Natural Gas Geoscience >

2022 , Vol. 33 >Issue 6: 899 - 916

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2022.02.001

Permian volcanic reservoir types and main controlling factors in Southwest Sichuan

  • Shaoyun XIONG , 1 ,
  • Zhiwei SHI 2 ,
  • Wei WANG 3 ,
  • Hao ZHANG 1 ,
  • Ran LIU 3 ,
  • Wang SU 4 ,
  • Ya LI 3 ,
  • Qianying YAO 1 ,
  • Jianyong ZHANG 1 ,
  • Qingchun JIANG 4
Expand
  • 1. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou 310023，China
  • 2. School of Earth Sciences and Resources，China University of Geoscience，Beijing 100083，China
  • 3. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company，Chengdu 610041，China
  • 4. Research Institute of Petroleum Exploration ＆ Development，PetroChina，Beijing 100083，China

Received date: 2021-07-05

  Revised date: 2022-02-12

  Online published: 2022-06-28

Supported by

The Science and Technology Project of PetroChina(2018A-0105)

Fold

Highlights

As an important reservoir type in Southwest Sichuan， Permian volcanic rocks have become one of the research hotspots in recent years. Through the analysis of the porosity and permeability from Permian volcanic rocks in Southwest Sichuan， it is found that the trachyte andesitic pyroclastic rock reservoir of explosive facies pyroclastic flow subfacies is the best， followed by the self broken breccia of the upper subfacies in overflow facies and the trachyte basaltic fused pyroclastic rock of explosive facies. The porosity and permeability of lava reservoirs are poor. Through core， outcrops and microscopic observation， the reservoir space of volcanic rock is mainly dissolution holes and fractures， and the intergranular micropores of albite make a great contribution to the reservoir of trachy and esitic fused tuff. Volcanic rock facies are the basis of reservoir development. The upper subfacies of overflow facies and explosive facies are similar. Pyroclastic flow sub-middle source accumulation is a favorable facies belt for reservoir development. The reservoir heterogeneity of pyroclastic flow sub-middle source accumulation is strong， and the reservoir physical properties in the upper and lower parts of each eruption unit are better than those in the middle. Through condensation consolidation diagenesis and hydrothermal process， the porosity of trachytic basaltic fusion breccia and self broken breccia in the upper subfacies of overflow facies decreases rapidly from 25%-30% to 5%-10%； Due to the formation of a large number of intergranular micropores of albite offsetting part of the pores lost in this diagenetic process， the porosity of trachytic andesitic fused tuff lost about 10% during this diagenesis. Low temperature and low salinity inclusions reveal that the first stage calcite and quartz cements in the reservoir pores were formed in shallow to medium burial after the volcanic eruption stopped， the organic matter was immature to low mature， there was no large-scale hydrocarbon expulsion， and the dissolution of organic acids to the reservoir was limited； It shows that weathering and leaching in the early epigenetic rock stage is the key to reservoir improvement and preservation. The burial stage is the stage of continuous hole filling， and the improvement of reservoir by organic acid dissolution is limited.

Cite this article

Shaoyun XIONG , Zhiwei SHI , Wei WANG , Hao ZHANG , Ran LIU , Wang SU , Ya LI , Qianying YAO , Jianyong ZHANG , Qingchun JIANG . Permian volcanic reservoir types and main controlling factors in Southwest Sichuan[J]. Natural Gas Geoscience, 2022 , 33(6) : 899 -916 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2022.02.001

0 引言

2016年以来，随着YS1井、YT1井先后在二叠纪火山岩获得油气勘探突破，川西南地区二叠纪火山岩储层及其油气成藏已经成为重要的研究对象［1-3］。火山岩储层具有类型多样、形成条件复杂等特征，在外部形态、内部结构、物性特征等方面存在明显差异［4］。因此，对储层类型及其形成主控因素进行研究显得尤为重要。
二叠纪火山岩作为四川盆地一个全新的勘探领域，其岩性组合、喷发方式、喷发环境、岩相分布规律、储层特征及主控因素等方面的研究还有待探索。我国火山岩储层岩石类型主要有安山岩、玄武岩及火山碎屑岩，储集空间有原生孔隙、次生孔隙、原生裂缝（自碎缝、炸碎缝等）及次生裂缝［5-8］。现阶段前人［2，9-11］主要认为原生储集空间由岩性和岩相决定，同时岩相控制火山储层类型及平面展布；次生储集空间发育程度受充填作用、溶解作用、风化淋滤作用和构造作用等影响。四川盆地二叠纪火山岩储层类型及主控因素研究主要集中于周公山、简阳地区，研究对象也仅限于岩心段［1-2，12］。由于火山岩岩相受控于火山机构，火山岩岩相控制火山岩储层类型［11］，因此某一口井的一段岩心只能代表某一火山机构的某个部位某几种岩相的储层类型，无法全面了解四川盆地火山岩储层类型及成因。本文从露头、岩心入手，宏观与微观相结合，总结火山岩储层类型，结合不同类型储层储集空间内充填物的形成时间，探讨火山作用、成岩作用及构造作用综合控制下的火山岩储集空间成因及演化，预测火山岩储层发育与分布规律，有效指导该地区油气勘探。

