0 引言

火山地层广泛分布于各类盆地中，是盆地充填的重要组成部分^[1]。火山地层的形成具有特殊成因，对同生沉积地层层序的发育也有重要的影响^[2]。在地质填图和盆地勘探中，地层单位的解剖和对比是重要的基础。地质填图将“火山构造(火山机构)-岩性岩相-火山地层”作为填图单元，依托识别出的喷发中心完成对地层的刻画^[3-4]；也有用“群-组-段-层”作为填图单元，取得了一定的效果^[5]。其中，沉积岩夹层和风化壳是火山地层对比的关键，通常可根据这些标志划分火山地层组-段和建立地层格架^[6]；火山地层的同位素年龄是地层对比的重要证据^[7]，与之同生的沉积地层中的化石资料也是火山地层对比的重要依据^[8]。

盆地火山地层刻画是火山岩油气藏研究的重要基础。通常可以用沉积岩夹层和风化壳为标志，结合测井和地震资料进行地层对比。据此将松辽盆地火山地层划分为火石岭组二段、营城组一段和三段^[9]，并实现了断陷范围的对比^[10-12]；在塔里木盆地利用沉积岩夹层和测井资料实现了岩流组(冷却单元)的划分与对比^[13]；在新疆三塘湖盆地实现了火山地层的层、韵律、期次、亚旋回和旋回的对比^[14]，在此基础上也开展了岩性、岩相、冷却单元、火山机构等地层对比研究^[15]，在一定程度上推动了盆地火山岩油气勘探。但在火山岩油气藏勘探开发过程中出现预探井、评价井、水平井目的层段的储层符合率低的问题，在储层层数、厚度和分布部位等方面与预计相距甚远，在密井网开发时500 m的井距依然不能全面有效地预测储层和油气层的分布。造成这种局面的根本原因是火山地层单位认识不清、刻画精度不够和基本地层单位的储层分布规律不清晰，导致对火山地层的储层分布规律认识不全面，阻碍了对储层和油气层分布规律的正确认识，亟需理清盆地火山地层单位和提高火山地层单位刻画精度。

本文从火山地层的成因入手，结合现代火山喷发记录，采用“将今论古”的方式，分析火山地层的时间和空间属性，据此进行地层单位的厘定，明确地层单位的类型和特征，并探讨火山地层格架建立的要点，以期为建立合理火山地层格架提供理论依据。同时，希望本文能起到抛砖引玉的作用，引起对火山地层特殊成因研究的重视。

1 火山地层时空属性

从现代火山地层建造来看，火山地层特殊成因有如下三点。

1.1 火山地层具有建造短暂和剥蚀长久的时间属性

从赫克拉火山、伊拉苏火山、波波卡特佩特火山、圣托里尼火山、乌尔卡诺火山和维苏威火山近1 000 a的喷发记录来看，各火山的喷发时间在时间轴上只是零星的点、分布不均一，也表现出在某一段时间内相对集中喷发、其他时间段内零星喷发的特点^[16-21](图 1a)。再如，据史料记载五大连池老黑山建造时间是从1720-01-14—1721-04-07，只经历了15个月的时间，期间存在多次暂停^[18]，与下伏笔架山火山之间存在数万年至数十万年的间歇^[22-24]。从统计到的3 301次火山喷发持续时间来看，约占70%的火山喷发只能持续6个月；从252次火山的喷发初期到喷发高峰期所用的时间来看，约42%小于1 d、63%小于1月、84%小于1 a、仅3%的火山超过20 a^[25]。所以火山地层的建造时间在地质历史时期中只能是一些离散的点，也可以说占99.9%的时间均是在接受改造，在改造期间可形成再搬运火山沉积地层或沉积地层。该特征表明在火山地层中只要能发现火山喷发间歇的证据，其间断时间就可能达到数百年至数百万年；如果没能发现喷发间断的证据，整套地层形成的时间多数情况可能小于数年。

1.2 火山地层空间属性受火山喷发方式和古地形约束

从35次现代火山喷发来看，单次喷发量的平均值为100×10⁶ m^3[26-27] (图 1b)，与长江年输沙量相当，其中最大值是Los Amoles火山的650×10⁶ m³。如果大量的喷发物分散堆积在数平方千米的范围内，必将形成厚达数百米的地层。火山建造时间虽短暂，单次喷发的产物内部应该不会出现大规模的间断面，但单次喷发可具有多样的喷发方式和多样的就位环境、形成的火山地层内部可具有复杂的岩石组构和叠置关系。中心式喷发则形成丘状或盾状火山、裂隙式喷发则形成席状或盾状火山、侵出式喷发则形成穹窿状火山，就位于地势平坦区则形成圆形或椭圆形的平面形状、就位于沟谷区则形成线状或舌状的平面形态。五大连池老黑山火山为中心式喷溢式火山，形成了大面积的熔岩流，在火山锥边缘还发育火山碎屑堆积，其火山锥部位最厚达数百米，火山的直径可达数千米；据史料^[28]记载熔浆分别向南、向北、向西和向东喷出形成数个熔岩流单元且相互叠置形成老黑山火山，但各熔岩流之间缺少明显的间断面，其界面线并不清晰。再如，伊通火山群的西尖山为侵出式火山，其出露厚度达到100 m、横向延伸仅有200 m，发育规则柱状节理。

1.3 火山地层产状变化规律与喷出口关系密切

沿同一喷出口的熔岩流、热碎屑流和基浪等单元，可具有连续变化和协调的产状；丘状、锥状和盾状火山的产状均沿喷出口向四周倾斜，各个方向地层倾角和堆积体坡度角由喷出口向远端均变小^[29]。从五大连池火山群来看，一次相对集中的喷发活动可形成一个火山，火山内部的地层产状具有连续的变化；随后火山喷发中心发生迁移，后一次相对集中的喷发形成一个新的火山，该火山内部的地层产状也具有连续的变化；如老黑山与火烧山之间的地层产状不具可比性；多数情况下，火山喷发中心的迁移需要经历数万年的时间，少数情况下可能只需要短暂的数月；并且多数情况下同一喷发口形成的地质体产状可对比，时间和空间属性可以达到统一。所以，在火山地层研究时需重视其时间属性和空间属性对地层单位的约束。

