川西地區(qū)二疊系熱碎屑流火山巖發(fā)育特征及其油氣地質(zhì)意義

彭浩 ，尹成，何青林，夏國勇，劉勇，馬廷虎，陳康，劉冉，蘇旺

（1. 西南石油大學，成都 610500；2. 中國石油西南油氣田公司開發(fā)事業(yè)部，成都 610051；3. 中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，成都 610000；4. 中國石油西南油氣田公司氣田開發(fā)管理部，成都 610000；5. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

熱碎屑流一詞最早由Shigeo Aramaki于1961年提出，是指火山爆發(fā)產(chǎn)生的熾熱碎屑物和高溫氣體組成的高密度碎屑流，是由普林尼噴發(fā)柱坍塌后形成的高密度流體，沿火山斜坡或低洼地帶流動運移定位的地質(zhì)體[1]。衣健[2]通過對長白山天池火山碎屑流堆積相特征的研究，再次提出由普林尼式火山噴發(fā)柱垮塌產(chǎn)生的火山碎屑流屬于重力流的一種，集火山巖塊、角礫等粗碎屑和火山灰共同搬運并堆積是其基本特征。

中—晚二疊世期間的東吳運動導致中國西南地區(qū)發(fā)生強烈的火山噴發(fā)事件，在云、貴、川地區(qū)形成了巨厚的“峨眉山火山巖”（Emeishan traps），分布面積超過50×104km2[3]，它影響著中國西南地區(qū)相應時期的海陸變遷、沉積和油氣形成，受到了國內(nèi)外學者的廣泛關注[4]。四川盆地火山巖油氣勘探始于1966年威遠地區(qū)，截至2020年，全盆地鉆遇火山巖井500余口。2018年12月16日，川西簡陽地區(qū)YT1井火山巖勘探獲得約20×104m3高產(chǎn)氣流，這是四川盆地首次在廣泛分布的基性火山巖中發(fā)現(xiàn)爆發(fā)相熱碎屑流火山巖孔隙型儲集層。YT1井區(qū)二疊系火山巖氣藏初步預測含氣面積超過500 km2，具有厚度大、儲集層物性好、壓力高的特點，為中產(chǎn)、高豐度、超深層的無硫、大型天然氣氣藏，展示出良好的天然氣勘探前景[5-6]。

本文以四川盆地川西地區(qū)為重點，利用鹽津木桿鎮(zhèn)、鹽津撒魚沱、珙泉鎮(zhèn)南等野外露頭以及YT1、TF2、TF8等鉆井資料，通過巖石薄片及礦物組分、掃描電鏡、高壓物性等分析，開展熱碎屑流火山巖巖石學特征及儲集層研究，分析其火山巖堆積從近火山口到遠火山口的熱碎屑流堆積過程，進而根據(jù)堆積序列的空間變化，建立火山巖熱碎屑流的搬運和堆積模式。通過地質(zhì)、地球物理等多種手段結(jié)合，預測川西地區(qū)熱碎屑流火山巖的分布，評價川西地區(qū)熱碎屑流火山巖的發(fā)育特征及勘探潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

“峨眉山火山巖”位于揚子板塊西緣，緊鄰三江構(gòu)造帶，總體上處于太平洋構(gòu)造域與特提斯構(gòu)造域的交接部位，地質(zhì)構(gòu)造復雜[7]?！岸朊忌交鹕綆r”是趙亞曾先生1929年命名，特指出露于峨眉山地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組之上的一套玄武巖地層[8-9]。何斌等根據(jù)地表抬升幅度將“峨眉山火山巖”劃分為內(nèi)、中、外 3個帶（見圖1a）[10]。“內(nèi)帶”以云南永仁至四川攀枝花一帶為中心，指地幔柱頭部作用區(qū)域，該區(qū)域火山巖厚度大，噴發(fā)時間早，多周期噴發(fā)持續(xù)時間長[10]；以康定至昆明一線的“中帶”和成都至貴陽一線的“外帶”依次是“峨眉山火山巖”分布的中間和外圍區(qū)域，代表地幔柱沿頭部向外擴展的翼部，該區(qū)域火山巖厚度變化大，噴發(fā)時間較晚，在川西地區(qū)為兩個噴發(fā)周期。在噴發(fā)最強烈的內(nèi)帶，玄武巖堆積巨厚，長期處于剝蝕環(huán)境，未沉積上二疊統(tǒng)，火山巖頂部直接被三疊系陸相沉積層不整合覆蓋[11]；而中帶和外帶，上覆地層從西向東依次由陸相沉積的上二疊統(tǒng)陸相宣威組、沙灣組過渡至海陸過渡相沉積的龍?zhí)督M，最終相變?yōu)闇\海碳酸鹽沉積的吳家坪組[10]（見圖 1b）。表示“峨眉山火山巖”從內(nèi)帶至外帶是一個逐漸演變的過程，內(nèi)帶噴發(fā)時間早、噴發(fā)規(guī)模大、時間長，外帶噴發(fā)時間晚、噴發(fā)規(guī)模小、時間周期短。有證據(jù)表明，“峨眉山火山巖”內(nèi)帶地幔柱上涌產(chǎn)生大量放射狀裂隙，從康滇大裂谷逐漸向盆內(nèi)遷移，同時引起盆地內(nèi)先存的基底斷裂被重新激活，其形成機理可能是大陸蠕散作用使陸殼黏性流動，其過程類似于手風琴的拉開過程，結(jié)果是陸殼外緣逐步向洋推進和伸展，使后面的陸殼被牽動拉薄以至拉開[12]。前人研究表明，位于“外帶”的川西地區(qū)張裂體系從西向東先后依次裂開，裂谷發(fā)育的程度依次降低，“峨眉山火山巖”為裂隙式或多點中心式噴發(fā)[12]，與攀西裂谷的噴發(fā)環(huán)境相近，整體為陸內(nèi)噴發(fā)[13-15]。早期噴發(fā)的熔巖流為大面積的溢流相玄武巖，晚期則是爆發(fā)相火山碎屑巖和火山碎屑熔巖（見圖1c）。這種在陸內(nèi)多點式噴發(fā)的高密度熾熱火山碎屑夾雜圍巖碎塊沿噴發(fā)中心，順斜坡和淺洼堆積形成的火山碎屑巖和火山碎屑熔巖本文統(tǒng)稱為熱碎屑流火山巖。

