四川盆地二疊系火成巖分布及含氣性

馬新華，徐春春，李國輝，應(yīng)丹琳，張本健，李亞，戴鑫，范毅，曾云賢

（1.中國石油西南油氣田公司，成都 610051；2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041；3.中國石油西南油氣田公司川西北礦區(qū)，四川江油 621709）

1 地質(zhì)勘探概況

發(fā)生于二疊紀(jì)的伸展構(gòu)造運動是一次影響廣泛的構(gòu)造運動，在中國西南地區(qū)以大規(guī)模基性、超基性巖漿噴發(fā)為標(biāo)志。四川盆地鉆遇上二疊統(tǒng)火成巖的井較多（95口井），大部分分布在盆地西南部（以下簡稱川西南）（55口井），盆地東部（以下簡稱川東）地區(qū)次之（35口井），在盆地中部（以下簡稱川中）地區(qū)的簡陽、磨溪、南充等地有少量井。早期研究認(rèn)為，四川盆地內(nèi)上二疊統(tǒng)火成巖僅分布在西南部和川東地區(qū)，前者為火山溢流相，后者為侵入相。

四川盆地上二疊統(tǒng)火成巖為基性侵入巖和噴出巖。其中，分布于川西南地區(qū)的火成巖主要為玄武巖，見少量火山碎屑巖，與下伏中二疊統(tǒng)茅口組（P22）和上覆上二疊統(tǒng)沙灣組（P32）之間均為假整合接觸，為晚二疊世早期基性巖漿活動產(chǎn)物[1-3]；川東地區(qū)主要為玄武巖，少量輝綠巖，夾于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P32）和茅口組之間；川中簡陽地區(qū)的火成巖巖性復(fù)雜，為輝綠巖、玄武巖和火山碎屑巖，與下伏茅口組假整合接觸，與上覆沙灣組假整合接觸。

在早期勘探中，盡管在火成巖中鉆井顯示較多，但未引起足夠重視，研究程度也較低。1992年在川西南地區(qū)針對中二疊統(tǒng)茅口組鉆探的ZG1井在上二疊統(tǒng)玄武巖測試獲氣，但隨后針對玄武巖鉆探的ZG2井未獲成功。2018年在簡陽地區(qū)鉆探Y(jié)T1井在火山碎屑巖中測試獲高產(chǎn)氣流，顯示四川盆地二疊系火成巖具有一定的油氣勘探潛力。本文針對近期火成巖的勘探成果和分析資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，重點對盆地西南部和川中簡陽地區(qū)上二疊統(tǒng)火成巖的分布特征及其含氣性進行探討（見圖1）。

圖1 研究區(qū)位置圖

2 火成巖特征

2.1 噴出巖

2.1.1 火山熔巖特征

火山熔巖由火山熔漿流在地表冷凝狀態(tài)下形成[4-5]，四川盆地上二疊統(tǒng)火山熔巖主要為玄武巖，分布于盆地西南部、川中簡陽地區(qū)、華鎣山及川東地區(qū)，以盆地西南部最發(fā)育，分布面積廣。

通過對盆地西南部上二疊統(tǒng)玄武巖分析，礦物成分主要為斜長石（含量為 35%～60%）、輝石（5%～10%）、綠泥石（12%～30%）、鈦鐵礦及磁鐵礦（5%～13%）、榍石（2%～10%）、方解石（2%～8%）、石英（2%～7%）、菱鐵礦（小于5%）、火山玻璃質(zhì)（20%～35%）?；瘜W(xué)成分主要為鐵鋁硅酸巖，SiO2含量為47.11%～48.42%，Al2O3為 13.69%～14.23%，F(xiàn)e2O3為13.57%～14.04%，CaO為6.95%～8.66%，MgO為4.04%～4.56%，Na2O為 1.67%～2.71%，K2O為1.10%～1.86%。

按巖石結(jié)構(gòu)分類，玄武巖可分為隱晶-微晶玄武巖、斑狀玄武巖、氣孔狀玄武巖、杏仁狀玄武巖（見圖2）。

圖2 四川盆地上二疊統(tǒng)火成巖巖類圖版

隱晶-微晶玄武巖指巖石中的礦物及組分分布較均勻，無定向性，也無氣孔、杏仁體及斑晶，具間隱結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，普遍發(fā)育柱狀節(jié)理。

