0 引言

火成岩分类一直是地质学研究的重要课题，19世纪90年代至20世纪80年代，火成岩分类主要集中在全球火成岩分类和地区分类两大方面^[1-3]。作为火成岩中的喷出岩类，火山熔岩和火山碎屑岩分类也是地学界研究的重要内容^[4-8]。20世纪80年代中后期，国际地科联(IUGS)火成岩分类委员会推荐的火山岩全碱-二氧化硅(TAS)分类方案^[9-12]，对火山岩研究和全球对比起到了重要推动作用。然而，问题还远没有就此解决，主要表现为两方面：首先，基于火山岩化学成分的硅碱TAS图解分类，需要化学成分投点确定火山岩的岩石类型，即，需要有成分分析数据才能确定岩性，因此不便于实际应用；再者，火山岩经常会发生蚀变，导致Ca、Si和K、Na等常量元素含量发生显著变化，这会影响到TAS图解岩性判别的真实性^[13-14]。20世纪90年代年代以来，国内外火山岩分类呈现出多元化的趋势，主要表现为以下4个方面：一是针对研究区的特定地质条件对岩石类型进行详细划分，以便深化研究区的地质认识^[15-16]；二是对特定的岩石类型开展进一步的成因分类，以便深化对该类岩石形成与分布规律的认识^[17-19]；三是用计算机技术和统计学方法，或者将矿物成分分析-计算机技术联合进行火成岩分类^[20-28]；四是针对特定的研究目的或者工程技术开展火山岩分类研究^[29-31]。

近十几年来火山岩已经逐渐成为我国油气勘探的重点领域^[32-33]。深埋于盆地内的火山岩类在油气系统中主要起到储层以及盖层的作用^[34-35]。对于具体盆地的火成岩类而言，其化学成分类型相对较少，例如，松辽盆地火山岩中多数是流纹岩类^[36-37]，而渤海湾和辽河盆地多为玄武岩和粗面岩^[38-39]。在这种情况下用TAS图解进行盆地火山岩分类，通常的结果是少数几种岩石类型集中出现，而其他分区内的岩石类型几乎从不出现。由于大量的样本集中在少数分区内，因此难以进行储层特征等相关研究。

准噶尔盆地是我国火山岩油气发现最早的地区，近年在晚古生界火山岩中有大规模油气发现，火山岩已经成为该区油气勘探的主要接替领域^[40]。基于勘探和研究需要，盆地内具体探区的火成岩分类研究已经逐渐开展^[41]。然而，目前准噶尔盆地火山岩分类主要是用火成岩化学成分, 依据国际地科联的TAS图解进行类型划分。如前所述，这存在应用不便和蚀变干扰等诸多问题。另外，这样的分类没有涉及到储层研究这一核心问题。

本文用钻井和剖面资料，通过岩石薄片鉴定、化学成分和统计分析，提出准噶尔盆地火山岩的结构-成分-成因分类方案。分类中充分考虑火山岩结构与成岩作用和储集空间的关系，同时明确给出各种岩石类型的肉眼和显微镜下鉴定特征，即，见到哪些特征矿物能够确定哪些岩石类型。该分类方案近年在准东五彩湾地区火成岩勘探和研究中应用，效果良好，很好地解决了长期以来同岩石不同名或同名不同意，以及岩性与储层物性关系不明确等勘探和研究中遇到的诸多问题。该分类体系在类似的含火山岩盆地，尤其是风化蚀变较强的中基性火山岩勘探和研究中，具有借鉴意义。

1 区域地质概况

准噶尔盆地位于阿尔泰造山带与天山造山带之间，为一古生代以来的大型复合叠加盆地^[42]。盆地先后经历了裂陷盆地阶段、前陆盆地阶段、陆内坳陷阶段和再生前陆盆地阶段4个演化阶段：裂陷盆地阶段(泥盆纪晚期至石炭纪早期)，盆地内部拉张断陷，发育了一套浅海相、沼泽相、泻湖相暗色泥岩以及煤岩夹部分碳酸盐岩；前陆盆地阶段(石炭纪晚期至二叠纪)，盆地边缘冲断、推覆并强烈褶皱，盆地内大型隆起平缓褶皱，并发育逆冲断裂，发育一系列岛弧杂岩带和增生楔杂岩带；陆内坳陷阶段(三叠纪至古近纪)，盆内发生频繁的升降运动，主要发育陆内坳陷的河湖相煤系地层和泥质岩泛盆沉积；再生前陆盆地阶段(新近纪至第四纪)，受喜山运动影响，北天山强烈隆升，区域性南部掀斜，山前快速沉降，沉积了巨厚的山麓冲积扇辫状河相红色磨拉石建造^[43-45]。

