川西地区火山碎屑熔岩气层低阻成因浅析

吴煜宇 李 亚 赖 强 谢 冰 殷 榕 李 庚

1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 2.中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院

0 引言

近期，四川盆地西部二叠系峨眉山玄武岩组基性火山碎屑熔岩成功钻探并获高产工业气流，实现了盆内火山岩气藏勘探的重大突破，证实了四川盆地二叠系具有较大的勘探潜力。针对该套火山碎屑熔岩储层，在构造、岩性岩相、储层特征等领域开展了大量的研究工作，获得了较多地质认识[1-6]。但对气水分布规律的认识还不明确，主要原因在于，与国内外已发现和探明的火山储层相比[7-10]，四川盆地火山碎屑岩气层具有低电阻率、低深浅电阻率差异的特征，因其低阻成因机理不清，测井气水层判别面临挑战，建立在测井评价基础上的早期气藏气水分布规律探寻受到制约，因此亟需开展火山岩气层低阻成因机理研究。

针对低阻油气层的形成机理，国内外学者开展了大量的研究，取得了一定的成果和认识[11-17]，尽管不同低阻油气藏具有各自的储层与地质特点，但总结起来主要的成因包括：高矿化度地层水、高束缚水饱和度、高黏土矿物附加导电、复杂孔隙结构、阳离子附加导电、高导矿物、构造幅度差异、沉积相带和泥浆侵入、裂缝发育等。这些研究大多针对沉积岩地层，尤其是砂泥岩地层，而针对火山岩地层的低阻成因研究则鲜有报道。相对于沉积岩，火山岩的沉积、成岩及后期改造等作用更加复杂多样，如火山岩矿物组分更加复杂多样，易发生蚀变生成黏土矿物导致地层导电机理复杂化，单纯利用沉积岩的低阻成因机理进行分析具有一定局限性。笔者基于岩心孔渗、XRD衍射、CT扫描、恒速压汞、扫描电镜和相渗等岩石物理实验，结合地质和测井资料，从岩性、孔隙结构和蚀变矿物类型及特征等方面开展川西火山岩低阻成因研究。

1 地质概况

受东吴运动的影响，云南地区发生强烈火山喷发事件，发育了巨厚“峨眉山玄武岩”。四川盆地内火山岩主要分布在川西—蜀南地区二叠系中上部，为一套穿时地层，整体上具有西南厚，东北薄的特点，局部地区受基底断裂发育形成小型喷发中心，从而形成局部火山岩厚值区，如成都—简阳地区（图1），该区储层岩性主要为偏碱性的基性火山碎屑岩和基性浅层侵入岩。储层主要发育在火山碎屑岩地层，岩心物性分析表明，储集层孔隙度为4.23%～23.12%，平均为14.08%，渗透率主要分布在0.01～0.68 mD，平均0.27 mD，属中高孔低渗储集层；储层整体表现为低自然伽马、低补偿密度、低电阻率、高声波时差、高补偿中子的“三低两高”测井响应特征，其中电阻率主要介于5～20 Ω·m，目前，测试已证实的气层电阻率最低可达3 Ω·m。对比国内新疆准噶尔盆地、松辽盆地和二连盆地火山岩储层，低电阻率是四川盆地川西地区火山碎屑熔岩气层的最大特点。

经营效果调查显示(表3)，人工翻耕与机器翻耕的毛竹林，产出的鞭笋量存在较大差异。人工翻耕平均出笋支数为2 761支/667 m2，产量为451.56 kg/667 m2，产值为4 994元/667 m2；机器翻耕平均出笋支数为3 388支/667 m2，产量为546.94 kg/667 m2，产值为6 603元/667 m2。人工翻耕林地最低出笋2 294支/667 m2，产量362.85 kg/667 m2，产值4 020.68元/667 m2；机器翻耕林地最高可出笋3 762支/667 m2，产量达617.64 kg/667 m2，产值达7 262.30元/667 m2。

2 岩性岩相分析

不同的火山岩相结构和构造具有明显差异，与之对应的岩性差异也较大。火山岩相不仅控制了火山岩的岩性，更是影响火山岩储集层的重要因素[18～19]。根据四川盆地川西地区已钻5口井的测井和取心岩性描述资料表明，该区主要发育3种火山岩相：溢流相、喷溢相和侵入相。