斑狀玄武巖具斑狀結(jié)構(gòu)、填間結(jié)構(gòu)、間粒結(jié)構(gòu)。斑晶由多個斜長石晶簇組成聚斑，最大可達(dá)5 mm×13 mm，形態(tài)呈星散狀、放射狀、束狀、環(huán)帶狀等。晶間孔隙內(nèi)常見輝石、鈦鐵礦、磁鐵礦、榍石、橄欖石等粒狀礦物，亦見晶間充填玻璃質(zhì)或少許片狀礦物。

杏仁狀玄武巖指玄武巖中見杏仁體分布，杏仁體的形成系巖漿中易揮發(fā)物在冷凝過程中逃逸后形成氣孔[6]，后被硅質(zhì)（石英、葡萄石、玉髓）、綠泥石、沸石、菱鐵礦、方解石、瀝青等充填，蝕變普遍，形如杏仁，這類巖石稱杏仁狀玄武巖。在氣孔未被充填或弱充填則稱為氣孔狀玄武巖。氣孔（杏仁）多呈 1～3 mm圓或扁圓狀，有時因熔巖流動、擠壓、拉長、爆裂而呈蝌蚪狀。

2.1.2 火山碎屑巖特征

火山碎屑巖見于火山噴發(fā)機構(gòu)中，特別是中心爆發(fā)式火山機構(gòu)。四川盆地上二疊統(tǒng)火山碎屑巖主要分布于簡陽地區(qū)，在YT1井鉆遇131 m火山碎屑巖。川東及川西南地區(qū)火山碎屑巖不發(fā)育。

據(jù)YT1井上二疊統(tǒng)火山碎屑巖 35個巖心樣品分析，方解石含量最高，平均值為42.0%，最高95.5%；次為黏土礦物，平均含量為19.8%，最大值57.7%；再次為斜長石，平均值為15.5%，最大值41.4%。此外，常見礦物還有鉀長石（平均含量為3.7%）、石英（平均含量為9.6%）、方沸石（平均含量為 6.4%）等，部分樣品還見鐵白云石、白云石、黃鐵礦、剛玉等礦物。YT1井火山碎屑巖中黏土礦物和方解石是含量高的主要礦物，顯示火山碎屑巖次生蝕變強烈。地球化學(xué)分析表明，SiO2含量為 35.44%～52.84%，平均值為43.08%，Na2O+K2O含量為2.27%～8.36%，平均值為5.91%，在SiO2-（Na2O+K2O）關(guān)系圖版上屬堿性玄武巖，部分點落在拉斑玄武巖區(qū)內(nèi)（見圖3），可見YT1井玄武巖在化學(xué)成分上既具有堿性玄武巖特點，也具有拉斑玄武巖特點，屬偏堿性的過渡型玄武巖漿噴發(fā)。與康滇地區(qū)玄武巖相比有明顯的差異，與大陸裂谷堿性玄武巖和世界玄武巖平均值相比，SiO2含量偏低，而Na2O+K2O含量偏高[7-8]（見表1）。

圖3 二疊系火山巖SiO2-（Na2O+K2O）關(guān)系圖

火山碎屑巖中火山碎屑形態(tài)不規(guī)則，常呈刀刃狀、三角狀、港灣狀、樹枝狀及撕裂狀等。粒徑差異較大，大者可為集塊，小者可為晶屑。成分以火山熔巖冷凝的玄武巖為主。具角礫、斑雜、凝灰結(jié)構(gòu)。

表1 不同地區(qū)二疊系玄武巖化學(xué)成分含量對比表

此外，常見火山熔巖與火山碎屑巖之間的過渡性巖類，如凝灰質(zhì)熔巖、凝灰質(zhì)角礫巖等。

2.2 侵入巖

主要為輝綠巖，分布范圍相對較小，分布于川東地區(qū)部分鉆井中，如TD3井輝綠巖厚20 m，分布于龍?zhí)督M下部；川中簡陽地區(qū)YT1井見28 m厚的輝綠巖，分布于玄武巖及火山碎屑巖之下。主要礦物為普通輝石和基性斜長石，少量橄欖石、磁鐵礦。斜長石自形程度高于輝石，前者呈半自形-自形，輝石多呈他形晶，常見輝石包裹斜長石、橄欖石。

3 火成巖分布

基于鉆井、地震及露頭資料分析，四川盆地上二疊統(tǒng)火成巖平面上主要分布于 3個區(qū)域：盆地西南部為溢流相玄武巖，其噴溢中心為康滇地區(qū)深大斷裂帶[9]，表現(xiàn)為大面積玄武巖分布，盆地西南部玄武巖是其組成部分；盆地中西部的簡陽—三臺地區(qū)為中心式爆發(fā)相，既有侵入巖（輝綠巖），也有噴出相的火山熔巖（玄武巖）和火山碎屑巖；東部達(dá)州—梁平地區(qū)則僅為侵入和噴出巖相的輝綠巖和玄武巖（見圖4）。