2 火山地层单位厘定

火山地层刻画是露头区和盆地火山岩研究的重要基础，其中地层单位的厘定是首先需要解决的关键问题。目前常用火山地层单位有近20个，此外还有一些具有时间和空间两方面含义的术语，如旋回、期、幕、阶段和脉冲等，与常用的地层单位术语具有一定的对应关系(图 2)。在文献中地层单位时间和空间属性可查到明确定义的有13种，分别是岩套、杂岩体、层序、序列、火山机构、群、组、段、层、熔岩流动单元、火山碎屑流单元、冷却单元和单元，下面详细叙述。

2.1 目前使用的火山地层单位术语和时空属性

岩套(suite)，文献中时间跨度通常达到数百万年至数十百万年，厚度可达到数百米至数千米，岩性既有侵入岩，又有喷出岩，化学成分多样^[30-31]，它是在时间、空间和起源上均具有亲缘关系的同源岩浆活动的产物^[32]。杂岩体/复合体(complex)，通常文献中时间跨度为数十万年至数百万年，厚度为数百米至数千米^[33-34]，在成因上彼此密切联系，岩石化学、地球化学和矿物成分上具有某些共性，并隶属于一定的地质构造环境^[35]。层序(sequence)，通常文献中时间跨度为数十万年至数百万年，厚度为数十米至数百米，根据不整合界面在大范围追踪^[36]。序列(succession)，通常用在爆发式火山形成的地层，时间跨度在数千年至数万年，厚度在数十米至数百米^[37-38]。火山机构(volcanic edifices)，文献显示其形成时间多数为数千年至数百万年，厚度可以是从数百米至2 km^{[21-22, 39]}。群(group)，文献显示其时间跨度为数百万年，厚度为数百米至数千米，岩性可多样^{[34, 39]}。组(formation)，文献显示其时间跨度为数百万年，厚度为数百米至5 km^{[31, 40]}。段(member)，文献显示其时间跨度为1 Ma至数百万年，厚度为数米至数百米^[40-41]。层(bed)，文献显示其时间跨度为数分钟至数年，厚度为数厘米至数十厘米^[42-43]，岩石化学成分较为单一。熔岩流动单元(lava flow-unit)，时间跨度为数小时至121 a，厚度为0.1至100 m，岩石化学成分较为单一^{[22, 44]}。热碎屑流单元(pyroclastic unit)，时间跨度范围为数分钟至数天，厚度数米至200 m^{[36, 45]}。冷却单元(cooling unit)，其时间和空间特征与流动单元和碎屑流单元的特征相似^[49]。单元(unit)，文献中时间跨度为1 a至数百万年，厚度为数厘米至数百米^[46-48]，可见单元的时间和空间属性宽泛，可与上述的多个地层单位对应。

从地层单位的时间和空间属性来看，上述地层单位中存在同名不同意或同意不同名的情况，主要原因是地层单位划分的依据不统一，所以需要厘定火山地层单位和选用合适的名称。

2.2 火山地层单位厘定

火山地层单位的厘定应该关注火山地层的特殊成因，即时间属性、空间属性和产状三方面。时间属性可借助于地层界面来限定，如构造不整合、喷发间断不整合、喷发不整合/喷发整合^[50-51]；空间属性可借助于地层单元的几何外形、岩性组合来限定；产状可以通过测量得到。

构造不整合往往体现了火山经数百万年间断后又重新频繁活动，在间歇期火山地层经受差异块断或剥蚀，使新老火山地层间形成厚达数百米的沉积或大型风化壳，界面上下火山地层的平均产状显著不协调，所以时间和产状两要素在该界面约束下是统一的；往往通过沉积岩夹层的厚度和分布范围的大小划分出火山地层的群、组或段，这在地质填图、地层对比研究和盆地火山地层勘探中得到了广泛的推广。考虑到目前地层单位使用的习惯，可选用术语“群”、“组”和“段”，目前这些级别的地层单位还有杂岩体、层序和岩套等。

喷发间断不整合往往体现了火山喷发经过数十年至数十万年的间断后，火山再次活动形成的地层与下伏火山地层之间的界面。对比五大连池火山可知，该界面围限下的地质体间的产状多数是协调的，沿着喷发中心向四周倾斜、喷发中心地层倾角最大向边缘区逐渐减少；这与地质填图中用的火山机构^[52]和岩性段^[5]概念一致。考虑到使用习惯和火山地层的特殊性，选用术语“火山机构”；目前使用的术语中还有杂岩体、层序(sequence)、序列(succession)、亚群(subgroup)、超层序(supsequence)、期(episode、stage)、段、相组(facies group)、旋回等与之相似。

喷发不整合和喷发整合体现了相对连续的火山喷发过程形成的地质体之间的接触关系，该两类界面约束下的地质体具有产状连续变化、岩石化学成分相似的特征。该划分方法在海南同安岭—牛腊岭火山地层研究中得到实现^[53]。考虑到使用习惯和火山地层的特殊性，选用术语“堆积单元”；该类地层单位的术语还有冷却单元、喷发单元、组、单元、火山机构、阶段、段、亚段、亚组、期、期次、层序等。

此外，火山地层中常见丰富的组构类型，这些组构之间可能是界线分明，也可能是渐变过渡的。因可反映地层形成的空间序列或时间序列，在研究时应该加以区分，常用的单位有层、亚段、喷发脉冲和韵律等术语。如考虑与沉积岩的地层单位对应，可选用术语“层”。

