四川盆地二叠纪玄武岩喷发事件的油气地质意义

田景春, 林小兵, 郭 维, 张 翔, 黄平辉

(1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司勘探开发研究院，天津 300452；3.中国石油西南油气田分公司 川中气矿，四川 遂宁629000)

四川盆地二叠纪玄武岩喷发事件的油气地质意义

田景春1, 林小兵1, 郭 维2, 张 翔1, 黄平辉3

(1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司勘探开发研究院，天津 300452；3.中国石油西南油气田分公司 川中气矿，四川 遂宁629000)

基于四川盆地二叠纪玄武岩喷发事件，在众多前人研究成果的基础上，详细研究玄武岩的时空分布特征，分析玄武岩喷发事件的油气地质意义。结果表明，峨眉山玄武岩垂向上具有多旋回的特征，最多可识别出10～11个旋回；平面上不仅在川西、川南大面积分布，在川东北也有分布。玄武岩油气地质意义表现在：玄武岩经过后期改造发育有效储集空间，可以构成油气储层；玄武岩喷发前玄武岩浆呈柱状上侵过程中形成的隆升系统，对后期的生物礁和颗粒滩沉积体系的发育创造了有利条件，并为下二叠统茅口组古岩溶储层发育创造了条件；隆升同时发育拉张系统，为下伏茅口组灰岩白云岩化深部Mg2+来源提供了运移通道；二叠系含油气系统的形成亦受控于此。

四川盆地；二叠纪；玄武岩喷发；隆升-拉张系统；含油气系统

前人对于玄武岩的特征、喷发过程、喷发模式、喷发时代进行了大量研究，提出了玄武岩裂谷成因[5-9]和地幔柱成因[10-15]等认识。近些年，随着地幔柱理论的兴起和发展，人们普遍认为峨眉山玄武岩与上升地幔柱作用有关[16-21]，并发生千米规模的地表抬升[14]。相应快速的隆升使沉积相及岩相古地理发生突变，并在地幔柱活动地区沉积地层剖面和平面上留下记录[14,22-23]；同时，峨眉山玄武岩喷发导致的大规模的地表抬升使地表已有沉积物发生差异剥蚀，从而形成局部性的不整合。因此可以说，峨眉山玄武岩喷发、堆积过程不仅影响古地貌特征，而且影响沉积环境乃至油气成藏。本文基于众多前人研究成果，分析研究玄武岩在四川盆地内的时空分布特征，深入探讨玄武岩喷发事件对四川盆地油气形成的地质意义，为进一步在四川盆地勘探玄武岩及相关储层提供新思路。

1 玄武岩的时空分布特征

峨眉山玄武岩在四川盆地周缘的野外剖面和盆内的钻井中均有发育，其时空分布具有明显的规律。

1.1 平面分布特征

由于岩浆喷发的强度和喷发规模不同，单次喷发岩浆所能覆盖的区域亦存在差异，因此在各个地区的剖面或钻井中观察到的玄武岩的厚度相差较大，可识别出的旋回数量也不同。通过对各地区玄武岩的厚度统计，编制了玄武岩厚度平面分布图(图1)。从该平面图显示的结果可以看出，四川盆地峨眉山玄武岩主要分布在川西地区，厚40～500 m，由西南向北东方向厚度具有逐渐变薄的趋势，对应的玄武岩旋回也逐渐减少。峨眉山玄武岩在川东地区也有少量分布，厚度较小(4～65 m)。

1.2 垂向演化特征

通过分析峨眉山龙门洞剖面，并结合汉深1井、中坪剖面等野外剖面和钻井岩心分析，认为玄武岩的岩性、结构和构造特征垂向演化具有多旋回特征(图2)。单一完整旋回的玄武岩岩相组合规律表现为:下部为火山角砾岩(暗紫、杂色，氧化色)→斑状玄武岩、无斑玄武岩 (灰绿、墨绿，还原色)→气孔-杏仁状玄武岩(绿灰、黄绿色，过渡色)→凝灰岩 (褐红色，氧化色)。这种垂向岩性组合旋回与岩浆喷发过程密切相关。川西南的峨眉山玄武岩一个完整喷发旋回的岩相主要包括3类[24]：(1)爆发相——主要发育于岩浆喷发初期，形成火山角砾岩；(2)溢流相——主要发育于岩浆喷发主体期，形成斑状玄武岩；(3)火山沉积相——主要发育于岩浆喷发末期，形成凝灰岩。多次岩浆喷发在垂向上就形成多个玄武岩组合旋回，最多可识别出10～11个旋回。需要说明的是，不同地区或地幔柱的不同部位喷发旋回也存在明显不同。

