劉 鑫 夏茂龍 吳煜宇 何青林 李 亞 劉 冉

中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地西部大面積分布火山巖，以基性噴出巖為主。此外，川東地區(qū)達(dá)州—梁平一帶分布有侵入巖。四川盆地鉆遇二疊系火山巖始于20世紀(jì)60年代，1966年WY25井首次在盆地鉆遇玄武巖，鉆厚2 m，從此揭開了該領(lǐng)域勘探的序幕。1992年，ZG1井鉆遇玄武巖裂縫性氣藏，測試產(chǎn)量25.61 104m3/d，是四川盆地首次鉆獲火山巖工業(yè)氣流。此后，為擴(kuò)大勘探成果，針對川西地區(qū)加大了勘探力度，多口井完成測試，但均未獲得發(fā)現(xiàn)。

近期，中國石油西南油氣田公司針對二疊系火山巖領(lǐng)域部署的風(fēng)險探井永探1井鉆遇火山碎屑熔巖孔隙型氣藏，油氣顯示豐富，中途測試獲22.5 104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣流。實現(xiàn)了由尋找裂縫型氣藏向?qū)ふ铱紫缎蜌獠剞D(zhuǎn)變的里程碑式跨越，標(biāo)志著四川盆地二疊系火山巖勘探取得歷史性突破。為此，筆者根據(jù)永探1井巖心、巖屑、測井及地震資料，開展儲層特征研究，探討火山碎屑熔巖的分布規(guī)律，以期為火山巖氣藏勘探部署提供依據(jù)。

1 地層概況

1.1 地層分布

川滇黔地區(qū)大面積分布二疊系“峨眉山玄武巖”[1-3]，是被國際學(xué)術(shù)界認(rèn)可的大火成巖省[4-11]，成因可能與地幔柱活動有關(guān)[11-15]。峨眉山玄武巖時代歸屬于中晚二疊世，具穿時性。

四川盆地二疊系火山巖主要分布在川西地區(qū)，底部與中二疊統(tǒng)茅口組呈不整合接觸，頂部自西南向北東分別與上二疊統(tǒng)宣威組、龍?zhí)督M呈不整合接觸[16-18]。火山巖在川西南部和成都—簡陽地區(qū)發(fā)育2個厚值區(qū)，厚度均超過200 m，其中川西南局部地區(qū)厚度在300 m以上（圖1）。

圖1 川西地區(qū)二疊系火山巖厚度等值線圖

1.2 巖石類型

火山巖巖石類型具多種劃分方案，依據(jù)火山作用成巖特點及巖石特征，一般劃分為火山熔巖、火山碎屑巖、次火山巖和沉積火山巖4大類，其中火山碎屑巖類根據(jù)火山碎屑含量和成巖方式可分為火山碎屑熔巖、正?；鹕剿樾紟r和火山—沉積碎屑巖3種類型（表1）。

永探1井火山巖厚272 m，鉆遇了玄武巖、火山碎屑熔巖、輝綠玢巖3種巖性。玄武巖為熔漿冷凝的產(chǎn)物，屬于火山熔巖類，縱向上主要分布于火山巖段頂部和中下部，分別厚11 m和111 m，電性特征表現(xiàn)為低聲波、低中子、高電阻率和高密度的特征，下段玄武巖自然伽馬較頂部玄武巖有明顯增高?；鹕剿樾既蹘r是正?；鹕剿樾紟r往熔巖過渡的類型，仍屬于火山碎屑巖，最典型的特征是巖石中碎屑含量介于10%～75%，碎屑按粒徑由小到大可細(xì)分為凝灰、角礫、集塊（表1），被大量黑色?；|(zhì)和細(xì)小的白色長英質(zhì)礦物包裹。該井火山碎屑熔巖縱向上介于2套玄武巖之間，厚122 m，電性特征表現(xiàn)為低自然伽馬、低電阻率、低密度、較高聲波和較高中子，與玄武巖電性特征差異明顯，易于識別。底部發(fā)育28 m輝綠玢巖，為中性偏基性的淺成侵入巖，具明顯的斜長石斑晶，是次火山巖類的一種，其電性特征與上覆玄武巖總體相似，主要通過電阻率明顯增高與玄武巖區(qū)分；其自然伽馬、電阻率和密度曲線較下伏茅口組石灰?guī)r具有相對較高的“三高”特征，界線清楚（圖2）。

