火山地層受到了廣泛關注[1-4]。火山巖相作為油氣藏解剖的重要基礎，建立合適的巖相分類和模式是需要解決的首要問題。隨著勘探的深入，針對不同盆地的火山巖均開展了火山巖相分類和模式研究[5-7]。但存在如下問題：只針對鉆井揭示情況來開展，系統性顯得不足；不同盆地間由于形成環境和巖漿來源的差異，導致火山巖相的類型和特征也存在差異；火山巖相模式研究的對象地層單位不一致，如以組段、火山機構或堆積單元為單位的相模式，將上述相模式進行對比時必然會出現對象不一致性的問題。亟需建立統一地層單元尺度下的相分類和模式。為此，本文基于火山地層堆積單元尺度，利用現代火山相關成果指導缺少實物資料的盆地火山巖相研究，總結盆地火山巖相分類方案；本次研究突出了巖石組構和幾何外形要素，建立火山巖相模式。希望本文起到拋磚引玉的作用，以引起對盆地火山巖相的關注和深入研究，為盆地火山巖油氣藏的解剖提供依據。

1 相、巖相和火山巖相

1.1 相關定義

1.1.1 相

對于相的研究已有約200 a的時間。最初是作為地層相被提出[8]，是針對同時代巖石的巖性和生物特征差異的描述。巖性的差異稱作為巖相，生物的差異稱作為生物相[9]。如果使用“巖相”這一術語，需要明確所參考的具體相類型[10]。“相”一詞不應用于任何等級的巖石（巖石地層單位）[11-12]。

Steinker等[9，11-13]在對相的用法和定義的厘定時，認為“相”這個通用術語常常被過度使用。近年Neyendorf 等[14]所著的地質辭典中，對“相”的闡述是一個巖石單元的外觀、面貌和特征，從而將該巖石單元從相鄰或相關單元區分開來，其通常還可以反映其形成條件。火山巖的相，就是指火山作用在一定自然地理條件和一定熱力條件（反映在地質體構造特點上）下形成的一種巖石或一個地質體而言[15]。沉積相一般理解為一個沉積單位中所有原生沉積特征的總和，其中包括巖石、古生物和巖石地球化學等特征。它是在某一個特定環境中沉積作用的產物，因此具有該環境中特有的沉積特征。

1.1.2 巖相

Neyendorf等[14]編著的地質辭典中對“巖相”的闡述是：1）一個指定的地層單位，橫向可填圖的細劃（單元），在巖性的基礎上區別于相鄰的劃分單元，包括所有礦物學和巖石學特征以及那些影響巖石外觀、成分或結構的古生物特征；每一種相對應特殊的巖性特征。

橫向上巖相變化可以是垂直隨機截斷面、指狀交錯面或漸變界面等分隔的。

2）Moore[13]在研究相的意義時使用的術語，指在一般沉積環境條件下形成的任何特定類型的沉積巖或可區分的巖石記錄，不考慮年齡或地質背景，也不涉及指定的地層單位，以巖石巖性特征的總和表示。這種用法與Wells[16]對巖石沉積環境（lithotope）的定義非常相似。3）用于“巖性”、“巖性類型”和“巖性特征”表現的術語。我國《地球科學大辭典》編委會[17]對“巖相”的闡述特指沉積巖相，為反映一定沉積環境的巖性特征，包括所有物理的、化學的（礦物和巖石的）及生物的特征。

1.1.3 火山巖相

火山巖相（volcanogenous facies， volcanic facies， volcanic phase）一詞由前蘇聯學者Kolotukhina[18]較早使用。對火山巖相的定義如下：1）是火山雜巖體的基本組成部分，是火山作用在一定階段或一定條件下形成的地質體，它所特有的產狀和巖石學標志，可反映出火山作用的發展階段、巖漿的演化特點以及該地質體形成的地質條件[15]。2）指在一定環境、一定條件下火山活動產物特征的總和[19]。3）是火山地層的組成單元，火山巖相是火山噴發類型及其產物的真實記錄，是火山作用產物最本質、最重要的地質實體[20]。4）指由于火山作用的形成條件不同而產生的不同的火山巖特征。常見的火山巖相有：噴發相、火山通道相、次火山相和火山沉積相[17]。5）在現代火山研究時，指從幾何形狀（厚度、寬度、長度）、巖性和組構（成分、顏色、晶體、氣孔）、構造（層理、分層、褶皺、裂縫）及其特征（顆粒、固結（coherent））、運動模式（上翹、剪切、傾斜、變形、冷凝收縮），以及化石/外來物體（樹模、捕擄體及成分）方面描述露頭的方法[21]。綜上可知，火山巖相是與火山噴發特征-就位環境相關的火山活動形成的某一級地質體，可根據幾何外形、巖石組構和巖石成分等特征進行分類和刻畫。

