蜀南地區二疊系火成巖特征及儲集性研究

江昱良，秦啟榮，2，高瑞琪，崔 靖，耿 超，范存輝

(1.西南石油大學，四川 成都 610500；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610500；3.中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646000)

0 引 言

有關火成巖的研究，前人多從巖性、巖相識別劃分及各自展布規律等方面開展研究。迄今為止，針對火成巖巖性識別最有效的方法仍為測井識別方法：1982年以前，僅利用測井參數制作直方圖與交會圖；1982至1992年間，結合測井參數對火成巖骨架參數計算并運用于實際；1992年至今，成像、核磁等測井技術以及模糊數學、神經網絡等方法的應用使火成巖研究達到一個新高度。關于火成巖巖相，前人多采用Rubinstein和Sruoga提出的爆發、噴溢、侵出和次火成巖四相的劃分手段，其識別方法多以測井資料、鉆井資料和地震資料為基礎，采用測井連井對比、ECS元素俘獲測井和FMI成像測井聯合等手段進行巖相劃分。在火成巖展布研究上，基本采用從地震資料入手，結合測井資料、鉆井巖心、物性資料等對火成巖時空分布進行研究[1-3]。

火成巖儲層特征研究多從儲集空間類型、孔隙結構、孔滲關系等方面展開。由于火成巖的特殊性，火成巖儲集空間較沉積巖儲集空間更為復雜，其中一個重要體現就在次生儲集空間上?；鸪蓭r儲層儲集空間微觀結構分析研究的主要技術手段有毛管壓力曲線法、鑄體薄片法、掃描電鏡法、CT掃描法、電阻率測井法、核磁共振測井法等[4-6]。

四川盆地自勘探開發以來，在常規油氣、致密砂巖氣和頁巖氣等方面均獲得顯著成果，但是在火成巖方面卻鮮有油氣產出。直到2018年，簡陽地區YT1井火成巖段發現高產氣流，日產氣量約為 22.5×104m3/d，至此，四川盆地在火成巖油氣勘探方面取得重大突破[7-8]。然而，與準噶爾、松遼等盆地的火成巖油氣藏相比，四川盆地的二疊系火成巖具有規模有限、巖相單一及風化不充分等特征，火成巖整體勘探程度不高。由于探索間隔期較長，研究區巖心巖屑等實物資料保存較差，因此，對火成巖的研究造成一定困難。針對蜀南地區開展火成巖油氣勘探工作，落實蜀南地區的火成巖分布，開展火成巖儲層特征研究與分布預測，尋找并評價有利勘探區帶，為深化四川盆地火成巖油氣勘探提供技術支撐，對指導勘探、開發部署等具有十分重要的意義。

1 區域地質概況

蜀南地區構造上位于川西南低陡褶皺帶及川南低陡褶皺帶，包括威遠、長寧及其以東的50余個地面及腹地構造(圖1)。二疊系火山活動結束后，東吳運動使陽新統廣泛抬升剝蝕，形成上下地層間假整合接觸，瀘州地區處于隆起中心地帶，剝蝕最為嚴重，現今構造格局在喜山期強烈褶皺活動后基本定型[9-10]。依據峨眉山玄武巖大火成巖省分布規律，蜀南地區為四川盆地火成巖最發育地區，隸屬于峨眉山玄武巖大火成巖省分布的中帶地區，同屬于中帶地區的還有云南東部和四川的西南部。相比于四川盆地火成巖取得重大突破的成都—簡陽地區，蜀南地區火成巖發育更厚、分布更廣、潛力更大，更具勘探價值。

圖1 研究區區域位置Fig.1 The regional location of the study area

2 蜀南地區火成巖巖性、巖相特征

通過對蜀南地區周邊5條火成巖野外剖面實際踏勘，采集野外樣品共365件；老井巖屑復查7口，巖屑樣品復查244件，共計磨制薄片609張。結合測井、錄井資料，將研究區火成巖巖性劃分為玄武巖與凝灰巖2類?；鸪蓭r電性與上覆龍潭組泥頁巖相比，GR值明顯降低，電阻率Rt值明顯增大；與下伏茅口組灰巖相比，GR值略高，電阻率Rt值略低(圖2)?；鸪蓭r的巖相主要發育溢流相與爆發相，溢流相以熔巖巖漿冷凝形成的玄武巖為代表，可進一步劃分為下、中、上、頂4個亞相；而爆發相主要包括以凝灰巖為代表的空落相和以角礫巖為代表的熱碎屑流亞相，其中，凝灰巖在野外和井下巖屑中常見，凝灰質角礫巖在野外與井下樣品中幾乎不可見。