1 区域地质背景

峨眉山大火成岩省（ELIP）是中国境内最早被国际学术界认可的大火成岩省［13-18］，位于中国西南地区云南、贵州、四川三省（图1）。其大地构造位置处于扬子克拉通西缘，跨越扬子克拉通、松潘—甘孜造山带、三江造山带和华南克拉通4个一级构造单元，其主体属于扬子克拉通西缘。南北长超过1 000 km，东西宽超过900 km，总体积超过50×104 km3［19-20］，具有西厚东薄、沿断层走向分布的特征（图1）。关于峨眉山玄武岩的喷发时限，张招崇［18］认为，ELIP的一个重要特征是短时间内（小于3 Ma）巨量的岩浆喷发，大部分学者认为喷发峰期集中在260 Ma左右，但是对ELIP的起始、结束时间一直存在很大争议［21］。一些学者认为ELIP的持续时间很短，如HUANG等［22］通过研究峨眉山清音阁地区ELIP顶底火山灰黏土岩发现其活动时间在260 Ma上下，但持续时间小于1 Ma。而另一些研究认为ELIP活动持续了较长时间，云南宾川上部熔结凝灰岩年龄为259 Ma［23］，桂西峨眉山玄武岩测得的年龄多在255~253 Ma之间［24］，甚至延续到了早三叠世［25］，并且覆盖面积更广，如四川广元上寺的火山灰（吴家坪组下部）以及四川朝天中上二叠统界线黏土岩（260 Ma）被认为是ELIP活动晚期的产物［26］，同时ELIP还对P—T界线生物大灭绝产生了重大影响［27］。由此可见，开展的大量锆石测年结果在不同地区变化范围差异较大，仍无法很好地约束ELIP的喷发时限，但整体具有西早东晚的过渡特征［28］。
图1 研究区构造位置及火山岩分布（据文献［28］修改）

Fig.1 Structural location and volcanic rock distribution of the study area （modified by Ref.［28］）

林建英［19］和宋谢炎等［29］根据玄武岩产出状态和喷发特点，自西向东依次划分四大岩带（区）：滇西岩带、盐丽岩带、康滇岩带及滇黔岩带；侯增谦等［20］将夹持于道孚—康定断裂和龙门山断裂之间单独划分为一个岩区；罗志立等［28］根据岩石组合和地球化学特征，将峨眉山大火成岩省划分为九大岩区，与四大岩带（区）划分相比，该方案把滇黔岩区进一步细分为宝兴—小金、川西、华蓥山—达县、峨眉—毕节及滇东—黔西5个岩带，盐丽岩带一分为二：盐丽和昆明—甘洛岩带；何斌等［30］根据下伏茅口组灰岩缺失或剥蚀程度，将峨眉山大火成岩省分布区自西向东大致分为内带（深度剥蚀带）、中带（部分剥蚀带）、外带（古风化壳带）及边缘连续沉积带。研究区处于四大岩带（区）的滇黔岩（带）岩区或中带和外带，火山活动时间为晚二叠世，为裂隙式多中心喷发［28］。自下而上可划分为三大旋回，下部为碱性玄武岩，以杏仁构造和斑状熔岩为主，夹少量同性质的火山碎屑岩；中部为典型的大陆拉斑玄武岩，旋回底部多为火山角砾岩或集块岩，向上为玄武熔岩，中上部可见沉积岩夹层［19］。
通过野外露头、钻井资料分析，结合室内研究，在前人研究基础上进行细分。川西南地区二叠纪火山岩自下而上按岩性组合可划分为下段和上段（图2）：下段与林建英［19］和宋谢炎等［29］划分的四大岩带中滇黔岩带岩性组合相似，可划分为三大旋回或三大岩性段：第一岩性段以溢流相杏仁构造和斑状玄武岩粗安岩为主，宝兴大石包以北及甘洛—马边—盐津一线以南地区见磷块岩、灰岩夹层以及枕状玄武岩、与其伴生的淬碎角砾岩等，厚度一般为10~120 m；第二岩性段主要为溢流相粗面玄武岩，夹多层溢流相上部亚相自碎角砾岩及爆发相同性质熔结角砾岩和熔结集块岩，局部地区（马边油石岩）见紫红色泥岩夹层，厚度一般为20~210 m；第三岩性段主要为拉斑玄武岩，厚度较薄，一般为5~20 m；成都—简阳地区上段为一套厚度为40~280 m的火山碎屑岩，自下而上可划分为4个岩性段：第一岩性段为辉绿岩，单层厚度为20~160 m，岩石致密，裂缝不发育；第二岩性段为熔积岩，厚度为80~140 m；第三岩性段为爆发相火山碎屑流亚相熔结火山碎屑岩，厚度一般为20~40 m，为该地区主要储层段和主要勘探目的层段；第四岩性段为拉斑玄武岩。其他地区上段主要为一套凝灰岩，与下伏熔岩存在明显的风化壳，为不整合接触，厚度一般为5~60 m。
图2 ZG2井—HS1井—H6井—DS1井—YT1井—YS1井二叠纪火山岩连井对比