圖1 中國西南地區(qū)晚二疊世早期火山巖分布圖（a）、川西地區(qū)寒武系—三疊系地層綜合柱狀圖（b）及川西地區(qū)晚二疊世早期玄武巖分布與噴發(fā)機制模式圖（c）

2 川西地區(qū)熱碎屑火山巖地質(zhì)特征

2.1 川西地區(qū)火山巖地層結(jié)構(gòu)

川西地區(qū)火山巖發(fā)育于上二疊世早期，處于“峨眉山火山巖”外帶，與下伏中二疊統(tǒng)茅口組和上覆上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M均為不整合接觸。茅口組為一套海相生物碎屑灰?guī)r，龍?zhí)督M為海陸交互相的砂、泥巖夾薄層灰?guī)r的含煤沉積。區(qū)域上，因“峨眉山火山巖”噴發(fā)時間和延續(xù)時間不一致，以及茅口組巖溶作用的結(jié)果，頂、底接觸界面不具備等時性，但與下伏、上覆地層巖性突變接觸特征明顯。川西地區(qū)的火山巖具有兩個噴發(fā)周期，上、下地層具有不同的巖石組合單元，兩者呈不整合接觸（見圖 2）。露頭剖面上，由老到新，下部單元為具柱狀節(jié)理的厚層玄武巖，頂部發(fā)育風化殼，與上部單元不整合接觸；上覆單元依次為粗粒凝灰?guī)r、細粒凝灰?guī)r，均為陸相空落堆積，頂部為發(fā)育小型柱狀節(jié)理的薄層狀玄武巖。井下剖面，由老到新，同樣顯示由兩個巖性單元組成，下部單元以基性—超基性火山巖為主，巖性從下到上依次為輝綠玢巖、玄武巖，局部有晚期侵入巖。上部單元以基性—中基性爆發(fā)熱碎屑流火山巖為主，巖性由老到新為爆發(fā)相火山碎屑巖、火山碎屑熔巖、凝灰?guī)r組成。上、下單元因巖心破碎界線不清，但地層巖性、電性突變接觸，特征明顯（見圖2），推測存在噴發(fā)間斷面。

圖2 鹽津縣木桿鎮(zhèn)露頭—ZJ2井南北向火山巖巖性對比圖

2.2 川西地區(qū)火山巖巖石學特征

根據(jù)川西地區(qū)多口井巖心資料觀察，巖屑與測井資料對比，共識別出 6種主要巖性，各類巖性主要特征如下。

①輝綠玢巖（見圖3a、圖3e）。灰色厚層塊狀，致密，裂縫不發(fā)育。中—細晶半自形斜長石和輝石交替穿插，間夾自形磁鐵礦和鈦鐵礦，偶見橄欖石。巖心未見孔、洞，晚期構(gòu)造縫泥質(zhì)（部分絹云母化）全充填。

②粒玄巖（見圖 3b、圖 3f）?；疑駥訝?，裂縫不發(fā)育，取心段結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、顏色均一。主要礦物成分為結(jié)晶完全的細晶斜長石和單斜輝石，結(jié)晶較粗大，與玄武巖區(qū)別明顯，間夾自形鈦鐵礦和磁鐵礦，不發(fā)育玻璃質(zhì)，偶見少量橄欖石，未見溶蝕現(xiàn)象。巖心未見孔、洞，晚期高角度構(gòu)造縫大部分被泥質(zhì)（部分絹云母化）全充填，少許小縫半充填。