火山活動及火成巖的分布受控于深大張性斷裂的活動時期及強度。二疊紀(jì)中國南方表現(xiàn)為伸展構(gòu)造環(huán)境[10]，在此背景下，斷開基底的深大張性斷裂活動使巖漿上涌并侵入沉積巖中或噴出地表，盆地內(nèi)火成巖分布與華鎣山、龍泉山斷裂帶的活動相關(guān)。

3.1 川西南地區(qū)

盆地西南部上二疊統(tǒng)玄武巖屬裂隙式大陸溢流相，厚度為0～400 m，底與中二疊統(tǒng)茅口組（P22m）不整合接觸，頂與上二疊統(tǒng)沙灣組（P32）不整合接觸。以玄武巖為主，局部見火山碎屑巖，未見輝綠巖。蒲江—青神—犍為—沐川—屏山一帶向盆內(nèi)開始分支變薄，累計厚度為50～150 m，尖滅線位于邛崍、鹽井溝、仁壽、威西、宜賓等地，并與龍?zhí)督M（P31）過渡（見圖5）。

圖4 四川盆地二疊系火成巖相分布圖

圖5 川西南地區(qū)上二疊統(tǒng)峨眉玄武巖組對比圖

該區(qū)火成巖分布具 3個特點：①厚度變化總體趨勢是由盆地邊緣向盆內(nèi)逐漸變薄，總體厚度變化不大，尚未發(fā)現(xiàn)異常厚或薄的地區(qū)；②從厚度小于150 m時開始分支變薄為2～7個小層，個別達(dá) 10個，但相對保持穩(wěn)定并延續(xù)較遠(yuǎn)的是靠近底部的玄武巖段；③盆地內(nèi)玄武巖厚度變化梯度為3.75%，相當(dāng)于坡度13′。

縱向上溢流相玄武巖噴發(fā)具有明顯的韻律性，單韻律層自下而上：火山碎屑巖（不發(fā)育）→深灰、灰色斑狀玄武巖（不穩(wěn)定）→深灰?guī)ё仙⒕?隱晶玄武巖→深灰綠色氣孔狀、杏仁狀玄武巖。單韻律層厚度10.5～41.1 m，最多可劃分10個噴溢韻律層。

3.2 川中簡陽—三臺地區(qū)

該區(qū)目前有2口井（YT1井、YS1井）鉆遇上二疊統(tǒng)火成巖，火成巖底與茅口組不整合接觸，頂與長興組（P32）不整合接觸，火成巖巖性結(jié)構(gòu)自下而上表現(xiàn)為輝綠巖、玄武巖、火山碎屑巖，既有侵入巖相，也有噴出巖相，火山機構(gòu)為中心式火山噴發(fā)。

中心式火山噴發(fā)也具有韻律性，縱向上自下而上為火山碎屑巖（集塊巖、角礫巖）→火山熔巖→凝灰質(zhì)熔巖的演化序列（見圖6）。

圖6 簡陽地區(qū)YT1井上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組柱狀圖

根據(jù)井-震標(biāo)定，火山巖頂部斷續(xù)強反射，火山巖內(nèi)部雜亂亮點反射、雜亂、楔狀反射，火山巖地震反射形態(tài)呈丘狀（見圖7）。利用已有的鉆孔及地震資料預(yù)測火山碎屑巖的分布，沿龍泉山斷裂帶有 3個火山碎屑巖分布區(qū)，可能代表3個火山噴發(fā)體系，平面上呈團塊狀，自南而北分別為：簡陽噴發(fā)體系面積約1 650 km2、中江噴發(fā)體系面積約750 km2、三臺噴發(fā)體系面積約2 100 km2，中心厚度一般為200～350 m，向外減薄至尖滅。

圖7 簡陽地區(qū)火山噴發(fā)相地震反射特征圖

3.3 川東地區(qū)

在華鎣山地面露頭及達(dá)州、梁平等地區(qū)35口井的鉆孔中見玄武巖、輝綠巖，厚度4～65 m。以玄武巖為主，輝綠巖僅見于少數(shù)鉆井中（見圖8），分布于龍?zhí)督M（P31）下部。從YA8井玄武巖之間夾薄層碳酸鹽巖看，該區(qū)至少經(jīng)歷了兩次火山噴溢。