1.2 火山巖相分類

基于地質填圖、礦產普查、現代火山和盆地火山巖等研究的需求，開展了廣泛的火山巖相模式的研究。建立起眾多劃分方案如下。

1.2.1 針對地質填圖和礦產普查的巖相分類方案

較早的火山巖相研究是在哈薩克斯坦紅巖的蝕變火山巖開展的，考慮到巖體形成條件及形成時同周圍沉積物的相互關系，提出了原始噴發相、次火山巖相、火山管道相；該分類方案[22]在我國受到廣泛的關注，河北省地質局綜合研究地質大隊編寫的《火山巖及其工作方法》著作[23]中對其做了詳細的介紹，周濟群等[22]對該書進行了翻譯整理出版。如結合實際研究對象劃為3相組8相的分類方案也是基于此開展的[15]。再如1980年，前人根據火山作用的一般機理和巖石的形成條件、產狀特征等因素進行巖相劃分[24]。后來對劃分方案進行了拓展，如根據海底壓力-熱散失-化學成分將甘肅、四川、滇西、南海西礁的海相火山巖劃分為7相[25]。隨后提出將火山活動的產物作為一個整體考慮的劃分方案[26]。在填圖過程中該方案得到不斷的補充，先是根據火山噴發類型、火山物質搬運方式和定位環境與狀態將火山巖相劃分為6相23亞相[27]，陶奎元[28]、邱家驤等[29]將其劃分為11種火山巖相，后又形成了13種巖相的劃分方案 [19，30]。在大別山北麓晚侏羅世金剛臺組火山巖地質填圖時劃分為4相[31]。根據火山噴發類型、火山物質搬運方式、成巖環境以及它們距火山口的距離等特點，對東南地區竹田頭J3-K1火山巖-沉積巖序列劃分出5類火山巖相[21]。新南威爾士泥盆紀Ural海底火山巖劃分為3種相[32]。根據火山噴發類型、噴發產物搬運方式和定位環境，將西藏措麥地區新生代火山巖劃分為7相[33]。在大興安嶺瓦窯溝火山隆起填圖時把火山巖相劃分為7相等[34]。可見火山巖相分類隨著工作對象的不同、揭示的相類型不同，可導致分類方案的變化。

1.2.2 針對現代火山的巖相分類方案

按成因將火山碎屑巖分為自碎屑巖相和火成碎屑巖相[35]。根據就位環境、化學成分和噴發樣式等將火山巖劃分為水下玄武質熔巖流相、水下長英質熔巖流相、水下長英質穹丘相、火山同期侵入相、水上長英質熔巖流相、水上長英質穹丘相、水上玄武質熔巖流相、原生火山碎屑流相（熱碎屑流、熱基浪、空落）、水下就位火山碎屑塊狀流相、火山碎屑濁流相、火山泥石流相等[36]。依據巖石的成因將火山巖相劃分為原生火山巖相、同噴發期再沉積相、火山沉積相[37]。

根據火山類型、火山物質搬運方式和就位環境與狀態，將長白山地區火山噴發物分為5相11亞相，包括爆發相（空落堆積、崩落堆積、碎屑流堆積、基浪堆積）、噴崩及噴溢相（噴崩相、噴溢相（熔巖被、熔巖流及枕狀熔巖流））、侵出相（熔巖穹丘）、潛火山相（又稱次火山相）和噴發-沉積相（火山噴發-沉積、火山泥石流及倒石堆、冰磧物）[38]。劉祥等[39]將長白山地區火山碎屑巖分為4種巖相，包括火山噴發空中降落堆積物相、火山碎屑流狀堆積物相、火山泥流堆積物相、火山基浪堆積物相。

Fisher等[40]將火山碎屑巖分為火山碎屑流相、火山碎屑巖相、噴發沖積相和火山灰流相。Cas 等 [41]根據物源特征和搬運方式，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、陸上碎屑流相、涌浪相、凝灰巖相、水下碎屑流相、深海火山灰相。根據火山巖所處的環境，可劃分為海相和陸相火山巖。

1.2.3 針對盆地火山巖的巖相分類方案

根據熔巖和火山碎屑的堆積構造、結構特征，將西班牙Basque-Cantabrian 盆地Errigoiti組海底噴發火山巖劃分為席狀熔巖相、枕狀熔巖相、枕狀熔巖角礫相和層狀的火山碎屑相 [42]。該分類方案在埃及Fatira地區新元古代火山巖研究中得到了應用[43]。

對大陸洪泛玄武巖省研究時，劃分出板狀熔巖流相、復合熔巖流相、傾斜的玻質碎屑巖相、池塘熔巖流相、巖席相和片狀巖墻相等[44]。該分類方案可以實現良好的露頭區和盆地內埋藏火山的對比[45]。

將松遼盆地火山巖相劃分為火山通道相、爆發相、噴溢相、侵出相和火山沉積相5個相，進一步細分了15個亞相 [5]。該分類方案在盆地火山巖勘探中得到了推廣，收錄在2011版儲層評價標準中[46]。在5相15亞相的基礎上，在爆發相中增加了濺落亞相[7]。依據成因機制，將遼河盆地東部凹陷中段歐利坨子地區新生代火山巖劃分為爆發相（濺落熔巖、火山碎屑巖）、溢流相、熔巖流相、火山重力流相、侵出相和火山沉積相[6]。

1.3 盆地火山巖相研究的要點和分類

盆地火山巖相模式的研究受限于揭示情況，往往只有一孔之見（比露頭區火山資料稀少），僅能利用相對稀少的實物資料來建立火山巖相模式。所以現代火山的相模式是盆地火山巖相模式的重要參考。

火山存在單成因火山和多成因火山。對于單成因火山，火山噴發具有同火山口的和噴發活動次數少的特征，火山產物疊置關系相對簡單和保存完整，火山的巖相模式往往由單一的相結構組合構成；對于多成因火山，火山噴發具有遷移的火山口、噴發活動次數多的特征，火山產物疊置關系復雜和晚期噴發對先存火山巖破壞嚴重，火山的巖相模式往往由復雜的相結構組合構成。這也使得每個多成因火山的巖相模式都是獨特的組合，相對于火山來講其巖相模式的刻畫就需要重新刻畫。這需要建立一種有效的巖相模式刻畫方法，如首先針對基本單元的相模式刻畫，明確所有基本類型，然后針對不同火山只需要刻畫其基本單元及其疊置關系。所以，對于火山巖相模式的刻畫可聚焦到基本單元相模式和疊置關系的刻畫。

