0 引言
火成岩油气藏广泛分布于全球五大洲20多个国家330余个盆地，具有极大的勘探潜力。我国火成岩油气藏的勘探自20世纪50年代初开始，目前已形成以西部准噶尔盆地、东部松辽盆地为主的两大火成岩油气区［1-7］。四川盆地作为我国六大天然气产区之一，对于火成岩油气勘探也经历了4个阶段：火成岩兼探阶段（1966—1992年）、勘探发现阶段（1992—1994年）、曲折探索阶段（1994—2018年）及勘探突破阶段（2018年至今）［8-9］。特别是自2018年以来，YS1井和YT1井在二叠系火山岩地层中测试，分别获气0.14×104 m3/d和22.5×104 m3/d，取得了重大勘探突破，展现出火山岩勘探的巨大潜力，也使得二叠系火山岩成为天然气勘探的新重点和新热点。
四川盆地总体处于峨眉山地幔柱中心中带—外带区域，火山岩的发育特征及岩相分布等复杂，针对火山岩的深部来源以及发育情况，众多学者探讨了基底断裂与火山岩发育特征之间的关系。刘鹏等［10］认为，基底断裂之间的走滑破碎带是二叠系火山岩岩浆通道，主要发育剪切带控制的裂隙式竖状喷发和串珠状喷发2种模式；夏茂龙等［11］认为，川西二叠系火山岩的分布受2个方向的主控断裂控制，2组断裂交会处作为岩浆通道，分别控制溢流相玄武岩和爆发相火山角砾岩的发育分布。而在准噶尔盆地以及松辽盆地，也有类似研究，周耀明［12］认为准噶尔盆地碰撞伸展背景下的幔源岩浆发生底垫上侵使基底断裂重新复活，大量幔源岩浆沿这些断裂喷出地表，形成了盆地内广泛分布于石炭系顶部的各类火山岩。王玉学等［13］认为松辽盆地2条或者多条基底断裂交会处通常发育火山口中心相，向四周依次发育爆发相、火山通道相、火山沉积相。与西部准噶尔、东部松辽等盆地的火成岩油气藏相比，杨柳等［14］认为川西火山岩的分布主要受NE—SW向基底断裂及喷发前古地貌控制，四川盆地内部的二叠系火山岩受基底断裂及次级火山机构控制，厚度小且分布不稳定。目前，对火山机构及喷发模式、有利岩相厚度及分布等问题还存在较大的争议和疑问。
针对上述问题，本文以目前火山岩油气勘探最关注的川西—蜀南地区为例，在野外观测、钻井复查、测井解释等地质研究的基础上，分析川西—蜀南地区火山岩类型及特征、厚度变化及岩相展布特征；结合区内高精度重磁电及地震解释结果，精细识别研究区基底断裂，研究基底断裂的产状、规模及组合特征；最终根据不同岩性岩相分布与基底断裂耦合特征，结合峨眉山大火成岩省构造背景，建立不同基底断裂组合方式下的火山岩喷发模式，为推动四川盆地火山岩油气勘探提供地质依据。
1 区域地质背景
四川盆地位于上扬子地台西北缘，为典型的经过不同时期、多次构造运动改造而形成的克拉通盆地［15］。研究区位于盆地西南部及南部地区（图1），构造上位于川西坳陷带、川中隆起带和川南低陡带过渡区，主要由4个部分构成：左侧龙门山冲断带、中部川西前陆盆地、龙泉山隆起带和蜀南地区组成。受东吴、印支、喜马拉雅等多期构造运动的影响，盆地边缘在后期卷入造山变形而遭受强烈改造，形成了复杂的内部结构与盆山体系，盆内发育北东—南西向大断裂及伴生北西—南东向张扭性断层，形成了北东向和北西向断裂交叉的格局［16］。中上二叠统沉积时期，处于峨眉地裂运动期构造作用由弱变强的阶段，受构造运动的影响基底断裂活动性增强，火山物质大量喷发［17］。
2 川西-蜀南地区火山岩岩性岩相分布
根据行业标准《岩石薄片鉴定》（SY/T 5368—2016），结合野外地质调查、钻录井及实验测试资料分析，认为川西—蜀南地区主要以火山熔岩为主，并且发育有火山碎屑岩，局部发育少量侵入岩。火山熔岩主要发育玄武岩，火山碎屑岩主要发育火山角砾岩和凝灰岩，侵入岩主要是底部侵入的辉绿岩。