3 火山地层单位特征

对于火山地层研究，已有丰富的研究成果。特别是盆地火山地层研究方面，在群-组-段的研究方面已形成了一套较为成熟的针对盆地尺度和局部构造尺度的地质-地球物理方法^[54-55]。但在段以下的地层单位中则存在研究精度不足的问题。本文以松辽盆地营城组为例，重点讨论段以下的地层单位，包括层、堆积单元和火山机构。

3.1 层

层(bed)是指一个依据独特的结构、构造或成分属性从连续地层中显著区分开的单位。在火山碎屑岩中划分的层可以定义为厚度大于1 cm的小层、厚度小于1 cm的薄层，在熔岩地层中层的厚度可超过百米。层要足够明显以便测量和描述。层的野外定义可能更为直接，是否发育内部构造，或有明显的层理面来约束界面(图 3)^{[36, 38]}。火山碎屑岩地层可根据颜色、化学成分、层理、流动构造、碎屑颗粒成分、形状和分选等特征来划分；熔岩地层可根据颜色、化学成分、结晶程度、气孔类构造、流纹构造、节理等原生组构来进行划分；再搬运碎屑堆积地层可根据颜色、层理、颗粒磨圆、颗粒成分、颗粒分选等来进行划分。在火山地层中可见8类组构(表 1)，本文主要描述了岩石组构方面的特征。

3.1.1 层理构造

粒序层理又称递变层理，为单层内由碎屑颗粒的粒度或密度渐进的垂向变化，可不具有任何纹层。当碎屑中不含浮岩时有如下5种类型：一是从层的底部到顶部粒度由粗逐渐变细者称正粒序(图 3a、图 4a)；二是从层的底部到顶部粒度由细逐渐变粗者称为逆粒序(图 3b、图 4b)；三是对称粒序，包括粒度从底部到顶部由细变粗再变细的对称粒序(图 3c、图 4c)和从底部到顶部由粗变细再变粗的对称粒序(图 3d)；四是从层的底部到顶部出现多个由粗到细正粒序组合，称为复合正粒序(图 3e、图 4d)，各个正粒序间不存在层界面或不清晰；五是从层的底部到顶部出现多个从细到粗的逆粒序组合，称为复合逆粒序(图 3f)，各个逆粒序间不存在层界面或不清晰。第四种和第五种粒序层理也可以称作为韵律层理。当碎屑中含有浮岩时出现2种密度粒序：一是岩屑正粒序、浮岩无粒序，多出现在陆上环境中(图 3g、图 4e)；二是岩屑正粒序、浮岩逆粒序，多出现在水下环境中(图 3h)。

交错层理指在层的内部由一组倾斜的细层(前积层)与层面或层系界面相交，也可称为斜层理(图 4f)。根据层系的形状不同，还可划分为板状、楔状、槽状和波状交错层理；按厚度可分为小型、中型、大型和特大型交错层理。该类层理通常是爆发相热基浪亚相的标志^[56]。

波状层理指层内的细层成连续的波状或薄层的凝灰纹层和火山尘纹层。如细层不连续，称为断续的波状层理。该类层理通常是爆发相热基浪亚相的标志。

平行层理主要指细层平直且与层面平行，细层可连续或断续，细层为0.1~n mm，通常出现在较粗的凝灰岩或沉凝灰岩中(图 4g)，同时还反映火山岩就位时地势平坦。该类层理通常是爆发相热基浪亚相和火山沉积相再搬运亚相的标志。

水平层理指细层平直且与层面平行，细层可连续或断续，细层约0.1~n mm，通常出现在较细(火山尘)的凝灰岩或沉凝灰岩中(图 4h)，同时还反映火山岩就位时地势平坦。该类层理通常是爆发相热基浪亚相或空落亚相和火山沉积相再搬运火山碎屑亚相、凝灰岩夹煤亚相的标志。

定向层理指由孤立的碎屑呈线状分布或在无构造的层内有碎屑成带分布，通常是一些板状、片状的碎屑定向，最大扁平面与层面平行或近似平行(图 4i)，区分于块状构造。《地球科学大辞典》^[35]中也称作为流动构造。该类层理通常是爆发相热碎屑流亚相和火山沉积相再搬运亚相的标志。

3.1.2 块状构造

在火山岩中块状构造指层内物质均匀、组分和结构上无差异，不显细层构造和层理(图 4j)。块状构造通常发育在厚层的熔岩流、热碎屑流、泥石流和火山通道中。在热碎屑流和泥石流地层中通常反映了快速堆积的特征，分选差，少数情况也可分选好，棱角状—次圆状。在熔岩中反映了熔浆流动缓慢、冷却时间长等特征，如流纹岩、英安岩、安山岩或粗面岩。露头区或钻井岩心中常见数米至数百米厚的致密块状熔岩。具有块状构造的熔岩多数为喷溢相下部亚相或火山通道相次火山岩亚相。

3.1.3 流纹构造

这是熔岩具有的典型构造，也是划分喷溢相中部亚相的标志。其特征是由不同颜色的矿物、玻璃质和气孔等在岩石中呈一定方向的流状排列。流纹构造是由熔岩流动造成的，它可以定性地反映熔岩流动的方向。常见于酸性或中酸性熔岩中。当流纹理与层面大致平行和流纹理之间大致平行时称为规则流纹构造(图 4k)，该类流纹构造形成时需要流速相同，多分布于熔岩流的中部，且熔浆流动地势坡度变化不大。目前发现常规流纹构造可以是低角度的，也可是高角度的。当流纹理与层面不平行、流纹理弯曲变形，可称为变形流纹构造(图 4l)。熔浆流动时由于冷却、与地面的摩擦或受地形地物的阻挡导致熔浆体某些部位的流速减慢，并与相邻部位存在速度差时，流纹理就会发生流变、褶曲，甚至倒转形成变形流纹构造，该类构造多分布于酸性熔岩流的底部或是在火山口附近。规则流纹构造可以反映地层叠覆关系，变形流纹构造可能难以理清其叠覆关系。