除底部輝綠玢巖為淺成侵入巖外，玄武巖及火山碎屑熔巖均為噴出巖，縱向發(fā)育2套噴發(fā)旋回。參考前人火山巖相劃分方案，將永探1井劃分為噴溢相、溢流相和火山通道相（圖2）[19]。

表1 火山碎屑巖分類表（SY/T5368-2016）

2 儲層特征

2.1 巖石學(xué)特征

川西地區(qū)多口鉆井揭示二疊系火山巖廣泛發(fā)育玄武巖，礦物成分以長石和輝石為主。玄武巖儲層巖性較火山碎屑巖類相對致密，物性較差，孔隙度與滲透率相關(guān)性差，儲集空間以裂縫為主，儲集類型以裂縫型或孔隙—裂縫型占主導(dǎo)（圖3-a、3-b、3-c）。

永探1井儲集巖以火山碎屑熔巖為主，玄武巖次之?；鹕剿樾及摇⒔堑[、集塊，其中凝灰主要為淺灰色或灰白色細(xì)?；鹕交?，噴出地表后經(jīng)空氣搬運降落地表被熔漿包裹；角礫和集塊以玄武質(zhì)居多，部分為石灰?guī)r成分，被熔漿包裹后由熔漿膠結(jié)成巖，鏡下可見大量早期形成的氣孔被鈉長石、綠泥石、綠簾石等礦物充填，表明次生礦物對儲層發(fā)育起破壞作用，部分巖心表面可見孔洞發(fā)育（圖3-d～3-i）。

圖2 永探1井二疊系火山巖綜合柱狀圖

2.2 物性特征

永探1 井火山巖取心段進(jìn)尺5.63 m，巖性主要為含角礫凝灰熔巖。通過對取心段選取的7個全直徑樣品和23個柱塞樣品（19個有效樣）開展氦氣法孔滲實驗，表明該段火山碎屑熔巖儲層具有中孔、低滲特征，孔隙度與滲透率具有較好的正相關(guān)性（圖4）。

柱塞樣品實測孔隙度最大值為16.48%，最小值為8.66% ，平均值為13.76%；滲透率最大值為 0.173 mD，最小值為0.005 mD，平均值為0.058 mD。

測井解釋結(jié)論認(rèn)為永探1井儲層規(guī)模發(fā)育，平均孔隙度約15%，儲層厚度約105 m，表現(xiàn)為厚層優(yōu)質(zhì)孔隙型儲層，儲集條件優(yōu)越。

圖3 川西地區(qū)二疊系火山巖儲集巖巖性特征照片

圖4 永探1 井二疊系火山巖巖心孔滲關(guān)系圖

2.3 儲集空間類型

火山碎屑熔巖儲集空間類型以孔隙為主，發(fā)育少量裂縫（圖5）。結(jié)合成因分析，孔隙可劃分為原生孔隙、次生孔隙2大類，裂縫以構(gòu)造成因為主。其中原生孔隙為殘余氣孔，次生孔隙包括脫?；⒖譡20]、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔。

殘余氣孔：由于地表溫度、壓力較地下火山通道顯著下降，當(dāng)熔漿從地下噴出地表時，受環(huán)境因素發(fā)生變化的影響，在冷卻過程中熔漿包含的水分、CO2等揮發(fā)分達(dá)到過飽和狀態(tài)形成氣泡。一部分氣泡從熔漿分離進(jìn)入大氣，另一部分因熔漿快速冷凝來不及逸散而殘留在熔巖中形成原生氣孔，即殘余氣孔。該類孔隙多發(fā)育在噴發(fā)旋回頂部。永探1 井氣孔發(fā)育，主要分布在火山碎屑熔巖中，孔徑多為0.1 mm，呈圓形或橢圓形（圖5-a），多以次生礦物半充填的形式存在，充填礦物以綠泥石、鈉長石為主。

圖5 永探1 井火山巖儲集空間類型照片圖

脫?；⒖祝喝蹪{從地下噴出時為高溫熔融狀態(tài)，與地表圍巖及大氣形成強(qiáng)烈的溫差發(fā)生快速冷凝，來不及發(fā)生結(jié)晶，而是形成一種不穩(wěn)定的巖石結(jié)構(gòu)——火山玻璃[19]。因具有不穩(wěn)定性，火山玻璃會自動形成晶體，該過程稱為脫?；?。經(jīng)歷脫玻化作用之后，礦物體積較結(jié)晶前縮小，留下大量微孔隙。此外，在脫?；^程中會形成鈉長石、斜長石等礦物，遇酸性流體可發(fā)生溶蝕作用形成溶蝕微孔，統(tǒng)稱為脫?；⒖祝▓D5-b、5-c）。脫?；⒖子捎跀?shù)量多，普遍具連通性，是永探1井火山碎屑熔巖最主要的儲集空間類型。