准噶尔盆地发育的石炭系火山岩主要为岛弧背景产物，分布于扎伊尔造山带、卡拉麦里山、北塔山造山带和天山山前带^[46]。其中中基性火山岩主要分布在西北缘、陆梁隆起和中央坳陷中部。中酸性火山岩主要分布在乌伦古坳陷、中央坳陷中南部及东部隆起西部^[47]。天山山前带火山岩出露情况较差^[48]。研究区火山岩主要位于扎伊尔造山带和卡拉麦里山、北塔山带(图 1)。

2 材料与方法 2.1 材料

笔者2008年以来对该区双井子、金山沟和白碱沟3个小区的火山岩剖面进行了详细测量、采样、岩矿鉴定和分析测试。这些研究积累构成了本文的盆缘剖面资料基础(表 1)。本文火山岩钻井主要位于准噶尔盆地哈山地区和车排子地区。它们在区域构造上都处于准噶尔盆地西部隆起，现有钻遇石炭系探井21口，取心474.08 m(图 1b、图 1d)。3条石炭系火山岩野外剖面和盆内钻井的目的层位均为石炭系上统巴塔玛依内山组(以下简称巴山组)，本文所用剖面和钻井资料详细情况见表 1。

2.2 方法

根据野外剖面和探井所揭示的火山岩类型分布和火山岩储层研究的实际需要，本文主要采用三级分类方法。

一级分类：结构分类，主要是建立岩石结构与成岩作用及储层物性的关系。依据7.22 km实测剖面、8.8 km野外调查剖面结果和474.08 m岩心观察结果，对岩石宏观结构、构造进行描述，将火山岩大类进行划分，包括火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、火山碎屑岩类、沉火山碎屑岩类等。其中，火山熔岩和火山碎屑熔岩都为冷凝固结，即，熔浆在地表冷凝后固结成岩。这类岩石的体积和孔隙度等物性参数在后期的盆地内深埋过程中变化很小。火山碎屑岩和沉火山碎屑岩均为压实成岩，在孔隙度和渗透率随埋深的变化方面类似于沉积岩类，即，随埋深增加孔渗明显减小。

二级分类：化学成分分类，主要是建立化学成分与岩石类型的关系。这主要体现火山岩分类的通用性，符合现有习惯，便于交流。依据岩石化学分析资料，将本区火山岩划分为玄武质、安山质、流纹质等5种类型，划分标准如下：

1)玄武质/粗玄质:基性岩类, w(SiO₂)为45%~52%；2)玄武安山质:中基性岩类, w(SiO₂)为52%~57%；3)安山质:中性岩类, w(SiO₂)为52%~63%；4)英安质:中酸性岩类, w(SiO₂)为63%~69%；5)流纹质:酸性岩类, w(SiO₂)为>69%。

三级分类：矿物成分分类，主要是建立特征矿物与具体岩石类型的关系。这主要体现分类的实用性，即，通过特征矿物确定岩石名称。通过对585件岩心薄片、841件岩屑薄片、403件野外样品薄片进行显微镜下观察，确定岩石矿物成分、特征结构、火山碎屑粒级及其比例，进而确定具体岩石类型。

辅助方法：采用磁化率测量等方法在野外为岩石定名提供参考依据。研究区火山岩风化时间长，剖面火山岩蚀变较强，肉眼确定岩性较为困难。我们在实践中摸索出用磁化率测量辅助确定岩性的方法。本区火山岩中普遍存在基性火山岩磁化率>中性火山岩磁化率>酸性火山岩磁化率的现象。另外，野外剖面磁化率测量数据对盆地内火山岩的重磁解释和测井识别也具有重要约束作用。图 2是510组野外磁化率数据与岩性关系图。