3.1.4 气孔类构造

这是熔岩具有的典型构造，也是划分喷溢相上部亚相的标志。常见的气孔类构造有气孔、杏仁和石泡构造等。均与岩浆喷发时的挥发分逸出和捕获有关，挥发分可以是岩浆自身来源，也可是外部来源，如地层水、地表水或大气降水。如果仅是挥发分充填时称作为气孔(图 4m)，气孔多分布于基性熔岩中，在酸性熔岩中也可发育，中性熔岩中较为少见。气孔的分布可以沿流纹理定向分布，也可以是离散状分布；可以是均匀分布，也可呈零星团块状分布；某些次火山岩、超浅成侵入岩可发育少量气孔构造。气孔的形态多是规则圆状、椭圆状、不规则圆状，偶见管状；直径范围为1 mm~n cm，管状气孔的长度可为1~30 cm。当气孔中充填次生矿物时称为杏仁构造(图 4n)；常见的充填物有沸石、冰洲石、玉髓和方解石等，可分为单成分充填和复成分充填2类^[57]。该类构造在基性熔岩中常见, 形状多为规则圆状—椭圆状，直径范围为1 mm~n cm，通常与气孔构造共生。如果在冷凝过程中气孔里熔浆体积缩小而产生具有空腔的多层同心构造，称为石泡构造(图 4o)；每一层常为放射状纤维钾长石或长英质组成；空腔内常被微细的次生石英、玉髓等矿物充填；该类构造常见于酸性熔岩中，如流纹岩中^[35]。

3.1.5 节理构造

火山地层发育丰富的节理，可划分为原生和次生两类。原生节理通常是由于熔浆冷却收缩而成，典型类型有柱状节理和环状节理；次生节理通常指火山口塌陷、后期岩浆活动和构造改造形成的节理，火山口塌陷可形成环状节理、后期岩浆活动可形成放射状节理、构造改造可形成多组规则的节理。对于地层单位来讲，原生节理具有指示地层划分的意义；而次生节理的形成有一定的规律，多数情况下是穿切多个地层单元，可能不具备地层单位划分的意义。本文主要介绍原生节理。

3.1.5.1 柱状节理

指由岩浆或熔岩流冷却收缩而成，柱体垂直于冷却面生长，柱状节理的理想状态为正六边形，野外常见不规则四边形-六边形。柱状节理的直径可以为n cm~1 m；柱状节理可是产状和横截面形态稳定的多边形柱体，称为规则柱状节理(图 4p)；也可是产状和横截面形态不稳定的多边形柱体，称作不规则柱状节理(图 4q)。通常规则柱状节理和不规则柱状节理为共生关系，二者的厚度比例常小于1:1。柱状节理在玄武岩、安山岩和流纹岩等熔岩中均可发育，同时某些次火山岩中也可发育。其形成的必要条件是熔浆体厚度大(短时间内喷出)、流动性差和冷却过程缓慢，在熔浆体中下部形成直径较大的规则柱状节理、中上部则形成直径相对小的不规则柱状节理。规则柱状节理熔岩通常可划分为喷溢相下部亚相或火山通道相次火山岩亚相；不规则柱状节理熔岩为喷溢相中部或上部亚相。

3.1.5.2 环状节理

由大致同心圆状的节理组合形成，原生的环状节理多出现在熔岩管道或火山通道部位。由于熔浆在等体积条件下冷却，沿冷却中心产生节理，但多数情况下呈不对称状(图 4r)。在火山通道中形成的环状节理，节理面近似垂直于地面；在熔岩管道中环状节理面与地面近平行，管道中孔隙较大，岩石容易发生坍塌而难以识别^[58]。

3.1.6 结晶程度的结构

火山地层中常见的结晶程度的结构有玻璃质、隐晶质、显晶质、斑状和似斑状结构。玻璃质结构通常由于熔浆喷出地表快速冷却，以致在熔浆表层中的原子或离子来不及组合形成规则排列的结晶物质而形成，通常是侵出相(内带、中带和外带亚相)的标志(图 4s)。玻璃质结构由于稳定性较差，在暴露时极易遭受侵蚀而难以保存；随熔岩埋深增大时，也容易发生重结晶或受地层水的溶蚀，难以保存玻璃质结构。

当喷出地表的熔浆厚度大时，表层快速冷却形成玻璃质结构，内部具有较长冷却时间可形成隐晶质和显晶质结构的熔岩；内部和表层结晶程度差异与熔浆厚度成非线性正比。此外，如果岩浆在地下演化过程中可以结晶出一些斑晶，如斜长石、碱性长石或石英等，当喷出地表时则可形成斑状结构。再者，在火山通道和侵入方式活动区域可形成似斑状结构，属于火山通道相次火山岩亚相。所以结晶程度的结构可作为岩层划分的标志。

3.1.7 自碎角砾结构

关于自碎角砾结构有两类：一是自碎角砾是岩石在固结和形成的同期由于某些作用而形成的角砾^[34]，由自碎角砾构成的岩石就具有自碎角砾结构；二是在我国福建中生代火山岩中常见具有斑晶或粗大碎屑遭受机械作用而角砾化，单个碎屑无明显位移现象，称为自碎结构^[35]。二者具有一定的相似性，本文的论述主要指前一种类型。

3.1.8 枕状构造

枕状构造指外形多似枕状的浑圆椭球体，其表层为玻璃质，内部有放射状构造。其是熔浆在水下迅速冷却凝结而成，而在后到的熔浆流来时，先到的熔浆已凝结成球，于是一个压一个，相叠在一起而形成的一种构造。球枕之间可夹沉积物，如软泥、灰质软泥和灰岩碎屑；沉积物成岩为泥岩、灰质泥岩和碎屑灰岩(图 4t)。