Fig.2 Comparison of Permian volcanic rocks with Wells ZG2，HS1，H6，DS1，YT1 and YS1

2 火山岩储层类型、孔隙类型及充填特征

通过露头详细实测及钻井岩心观察，对不同类型火山岩进行了储层相关实验分析。结合油气测试结果，根据李兆鼐等［31］火山岩分类方案，认为川西南地区二叠纪火山岩储层主要为碎屑熔岩及火山碎屑岩两大类。

2.1　火山碎屑岩

火山碎屑岩按结构分为熔结火山碎屑岩及凝灰岩。根据TAS分类图解［图3（a）］，结合Nb/Y—SiO2图解［图3（b）］。川西南地区二叠纪熔结火山碎屑岩主要有2类：一类是粗面玄武质熔结火山碎屑岩，主要分布于川西南周公山以及蜀南地区；另一类为粗面安山质熔结火山碎屑岩，目前见于成都—简阳地区。
图3 TAS分类图（a）（据文献［32］修改）和Nb/Y—SiO2图解（b）（据文献［33］修改）

Fig.3 TAS classification diagram（a）（modified by Ref.［32］）and Nb/Y-SiO2 diagram（b）（modified by Ref.［33］）

粗面玄武质熔结火山碎屑岩：这类火山碎屑岩为火山碎屑占绝对优势，外生碎屑很少或者没有，以熔结方式成岩［图4（a）］，单层厚度一般为10~30 m。熔结集块或角砾结构，块状构造，角砾为圆形、椭圆形、拉长状不规则状等，角砾间为塑变岩屑或浆屑，与角砾一起受重力挤压而弯曲变形［图4（a）］，角砾成分主要为玄武岩、辉绿岩、粗安岩、斑状粗安岩等，含量约为45%~50%。储集空间主要为溶蚀孔洞［图4（b）］、构造裂缝，少量未完全充填的气孔。由于受后期成岩作用改造，早期形成的气孔部分或完全充填，充填顺序及矿物组合主要有：石英—绿泥岩、石英—绿帘石、石英—绿泥石—方解石及绿泥石；溶蚀孔洞及裂缝充填顺序及矿物组合相似，主要有：绿泥石—石英—沥青［图4（c）］、绿泥石—方解石［图4（d）］、绿泥石—石英、石英—绿泥石—方解石。
图4 川西南地区二叠纪火山岩储层岩石学特征

（a）乐山王世坪，熔结集块岩；（b）ZG2井，3 162.60~3 162.69 m，熔结角砾岩，发育溶蚀孔洞及残余气孔；（c）ZG2井，3 162.60~3 162.69 m，熔结角砾岩，孔洞中充填沥青及绿泥石、硅质，单偏光；（d）ZG2井，3 162.60~3 162.69 m，熔结角砾岩，孔洞中充填绿泥石及方解石，单偏光；（e）YT1井，5 649.47 m，熔结凝灰岩，岩心照片；（f）YT1井，5 649.47 m，含角砾凝灰熔岩，溶蚀孔洞发育，单偏光；（g）YT1井，5 649.47 m，含角砾凝灰熔岩，气孔，钠长石和绿泥石充填，扫描电镜；（h）YT1井，5 649.47 m，含角砾凝灰熔岩，钠长石晶间孔发育，扫描电镜；（i）筠连盐井村，凝灰岩，发育溶蚀孔洞；（j）筠连盐井村，凝灰岩，发育溶蚀孔洞；（k）筠连盐井村，凝灰岩，溶蚀孔洞中充填絮状褐铁矿，扫描电镜；（l）盐津撒鱼沱，自碎角砾岩，网状裂缝发育，后期方解石充填；（m）马边油石岩，自碎角砾岩，溶蚀孔洞；（n）盐津撒鱼沱，自碎角砾岩，沿裂缝发育溶蚀孔洞，单偏光；（o）盐津撒鱼沱，自碎熔角砾岩，见三期胶结物，石英—绿泥石—方解石，单偏光

Fig.4 Petrographic characteristics of Permian volcanic rocks in Southwest Sichuan