3 结果 3.1 火山岩及其他岩石分类方案

首先根据岩石化学成分可以看出，准噶尔盆地火山岩岩性的岩石化学成分类型在TAS图解的15种基本类型中有10种。而似长石岩F、碱玄岩和碧玄岩U₁、响岩质碱玄岩U₂、响岩Ph和苦橄玄武岩Pc等5类成分的火山岩没有出现。这10种成分类型分属于亚碱性和碱性两个系列(图 3)。

1)亚碱性系列：玄武岩、玄武安山岩、安山岩、英安岩、流纹岩，以流纹岩、安山岩居多。

2)碱性系列：粗面玄武岩、玄武粗安岩、粗面安山岩、粗面岩、碱玄质响岩，以粗面岩和粗面安山岩居多。

由图 3可见，本区火山岩在TAS图解的各个岩性分区中，分布很不均匀。因此，需要对化学成分较为集中岩性进一步细分。调整的基本原则是，要使得不同岩石类型能够分开，同时同一分区内的岩石样本数又不能过度集中。根据准噶尔盆地火山岩类型分布、岩石特点、火山岩储层研究的实际需要，依据火山岩的结构成因、化学成分、矿物成分、特征结构、火山碎屑粒级及其比例等综合分类命名，提出准噶尔盆地火山岩及其他岩类的分类方案(表 2)，研究区共确定出24种火山岩岩石类型：

1)火山熔岩类，包括玄武岩、粗面玄武岩、玄武安山岩、安山岩、粗面安山岩、粗面岩、英安岩、流纹岩、珍珠岩。

2)火山碎屑熔岩类，包括玄武质(熔结)碎屑(凝灰、角砾、集块)熔岩、玄武安山质(熔结)碎屑(凝灰、角砾、集块)熔岩、安山质(熔结)碎屑(凝灰、角砾、集块)熔岩、英安质(熔结)碎屑(凝灰、角砾、集块)熔岩、流纹质(熔结)碎屑(凝灰、角砾、集块)熔岩、隐爆角砾岩。

3)火山碎屑岩类，包括玄武质碎屑(凝灰、角砾、集块)岩、安山质碎屑(凝灰、角砾、集块)岩、英安质碎屑(凝灰、角砾、集块)岩、流纹质碎屑(凝灰、角砾、集块)岩。

4)沉火山碎屑岩类，包括沉火山角砾岩、沉凝灰岩。

5)火山碎屑沉积岩类，主要为凝灰质泥岩。

6)浅成岩和次火山岩类，主要为辉绿岩。

7)深成岩类，主要为花岗岩。

3.2 火山岩岩性分布

通过对准噶尔盆地西部地区21口探井长度共计12 213.50 m钻遇火山岩井段的统计，该区主要发育火山岩类型共计19种，其中以玄武岩、玄武质角砾熔岩和安山岩为主，合计占全部岩性的50%以上(图 4a)。根据准噶尔盆地东部地区2条实测剖面和1条调查剖面共计16.02 km火山岩野外剖面的统计，该区主要发育火山岩类型共计19种，其中以玄武岩、安山岩和流纹岩为主，合计占全部岩性的60%(图 4b)。

结果显示，基于该分类方案能够较好地把该区大样本火山岩区分开来。同时，本分类方案能够较好地揭示本区火山岩的分布特点，即，本区剖面火山岩与盆地内部火山岩均以火山熔岩类为主，但盆地内中基性熔岩居多，而剖面火山岩有较大比例的酸性岩。出现这种岩性分布差异的可能原因有两个：一是不同岩性在空间分布上存在原始差异，即，准东(剖面出露)地区基性、中性和酸性火山岩均有发育，而准西(盆地埋藏)地区酸性火山岩相对不发育；二是盆地埋藏区火山岩揭示不够全面，目前探井所揭示的火山岩以中基性为主。我们更趋向于认为，后者是造成岩性分布差异的主要原因。