3.2 堆积单元

堆积单元通常指沿同一喷出口的一次连续喷发而形成的火山堆积体或火山碎屑物经同一次再搬运而形成的堆积体，根据喷发方式和就位环境可划分为熔岩流、火山碎屑流和再搬运火山碎屑流3类。

3.2.1 熔岩流堆积单元

熔岩流堆积单元指从同一个喷出口(中心式或裂隙式均可)一次连续(宁静)喷发的熔浆形成的堆积体，通常冷凝固结成岩，岩石组构和地层产状呈连续变化，围限界面主要是喷发不整合或喷发整合。如果按岩石成分也可划分为基性、中性和酸性熔岩流；按形态可划分为席状、板状、盾状、丘状、穹窿状等；按喷发环境可划分为水上和水下喷发；按叠置关系可划分为简单熔岩流和辫状熔岩流(表 2，图 5、6)，以片状熔岩有序叠置为主时为简单熔岩流、以垛叶状熔岩交错无序叠置为主时为辫状熔岩流^[58-60]。

水上喷发的基性熔浆流动性较好，容易形成席状-板状外形(图 5a)，内部叠置关系可见片状熔岩有序叠置的薄层状简单熔岩流(图 5b、c、f)和由垛叶状熔岩交错无序叠置的辫状熔岩流(图 5d、e、g)；二者在火山口-近火山口区域以块片状熔岩为主，具有玻璃质结构-上部气孔构造-柱状节理/块状构造-下部似斑状结构的组构序列；简单熔岩流的近源区域以片状熔岩为主、远源区域以垛叶状熔岩为主，均具有玻璃质结构-上部气孔构造-中部块状构造-下部管状气孔构造-玻璃质结构的组构序列；辫状熔岩流的近源区和远源区均以垛叶状熔岩为主，具有玻璃质结构-上部密集圆形/椭圆形气孔构造-中部流纹构造/稀疏圆形气孔构造-下部变形流纹构造-玻璃质结构的组构序列^[60]；每个单层中也可出现多种组构。中酸性熔岩流动性差，容易形成丘形-穹窿外形^[59]，内部结构多为简单熔岩流(厚层)(图 6a、b、c)，少数为辫状熔岩流；在火山口-近火山口区域具有玻璃质结构/自碎角砾构造-不规则柱状节理-规则柱状节理/似斑状结构的组构序列；近源区域具有玻璃质结构-上部气孔构造-流纹构造/块状构造-下部变形流纹构造-玻璃质结构的组构序列(图 6b、d)；远源区域为自碎角砾结构(表 2)。部分熔岩流经过下伏湿软区域时，可形成下部气孔构造^[61]，在五大连池火烧山区域还形成了喷气锥^[62]。

水下喷发的熔岩流通常形成穹窿状，并由玻璃质熔岩或枕状熔岩垛叶体堆砌而成，枕状熔岩垛叶体可形成中空构造，熔岩流外表面可形成陡峭壁，在熔岩流的底部和前缘部位可夹带下伏沉积物^[63]。松辽盆地火山地层中发育玻璃质熔岩流，如营一D1井的黑曜岩-松脂岩-珍珠岩-松脂岩-黑曜岩^[64]，此外露头区营城组还见大型珍珠岩穹窿^[65]。辽河盆地的火山岩中常见泥岩-玻璃质熔岩/泥岩混合层-厚层玻璃质熔岩的序列^[66]，应该就是水下喷发的特征。

3.2.2 火山碎屑流堆积单元

火山碎屑流堆积单元指从同一个喷出口的一次连续(猛烈)喷发形成的火山碎屑密度流堆积体，通过冷凝固结或压实胶结成岩，岩石组构和地层产状呈连续变化。火山碎屑密度流(pyroclastic density current)，是火山碎屑和气体/水的混和物受重力控制而发生侧向移动。碎屑堆积单元围限界面主要是喷发不整合或喷发整合界面。如果按岩石成分可划分为基性、中性和酸性碎屑堆积单元；按喷发和就位环境也可划分为水上喷发水上就位、水上喷发水下就位和水下喷发水下就位3种。

陆上火山碎屑按搬运方式可以分为热碎屑流(pyroclastic flow)、(热)基浪(base surge)和空落(block or ash fall) 3种(表 3)。热碎屑流多为高含量碎屑分散物质和动能的火山碎屑密度流。在火山口-近火山口为块状熔结集块岩/角砾岩/凝灰岩，横截面表现为纵横比大的丘状^{[36, 59]}(图 7a、b、c)；近源地区为交错层理发育或流动构造发育的熔结角砾岩/凝灰岩，横截面表现为纵横比中等的丘状-板状(图 7a、b、d)；远源区为平行层理发育的(熔结)凝灰岩，横截面表现为纵横比小的板状-席状(图 7a、b、e)。(热)基浪是一种碎屑密度流，碎屑物和动量是通过稀释的高度紊流状悬浮颗粒而广泛分散形成；横向上存在4个相带，爆发角砾岩带-紊流的波状层理相带(turbulent waveform facies)-紊流/层流的块状相带(turbulo-laminar massive facies)-层流的层状相带^{[36, 60]}(图 8a、b)。火山口-近火山口区域的爆发角砾岩有数十米厚，可存在粒序层理，紊流的波状相带厚度有数十米，可发育短波长波状层理、长波长波状层理、对称波状层理、逆行沙波层理、花弧状波状层理、流槽构造、交错层理，底部可能发育几厘米厚的空落火山灰(图 8c、d)；近源区域的紊流/层流块状相带有数米厚，可发育流动构造、平行层理、交错层理、粒序层理，底部可能发育几厘米厚的空落火山灰(图 8e)；远源区域的层流层状相带有数米厚，可发育平行层理、水平层理和粒序层理，底部通常发育几厘米厚的空落火山灰(图 8f)。空落单元也是一种密度流，碎屑通过高密度的大颗粒抛射或稀释的悬浮的微颗粒紊流-层流而广泛分散形成。火山口-近火山口附近通常形成弹道状坠石，颗粒分选差，几乎无磨圆，多呈块状构造，纵横比大；近源区域出现碎屑颗粒逐渐变小的特征，岩性多为(熔结)集块岩/角砾岩/凝灰岩；远源区域形成披覆状极细粒凝灰岩，分布范围较广；平面形态受风速的影响，无风或风速小时形成圆状、风速大时形成扇状^{[36, 59]}。火山灰空落由于厚度较小、松散和稳定性差，不易保存在火山地层区，火山地层空间属性呈现度不高，但在沉积地层中往往保存较好，可作为地层对比的标志层和年代的重要证据^[67]。