粗面安山质熔结火山碎屑岩：主要包括熔结角砾岩和熔结凝灰岩，厚度为94~260 m，由塑变浆屑、晶屑、玻屑及刚性火山角砾［图4（e）］组成。塑变浆屑呈撕裂状、火焰状、透镜状和条带状等；晶屑主要为石英、钾长石和斜长石，含量变化大，一般为15%~35%；玻屑多呈不规则状、条纹状。储集空间主要为溶蚀孔洞［图4（f）］、气孔［图4（g）］、晶间微孔［图4（h）］及裂缝。根据显微镜、扫描电镜观察，结合电子探针，孔洞及裂缝中充填物主要有：绿泥石—钠长石［图4（g）］、绿泥石—石英及绿泥石—钠长石—方解石。
凝灰岩：主要见于二叠纪火山岩上段，为爆发相火山碎屑流亚相远源空落堆积，厚度一般为5~60 m，岩石呈灰白色，凝灰结构，块状、似层状构造，主体由玻屑和火山尘组成，可见大量火山灰泥球，粒径约为0.5~2 mm，岩石风化严重，可见高岭土化、叶腊石化，多蚀变形成膨润土。储集空间主要为溶蚀孔洞［图4（i），图4（j）］及裂缝，孔洞及裂缝内见硅质、绿泥石、方解石及絮状褐铁矿充填物［图4（k）］。

2.2　碎屑熔岩

碎屑熔岩储层主要为自碎角砾岩，分布于岩流单元上部，碎屑彼此压结成岩［26］。角砾大小一般在2~5 cm之间，最大值可达15 cm，角砾以棱角状和次棱角状为主。SiO2含量介于45%~55%之间，钾长石含量为6%~15%，偏碱性，岩石中SiO2含量过饱和，总体偏中性，为粗面玄武质［图3（a），图3（b）］。储集空间主要有溶蚀孔洞［图4（m）］及网状裂缝［图4（l）］，孔洞充填物主要有：石英—绿泥石—方解石［图4（o）］、石英—绿泥石［图4（n）］及方解石［图4（m）］。

3 火山岩储层发育的控制因素

岩浆经火山通道喷发到地表后经历冷凝固结成岩、热液作用成岩、表生成岩（早期和晚期）及埋藏成岩4个阶段［5］，不仅可以形成气孔、冷凝收缩缝及粒间孔等原生孔隙，还会有矿物、基质溶蚀作用产生的溶蚀孔洞等次生孔隙以及矿物晶出、胶结破坏储集空间［34-35］。
通过分析川西南地区二叠纪不同岩相火山岩储层物性发现，爆发相火山碎屑流亚相熔结火山碎屑岩储层物性最好，溢流相熔岩类储集物性较差。结合不同岩相火山岩储层储集空间类型、形成时间及演化等分析，认为火山岩岩相是储层发育的基础，早期表生成岩的风化淋滤作用是储层发育的关键因素。
断裂对于改善火山岩储层具有重要的作用。ZG1井产气层段为孔隙—裂缝型储层，裂缝是沟通孔隙和改善储层物性的关键［1-2］，相距2 km的ZG2井岩心（该段岩心对应ZG1井产气层段）观察及分析发现，火山岩储层溶蚀孔洞发育，孔隙度可达4%~6%，表明即使没有裂缝发育，也可以成为有利储层，裂缝主要起到沟通烃源岩和改善储层的作用，而不是火山岩储层发育的主控因素。

3.1　储层发育的基础——火山岩岩相

火山岩储层储集空间受岩相控制，不同岩相火山岩储层的孔隙和裂缝类型及其组合存在较大差异［36］。根据王璞珺等［36］火山岩相分类方案，川西南地区二叠纪火山岩可识别出4类火山岩相及6类火山岩亚相，火山岩储层特征与岩相、岩性关系见表1。
表1 川西南地区二叠纪火山储层特征与岩相、岩性的关系

Table 1 The relationship of physical property with lithofacies and lithology of volcanic rocks in Southwest Sichuan

相 亚相/位置 特征岩性 主要原生储集空间组合 现今主要储集空间组合 原始 孔隙度/% 现今 孔隙度/% 现今渗透率 /（10-3 μm2）
溢流相 上部 气孔—杏仁构造熔岩、自碎角砾岩、淬碎角砾岩 气孔+收缩缝+自碎缝+解理缝+粒间孔+炸碎缝 溶蚀孔洞+气孔+裂缝 25~30 1.15~10.3 0.002 18~0.792
中部 少斑熔岩 气孔+节理裂隙 裂缝 1~2 0.78~2.7 0.000 4~0.000 41
下部 斑状熔岩 气孔+节理裂隙 裂缝 5~10 1.06~2.79 0.000 3~0.000 85
爆发相 火山碎屑流亚相 粗面安山质（含角砾）熔结凝灰岩 气孔+收缩缝+粒间孔+解理缝 溶蚀孔洞+晶间微孔+裂缝 30~35 7.09~26.5 0.004 31~0.473
粗面玄武质熔结 角砾岩 气孔+收缩缝+粒间孔+解理缝+炸碎缝 溶蚀孔洞+裂缝+气孔 25~30 3.38~12.7 0.047~0.170
粗面玄武质熔结 集块岩 气孔+收缩缝+粒间孔+解理缝+炸碎缝 溶蚀孔洞+裂缝+气孔 25~30 2.39~5.96 0.045 9~0.051 7
空落亚相 凝灰岩 粒间孔+气孔+收缩缝+解理缝 溶蚀孔洞+裂缝 30~35 4.61~12.3 0.071 2~0.123
火山通道相 辉绿岩 柱状和板状节理的缝隙及接触带的裂隙 裂缝 <5 0.74~2.35 0.000 3~0.000 65
熔积岩相 熔积岩 粒间孔+炸碎缝 裂缝 20~25 1.51~2.48 0.000 3~0.000 41