圖2 G2井火成巖段綜合柱狀圖Fig.2 The comprehensive histogram of the igneous rock section of Well G2

2.1 巖性劃分及其特征

針對四川盆地火成巖巖性分類，前人已進行了初步的劃分，主要為玄武巖、凝灰巖、凝灰質角礫巖等3種類型[11]。研究區野外與井下樣品中目前暫未發現凝灰質角礫巖的存在，主要為玄武巖與凝灰巖。2種火成巖按照結構構造、相對含量以及溶蝕情況進一步劃分為致密玄武巖、斑狀玄武巖、氣孔(杏仁)狀玄武巖與正常凝灰巖、熔結凝灰巖、沉凝灰巖等6種亞類。

研究區玄武巖是基性巖漿噴發出地表之后經過冷凝、固結等一系列成巖作用形成的。在野外剖面中，玄武巖顏色常為灰綠色或者灰黑色，致密堅硬，敲擊聲音清脆，密度較大，常見到1～3期杏仁體存在，充填物主要為石英、方解石和綠泥石等，粒徑一般為0.5～1.2 cm。野外測量玄武巖GR值較凝灰巖低，最高為121 API，最低為103 API，平均為105～115 API。玄武巖巖屑保存情況較好，棱角分明，含量明顯高于凝灰巖巖屑。顯微鏡下玄武巖主要由細小板條狀長石晶體搭成三角格架，格架中充填玻璃質、輝石以及不透明的鈦鐵氧化物，構成粒間隱質結構；部分薄片中可見明顯的綠泥石化的長石斑晶和杏仁體；電性上表現為GR與AC值較低、中高Rt、較高CNL、高DEN等特征。為緊密結合生產實際，將研究區玄武巖劃分為無斑無杏仁的致密玄武巖、斑狀玄武巖和杏仁狀玄武巖(圖3a—c)。

圖3 蜀南地區二疊系火成巖照片Fig.3 The photo of Permian igneous rocks in the southern Sichuan Basin

凝灰巖是在每一期火山爆發初期，火山灰等小于2 mm的顆粒物質經爆發氣流沖擊漂浮于空中，受風向的控制，經過一定時間的運移，最終降落并堆積，經埋藏、壓實等作用形成。野外凝灰巖常見灰白色與灰綠色，在大氣淡水作用下易被風化剝蝕，難以保存，因而野外少見保存完整的凝灰巖。凝灰巖GR值較高，最高為137 API，最低為104 API，平均為110～119 API。凝灰巖巖屑受風化、保存不當等原因破壞嚴重，可見蝕變作用明顯。相比于玄武巖，凝灰巖GR與AC值相對偏高，Rt值為中低值。凝灰巖在顯微鏡下多呈現脫玻化的玻屑、火山塵與塑性巖屑3種成分。脫?；饔冒l育，部分因富鐵質浸染而顯褐色—暗褐色，正交光下不透明。次生變化有絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化等，可見不透明的鐵質及有機質。研究區主要存在3種類型的凝灰巖：正常凝灰巖、熔結凝灰巖、沉凝灰巖(圖3d—f)。

據統計，蜀南地區鉆遇火成巖的井共計312口，分布在資陽、威遠等22個構造上。通過摸排，火成巖段實施測井的井共有124口，鉆遇玄武巖的井52口，具備巖屑實物的井18口。火成巖主要發育在上二疊統中下部地層中，整體厚度由南西向北東逐漸減薄，尖滅于榮縣—宜賓—長寧一帶；而北西至南東方向厚度較為穩定，其原因為受到峨眉山大火成巖省的控制，靠近地幔柱方向巖漿噴發量更大，火成巖越厚；反之越薄。玄武巖與火成巖整體厚度分布趨勢相似，由南西向北東逐漸減薄，在犍為與高縣2個區域遞減速度加快，在威遠區域有獨立的玄武巖分布，在此區域存在單獨的火山口。凝灰巖分布規律則有所不同，在犍為一帶厚度最大，平均厚度大于30 m，最厚可達46 m，呈發散狀向四周減薄(圖4)。

