石油地理·來(lái)自火山巖的天然氣

去年年底，中國(guó)石油在位于四川省成都市簡(jiǎn)陽(yáng)市周家鄉(xiāng)的永探1井二疊系火山巖儲(chǔ)層，測(cè)試獲日產(chǎn)22.5萬(wàn)立方米工業(yè)氣流。這是四川盆地第一口火山碎屑巖工業(yè)氣井，據(jù)有關(guān)地質(zhì)專家初步預(yù)測(cè)，該井區(qū)含氣面積大、資源量大，有望成為四川盆地新的天然氣增儲(chǔ)量、提產(chǎn)量區(qū)塊。

那么，熾熱噴發(fā)的火山巖里怎么會(huì)有天然氣呢?火山巖里的天然氣藏又是怎么形成的?本期天然氣故事將講述四川盆地火山巖天然氣的成藏地質(zhì)條件、勘探歷程。

峨眉山和永探1井的火山巖都是在距今約2.6億年前的二疊紀(jì)噴發(fā)的。峨眉山和攀枝花、西昌地區(qū)火山巖巖性為玄武巖，噴發(fā)厚度最大超過(guò)3000米，覆蓋面積30萬(wàn)平方千米。四川盆地內(nèi)噴發(fā)的火山巖巖性為玄武巖和火山碎屑巖，厚度較薄，大部分厚度在50米~400米。盆地內(nèi)火山巖被后來(lái)沉積的地層覆蓋，深埋地下3000米-6000米。

四川盆地火山巖氣藏探秘

四川盆地經(jīng)歷60余年的油氣勘探，已發(fā)現(xiàn)的油氣資源主要附存在海相碳酸鹽巖、陸相致密砂巖、海相頁(yè)巖三大沉積巖類中，除早期發(fā)現(xiàn)的小型玄武巖裂縫性氣藏外，一直沒(méi)有在火山巖領(lǐng)域取得油氣勘探的重大發(fā)現(xiàn)。近年來(lái)，通過(guò)轉(zhuǎn)變勘探思路，深化盆地大氣田基本地質(zhì)特征和成藏控制因素、富集規(guī)律認(rèn)識(shí)，火山巖氣藏逐步進(jìn)入了勘探家的視野，認(rèn)識(shí)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。在火山巖獲得工業(yè)氣流發(fā)現(xiàn)之前，四川盆地火山巖的油氣勘探經(jīng)歷了曲折的過(guò)程。

兼探階段(1966—1991年)四川盆地鉆探火山巖始于1966年，在威遠(yuǎn)西部地區(qū)二疊系鉆遇厚度為2米的玄武巖層。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(dá)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，厚度在39米~225米。此階段由于鉆遇玄武巖厚薄不均、鉆進(jìn)過(guò)程中無(wú)顯示，均作為兼探層系，并未引起較大關(guān)注，也未做深入研究。

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)油氣情況而部署的一口探井，鉆遇厚度為301米的二疊系玄武巖，對(duì)厚14.5米的孔隙—裂縫型儲(chǔ)層測(cè)試獲得25萬(wàn)立方米氣流。其后部署的一口探井火山巖產(chǎn)水，另一口探井火山巖不發(fā)育儲(chǔ)層。此階段的勘探證實(shí)，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(zhì)儲(chǔ)層展布、成藏的控制因素和有利勘探區(qū)尚不明確。

突破階段(2014年至今)近年來(lái)，中國(guó)石油多家單位針對(duì)四川盆地二疊系火山巖開(kāi)展系統(tǒng)攻關(guān)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(rèn)識(shí)。借助于各向異性疊前時(shí)間偏移技術(shù)、地震相分類技術(shù)、相控反演技術(shù)等特殊巖性體地震預(yù)測(cè)技術(shù)，預(yù)測(cè)川西南二疊系茅口組上部發(fā)育溢流相玄武巖，成都—簡(jiǎn)陽(yáng)地區(qū)發(fā)育噴溢相火山碎屑巖。地質(zhì)綜合研究認(rèn)為，簡(jiǎn)陽(yáng)地區(qū)緊鄰德陽(yáng)—安岳裂陷寒武系生烴中心，與二疊系火山巖噴發(fā)同時(shí)形成的早期張性斷裂在后期可以作為良好的油氣疏導(dǎo)通道，縱向上將寒武系烴源巖和二疊系火山巖儲(chǔ)層有效地溝通了起來(lái)，同時(shí)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(jìn)而形成大型構(gòu)造——巖性復(fù)合圈閉氣藏，天然氣成藏條件好，可供勘探面積大。于2017年在這個(gè)區(qū)針對(duì)二疊系火山巖部署了風(fēng)險(xiǎn)探井——永探1井。

永探1井于2018年6月開(kāi)鉆， 11月進(jìn)入二疊系火山巖131米。在鉆井液密度介于1.99克~2.24克/立方厘米條件下，油氣顯示頻繁?；鹕綆r儲(chǔ)層厚100米，其中氣層2層合計(jì)厚度為37.6米，平均孔隙度為11.5%，疑似氣層1層，厚度為62.7米。平均孔隙度為14.1%。

2018年12月16日，永探1井二疊系火山巖儲(chǔ)層測(cè)試獲日產(chǎn)22.5萬(wàn)立方米工業(yè)氣流，實(shí)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。

火山巖課堂

本期嘉賓 文龍 高級(jí)工程師，現(xiàn)任西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院副院長(zhǎng)、總地質(zhì)師，長(zhǎng)期從事天然氣勘探綜合地質(zhì)研究

火山巖里的天然氣是怎么形成的?

