四川盆地二叠系火山碎屑岩气藏勘探重大发现及其启示

马新华 杨 雨 张 健 谢继容

1.中国石油西南油气田公司 2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 3. 中国石油西南油气田公司勘探事业部

0 引言

进入21世纪，中国天然气勘探事业跨入了快速发展时期，探明储量高速增长，大气田发现速度明显加快。四川盆地作为中国六大气区（鄂尔多斯气区、四川气区、塔里木气区、柴达木气区、松辽气区、珠江口气区）之一，在油气勘探理论创新和技术进步的推动下，天然气勘探取得了多项重大突破，先后发现了川中上三叠统须家河组致密砂岩、龙岗生物礁滩、安岳震旦系—下古生界、川西北双鱼石构造中二叠统栖霞组、长宁—威远海相页岩气等一批大气田（藏），带来油气储量和产量的稳定快速增长，新增天然气探明储量近2×1012m3，助推中国石油西南油气田公司（以下简称西南油气田）天然气产量从2004年的100×108m3增长至2017年历史性突破200×108m3，实现了西南油气田的效益发展，为川渝地区经济和社会绿色可持续发展提供了充足的清洁能源保障。

回顾四川盆地60余年的油气勘探成果，截至2018年，已发现的油气资源主要附存在海相碳酸盐岩常规气、陆相致密砂岩气、海相页岩气这三大沉积岩类中，除在周公山构造发现小型玄武岩裂缝性气藏外，一直没有在火山岩领域取得油气勘探重大发现。近年来，通过转变勘探思路，伴随着对该盆地大气田基本地质特征和成藏控制因素、富集规律认识的深入，火山岩油气藏逐步进入了勘探家的视野，认识到该盆地二叠系火山岩具备油气规模聚集的条件，也可能找到大气田，并在近期取得了重大勘探突破：中国石油天然气股份有限公司部署在四川省简阳市的二叠系火山岩风险探井——永探1井在二叠系火山岩测试获得22.5×104m3/d的高产气流，由此揭开了该盆地大型火山岩气藏的面纱。

1 区域地质背景

四川盆地位于上扬子克拉通西北部，是一个在克拉通基础上发展起来的大型叠合盆地，经历了古生代—早中生代的克拉通坳陷阶段和晚三叠世—新生代晚期的前陆盆地阶段，为海相克拉通和陆相前陆盆地的叠合[1-2]，沉积盖层厚达6 000～12 000 m。

受东吴运动的影响，四川盆地及其相邻的云南、贵州等地区在中晚二叠世之间发生过强烈的火山喷发事件，形成了巨厚“峨眉山玄武岩”[2-3]，呈一个长轴近南北向的菱形，面积为25×104km2（图1），是中国唯一一个被国际学术界认可的大火成岩省[4-9]。根据目前四川盆地地层划分方案，这套峨眉山玄武岩归属为中—上二叠统玄武岩组，主要发育于川西地区二叠系中上部，为一套穿时的火山岩地层，底部与中二叠统茅口组呈不整合接触，顶部自北东向南西分别与上二叠统龙潭组、宣威组呈不整合接触[10-12]，厚度介于30～400 m，平面上具有西南厚、东北薄的特点。受加里东运动、云南运动的影响，该盆地内二叠系沉积前古地形整体呈现出西南高、北东低的特征[13-16]，川西南—川中地区二叠系直接覆盖在寒武系之上。

2 火山岩气藏的勘探历程与重大发现

2.1 勘探历程

截至目前，四川盆地钻遇火山岩探井共计92口，主要位于川西南地区及川东开江—梁平海槽西侧。该盆地火山岩气藏的勘探历程可分为以下3个阶段。

2.1.1 兼探阶段（1966—1991年）

四川盆地钻探火山岩始于1966年威远西部地区的WY25井，该井在二叠系阳新统（现称为中二叠统）钻遇厚度为2 m的玄武岩层。此后在川西南犍为—宜宾，川西仁寿、蒲江、洪雅、雅安地区，川东达州—梁平等地区以栖霞组、茅口组为目的层段的钻井均钻遇不同厚度的二叠系玄武岩，具有代表性的有1975年初Y1井钻遇总厚39 m的两套玄武岩，1981年H1井钻穿厚225 m的玄武岩，以及1982年DS1井钻遇厚141.5 m的玄武岩。此阶段由于钻遇火山岩地层 （玄武岩）厚薄不均、钻进过程中无显示，均作为兼探层系，并未引起较大关注也未做深入研究。