按火山地層單元研究成果可知，火山巖的基本單元可劃分為火山碎屑、熔巖、火山再搬運和淺層侵入體等堆積單元。其中，火山碎屑堆積單元對應爆發相，熔巖堆積單元對應噴溢相和侵出相，火山再搬運堆積單元對應火山-沉積相，淺層侵入體堆積單元對應次火山巖相[47]。本文以基本地層單元為例介紹火山巖相模式，主要依據噴發方式、就位環境和巖石組構劃分出5相15亞相和44微相，見表1。

2 爆發相模式

本文爆發相相模式研究主要針對火山碎屑堆積單元。火山碎屑流堆積單元指從同一個噴出口的一次連續（猛烈）噴發形成的火山碎屑密度流堆積體，通過冷凝固結或壓實膠結成巖，巖石組構和地層產狀呈連續變化。火山碎屑密度流（pyroclastic density current）是火山碎屑和氣體/水的混和物受重力控制而發生側向移動。按巖石成分可劃分為基性、中性和酸性碎屑堆積單元；按噴發和就位環境可劃分為水上噴發水上就位（熱碎屑流、熱基浪、火山筒）、水上噴發水下就位（火山碎屑裙）和水下噴發水下就位（基浪、火山筒）3種。陸上火山碎屑按碎屑搬運方式可以分為熱碎屑流（pyroclastic flow）、（熱）基浪（base surge）和空落（block or ash fall） 3種。文中介紹了熱碎屑流、（熱）基浪、火山碎屑裙和火山碎屑筒等4種亞相。

2.1 熱碎屑流亞相

2.1.1 相關定義

熱碎屑流指高溫火山碎屑物質和火山氣體形成的密度流[14]。熱碎屑流多為高含量碎屑分散物質和動能的火山碎屑密度流 [40，48]，通常是陸相的。

2.1.2 相模式

按離火山口位置、巖石組構特征等，將熱碎屑流亞相劃分為3個微相，分別是火山口-近火山口、近源和遠源微相（圖1）。在火山口-近火山口微相為塊狀熔結集塊巖/角礫巖/凝灰巖，橫截面表現為縱橫比大的丘狀[40，48]，常與次火山巖相巖脈亞相伴生（圖1a、b、c）；近源微相為交錯層理發育或流動構造發育的熔結角礫巖/凝灰巖，橫截面表現為縱橫比中等的丘狀-板狀（圖1a、b、d）；遠源微相為平行層理發育的（熔結）凝灰巖，橫截面表現為縱橫比小的板狀-席狀（圖1a、b、e）。在印度Barmer盆地Raageshwari深層氣田Raag-4z的第7筒巖心，揭示了從下而上的火山塊和火山灰、弱熔結或無熔結、強熔結的結構序列[49]。

2.2 （熱）基浪亞相

2.2.1 相關定義

《地球科學大辭典》[17]收錄基浪的定義，是大隕石撞擊地面或爆裂式火山噴發時（以及核爆炸和化學爆炸時），從爆炸點或撞擊坑飛濺出速度較低的環形熱氣云、熔融碎巖屑和塵埃等濺射物，像密度流一樣地向外作輻射狀運動，速度可高達200 km/h，這種現象稱基浪。Neyendorf等[14]編著的地質詞典收錄基浪的定義，是氣體和懸浮的固體碎片組成的環形云，從垂直爆炸柱的底部以密集流的形式向外高速徑向移動，它伴隨火山爆發而成，或伴隨有水參與的火山爆發或超高速撞擊成因火山口而分布。（熱）基浪是一種碎屑密度流，碎屑物和動量是通過稀釋的高度紊流狀懸浮顆粒而廣泛分散而成 [39，48]。（熱）基浪還可細分為底部涌浪（base surges）、火山灰云基浪（ash-cloud surges）和地表基浪（ground-surges）3種搬運方式[14]。陸相的基浪通常為熱基浪，水下的通常為低溫的濕基浪。

2.2.2 相模式

按離火山口位置、巖石組構特征等，將（熱）基浪亞相劃分為3個微相，分別是火山口-近火山口、近源和遠源微相。火山口-近火山口微相的爆發角礫巖有數十米厚，可發育粒序層理，紊流的波狀相帶厚度有數十米，也可發育對稱波狀層理、逆行沙波層理、短波長波狀層理、長波長波狀層理、花弧狀波狀層理、流槽構造和交錯層理等，底部可能發育幾厘米厚的空落火山灰，常與次火山巖相巖脈亞相伴生（圖2a、b、c、d）；近源微相的紊流/層流塊狀相帶有數米厚，可發育流動構造、交錯層理或粒序層理，底部可能發育幾厘米厚的空落火山灰（圖2 a、b、e）；遠源微相的層流層狀相帶有數米厚，可發育平行層理、水平層理和粒序層理，底部通常發育幾厘米厚的空落火山灰（圖2 a、b、f）。平面形態受風速的影響，風速大時形成扇狀，無風或風速小時形成圓狀[40，48]。

