田景春, 林小兵, 郭 維, 張 翔, 黃平輝

(1. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059；2.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司勘探開發(fā)研究院，天津 300452；3.中國(guó)石油西南油氣田分公司 川中氣礦，四川 遂寧629000)

四川盆地二疊紀(jì)玄武巖噴發(fā)事件的油氣地質(zhì)意義

田景春1, 林小兵1, 郭 維2, 張 翔1, 黃平輝3

(1. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059；2.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司勘探開發(fā)研究院，天津 300452；3.中國(guó)石油西南油氣田分公司 川中氣礦，四川 遂寧629000)

基于四川盆地二疊紀(jì)玄武巖噴發(fā)事件，在眾多前人研究成果的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究玄武巖的時(shí)空分布特征，分析玄武巖噴發(fā)事件的油氣地質(zhì)意義。結(jié)果表明，峨眉山玄武巖垂向上具有多旋回的特征，最多可識(shí)別出10～11個(gè)旋回；平面上不僅在川西、川南大面積分布，在川東北也有分布。玄武巖油氣地質(zhì)意義表現(xiàn)在：玄武巖經(jīng)過后期改造發(fā)育有效儲(chǔ)集空間，可以構(gòu)成油氣儲(chǔ)層；玄武巖噴發(fā)前玄武巖漿呈柱狀上侵過程中形成的隆升系統(tǒng)，對(duì)后期的生物礁和顆粒灘沉積體系的發(fā)育創(chuàng)造了有利條件，并為下二疊統(tǒng)茅口組古巖溶儲(chǔ)層發(fā)育創(chuàng)造了條件；隆升同時(shí)發(fā)育拉張系統(tǒng)，為下伏茅口組灰?guī)r白云巖化深部Mg2+來源提供了運(yùn)移通道；二疊系含油氣系統(tǒng)的形成亦受控于此。

四川盆地；二疊紀(jì)；玄武巖噴發(fā)；隆升-拉張系統(tǒng)；含油氣系統(tǒng)

前人對(duì)于玄武巖的特征、噴發(fā)過程、噴發(fā)模式、噴發(fā)時(shí)代進(jìn)行了大量研究，提出了玄武巖裂谷成因[5-9]和地幔柱成因[10-15]等認(rèn)識(shí)。近些年，隨著地幔柱理論的興起和發(fā)展，人們普遍認(rèn)為峨眉山玄武巖與上升地幔柱作用有關(guān)[16-21]，并發(fā)生千米規(guī)模的地表抬升[14]。相應(yīng)快速的隆升使沉積相及巖相古地理發(fā)生突變，并在地幔柱活動(dòng)地區(qū)沉積地層剖面和平面上留下記錄[14,22-23]；同時(shí)，峨眉山玄武巖噴發(fā)導(dǎo)致的大規(guī)模的地表抬升使地表已有沉積物發(fā)生差異剝蝕，從而形成局部性的不整合。因此可以說，峨眉山玄武巖噴發(fā)、堆積過程不僅影響古地貌特征，而且影響沉積環(huán)境乃至油氣成藏。本文基于眾多前人研究成果，分析研究玄武巖在四川盆地內(nèi)的時(shí)空分布特征，深入探討玄武巖噴發(fā)事件對(duì)四川盆地油氣形成的地質(zhì)意義，為進(jìn)一步在四川盆地勘探玄武巖及相關(guān)儲(chǔ)層提供新思路。

1 玄武巖的時(shí)空分布特征

峨眉山玄武巖在四川盆地周緣的野外剖面和盆內(nèi)的鉆井中均有發(fā)育，其時(shí)空分布具有明顯的規(guī)律。

1.1 平面分布特征

由于巖漿噴發(fā)的強(qiáng)度和噴發(fā)規(guī)模不同，單次噴發(fā)巖漿所能覆蓋的區(qū)域亦存在差異，因此在各個(gè)地區(qū)的剖面或鉆井中觀察到的玄武巖的厚度相差較大，可識(shí)別出的旋回?cái)?shù)量也不同。通過對(duì)各地區(qū)玄武巖的厚度統(tǒng)計(jì)，編制了玄武巖厚度平面分布圖(圖1)。從該平面圖顯示的結(jié)果可以看出，四川盆地峨眉山玄武巖主要分布在川西地區(qū)，厚40～500 m，由西南向北東方向厚度具有逐漸變薄的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的玄武巖旋回也逐漸減少。峨眉山玄武巖在川東地區(qū)也有少量分布，厚度較小(4～65 m)。