2.1 火山岩岩性特征
2.1.1 火山熔岩
火山熔岩在川西—蜀南地区普遍发育，主要以基性玄武岩为主，包括橄榄玄武岩、粗面玄武岩、斑状玄武岩、气孔玄武岩、杏仁玄武岩、气孔—杏仁状玄武岩及蚀变玄武岩等（图2）。斑状玄武岩的主要特征为具有斑状结构，结晶程度变化大，主要为微晶—隐晶质结构，斑晶含量大于10%；气孔—杏仁状玄武岩则以含有气孔—杏仁状构造为主要特征，岩石中分布不规则或拉长状气孔，约为0.3~1.25 mm，气孔充填褐铁矿、绿泥石、方解石等形成椭圆状或多边形杏仁体，部分被绿泥石充填，绿泥石等蚀变矿物含量介于5%~20%之间；蚀变玄武岩则明显可见后期蚀变现象，其基质由微晶基性斜长石及橙玄火山玻璃构成，粗面玄武岩具少斑结构，基质为主，基质里自形长石搭建成框架，内部充填半自形辉石、蚀变基质和绿泥石等，呈现典型的间粒结构。
2.1.2 火山碎屑岩
火山碎屑岩类是指火山喷发所产生的各种碎屑物质经压结或熔结作用而形成的岩石，其碎屑物含量较高，一般大于75%。镜下常见凝灰岩和火山角砾岩2类火山碎屑岩。
（1）凝灰岩
在靠近峨眉地幔柱附近的川西—蜀南地区均有分布，但是厚度不大，向盆地逐渐减薄直至消失［22］。凝灰岩中成分主要以直径小于2 mm的火山灰为主，一般可见长石晶屑及塑性浆屑玻屑，原生凝灰结构明显，火山尘多见强褐铁矿化，受火山喷发背景及古地理格局影响。
（2）火山角砾岩
主要发育在川西地区，ZG2井、YT1井、TF2井等均钻遇火山角砾岩（图2）。角砾成分为灰质角砾、凝灰质角砾、隐晶硅质角砾，一般可见自碎裂结构，角砾中见溶孔，呈椭圆状，圆形，角砾大小不一但可见其定向排列痕迹，蚀变现象明显。
2.2 火山岩时空分布
2.3 火山岩相发育分布
表1 川西—蜀南地区火山岩岩相地震响应特征(据文献[14-15]修改)Table 1 Seismic response characteristics of volcanic lithofacies in West Sichuan-Shunan area (modified according to Refs.[14-15]) |
| 岩相类型 | 反射特征 | 振幅 | 典型剖面 | 典型井 |
|---|---|---|---|---|
| 爆发相 | 顶界连续强反射，外形呈中低幅丘状隆起，内部呈杂乱或楔状反射 | 中高频、强振幅 |  | YS1、YT1 |
| 喷溢相 | 顶界连续中强反射，外形明显起伏，内部呈杂乱断续—亚平行层状 | 中低频、强振幅 |  | - |
| 溢流相 | 顶界连续强反射，外形起伏不大，内部呈平行层状 | 低频、中强振幅 |  | ZG1 |
| 沉积相 | 顶界连续强反射，外形无明显起伏，内部呈平行层状 | 低频、弱振幅 |  | ZT1 |
3 川西—蜀南地区基底断裂发育分布
3.1 基底断裂的识别
研究区重力异常总体走向为NE向（图8，隆起为暖色调，坳陷为冷色调）。但在蜀南地区以及简阳—三台地区异常存在NE、NW向交叉交会的形式，并存在多处似圆状或椭圆状重力异常圈闭，为断裂错动、岩浆入侵和火山活动等地质事件的综合反映［26］。根据前人［27-29］对重力异常的识别原则，并结合研究区内已知深大断裂异常特征对研究区内断裂进行识别。在此基础上，利用时频电磁剖面对所识别的断裂进行验证落实，最终选取了研究区中部一条近SE向的电阻率剖面①（图9），从该剖面显示的情况来看，时频电磁剖面所显示的断裂能与重力异常所识别的断裂基本保持一致，区域性的控坳陷断裂（龙门山和龙泉山断裂带）清晰可见，据电法剖面揭示龙泉山断裂带断达基底60 km以上。