注：原始孔隙度=现今孔隙度+胶结物含量（薄片统计的结果）

3.1.1　岩相对火山岩原生孔隙类型的控制

不同火山岩岩相岩石类型及矿物组合导致其储集物性存在很大差异［37-38］（表1），火山岩岩相是储层发育的基础体现在对火山岩原生孔隙发育的控制上［37］。原生孔隙是岩浆喷出地表、在冷却过程中由于温度降低或者在成岩过程中由于组分脱水所产生的一些气孔和孔洞，包括原生气孔和残余气孔、晶间孔及粒间孔等［39］，因此岩浆冷凝固结成岩及热液作用成岩决定了火山岩原生孔隙类型、发育程度［40-42］。冷凝固结成岩作用是指火山岩在成岩过程中所发生的一系列物理、化学作用，包括挥发份逸出、溶蚀作用、脱玻化作用、岩浆期后热液沉淀充填作用、熔结作用和冷凝收缩作用等［35］。
挥发份逸出形成的气孔是火山岩中数量最多的孔隙［36］，溢流相的熔岩和爆发相的火山碎屑岩中均有分布，现今基本为绿泥石、石英、方解石等充填形成杏仁构造。根据对杏仁体统计发现，溢流相中单个岩流单元下部—中部亚相杏仁体含量一般为5%左右，上部亚相可达25%；爆发相中杏仁体含量一般可达15%~25%，辉绿岩及熔积岩杏仁构造基本不发育。川西南地区二叠纪火山岩中杏仁体主要有赤铁矿杏仁体、绿帘石杏仁体、石英—绿泥石杏仁体、绿泥石杏仁体、绿泥石—石英杏仁体、石英—绿泥石—方解石杏仁体及榍石—玉髓杏仁体等，刘万洙等［43］认为硅质杏仁体为后期流体沉淀形成的，复成分杏仁体为原生火山玻璃固态下水合与蚀变作用形成，说明气孔在冷凝固结成岩作用阶段已经完全或部分充填；冷凝收缩作用形成的收缩缝主要见于溢流相熔岩及火山通道相辉绿岩中，包括上部亚相熔岩流顶部表壳收缩缝、中部—下部亚相发育的节理缝隙、熔岩单元之间的层间缝及侵入岩接触带的裂隙，收缩缝对储集空间贡献不大［41］，但有利于增加孔隙的连通性，同时充当后期溶解作用所需流体进入和次生矿物带出的主要通道［9］；钠长石晶间孔发育在爆发相火山碎屑流亚相熔结凝灰岩中，根据气孔中绿泥石和钠长石产状［图4（g）］发现，绿泥石早于钠长石，早期由火山玻璃形成的沸石在风化淋滤作用下溶蚀产生的孔洞未见绿泥石、钠长石等充填［图4（h）］，说明溶蚀作用发生在钠长石、绿泥石形成之后。因此，钠长石形成于冷凝固结成岩阶段；碎裂缝包括炸裂缝、淬火缝及自碎缝［9］，淬火缝主要见于海相水下和陆相水下溢流相的淬碎角砾岩中，以网状缝为特征，基本为后期石英及方解石充填；自碎缝［图4（k）］是熔岩流表壳与内部冷却速率存在差异，先冷凝固结的表壳受下部岩流的扭张作用或自身重力作用下破碎形成［9］，主要分布在岩流单元的上部亚相；粒间孔［图4（c）］是火山碎屑岩中一种重要的原生储集空间，也是后期暴露溶蚀的基础。粒间孔的发育程度与火山碎屑的粒度和分选程度有关［9］，火山碎屑流亚相近源及中源堆积孔隙度明显高于远源及边缘堆积。