圖4 蜀南西部地區火成巖厚度Fig.4 The thickness of igneous rocks in the westernarea of the southern Sichuan Basin

2.2 巖相特征及識別

針對火成巖巖相，采用王璞珺的劃分方案[12]，并根據研究區野外勘測與地震識別做出相應修改。2種手段皆可識別溢流相與爆發相，區別在于溢流相分布廣泛，識別度較高；爆發相相對較少，而地震手段僅可識別出空落亞相和熱碎屑流亞相，熱基浪亞相少見于個別野外剖面之中。

研究區溢流相是基性的玄武質巖漿大面積噴發形成，在大套的溢流相中又可通過巖性劃分不同的亞相，用以判斷火山噴發期次。相比于王璞珺的劃分方案，研究區溢流相增加了頂部亞相，由下至上巖性分別為含火山碎屑玄武巖類、致密玄武巖類、氣孔杏仁狀玄武巖類與含凝灰質玄武巖類(表1)。溢流相地震特征表現為反射結構簡單，內部平行反射，頂、底為波峰反射，巖性邊界楔狀尖滅。上二疊統龍潭組底界至火成巖頂界時差為360～400 ms，玄武巖反射多為高速與低速2種，分別為5 000、5 500 m/s，厚度在南西方向最大約為200 m，逐漸向北東減薄至尖滅。

研究區爆發相野外主要見到空落亞相，以凝灰巖為代表；部分剖面可見碎屑物質，棱角分明，表明未經過搬運直接原地沉積(表1)。地震刻畫蜀南地區爆發相有2類：一類局部透鏡狀增厚，內部巖性界面有反射，為空落亞相；另一類整體階梯狀增厚，內部雜亂，底部為斷續強峰反射。熔結火山角礫巖反射速率為4 500 m/s，多分布于天宮堂北部地區，厚度可達50余米，為熱碎屑流亞相。

表1 蜀南地區火成巖巖相劃分Table 1 The lithofacies division of igneous rocks in the southern Sichuan Basin

2.3 噴發模式

在火山噴發初期，大量的火山碎屑物質噴出，其中，火山灰多漂浮于空中，而角礫則迅速降落于火山口附近，隨后玄武質巖漿溢流而出，填充覆蓋在角礫物質之上，基性巖漿在流動—靜止—冷凝的過程中，由于黏度較小，基性巖漿中的氣體成分易向上逃逸，形成下部存在的巨厚致密玄武巖以及上部氣體未完全逃逸的氣孔杏仁狀玄武巖。后期火山灰物質降落在為凝結或已冷凝的巖漿之上，交接處形成易發生蝕變的含凝灰質玄武巖，其上為凝灰巖(圖5)。

圖5 火成巖噴發模式圖Fig.5 The diagram of igneous rock eruption pattern

依據巖相劃分規則和火成巖噴發模式，將研究區野外剖面火成巖爆發過程劃分為3～5個期次。期次旋回基本由凝灰巖與玄武巖簡單組合而成，以溢流相玄武巖為底，以爆發相凝灰巖為頂，初步劃分大套巖相旋回。井下火成巖期次僅能依靠巖屑與測井曲線組合識別，構成簡單的爆發相與溢流相組合，通?？勺R別3～5個旋回期次(圖2)，與野外旋回有較好的對應關系。野外旋回在大套劃分的基礎上，可依據巖性差距進一步劃分相內小旋回，溢流相中巖性由底至頂依次為含碎屑玄武巖、致密玄武巖、氣孔杏仁狀玄武巖與含凝灰質玄武巖；爆發相中含針狀氣孔凝灰巖存在于致密凝灰巖之上(表1)。