永探1井火山巖的天然氣來(lái)自下部寒武系，通過(guò)斷層向上運(yùn)移至火山巖地層，形成天然氣藏。

為了搞清楚四川盆地火山巖的氣來(lái)源，勘探科研人員對(duì)它做了“親子鑒定”。把火山巖里產(chǎn)出的天然氣分離出甲烷、乙烷，對(duì)它們的C13同位素進(jìn)行測(cè)定，與可能的烴源巖進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)其與寒武紀(jì)早期泥巖的干酪根碳同位素具有相似特征，確定它們之間具有親緣關(guān)系。

寒武紀(jì)早期沉積的泥巖被稱為筇竹寺組地層，是一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖。所謂的烴源巖，就是能夠生成烴類流體的地層，巖性主要是泥巖、泥頁(yè)巖、頁(yè)巖。筇竹寺組地層內(nèi)含有大量的低等水生生物，這些生物死亡后埋葬在缺氧的海底，后期經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間熱氧化生成烴類流體。這個(gè)過(guò)程有點(diǎn)類似埋在池塘淤泥下的水草和植物經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生沼氣，只不過(guò)烴源巖在地下埋藏得更深、演化時(shí)間更長(zhǎng)、形成烴類流體更多。

生成的烴類流體只有運(yùn)移到火山巖里才能形成具有工業(yè)價(jià)值的天然氣藏，永探1井地區(qū)主要是通過(guò)深部斷層溝通寒武紀(jì)烴源巖和火山巖?；鹕綆r和烴源巖之間的斷層就像一根根細(xì)小的管子，把烴源巖里生成的烴類流體吸到火山巖里。地下斷層作為通道運(yùn)移烴類流體的過(guò)程十分緩慢，烴類向上運(yùn)移時(shí)動(dòng)力主要來(lái)自自身的浮力、生烴后形成的超壓以及構(gòu)造應(yīng)力。

火山巖內(nèi)用什么來(lái)裝天然氣?

火山巖作為一種非常規(guī)的油氣勘探對(duì)象，其儲(chǔ)層具有與沉積巖不同、且更為復(fù)雜的儲(chǔ)集空間。勘探科研人員利用先進(jìn)的鈉離子薄片拋光技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)和巖芯CT掃描技術(shù)，觀察和分析火山巖內(nèi)發(fā)育的孔隙類型和特征。研究發(fā)現(xiàn)永探1井地區(qū)火山巖內(nèi)發(fā)育大量的溶蝕孔和微孔，是火山巖的兩種主要儲(chǔ)集空間類型。

火山巖噴發(fā)后經(jīng)歷地表風(fēng)化淋濾及埋藏后地下流體的溶蝕和溶解作用形成溶蝕孔。永探1井區(qū)火山巖的溶蝕孔有兩類：一類是火山物質(zhì)與流體完全反應(yīng)，形成產(chǎn)物被熱液流體運(yùn)移不殘留在原來(lái)位置的孔洞;另一類火山物質(zhì)與流體反應(yīng)后，形成的產(chǎn)物在原地殘留，充填部分溶蝕孔隙，剩余部分孔隙。本區(qū)火山巖內(nèi)礦物與流體反應(yīng)生成的產(chǎn)物主要是綠泥石、鈉長(zhǎng)石。永探1井火山巖溶蝕作用較強(qiáng)，綠泥石含量較好，整體巖芯呈現(xiàn)出淺綠色。

永探1井火山巖內(nèi)存在呈彌散狀分布的微米級(jí)的相互連通的“脫?；?rdquo;微孔，是常規(guī)儲(chǔ)層內(nèi)不存在的特殊儲(chǔ)集空間類型。脫?；侵富鹕轿镔|(zhì)噴出地表之后，在快速冷凝條件下形成的火山巖，其內(nèi)部不穩(wěn)定，會(huì)自動(dòng)結(jié)晶形成更為具有微小晶體形態(tài)的“雛晶”，這些微小晶體在顯微鏡下的形態(tài)呈現(xiàn)出樹(shù)枝狀、羽狀、雪花狀和針狀等。脫玻化的過(guò)程中，火山巖內(nèi)部火山物質(zhì)形成礦物晶體，體積收縮，從而形成微晶之間的微孔，微孔直徑在微米級(jí)別。

火山巖內(nèi)溶蝕孔和大量脫?；⒖紫嗷ミB通，形成規(guī)?？捎^的儲(chǔ)集孔隙，1立方米的火山巖內(nèi)有超過(guò)0.1立方米的孔隙空間。

為什么峨眉山的火山巖沒(méi)有天然氣?