水上喷发水下就位火山碎屑堆积单元可参照在岛弧地区形成的火山碎屑裙(volcaniclastic apron)，火山喷发形成的火山碎屑流先在空气介质中搬运，后入水变为水介质搬运分散，在弧后盆地形成的火山碎屑物楔形堆积体^[68]，其相带和岩性见表 3。火山碎屑物在水中形成密度流(岩屑流、颗粒流和浊流)，形成的堆积单元外形特征、内部结构与火山泥石流相似。

水下喷发水下就位的火山碎屑堆积单元通常是基浪堆积单元，形成于水-岩比高的喷发环境，以Surtseyan喷发最为典型^[69]；火山碎屑颗粒以凝灰和角砾为主，颗粒无磨圆或极差。其外形受地形与洋流流速的影响，地形平缓和洋流流速小时呈现出以喷发口为中心的圆形，地形坡度大或洋流流速大时呈现出以喷发口为中心的扇形；如果是在湖盆中，多数情况下不存在类似洋流的水流，外形主要受地形的控制；从下到上分别形成火山碎屑与沉积物混合层-硬皮角砾与玻璃质碎屑层，在喷出口边缘附近颗粒较粗、存在一些弹道状坠石、可发育斜层理等、分选差，近源位置颗粒变细、发育波状层理和平行层理等、分选中等，远源位置颗粒变为凝灰质、发育水平层理和平行层理、分选好。

3.2.3 再搬运火山碎屑流堆积单元

再搬运火山碎屑流堆积单元指火山(猛烈)喷发的产物经过再搬运作用而形成的地层单位，本文只讨论火山碎屑体积分数超过50%的再搬运堆积单元，包括火山泥石流和碎屑崩塌堆积单元2类(表 4)。

3.2.3.1 火山泥石流堆积单元

火山泥石流是印度尼西亚语术语，在国内还称为火山泥流^[35]。通常指起源于火山的岩屑流、过渡流或高含砂水流^[70]；与之相关的还有泥质水流和洪水流(比高含砂水流含有更少的沉积物含量)。虽然一些洪水流和泥质水流的起源与火山泥石流相关，但火山泥石流通常不包括二者。有许多学者利用火山泥石流来表示搬运过程和由此过程产生的堆积物，但更应该将该术语限定为搬运过程^[71]。本文将一次火山泥石流形成的地质体称为火山泥石流堆积单元。其成因可以是火山口为冰雪掩埋或蓄有水，在喷发时也可以因冰雪融化或湖水溢出而造成。泥石流堆积单元的分选极差—差，可划分为黏土体积分数少和黏土体积分数多两种：黏土体积分数少堆积单元的粒径为单峰态^[72]，黏土体积分数多堆积单元的粒径多为双峰态^[70]。含黏土少的泥石流堆积单元还可划分为河道相、冲积平原相、转换相、流出相和与泥石流相关的河流沉积相(图 9)。近源区域(河道相)发育粒序层理、逆粒序层理或对称粒序层理，碎屑颗粒特别粗(图 9a、b)；中部区域(冲积平原相)发育粒序层理、逆粒序层理或对称粒序层理，颗粒较粗(图 9c)；远源区域(转换相)发育逆粒序和定向层理，颗粒变细(图 9d)，远源区域(流出相)发育逆粒序层理、复合粒序层理和定向层理，颗粒进一步变细，厚度也变小(图 9e)。再向前推进就过渡为与火山相关的物质含量较高的河流沉积，发育多种层理(图 9f)。

3.2.3.2 碎屑崩塌堆积单元

碎屑崩塌是火山机构的一部分在水不饱和条件下发生大规模崩塌的产物^[73]，将一次崩塌形成的地质体称之为碎屑崩塌堆积单元。该类堆积物可划分为“块状”堆积相和“基质”堆积相2类^[74]。特征地形表现为源区为大围谷和堆积区的丘形地形，丘形地形通常是因为直径特别大的碎屑颗粒突出而形成(图 10a、b)。近源区域以块状堆积相为主，通常为透镜状、具有天然堤，颗粒支撑，块状碎屑可以达到数米或更大，发育丰富的裂缝(图 10c)；远源区域以基质堆积相为主，通常为席状-板状、具有边缘悬崖，基质支撑，颗粒变小，内部发育丰富的裂缝，形成小幅度的丘形地形(图 10d)。崩塌堆积单元的延伸范围与崩塌物的源区相对海拔呈正相关^[74]。

碎屑崩塌的成因多是火山活动导致，如有岩浆上侵、火山地震导致先期形成的地质体稳定状态遭受破坏发生位移。如果是多期崩塌形成的地质体，下伏碎屑崩塌堆积单元的顶面出现的侵蚀面有助于识别单元界面，但单元间出现混合堆积部分时则不利于识别单元的界面。碎屑崩塌单元的顶部可出现植物和古土壤等，所以其围限界面可以是喷发间断不整合。