③玄武巖（見圖 3c、圖 3g）。以灰黑色為主，綠灰色次之，厚層塊狀致密，部分具斑狀結(jié)構(gòu)，裂縫較發(fā)育。熔漿冷凝固結(jié)形成，結(jié)晶程度低，可見微晶及?；豢椊Y(jié)構(gòu)，并隨結(jié)晶程度增加向粒玄巖轉(zhuǎn)變。在 TF8井等離火山口較遠的井及野外剖面僅見玄武巖，未見粒玄巖，在 YT1井可見粒玄巖向玄武巖過渡，鏡下見微晶及玻基交織結(jié)構(gòu)，長石斑晶粒徑為0.1～1.0 mm（見圖3d、圖3h）。根據(jù)結(jié)晶形態(tài)，筆者認為YT1井離火山口較近，溫度較高，玄武巖冷凝緩慢，快速堆積后巖石緩慢冷卻形成較為粗大的晶粒，在遠火山口的位置玄武巖堆積量小，冷凝較快，故玄武巖晶粒較小。巖心未見孔、洞，晚期高角度構(gòu)造縫大部分被泥質(zhì)（部分絹云母化）全充填，部分半充填，未見油氣顯示。

④火山碎屑巖（見圖3i、圖3m）。以深灰色為主，灰色次之，巖性致密，質(zhì)硬。巖石主要成分為粒徑大于2 mm的火山角礫，次為灰?guī)r，角礫呈棱角狀—次圓狀，角礫分布不均，無分選大小，從 1 mm×2 mm至40 mm×60 mm，局部富集，角礫邊界普遍較清晰。碎屑含量大于 75%，為巖屑、玻屑、晶屑及玻璃質(zhì)等火山碎屑物質(zhì)堆積熔結(jié)或壓實固結(jié)而成。巖屑成分除玄武巖之外，還見大量灰?guī)r碎屑，碎屑多呈棱角—次棱角狀，大小2～60 mm不等，分選較差。YT1井巖心段可見較明顯的灰?guī)r團塊及火山碎屑粒徑下部大、向上逐漸變小的正粒序特征。巖心未見洞，柱面溶孔分布不均，局部富集，面孔率為2%～3%，未見油氣顯示。

⑤火山碎屑熔巖（見圖3j—圖3l、圖3n—圖3p、圖 3t—圖 3w）。綠灰色及深綠灰色，厚層塊狀，巖性較致密，較硬，斷口較平整，未見裂縫。具凝灰結(jié)構(gòu)，滴水速滲，碎屑含量為 10%～75%、熔漿膠結(jié)，碎屑粒徑2～60 mm不等，一般以凝灰及角礫為主，棱角明顯，排列分布無序，成分一般與膠結(jié)物熔巖相同或相近。同時也可見少量玄武巖巖屑、漿屑或玻璃質(zhì)，漿屑則多為拉長狀或雞骨狀，巖屑多呈棱角狀，形態(tài)不規(guī)則（見圖 3n），普遍綠泥石化、碳酸鹽交代（見圖3u）。大部分漿屑呈不規(guī)則的流動狀、拉長狀，指示其在流動過程中緩慢凝固并隨運動方向流動拉長（見圖3o）。巖石含溶孔洞不均，肉眼見巖心柱面溶孔未充填，多為孤立狀，局部富集。洞徑1 mm×1 mm至2 mm×4 mm，個別大于3 mm×5 mm，面孔率一般為4%～5%，局部大于 10%，鏡下孔隙細小，為彌散狀分布于凝灰質(zhì)或凝灰質(zhì)角礫中。巖心含氣實驗無氣泡，取心鉆進中見氣侵，全烴最高為51.5%。

⑥凝灰?guī)r（見圖 3q—圖 3s）?；疑?，深灰色，厚層塊狀，含少量凝灰質(zhì)角礫。巖石致密，水平層理發(fā)育，局部微裂縫發(fā)育。凝灰?guī)r主要由小于2 mm的晶屑、巖屑和玻屑組成，含量大于 70%，同時混有一定量的正常沉積物如泥質(zhì)，膠結(jié)物主要為碳酸鹽或黏土礦物等，碎屑顆粒有一定定向特征，具有粒序?qū)永淼取Ｈ裟噘|(zhì)含量高于50%，則過渡為沉凝灰?guī)r或凝灰質(zhì)泥巖。巖心未見孔、洞和油氣顯示。

圖3 川西地區(qū)火山巖巖心及薄片鏡下特征圖版

2.3 川西地區(qū)火山巖巖相特征

火山巖巖相是指火山活動環(huán)境及該環(huán)境下形成的特定火山巖巖石類型的總和?！盎鹕交顒迎h(huán)境”包括火山噴發(fā)時的地貌特征、堆積時的特征、距火山口的遠近和巖漿自身的性質(zhì)等[15]。

按照前人對火山巖機構(gòu)和火山巖相的劃分依據(jù)，參考王璞珺的火山巖巖相劃分方案[16]，根據(jù)川西地區(qū)火山巖裂隙式和多點中心噴發(fā)特點、巖石類型及堆積特征，將川西地區(qū)火山巖巖相劃分為溢流相、爆發(fā)相及侵入相3大類（見圖4）。