在噴口200 m以內，噴發單元主要為無層理的角礫-凝灰巖，其中富含新生火山碎屑。在距噴口≥ 200 m的地方，噴發單元轉變為一對新生富含角礫，向上演變為層狀火山灰。在距離≥ 900 m時，噴發單元的上下層向平面層狀轉變。在距離≥ 1 100 m時，構成不同噴發單元組合形成的巖層幾乎完全由平層組成，并合并形成幾乎相同的平面層狀火山灰[50]。

水下噴發水下就位的火山碎屑堆積單元通常是基浪堆積單元，形成于水-巖比高的噴發環境，以Surtseyan噴發最為典型[51]；火山碎屑顆粒以凝灰和角礫為主，顆粒無磨圓或磨圓極差。其外形受地形與洋流流速的影響，地形平緩或洋流流速小時呈現出以噴發口為中心的圓形，地形坡度大或洋流流速大時呈現出以噴發口為中心的扇形；如果是在湖盆中多數情況下不存在類似洋流的水流，外形主要受地形的控制；從下到上分別形成火山碎屑與沉積物混合層-硬皮角礫及玻質碎屑層。火山口-近火山口微相顆粒較粗，存在一些彈道狀墜石，可發育斜層理等，分選差；近源微相顆粒變細，發育波狀層理和平行層理等，分選中等；遠源微相顆粒變為更細的凝灰質，發育水平層理和平行層理，分選好。

2.3 火山碎屑裙亞相

2.3.1 相關定義

火山碎屑裙（volcaniclastic apron）是指在島弧地區的弧后區域火山碎屑物質的楔形堆積體[52]。《Glossary of Geology》[14]一書中收錄了該定義。如果推廣開的可適用于水上噴發水下就位火山碎屑堆積單元。火山噴發形成的火山碎屑流先在空氣介質中搬運，后入水變為水介質搬運分散，其厚度可達千米[52]。

2.3.2 相模式

火山碎屑物在入水后形成密度流（巖屑流、顆粒流和濁流），形成的堆積單元外形特征、內部結構與火山泥石流相似。火山碎屑裙可劃分為原生火山堆積微相、再搬運堆積微相和含外碎屑再搬運堆積微相[37]。該方案在利用地震資料研究利帕里（Lipari）和烏爾干（Vulcano）地區的火山碎屑裙得到了應用，識別出了原生火山堆積微相（熔巖和火山錐）、再搬運堆積微相（粗粒沉火山碎屑巖）和含外碎屑再搬運堆積微相（細粒沉火山碎屑巖、含外碎屑），其中再搬運堆積微相和含外碎屑再搬運堆積微相覆蓋在原生火山巖之上（圖3）[53]。火山碎屑裙通常會沖刷下伏沉積物，但遇到堅硬的障礙體時會繞開；其頂面坡度較為平緩。

2.4 火山碎屑筒亞相

2.4.1 相關定義

火山碎屑筒（diatreme），也稱為火山管（volcanic pipe），指漏斗形的角礫巖管，可以達到2 500 m的深度。被認為形成于有水參與的巖漿碎屑化和圍巖垮塌，火山碎屑筒可能下伏于瑪爾湖，它向下轉變為巖脈[54]。火山碎屑筒也定義為巖漿噴出地表時形成的圓形或近圓形的地下通路，常被熔巖、火山碎屑巖所充填[17]。

2.4.2 相模式

火山碎屑筒的形成，首先是巖漿在近地表處與地下水接觸形成早期噴發；然后是地下水的消耗，地下水潛水面下降，噴發中心向下遷移，形成了火山碎屑充填的火山筒。火山筒的生長終止于無地下水供應的區域[55]。按巖石構成和形成過程，將火山碎屑筒亞相劃分為上部混積充填、中部火山碎屑充填和下部混積充填3個微相。上部混積充填微相主要為塊狀含外碎屑沉火山碎屑巖，可包括熔巖碎塊；中部火山碎屑充填微相主要為塊狀火山碎屑巖，可包括熔巖碎塊和增生火山礫；下部混積充填微相主要為火山碎屑巖、次火山巖、熔巖和熱接觸變質巖等。該類亞相中可以發育豐富的增生火山礫（也稱為火山豆）（圖4）。加拿大Diavik的金伯利巖火山筒也具有類似的巖相特征[56]。

3 噴溢相模式

本文噴溢相主要針對由流動性好的熔巖構成的熔巖流堆積單元，根據熔巖的就位環境、組構特征和地質體幾何外形，可劃分為水上熔巖流、水下熔巖流和水上噴發水下就位熔巖流3種亞相。

3.1 相關定義

早期對熔巖流的定義，必須包括簡單的熔巖層和高達600 m的大量熔巖盾（復合熔巖流）[57]。我國《地球科學大辭典》[17]收錄的熔巖流，指從火山裂隙或火山口溢出的熾熱的巖漿沿山坡或河谷順流而下，其范圍視坡度及巖漿黏度而異，有的呈狹長的帶狀，有的呈寬闊、平緩的舌狀。它冷卻固結后所形成的巖體稱熔巖流。在熔巖流表面氣孔最發育。其斷面上限及下限常有破片集合物，或呈巖渣狀，中部為熔巖，有時出現柱狀節理。國外出版的地質詞典收錄的熔巖流，指從噴出口或裂隙噴出的熔漿地表噴涌、側向流動，形成冷凝固結的巖石[14]。在火山地層研究時，熔巖堆積單元指從同一個噴出口（中心式或裂隙式均可）一次連續（寧靜）噴發的熔漿形成的堆積體，通常為冷凝固結成巖，巖石組構和地層產狀呈連續變化，圍限界面主要是噴發不整合或噴發整合[47]。

