四川盆地二疊系火山碎屑巖氣藏勘探重大發(fā)現(xiàn)及其啟示

馬新華 楊 雨 張 健 謝繼容

1.中國石油西南油氣田公司 2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 3. 中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部

0 引言

進入21世紀，中國天然氣勘探事業(yè)跨入了快速發(fā)展時期，探明儲量高速增長，大氣田發(fā)現(xiàn)速度明顯加快。四川盆地作為中國六大氣區(qū)（鄂爾多斯氣區(qū)、四川氣區(qū)、塔里木氣區(qū)、柴達木氣區(qū)、松遼氣區(qū)、珠江口氣區(qū)）之一，在油氣勘探理論創(chuàng)新和技術進步的推動下，天然氣勘探取得了多項重大突破，先后發(fā)現(xiàn)了川中上三疊統(tǒng)須家河組致密砂巖、龍崗生物礁灘、安岳震旦系—下古生界、川西北雙魚石構造中二疊統(tǒng)棲霞組、長寧—威遠海相頁巖氣等一批大氣田（藏），帶來油氣儲量和產(chǎn)量的穩(wěn)定快速增長，新增天然氣探明儲量近2×1012m3，助推中國石油西南油氣田公司（以下簡稱西南油氣田）天然氣產(chǎn)量從2004年的100×108m3增長至2017年歷史性突破200×108m3，實現(xiàn)了西南油氣田的效益發(fā)展，為川渝地區(qū)經(jīng)濟和社會綠色可持續(xù)發(fā)展提供了充足的清潔能源保障。

回顧四川盆地60余年的油氣勘探成果，截至2018年，已發(fā)現(xiàn)的油氣資源主要附存在海相碳酸鹽巖常規(guī)氣、陸相致密砂巖氣、海相頁巖氣這三大沉積巖類中，除在周公山構造發(fā)現(xiàn)小型玄武巖裂縫性氣藏外，一直沒有在火山巖領域取得油氣勘探重大發(fā)現(xiàn)。近年來，通過轉變勘探思路，伴隨著對該盆地大氣田基本地質特征和成藏控制因素、富集規(guī)律認識的深入，火山巖油氣藏逐步進入了勘探家的視野，認識到該盆地二疊系火山巖具備油氣規(guī)模聚集的條件，也可能找到大氣田，并在近期取得了重大勘探突破：中國石油天然氣股份有限公司部署在四川省簡陽市的二疊系火山巖風險探井——永探1井在二疊系火山巖測試獲得22.5×104m3/d的高產(chǎn)氣流，由此揭開了該盆地大型火山巖氣藏的面紗。

1 區(qū)域地質背景

四川盆地位于上揚子克拉通西北部，是一個在克拉通基礎上發(fā)展起來的大型疊合盆地，經(jīng)歷了古生代—早中生代的克拉通坳陷階段和晚三疊世—新生代晚期的前陸盆地階段，為海相克拉通和陸相前陸盆地的疊合[1-2]，沉積蓋層厚達6 000～12 000 m。

受東吳運動的影響，四川盆地及其相鄰的云南、貴州等地區(qū)在中晚二疊世之間發(fā)生過強烈的火山噴發(fā)事件，形成了巨厚“峨眉山玄武巖”[2-3]，呈一個長軸近南北向的菱形，面積為25×104km2（圖1），是中國唯一一個被國際學術界認可的大火成巖省[4-9]。根據(jù)目前四川盆地地層劃分方案，這套峨眉山玄武巖歸屬為中—上二疊統(tǒng)玄武巖組，主要發(fā)育于川西地區(qū)二疊系中上部，為一套穿時的火山巖地層，底部與中二疊統(tǒng)茅口組呈不整合接觸，頂部自北東向南西分別與上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、宣威組呈不整合接觸[10-12]，厚度介于30～400 m，平面上具有西南厚、東北薄的特點。受加里東運動、云南運動的影響，該盆地內(nèi)二疊系沉積前古地形整體呈現(xiàn)出西南高、北東低的特征[13-16]，川西南—川中地區(qū)二疊系直接覆蓋在寒武系之上。