3.1.2　岩相对火山岩储层物性的控制

侯明才等［44］认为不同阶段流体对火山岩储集性能改造是不同的，喷发期的流体主要对火山岩原生孔隙及裂缝进行充填；早期表生成岩阶段，大气淡水对储层进行改造，产生大量溶蚀孔隙及黏土矿物微孔隙。陈薇等［42］认为早期表生成岩阶段的风化淋滤主要是对原生孔隙及裂缝充填物的溶蚀或溶蚀扩大，埋藏期流体对储集空间有一定的改善，但影响不大。因此现今岩石的储集物性反映了原生孔隙的发育程度。原生孔隙发育的喷发相火山碎屑流亚相堆积物储集物性最好，粒度较粗、分选较好的近源及中源熔结凝灰岩、含角砾熔结凝灰岩物性好于远源及边缘堆积的凝灰岩（图5），孔隙度介于10.12%~22.08%之间，渗透率为（0.03~0.6）×10-3 μm2，为中孔、低渗储层，孔隙度与渗透率相关性较好，储集能力和渗透性较好；溢流相中—下部亚相熔岩和溢流相上部亚相自碎角砾岩物性差别较大，原生孔隙更发育的上部亚相自碎角砾岩孔隙度明显高于中—下部亚相熔岩，介于1.37%~10.3%之间，平均值为4.88%，中—下部亚相熔岩平均孔隙度仅为2.07%；粗面玄武质熔结角砾岩平均孔隙度为5.65%，高于溢流相中—下部亚相熔岩，与溢流相上部亚相自碎角砾岩相当（图5）。
图5 川西南地区二叠纪不同岩相火山岩孔渗交会图

Fig.5 Crossplot of porosity and permeability of different lithofacies Permian volcanic rocks in Southwest Sichuan

3.1.3　岩相对火山岩储层分布的控制

火山岩岩相控制着优质储层的分布［2］，不仅表现在对储层平面分布的控制，对储层垂向分布也具有一定的控制。溢流相自下而上划分为下部、中部及上部亚相，上部亚相气孔及自碎缝等原生孔隙发育，若后期发生风化淋滤，能成为孔隙发育较有利的相带；爆发相火山碎屑流亚相按距离火山口远近，分选更好、原生孔隙更发育的近—中源堆积储层物性最好。近—中源堆积由多个喷发单元组成，每个喷发单元熔结程度自下而上表现为弱—强—弱［图6（b）］，火山岩储层物性表现为熔结更弱的上部及下部储层物性好于熔结强的中部［图6（a）］。
图6 YS1井岩心段岩喷发单元划分及与孔渗关系（a）和近—中源火山碎屑流喷发单元结构（b）

Fig.6 Division of rock eruption units in core section of Well YS1 and its relationship with porosity and permeability（a） and structure of volcanic clastic flow unit（b）

爆发相粗面玄武质熔结火山碎屑岩储层夹于熔岩中，和溢流相上部亚相自碎角砾岩储层组成了二叠纪火山岩下段主要储层类型，分布于周公山和乐山—宜宾地区（图7），面积可达4 400 km2，单层厚度一般为5~20 m，累计厚度一般为30~60 m（图2），火山岩厚度大、靠近火山口，是该类储层发育的有利位置；爆发相火山碎屑流亚相近—中源堆积火山岩储层具有厚度大（图8）、储层物性好的特征，靠近火山口是目前勘探最有利位置；远源及边缘堆积凝灰岩粒度更细，厚度较薄，孔隙度较近—中源堆积凝灰岩小，一般为5%~10%，平均为6.5%。但其分布很广，厚度较大的地区具有一定的勘探潜力（图7）。
图7 川西南地区二叠纪火山岩岩相及储层分布

Fig.7 Lithofacies and reservoir distribution of Permian volcanic rocks in Southwest Sichuan

图8 川西南地区二叠纪爆发相火山碎屑流亚相堆积模式（a）及YS1井—YT1井—TF2井—ZJ2井二叠纪不同岩相火山岩储层发育连井对比图（b）

Fig.8 Permian eruptive volcanic clastic flow subfacies accumulation model in southwest Sichuan（a） and comparison of Permian volcanic reservoirs with different lithofacies from Wells YS1-YT1-TF2-ZJ2（b）

3.2　储层发育的关键因素——早期表生成岩的风化淋滤作用

原生孔隙度的发育依赖于气孔化、气孔大小、时间、压力差及黏度［45］。由于火山岩的原生孔隙通常彼此孤立，连通性差，如果没有后期形成的次生孔隙、缝隙将其连通，则不能够成为有效的储集空间［8］。因此，次生孔隙的发育程度决定了储层的储集性能，进而决定了油气在火山岩体中聚集成藏的能力［46］。次生孔隙发育程度与火山喷发间隙或之后的风化淋滤作用密切相关，物理风化作用使岩石破碎，溶解等化学作用使岩石中易溶物质被溶蚀，形成次生孔隙［34，46-47］。侯明才等［44］认为次生孔隙主要是暴露风化期大气淡水淋滤产生的，埋藏期改造形成的晶间孔及溶蚀孔对岩石储集性能影响不大。由此可见，早期表生成岩的风化淋滤作用对火山岩储层发育至关重要。