1.2 垂向演化特征

通過分析峨眉山龍門洞剖面，并結(jié)合漢深1井、中坪剖面等野外剖面和鉆井巖心分析，認(rèn)為玄武巖的巖性、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征垂向演化具有多旋回特征(圖2)。單一完整旋回的玄武巖巖相組合規(guī)律表現(xiàn)為:下部為火山角礫巖(暗紫、雜色，氧化色)→斑狀玄武巖、無斑玄武巖 (灰綠、墨綠，還原色)→氣孔-杏仁狀玄武巖(綠灰、黃綠色，過渡色)→凝灰?guī)r (褐紅色，氧化色)。這種垂向巖性組合旋回與巖漿噴發(fā)過程密切相關(guān)。川西南的峨眉山玄武巖一個(gè)完整噴發(fā)旋回的巖相主要包括3類[24]：(1)爆發(fā)相——主要發(fā)育于巖漿噴發(fā)初期，形成火山角礫巖；(2)溢流相——主要發(fā)育于巖漿噴發(fā)主體期，形成斑狀玄武巖；(3)火山沉積相——主要發(fā)育于巖漿噴發(fā)末期，形成凝灰?guī)r。多次巖漿噴發(fā)在垂向上就形成多個(gè)玄武巖組合旋回，最多可識(shí)別出10～11個(gè)旋回。需要說明的是，不同地區(qū)或地幔柱的不同部位噴發(fā)旋回也存在明顯不同。

圖1 四川盆地峨眉山玄武巖分布等厚圖Fig.1 Isopach map showing distribution of Emeishan basalt in Sichuan Basin(A)川西南地區(qū); (B)川東北地區(qū)

圖2 峨眉山龍門洞剖面玄武巖旋回Fig.2 Profile showing the eruption cycles of Emeishan basalt in the Longmendong area

2 油氣地質(zhì)意義

2.1 玄武巖儲(chǔ)集層

玄武巖可以發(fā)育成為有利的油氣儲(chǔ)集巖。峨眉山玄武巖中的氣孔(杏仁)狀玄武巖以及斑狀玄武巖等巖石類型，經(jīng)過后期的構(gòu)造破裂和成巖作用的改造，玄武巖內(nèi)氣孔、溶孔、裂縫普遍存在，玄武巖自身構(gòu)成了一套有利的油氣儲(chǔ)集巖(圖3)。油氣勘探實(shí)踐已經(jīng)證明，某些玄武巖層段具有良好的儲(chǔ)油能力[25]，如在川西南地區(qū)鉆探的周公1井所鉆遇的峨眉山玄武巖測(cè)井解釋孔隙度為1.81%～4.46%，普遍在2.5%左右，且玄武巖中獲氣25.62 ×104m3/d。此外，玄武巖垂向上具有多旋回特征，因而可以構(gòu)成多套儲(chǔ)蓋組合。

2.2 控制了后期的沉積格局及斷裂體系

四川盆地二疊紀(jì)玄武巖噴發(fā)時(shí)，地幔柱上升造成地殼抬升。盡管玄武巖噴發(fā)于茅口末期，但抬升的時(shí)間已持續(xù)了幾百萬年，抬升高度>1 km[14,26]。地殼抬升的同時(shí)，形成古地貌高地；并且受拉張應(yīng)力的影響，抬升的穹狀隆起發(fā)生斷裂，形成裂陷槽，進(jìn)而發(fā)育成臺(tái)-盆相間的古地貌格局。這種格局一直持續(xù)到晚二疊-早三疊世，為生物礁和顆粒灘的發(fā)育創(chuàng)造了有利的古地貌條件(圖4)。拉張作用產(chǎn)生的斷裂及裂隙，作為后期油氣及地質(zhì)流體的運(yùn)移通道，在儲(chǔ)層的改造及油氣藏的形成方面扮演了重要角色[27-28]。

圖3 峨眉山玄武巖發(fā)育的孔隙類型及特征Fig.3 Types and characteristics of pore development in Emeishan basalt(A)杏仁狀氣孔，見瀝青充填，龍門洞剖面，×100，(-)，藍(lán)色鑄體薄片; (B)長(zhǎng)石斑晶發(fā)育粒內(nèi)溶孔，龍門洞剖面，×100，(-)，藍(lán)色鑄體薄片

圖4 玄武巖噴發(fā)的構(gòu)造背景與礁灘發(fā)育及流通運(yùn)移Fig.4 Tectonic background of basalt eruption and the transportation, migration and development of reef 茅口晚期，巖漿上拱使上覆地殼形成穹窿，穹隆中心地區(qū)容易發(fā)生張性裂開，形成一些斷陷盆地；產(chǎn)生的斷裂及裂縫體系為流體運(yùn)移提供了通道

2.3 為白云石化提供Mg2+

眾所周知，灰?guī)r發(fā)生白云巖化需要如下化學(xué)進(jìn)程

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

要實(shí)現(xiàn)上述化學(xué)過程需要具備2個(gè)條件：一是要有足夠的Mg2+；二是要有足夠的動(dòng)力使得Mg2+侵占CaCO3中的Ca2+。四川盆地棲霞組、茅口組灰?guī)r要轉(zhuǎn)變?yōu)榘自茙r也必須滿足這2個(gè)條件。而此時(shí)，海水中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.13%，不僅不能滿足白云巖化所需的Mg2+，而且不具備Mg2+侵占CaCO3的Ca2+所需的動(dòng)力。

