地质论文发表:《对不同蚀变程度珍珠岩作为储层储集性好坏进行讨论》
摘要:九台营城煤矿区珍珠岩类型多样、种类繁多:按珍珠岩成分和组构可分为强蚀变珍珠岩、流纹构造珍珠岩、流纹构造与珍珠构造互层珍珠岩、含斑晶珍珠岩和硅化珍珠岩;根据珍珠岩蚀变阶段和蚀变产物又可分为未蚀变(正常)珍珠岩、弱蒙脱石化珍珠岩、强蒙脱石化珍珠岩和硅化-蒙脱石化珍珠岩。本区珍珠岩为熔岩喷出地表后,直接进入水中,发生塑状玻璃的水化作用冷凝固结形成。其蚀变过程是在碱性水介质参与下完成的。本区珍珠岩具有随蚀变程度加强而储集性能大大降低的特征。
关键词:九台营城煤矿;营城组;珍珠岩;成因分析;蚀变机理
前言
珍珠岩是一种酸性玻璃质火山熔岩,属酸性岩浆铝过饱和系列[1,2],具有珍珠裂隙结构的玻璃体[3]。其中含不等量透长石、石英斑晶、微晶和各种形态的雏晶以及隐晶质矿物[4]。
我国从中生代的侏罗纪、白垩纪直到第三纪以来,由于造山运动,各类岩浆喷出比较频繁,为珍珠岩生成创造了有利条件。近年来,珍珠岩以其质轻、隔热、耐火、吸音等优异性能,被广泛应用于冶金、化工、电力、建材和国防工业的保温隔热材料,此外,在铸造、园艺、改良土壤、制作洗涤产品等方面也有应用[5,6]。吉林省九台营城煤矿区珍珠岩发育,珍珠岩蚀变形成的膨润土在本区已被开采,并取得了可观的经济效益,是国内著名的膨润土产地。前人在20世纪80年代对本区珍珠岩进行了综合评价[7]。作者通过对研究区内珍珠岩的野外实际观察和样品室内显微薄片的详细鉴定,对不同类型珍珠岩的矿物组成、物化性质进行分析,最后对不同类型珍珠岩形成条件、珍珠岩蚀变形成膨润土机理、珍珠岩的成因进行了分析,并对不同蚀变程度珍珠岩作为储层储集性好坏进行了讨论。
1．地质特征
研究区被第四系不同程度覆盖,仅人工采石场及冲沟里见到露头,但经钻探及山地工程揭露,确知本区出露火山岩为下白垩统营城组火山岩[8]。研究区邻近西拉木伦河板块拼接带,并夹持于北东向—北北东向的四平—哈尔滨断裂和佳木斯—伊通断裂以及北西向大安—扶余—其塔木、农安—九台断裂之间[9],因此本区受北北东向断裂和北西向断裂影响明显。岩浆活动以喷出酸性-中性岩石为主,根据王璞珺教授火山岩岩相的划分标准[10],岩石类型主要有喷溢相流纹岩、爆发相火山碎屑岩及火山碎屑熔岩和侵出相珍珠岩。另外局部还见有火山通道相的熔结角砾岩和角砾(集块)熔岩,该岩性出露极少。研究区膨润土发育,膨润土系含大量火山玻璃的酸性熔岩,如珍珠岩、球泡及球粒流纹岩和凝灰岩,经地表水、地下水及气水溶液,沿构造裂隙、节理裂隙及各种孔隙渗透,使得火山玻璃发生水解及蚀变形成。
2．珍珠岩特征
通过对九台营城煤矿区野外露头实地勘测,对采集样品室内详细显微鉴定可知,研究区珍珠岩类型多样、种类繁多。从颜色上可见白色、黄绿色、灰绿色、灰黑色和黑色。野外出露形状上有土状、砂砾状、角砾状和致密块状。根据珍珠岩野外特征及室内显微镜下观察,按珍珠岩成分及组构不同可分为:强蚀变珍珠岩、流纹构造珍珠岩、流纹构造与珍珠构造互层出现的珍珠岩和含斑晶珍珠岩及硅化珍珠岩。按蚀变程度不同可分为:未蚀变(正常)珍珠岩、弱蒙脱石化珍珠岩、强蒙脱石化珍珠岩、硅化-蒙脱石化珍珠岩。