按巖石成分可劃分為基性、中性和酸性熔巖流；按形態可劃分為席狀、板狀、盾狀、丘狀、穹窿狀等；按噴發環境可劃分為水上和水下噴發；按疊置關系可劃分為簡單熔巖流和復合熔巖流（圖5、6）。以片狀熔巖有序疊置為主時為簡單熔巖流、以垛葉狀熔巖交錯無序疊置為主時為復合熔巖流[57]。復合熔巖流也可稱作為辮狀熔巖流。

簡單熔巖流定義為由于熔漿噴出速度相對高，形成不容易細分出流動單元的熔巖[57]。該定義被收錄在火山百科[21]一書中。近年來，簡單熔巖流定義為由較短噴發事件噴出的長而薄，且由數量少的流動單元構成的熔巖；復合熔巖流定義為容易分出流動單元的熔巖，通常具有盾狀外形。一般認為復合熔巖流形成于熔漿噴出速度相對低的情況[57]。

3.2 水上熔巖流亞相模式

基性熔漿流動性較好，容易形成席狀-板狀外形（圖5a）。按疊置關系和巖石結構可將水上熔巖流亞相劃分為簡單熔巖流微相、復合熔巖流微相和原地碎屑堆積微相。簡單熔巖流微相由片狀熔巖有序疊置形成（圖5b、c），有2種構型，一是氣孔帶厚度較大與不規則冷凝收縮縫發育組合（圖5g），二是氣孔帶厚度小、氣孔少與規則冷凝收縮縫（柱狀節理）組合（圖5g）。復合熔巖流微相由垛葉狀熔巖交錯無序疊置形成（圖5d、e），與簡單熔巖流微相一樣具有2種構型（圖5h、i）。原地碎屑堆積微相主要由自碎角礫巖構成。參照對熔巖流表殼結構、氣孔和柱狀節理特征[46，58]可知，在火山口-近火山口區域以簡單熔巖流微相為主，在近源和遠源區域以辮狀熔巖微相為主，在熔巖流頂部和前鋒處可見自碎角礫巖微相。印度Barmer盆地Raageshwari深層氣田Raag-6的第4筒巖心揭示了熔巖流中心/核、熔巖流表殼和角礫化熔巖流邊緣[49]。中酸性熔漿流動性較差，容易形成厚板狀外形（圖6a），劃分為簡單熔巖流微相和原地碎屑堆積微相（圖6b、c），其構型同圖5f和圖5g揭示的特征。

3.3 水下熔巖流亞相模式

水下噴發的熔巖流通常形成穹隆狀，并由玻璃質熔巖或枕狀熔巖垛葉體堆砌而成，熔巖流外表面可形成陡峭壁。根據巖石組構特征可將水下熔巖流亞相劃分為復合熔巖流、簡單熔巖流和原地碎屑堆積3個微相。復合熔巖流微相主要由枕狀熔巖組成，枕狀熔巖可具有中空構造。簡單熔巖流微相主要由席狀熔巖組成;原地碎屑堆積微相主要由玻質碎屑巖組成。在水下熔巖流的底部和前緣部位可夾帶下伏沉積物[59]。在火山口-近火山口區域為枕狀熔巖-枕狀熔巖角礫垂向組合向枕狀熔巖-枕狀熔巖角礫-層狀的火山碎屑垂向組合過渡。近源區域見角礫化熔巖-玻質碎屑巖的垂向組合，遠源區域見薄層的枕狀熔巖-玻質碎屑巖的垂向組合（圖7）[42]。加拿大太古宙的鐵鎂質火山巖中除缺少席狀簡單熔巖流微相外，其他微相均有發現，縱向上相序也相似[60]。

3.4 水上噴發水下就位熔巖流亞相模式

按巖石組構特征可將水上噴發水下就位熔巖流亞相劃分為簡單熔巖流、復合熔巖流、原地碎屑堆積3個微相。簡單熔巖流微相主要由席狀熔巖組成；

復合熔巖流微相還可由枕狀熔巖組成，枕狀熔巖可具有中空構造；原地碎屑堆積微相主要由玻質碎屑巖組成。在火山口-近火山口區域以簡單熔巖流微相為主，近源區域以復合熔巖流微相為主，入水的遠源區域以玻質碎屑巖為主[61]。部分熔巖流經過下伏濕軟區域時，可形成下部氣孔構造[62]，在五大連池火燒山區域還形成了噴氣錐[63]。根據表面構造特征，熔巖流還可以進一步細分為復合熔巖流（繩狀和池塘繩狀熔巖）、常規板狀熔巖流（簡單繩狀熔巖）、板狀/舌狀渣狀熔巖流、板狀熔巖流（酸性巖）[64]。

中酸性熔巖流動性差，容易形成丘形-穹窿外形[48]，主要由厚層狀簡單熔巖流微相和原地碎屑堆積微相構成（圖6），簡單熔巖流微相發育豐富的層節理和宏觀冷凝收縮縫。在火山口-近火山口區域和近源區域主要分布簡單熔巖流微相，在遠源區域發育自碎角礫巖的原地碎屑堆積微相。

4 侵出相模式

本文的侵出相主要指熔巖穹丘堆積單元。根據熔巖的就位環境、組構特征和地質體幾何外形，可劃分為水上熔巖穹丘、水下熔巖穹丘、早期水下晚期水上熔巖穹丘相模式3種亞相。各亞相均可劃分為內核、表殼和原地碎屑堆積3個微相。