(1)四川盆地二疊紀(jì)玄武巖噴發(fā)熱事件發(fā)生過程中，原始巖漿具高鎂(wMgO>16%)特征[11]，這種大量富Mg2+熱液物質(zhì)從地下噴出過程中，途經(jīng)棲霞組、茅口組灰?guī)r，直接為方解石轉(zhuǎn)化成白云石帶來了所需的Mg2+。(2)玄武巖漿具有異常高的潛能溫度(1 550 ℃)[12]，為Mg2+侵占CaCO3的Ca2+提供了強(qiáng)大的熱動(dòng)力，促使灰?guī)r發(fā)生白云巖化。(3)玄武巖在地表?xiàng)l件下形成之后，遭受大氣水風(fēng)化淋濾時(shí)，發(fā)生分解并釋放出Mg2+，沿巖石中的各種裂縫和節(jié)理向地下深處滲流，為下伏的灰?guī)r地層白云石化提供了源源不斷的Mg2+[29]。

2.4 穹狀隆起導(dǎo)致茅口組暴露并發(fā)育古巖溶儲(chǔ)層

茅口末期，玄武巖漿上涌后發(fā)生噴發(fā)。在巖漿過程中，茅口組在淺緩的開闊臺(tái)地沉積背景中普遍發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘[30]。隨著巖漿在噴出地表之前的持續(xù)上涌，前期沉積的茅口組灰?guī)r也隨之持續(xù)隆升并最終曝露在海平面之上，遭受淡水淋濾[31](圖5、圖6)。在野外剖面上也能觀察到川西南部地區(qū)玄武巖不整合于茅口組之上，茅口組頂部普遍發(fā)育古喀斯特地貌，其中茅口晚期穹狀抬升中心或內(nèi)帶茅口灰?guī)r的剝蝕厚度為300 m[14]，整個(gè)剝蝕區(qū)的范圍與峨眉山玄武巖分布區(qū)基本一致[15]。古隆起上發(fā)育張裂隙及張性斷裂，為古巖溶的發(fā)育提供了淡水滲濾通道，從而有利于古巖溶儲(chǔ)層的形成。

圖5 玄武巖噴發(fā)引起的穹狀隆起示意圖Fig.5 Sketch demonstrating the uplifting of basalt dome

2.5 有利于巖性上傾尖滅型油氣藏的形成

玄武巖噴發(fā)過程中，形成了上拱地幔柱。后期的上二疊統(tǒng)宣威組、龍?zhí)督M乃至長(zhǎng)興組沉積與玄武巖地幔柱之間構(gòu)成上傾尖滅接觸，從而有利于巖性上傾油氣藏的形成(圖7)。另一方面，作為阻隔層存在的玄武巖，又可以將二疊系分隔成2個(gè)含油氣系統(tǒng)。其中，玄武巖地層上覆為龍?zhí)督M-長(zhǎng)興組含油氣系統(tǒng)，玄武巖地層下伏為梁山組-棲霞組-茅口組含油氣系統(tǒng)。

圖6 茅口組巖溶發(fā)育平面分布圖Fig.6 Plan distribution of karst of Maokou Formation

圖7 玄武巖與不同地層的接觸關(guān)系及含油氣系統(tǒng)的劃分Fig.7 Contact relations of basalt with different strata and the division of petroleum system(據(jù)何鯉[32 ]，有修改)

3 結(jié) 論

四川盆地二疊紀(jì)玄武巖噴發(fā)事件不僅是一次重要的火山噴發(fā)事件，而且該事件具有重要的油氣地質(zhì)意義。

a.峨眉山玄武巖垂向上具有多旋回的特征，最多可識(shí)別出10～11個(gè)旋回；平面上大面積分布，主要分布在川西和川南地區(qū)，在川東北地區(qū)也有發(fā)育。

b.玄武巖自身經(jīng)過后期改造，發(fā)育有效儲(chǔ)集空間，可以構(gòu)成很好的油氣儲(chǔ)層。

c.峨眉山玄武巖在巖漿上涌過程中形成的穹窿，影響了后期地貌、沉積格局和地層的應(yīng)力狀態(tài)，從而為茅口期沉積及后期長(zhǎng)興-飛仙關(guān)期的生物礁和顆粒灘儲(chǔ)層發(fā)育創(chuàng)造了古地貌條件，同時(shí)控制了茅口組古巖溶的發(fā)育。

d.峨眉山玄武巖對(duì)二疊系的含油氣系統(tǒng)有控制作用。系統(tǒng)深入研究玄武巖噴發(fā)的油氣地質(zhì)意義可以為四川盆地的油氣勘探提供新的思路和地質(zhì)依據(jù)。

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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。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05007-004-02); 四川省青年基金項(xiàng)目(11ZA051)。

田景春(1963-),男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,從事沉積學(xué)的教學(xué)與科研工作, E-mail:tjc@cdut.edu.cn。

P588.145; TE122.21

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