川東地區二疊系火山巖儲層特征

孫浩偉，范存輝，張云峰，郗愛華，周遠志

（1.西南石油大學地球科學與技術學院，四川 成都 610500；2.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400000）

20 世紀60 年代，WY25 井在中二疊統首次鉆遇玄武巖，但此后多口井鉆遇的火山巖厚度不一，且油氣顯示均較差；1992 年，ZG1 井在二疊系峨眉山玄武巖組地層獲日產25.61×104m3的工業氣流，揭開了四川盆地火山巖油氣勘探的序幕[1-6]。2018 年，YS1 井和YT1 井在峨眉山玄武巖組地層中測試，分別日產氣0.14×104m3和22.50×104m3，取得了重大勘探突破；2019 年Y210 井和ST10 井在老井測試過程中于上二疊統凝灰巖中分別日產氣5.00×104m3和2.90×104m3[4]；截至目前，全盆地鉆遇火山巖探井共計300 余口，火山巖油氣顯示井在川西南、川北、川南等區塊均有分布[6-8]。總體來看，四川盆地火山巖的勘探程度較低，尤其是川東地區，前人對其儲層特征研究較少。本文以四川盆地東部二疊系火山巖為研究目標，利用野外調查、鉆井分析、薄片觀測等資料，落實火山巖巖性巖相分布，探討火山巖儲層的發育特征，為川東地區火山巖的油氣勘探開發提供一定的地質依據。

1 區域地質概況

川東地區位于四川盆地東部，不是一個具體的構造單元。區域構造屬川東南中隆高陡構造區的東部，也叫川東弧形褶皺帶。它西起華鎣山、東至七躍山、南達南川-開隆一線，東北以萬源斷裂帶與大巴山相接，是四川盆地穩定地塊中相對活動的構造區，主要表現為以北東向為主的高陡狹長背斜帶和寬緩向斜相間組成的“隔檔式”構造格局（圖1）。

圖1 研究區構造位置展布

2 地層發育特征

2.1 地層劃分

受古地理格局、火山機構、巖漿活動強度及期次的影響，四川盆地二疊系吳家坪組、龍潭組、峨眉山玄武巖組、宣威組、沙灣組為同期異相沉積。川東地區火山巖主要發育于龍潭組底部，以玄武巖與凝灰巖互層為主。

2.1.1 底界

川東地區龍潭組與下伏茅口組分界面表現為假整合接觸。研究區龍潭組底部多為泥巖、頁巖、碳質泥巖等，伽馬值較大；下伏茅口組多為灰巖，伽馬值較低。不論巖性還是伽馬曲線特征，龍潭組與下伏茅口組的分界明顯，且其特征全區較為普遍（圖2）。

圖2 川東地區龍潭組底界特征

2.1.2 頂界

川東地區龍潭組頂界與上覆長興組分界標準一直未得到統一，龍潭組頂界與上覆地層巖性、伽馬曲線特征受臺槽沉積環境差異影響，可分為兩種情況：①臺地區：龍潭組灰巖與長興組灰巖接觸，伽馬值特征相似，均較低；②海槽區：龍潭組灰巖與長興組泥巖接觸，伽馬值由龍潭組向長興組驟減（圖3）。

圖3 川東地區龍潭組頂界特征

2.2 地層對比

通過鄰水-大天池-興隆場-云安剖面的地層對比（圖4），龍潭組地層厚度自南西向北東先減薄后增厚，由LB2 井附近的233.50 m 減薄到DT9 井的83.00 m，其中XL2 井位于厚度低值區，厚78.50 m。

圖4 川東地區龍潭組地層對比剖面

川東地區龍潭組地層厚度差異較大，一般為62.30～233.50 m，80.00～140.00 m 厚度范圍分布最廣。整體上，龍潭組地層厚度平面上具有北厚南薄、西厚東薄的特征。大致有3 個相對薄區和4 個相對厚區，薄厚相間，呈褶皺狀。

3 個薄區主要分布于重慶-長壽-墊江一線、大竹-豐都一帶以及忠縣以北-梁平以東-萬州以西區域，其中厚度最薄區位于大竹-豐都中間一帶，如TD93 井，厚度僅為62.30 m。

4 個厚區主要分布在重慶以西區域、鄰水-墊江一線、梁平西北區域以及達州-開江-開縣一帶的以北區域，其中厚度最大區位于鄰水以北，如LB2井，厚度可達233.50 m。