4 讨论 4.1 风化蚀变作用与岩性识别

准噶尔盆地石炭系火山岩经受后期溶蚀、变形改造并轻度变质^[49]。本区火山岩受到风化淋滤、构造、热液以及地层水在不同时期的影响，使岩石成分发生显著的变化，如矿物的溶解、氧化、水化和碳酸盐化等^[50]。化学蚀变指数(CIA)作为一个判断化学风化程度的化学指标被广泛应用^[51]，CIA=[(Al₂O₃)/(CaO^*+Al₂O₃+K₂O+Na₂O)]×100, 其中氧化物均为摩尔浓度，CaO^*为硅酸盐中的浓度，CIA值的高低与风化程度强弱具正相关性^[52]。斜长石蚀变指数(PIA)常用来单独指示斜长石的风化状况，PIA=[(Al₂O₃-K₂O)/(Al₂O₃+CaO^*+Na₂O-K₂O)]×100，新鲜岩石PIA指数为50，而黏土矿物，如高岭石、伊利石及蒙脱石的PIA指数则接近100^[53]。所测火山岩的主量元素CIA显示所选样品60.61%(20/33)基本都遭遇不同程度的化学蚀变，从而对岩石化学成分产生不同程度的影响。针对蚀变岩石岩性定名主要依据原生矿物和次生矿物组合，由此确定蚀变前岩石中原生矿物的矿物组合、结构构造以及基质特征或火山碎屑粒级及其比例等特征，进而确定原岩名称。即，蚀变岩石定名需要恢复并确定出蚀变前原岩的名称；而蚀变矿物主要代表岩石成岩固结后的改造过程，它们对岩石次生孔隙形成意义重大，在此不作详细讨论。表 3给出了代表性的6个样品的主量元素分析结果，选取3个不同蚀变程度的岩石为例进行分析(图 5)。

图 5a根据TAS图解投点确定岩性为玄武岩，显微镜下薄片鉴定结果为玄武岩。斑状结构，斑晶为基性斜长石、辉石和橄榄石，基质呈间粒结构，岩石整体蚀变较弱，斜长石发生轻微黏土化。CIA数值为35.22 < 50，显示岩石整体未发生显著蚀变；PIA数值为34.04 < 50，显示斜长石未发生明显蚀变。这属于化学成分与矿物成分定名一致的岩石类型。

图 5b根据TAS图解投点确定岩性为玄武安山岩，显微镜下薄片鉴定结果为玄武岩。少斑结构，斑晶为辉石、斜长石，基质呈间隐结构，岩石整体发生皂石化。CIA数值为50.89>50，显示岩石整体发生蚀变；PIA数值为50.95>50，显示斜长石发生轻微蚀变。皂石成分为(1/2Ca, Na)_0.33(Mg, Fe)₃[(Si, Al)₄O₁₀](OH)₂·4H₂O，其中的SiO₂质量分数为57.90%～62.40%。这类岩石属于蚀变后导致SiO₂相对升高，TAS投影向右偏移型。岩石定名以岩矿鉴定为准，即，玄武岩。

图 5c根据TAS图解投点确定岩性为粗安岩，显微镜下薄片鉴定结果为玄武安山岩。斑状结构，斑晶为斜长石、辉石，基质结晶程度较差，见不清晰间隐结构，岩石整体蚀变严重，斜长石发生黏土化、皂石化，基质发生脱玻化。CIA数值为54.19>50，显示岩石整体发生蚀变；PIA数值为55.91>50，显示斜长石发生蚀变。该类岩石属于蚀变导致碱质和SiO₂都相对升高，TAS投影向右上方向偏移型。岩石定名以岩矿鉴定为准，即，玄武安山岩。

4.2 火山岩储层与岩性关系

火山岩储层是一种由孔隙、裂缝及晶洞构成的双孔或多孔介质非均质性储层^[39]。根据野外剖面、岩心和岩石薄片观察与分析，该区火山岩储集空间类型分为原生孔隙和次生孔隙两类。其中原生孔隙主要包括原生气孔、杏仁体内孔、杏仁体收缩孔、粒间孔、冷凝收缩缝和矿物解理缝；次生孔隙主要包括溶蚀孔、脱玻化孔、构造缝和溶蚀缝。基于本分类体系，火山岩岩性与储集空间类型呈现较好的对应关系。