2 火山巖氣藏的勘探歷程與重大發(fā)現(xiàn)

2.1 勘探歷程

截至目前，四川盆地鉆遇火山巖探井共計92口，主要位于川西南地區(qū)及川東開江—梁平海槽西側。該盆地火山巖氣藏的勘探歷程可分為以下3個階段。

2.1.1 兼探階段（1966—1991年）

四川盆地鉆探火山巖始于1966年威遠西部地區(qū)的WY25井，該井在二疊系陽新統(tǒng)（現(xiàn)稱為中二疊統(tǒng)）鉆遇厚度為2 m的玄武巖層。此后在川西南犍為—宜賓，川西仁壽、蒲江、洪雅、雅安地區(qū)，川東達州—梁平等地區(qū)以棲霞組、茅口組為目的層段的鉆井均鉆遇不同厚度的二疊系玄武巖，具有代表性的有1975年初Y1井鉆遇總厚39 m的兩套玄武巖，1981年H1井鉆穿厚225 m的玄武巖，以及1982年DS1井鉆遇厚141.5 m的玄武巖。此階段由于鉆遇火山巖地層 （玄武巖）厚薄不均、鉆進過程中無顯示，均作為兼探層系，并未引起較大關注也未做深入研究。

2.1.2 探索階段（1992—2013年）

1992年，為探索周公山地區(qū)須家河組及中二疊統(tǒng)油氣情況而部署的ZG1井，鉆遇厚度為301.5 m的二疊系玄武巖，其中發(fā)育厚度為14.5 m的孔隙—裂縫型儲層，測試獲得25.61×104m3/d的高產(chǎn)氣流，發(fā)現(xiàn)了周公山二疊系玄武巖氣藏，揭開了四川盆地火山巖氣藏勘探的序幕。其后，以川西南火山巖作為主要目的層之一部署的ZG2、H6、HS1等井均未獲氣，其中ZG2井產(chǎn)水120 m3/d，H6井、HS1井為干層。此階段的勘探證實，四川盆地內(nèi)二疊系火山巖具備天然氣成藏條件，但優(yōu)質儲層展布、成藏主控因素及有利勘探區(qū)等尚不明確。

2.1.3 突破階段（2014年至今）

近年來，中石油所轄的多家單位針對四川盆地二疊系火山巖再次開展系統(tǒng)攻關研究，提出該盆地內(nèi)基底斷裂附近可能發(fā)育爆發(fā)相火山巖的重要新認識，借助于各向異性疊前時間偏移技術、地震相分類技術、相控反演技術等特殊巖性體地震預測技術攻關成果，認為川西南二疊系茅口組上部厚層平行—空白反射地震相為溢流相玄武巖發(fā)育區(qū)，成都—簡陽地區(qū)丘狀雜亂反射、亞平行—雜亂反射地震相為噴溢相火山碎屑巖發(fā)育區(qū)（圖2）。簡陽地區(qū)緊鄰德陽—安岳裂陷寒武系生烴中心，二疊系火山巖噴發(fā)同時形成的早期張性斷裂[11,17]在后期可以作為良好的油氣疏導通道，縱向上將寒武系烴源巖和二疊系火山巖儲層有效地溝通了起來，同時還有上覆的龍?zhí)督M泥巖、下三疊統(tǒng)區(qū)域膏巖作為蓋層，進而形成大型構造—巖性復合圈閉氣藏，天然氣成藏條件好，可供勘探面積大，于2017年在該區(qū)針對二疊系火山巖部署了風險探井——永探1井。

