川西—蜀南地区基底断裂特征及与二叠系火山岩关系_刘飞龙.pdf

第 34卷 第 6期2023年 6月Vol.34 No.6Jun.2023天 然 气 地 球 科 学NATURALGASGEOSCIENCE引用格式：刘飞龙，付敬浩，张兆芳，等.川西蜀南地区基底断裂特征及与二叠系火山岩关系 J.天然气地球科学，2023，34（6）：1006-1017.LIU Feilong，FU Jinghao，ZHANG Zhaofang，et al.Characteristics of basement faults and their relationship with Permian volcanic rocks in western Sichuan-Shunan regions J.Natural Gas Geoscience，2023，34（6）：1006-1017.DOI：10.11764/j.issn.1672-1926.2022.12.002川西蜀南地区基底断裂特征及与二叠系火山岩关系刘飞龙1，付敬浩1，张兆芳2，郭鸿喜3，刘泽斌2，范存辉1（1.西南石油大学，四川 成都 610500；2.中国石油集团东方地球物理勘探公司，河北 涿州 072751；3.中国石油西南油气田分公司勘探事业部，四川 成都 610041）摘要：自川西南地区 YS1井和 YT1井连续在孔隙型火山碎屑岩储层中取得重大突破和进展以后，对该区火山岩的勘探开发进入新的阶段。基于重磁电震、钻井以及野外采集的最新资料，综合地球物理和地质认知手段各自的优势，解析川西蜀南地区基底断裂特征及火山岩展布情况，探讨基底断裂与火山岩的关系。研究表明：川西蜀南地区发育 NE向为主、NW 向为辅 2组基底断裂，认为是 NE 向断裂先形成，NW 向断裂后形成，2组断裂于简阳三台和蜀南地区成交叉交会的断裂体系。研究区火山岩厚度集中分布在盆地西南部，向盆地内减薄，火山碎屑岩厚度集中发育于新津简阳地区，向四周减薄，而蜀南地区也发育薄层的火山碎屑岩。研究区内火山岩的展布和发育特征受断穿至二叠系的 NE 向深大断裂控制，因断裂的交会程度不同导致火山喷发的模式也不相同，断裂交会程度高的地区，火山口呈点状且细小易形成沿断裂发育的多点状复合中心式喷发模式，发育爆发相火山碎屑岩。关键词：川西蜀南地区；重磁电震；基底断裂；火山岩；火山喷发模式中图分类号：TE122.2 文献标志码：A 文章编号：1672-1926（2023）06-1006-120 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（19661992 年）、勘探发现阶段（19921994年）、曲折探索阶段（19942018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 0.14104 m3/d和 22.5104 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收稿日期：20220916；修回日期：20221202；网络首发日期：20221227.基金项目：中国石油东方地球物理勘探公司科研项目“重点盆地走滑断裂综合物探识别方法研究”（编号：12-16-02-2021）资助.作者简介：刘飞龙（2000-），男，广东湛江人，硕士研究生，主要从事构造地质研究.E-mail：.通信作者：付敬浩（1991-），男，河南洛阳人，博士，副研究员，主要从事前寒武纪地质学、岩石学和岩石地球化学等研究.E-mail：.范存辉（1980-），男，河南洛阳人，博士，副教授，主要从事构造地质、裂缝预测等研究.E-mail：.No.6刘飞龙等：川西蜀南地区基底断裂特征及与二叠系火山岩关系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 NESW 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。盆地内火山岩来源于峨眉山大火成岩省，现广泛分布于川西南、川中和川东地区，学术界将峨眉山大火成岩省的厚度划分为同心 3 带，四川盆地隶属于大火成岩省的中带外带18-20，火山岩厚度集中于川西南地区，向盆内逐渐减薄，厚度介于 0500 m 之间，岩性以玄武岩为主，局部发育火山碎屑岩11。盆内火山喷发的时间为中二叠世的茅口组晚期到龙潭期之间，受东吴时期峨眉地裂运动影响，形成的火山岩层底与下伏茅口组石灰岩呈不整合接触，顶与龙潭组陆相红色碎屑岩呈不整合接触21。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 53682016），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，主要以图 1研究区位置Fig.1Location map of the study area1007Vol.34天然气地球科学基性玄武岩为主，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 0.31.25 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，一般可见自碎裂结图 2川西蜀南地区主要火成岩类型Fig.2Main igneous rock types in West Sichuan-Shunan area（a）ZJ-1井，粗面玄武岩；（b）宜宾剖面，斑状玄武岩；（c）WS-1井，气孔杏仁状玄武岩；（d）ZG-2井，蚀变玄武岩；（e）G-2井，凝灰岩；（f）YT-1井，熔结凝灰岩；（g）ZG-2井，火山角砾岩；（h）YT-1井，灰质角砾熔岩；（i）YT-1井，凝灰质角砾熔岩（蓝色铸体）1008No.6刘飞龙等：川西蜀南地区基底断裂特征及与二叠系火山岩关系构，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火山岩时空分布根据野外观测、岩心岩屑薄片及测井识别结果，将川西蜀南地区火山岩划分为爆发相、喷溢相、溢流相和沉积相 4种岩相类型，分别取自西向东2条火山岩段对比剖面（位置见图 1中、）用以刻画火山岩时空分布。川西简阳中江地区火山岩段连井对比剖面表明（位置见图 1，剖面见图 3），川西地区火山岩厚度总体呈现出西厚东薄的特征，YS1 井、YT1 井火山岩厚度在 200 m 以上，往西 TF2 井厚度减少至120 m，往东至 ZJ2 井和 ST1 井厚度仅为 3040 m；从火山相类型来看，YS1井、YT1井、TF2井主要以溢流相与火山爆发相（火山角砾岩）叠置为主；至ZJ2 井和 ST1 井主要以溢流相为主，从规模和岩相组合来讲，川西简阳中江地区由西向东逐渐远离次级火山机构，使得火山岩厚度总体变薄，岩相也由爆发相（火山角砾岩）与溢流相多期叠置，逐渐过渡为单一的溢流相。蜀南周公山天宫堂地区火山岩段连井对比剖面发现（位置见图 1，剖面见图 4）23-24，火山岩厚度总体上也呈现出西厚东薄的趋势，但是天宫堂地区存在火山岩突然变厚的特征，这可能与该地区发育独立的次级火山机构有关。从岩相组合来看，蜀南地区主要以溢流相为主，局部发育爆发相；与川西地区相比，蜀南地区爆发相主要以细粒的凝灰岩为主，并且呈现多期次的叠置关系，而川西地区主要以火山角砾岩为主。究其原因，可能与基底断裂发育、次级火山机构及喷发模式有关。结合测井、野外资料和地震25预测研究区火山岩厚度与火山碎屑岩厚度，利用时频电磁剖面重点针对测井资料较少地区进行校正。结果表明：井震预测下的火山岩厚度整体呈南厚北薄、西厚东薄（图 5），以西南部雅安峨眉山地区厚度最大，总体在盆地由 SW 向 NE 方向厚度逐渐减薄。火山岩碎屑厚度整体呈中部厚、南北薄（图 6），总体集中分布在新津简阳地区，向周围减薄；蜀南地区也发育较厚的火山碎屑岩。2.3火山岩相发育分布根据火山岩时空分布，并结合测井及地震预测的结果（地震响应特征见表 1）综合刻画川西蜀南地区火山岩相分布（图 7）。从刻画的岩相展布结果来看，溢流相在整个川西蜀南地区均有发育，特别是在雅安乐山犍为宜宾一带均