3.3 火山机构

《地球科学大辞典》^[35]将火山机构定义为火山作用的各种产物的总体组合，包括地面上的火山锥和岩浆在地下穿插形成的火山通道。考虑到地层产状变化规律与地层单元统一时，将火山机构定义为同一个主喷发口喷发的火山产物叠置而成的火山体或火山筑积物^{[29, 39]}，其时间跨度可从数月至数十万年。火山地层产状从喷发中心向边缘过渡时地层倾角逐渐变缓，按地层产状特征火山机构通常可划分为3个相带：火山口-近火山口相带(中心相带)、近源相带(中部相带)和远源相带^[75-76]，各相带具有特定的岩性组合特征；火山机构主要由大型的喷发间断不整合界面围限，内部可存在小型(喷发)间断面。火山机构按岩石构成比例可划分为熔岩、复合和碎屑型火山机构；按岩石化学成分可划分为基性、中性和酸性火山机构；按地层结构则可划分为似层状(图 11)、层状和块状火山机构；按照外形可划分为盾状、丘状、锥状和穹窿状等火山机构。

火山机构类型按岩石结构划分主要是依据熔岩流或碎屑流堆积单元的比例。如松辽盆地将熔岩流堆积单元体积分数超过70%的归为熔岩火山机构，碎屑流堆积单元体积分数超过70%的归为碎屑火山机构，其他的可称作为复合火山机构(表 5)。按岩石化学成分划分的火山机构类型，主要依据占优势体积岩石的SiO₂质量分数，45%~52%为基性火山机构、52%~63%为中性火山机构、>63%为酸性火山机构，有必要时还可细分出各种过渡类型，如增加中-酸性和中-基性火山机构类型。

火山机构类型按照外形可划分为盾状、丘状、穹窿状火山机构等。盾形火山机构指外形似盾牌盖地的火山机构，无明显的火山锥或火山锥体积占火山机构比例较小。具有较小的纵横比，坡度小(一般不超过10°)，表面比较平整，横向延伸可达数十至数百公里。通常是基性火山机构，可由简单和辫状熔岩流构成。丘状火山机构指外形似丘形的火山机构，具有明显的火山锥，火山锥体积占火山机构比例较大。具有中等纵横比，坡度中等(10°~35°)，表面不平整，横向延伸可达数十公里，可是基性-酸性火山机构的任意类型；当由碎屑流和复合熔岩堆积单元叠置而成时规模较大，当由碎屑流堆积单元构成时规模较小。穹窿状火山机构指外形似钟形的火山机构，平面上具有较小的长宽比( < 1.5:1)，纵向上具有较大的纵横比，边缘部分坡度较大，中心部位坡度较小，表面较平整，横向延伸可达数公里。通常是中性或中酸性火山机构。可以有两种成因：一是极黏稠熔浆侵出堵塞在火山通道附近聚集膨胀形成，主要由(厚层)简单熔岩流堆积单元构成；二是水下喷发熔浆快速冷却堆积在火山通道附近而成，主要由辫状熔岩(枕状熔岩流)堆积单元构成。锥状火山机构是指外形似圆锥状的火山机构，平面上具有较小的长宽比( < 1.5:1)，纵向上具有较大的纵横比，边缘部分坡度较大，中心部位坡度较小，表面较平整，横向延伸可能只有数百米至数千米。

火山机构类型按地层结构(stratigraphic texture)可划分为层状、似层状和块状3类^[77]。地层结构又称地层堆积型式(stratigraphic stacking pattern)，是地层序列内岩层的叠覆与堆积型式，通常指相当于或略小于一个体系域的地层间隔内岩层的纵、横向总体(或优势)堆积方式^[35]；按地层结构划分火山机构类型，主要是根据堆积单元的叠置关系。层状火山机构具有如下特征：① 熔岩流或碎屑流堆积单元呈席状或板状，原始产状多为水平或近水平；② 火山机构内部熔岩流或碎屑流堆积单元与火山机构顶底界面多为平行关系；③ 熔岩流或碎屑流堆积单元的厚度横向变化小；④ 熔岩流或碎屑流堆积单元同期/准同期改造较少；⑤ 纵横比小。似层状火山机构具有如下特征：① 熔岩流或碎屑流堆积单元呈席状、板状、楔状、波状、丘状或透镜状等，底部岩层多为水平或近水平, 向上过渡为斜立；② 火山机构内部熔岩流或碎屑流堆积单元与机构顶底界面多为斜交关系；③ 熔岩流或碎屑流堆积单元的厚度在喷发中心厚, 向四周逐渐变薄(图 11)；④ 熔岩流或碎屑流堆积单元在喷发中心通常经受同期/准同期改造；⑤ 纵横比中等。块状火山机构具有如下特征：① 熔岩流或碎屑流堆积单元呈丘状、透镜状或穹窿状等；② 熔岩流或碎屑流内部结构构造单一，难以分层和确定产状；③ 熔岩流或碎屑流单元的厚度在喷发中心厚，向四周突然终止；④ 熔岩流或碎屑流在喷发中心通常经受同期/准同期改造；⑤ 纵横比大。

如果按上述组合则可形成种类繁多的火山机构。在对火山地层研究时应该根据研究需要和所能获取的资料来选用相关的分类方案。对于盆地火山地层的研究，可借助钻井资料和地震资料，钻井资料可对火山地层序列方面进行精细解剖，地震资料可对火山地层结构进行全面解剖，如果具有高分辨率地震资料还能进行结构精细解剖。所以盆地火山地层的火山机构刻画应该注重岩石序列和地层结构两方面(表 5)。

4 讨论 4.1 火山地层格架特征

从现代火山建造特征来看，喷发历史记录表明火山地层在年代格架上只是一些零星的点；这也表明只要区分开火山地层单位，对于火山地层的刻画在时间方面就是具有高精度的特征。但对于缺少喷发历史记录的古火山或盆地埋藏火山地层来讲，由于样品获取和测试精度的限制，难以做到精确恢复各火山地层单位的年代，想要建立绝对地质年代格架对于古火山和盆地埋藏火山地层来讲具有非常大的难度；此外，盆地勘探和开发积累的钻井和高精度地震资料为火山地层单位的叠置关系刻画提供了资料支撑，有利于建立火山地层相对地质年代格架；突出空间属性的相对地质年代格架也有利于火山岩油气藏的精细解剖。所以在盆地火山地层格架建立时应该突出空间属性，建立其相对地质年代格架可能更有必要。按照目前地震资料的精度，多数情况下可以实现火山机构级次的地层格架刻画；如果要进一步划分到堆积单元，还需要在密井网的控制下才能完成^[78-79]。