圖1 中國西南地區(qū)晚二疊世早期火山巖分布及川西地區(qū)地層綜合柱狀圖（據(jù)原地質礦產(chǎn)部資料，有修改，2017年）

圖2 川西—川中地區(qū)二疊系火山巖平面、剖面分布特征圖

2.2 重大發(fā)現(xiàn)

永探1井于2018年6月28日開鉆，同年11月13日中完井深5 749 m，進入二疊系火山巖131 m，在鉆井液密度介于1.99～2.24 g/cm3的條件下，油氣顯示頻繁，其中氣侵5次、井漏2次。測井解釋該段火山巖儲層厚100.3 m，其中氣層2層合計厚度為37.6 m，平均孔隙度為11.5%；疑似氣層1層，厚度為62.7 m，平均孔隙度為14.1%。

2018年12月14日對永探1井二疊系火山巖儲層5628～5644 m、5646～5675 m井段進行射孔作業(yè)，12月15日放噴排液后油壓自8 MPa上升至40 MPa，12月16日測試獲氣22.5×104m3/d，硫化氫含量僅0.61 mg/m3。實現(xiàn)了四川盆地火山巖勘探的重大突破，首次發(fā)現(xiàn)了四川盆地噴溢相火山巖氣藏，展示出該盆地二疊系火山巖較大的天然氣勘探潛力和良好的勘探前景。

圖3 永探1井二疊系火山巖儲層巖石及儲集空間照片

3 火山巖氣藏的基本特征與成藏主控因素

3.1 儲層特征與類型

永探1井二疊系火山巖發(fā)育厚層優(yōu)質孔隙性儲層，儲層巖石類型主要為角礫熔巖、含凝灰角礫熔巖（圖3中a、b），角礫類型包括塑性漿屑、自碎角礫、外源角礫及火山彈等。儲集空間主要為溶蝕微孔、角礫間溶孔及氣孔等（圖3中c、d）；巖心孔隙度介于6.68%～13.22%，平均為10.26%，巖心滲透率介于0.01～4.43 mD，平均為2.35 mD。

3.2 流體性質與氣源

3.2.1 流體性質

永探1井火山巖段天然氣組分中甲烷含量高、微含硫化氫，其中甲烷含量為99.03%，乙烷和丙烷合計含量為0.38%，氮含量為0.46%，二氧化碳含量為0.07%，硫化氫含量為0.61 mg/m3。

3.2.2 氣源分析

永探1井火山巖段天然氣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‰，特征與下寒武統(tǒng)龍王廟組氣藏以及下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖干酪根碳同位素值較為一致；同時，在δ13C1與δ13C2關系圖上也可以看出（詳見本期第11頁羅冰等論文中的圖1），永探1井火山巖氣藏和磨溪龍王廟組氣藏天然氣碳同位素特征十分接近，認為其母源均來自筇竹寺組頁巖。

3.3 氣藏類型與成藏主控因素

3.3.1 氣藏類型

永探1井區(qū)處于斜坡帶處，上傾方向為溢流相火山巖所遮蔽（圖4），同時還有上覆的龍?zhí)督M泥巖、下三疊統(tǒng)區(qū)域膏巖作為蓋層，進而形成了大型構造—巖性復合圈閉氣藏，氣藏埋深介于4 500～6 000 m，產(chǎn)層中部地層壓力為125.625 MPa，壓力系數(shù)達2.22，為異常高壓氣藏。

3.3.2 成藏主控因素

永探1井區(qū)天然氣成藏主要受寒武系烴源巖、二疊系厚層噴溢相火山碎屑巖儲層、深部斷裂和保存條件的控制。

3.3.2.1 德陽—安岳裂陷寒武系巨大的生氣潛力提供了資源基礎

從烴源條件來看，簡陽地區(qū)位于德陽—安岳裂陷之上，緊鄰筇竹寺組烴源巖生烴中心。該套烴源巖厚度介于100～400 m，總有機碳含量（TOC）介于0.5%～3.5%，Ro介于2.5%～5.0%[18-19]，生氣強度為（40～140）×108m3/km2，特別是簡陽—三臺地區(qū)其生烴強度可超過100×108m3/km2，烴源條件十分優(yōu)越。