圖4 YT1井“峨眉山火山巖”巖性巖相綜合柱狀圖

溢流相，是熔漿從火山口溢出，在地表呈帶狀延伸和流動而冷凝形成的巖石組合，形成于火山噴發(fā)的早期，以熔漿形式從火山口噴溢而出，形成寬泛的巖被。在川西地區(qū)巖石主要為灰黑色、綠灰色玄武巖，厚層塊狀致密，部分具斑狀結(jié)構(gòu)，裂縫較發(fā)育。

爆發(fā)相，火山爆發(fā)時產(chǎn)生的各種火山碎屑物，火山巖塊、火山礫、火山灰等，以不同比例混合，在原地降落堆積，或經(jīng)大氣、重力、氣液作用搬運，經(jīng)壓實作用而形成不同類型的火山碎屑堆積物。川西地區(qū)識別出兩個主要亞相，熱碎屑流亞相和空落亞相，巖石類型包括火山碎屑巖和火山碎屑熔巖、凝灰?guī)r。

侵入相，或叫次火山亞相，巖漿未噴出地表固結(jié)形成的淺層至超淺層的侵入體，形成于火山活動的中、晚期，是熔漿沿火山機構(gòu)附近的張性裂隙貫入而成。在川西地區(qū)巖石主要為灰色輝綠玢巖，厚層塊狀，致密，裂縫不發(fā)育。

2.4 川西地區(qū)火山巖機構(gòu)及噴發(fā)序列特征

露頭、鉆井、地震資料揭示，四川盆地內(nèi)二疊系火山巖展布面積達 11×104km2，由南西至北東方向整體呈現(xiàn)以內(nèi)帶噴發(fā)中心厚、向邊部外帶急劇減薄的趨勢，火山巖厚度發(fā)育規(guī)模逐漸減小，到川西地區(qū)厚度為10～300 m（見圖1a）。在縱向上川西地區(qū)火山巖由兩個巖性單元組成（見圖 2、圖 4），下部單元為溢流相的玄武巖，其特征為廣覆蓋、大面積的洪泛玄武巖[13]熔巖臺地，具厚層柱狀節(jié)理，無強烈的爆炸現(xiàn)象，噴出物多為基性—超基性熔漿。上部單元為爆發(fā)相的熱碎屑火山巖，即火山碎屑巖及火山碎屑熔巖，巖心柱面可見大小不等的角礫，角礫具不同程度磨圓（見圖3n），其中漿屑呈長條狀定向排列，具有似流動構(gòu)造（見圖3o）。晚期巖漿噴發(fā)減弱，直接在爆發(fā)相熱碎屑火山巖頂部堆積了厚10～20 m的溢流相玄武巖（YS1井、YT1井）。離火山口較遠區(qū)域（ZJ2井）缺失爆發(fā)相的熱碎屑火山巖堆積，下部溢流相玄武巖之上直接覆蓋凝灰?guī)r。鹽津木桿鎮(zhèn)露頭剖面同樣具備這種特征，早期為柱狀洪泛玄武巖（未見底），頂部為風化剝蝕面，其上為火山碎屑巖，頂部為小型柱狀玄武巖（未見頂）。表明早期火山活動結(jié)束以后經(jīng)歷了較長的間歇期，早期形成的巖石遭受了長時間的風化淋濾，溶蝕破碎嚴重，其后堆積了火山碎屑巖，晚期噴發(fā)堆積小型柱狀玄武巖，橫向可對比（見圖2）。綜上所述，川西地區(qū)火山巖其巖漿活動具有早期較弱、中期變強、晚期再變?nèi)醯奶攸c。

①巖漿活動早期。川西地區(qū)具有北東向主斷裂與北西向次級斷裂組成“棋盤格式”斷裂組合[13]地質(zhì)背景，為深部上地幔巖漿沿斷裂交匯大規(guī)模上涌創(chuàng)造了條件。早期巖漿未強烈爆發(fā)，僅沿著地殼上裂縫溢出地表，雖然巖漿上涌能量較強，上涌過程中阻力相對較大，從而形成超大規(guī)模的溢流相洪泛玄武巖，稱為裂隙式噴發(fā)。除了上段前述宏觀特征，靠近火山口的位置為粒玄巖堆積（YT1井），遠離火山口火山巖晶粒逐漸變小為玄武巖，其間為粒玄巖逐漸過渡帶（YT2、TF8井）。因近火山口溫度較高，同時巖漿持續(xù)涌出、堆積，高溫高壓條件下巖石緩慢結(jié)晶，據(jù)此認識結(jié)合地震資料可以識別火山口的位置。如果在溢流相邊緣處，巖漿供給逐漸變少，常常可以形成噴發(fā)間斷面，在樂山龍圣堂、珙縣珙泉等多處露頭剖面溢流相玄武巖頂部可見風化殼。

②巖漿活動中期。構(gòu)造活動加強，斷裂發(fā)育程度增加，不同方向基底斷裂交織，其交匯處為深層巖漿上涌通道，為中心式噴發(fā)創(chuàng)造了有利條件[13]。能量逐步聚集的巖漿，在上涌過程中氣體高度膨脹，于斷裂交匯處強烈爆發(fā)，將火山口附近的原有玄武巖及茅口組石灰?guī)r破壞，大量玄武質(zhì)、灰質(zhì)角礫噴射而出。按照噴出巖塊大小，以重力分異的方式順斜坡堆積并搬運形成熱碎屑流，最終在壓實及冷凝作用下形成爆發(fā)相的火山碎屑巖及火山碎屑熔巖。遠火山口區(qū)域順風飄散的火山灰逐漸沉積為凝灰?guī)r或沉凝灰?guī)r。