3.2.1　对火山岩储层垂向分布的控制

SMITH［48］提出连续冷却的一次或多次火山灰流堆积物为一个冷却单元，常用于火山碎屑流或火山灰流的研究［49-50］。谢家莹［51］认为冷却单元为一个或若干个“熔岩流动单元”或“火山碎屑流堆积单元”组成的堆积体作为一个整体冷却成岩，为火山地层的基本成因单元，具有等时性［52］，包括熔岩型、碎屑岩型及碎屑岩+熔岩型3种类型。研究区主要发育熔岩型冷却单元和碎屑岩型冷却单元2种类型，利用前人提出的冷却单元划分识别标志对其进行了划分，每个冷却单元的上部为火山岩储层发育的重要位置。

3.2.1.1 熔岩型冷却单元

每个冷却单元具有顶、底2个界面，顶部因暴露先凝固形成硬质外壳，内部仍处于熔融状态并继续向前移动，致使硬质外壳沿节理或不规则裂隙破碎，形成自碎角砾岩，同时暴露导致风化淋滤，颜色发红，溶蚀孔洞及缝发育。四川盆地二叠纪火山熔岩储层主要为一套自碎角砾岩，储集空间为溶蚀孔洞及裂缝，该套储层发育在每个冷却单元的上部（图9）。
图9 ZG2井二叠纪火山岩熔岩型冷却单元划分及与储层发育的关系

Fig.9 Division of lava cooling units in Permian volcanic rocks and its relationship with reservoir development， Well ZG2

3.2.1.2　碎屑岩型冷却单元

碎屑岩型冷却单元包括涌流、火山碎屑流、灰云等3个堆积单元，相应形成涌流凝灰岩（弱熔结）、熔结凝灰岩、灰云凝灰岩（弱熔结）火山岩层，顶部和底部熔结程度弱，孔隙度高，中下部致密［48］。研究区火山碎屑岩储层分布于冷却单元的上部（图10），储层空间主要为溶蚀孔洞及钠长石晶间微孔，储层发育程度明显受暴露风化淋滤时间限制，暴露时间长，溶蚀孔洞发育，储层得到明显改善。
图10 YT1井二叠纪火山岩碎屑岩型冷却单元划分及与储层发育的关系

Fig.10 Division of cooling units of clastic rock type in Permian volcanic rocks and its relationship with reservoir development， Well YT1

3.2.2　对储层孔隙类型及形成的控制

通过野外露头、岩心观察，结合显微镜及扫描电镜分析，川西南地区二叠纪火山岩储层储集空间主要为溶蚀孔洞、粒间孔、晶间微孔及裂缝，溶蚀孔洞及裂缝被后期方解石及石英部分或完全充填。通过对方解石胶结物［图11（b）］及石英胶结物［图11（e），图11（f）］中包裹体分析发现，方解石包裹体均一温度介于100~159 ℃之间，盐度为3.53%~16.62%（表2），并具有随着温度升高，盐度也升高的特征；石英胶结物以单一液相包裹体为主，其均一温度不超过40 ℃，气液两相包裹体均一温度为130~150 ℃，盐度为0.35%~0.9%。第一期方解石及石英胶结物形成之前，喷出地表的火山岩经历了冷凝固结成岩、热液作用以及早表生风化淋滤阶段。冷凝固结成岩作用及热液作用致使气孔、收缩缝、粒间孔等原生孔隙完全或部分充填［9，41，43］，爆发相的粗面玄武质熔结火山角砾岩及自碎角砾岩储层孔隙度由25%~30%迅速减少至5%~10%；火山玻璃脱玻化需要适当的水分、温度和压力［53］。火山碎屑流亚相熔结凝灰岩中火山玻璃可吸高达3%~10%体积的水［43］，富含水的火山玻璃喷出地表温度高，在这种高温条件下有利于玻璃质中质点的活动及重新排列形成钠长石，可产生8.88%的孔隙度［54］。该时期孔隙损失主要为绿泥石充填，其含量为17%~20%。因此，钠长石晶间微孔的形成抵消了一部分在此过程损失的孔隙，经历该期成岩作用其孔隙度损失了10%左右。川西南地区经历了东吴运动、印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动，第一期方解石及石英胶结物形成于印支运动早期，二叠纪火山岩处于浅—中埋藏阶段，有机质未成熟—低成熟，未发生大规模排烃，有机酸对储层溶蚀作用有限（图12）。因此，早期表生成岩阶段的风化淋滤作用增加或保护了火山岩储层孔隙，一些不稳定的晶屑、玻屑及沸石矿物等发生溶蚀，产生大量溶蚀孔洞，同时风化暴露阻止胶结物充填孔洞，对储层起到很好的改善和保护作用［55］。随后溶蚀孔洞经历连续充填阶段，成岩流体逐渐演化为深部地层水或盆地卤水，孔隙损失约5%~10%。有机质成熟产生的有机酸对沸石等胶结物有一定的溶蚀作用，镜下均未见明显溶蚀现象，表明埋藏有机酸溶蚀对储层孔隙改善有限。
图11 川西南地区二叠纪火山岩储集储集空间微观特征