4.1 相關定義

熔巖穹丘（lava dome，volcanic dome，coule，endogenous dome，exogenous dome，low dome，peleean dome，upheaved plug，torta）又稱“穹狀火山” “鐘狀火山” “火山穹” “熔巖錐”。從火山擠出的熔漿形成的陡峭邊和圓形的熔巖堆積，在噴口上方和周圍形成一個圓頂狀或球狀的冷凝固結的熔巖[65]。通常分布在大型火山機構的火山口內部或寄生在火山口側翼[14]。巖丘黏度較大的熔巖在火山口附近形成具有陡傾斜側面的丘狀火山，亦稱為鐘狀火山或塊狀火山[17]。熔巖穹窿是疊加和堆積在火山口周圍的丘狀黏稠熔巖和巖石，它們形成于巖漿噴發到地球表面后相對較快的冷卻和脫氣[66]。

從上述定義可知，熔巖穹丘由于熔漿黏性較大、流動性差，熔漿從溢出口擠出后向四周膨脹，并堆積在火山口附近，形成橫縱比較大的穹窿狀山丘。

4.2 水上熔巖穹丘亞相模式

水上熔巖穹丘可見多種巖性，不同巖性具有不同的巖石組構特征。水上玄武質熔巖穹丘的內核微相特征是（不）規則柱狀節理，表殼微相特征是自碎角礫巖和少量氣孔杏仁體，原地碎屑堆積微相特征是自碎屑角礫巖和沉火山角礫巖組合 （圖8a） [67]。水上的英安質熔巖穹丘內核微相特征是致密塊狀熔巖，表殼微相特征是自碎屑角礫巖和冷凝收縮縫，原地碎屑堆積微相特征是沉火山角礫巖/火山質礫巖和塊狀構造（圖8b）[68]。火山中心區域以內核微相為主；近源區域以內核微相和表殼微相為主，內核微相處可能發育流動構造；遠源區域以表殼微相和原地碎屑堆積微相為主。

4.3 水下熔巖穹丘亞相模式

內核微相特征是致密塊狀或流動構造發育，表殼微相特征是自碎角礫巖和玻質碎屑巖發育，原地碎屑堆積微相特征是玻質碎屑巖和沉火山角礫巖組合、塊狀構造。中心區域主要為內核微相和表殼微相組成的垂向相序，頂部的自碎角礫巖常被侵蝕而只剩下內核微相；近源區域主要為表殼微相和原地碎屑堆積微相；遠源區域以原地碎屑堆積微相為主（圖8c）[69]。在希臘Milos地區水下的安山質、英安質和流紋質熔巖穹丘也可分為內核微相（致密熔巖）、表殼微相（流動構造熔巖-（原位）玻質碎屑巖）、原地碎屑堆積微相（再搬運玻質碎屑巖、玻質碎屑巖與圍巖混[CM（22]合）[70]。在吉林省九臺地區營城組中發現的變形流紋巖和珍珠巖組合應該就是在穹丘的近源相。

4.4 早期水下晚期水上熔巖穹丘亞相模式

內核微相特征是致密的熔巖，表殼微相特征是原位自碎角礫巖，原地碎屑堆積微相特征是自碎屑角礫巖和（含外碎屑）沉火山角礫巖組合、塊狀構造，其中內核微相是穹丘的主體。中心區域以內核微相為主，近源區域以表殼微相和內核微相為主，遠源區域以表殼微相和原地碎屑堆積微相為主（圖8d） [70]。部分區域可能在原位自碎角礫巖和原地碎屑堆積角礫巖的區分上有難度，此時的熔巖穹丘可分為內核微相（致密熔巖）和表殼微相（自碎角礫巖和再搬運火山碎屑巖）[64]。

5 火山-沉積相模式

本文的火山-沉積相對應堆積單元的再搬運火山碎屑堆積單元，指火山噴發的產物經過再搬運作用而形成的地層單位，本文只討論火山碎屑體積分數超過50%的再搬運堆積單元。共劃分為2個亞相，包括火山泥石流和崩塌堆積2類亞相。

5.1 火山泥石流亞相

5.1.1 相關定義

火山泥石流是印度尼西亞語的專業術語，也稱為火山泥流。其主要由火山側翼的火山碎屑物質組成的一種泥流（塊狀搬運）。泥流中攜帶的巖屑包括火山碎屑、火山熔巖塊（主要來源于原生熔巖流）和表生碎屑物質[14]。也有將之定義為在重力驅動下，來源于火山的巖石、碎屑和水的快速流動的混合物[71]。通常指起源于火山的巖屑流、過渡流或高含砂水流[72]，與之相關的還有泥質水流和洪水流（比高含砂水流含有更少的沉積物）。雖然一些洪水流和泥質水流的起源與火山泥石流相關，但火山泥石流通常不包括二者。許多學者利用火山泥石流來表示搬運過程和由此過程產生的堆積物，但更應該將該術語限定為搬運過程[73]。本文將一次火山泥石流形成的地質體稱為火山泥石流堆積單元。其成因可以是火山口為冰雪掩埋或蓄有水，在噴發時也可以因冰雪融化或湖水溢出而造成。

