石油地理·来自火山岩的天然气

去年年底，中国石油在位于四川省成都市简阳市周家乡的永探1井二叠系火山岩储层，测试获日产22.5万立方米工业气流。这是四川盆地第一口火山碎屑岩工业气井，据有关地质专家初步预测，该井区含气面积大、资源量大，有望成为四川盆地新的天然气增储量、提产量区块。

那么，炽热喷发的火山岩里怎么会有天然气呢?火山岩里的天然气藏又是怎么形成的?本期天然气故事将讲述四川盆地火山岩天然气的成藏地质条件、勘探历程。

峨眉山和永探1井的火山岩都是在距今约2.6亿年前的二叠纪喷发的。峨眉山和攀枝花、西昌地区火山岩岩性为玄武岩，喷发厚度最大超过3000米，覆盖面积30万平方千米。四川盆地内喷发的火山岩岩性为玄武岩和火山碎屑岩，厚度较薄，大部分厚度在50米~400米。盆地内火山岩被后来沉积的地层覆盖，深埋地下3000米-6000米。

四川盆地火山岩气藏探秘

四川盆地经历60余年的油气勘探，已发现的油气资源主要附存在海相碳酸盐岩、陆相致密砂岩、海相页岩三大沉积岩类中，除早期发现的小型玄武岩裂缝性气藏外，一直没有在火山岩领域取得油气勘探的重大发现。近年来，通过转变勘探思路，深化盆地大气田基本地质特征和成藏控制因素、富集规律认识，火山岩气藏逐步进入了勘探家的视野，认识到该盆地二叠系火山岩具备油气规模聚集的条件，也可能找到大气田。在火山岩获得工业气流发现之前，四川盆地火山岩的油气勘探经历了曲折的过程。

兼探阶段(1966—1991年)四川盆地钻探火山岩始于1966年，在威远西部地区二叠系钻遇厚度为2米的玄武岩层。此后在川西南犍为—宜宾，川西仁寿、蒲江、洪雅、雅安地区，川东达州—梁平等地区以栖霞组、茅口组为目的层段的钻井均钻遇不同厚度的二叠系玄武岩，厚度在39米~225米。此阶段由于钻遇玄武岩厚薄不均、钻进过程中无显示，均作为兼探层系，并未引起较大关注，也未做深入研究。

探索阶段(1992—2013年) 1992年，为探索周公山地区须家河组及中二叠统油气情况而部署的一口探井，钻遇厚度为301米的二叠系玄武岩，对厚14.5米的孔隙—裂缝型储层测试获得25万立方米气流。其后部署的一口探井火山岩产水，另一口探井火山岩不发育储层。此阶段的勘探证实，四川盆地内二叠系火山岩具备天然气成藏条件，但优质储层展布、成藏的控制因素和有利勘探区尚不明确。

突破阶段(2014年至今)近年来，中国石油多家单位针对四川盆地二叠系火山岩开展系统攻关研究，提出该盆地内基底断裂附近可能发育爆发相火山岩的重要新认识。借助于各向异性叠前时间偏移技术、地震相分类技术、相控反演技术等特殊岩性体地震预测技术，预测川西南二叠系茅口组上部发育溢流相玄武岩，成都—简阳地区发育喷溢相火山碎屑岩。地质综合研究认为，简阳地区紧邻德阳—安岳裂陷寒武系生烃中心，与二叠系火山岩喷发同时形成的早期张性断裂在后期可以作为良好的油气疏导通道，纵向上将寒武系烃源岩和二叠系火山岩储层有效地沟通了起来，同时还有上覆的龙潭组泥岩、下三叠统区域膏岩作为盖层，进而形成大型构造——岩性复合圈闭气藏，天然气成藏条件好，可供勘探面积大。于2017年在这个区针对二叠系火山岩部署了风险探井——永探1井。

永探1井于2018年6月开钻， 11月进入二叠系火山岩131米。在钻井液密度介于1.99克~2.24克/立方厘米条件下，油气显示频繁。火山岩储层厚100米，其中气层2层合计厚度为37.6米，平均孔隙度为11.5%，疑似气层1层，厚度为62.7米。平均孔隙度为14.1%。

2018年12月16日，永探1井二叠系火山岩储层测试获日产22.5万立方米工业气流，实现了四川盆地火山岩勘探的重大突破，首次发现了四川盆地喷溢相火山岩气藏，展示出该盆地二叠系火山岩较大的天然气勘探潜力和良好的勘探前景。

火山岩课堂

本期嘉宾 文龙 高级工程师，现任西南油气田公司勘探开发研究院副院长、总地质师，长期从事天然气勘探综合地质研究

火山岩里的天然气是怎么形成的?

永探1井火山岩的天然气来自下部寒武系，通过断层向上运移至火山岩地层，形成天然气藏。

为了搞清楚四川盆地火山岩的气来源，勘探科研人员对它做了“亲子鉴定”。把火山岩里产出的天然气分离出甲烷、乙烷，对它们的C13同位素进行测定，与可能的烃源岩进行比对，发现其与寒武纪早期泥岩的干酪根碳同位素具有相似特征，确定它们之间具有亲缘关系。

寒武纪早期沉积的泥岩被称为筇竹寺组地层，是一套优质的烃源岩。所谓的烃源岩，就是能够生成烃类流体的地层，岩性主要是泥岩、泥页岩、页岩。筇竹寺组地层内含有大量的低等水生生物，这些生物死亡后埋葬在缺氧的海底，后期经过长时间热氧化生成烃类流体。这个过程有点类似埋在池塘淤泥下的水草和植物经过一段时间后会产生沼气，只不过烃源岩在地下埋藏得更深、演化时间更长、形成烃类流体更多。

生成的烃类流体只有运移到火山岩里才能形成具有工业价值的天然气藏，永探1井地区主要是通过深部断层沟通寒武纪烃源岩和火山岩。火山岩和烃源岩之间的断层就像一根根细小的管子，把烃源岩里生成的烃类流体吸到火山岩里。地下断层作为通道运移烃类流体的过程十分缓慢，烃类向上运移时动力主要来自自身的浮力、生烃后形成的超压以及构造应力。

火山岩内用什么来装天然气?