原生孔隙 原生气孔：气孔多成圆形、椭圆形、压扁伸长形，大多数呈孤立状，主要发育于火山熔岩中，本区气孔多被皂石、沸石、方解石、石英等矿物充填，少数未被完全充填满而形成残余孔，多见于玄武岩和流纹岩中(图 6a)。杏仁体内孔：矿物充填气孔未充填满形成的杏仁体内矿物之间的孔隙，主要发育于火山熔岩中，本区杏仁体内孔中矿物多为结晶程度较好的皂石或沸石，多见于玄武岩中(图 6b)。粒间孔：火山碎屑颗粒之间的孔隙，主要发育于火山碎屑岩中，本区粒间孔多被沸石充填，而后经脱玻化形成脱玻化孔，多见于火山碎屑岩中(图 6c)。冷凝收缩缝：岩浆冷凝、结晶过程中所形成的收缩微裂缝，主要形成于火山熔岩中，以火山岩柱状节理和板状节理最为典型，多见于玄武岩和安山岩中(图 6d)。矿物解理缝：主要指长石和云母等矿物中常见的片状或楔形解理缝，主要形成于各种含斑晶的火山岩中，本区解理缝大多呈孤立状存在，只有极少的解理缝与孔隙连通，多见于玄武岩中，图 6e为辉石矿物蚀变为黑云母矿物的解理缝。杏仁体收缩孔：杏仁体与气孔边缘交界处由于成分差异常形成冷凝收缩孔，主要形成于各种火山熔岩中，本区杏仁体收缩孔常见于玄武岩气孔中皂石、沸石等矿物边缘(图 6f)。

次生孔隙 斑晶溶蚀孔：矿物晶体部分或完全溶解、水解或交代形成的孔隙，主要形成于火山熔岩中，本区斑晶溶蚀孔多见于安山岩和玄武岩斜长石斑晶中(图 6g)。基质溶蚀孔：基质中微晶长石、微晶辉石、火山玻璃及火山灰物质等被溶蚀，呈筛孔状，主要形成于各种火山岩石中，本区基质溶蚀孔以玄武岩和安山岩中较常见(图 6a)。脱玻化孔：火山玻璃脱玻化形成矿物时发生体积的缩小形成的微孔隙，主要形成于火山熔岩中，本区脱玻化孔主要见于结晶较差的安山岩和流纹岩中(图 6h)为隐晶质和长石石英微晶组成的流纹条带中隐晶质经脱玻化作用所形成的脱玻化孔。构造缝：火山岩遭受构造应力作用后产生的微裂缝，形成于各种火山岩石中，本区构造裂缝常被沸石、皂石、方解石、石英等矿物充填，常见经后期溶蚀重新开启的溶蚀构造缝隙(图 6i)。

5 结论

1)本文采用三级分类方案，岩石结构-成因一级分类、岩石化学成分二级分类、矿物成分-特征结构-火山碎屑粒级及比例三级分类，针对本区岩石发育的实际特点，对出现频率低岩石给出分类中位置或者合并，对出现频率高岩石进行细分，同时明确给出各种岩石的肉眼鉴定特征，以增强现场定名的实用性。

2)依据准噶尔盆地盆缘剖面和探井取心段的火山岩资料，根据火山岩的结构成因、化学成分、矿物成分、特征结构、火山碎屑粒级及其比例等，将准噶尔盆地石炭系火成岩划分为火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、火山碎屑岩类、沉火山碎屑岩类、火山碎屑沉积岩类、浅成岩和次火山岩类和深成岩类7种类型，进一步细分为24种基本岩石类型。

3)岩石蚀变对火山岩准确定名有显著影响。本区火山岩用TAS投影定名有3种情况：一是轻微蚀变型，此时TAS图解与薄片定名相同；二是中等蚀变型，此时TAS图解常为右移型，所确定岩石类型比薄片定名偏酸性(如，玄武岩投点为玄武安山岩)；三是强蚀变型，此时TAS图解常为右上偏移型，所确定岩石类型比薄片鉴定偏酸性和碱性(如，玄武安山岩投点为粗面岩)。后两种情况，均以薄片定名为准。

4)火山岩岩性与储层关系密切，不同岩性的储集空间类型、组合方式和发育程度存在差异。本区玄武岩多发育原生气孔、基质溶蚀孔等，而安山岩多发育斑晶溶蚀孔以及脱玻化孔等，流纹岩多发育脱玻化孔和原生气孔等；火山碎屑熔岩储集空间发育类型大多和其对应火山熔岩类相似；火山碎屑岩类多发育粒间孔，部分碎屑发育火山熔岩类储集空间类型。