从火山喷发角度看，喷溢相是火山活动初期熔岩从地下深处经火山通道上升地表，自火山口向外强烈爆发，形成大量玻屑及浆屑，同时携带大量隐爆的火山角砾或茅口组的石灰岩角砾一同喷发出地表，形成含多种角砾碎屑的火山碎屑熔岩。由于爆发作用强烈而短暂，玻屑及浆屑迅速冷却，矿物来不及结晶，加之角砾与火山熔岩温差较大，加速了降温过程，导致地层中玻璃质含量较高，易形成脱玻化微孔；同时，岩浆中富钾长石和富钠长石在后期成岩改造过程中也易溶蚀形成微孔，两种作用相互叠加改造，造成火山碎屑熔岩发育大量微米级孔隙，由于微孔隙具有较高的“比表面”易吸附地层水造成地层形成良好的导电通路，使地层电阻率降低。

通过对比钻井取心段火山岩电阻率，不同火山岩岩性电阻率差异较大；喷溢相火山碎屑熔岩电阻率最低（图2），平均不到10 Ω·m，其次是超浅成侵入相粒玄岩，溢流相玄武质熔岩和浅成侵入相辉绿玢岩电阻率则相对较高。

采集两组患者的临床资料、临床特征及冠状动脉造影特点，并进行分析。冠状动脉造影术应用Judkins法，经挠动脉或股动脉进行穿刺，并将6F或7F血管鞘置入。

溢流相岩性主要为偏碱性基性—超基性玄武质熔岩，在四川盆地大面积分布，为峨眉山大火山岩省主体区内的岩浆向盆内溢流而成；喷溢相以偏碱性的基性火山碎屑熔岩为主，其喷发中心在成都—简阳地区，是四川盆地近期火山岩气藏勘探发现的主要相带；侵入相是指岩浆侵入地层而未出露地表冷凝形成的岩石，四川盆地侵入相岩相根据结晶程度不同又分为浅成侵入相辉绿玢岩和超浅成侵入的粒玄岩。

采用SPSS 18.0统计学软件对数据进行处理，计量资料以“±s”表示，计数资料采用x2检验，采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

铸体薄片和扫描电镜显示川西火山碎屑熔岩发育脱玻化溶蚀微孔和长石粒间溶孔，呈弥散状连片发育。空间展布上，高分辨CT扫描实验结果表明，川西火山碎屑熔岩储层微孔隙呈蜂窝状发育，孔喉结构分布较均匀，连通性较好（图3）。

3 孔隙结构特征

溢流相火山熔岩为岩浆持续缓慢溢流形成，由于厚度较大、内部冷却缓慢，大部分气体在溢流过程中散逸而气孔仅在顶面发育，内部缓慢结晶而玻璃质含量低，后期孔隙发育少，岩性整体较致密，电阻率较高；超浅成侵入相粒玄岩由于靠近地表，岩浆侵入过程中与围岩温差较大，成岩时易形成冷凝收缩缝，被后期导电矿物如绿泥石等充填，形成较好的导电通路，地层电阻率略低；辉绿玢岩由于侵入深度相对较大，与上覆粒玄岩温差较小，矿物结晶好，孔隙、裂缝不发育，电阻率相对较高。因此，火山沉积相与火山岩地层电阻率密切相关。

与正常沉积岩相比，火山岩地层形成时受热液和孔隙流体等因素的影响易发生蚀变[21]，四川盆地火山岩岩浆以基性为主，暗色矿物含量高，因此更易蚀变。蚀变矿物主要有黏土矿物、方解石、榍石和燧石等。

狠抓落实 以优异成绩向新时代献礼 ..................................................................................................................1-1

4 蚀变特征

恒速压汞因以极低恒定速度向岩样内进汞，为准静态进汞过程，能有效将孔隙和喉道分开，实现对喉道的测量[20]。根据多块川西火山碎屑熔岩恒速压汞的实验统计结果表明，孔隙半径主要集中在15～20 μm，与致密砂岩储层孔隙半径相当，喉道半径主要分布于0.1～0.3 μm（图4），喉道半径较小，这些微孔隙及喉道具有较高的“比表面”，使得岩石颗粒表面易吸附地层中的水造成地层具有较高的束缚水饱和度，从而降低地层电阻率。