火山岩作为一种非常规的油气勘探对象，其储层具有与沉积岩不同、且更为复杂的储集空间。勘探科研人员利用先进的钠离子薄片抛光技术、扫描电镜技术和岩芯CT扫描技术，观察和分析火山岩内发育的孔隙类型和特征。研究发现永探1井地区火山岩内发育大量的溶蚀孔和微孔，是火山岩的两种主要储集空间类型。

火山岩喷发后经历地表风化淋滤及埋藏后地下流体的溶蚀和溶解作用形成溶蚀孔。永探1井区火山岩的溶蚀孔有两类：一类是火山物质与流体完全反应，形成产物被热液流体运移不残留在原来位置的孔洞;另一类火山物质与流体反应后，形成的产物在原地残留，充填部分溶蚀孔隙，剩余部分孔隙。本区火山岩内矿物与流体反应生成的产物主要是绿泥石、钠长石。永探1井火山岩溶蚀作用较强，绿泥石含量较好，整体岩芯呈现出浅绿色。

永探1井火山岩内存在呈弥散状分布的微米级的相互连通的“脱玻化”微孔，是常规储层内不存在的特殊储集空间类型。脱玻化是指火山物质喷出地表之后，在快速冷凝条件下形成的火山岩，其内部不稳定，会自动结晶形成更为具有微小晶体形态的“雏晶”，这些微小晶体在显微镜下的形态呈现出树枝状、羽状、雪花状和针状等。脱玻化的过程中，火山岩内部火山物质形成矿物晶体，体积收缩，从而形成微晶之间的微孔，微孔直径在微米级别。

火山岩内溶蚀孔和大量脱玻化微孔相互连通，形成规模可观的储集孔隙，1立方米的火山岩内有超过0.1立方米的孔隙空间。

为什么峨眉山的火山岩没有天然气?

火山岩成藏必须同时具备生储盖三个条件，三者缺一不可。

永探1井火山岩的烃源岩、储层和盖层组成有利的“三明治”结构：中间是具溶蚀孔和微孔的火山岩碎屑岩优质储层，下部发育寒武系筇竹寺组烃源岩，上部为区域性分布的三叠纪嘉陵江组膏岩盖层。而峨眉山地区的火山岩岩性为玄武岩，岩性较致密，没有可供储集天然气的空间;下部也未发现有好的烃源岩地层，不能生成烃类流体;上部是敞开的，没有盖层，即使有天然气运移上来，也会散失掉。

火山岩的分类

火山碎屑岩

火山碎屑岩：由火山爆发出来的各种碎屑物质从大气中降落下来而成的岩石，常见的岩性有凝灰岩、火山角砾岩和集块岩。

凝灰岩：火山喷发中降落下来的以火山灰为主的碎屑物质所形成的岩石。一次火山喷发可形成足以淹没一座庞贝古城的大量火山灰，火山灰也可随风飘浮几百上千公里，覆盖大面积的地区造成飞机停运。这些火山灰落到地面冷凝固结形成凝灰岩。凝灰岩中碎屑颗粒较细，小于2毫米，火山物质含量超过90%。凝灰岩内碎屑成分有岩屑、晶屑和玻屑。

火山角砾岩：由粒径2~64毫米的火山角砾形成的岩石，分布在火山口附近。火山角砾是火山爆发时崩落在火山口附近的块体，可以是棱角分明的刚性块体，也可以是半固结熔浆碎屑及晶体碎屑。

集块岩：由粒径大于64毫米的岩块经过压紧胶结而成的岩石。集块岩距离火山口更近，是野外寻找火山口的一个标志。集块岩的成分跟原来火山口的岩石有关。根据原岩类型，集块可分为玄武质集块岩、安山质集块岩、流纹质集块岩等。

熔岩

熔岩：从火山口溢流出的熔浆冷凝而成的岩石，常见的熔岩有玄武岩、安山岩、流纹岩。

玄武岩：五大连池的火山岩、夏威夷现今喷发的火山岩都属于玄武岩，在地壳中分布极广。玄武岩的二氧化硅含量在45%~53%之间，富含铁镁元素，依化学组成可分为碱性玄武岩、橄榄拉斑玄武岩和拉斑玄武岩三个系列。矿物结晶程度从玻璃质到全晶质的都有。火山喷发后地表溢流形成绳状、麻花状玄武岩。

安山岩：这种岩石在南美洲安第斯山发育最好，因而得名安山岩。二氧化硅含量在53%~66%之间，矿物以角闪石、斜长石为主，大部分结晶较差，为隐晶质和斑状。安山岩颜色比玄武岩浅，多为浅灰色、灰色。

流纹岩：这类熔岩在火山喷发后地表流动形成流纹构造，因而得名流纹岩。富含二氧化硅的流纹岩在熔浆状态时黏度大，熔浆内气体不易散失，裹挟在里面形成气孔构造，气孔被充填则形成杏仁构造。流纹岩内的气孔是火山岩重要的储集空间。流纹岩二氧化硅含量超过66%，富含长石、石英等硅氧矿物。流纹岩的结晶程度一般较差，除有少量斑晶外，基质多由很细的隐晶质和玻璃质组成。