全球范围内,有二十多个国家的三百多个盆地或区块中发现了丰富的火山岩油气藏,这使得这一领域成为全球油气资源勘探和开发的关键前沿。火山岩油气藏的形成源于地幔柱的活动,而峨眉山玄武岩正是这种地幔柱活动在四川盆地广泛分布的产物。自1966年在威西地区首次进行玄武岩钻探以来,至今已有九十多个钻井成功钻达火山岩层,其中YT1井钻遇的火山角砾岩优质孔洞型储层厚度达到102.6m,测试结果显示日产气量高达22.5×10~4m³,显示出极高的工业价值。YS1井在龙泉山地区的火山岩层段同样钻遇了优质的储层,油气显示明显,测井解释的火山岩储层厚度为190m。TF2井在峨眉山玄武岩段也取得了4.69×10~4m³日产工业气流。这些钻探成果有力地证明了盆地内的二叠系火山岩具有巨大的勘探潜力。 本文以四川盆地简阳地区二叠系火山岩为研究对象,以前人研究成果为基础,结合盆内钻井和盆缘剖面资料,通过系统总结分析、岩矿鉴定、年代和地化测试、储层地质学分析,查明不同区域火山岩类型及时空关系,建立火山岩岩性、岩相分类方案和识别图版,厘清火山喷发期次及旋回,明确火山喷发环境与喷发机制,阐明储层微观特征及成因机制。 基于火山岩的成岩方式(冷凝固结、压实固结、混合成因)的根本差异,结合火山岩的不同结构构造、矿物组成,本次研究采用成因—结构构造的两级岩性分类原则,将四川盆地二叠系火山岩岩性按岩石成因分为火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、火山碎屑岩类、玻质碎屑岩类、熔积岩等5大类;进一步根据特征结构、特征构造、矿物成分、火山碎屑粒级及其比例等,识别了9小类基本岩石类型。主要岩石类型包括:(1)冷凝固结成因的(气孔杏仁、斑状)玄武岩/粗面玄武岩;(2)压实固结成因的安山质火山碎屑岩;(3)混合成因的玄武质玻质碎屑岩和玄武质熔积碎屑岩。盆内二叠系火山岩以基性/超基性或基性偏碱性火山岩为主,安山质火山碎屑岩仅在YT1井区部分层段发育。混合成因的岩石均与水的参与有关,以高Ca O含量为特征,其中,玄武质玻质碎屑岩为陆上喷发入水而成,碳酸盐岩充填、交代发育;玄武质熔积碎屑岩为水下喷发,含大量碳酸盐岩碎屑。 根据四川盆地二叠系火山岩油气勘探和开发的现有资料,再基于盆缘5条火山岩野外剖面精细测量结果,结合盆内钻井火山岩地质特征,建立了以基性火山岩为主,兼顾喷出和侵入、陆上与水下喷发等特征的火山岩4相7亚相分类体系和识别标准。其中爆发相包括火山碎屑流亚相、空落亚相和水下火山碎屑流亚相,溢流相包括上部亚相和下部亚相,火山沉积相包括再搬运火山碎屑沉积亚相和含外碎屑火山沉积亚相,侵入相则不再划分亚相。在四川盆地二叠系火山岩在盆内主要发育5种岩相,包括爆发相火山碎屑流亚相、水下火山碎屑流亚相,溢流相上部亚相、下部亚相和侵入相,并且岩相与岩性具有较好的对应关系。爆发相火山碎屑流亚相以玄武质火山碎屑熔岩为主,水下火山碎屑流亚相以玄武质熔积角砾岩和玄武质玻质碎屑岩为主;溢流相上部亚相以气孔杏仁构造发育的玄武岩为特征,下部亚相以气孔杏仁构造不发育的玄武岩为特征;侵入相为结晶好的辉绿玢岩,岩石致密,基本不发育气孔杏仁构造。 根据喷发特征、规模、持续时间、火山活动间歇等特征,四川盆地简阳地区及其邻区二叠系火山岩分为2大旋回5个期次,两大旋回间存在喷发间断,沉积碳酸盐岩。(1)下部旋回(263~257Ma),以玄武岩为主,自下而上分为2个期次:期次一(263~261Ma)为陆上+水下喷发,强烈火山喷发与溢流交互,枕状熔岩与火山碎屑岩互层;期次二(259~257Ma)为陆上喷发为主,大规模宁静式溢流,巨厚玄武岩,含稍晚侵入的辉绿岩。(2)上部旋回(255~251Ma),以熔结角砾岩和火山凝灰岩为主,自下而上分为3个期次:期次一为中心式火山水下喷发,熔积角砾岩,含大量塑性、半塑性灰岩碎块;期次二为陆上喷发,中性火山碎屑岩,分布局限,仅见YT1-YS1井区;期次三为陆上喷发、熔浆入水,玄武岩、玄武质玻质碎屑岩,最终以大面积薄层凝灰岩披覆结束。 基于对四川盆地简阳地区二叠系火山岩2个阶段12种成岩作用类型的研究,其中对储层有利的主要成岩作用类型为挥发分逸出、淬火、溶解和脱玻化作用,对储层发育不利的主要成岩作用类型为充填、交代、埋藏压实作用;储集空间主要发育6类11亚类,其中晶间微孔、溶蚀孔和淬火收缩缝为盆内钻井储层主要储集空间,具有较高的孔隙度和渗透率;玄武岩和粗面玄武岩,局部层段发育气孔杏仁玄武岩,气孔充填严重,基本未保留储集空间,斜长石和碱性长石斑晶中见晶内溶蚀孔,但含量较少,且连通性较差,不能形成好的储层。 水下喷发的玄武质熔积角砾岩和水上喷发入水的玄武质玻质碎屑岩储层物性明显好于水上喷发的玄武质/安山质火山角砾熔岩,可能原因为:(1)水下喷发形成的储层中塑性碎屑遇水迅速冷凝固结呈刚性颗粒,具备更强的抗压实能力;(2)水下剧烈喷发火山玻璃与海水中钠离子相互作用形成钠长石、绿泥石等矿物,由于无定型火山玻璃密度远小于钠长石、绿泥石等晶体密度,导致该套火山岩整体体积收缩,产生大量淬火收缩缝和晶间微孔。喷发环境是优质储层形成的主控因素,水下喷发和水上喷发入水的爆发相火山岩与海水直接作用(淬火、钠长石化等),可形成最优质的储层。