5.1.2 相模式

泥石流亞相的分選極差—差，泥石流可劃分為黏土體積分數少和黏土體積分數多兩種，黏土體積分數少時粒徑分布為單峰態[74]，黏土體積分數多時粒徑分布多為雙峰態[72]。含黏土少的泥石流亞相可劃分為河道微相、沖積平原微相、轉換微相和流出微相等（圖9）。近源區域以河道微相為主，發育粒序層理、逆粒序層理或對稱粒序層理，碎屑顆粒特別粗（圖9a、b）；中部區域以沖積平原微相為主，發育粒序層理、逆粒序層理或對稱粒序層理，顆粒較粗[CM（22]（圖9c）；遠源區域以轉換微相為主，發育逆粒序和定向層理，顆粒變細（圖9d）；遠源區域遠端以流出微相為主，發育逆粒序層理、復合粒序層理和定向層理，顆粒進一步變細，厚度也變小 （圖9e）；再向前推進就過渡為與火山相關的物質含量較高的河流沉積，發育多種層理（圖9f）。

5.2 崩塌堆積亞相

5.2.1 相關定義

碎屑崩塌是火山機構的一部分在水不飽和條件下發生大規模崩塌的產物 [75]，將一次崩塌形成的地質體稱之為碎屑崩塌堆積單元。崩塌堆積指由山體滑坡引起的快速和災難性的塊狀流堆積物，其水平移動長度可能是高度落差的幾倍。與驅動力相比，下層的阻力最初非常小[76]。

碎屑崩塌的成因多是火山活動導致，如有巖漿上侵、火山地震導致先期形成的地質體穩定狀態遭受破壞發生位移[77]。如果是多期崩塌形成的地質體，下伏碎屑崩塌堆積單元的頂面出現的侵蝕面有助于識別單元界面，但單元間出現混合堆積部分時則不利于識別單元的界面。碎屑崩塌單元的頂部可出現植物和古土壤等，所以其圍限界面可以是噴發間斷不整合面。

5.2.2 相模式

該類堆積物可劃分為再搬運塊狀堆積和再搬運基質堆積2類微相 [78]。特征地形表現為源區為大圍谷和堆積區的丘陵地形，丘陵地形通常是因為直徑特別大的碎屑顆粒突出而形成（圖10a、b）；近源區域以再搬運塊狀堆積微相為主，通常為透鏡狀，具有天然堤，基質支撐，塊狀碎屑可以達到數米或更大，發育豐富的裂縫（圖10c）；遠源區域以再搬運基質堆積微相為主，通常為席狀-透鏡體，具有邊緣懸崖，基質支撐，顆粒變小，內部發育豐富的裂縫，形成小幅度的丘陵地形（圖10d）。崩塌堆積單元的延伸范圍與崩塌物的源區相對海拔呈正相關[78]。

6 次火山巖相模式

6.1 巖脈亞相

6.1.1 相關定義

巖脈，又稱“巖墻”，指為充填在巖石裂隙中的板狀巖體，橫切巖層，與層理斜交，屬于不整合侵入體的一種[17]。也有定義為板狀穿切圍巖層理或葉理的侵入巖物[14]。

6.1.2 相模式

按巖石組構特征進行微相劃分，依據結晶程度、冷凝收縮縫、流動構造和氣孔等方面的組合特征劃分為淺層邊部、淺層中部、深層邊部和深層中部4類微相。淺層邊部微相，主要特征為結晶程度相對差、冷凝收縮微觀縫細密、冷凝收縮宏觀縫（不規則柱狀節理）密度大和流面構造或流線構造和氣孔發育。

淺層中部微相，主要特征為結晶程度相對中等、不規則柱狀節理密度大和氣孔零星發育。深層邊部微相，主要特征為結晶程度相對差、冷凝收縮微觀縫細密、規則柱狀節理密度小、流面構造或流線構造和少量氣孔。深層中部微相，主要特征為結晶程度相對好、規則柱狀節理密度小和少量氣孔。新西蘭中新統Lyttelton火山的淺成巖脈具有完整的上述巖石組構特征（圖11），可見上述4個微相。從氣孔特征來看，定向拉長氣孔多數情況下分布在巖脈中熔漿

流動單元的邊部，圓形小氣孔分布較為離散；定向氣孔拉長方向可以是水平方向，也可以是垂直方向，方向主要受巖漿侵位時流動方向的約束。

6.2 巖蓋亞相

巖蓋，又稱“巖盤”，指產于巖層間的底部平坦、頂部拱起、中央厚、邊緣薄，在平面上呈圓形的侵入體[14，17]。其形成深度一般較淺，巖蓋直徑一般是5～6 km，其厚度可達1 222 m。呈巖蓋產出的以中酸性侵入體為常見。

巖蓋的巖石組構主要是結晶程度、冷凝收縮縫和流動構造等，依據組構特征可劃分為邊部微相和中部微相。邊部微相具有結晶相對差、流面構造、冷凝收縮微觀縫、垂直不規則冷凝收縮宏觀縫或垂直不規則柱狀節理，有可能見極少量的定向拉長氣孔。中部微相具有結晶相對好、塊狀構造、垂直規則冷凝收縮宏觀縫或垂直規則柱狀節理，有可能見極少量的離散圓狀氣孔（圖12）。

6.3 巖盆/巖席亞相

巖盆（lopolith），定義為巖漿侵入到巖層之間中央部分受巖漿的靜壓力使底板下沉斷裂，形成中央微凹下去的盆狀侵入體。其大小不一，個別大的超基性—基性巖巖盆直徑可達數十到數百km[17]。巖席，定義為板狀火成巖侵入物，分別平行于沉積或變質圍巖的層理或葉理[14]。