從地層分布特征來看，龍潭組沉積厚度厚薄相間的特征受地貌控制。在龍潭組沉積期前，由于茅口組的風化剝蝕形成了高低不平的地貌，影響了龍潭組地層厚度的展布，即在3 個較薄區域其地貌相對較高，4 個厚值區域其地貌相對較低。

3 巖石學特征及巖相分布

川東地區二疊系龍潭組火山巖發育段位于龍潭組底部，巖石類型主要劃分為火山熔巖、普通火山碎屑巖和火山-沉積碎屑巖三大類。

3.1 火山熔巖類

火山熔巖類指巖漿沿火山通道和火山口溢流出地表，在地表經冷凝結晶形成的巖石，該類巖石基質中火山碎屑的含量一般小于10%。研究區內火山熔巖主要為基性熔巖——玄武巖，由輝石和基性斜長石組成。從結構和構造來看，玄武巖常見氣孔和杏仁構造，可依此進一步描述為杏仁狀玄武巖和氣孔狀玄武巖。

杏仁狀玄武巖：杏仁體含量15%～20%，大小不一，多充填沸石、方解石、綠泥石，其中長石含量約60%，呈板條狀，但不構成斑晶。沸石、方解石為蝕變礦物，沸石充填在杏仁體內部；方解石含量約20%，一般于杏仁體的外部邊緣、長石粒間及粒內不規則充填或裂隙脈狀充填（圖5a，b）。

氣孔狀玄武巖：屬于粗粒橄欖玄武巖，碳酸鹽化強烈，多交代長石、充填杏仁體及脈狀，鐵鎂硅酸鹽暗色礦物幾乎不可見，僅見方解石環邊的假象，規則杏仁體約10%，有碳酸鹽脈穿插（圖5c）。

圖5 川東地區火山巖巖石類型圖版

3.2 普通火山碎屑巖類

普通火山碎屑巖類是由占90%以上的火山碎屑組成的巖石，經壓積或壓實作用成巖，按粒度可以分為集塊巖、火山角礫巖和凝灰巖。川東地區野外及部分井段可見，全區發育范圍極小、厚度薄且多呈夾層。

凝灰巖：火山碎屑含量不低于90%，占主導地位的碎屑粒徑小于2.00 mm，屬凝灰級，碎屑主要表現為巖屑、晶屑、玻屑（圖5d）。

3.3 火山-沉積碎屑巖類

沉凝灰巖：火山碎屑含量為50%～90%，具一定的成層性，主體為粒度細小的凝灰巖。主要結構組分為凝灰級巖屑，少量長石晶屑。橢圓狀、透鏡狀及不規則狀的溶孔較發育，溶孔內多充填瀝青和綠泥石。這部分沉凝灰巖的出現，代表一次巖漿爆發作用的開始，是火山灰沉降到海水中的產物。研究區主要為粒徑小于2.00 mm 的沉凝灰巖。川東地區主要分布在七里峽地區、興隆場以西地區，如FS1 井（圖5e，f）。

凝灰質碎屑巖：將火山碎屑體積含量小于50%的統稱為火山碎屑沉積巖，按火山碎屑含量分別冠以凝灰質碎屑巖（火山碎屑含量為25%～50%）和含凝灰碎屑巖（火山碎屑含量為10%～25%），巖石主體命名規則與普通沉積巖相同，火山碎屑小于10%時不參加命名。普遍具有瀝青充注及黃鐵礦沉積的特點，被認為是由于巖漿爆發在海水中并沉積形成的特征。川東地區主要分布在興隆場地區，如FS2 井（圖5g，h）。

3.4 連井巖性分布特征

通過七里峽-大天池-興隆場剖面火山巖厚度對比（圖6），龍潭組火山巖厚度自北西向南東先減薄再增厚，巖性以玄武巖、沉凝灰巖、凝灰質碎屑巖為主，火山巖主要發育于龍潭組中部及底部，連續性較好，QL45 井厚度最大，為52.00 m。而頂部的凝灰質碎屑巖直接與龍潭組灰巖、接觸，說明龍潭組沉積時期是海相環境。凝灰質碎屑巖及沉凝灰巖由于碎屑間成巖膠結不好，在熱液蝕變作用下溶蝕及構造破碎更容易，是瀝青及天然氣賦集的良好層位。