③巖漿活動晚期。火山噴出物質(zhì)及能量大量釋放后，能量減弱，巖漿以緩慢噴出的方式，在火山口附近形成小規(guī)模溢流相玄武巖，巖石較致密，具小型柱狀節(jié)理，風化作用程度低。晚期能量持續(xù)降低，熔漿沿火山機構(gòu)附近，在火山通道口、或就近的巖石層面、節(jié)理、張性裂隙逐漸貫入，形成輝綠玢巖。

平面上，茅口組沉積末期的巖溶古地貌與斷裂系統(tǒng)共同控制了區(qū)內(nèi)火山巖展布，該地區(qū)爆發(fā)相火山巖發(fā)育范圍與茅口組沉積末期形成的大型巖溶洼地范圍有較好的一致性[14]，巖溶強烈的淺洼區(qū)內(nèi)火山巖厚度較大，堆積溢流相厚層玄武巖及爆發(fā)相火山碎屑巖，且火山巖相組合相對較完整；斷裂欠發(fā)育的巖溶斜坡區(qū)火山巖厚度相對較薄，巖性以下部單元的溢流相玄武巖為主[14]，上覆為較薄層的空落相火山碎屑沉積。

總體而言，川西地區(qū)火山巖具有不同巖性平面上交錯、縱向上疊置尖滅的特征，火山機構(gòu)斜坡區(qū)及茅口組的巖溶洼地堆積了較完整旋回的溢流相及爆發(fā)相火山巖巖性體，即熱碎屑流火山巖，它包含火山碎屑巖和火山碎屑熔巖。

2.5 川西地區(qū)熱碎屑流火山巖堆積模式

形成火山熱碎屑流的必要條件包括[1]：巖漿的噴發(fā)方式是火山碎屑-蒸汽巖漿陸上噴發(fā)，火山口和周緣地區(qū)之間有一定的高程差，噴出火山口的碎屑物質(zhì)形成重力流，陸相噴發(fā)中未固結(jié)漿屑能夠在流動過程中維持塑性狀態(tài)緩慢凝固而不至于迅速冷凝，形成熔結(jié)構(gòu)造。

對照火山熱碎屑流形成條件，首先，已鉆井上部巖性單元見大量的火山碎屑角礫伴凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，在巖性單元內(nèi)，下段角礫大且含量較多，向上角礫逐漸變小，呈正粒序特征。且深色熔巖碎屑呈拉長/撕裂狀，定向排列，局部有巖漿碎屑條紋斜列，以及繞大巖屑偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，指示碎屑的流動方向。其噴發(fā)特征為陸相火山碎屑-蒸汽巖漿式噴發(fā)，非其他陸相的寧靜溢流式[17-18]。這一巖性特征與克拉美麗氣田爆發(fā)相熱碎屑流堆積相似[5-6]。其次，YT1、TF2、TF8井與井之間上部巖石單元不僅有厚度差異，地震資料顯示井間的地形也存在高差。由火山爆發(fā)產(chǎn)生的熾熱碎屑物和高溫氣體組成的高密度碎屑流地質(zhì)體，沿噴發(fā)中心向斜坡或低洼地帶流動堆積易形成高密度碎屑流火山巖。

綜上所述，川西地區(qū)“峨眉山火山巖”屬于晚期中心式噴發(fā)產(chǎn)物，為火山巖爆發(fā)相環(huán)境。由火山爆發(fā)形成了的熾熱碎屑物和高溫氣體組成的高密度碎屑流地質(zhì)體，為火山熱碎屑流堆積。從火山口沿斜坡到淺洼地帶再到火山灰空落區(qū)，近火山口熱碎屑受重力作用，堆積碎屑粒徑大，巖心可見60 mm左右的碎屑，火山碎屑熔巖堆積旋回最完整（YT1井）（見圖4）。遠離火山口熱碎屑粒度變小，厚度減薄，為厚層狀、塊狀或板狀粒序?qū)永?，熱碎屑火山巖堆積旋回發(fā)育不完全（TF8井）。更遠的空落區(qū)，為細粒火山灰沿風向順風而下呈單向分布，形成凝灰?guī)r或沉凝灰?guī)r（ZJ2井）（見圖2），更遠區(qū)域細粒的火山灰大范圍飄落，分布廣泛，在樂山龍圣堂、鹽津仙女洞、珙縣珙泉、筠連鹽井村等多條剖面，甚至華鎣山以東均可見。