火山巖成藏必須同時(shí)具備生儲(chǔ)蓋三個(gè)條件，三者缺一不可。

永探1井火山巖的烴源巖、儲(chǔ)層和蓋層組成有利的“三明治”結(jié)構(gòu)：中間是具溶蝕孔和微孔的火山巖碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，下部發(fā)育寒武系筇竹寺組烴源巖，上部為區(qū)域性分布的三疊紀(jì)嘉陵江組膏巖蓋層。而峨眉山地區(qū)的火山巖巖性為玄武巖，巖性較致密，沒(méi)有可供儲(chǔ)集天然氣的空間;下部也未發(fā)現(xiàn)有好的烴源巖地層，不能生成烴類流體;上部是敞開(kāi)的，沒(méi)有蓋層，即使有天然氣運(yùn)移上來(lái)，也會(huì)散失掉。

火山巖的分類

火山碎屑巖

火山碎屑巖：由火山爆發(fā)出來(lái)的各種碎屑物質(zhì)從大氣中降落下來(lái)而成的巖石，常見(jiàn)的巖性有凝灰?guī)r、火山角礫巖和集塊巖。

凝灰?guī)r：火山噴發(fā)中降落下來(lái)的以火山灰為主的碎屑物質(zhì)所形成的巖石。一次火山噴發(fā)可形成足以淹沒(méi)一座龐貝古城的大量火山灰，火山灰也可隨風(fēng)飄浮幾百上千公里，覆蓋大面積的地區(qū)造成飛機(jī)停運(yùn)。這些火山灰落到地面冷凝固結(jié)形成凝灰?guī)r。凝灰?guī)r中碎屑顆粒較細(xì)，小于2毫米，火山物質(zhì)含量超過(guò)90%。凝灰?guī)r內(nèi)碎屑成分有巖屑、晶屑和玻屑。

火山角礫巖：由粒徑2~64毫米的火山角礫形成的巖石，分布在火山口附近?；鹕浇堑[是火山爆發(fā)時(shí)崩落在火山口附近的塊體，可以是棱角分明的剛性塊體，也可以是半固結(jié)熔漿碎屑及晶體碎屑。

集塊巖：由粒徑大于64毫米的巖塊經(jīng)過(guò)壓緊膠結(jié)而成的巖石。集塊巖距離火山口更近，是野外尋找火山口的一個(gè)標(biāo)志。集塊巖的成分跟原來(lái)火山口的巖石有關(guān)。根據(jù)原巖類型，集塊可分為玄武質(zhì)集塊巖、安山質(zhì)集塊巖、流紋質(zhì)集塊巖等。

熔巖

熔巖：從火山口溢流出的熔漿冷凝而成的巖石，常見(jiàn)的熔巖有玄武巖、安山巖、流紋巖。

玄武巖：五大連池的火山巖、夏威夷現(xiàn)今噴發(fā)的火山巖都屬于玄武巖，在地殼中分布極廣。玄武巖的二氧化硅含量在45%~53%之間，富含鐵鎂元素，依化學(xué)組成可分為堿性玄武巖、橄欖拉斑玄武巖和拉斑玄武巖三個(gè)系列。礦物結(jié)晶程度從玻璃質(zhì)到全晶質(zhì)的都有?；鹕絿姲l(fā)后地表溢流形成繩狀、麻花狀玄武巖。

安山巖：這種巖石在南美洲安第斯山發(fā)育最好，因而得名安山巖。二氧化硅含量在53%~66%之間，礦物以角閃石、斜長(zhǎng)石為主，大部分結(jié)晶較差，為隱晶質(zhì)和斑狀。安山巖顏色比玄武巖淺，多為淺灰色、灰色。

流紋巖：這類熔巖在火山噴發(fā)后地表流動(dòng)形成流紋構(gòu)造，因而得名流紋巖。富含二氧化硅的流紋巖在熔漿狀態(tài)時(shí)黏度大，熔漿內(nèi)氣體不易散失，裹挾在里面形成氣孔構(gòu)造，氣孔被充填則形成杏仁構(gòu)造。流紋巖內(nèi)的氣孔是火山巖重要的儲(chǔ)集空間。流紋巖二氧化硅含量超過(guò)66%，富含長(zhǎng)石、石英等硅氧礦物。流紋巖的結(jié)晶程度一般較差，除有少量斑晶外，基質(zhì)多由很細(xì)的隱晶質(zhì)和玻璃質(zhì)組成。