（a）马边油石岩，自碎熔角砾岩，溶蚀孔洞被方解石及石英部分充填；（b）马边油石岩，自碎熔角砾岩，方解石胶结物，气液两相包裹体；（c）马边油石岩，自碎熔角砾岩，石英胶结物，气液两相包裹体；（d）YT1井，5 645.5 m，熔结凝灰岩，粒间孔，绿泥石和石英完全充填；（e）YT1井，5 645.5 m，熔结凝灰岩，粒间孔，石英胶结物内的单一液相包裹体；（f）YT1井，5 645.5 m，熔结凝灰岩，粒间孔，石英胶结物内的气液两相包裹体，均一温度（Th）范围为134~157 ℃，冰点温度（Tm）范围为-0.2~-0.5 ℃，盐度范围为0.35%~0.87%

Fig.11 Micro characteristics of Permian volcanic reservoir space in Southwest Sichuan

表2 川西南地区二叠纪火山岩孔洞中方解石胶结物包裹体均一温度

Table 2 Homogenization temperature of calcite cement inclusions in Permian volcanic holes in Southwest Sichuan

编号 分布特征 形态 长度/μm 气液比/% 均一相态 均一温度/℃ 冰点温度/℃ 盐度/%
1 成群或带状 长方形、椭圆形及不规则 7~11 3~8 液相 100~107 -2.1~-5.0 3.53~8.13
2 成群或带状 长方形、椭圆形及不规则 4~11 5~10 液相 110~119 -10.8~-4.1 6.58~14.83
3 成群或带状 长方形、椭圆形及不规则 5~7 3~10 液相 120~129 -11.3~-6.2 9.34~15.35
4 成群或带状 长方形、椭圆形及不规则 4~13 3~10 液相 130~139 -12.6~-8.9 12.76~16.62
5 成群或带状 长方形、椭圆形及不规则 8~11 5~10 液相 140~149 -10.5~-10.6 14.52~14.62
6 成群或带状 长方形、椭圆形及不规则 5~11 5~6 液相 150~159 -11.6~-11 15.04~15.65
图12 川西南地区二叠纪火山岩埋藏史及孔隙充填演化图

Fig.12 Burial history and pore filling evolution of Permian volcanic rocks in Southwest Sichuan

4 结论

（1）川西南地区二叠纪火山岩储层主要为火山碎屑岩和碎屑熔岩两大类。其中粗面安山质熔结凝灰岩和角砾岩储层物性最好，其次为凝灰岩、自碎角砾岩、粗面玄武质熔结角砾岩，熔岩类储集物性较差。溶蚀孔洞和裂缝为其主要储集空间，钠长石晶间微孔对粗面安山质熔结凝灰岩储层物性贡献较大；孔洞充填物主要为石英、绿泥石、方解石及少量钠长石。
（2）溢流相上部亚相气孔及自碎缝发育，火山喷发间隙易遭风化淋滤作用，能成为孔隙发育有利相带；爆发相火山碎屑流亚相按距离火山口远近，近—中源堆积具有储层厚度大、物性好、垂向上非均质性强的特征，近—中源堆积由多个火山碎屑流喷发单元组成，每个单元熔结程度自下而上表现为弱—强—弱，火山岩储层物性表现为上部及下部储层物性好于中部。
（3）川西南地区二叠纪火山岩存在熔岩型冷却单元和碎屑岩型冷却单元2类，火山喷发间隙期暴露风化淋滤的冷却单元顶部是溶蚀孔洞和破碎缝发育的有利位置，易形成有利储层。
（4）低温低盐度包裹体揭示了第一期方解石及石英胶结物形成于浅—中埋藏阶段，此时火山储层经历了冷凝固结成岩作用、热液作用以及早表生风化淋滤作用阶段。受冷凝固结作用及热液作用影响，爆发相粗面玄武质熔结角砾岩及溢流相上部亚相自碎角砾岩储层孔隙度由25%~30%迅速减少至5%~10%；由于大量钠长石晶间微孔的形成抵消了一部分在此过程损失的孔隙，火山碎屑流亚相熔结凝灰岩经历该成岩作用后孔隙度损失了10%左右。随后早期表生成岩阶段的风化淋滤作用使一些不稳定的晶屑、玻屑及沸石矿物等发生溶蚀，产生大量溶蚀孔洞，同时风化暴露阻止了胶结物充填孔洞，对储层起到很好的改善和保护作用。埋藏成岩作用部分或完全充填孔洞，虽然有机酸对沸石等胶结物有一定的溶蚀作用，但对储层孔隙贡献有限。

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