結(jié)合火山機構(gòu)爆發(fā)特點，火山爆發(fā)產(chǎn)生的熾熱碎屑物和高溫氣體組成的高密度碎屑流，沿火山斜坡或低洼地帶向四周泛溢，最終冷卻定位形成地質(zhì)體巖性特征。結(jié)合野外露頭和實鉆資料，筆者在前人研究的基礎上，將熱碎屑流堆積亞相根據(jù)堆積物與火山口的距離進一步劃分為 4個堆積帶：火山口沿堆積、近源堆積、中源堆積及遠源堆積（見圖5）。

圖5 川西地區(qū)熱碎屑流（火山碎屑流）火山巖堆積相模式圖

近源堆積帶為一套完整的火山噴發(fā)旋回，早期旋回以粒玄巖為主，中期旋回主要為火山碎屑巖、火山碎屑熔巖，晚期旋回上部巖性單元可見火山口附近的溢流相玄武巖，同時下部巖性單元可見侵入相輝綠玢巖（YT1井）。中源堆積帶巖相與近源堆積相似，但早期旋回玄武巖晶粒較小，不見粒玄巖，中期旋回見火山碎屑巖、火山碎屑熔巖及薄層凝灰?guī)r（TF8井）。遠源堆積帶（ZJ2井），早期旋回主要為溢流相玄武巖，晚期旋回主要為凝灰?guī)r，厚度較薄，但分布廣泛。因此，川西地區(qū)火山巖縱向上具有成層性，平面上具有分帶性。

2.6 川西地區(qū)熱碎屑流火山巖儲集層特征

川西地區(qū)熱碎屑流火山巖堆積物儲集層發(fā)育，主要以火山碎屑巖、火山碎屑熔巖 2類儲集巖為主，玄武巖類少見儲集層。據(jù)巖心和野外露頭柱塞樣、全直徑樣共統(tǒng)計445個樣品數(shù)據(jù)，巖性特征如下。

①火山碎屑巖。儲集層孔隙發(fā)育，裂縫發(fā)育程度次之，屬于裂縫-孔隙型儲集層。孔隙以凝灰質(zhì)彌散狀微細孔為主，溶蝕洞及裂縫次之，火山碎屑巖儲集層孔隙度為1.93%～27.26%，平均孔隙度為13.08%（見圖 6a），滲透率為（0～4.43）×10-3μm2，平均滲透率為 0.24×10-3μm2（見圖 6b）。受巖石微裂縫影響，孔滲關系明顯為兩種組合特征：微裂縫發(fā)育的樣品低孔高滲，其滲透率基本在（0.1～1.0）×10-3μm2，儲集層孔隙度與滲透率無相關性；微裂縫欠發(fā)育的孔隙性儲集層樣品孔滲呈正相關，隨孔隙度增大，孔隙結(jié)構(gòu)變好，滲透率增大，孔隙型儲集層段孔滲復相關系數(shù)為0.38（見圖 6c）。

②火山碎屑熔巖。儲集層孔隙發(fā)育好，少見裂縫發(fā)育，為孔隙型儲集層?？紫兑阅屹|(zhì)彌散狀微細孔和部分超微孔為主，溶蝕洞、晶間孔次之，孔隙度為0.29%～24.27%，平均孔隙度為12.15%（見圖6d），滲透率為（0～0.90）×10-3μm2，平均滲透率為 0.17×10-3μm2（見圖6e）。無論是孔隙度、滲透率分布頻率圖，還是孔滲關系圖，均可以看出隨著孔隙度的增加，滲透率變好，全巖總體表現(xiàn)為孔隙度與滲透率復相關系數(shù)達0.66（見圖6f）。

③玄武巖。孔隙不發(fā)育，少見裂縫，儲集性能較差，孔隙度為0.35%～2.16%，平均孔隙度為0.85%（見圖6g）；滲透率為（0～0.40）×10-3μm2，平均滲透率為 0.01×10-3μm2（見圖 6h），孔隙度與滲透率總體相關性差，復相關系數(shù)為0.008（見圖6i）。

圖6 川西地區(qū)火山巖儲集層孔隙度分布、滲透率分布及孔滲交會圖（n—樣品數(shù)；R—相關系數(shù)）

對微裂縫不發(fā)育的川西地區(qū)熱碎屑流火山巖儲集層進行巖石CT掃描分析發(fā)現(xiàn)，儲集層受巖石組構(gòu)影響，主要以彌散狀分布于凝灰結(jié)構(gòu)中（紅色區(qū)），紅色分布區(qū)具有良好的孔滲關系，孔隙空間大，連通范圍廣；藍色、綠色表示連通范圍小或孤立的孔隙；灰色部位為孔隙不發(fā)育區(qū)。同一橫切面和縱向柱面上，紅色與灰色占比不同（見圖7a），表明火山碎屑巖儲集層非均質(zhì)性較強，但凝灰結(jié)構(gòu)（紅色）基質(zhì)孔隙發(fā)育，連通性好。壓汞分析結(jié)果同樣表明火山碎屑巖儲集層孔隙結(jié)構(gòu)普遍分選好[21]，具低排驅(qū)壓力、低孔超微細喉特征，最大孔喉孔隙半徑主要集中在0.4～0.7 μm，壓汞曲線呈細歪度，連通性好（見圖7b）。高孔隙度、超微細孔隙結(jié)構(gòu)是這套爆發(fā)相火山熱碎屑堆積巖最主要的特征。