2.1.2 探索阶段（1992—2013年）

1992年，为探索周公山地区须家河组及中二叠统油气情况而部署的ZG1井，钻遇厚度为301.5 m的二叠系玄武岩，其中发育厚度为14.5 m的孔隙—裂缝型储层，测试获得25.61×104m3/d的高产气流，发现了周公山二叠系玄武岩气藏，揭开了四川盆地火山岩气藏勘探的序幕。其后，以川西南火山岩作为主要目的层之一部署的ZG2、H6、HS1等井均未获气，其中ZG2井产水120 m3/d，H6井、HS1井为干层。此阶段的勘探证实，四川盆地内二叠系火山岩具备天然气成藏条件，但优质储层展布、成藏主控因素及有利勘探区等尚不明确。

2.1.3 突破阶段（2014年至今）

近年来，中石油所辖的多家单位针对四川盆地二叠系火山岩再次开展系统攻关研究，提出该盆地内基底断裂附近可能发育爆发相火山岩的重要新认识，借助于各向异性叠前时间偏移技术、地震相分类技术、相控反演技术等特殊岩性体地震预测技术攻关成果，认为川西南二叠系茅口组上部厚层平行—空白反射地震相为溢流相玄武岩发育区，成都—简阳地区丘状杂乱反射、亚平行—杂乱反射地震相为喷溢相火山碎屑岩发育区（图2）。简阳地区紧邻德阳—安岳裂陷寒武系生烃中心，二叠系火山岩喷发同时形成的早期张性断裂[11,17]在后期可以作为良好的油气疏导通道，纵向上将寒武系烃源岩和二叠系火山岩储层有效地沟通了起来，同时还有上覆的龙潭组泥岩、下三叠统区域膏岩作为盖层，进而形成大型构造—岩性复合圈闭气藏，天然气成藏条件好，可供勘探面积大，于2017年在该区针对二叠系火山岩部署了风险探井——永探1井。

图1 中国西南地区晚二叠世早期火山岩分布及川西地区地层综合柱状图（据原地质矿产部资料，有修改，2017年）

图2 川西—川中地区二叠系火山岩平面、剖面分布特征图

2.2 重大发现

永探1井于2018年6月28日开钻，同年11月13日中完井深5 749 m，进入二叠系火山岩131 m，在钻井液密度介于1.99～2.24 g/cm3的条件下，油气显示频繁，其中气侵5次、井漏2次。测井解释该段火山岩储层厚100.3 m，其中气层2层合计厚度为37.6 m，平均孔隙度为11.5%；疑似气层1层，厚度为62.7 m，平均孔隙度为14.1%。

2018年12月14日对永探1井二叠系火山岩储层5628～5644 m、5646～5675 m井段进行射孔作业，12月15日放喷排液后油压自8 MPa上升至40 MPa，12月16日测试获气22.5×104m3/d，硫化氢含量仅0.61 mg/m3。实现了四川盆地火山岩勘探的重大突破，首次发现了四川盆地喷溢相火山岩气藏，展示出该盆地二叠系火山岩较大的天然气勘探潜力和良好的勘探前景。

图3 永探1井二叠系火山岩储层岩石及储集空间照片

3 火山岩气藏的基本特征与成藏主控因素

3.1 储层特征与类型

永探1井二叠系火山岩发育厚层优质孔隙性储层，储层岩石类型主要为角砾熔岩、含凝灰角砾熔岩（图3中a、b），角砾类型包括塑性浆屑、自碎角砾、外源角砾及火山弹等。储集空间主要为溶蚀微孔、角砾间溶孔及气孔等（图3中c、d）；岩心孔隙度介于6.68%～13.22%，平均为10.26%，岩心渗透率介于0.01～4.43 mD，平均为2.35 mD。

3.2 流体性质与气源

3.2.1 流体性质

永探1井火山岩段天然气组分中甲烷含量高、微含硫化氢，其中甲烷含量为99.03%，乙烷和丙烷合计含量为0.38%，氮含量为0.46%，二氧化碳含量为0.07%，硫化氢含量为0.61 mg/m3。

3.2.2 气源分析

永探1井火山岩段天然气甲烷碳同位素值介于－32.11‰～－32.87‰，乙烷碳同位素值介于－33.61‰～－34.48‰，特征与下寒武统龙王庙组气藏以及下寒武统筇竹寺组页岩干酪根碳同位素值较为一致；同时，在δ13C1与δ13C2关系图上也可以看出（详见本期第11页罗冰等论文中的图1），永探1井火山岩气藏和磨溪龙王庙组气藏天然气碳同位素特征十分接近，认为其母源均来自筇竹寺组页岩。