3 儲層特征及分布

四川盆地現已發現的火成巖儲層共有3種類型，第1類為溢流相玄武巖孔隙-裂縫型儲層，以ZG1井為代表；第2類為噴溢相火山碎屑巖儲層，主要為角礫溶蝕形成，以YT1井為代表[13]；第3類為爆發相儲層，以YS1井為代表。研究區除火山碎屑巖類儲層目前尚未發現，其余2類儲層均有較多發現。

3.1 儲集空間類型及特征

通過薄片觀察，研究區儲集空間主要包括孔隙與裂縫2種類型?？紫吨饕ㄔ?、溶蝕孔和殘余孔3類；裂縫主要分為成巖縫、溶蝕縫和冷凝收縮縫3類(圖6)。

原生孔隙是玄武熔巖流在固結時，因其內部二氧化硫、二氧化碳等氣體未及時逃逸出，直接冷凝包含在玄武巖中形成的，其含量較多，但由于研究區孔隙容易遭受后期方解石、石英、綠泥石、綠簾石和磁鐵礦等填充，保留較差，故而含量減少，少有保存(圖6a)。溶蝕孔與殘余孔是受到后期液體作用改造形成的孔隙，液體分別起到孔隙建設與破壞作用(圖6b、c)。

相比于孔隙空間，裂縫具有空間更大，數量更多，作用更廣等特點。其中，構造縫是已經形成的巖漿巖在后期的構造作用下形成的裂縫，其主要特征是切穿斑晶與杏仁體等前期結構與構造等(圖6d)。溶蝕裂縫是后期熱液或者腐蝕性液體溶蝕已經存在的裂縫或者脈體成分，對其改造形成的，主要特征為裂縫周圍溶蝕現象(圖6e)。冷凝收縮縫是巖漿在快速冷凝時，由液態轉換為固態造成體積減小析出的裂縫空間(圖6f)。

圖6 蜀南地區火成巖儲層空間類型Fig.6 The photos of reservoir space types of igneous rocks in the southern Sichuan Basin

根據不同地區野外樣品的物性測試結果，玄武巖孔隙度為1.82%～5.59%，平均為4.72%；滲透率為0.012 8～0.023 7 mD，平均為0.019 0 mD。凝灰巖野外樣品風化程度較高，孔隙度最高可達19.03%，滲透率最高可達0.129 0 mD。研究區火成巖總體孔隙度與滲透率均較低，屬于低孔低滲型致密儲層。因此，常規手段對研究區火成巖油氣藏尋找與研究有一定限制，而應將裂縫的研究提升至首位。

3.2 蜀南地區儲層類型及特征

蜀南地區火成巖儲層主要為溢流相玄武巖儲層與空落相凝灰巖儲層2種類型。在火成巖段已有油氣水顯示的井14口。油氣水顯示的情況在凝灰巖、玄武巖以及交匯界面各占一定比例，這直接證明研究區井下儲層的存在。

玄武巖儲層為三類儲層，主要分布于裂縫發育區，與非儲層段玄武巖相比，儲層段有GR、AC與CNL值升高，Rt與RXO值相應降低的特點。如WS1井儲層段玄武巖呈深灰和灰綠色，部分玄武巖層段見方解石細脈及氣孔構造，裂縫發育，少見它形晶方解石晶粒，偶見它形晶石英，整個玄武巖段共計6層137 m。凝灰巖中孔隙含量相對較少，主要為溶蝕孔隙與針狀孔隙，分布于空落亞相上部。凝灰巖儲層為二類儲層，整體呈現總體厚度小、不穩定、易被溶蝕及改造等特點。如GS1井共有2套凝灰巖，電性表現為較低GR、SP偏負、中高AC、高CNL、中低Rt，測井解釋為產層段。綜合巖屑、測井以及野外物性資料，凝灰巖儲層更優于玄武巖儲層，而凝灰巖中熔結凝灰巖更占優勢，為一類儲層，其形成靠近火山口，可見假流紋構造，測井上具有較低GR、較高AC、中低Rt與CAL偏高的特征(圖7)。

圖7 蜀南地區火成巖有利儲層發育區Fig.7 The favorable reservoir development area ofigneous rocks in the southern Sichuan Basin