圖7 TF2井巖心柱塞樣CT掃描分析圖（a）及巖心柱塞樣壓汞圖（b）

3 川西地區(qū)熱碎屑流火山巖地球物理響應及分布特征

熱碎屑流火山巖的空間展布刻畫是尋找火山巖有利儲集層的前提。由于熱碎屑流火山巖具有巖性變化快、電性差異大、物性與圍巖差別大、地震反射特征明顯等特征，為熱碎屑流火山巖地震技術識別和展布刻畫提供了條件。本文根據(jù)川西地區(qū)成都—簡陽區(qū)塊三維地震數(shù)據(jù)，通過地震反射屬性、波形特征分析，利用水平時間切片、三維空間雕刻等技術手段，對川西地區(qū)成都—簡陽區(qū)塊熱碎屑流火山巖空間展布進行了刻畫。

3.1 熱碎屑流火山巖地球物理特征

川西地區(qū)鉆遇的厚層熱碎屑流火山巖與圍巖具有不同的屬性特征。由實鉆測井資料可知（見圖4），不同巖性的火山巖電性特征差異較大（見表1），溢流相玄武巖和侵入相輝綠玢巖測井特征表現(xiàn)為中高自然伽馬、低聲波時差、高密度、中高電阻率特征，聲波時差速度為5 000～5 500 m/s，密度約為2.9 g/cm3；熱碎屑流火山碎屑巖和火山碎屑熔巖測井特征表現(xiàn)為中低自然伽馬、高聲波時差、低密度、低電阻率特征，聲波時差速度約 3 500～4 500 m/s，密度約為2.8 g/cm3。上覆圍巖表現(xiàn)為高自然伽馬、高中子孔隙度、低密度、低電阻率特征，聲波時差速度為5 500～6 000 m/s。

表1 川西地區(qū)成都—簡陽區(qū)塊二疊系火山巖測井響應參數(shù)

YT1井井震標定結(jié)果顯示（見圖8），熱碎屑流火山巖內(nèi)部巖性非均質(zhì)性較強，縱橫向速度變化大，地震反射特征較圍巖與玄武巖差異明顯。近源及中源堆積時，地震反射特征主要為丘狀外形，成層性差，中弱振幅，中低頻率，內(nèi)部雜亂、蠕蟲狀弱反射，局部上覆地層上超；遠源堆積時，地震反射特征上外形無明顯起伏，厚度較薄（一個相位），頂界連續(xù)中強反射，底界斷續(xù)弱反射，整體表現(xiàn)為亞平行狀似連續(xù)反射。各堆積帶火山巖地球物理反射特征見表2。

圖8 YT1井熱碎屑流火山巖井震標定

表2 川西地區(qū)簡陽區(qū)塊二疊系熱碎屑流火山巖地震反射特征模式圖版

3.2 熱碎屑流火山巖分布預測

基于上述火山巖地震反射特征，通過地震相分析法開展熱碎屑流火山巖空間包絡面的解釋，利用三維可視化雕刻技術，繪制火山機構(gòu)分布圖，刻畫其空間展布，為火山噴發(fā)模式的建立及火山巖相分布預測提供依據(jù)。成都—簡陽區(qū)塊三維地震瞬時振幅剖面顯示（見圖9），熱碎屑流火山巖與圍巖及玄武巖在巖石物理屬性上存在明顯區(qū)別，表現(xiàn)為強瞬時振幅異常、內(nèi)幕雜亂反射，火山機構(gòu)反射特征清楚，表現(xiàn)為孤立式丘狀隆起或多個丘狀隆起疊置發(fā)育。在此基礎上完成的熱碎屑流火山巖厚度刻畫結(jié)果如圖10所示，簡陽區(qū)塊火山巖平面上表現(xiàn)為團塊狀或線狀分布，以 YT1、TF2、TF8井附近為中心，發(fā)育3個火山機構(gòu)群，是火山巖勘探最有利區(qū)。其中YT1井火山機構(gòu)異常反射面積最大，約110 km2，厚80～200 m；TF8井火山機構(gòu)異常反射呈近南北向線狀分布，面積約90 km2，厚50～180 m；TF2井火山機構(gòu)異常反射呈孤立式團塊狀分布，面積約40 km2，厚20～110 m。三維地震資料區(qū)預測熱碎屑火山巖有利分布區(qū)面積達 500 km2，TF2井—TF8井西南區(qū)域熱碎屑流火山巖大面積分布，將是下一步勘探有利突破區(qū)。