根据204块铸体薄片及XRD衍射实验结果表明,四川盆地火山岩蚀变以黏土矿物绿泥石化为主，含少量燧石（图5）；川西火山碎屑熔岩黏土矿物绿泥石含量最高（图6），蚀变程度最强，玄武质熔岩和粒玄岩次之，辉绿玢岩中黏土矿物含量最低，蚀变程度最弱。蚀变程度的强弱与储层的物性和电阻率均密切相关，火山碎屑岩由于受脱玻化和长石溶蚀作用，微孔隙非常发育，连通性好，束缚在岩石表面的地层水加剧了地层的蚀变程度。图7为扫描电镜下火山碎屑熔岩颗粒和孔隙的微观特征，可以看到蚀变的绿泥石矿物大量黏附于岩石颗粒的表面，形成比较连续的薄膜“黏土壳”，这层“黏土壳”充填于脱玻化微孔隙空间，一方面进一步减小了孔隙和喉道的半径改变了孔隙结构，降低了储层物性；另一方面由于黏土具有晶体结构含大量结构水和吸附水，导致地层具有较高的泥质束缚水和毛管束缚水，地层导电能力得到极大的加强，进一步降低地层电阻率。图8为YT1和TF2井火山碎屑熔岩段柱塞样岩心孔渗实验结果，由图可知，气相的起跳点主要集中在含水饱和度40%左右，个别样品甚至接近50%，而气相和水相的交点，即等渗点基本在含水饱和度70%左右，反映储层具有很高的束缚水含水饱和度。玄武质熔岩和侵入岩则很致密，物性差，后期蚀变程度弱，蚀变绿泥石黏土矿物含量少且不连续，未形成良好的导电通路，地层电阻率高。因此，微孔隙结构和高蚀变黏土矿物的双重叠加作用造成的地层高束缚水饱和度是川西火山碎屑熔岩气层低阻成岩的微观主控因素。

图7 川西火山碎屑熔岩黏土矿物分布特征图

图8 川西火山碎屑熔岩气水两相渗透率曲线图

5 测井评价分析

图9为YT1井测井解释成果图，左起第5道为岩心标定测井后的测井岩性识别结果，该井自下而上依次发育浅成侵入相辉绿玢岩、超浅成侵入相粒玄岩、喷溢相火山碎屑熔岩和溢流相玄武质熔岩，可以看到不同岩性电阻率差异很大，有利储集岩性火山碎屑熔岩测井电阻率最低（第4道）。第8道为束缚水饱和度计算结果，该结果根据川西地区火山碎屑熔岩柱塞样岩心样品压汞和气水相渗实验结果拟合的孔隙度和饱和度关系计算而来，由图可知，该井火山碎屑熔岩段束缚水饱和度整体在30%以上，射孔段（5 630～5 675 m井段）束缚水含水饱和度为36%，经测试获22.5×104m3/d高产工业气，不产水，进一步证实川西火山碎屑熔岩为高束缚水饱和度气藏。

图9 YT1井测井解释综合图

6 结论

1) 火山岩相控制火山岩岩性，喷溢相火山碎屑熔岩成岩时与围岩温差大，冷凝速度快，矿物结晶程度低，玻璃质含量高，为后期脱玻化微孔隙发育和矿物蚀变奠定了基础，因此，火山岩相是低阻气层的宏观主控因素。

2) 微观上，川西火山碎屑熔岩脱玻化形成大量微小孔隙，且连片发育，易吸附地层水形成良好的导电通路导致地层电阻率降低，同时，脱玻化孔的形成加剧了火山岩的蚀变程度，蚀变后的绿泥石以“孔隙内衬式”附着在孔隙壁上形成比较连续的“黏土壳”，经吸附大量地层水进一步导致地层束缚水含量增高，加剧了地层的导电能力，地层电阻率进一步降低，因此，脱玻化形成的大量微孔隙和高度蚀变形成的绿泥石“黏土壳”，双重叠加作用造成的高束缚水饱和度是川西火山碎屑熔岩气层低阻的微观主控因素。