4.2 火山地层埋藏史特征

火山地层建造具有时间短和堆积快速的特征，在短短的数天至1年的时间内火山喷发中心厚度可达数百米，甚至上千米。如此厚的地层形成后，不管其就位环境是陆上还是水下，都可形成火山高地而遭受剥蚀。钻井和地震资料^[80]揭示，松辽盆地王府断陷部分火石岭组粗安质火山地层从形成到上覆地层形成前的遭受剥蚀时间可达20 Ma；远离喷发中心的火山地层由于是形成相对低的地形，其势能较低、剥蚀速度也较喷发中心低，此外由于可接受喷发中心剥蚀物的堆积，也免受强烈剥蚀。所以火山地层的喷发中心与远离喷发中心的地层埋藏史存在显著的差别。此外，火山地层中由于存在冷凝固结成岩的情况，如熔岩流和热碎屑流堆积单元具有较强的抗压能力，在岩石未破裂之前随压力增加岩石的压缩率小，相比于沉积物的压实率，在一定埋深范围内可视为厚度不变。但基浪、空落和再搬运火山碎屑堆积单元在埋藏史恢复时需要考虑地层压实量的影响。图 12展示了火山地层的埋藏特征，在火山喷发中心埋藏史曲线具有锯齿状模式(图 12a)，远离喷发中心处具有台阶状模式(图 12b)，这与沉积岩的斜坡状模式具有一定的差别。火山地层的埋藏史分析需要根据火山机构单元进行研究。火山地层埋藏史的分析过程中喷发间断不整合界面的确定是重要基础。

4.3 基于地层单位的储层分布规律重新认识

图 13a是基于密井网和地震资料进行地层单位解译的结果。松辽盆地庆深气田火山岩属于营城组一段，以流纹质碎屑熔岩和流纹岩为主。根据地层界面、地层产状将营城组一段火山地层细分出6个火山机构、13个堆积单元(7个火山碎屑流和6个熔岩流堆积单元)。其中VE-1、VE-5、VE-6为碎屑型火山机构，主要由热碎屑流堆积单元构成；VE-2为熔岩型火山机构，主要由熔岩流堆积单元构成；VE-3和VE-4为复合型火山机构，主要由透镜状热碎屑流堆积单元和熔岩流堆积单元叠置而成。

VE-1为块状结构、VE-2为层状结构、VE-3、4、5、6为似层状结构。从图 13b可知，块状结构的VE-1有利储层主要分布在顶部，具有层状结构的VE-2有利储层主要分布在上部，具有似层结构的VE-3、4、5、6有利储层除在上部分布外，在中下部也有发育。造成不同结构火山机构的储层存在差别的原因是熔岩流堆积单元和火山碎屑流堆积单元的叠置方式的差异，块状和层状火山机构通常由厚层的单一熔流岩堆积单元或火山碎屑流堆积单元构成，只发育一层有利储层；而似层状结构火山机构通常由多个熔岩流堆积单元或火山碎屑流堆积单元构成，可发育多层有利储层。本区熔岩流堆积单元或火山碎屑流堆积单元的储层特征如下：相比较而言，该区熔岩流堆积单元储层物性好于火山碎屑流堆积单元；6个熔岩流堆积单元中有3个储层物性较好，有3个储层物性较差，熔岩流单元中多数为顶部储层物性好，中下部变差；7个碎屑流堆积单元中有3个储层物性中等，4个储层物性较差，各堆积单元物性较高的部分可分布在上部，也可分布在中部或下部。这可能与堆积单元的粒度、分选、熔结/胶结程度、埋深和次生改造程度等有关^[81]。

火山地层的储层分布研究应该基于堆积单元展开，如熔岩流、火山碎屑流和再搬运火山碎屑流堆积单元。在盆地中该部分研究只能在有丰富的钻井和高精度地震资料的开发阶段才能实施；在勘探阶段，尤其在早期阶段，多数情况还只能在地质模式的约束下开展相应预测。所以火山地层单位的确定、单元地质模式、单元地质-地震响应关系的研究就显得十分重要，这也是火山地层研究中需要解决的重要问题。

5 结论

1) 火山地层具有如下显著特征：建造短暂和剥蚀长久的时间属性，受喷发方式和古地形控制的空间属性，地层产状变化规律与喷出口相关。据此对火山地层单位进行了厘定，从小到大依次划分为层、堆积单元、火山机构、段、组和群。

2) 火山碎屑岩和再搬运火山碎屑地层可根据层理、流动构造、碎屑颗粒成分、形状、分选特征等来划分单位层；熔岩地层可根据结晶程度、气孔类构造、流纹构造、柱状节理、枕状构造等原生组构来进行划分单位层。

3) 堆积单元可划分为熔岩流、火山碎屑流和再搬运火山碎屑流堆积单元，均具有特征的叠置组合关系，岩石组构和地层产状具有连续变化的特征。

4) 火山机构由不同的成因单元叠置而成，叠置关系类型决定了火山机构的类型，同一火山机构内的熔岩流单元、碎屑流堆积单元、再搬运堆积单元的产状协调，不同火山机构间的熔岩流、火山碎屑流、再搬运火山碎屑流堆积单元产状不协调；同一喷出口的熔岩流、火山碎屑流、再搬运火山碎屑流堆积单元产状从喷发中心向边缘过渡时地层倾角逐渐变缓，围绕喷出口向四周倾斜。