針對儲層研究結果，結合烴源巖、蓋層等要素，優選Y210井作為測試井，結果顯示有間歇性低產氣流輸出，疑似凝灰巖溶蝕產物堵塞喉道，導致天然氣不能迅速產出。

3.3 火成巖儲層主控因素

與松遼、渤海灣、準噶爾等盆地發現的工業性火成巖油氣藏相比，研究區火成巖儲層控制因素更具多樣性。東部盆地火成巖沿斷裂呈條帶狀分布，儲層的主要控制因素為構造斷裂，為構造-巖性油氣藏；西部地區因多次的地層抬升運動形成大量的風化殼，為整裝地層型儲層[13-18]。而研究區火成巖受到峨眉山大火成巖省的控制，其控制影響因素以巖性、巖相、構造作用以及流體活動為主，風化殼影響較小。

(1) 火成巖的巖性、巖相決定了其基本孔隙類型與儲集性能，是后期儲集空間演化的重要基礎。峨眉山大火成巖省控制著基性巖漿持續噴發，時間較長，使得玄武巖巖漿經歷長期的高溫，在緩慢冷卻的過程中會造成大量氣體向上逃逸，在旋回頂部形成較為富集的孔隙，但孤立存在；溢流相中部至下部受到底部的低溫地層影響形成網狀的收縮縫(表1)。

(2) 構造運動對裂縫的發育起到充分的強化作用，從而改善了儲層物性。雖然在火成巖形成的過程中已經存在部分的孔隙與裂縫，但是彼此之間并不連通，且因為基性巖漿黏度小，冷卻時間過長，大量氣體逃逸，導致研究區原生孔隙相對較少。在此基礎上，研究區東吳運動與華南運動分別形成NW—SE和NE—SW大型斷裂，伴生形成了大量的構造裂縫，不僅可以直接作為儲集空間，還可作為閉塞的原生孔隙空間的連通通道和后續流體進入的溶蝕通道存在。

(3) 流體活動控制次生孔隙的演化，對儲層起到正反兩方面影響。深部熱液與有機酸等流體沿著構造作用產生的裂縫進入孔隙空間之中，當其中攜帶的礦物質發生沉積時，堵塞儲集空間，此時為破壞作用。當流體對原有的孔隙空間、裂縫充填物以及杏仁體充填物產生溶蝕，形成溶蝕孔時，此時為建設作用。

此外，噴發環境對儲層的形成也有一定的影響。如研究區部分火成巖可見淬碎等明顯水下深海噴發現象，指示巖漿外覆壓力極高，阻止氣體的流出，使得富含杏仁體的孔隙空間存在，而巖漿與海水的快速結合形成特殊的儲集空間——炸裂縫。

4 結 論

(1) 蜀南地區火成巖主要為玄武巖與凝灰巖2種類型，玄武巖主要表現為低GR、高AC、厚層塊狀；凝灰巖GR值高，而AC較低，多呈薄層狀。

(2) 蜀南地區火成巖巖相包括溢流相與爆發相2種，其中，溢流相進一步可劃分為下、中、上、頂4個亞相，爆發相包括空落亞相與熱碎屑流亞相，不同亞相因成巖作用不同其儲集空間也各有差異，研究區儲集性能較好的巖相分別為溢流相裂縫發育區與空落亞相的頂部區域。

(3) 蜀南地區火成巖儲層包括玄武巖儲層與凝灰巖儲層，玄武巖儲層中多包涵構造縫、冷凝收縮縫、溶蝕縫和原生孔、次生溶蝕孔以及殘余孔等多種儲集空間；凝灰巖中裂縫發育但孔隙相對較少，見到極少量的針狀孔隙。

(4) 蜀南地區火成巖控制因素主要包括巖性巖相、構造作用以及流體活動等。其中巖性巖相決定了火成巖的基本儲集性能和孔隙類型，是儲集空間后期演化的基礎；構造運動通過對裂縫發育的增強從而改善儲層物性，是儲層形成的良好保障；流體活動則既會擴大改善孔隙，也會堵塞封閉孔隙，對儲層發育起到極其重要的作用。