圖6 川東地區火山巖厚度連井對比剖面

總體而言，川東地區火山巖主要分布在鐵山-七里峽-大天池-蒲包山-黃泥塘北段、梁平及南門場南段、云安廠南、高峰場部分井以及馬槽壩-云安廠東北端，厚度為0.50～63.80 m，一般厚約20.00 m。其中，大竹-梁平-開江地區厚度較大，厚度為20.00～60.00 m。

3.5 巖相分布

根據前人研究成果，四川盆地火山巖巖相劃分為溢流相、噴溢相、爆發相、侵入相和火山沉積相，而川東地區只發育侵入相、溢流相和火山沉積相。

川東地區火山機構主要位于華鎣山-梁平一帶，由西向東發育侵入相-溢流相-火山沉積相，以溢流相和火山沉積相為主。川東地區由于火山噴發作用影響，圍繞QL45 井附近發育大規模玄武巖沉積，厚度向東逐漸遞減；于L5 井附近發育侵入巖，巖性以輝綠巖為主；凝灰巖沉積主要分布于火山口附近高地貌位置，凝灰巖既可發育于沉凝灰巖下部，亦可發育于玄武巖上部，可以反映出噴發時期的差異。火山沉積相分布較廣，其次為溢流相。七里峽地區為玄武巖厚值區，為溢流相；興隆場地區位于遠火山口帶，主要發育凝灰質碎屑巖及沉凝灰巖，為火山沉積相，厚度較大（圖7）。

圖7 川東地區火山巖巖相展布

4 儲層特征

4.1 儲集空間特征

對火山巖而言，其孔隙結構復雜[9]，儲集空間多樣，非均質性強，而且火山巖本身并不具備生油條件，只能形成次生或伴生油氣藏。除火山碎屑巖外，其他火山巖儲集空間，如原生孔隙等在空間分布上均存在分散、不連通的特點，因此，難以形成有效的油氣儲集空間。只有在外部作用的影響下，火山巖體才能和其他的孔、洞、縫交織在一起，形成有效的油氣儲集空間[10]。

通過對川東地區鉆井、野外剖面宏觀與微觀的鑒定與統計，研究區內孔隙類型主要包括裂縫、孔洞及微米孔等。其中，裂縫主要為構造縫和構造溶蝕縫，孔洞主要為溶蝕孔洞、氣孔等，微米孔主要包括脫玻化孔、有機質生烴殘留孔等。

4.1.1 裂縫

通過對研究區裂縫的觀察描述發現，研究區裂縫按成因可分為構造縫、溶蝕縫兩大類。與構造活動相關的裂縫即為構造縫，構造縫的幾何性質反映巖石破裂時的局部應力狀態；先因構造活動產生的裂縫后發生溶蝕作用所形成的縫即構造溶蝕縫。

構造縫：由于構造活動，巖石受應力作用發生破裂而形成的裂縫，一般受控于區域構造活動，延伸較遠，邊緣平直，方向性明顯且成組出現。孔隙多未充填，孔隙大小在3.00～10.00 μm，呈橢圓狀、圓狀。裂縫多被硅質、石英、方解石等礦物半-全充填。縫細而平直，縫寬多為0.02～2.00 mm，宏觀局部可見寬大縫，火山熔巖與火山碎屑巖中均有分布，部分未充填（圖8a，b）。

構造溶蝕縫：野外和鏡下常見溶蝕縫或與溶蝕有關的縫，溶蝕常沿構造縫或縫合線發生，寬度較大，約0.20～5.00 mm。局部與溶蝕孔洞構成縫洞系統，裂縫多被硅質、石英、方解石等礦物半-全充填，并呈現出一定的膠結次序。火山碎屑巖、熔巖中均有分布（圖8c）。

圖8 川東地區火山巖儲集空間類型圖版

4.1.2 孔洞

溶蝕孔洞：主要為基質或斑晶被溶蝕后產生的孔隙，呈圓、橢圓及不規則狀，大小不一，以毫米-厘米級為主，少量分米級，充填程度及充填物類型多樣，火山碎屑巖、火山熔巖中均有分布，后者主要為熱液成因。玄武巖中杏仁體內溶蝕孔大多為10.00～30.00 μm，溶蝕形成的彌散狀微孔孔徑約為20.00～200.00 μm，充填程度及充填物類型多樣，多為綠泥石、方解石、沸石等礦物（圖8d）。