4 火成巖的儲集特征

4.1 火山熔巖

四川盆地西南部二疊系火山熔巖儲集空間類型可分為孔隙和裂縫兩大類?？紫额愋涂梢姎堄嗳芪g孔洞、氣孔、粒內(nèi)（晶內(nèi)）溶孔、粒間（晶間）溶孔、晶間孔等；裂縫主要為柱狀節(jié)理、構(gòu)造裂縫（見圖9）。火山熔巖不同巖類均有一定的儲集性，但儲集空間類型不同，杏仁狀、氣孔狀、斑狀玄武巖主要以孔隙為主，構(gòu)造裂縫次之；而致密玄武巖主要以柱狀節(jié)理為主，構(gòu)造裂縫次之，孔隙不發(fā)育。

玄武巖比較致密，儲集物性較差?；|(zhì)孔隙度小于4.0%者占樣品數(shù)93.94%，4.0%～7.0%者占5.05%，大于 7.0%者僅占 1.01%，平均孔隙度僅為 1.39%。其中，氣孔狀玄武巖孔隙度最高，平均孔隙度為5.41%；微晶-隱晶玄武巖孔隙度最小，平均孔隙度僅為 0.85%（見表2）。

通過測井解釋，盆地西南部二疊系玄武巖儲集層孔隙度大于 1.0%、裂縫發(fā)育中等的單井厚度為 4.3～50.6 m，儲地比為8.9%～57.7%，其中孔隙度大于1.5%的儲集層單井厚度為0～32.1 m，儲地比為0～29.7%，反映火山熔巖儲集性能普通較差。儲集層主要分布在噴發(fā)旋回的中上部或頂部，儲集層橫向連通可對比性相對較差[11]。

圖8 川東地區(qū)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M對比圖

4.2 火山碎屑巖

分布于盆地中西部簡陽地區(qū)二疊系火山碎屑巖的儲集空隙可分為兩大類：孔洞和裂縫。孔洞主要發(fā)育溶蝕殘余孔洞、殘余氣孔、顆粒（晶體）內(nèi)溶孔、顆粒（晶體）間溶蝕孔、晶間孔、冷凝收縮孔、脫?；⒖?、礫間孔洞等；裂縫以柱狀節(jié)理和構(gòu)造裂縫為主。

據(jù) YT1井巖心分析，火山碎屑巖的孔隙度為8.66%～16.48%，平均值為13.76%，滲透率為（0.604～4.430）×10-3μm2，平均值為 2.446 3×10-3μm2（見圖10）。測井解釋儲集層厚度為100.3 m，平均孔隙度為12.5%。

對比噴發(fā)相火山碎屑巖與溢流相玄武巖的儲集性能，二者具有明顯的差異，表明四川盆地火成巖這類特殊儲集巖中，火山碎屑巖的儲集性能更優(yōu)。

5 火成巖的含氣性

5.1 天然氣特征

目前，盆地西南部的 ZG1井在上二疊統(tǒng)井深2 870～2 883 m的玄武巖中射孔測試獲天然氣25.61×104m3/d；盆地中西部簡陽地區(qū)YT1井在上二疊統(tǒng)井深5 628～5 644 m、5 646～5 675 m的火山碎屑巖測試獲氣22.5×104m3/d。

盆地西南部的ZG1井和ZG2井天然氣具有“三高、兩低、一無”特點（見表3），即高甲烷含量（91.2%～96.59%）、高干燥系數(shù)（99.8%）、高同位素組成（δ13C1為-28.1‰、δ13C2為-31.56‰、δ18O 為-135.4‰）；低重?zé)N（無丁烷及更重組分）、低二氧化碳（0～0.042%）；無硫化氫。對比分析，天然氣主要來自中二疊統(tǒng)，并可能有更老烴源巖層（寒武系筇竹寺組）天然氣混入。川西南地區(qū)玄武巖儲集層總體上屬于超低孔滲，儲集層類型以孔隙-裂縫型為主，厚度較小，橫向變化較快。

簡陽地區(qū)YT1井火山碎屑巖中天然氣組分與ZG1井有相似特征，甲烷含量98.9%，乙烷和丙烷含量分別為0.35%、0.03%，無丁烷及更重組分，無硫化氫，二氧化碳含量0.18%。分析認(rèn)為天然氣來自寒武系筇竹寺組烴源巖。簡陽—三臺地區(qū)火山碎屑巖儲集層以中—高孔滲為特征，厚度較大，儲集層品質(zhì)較優(yōu)，以裂縫-孔隙型儲集層為主。