因此，基于电阻率剖面验证基础，再利用三维地震剖面对断裂进行验证落实，重点针对研究区重力异常测线少、识别精度不高地区，对所识别的断裂进行校正，并且对未识别到的断裂进行补充。据简阳地区永探三维L680测线剖面②（图10）可得，简阳地区2条NW向断裂识别清晰，与重力勘探识别结果基本一致，但在剖面上2条基底断裂之间新发现一条NW向的深大断裂（剖面中间），为重力异常上未识别到的断裂。
3.2 基底断裂的发育分布特征
重磁电解释结果与地震联合分析表明（图11），川西—蜀南地区主要发育NE向和NW向2组深大断裂，其中NE向断裂为主控断裂，规模大、发育程度高，对盆地构造的发展影响较大；NW向断裂主要分布于蜀南地区以及简阳—三台地区，规模小、发育局限。
从断裂的切割关系来看，NE向断裂先形成，后形成NW向断裂将NE向断裂切割。为进一步探明基底断裂的发育特征，利用地震、时频电磁成果，将所识别的断裂进行分级，针对断裂的断穿层位，将基底断裂划分为基底断至二叠系断裂和基底未断至二叠系断裂（图12）。其中基底断至二叠系断裂，始发于基底，为活动性的继承性断裂，受峨眉地裂运动影响，活动性增强，可发育至二叠系，作为岩浆运移和喷发的通道，对火山岩的发育意义重大。从划分的断裂展布特征来看，断至二叠系的断裂集中分布在周公山—简阳地区和蜀南地区，大体呈NE向展布。
4 基底断裂与火山岩喷发模式
4.1 基底断裂与火山岩厚度的关系
在基底断裂以及火山岩岩性岩相展布特征研究的基础上，分别将基底断裂与火山岩和火山碎屑岩的厚度分布做叠合分析。
结果表明，火山岩的展布特征与基底断裂延伸方向有很强的耦合关系，认为是NE向的基底断裂利于火山岩的发育。火山碎屑岩平面上沿NE向基底断裂呈不连续的条带状分布，到达NE、NW向基底断裂交会程度高的地方火山碎屑岩厚度明显增大。原因可能是基底断裂的交会程度影响了火山喷发的模式，基底断裂交叉交会程度的增强，有利于形成中心式的火山喷发模式，简阳地区和蜀南地区爆发相火山碎屑岩发育区属近火口区，总体受基底断裂交会中心的控制，而周公山地区主要由NE向展布的断裂控制，NW向的基底断裂非常局限，指示了沿断裂形成裂隙式喷发，因此爆发相火山碎屑岩储层不发育。
4.2 基底断裂与火山岩岩相的关系
火山岩溢流相广泛分布于整个研究区，爆发相集中分布于新津—简阳地区以及蜀南地区。从叠合的情况来看，爆发相发育地区多为基底断裂交会程度较高地区，交会程度较低或由单一断裂控制则发育溢流相。结果进一步证明基底断裂的交会程度控制了火山喷发的模式，进而控制了火山岩岩性岩相的发育［图13（c）］。
4.3 火山喷发模式
5 结论
（1）川西—蜀南地区火山岩厚度整体呈西厚东薄，以西南部的雅安—峨眉山地区为主要的厚度中心，总体在盆地由SW向NE方向厚度逐渐减薄；火山碎屑岩厚度整体呈中部厚，以新津—简阳地区为中心，向四周减薄。爆发相集中发育在新津—简阳一带，蜀南地区也有发育，但是厚度较低，且为凝灰岩。
（2）川西—蜀南地区基底断裂主要发育NE向和NW向2组断裂。其中NE向的断裂规模较大，控制了整个研究区的基底构造格局。简阳—三台地区以及蜀南地区NE向和NW向断裂交会较多成网格状的断裂体系，周公山地区断裂方向较单一成条带状的断裂体系。
（3）基底断裂的发育控制了火山岩的平面展布，基底断裂中贯穿至二叠系NE向断裂，作为岩浆活动时的运移通道，对火山岩的发育具有重大影响。并且基底断裂的交叉交会程度控制着研究区火山喷发模式，进而控制了火山岩岩性岩相的发育：断裂交会程度高易形成沿断裂多点复合喷发模式（以简阳地区为例），发育爆发相的火山碎屑岩；交会程度低则易形成裂隙式喷发模式（以周公山地区为例），发育溢流相的玄武岩。
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