晶內溶蝕孔：主要為地層水、熱液、生烴過程中產生的有機酸等對不穩定礦物的溶蝕所形成，多為長石礦物內的孔隙，可見長石等晶體被溶蝕后變成隱晶硅質，形成長石礦物假晶，孔隙多未充填，孔隙大小為3.00～10.00 μm，呈橢圓狀、圓狀。

氣孔：主要是指火山熔巖或淺層脈體邊緣呈球形、橢球形的孔洞，直徑約0.20～2.00 mm，是巖漿中的氣體所占據的空間。研究區氣孔既有原生的又有受成巖改造（熱液為主）形成的。受熱液改造的氣孔多不規則，呈定向排列，多見熱液礦物充填（圖8e，f）。

脫玻化孔：主要為脫玻化的作用使其產生石英、長石微晶，致使玻璃質的體積變小，從而形成晶間微孔，未充填，粒徑多為納米級（圖8g）。

有機質生烴殘留孔：主要為在一定的條件下有機質發生生烴反應體積縮小而產生，多呈圓形、橢圓形或不規則狀，粒徑大小為納米級（圖8h）。

4.2 儲層物性特征

選取華鎣山剖面玄武巖樣品及井下樣品進行孔隙度、滲透率測試（表1），測得玄武巖孔隙度為0.40%～1.43%，平均值為0.96%，滲透率為0.000 1×10-3～ 0.000 9×10-3μm2，平均值為0.000 4×10-3μm2；凝灰質碎屑巖平均孔隙度3.45%，平均滲透率0.002 8×10-3μm2。DT002-4 井沉凝灰巖巖心柱塞樣品孔隙度為1.30%～5.05%，平均值為3.26%；滲透率為0.000 1×10-3～0.191 0×10-3μm2，平均值為0.029 0×10-3μm2。均屬于低孔低滲儲層。

表1 川東地區火山巖物性統計

綜合測試結果分析，物性由好到差依次為凝灰質碎屑巖、沉凝灰巖、氣孔狀玄武巖、致密玄武巖。

5 儲層主控因素

5.1 巖性巖相

研究區二疊系龍潭組火山巖儲層主要為沉凝灰巖、凝灰質碎屑巖、玄武巖。其中，物性最好的巖類為凝灰質碎屑巖，沉凝灰巖物性略低于凝灰質碎屑巖；玄武巖孔隙度、滲透率均不高，整體物性差，但是氣孔狀玄武巖的物性相對較好。因此，從巖性上來看，川東地區二疊系火山巖儲集性能由好到差依次為，凝灰質碎屑巖、沉凝灰巖、氣孔狀玄武巖、致密玄武巖。

不同火山巖巖類物性存在差異的主要原因在于，火山沉積相的凝灰質碎屑巖、沉凝灰巖等受搬運風化和后期溶蝕改造的影響，易形成良好的儲集空間，儲集性能最好；溢流相的玄武巖受噴發方式和構造作用影響形成的氣孔和裂縫，是儲層形成的重要因素，但儲集性能低于火山沉積相凝灰巖類。

5.2 成巖作用

由于不同巖性巖相的儲層成因有較大差異，因此在探討成巖作用對儲層形成的控制因素時按照研究區內主要的兩類巖性（凝灰巖類和玄武巖）進行分析。

5.2.1 凝灰巖類

凝灰巖、沉凝灰巖及凝灰質碎屑巖儲層的形成主要受脫玻化作用、礦物蝕變、溶蝕作用、有機質生烴作用及后期構造破裂作用的影響，形成各類儲集空間。

（1）脫玻化作用：川東地區沉凝灰巖及凝灰質碎屑巖類中，由于火山物質脫玻化作用形成長石及石英，使得原有火山物質所占體積縮小，形成納米級的脫玻化收縮孔，這些脫玻化孔隙所占儲集空間的比例約為1/3～1/2，而且此類孔隙后期充填較少，可形成有效儲集空間。