巖蓋的巖石組構與巖脈類似，只是在產狀方面存在差別，依據組構特征可劃分為邊部微相和中部微相，兩個微相的特征也與巖脈的兩類微相一致。

7 討論

7.1 盆地火山巖相分類方法

火山巖相的分類方案多樣和名稱眾多，造成該現象的原因：其一就是分類方案的依據不同，如按噴發樣式、巖性或搬運方式等；其二是針對不同尺度和揭示程度的地質體開展的巖相分類。這都是造成巖相命名產生較大差異的因素。所以火山巖相研究應該首先基于相同尺度地質體開展分析，其次是考慮地質體的幾何外形、巖石的結構構造特征，第三才是去反推成因。在盆地火山巖相研究時，一個重要目標是建立起地質相與地震相的關系，特別是儲層與地震相的關系[46，80]；由于地震資料精度的限制，地質相的幾何形態往往是建立地震相關系的重要參數；在巖相模式建立時的巖相分類可多考慮幾何外形與儲集空間類型之間的關系。

從露頭揭示情況來看，不同二氧化硅成分的熔巖可以形成同類亞相或微相，如流紋巖和玄武巖均可以形成噴溢相水上熔巖流亞相復合熔巖流微相，流紋巖、英安巖、安山巖和玄武巖均可形成侵出相水上熔巖穹丘亞相。從長嶺斷陷營城組火山巖來看，其水上熔巖流亞相儲層好于水上熔巖穹丘亞相，同時復合熔巖流微相儲層物性好于簡單熔巖流微相（圖13）。由于噴溢相水上熔巖流亞相的縱橫比遠小于侵出相熔巖穹丘亞相，在地震剖面上可以進行區分；熔巖流亞相的復合熔巖流微相具有透鏡狀疊置特征，簡單熔巖流微相具有平行反射結構特征，二者在正演地震剖面上具有顯著的差異（圖14），同時在實際地震資料上也可區分開[81]。所以本文的巖相分類方案可以建立起亞相或微相與儲層的對應性關系，并可用于地震識別。

7.2 火山巖中原地次生改造相類型

火山巖中有3類原地次生改造相類型，分別為隱爆角礫巖、火山口內坍塌形成的原地火山角礫巖和彈道狀墜石對同期火山碎屑堆積的改造。

隱爆角礫巖是后期富含揮發分的巖漿對圍巖次生改造而成，由于其巖石組構的特殊性和易識別性，在研究過程中常常將其作為一種獨立的亞相單元來處理。本文未將其列入亞相的原因有二：一是由于后期改造的原因，該相單元存在穿切多個堆積單元的現象，且形態不規則，總體上可以是一個穿時的地質體；二是由于隱爆角礫巖包含大量的圍巖碎屑，導致其成分與圍巖類似，在地震資料上難以完成單獨刻畫。該部分巖相單元應該屬于堆積單元的一部分，未作獨立的亞相或微相類型處理。

火山口內坍塌形成的原地火山角礫/集塊，可能會被后期的熔漿原地膠結，形成角礫熔巖；也可能會與后期火山碎屑混合形成角礫巖/集塊巖。這兩種情況在巖相分類中被稱作為火山頸亞相。從成分構成的主體來看，該部分是早期火山堆積單元的組成部分；從最終形成時間來看，該部分是后期火山堆積單元的組成部分。該部分未作單獨的亞相單元來討論，劃歸為爆發相、噴溢相的火山口-近火山口相帶處微相，在更精細的構型級別劃分時可以作為單獨單元來對待。

當固態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動降落到地表，加入并改造同期熱碎屑流或熱基浪等堆積單元，形成特有的彈

道狀墜石擾動的“撞擊構造”，稱作為空落亞相。本文將之劃歸為熱碎屑流或熱基浪亞相的火山口-近火山口微相，未作獨立的亞相或微相類型處理。

7.3 次火山巖相

本文將與盆地火山作用相關的淺成侵入巖單獨列為次火山巖相，原因有3個：一是該相的巖石組構特征與侵出相熔巖穹丘亞相類似，如氣孔和冷凝收縮縫等，但在產狀上具有明顯的不同。二是該相的巖石組構與深成花崗巖、輝長巖存在較大的差別。三是次火山巖相可作為獨立的地質體出現，也常與噴溢相、爆發相和侵出相伴生存在，此時地質體的規模可能有限，但在分析時也應該引起重視。在含火山巖盆地內廣泛分布次火山巖相，可作為遮擋層，促進圈閉的形成[82-84]，也可作為儲層賦存油氣，如遼河盆地的巖脈亞相、松遼盆地的巖蓋亞相、渤海灣盆地巖蓋亞相中發現的油氣藏[85-88]。但對于巖脈的油氣藏的發現還只是偶然的，缺少針對性的部署。含火山巖盆地的淺成侵入巖應該具有廣泛分布的特征，具有形成大規模、高豐度油氣藏的潛力，應當受到勘探的關注，可以有針對性進行勘探部署，特別是當富含揮發分的巖漿侵位于泥巖段中則更有利于形成孔隙-裂縫型侵入巖油氣藏。

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收稿日期： 2023-10-10

作者簡介： ?唐華風（1979—），男，教授，博士生導師，主要從事火山地層和火山巖儲層綜合方面的研究，E-mail： tanghfhc@jlu.edu.cn

基金項目： ?吉林省重點研發計劃項目（20230203107SF）；國家自然科學基金項目（41790453）

Supported by the Key Research and Development Program of Jilin Province （20230203107SF） and the National Natural Science Foundation of China （41790453）