3.3 气藏类型与成藏主控因素

3.3.1 气藏类型

永探1井区处于斜坡带处，上倾方向为溢流相火山岩所遮蔽（图4），同时还有上覆的龙潭组泥岩、下三叠统区域膏岩作为盖层，进而形成了大型构造—岩性复合圈闭气藏，气藏埋深介于4 500～6 000 m，产层中部地层压力为125.625 MPa，压力系数达2.22，为异常高压气藏。

3.3.2 成藏主控因素

永探1井区天然气成藏主要受寒武系烃源岩、二叠系厚层喷溢相火山碎屑岩储层、深部断裂和保存条件的控制。

3.3.2.1 德阳—安岳裂陷寒武系巨大的生气潜力提供了资源基础

从烃源条件来看，简阳地区位于德阳—安岳裂陷之上，紧邻筇竹寺组烃源岩生烃中心。该套烃源岩厚度介于100～400 m，总有机碳含量（TOC）介于0.5%～3.5%，Ro介于2.5%～5.0%[18-19]，生气强度为（40～140）×108m3/km2，特别是简阳—三台地区其生烃强度可超过100×108m3/km2，烃源条件十分优越。

3.3.2.2 厚层喷溢相火山碎屑岩提供了优质储集条件

成都—简阳地区火山岩总体以喷溢相为主，是较为有利的储集相带，火山岩厚度普遍超过180 m，发育多种原生以及次生储集空间类型，为优质储层的发育与天然气聚集奠定了基础。

3.3.2.3 深部断裂有效沟通源储，为油气聚集提供了通道

东吴运动使四川盆地大幅度整体抬升，并伴随强烈的地裂拉张作用，形成了一系列的深大断裂[11,17]。这些深大断裂在使得上地幔玄武岩浆大量喷发的同时，也将寒武系烃源岩和二叠系火山岩有效地进行了沟通。

3.3.2.4 上二叠统泥岩、下三叠统厚层膏盐岩盖层是天然气规模成藏的重要保障

除龙潭组泥岩作为直接盖层覆盖之外，还有下三叠统厚达300 m的膏盐岩层作为一套横向分布较为稳定的区域盖层[20-23]，能够起到很好的封闭作用。

图4 永探1井区火山岩成藏模式图

4 勘探启示与勘探前景展望

4.1 火山岩气藏重大发现对于推动四川盆地天然气勘探新领域的启示

永探1井二叠系火山岩气藏的勘探突破，不仅是四川盆地火山岩勘探的一个重要里程碑式事件，同时对于推动该盆地新区、新领域天然气勘探也具有重要的启示作用。除二叠系火山岩以外，寒武系洗象池组、沧浪铺组以及二叠系茅口组—吴家坪组台缘带等也是该盆地即将进军的新领域，虽然在部分领域已见到苗头或获得了一些发现，但总体上对其研究认识、勘探程度等都还处于较低的水平，有待于持续攻关研究。永探1井的勘探突破更加坚定了我们转变勘探思路、拓展勘探新领域的决心和信心，无疑将对上述未来新领域的天然气勘探起到巨大的推动和示范作用。

图5 四川盆地二叠系火山岩有利区带预测图

4.2 四川盆地二叠系火山岩气藏勘探前景展望

近期的研究认为，四川盆地内火山岩分布面积约2×104km2，在川西—蜀南地区火山岩具有大面积分布的特点，初步刻画简阳—三台地区喷溢相有利区勘探面积达6 000 km2（图5）。其中Ⅰ类喷溢相有利区面积为1500 km2，表现为厚度大（龙潭组底—栖霞组底时差介于170～220 ms）、隆起幅度高、呈丘状杂乱地震反射特征；Ⅱ类喷溢相有利区面积为4 500 km2，表现为厚度较大（龙潭组底—栖霞组底时差介于130～170 ms）、具隆起特征、呈亚平行—杂乱地震反射特征（图2-a）。该区紧邻德阳—安岳裂陷生烃中心、烃源断裂发育、保存条件好，天然气勘探潜力较大。

以永探1井火山岩测试气层底界－5 210 m以上面积计算，简阳—三台地区已证实含气区面积为1300 km2。由此认为，该区是四川盆地二叠系火山岩下一步重要的勘探新区，有望成为该盆地天然气“增储提产”的新领域。