5.2 火成巖成藏地質(zhì)條件

火成巖氣藏的形成與常規(guī)氣藏成藏并無多少特殊性，必須具備生、儲、蓋、運、聚、保等要素的匹配，若成藏條件優(yōu)越、匹配關(guān)系良好，同樣可形成大型高豐度氣藏。反之，則不能成藏或氣藏規(guī)模小。

火成巖本身不具生烴能力，需外源供給。川西南地區(qū)火山巖下伏烴源巖層主要為中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖和下寒武統(tǒng)筇竹寺組，但該區(qū)因加里東運動抬升剝蝕至震旦系—下寒武統(tǒng)，筇竹寺組殘厚?。╖G1井殘厚為13.5 m），生烴能力較差，烴源主要來自中二疊統(tǒng)[12]，但中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖生烴能力欠佳。因此，盆地西南部玄武巖的氣源略顯不足。

圖9 四川盆地上二疊統(tǒng)火成巖儲集空間圖版

簡陽—三臺地區(qū)火成巖下伏烴源巖層同為中二疊統(tǒng)和寒武系筇竹寺組，但該區(qū)在早古生代為“德陽—安岳裂陷槽”[13]，寒武系筇竹寺組烴源巖厚度較大（200～350 m），生烴能力強，是主要烴源層（見表4）。

火成巖氣藏的保存條件的優(yōu)劣對氣藏的形成具有重要作用。盆地西南部以低陡斷褶構(gòu)造為主，褶皺幅度較高、斷層發(fā)育；一方面大大地改善了儲滲條件和輸導(dǎo)體系，使下伏烴源巖層生成的油氣部分運移至玄武巖圈閉而成藏；但另一方面，深大斷裂帶，特別是靠近露頭區(qū)的斷裂帶必然會造成氣藏的破壞。比較而言，簡陽—三臺地區(qū)位于川中—川西過渡帶，構(gòu)造形變程度較低，斷層較少，斷層規(guī)模??；局部蓋層為上二疊統(tǒng)泥頁巖，區(qū)域性蓋層為三疊系嘉陵江組和雷口坡組膏鹽巖，保存條件優(yōu)越。

表2 川西南地區(qū)二疊系玄武巖孔隙度統(tǒng)計表

圖10 YT1井二疊系火山碎屑巖物性分布圖

表3 四川盆地上二疊統(tǒng)火成巖天然氣組分表

表4 四川盆地火成巖成藏條件對比表

通過峨眉山龍門洞玄武巖露頭樣品的包裹體分析，包裹體均一溫度為79.3～133.6 ℃，推測玄武巖埋深為2 200～3 900 m，相當(dāng)于該區(qū)侏羅紀(jì)早—中期的埋深，說明油氣運聚時期為燕山期。

綜上分析，簡陽—三臺地區(qū)具有優(yōu)質(zhì)儲集層、烴源豐富、保存條件佳，油氣成藏條件匹配關(guān)系較好，是火成巖天然氣有利勘探區(qū)。

6 結(jié)論

四川盆地二疊紀(jì)火山噴發(fā)在時間序列上具有多旋回性，平面上，溢流相表現(xiàn)為大面積、低坡降、連片分布特征，噴發(fā)相則為團塊狀分布、厚度變化較大，多個噴發(fā)體系沿斷裂串珠狀分布。

二疊系火成巖主要分布于 3個區(qū)域，巖性組合及分布特征表現(xiàn)出明顯差異性：盆地西南部，主要為大面積溢流相玄武巖；盆地中西部的簡陽—三臺地區(qū)，發(fā)育侵入巖、火山熔巖（玄武巖）和火山碎屑巖；川東達(dá)州—梁平地區(qū)，則僅為輝綠巖和玄武巖。

火山熔巖儲集層表現(xiàn)為超低孔滲、薄層，縱向上分布于旋回中上部及頂部，橫向分布不穩(wěn)定，但裂縫較發(fā)育，為孔隙-裂縫型儲集層；火山碎屑巖為中—高孔儲集層，厚度較大，儲集層品質(zhì)優(yōu)，為孔隙型儲集層。

盆地西南部玄武巖中天然氣主要來源于中二疊統(tǒng)，而盆地中西部的簡陽地區(qū)火山碎屑巖中的天然氣主要來源于寒武系筇竹寺組；對比研究表明，盆地中西部簡陽—三臺地區(qū)火山碎屑巖成藏要素匹配關(guān)系優(yōu)于盆地西南部玄武巖，是天然氣勘探有利區(qū)。