圖9 三維地震瞬時振幅屬性剖面（拉平茅口組底界，火山巖異常反射呈丘狀）

圖10 YT1井區(qū)熱碎屑流火山巖厚度分布圖

4 熱碎屑流火山巖油氣勘探意義

川西地區(qū)二疊系火山巖儲集巖為爆發(fā)相熱碎屑流火山巖，巖類以火山碎屑巖、火山碎屑熔巖為主，溢流相玄武巖儲集性能較差。巖心和薄片資料表明，火山碎屑巖儲集層具有高孔和特高孔特征，主要的儲集空間是以后期溶蝕的呈彌散狀微細孔和部分超微孔，溶蝕洞、晶間孔及裂縫次之；儲集層宏觀具有非均質(zhì)性強、微觀孔喉分布較均質(zhì)的特點。爆發(fā)相熱碎屑流火山巖快速冷凝形成大量脫玻化微孔（見圖3v），易受后期熱流體溶蝕增加孔隙空間；玄武巖儲集層裂縫較發(fā)育，形成后受風化淋濾作用等因素，促使了溶孔（見圖3w）、裂縫（見圖 3d）等儲集空間的發(fā)育[19]。這套基性—中基性爆發(fā)相火山碎屑巖儲集層厚70～100 m，地層壓力系數(shù)為2.26，屬于超高壓孔隙型火山巖儲集層。

川西地區(qū)二疊系火山巖氣藏的勘探，揭示了四川盆地在上二疊統(tǒng)底部廣泛發(fā)育巨厚的熱碎屑流火山巖微細孔隙型儲集層。目前鉆探成果證實，火山巖氣藏分布主要受火山巖儲集層的控制。筆者通過三維地震資料刻畫了近500 km2的有利儲集層分布區(qū)，并得到了實鉆證實，揭示近源—中源順火山機構(gòu)斜坡區(qū)域儲集層厚度大，旋回較為完整，是最有利勘探區(qū)。同時，川西地區(qū)火山巖氣藏生儲蓋組合良好，具有優(yōu)越的成藏條件。二疊系火山熱碎屑流儲集層處于下古生界德陽—安岳臺內(nèi)裂陷外緣，主要由下伏寒武系筇竹寺組和上覆上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M兩套源巖供烴，氣源充足。其中上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為海陸過渡相烴源巖，可為丘狀火山巖儲集層側(cè)向供烴；下伏寒武系筇竹寺組頁巖為一套有機質(zhì)豐度高、厚度大的優(yōu)質(zhì)烴源巖，由基底斷至飛仙關組內(nèi)部的烴源斷層直接供烴，有效溝通烴源和儲集層，形成高效、近源的生儲配置關系；同時發(fā)育龍?zhí)督M直接蓋層和三疊系膏鹽巖區(qū)域蓋層，保存條件好。“峨眉山火山巖”上覆龍?zhí)督M泥頁巖作為直接蓋層，不僅封堵烴類向上運移，也可作為次級烴源層[20-21]，為火山巖巖隆的側(cè)向封堵和烴源供給提供了有利條件，本區(qū)火山巖具有良好的天然氣成藏地質(zhì)條件。

根據(jù)目前勘探成果，川西地區(qū)鉆遇熱碎屑流火山巖儲集層的 YT1、TF2等井均獲得工業(yè)氣流，測試產(chǎn)量（4～20）×104m3，預計資源量約 3 000×108m3。目前，川西地區(qū)依據(jù)重、磁、電及二、三維地震成果初步刻畫出成都—簡陽—三臺地區(qū)火山巖熱碎屑流爆發(fā)相有利區(qū)域約6 000 km2，展示該地區(qū)火山巖熱碎屑流儲集層巨大的勘探潛力。

5 結(jié)論

川西地區(qū)發(fā)育大面積“峨眉山火山巖”，縱向上由兩個巖性單元組成，下部單元以裂隙式噴發(fā)為主，巖性以溢流相玄武巖占優(yōu)勢；上部單元為中心式噴發(fā)，是典型的爆發(fā)相火山熱碎屑流堆積，以火山碎屑巖、火山碎屑熔巖、凝灰?guī)r為主。上、下巖性單元之間疑為不整合接觸。

川西地區(qū)熱碎屑流堆積亞相在橫向上可劃分為 4個堆積帶：火山口沿堆積、近源堆積、中源堆積、遠源堆積。熱碎屑流堆積亞相平面展布受火山口位置及噴發(fā)期次控制，縱向分布主要受噴發(fā)期次控制，其上部巖性單元所發(fā)育火山碎屑巖及火山碎屑熔巖從近源到遠源厚度逐漸減薄。

近源到中源堆積帶主要儲集巖類為火山碎屑巖及火山碎屑熔巖，其厚度大、孔隙發(fā)育程度高，儲集空間以微細孔和部分超微孔為主，分選較好，儲集層宏觀具有非均質(zhì)性強、微觀孔喉分布較均質(zhì)的特點，是最有利勘探對象。

熱碎屑流火山巖地質(zhì)特征明顯，具有較為廣泛的分布范圍和分布空間，地震反射特征和屬性較為突出。在地震剖面上表現(xiàn)為強振幅異常、相位錯斷大，可以有效利用三維地震屬性分析及可視化雕刻技術，對熱碎屑流火山巖空間展布進行刻畫?？坍嫿Y(jié)果顯示簡陽區(qū)塊熱碎屑火山巖大面積發(fā)育，以YT1、TF2、TF8井附近為中心，發(fā)育 3個火山機構(gòu)群，分布面積約 500 km2，是火山巖勘探最有利區(qū)。