（2）蝕變改造作用：火山巖儲層的發育與蝕變改造作用密切相關，蝕變改造作用可以有效提高儲層孔滲性能，改善孔喉結構，有利于發育火山巖規模儲層。

川東地區二疊系火山巖多屬于基性巖類，其中鐵鎂質含量較高，形成的高鐵鎂礦物穩定性差，在后期流體充注過程中，容易發生蝕變改造。火山巖物質組分、地層溫度、壓力、流體性質等均影響礦物蝕變作用的發生。在沉凝灰巖、凝灰質碎屑巖中常見礦物的蝕變作用，這是由于這兩種巖石中的火山物質自身的物質組成和結構不穩定，最容易發生礦物的蝕變，其中蝕變作用由強到弱的順序依次為凝灰質物質、長石、巖屑和石英。凝灰質蝕變轉化的礦物主要有三種，分別為凝灰質的高嶺石化、綠泥石化和伊利石化。

（3）溶蝕作用：在火山巖深埋過程中，晶屑以及充填在早期孔縫系統中的礦物及蝕變新礦物易被地層水和有機酸等流體溶蝕，形成的微觀孔隙系統是沉凝灰巖、凝灰質碎屑巖主要的儲集空間類型。

脫玻化形成的長石也易受到酸性流體的蝕變作用產生次生孔隙，這對于孔隙空間的形成來說具有良好的建設作用；而石英的穩定性好，因此石英溶蝕孔隙很少。

5.2.2 玄武巖

對于玄武巖而言，除氣孔狀玄武巖外，其本身較為致密，原生儲集空間很少，儲層的發育更加依賴于溶蝕改造作用。玄武巖富含硅質不飽和的鎂鐵質礦物，在地表氧化帶中受地表水影響易發生風化淋濾作用。除此之外，地下水，特別是來自深部富含揮發性組分的高腐蝕性流體，易與巖石發生水-巖反應，一方面溶蝕火山巖形成次生溶蝕孔隙，另一方面使熱液中攜帶的化學組分在溫度、壓力等外界條件適合的情況下充填孔隙。前者對儲集性能具有建設性作用，后者則起到破壞性作用。

5.3 構造作用

川東地區玄武巖、沉凝灰巖及凝灰質碎屑巖中裂縫均較為發育，并以構造縫及構造溶蝕縫為主，細小縫未充填，寬大縫多被充填或者半充填。裂縫發育程度與火山巖蝕變強度及充填物分布具有規律性。裂縫發育的地方火山巖蝕變程度高，熱液的溶蝕作用形成大量的次生孔隙，對儲集空間的改造具有建設性作用；熱液流體順裂縫進入火山巖時，流體蝕變產物及流體本身攜帶的物質也可沉淀和充填于火山巖孔隙，充填物通常表現為多種礦物的組合蝕變充填，比如玄武巖中的氣孔被綠泥石、硅質等多期次充填，沉凝灰巖中的蝕變黏土礦物充填在微孔中等，這些孔隙后期再次充填的過程，對儲層具有破壞性作用。

6 結論

（1）川東地區龍潭組地層整體上厚度為62.30～233.50 m，具有西厚東薄、北厚南薄的特征。其中鄰水、大竹-梁平-開江一帶最厚；涪陵以北地層厚度為70.00～120.00 m。

（2）川東地區二疊系火山巖主要分布在龍潭組中部和底部，厚度0.50～63.80 m，沉凝灰巖和凝灰質碎屑巖以七里峽-興隆場一帶厚度最大，火山熔巖以華鎣山-七里峽一帶厚度最大。川東地區二疊系火山巖巖相主要為溢流相和火山沉積相；平面來看溢流相、火山沉積相呈環狀分布，侵入相呈點狀分布。

（3）川東地區儲集空間類型主要包括裂縫、孔洞及微米孔等。其中，裂縫主要為構造縫和構造溶蝕縫，孔洞主要為溶蝕孔洞、氣孔等，微米孔主要包括脫玻化孔、有機質生烴殘留孔等。川東地區儲層為低孔低滲儲層，儲集物性由好到差依次為凝灰質碎屑巖、沉凝灰巖、氣孔狀玄武巖、致密玄武巖。

（4）川東地區二疊系火山巖儲層主要受巖性巖相、蝕變改造、溶蝕作用及構造作用等影響。對于火山碎屑巖類儲層，凝灰質碎屑巖類由于脆性礦物含量高、具有抗壓保孔能力，其儲集性能優于沉凝灰巖類儲層。構造作用在兩種儲層中均起到促進溶蝕和蝕變的作用。