粒內(nèi)（間）溶孔：原始孔隙中或碎屑顆粒間不同程度充填了鋁硅酸鹽礦物，后期遇熱液、埋藏流體等溶蝕改造形成體積相對較大的儲集空間，邊緣呈不規(guī)則狀。與脫?；⒖紫啾?，該類溶孔相對較大，連通性較相對較差（圖5-d、5-e）。

裂縫：結(jié)合巖心、薄片及成像測井資料分析，認(rèn)為永探1井裂縫發(fā)育程度低，以微裂縫為主，寬窄不一。鏡下可見部分裂縫呈網(wǎng)狀，被后期礦物充填且發(fā)生泥化，另有部分微裂縫被細(xì)晶方解石或綠簾石充填，僅少量微裂縫的礦物充填程度低，仍具備一定滲流能力（圖5-f）。

2.4 孔隙結(jié)構(gòu)

利用CT 掃描和壓汞等實驗方法對巖心開展分析，發(fā)現(xiàn)永探1井火山碎屑熔巖具有獨特的孔隙結(jié)構(gòu)特征，主要表現(xiàn)為孔隙分布非均質(zhì)性強(qiáng)、孔喉結(jié)構(gòu)分布均勻。

以選取的永探1井5 649.01 m巖心柱塞樣品為例，該樣品巖石密度為2.49 g/cm3，氦氣法實測孔隙度為11.74%，通過對樣品開展CT掃描，還原了巖心三維視圖（圖6）。結(jié)構(gòu)表明火山碎屑熔巖孔隙分布不均，但孔隙之間呈“蜂窩狀”結(jié)構(gòu)，連通性較好。

壓汞實驗結(jié)果總體表現(xiàn)為中細(xì)歪度、分選較好、中小喉為主的曲線特征（圖7）。通過選取a、b兩個物性差異明顯的樣品進(jìn)行對比分析（樣品a和b孔隙度分別為16.85%和10.32%，滲透率分別為0.125 mD和0.011 mD），發(fā)現(xiàn)樣品a的門檻壓力、中值壓力、分選系數(shù)明顯低于樣品b，而最大孔喉半徑、中值半徑、最大進(jìn)汞飽和度、退汞效率都明顯高于樣品b（表2），表明火山碎屑熔巖毛細(xì)管壓力曲線特征與物性高低表現(xiàn)一致。

2.5 儲層分布

不同巖相的火山巖在地震剖面上反射特征有所區(qū)別，以永探1井為例，表現(xiàn)為火山巖厚度大，外形呈丘狀反射，頂界為斷續(xù)中強(qiáng)—強(qiáng)振幅反射，內(nèi)部為雜亂反射的特征[21]。在地震相識別基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)噴溢相火山碎屑熔巖在川西地區(qū)大面積分布，主要集中在簡陽—三臺一帶，分布面積近6 000 km2（圖8），勘探潛力大。

圖6 永探1 井巖心CT 掃描三維視圖

圖7 永探1井巖心樣品毛細(xì)管壓力曲線圖

表2 永探1井巖心樣品壓汞實驗結(jié)果統(tǒng)計表

3 結(jié)論

1）永探1井噴溢相火山碎屑熔巖發(fā)育厚層孔隙型儲層，平均孔隙度在10%以上，厚度達(dá)100 m，為主力產(chǎn)層。

圖8 簡陽 三臺地區(qū)二疊系火山巖巖相分布圖

2）成都—簡陽地區(qū)噴溢相火山碎屑熔巖儲集空間以脫?；芪g微孔、殘余氣孔為主，裂縫發(fā)育程度較低，為一套優(yōu)質(zhì)孔隙型儲層。

3）噴溢相火山碎屑熔巖地震反射總體表現(xiàn)為丘狀、雜亂反射，在簡陽—三臺地區(qū)分布面積達(dá)6000 km2，具有巨大勘探潛力。