3.3.2.2 厚層噴溢相火山碎屑巖提供了優(yōu)質儲集條件

成都—簡陽地區(qū)火山巖總體以噴溢相為主，是較為有利的儲集相帶，火山巖厚度普遍超過180 m，發(fā)育多種原生以及次生儲集空間類型，為優(yōu)質儲層的發(fā)育與天然氣聚集奠定了基礎。

3.3.2.3 深部斷裂有效溝通源儲，為油氣聚集提供了通道

東吳運動使四川盆地大幅度整體抬升，并伴隨強烈的地裂拉張作用，形成了一系列的深大斷裂[11,17]。這些深大斷裂在使得上地幔玄武巖漿大量噴發(fā)的同時，也將寒武系烴源巖和二疊系火山巖有效地進行了溝通。

3.3.2.4 上二疊統(tǒng)泥巖、下三疊統(tǒng)厚層膏鹽巖蓋層是天然氣規(guī)模成藏的重要保障

除龍?zhí)督M泥巖作為直接蓋層覆蓋之外，還有下三疊統(tǒng)厚達300 m的膏鹽巖層作為一套橫向分布較為穩(wěn)定的區(qū)域蓋層[20-23]，能夠起到很好的封閉作用。

圖4 永探1井區(qū)火山巖成藏模式圖

4 勘探啟示與勘探前景展望

4.1 火山巖氣藏重大發(fā)現(xiàn)對于推動四川盆地天然氣勘探新領域的啟示

永探1井二疊系火山巖氣藏的勘探突破，不僅是四川盆地火山巖勘探的一個重要里程碑式事件，同時對于推動該盆地新區(qū)、新領域天然氣勘探也具有重要的啟示作用。除二疊系火山巖以外，寒武系洗象池組、滄浪鋪組以及二疊系茅口組—吳家坪組臺緣帶等也是該盆地即將進軍的新領域，雖然在部分領域已見到苗頭或獲得了一些發(fā)現(xiàn)，但總體上對其研究認識、勘探程度等都還處于較低的水平，有待于持續(xù)攻關研究。永探1井的勘探突破更加堅定了我們轉變勘探思路、拓展勘探新領域的決心和信心，無疑將對上述未來新領域的天然氣勘探起到巨大的推動和示范作用。

圖5 四川盆地二疊系火山巖有利區(qū)帶預測圖

4.2 四川盆地二疊系火山巖氣藏勘探前景展望

近期的研究認為，四川盆地內(nèi)火山巖分布面積約2×104km2，在川西—蜀南地區(qū)火山巖具有大面積分布的特點，初步刻畫簡陽—三臺地區(qū)噴溢相有利區(qū)勘探面積達6 000 km2（圖5）。其中Ⅰ類噴溢相有利區(qū)面積為1500 km2，表現(xiàn)為厚度大（龍?zhí)督M底—棲霞組底時差介于170～220 ms）、隆起幅度高、呈丘狀雜亂地震反射特征；Ⅱ類噴溢相有利區(qū)面積為4 500 km2，表現(xiàn)為厚度較大（龍?zhí)督M底—棲霞組底時差介于130～170 ms）、具隆起特征、呈亞平行—雜亂地震反射特征（圖2-a）。該區(qū)緊鄰德陽—安岳裂陷生烴中心、烴源斷裂發(fā)育、保存條件好，天然氣勘探潛力較大。

以永探1井火山巖測試氣層底界－5 210 m以上面積計算，簡陽—三臺地區(qū)已證實含氣區(qū)面積為1300 km2。由此認為，該區(qū)是四川盆地二疊系火山巖下一步重要的勘探新區(qū)，有望成為該盆地天然氣“增儲提產(chǎn)”的新領域。