图1 四川盆地峨眉山玄武岩分布等厚图Fig.1 Isopach map showing distribution of Emeishan basalt in Sichuan Basin(A)川西南地区; (B)川东北地区

图2 峨眉山龙门洞剖面玄武岩旋回Fig.2 Profile showing the eruption cycles of Emeishan basalt in the Longmendong area

2 油气地质意义

2.1 玄武岩储集层

玄武岩可以发育成为有利的油气储集岩。峨眉山玄武岩中的气孔(杏仁)状玄武岩以及斑状玄武岩等岩石类型，经过后期的构造破裂和成岩作用的改造，玄武岩内气孔、溶孔、裂缝普遍存在，玄武岩自身构成了一套有利的油气储集岩(图3)。油气勘探实践已经证明，某些玄武岩层段具有良好的储油能力[25]，如在川西南地区钻探的周公1井所钻遇的峨眉山玄武岩测井解释孔隙度为1.81%～4.46%，普遍在2.5%左右，且玄武岩中获气25.62 ×104m3/d。此外，玄武岩垂向上具有多旋回特征，因而可以构成多套储盖组合。

2.2 控制了后期的沉积格局及断裂体系

四川盆地二叠纪玄武岩喷发时，地幔柱上升造成地壳抬升。尽管玄武岩喷发于茅口末期，但抬升的时间已持续了几百万年，抬升高度>1 km[14,26]。地壳抬升的同时，形成古地貌高地；并且受拉张应力的影响，抬升的穹状隆起发生断裂，形成裂陷槽，进而发育成台-盆相间的古地貌格局。这种格局一直持续到晚二叠-早三叠世，为生物礁和颗粒滩的发育创造了有利的古地貌条件(图4)。拉张作用产生的断裂及裂隙，作为后期油气及地质流体的运移通道，在储层的改造及油气藏的形成方面扮演了重要角色[27-28]。

图3 峨眉山玄武岩发育的孔隙类型及特征Fig.3 Types and characteristics of pore development in Emeishan basalt(A)杏仁状气孔，见沥青充填，龙门洞剖面，×100，(-)，蓝色铸体薄片; (B)长石斑晶发育粒内溶孔，龙门洞剖面，×100，(-)，蓝色铸体薄片

图4 玄武岩喷发的构造背景与礁滩发育及流通运移Fig.4 Tectonic background of basalt eruption and the transportation, migration and development of reef 茅口晚期，岩浆上拱使上覆地壳形成穹窿，穹隆中心地区容易发生张性裂开，形成一些断陷盆地；产生的断裂及裂缝体系为流体运移提供了通道

2.3 为白云石化提供Mg2+

众所周知，灰岩发生白云岩化需要如下化学进程

Mg2++2CaCO3=CaMg(CO3)2+Ca2+

要实现上述化学过程需要具备2个条件：一是要有足够的Mg2+；二是要有足够的动力使得Mg2+侵占CaCO3中的Ca2+。四川盆地栖霞组、茅口组灰岩要转变为白云岩也必须满足这2个条件。而此时，海水中Mg的质量分数仅为0.13%，不仅不能满足白云岩化所需的Mg2+，而且不具备Mg2+侵占CaCO3的Ca2+所需的动力。

(1)四川盆地二叠纪玄武岩喷发热事件发生过程中，原始岩浆具高镁(wMgO>16%)特征[11]，这种大量富Mg2+热液物质从地下喷出过程中，途经栖霞组、茅口组灰岩，直接为方解石转化成白云石带来了所需的Mg2+。(2)玄武岩浆具有异常高的潜能温度(1 550 ℃)[12]，为Mg2+侵占CaCO3的Ca2+提供了强大的热动力，促使灰岩发生白云岩化。(3)玄武岩在地表条件下形成之后，遭受大气水风化淋滤时，发生分解并释放出Mg2+，沿岩石中的各种裂缝和节理向地下深处渗流，为下伏的灰岩地层白云石化提供了源源不断的Mg2+[29]。