2.1岩石学特征
强蚀变珍珠岩野外观察为白色、黄绿色,呈土状、砂砾状。珍珠岩已严重膨润土化,有少量未被蚀变的黄绿色珍珠岩散落在灰白色膨润土中。单偏光镜下观察呈棕黄色、浅褐色的玻璃质体,脱玻化严重,出现大量的沸石和蒙脱石。局部见有大量绿帘石、偶见黑云母。蒙脱石系火山玻璃脱玻化的产物,呈显微鳞片状集合体,沿珍珠裂纹开始蚀变,继而向整个珍珠岩扩展推进,连成一片,使珍珠球孤立分散在蒙脱石中。流纹构造珍珠岩野外观察为黄绿色、灰白色,呈致密块状,见清晰的流纹构造。镜下观察呈浅黄绿色透明玻璃质体,玻璃基质中珍珠构造发育,圆弧状裂开极为明显,珍珠构造和圆弧状裂开沿流纹理方向拉长,见有长石和石英斑晶,斑晶表面裂隙发育、形成斑晶炸裂纹。流纹构造发育,单偏光镜下珍珠岩表面见有流纹构造,玻璃基质中见大量针状、斑点状雏晶沿流纹构造方向分布,见少量黑云母和绿帘石。
流纹构造与珍珠构造互层出现的珍珠岩野外观察为黄绿色,致密块状。珍珠岩层中珍珠构造发育,环形珍珠裂隙彼此相套,圆弧状裂开发育,并且珍珠构造和圆弧状裂开沿流纹理拉长。流纹岩层中流纹构造发育,并无珍珠岩出现。显微镜下观察见有长石、石英斑晶,斑晶表面裂开,含有少量黑云母和不透明的磁铁矿颗粒。粘土矿化明显(图版c)。含斑晶珍珠岩野外观察为黑色、灰黑色,致密块状、角砾状。珍珠岩中见明显的斑晶。单偏光镜下观察呈浅黄色透明的玻璃质体,玻璃质中珍珠构造明显,环形珍珠裂隙彼此相套,圆弧状裂开发育,正交偏光下可见石英、长石斑晶,斑晶表面裂隙发育,石英自形晶港湾状熔蚀边发育。见大量黑云母出现,局部脱玻化重结晶作用强,大量蒙脱石出现,玻璃基质中出现针状、斑点状雏晶。
硅化珍珠岩野外观察为灰绿色,致密块状。珍珠裂隙中被硅质充填。单偏光镜下观察呈浅黄色透明的玻璃质体,正交偏光下可见石英、长石斑晶,玻璃质中珍珠构造明显,圆弧状裂开发育。见有大量因玻璃质脱玻化出现的隐晶石英,部分显微薄片中可见有已成脉状的石英条带。
2.2蚀变类型、特征、机理
本区珍珠岩具有极明显的蚀变分带现象。不同蚀变带以典型的蚀变矿物组合命名[5],依次为珍珠岩带(Ⅰ)、弱蒙脱石化带(Ⅱ)、强蒙脱石化带(Ⅲ)、硅化-蒙脱石化带(Ⅳ)。蚀变成矿的原岩为珍珠岩,随后期蚀变作用类型及强度的不同,岩石的矿物组合、结构构造及颜色也明显不同,特征的蚀变矿物类型及含量也不同。
因珍珠岩后期的蚀变作用类型、强度的差异,岩石类型分为:正常珍珠岩、弱蒙脱石化珍珠岩、膨润土、硅化-蒙脱石化珍珠岩。随着蚀变程度的加强,珍珠岩颜色由黑色变为白色,野外产出形态也由块状变为土状。矿物组合中火山玻璃含量越来越少,蒙脱石的含量越来越多,最后蒙脱石的体积分数达到80%。这些变化都与珍珠岩内的玻璃质经蒙脱石化、硅化作用脱玻为粘土矿物蒙脱石有关。本区珍珠岩蚀变类型以蒙脱石化、沸石化、硅化为主,蚀变类型及强度随蚀变带不同而存在差异。蒙脱石化主要发育在弱蒙脱石化带、强蒙脱石化带、硅化-蒙脱石化带中。蒙脱石系火山玻璃脱玻的产物,在扫描电镜下观察,蒙脱石集合体成薄厚不一的团块状,由小的鳞片状颗粒重叠堆积形成,颗粒周缘常为直角状、尖刺状和少量卷曲状。蒙脱石化作用首先沿珍珠裂隙发生,继而向整个珍珠岩扩展推进,最后连成一片。硅化可分为两期:早期以硅化作用为主,表现为大量玻屑脱玻;晚期的硅化作用则形成脉状或块状硅质填充物充填于岩石裂隙中。珍珠岩在低压下发生蚀变成矿作用。其形成机理是:
(1)相当厚度的酸性熔岩流溢出地表以后,在低压条件下发生冷凝分异作用。熔岩流外部成分在温度骤然下降时发生塑状玻璃的水化作用,再进一步冷凝固结,形成珍珠岩。而熔岩流内部成分由于不能及时冷却,在相对缓慢的冷却条件下形成流纹岩。
(2)熔岩流外部的作用有两种情况:其一,在岩流上部,水化的塑状玻璃在冷凝,流动过程中发生自碎,同时,低温、低压及地表水参与进一步水解蚀变,导致自碎的珍珠岩蒙脱石化;其二,在岩流底部,炽热熔岩流与碱性水体直接接触而发生“淬火”作用,同时水化的塑状玻璃更急剧地冷凝、固结,发生自碎,并沿本身的自碎裂隙作为热液渗透通道,在被岩流加热或煮沸的地下水作用下,“迅速”地被蚀变改造成膨润土。
3．成因分析
由于珍珠岩是酸性玻璃质火山熔岩,所以其岩浆粘度大,喷出地表后其内部含有大量气液成分无法逸出,与冷空气接触或直接进入水中,熔岩流体温度迅速下降,急剧凝固而形成具有珍珠裂隙结构的玻璃体。但因岩浆内所含矿物种类不同以及形成时的外部环境有所差异,使得形成不同类型的珍珠岩。
3.1含斑晶珍珠构造珍珠岩
珍珠岩在化学成分上与花岗岩、松脂岩等很相近,但由于生成条件的不同,其表现形态与上述岩石有所不同。酸性岩浆喷出地表后,在地表流动状态时的温度约800℃以上,因氧化还原作用放出一定热量,使其温度迅速上升;由于岩浆温度与地表温度相差悬殊,溢出岩浆温度迅速下降,引起体积收缩,形成具有特殊裂隙结构的玻璃质体。因热胀冷缩,玻璃质的熔片体被分割成圆形珍珠裂隙结构的集合体。岩浆喷出地表时,由于温度、压力的急剧变化,岩浆的结晶分异作用不能正常进行,在玻璃质中形成大量的雏晶,这些雏晶大部分沿流向呈定向排列。
3.2流纹构造珍珠岩和流纹构造与珍珠构造互层珍珠岩
一定厚度熔岩流溢出地表后,由于温度压力的改变发生分异作用。其表层岩浆由于温度压力的骤然变化,发生自碎,形成珍珠岩。而内部的熔岩由于冷却速度相对缓慢,在继续流动过程中发生不完全的自碎,从而保存了残余的流纹构造,即形成了具流纹构造的珍珠岩。随着熔岩流的不断溢出,新的熔岩覆盖先前溢出的熔岩,形成流纹构造与珍珠构造互层出现的珍珠岩。
3.3强蚀变珍珠岩
珍珠岩通过自碎和“淬火”作用使自身的裂隙更加发育,在碱性水介质条件下,K+,Na+,Fe2+大量带出,Ca2+, Al3+, Mg2+, Fe3+大量带入。Si则在蚀变作用初始阶段大量带入,随着蚀变强度的加强,又大量带出,从而变成蒙脱石。
4．珍珠岩储集物性分析
根据实测剖面及平面定点,结合区域构造拟定了本区火山岩岩性分布规律,确定了研究区内4个火山口位置。本区珍珠岩均在火山口附近发育。在储层物性上,侵出相内带亚相珍珠岩因为自身珍珠构造发育,并且在形成过程中水化的塑性玻璃发生自碎及“淬火”作用,使得珍珠岩在火山岩储层中一直作为Ⅰ类储集层[12]。本区未蚀变(正常)珍珠岩的平均孔隙度为5.53%。因珍珠岩主要成分是不稳定的酸性玻璃质,而且本