2.4 穹状隆起导致茅口组暴露并发育古岩溶储层

茅口末期，玄武岩浆上涌后发生喷发。在岩浆过程中，茅口组在浅缓的开阔台地沉积背景中普遍发育台内滩[30]。随着岩浆在喷出地表之前的持续上涌，前期沉积的茅口组灰岩也随之持续隆升并最终曝露在海平面之上，遭受淡水淋滤[31](图5、图6)。在野外剖面上也能观察到川西南部地区玄武岩不整合于茅口组之上，茅口组顶部普遍发育古喀斯特地貌，其中茅口晚期穹状抬升中心或内带茅口灰岩的剥蚀厚度为300 m[14]，整个剥蚀区的范围与峨眉山玄武岩分布区基本一致[15]。古隆起上发育张裂隙及张性断裂，为古岩溶的发育提供了淡水渗滤通道，从而有利于古岩溶储层的形成。

图5 玄武岩喷发引起的穹状隆起示意图Fig.5 Sketch demonstrating the uplifting of basalt dome

2.5 有利于岩性上倾尖灭型油气藏的形成

玄武岩喷发过程中，形成了上拱地幔柱。后期的上二叠统宣威组、龙潭组乃至长兴组沉积与玄武岩地幔柱之间构成上倾尖灭接触，从而有利于岩性上倾油气藏的形成(图7)。另一方面，作为阻隔层存在的玄武岩，又可以将二叠系分隔成2个含油气系统。其中，玄武岩地层上覆为龙潭组-长兴组含油气系统，玄武岩地层下伏为梁山组-栖霞组-茅口组含油气系统。

图6 茅口组岩溶发育平面分布图Fig.6 Plan distribution of karst of Maokou Formation

图7 玄武岩与不同地层的接触关系及含油气系统的划分Fig.7 Contact relations of basalt with different strata and the division of petroleum system(据何鲤[32 ]，有修改)

3 结 论

四川盆地二叠纪玄武岩喷发事件不仅是一次重要的火山喷发事件，而且该事件具有重要的油气地质意义。

a.峨眉山玄武岩垂向上具有多旋回的特征，最多可识别出10～11个旋回；平面上大面积分布，主要分布在川西和川南地区，在川东北地区也有发育。

b.玄武岩自身经过后期改造，发育有效储集空间，可以构成很好的油气储层。

c.峨眉山玄武岩在岩浆上涌过程中形成的穹窿，影响了后期地貌、沉积格局和地层的应力状态，从而为茅口期沉积及后期长兴-飞仙关期的生物礁和颗粒滩储层发育创造了古地貌条件，同时控制了茅口组古岩溶的发育。

d.峨眉山玄武岩对二叠系的含油气系统有控制作用。系统深入研究玄武岩喷发的油气地质意义可以为四川盆地的油气勘探提供新的思路和地质依据。

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Geological significance of oil and gas in the Permian basalt eruption event in Sichuan Basin, China

TIAN Jingchun1, LIN Xiaobing1, GUO Wei2, ZHANG Xiang1, HUANG Pinghui3

1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China；2.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNOOCLtd.TianjinBohaiOilfield,Tianjin300452,China；3.ExplorationDepartment,SouthwestOil-GasFieldCompany,Chengdu610051,China

The eruption event of Permian Emeishan basalt, the temporal and spatial distribution of basalt in the Sichuan Basin and its geological significance of oil and gas are studied and analyzed. It shows that the Emeishan basalts develop as many as 10 to 11 erupting cycles in vertical direction and distribute in the west, east and northeast Sichuan Basin. After the formation of basalt, the subsequent reformation of basalt leads to the development of effective reservoir space and formation of oil and gas reservoir. The column uplift of basalt magma provides favorable condition for the formation of late stage reef and beach as well as for the development of karst reservoir in the late Permian Maokou Formation. The extension system accompanied the basalt magma uplift provides migration channel for the deep Mg2+which causes the dolomitization of limestone, and controls the oil and gas systems of Permian in Sichuan Basin.

Sichuan Basin; Permian; basalt eruption event; uplift-tension system; oil and gas bearing system

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.01.02

1671-9727(2017)01-0014-07

2016-06-12。

国家科技重大专项(2016ZX05007-004-02); 四川省青年基金项目(11ZA051)。

田景春(1963-),男,博士,教授,博士生导师,从事沉积学的教学与科研工作, E-mail:tjc@cdut.edu.cn。

P588.145; TE122.21

A