峨眉山大火成巖省對四川盆地油氣儲層的控制作用研究*

楊鵬成 楊 光 陳新偉，3 苑保國 趙學欽 程曉敢 陳漢林

（1.教育部含油氣盆地構造研究中心 杭州 310027；2.中國石油西南油氣田分公司勘探開發研究院 成都 610059；3.構造成礦成藏國土資源部重點實驗室，成都理工大學地球科學學院 成都 610059；4.西南科技大學環境與資源學院 四川綿陽 621010）

四川盆地是世界上最早發現天然氣的地區，多年以來人們對盆地內部石油地質條件研究表明四川盆地具備優質的油氣成藏條件，具有豐富的油氣資源，是我國大型含油氣盆地（鄧康齡，1992；李小地，1994；安作相，1996；楊曉萍等，2005；魏國齊等，2019）。四川盆地油氣藏發育具有多期次性，儲層普遍致密化，深埋作用導致四川盆地以天然氣為主，呈現早期聚集晚期成藏的基本特點（王金琪，2004；魏國齊等，2019）。

發生于上揚子地區的中-晚二疊世之間的峨眉山地幔柱事件造成了揚子板塊西緣地殼快速差異抬升，隨后噴發出巨量的玄武巖，形成了近菱形分布（圖1），出露面積達25×104km2的峨眉山大火成巖?。‥meishan Large Igneous Province，以下簡稱ELIP），是中國華南地區一次非常重要的地質熱事件（何斌等，2005）。由于峨眉山地幔柱隆升，ELIP下伏茅口組頂部受到區域性的差異剝蝕和風化淋濾作用形成巖溶地貌，隨后噴發的峨眉山玄武巖覆蓋在茅口組之上，與下伏地層呈不整合接觸。茅口組發育風化殼巖溶型儲層，已獲得高產工業氣流，是四川盆地重要的油氣勘探層位，具有較大的油氣勘探潛力（肖笛等，2014；胡東風，2019；Hu et al.，2021；Zhu et al.，2021）。近年來，隨著ELIP的火山巖研究的不斷深化和勘探深入，火山巖作為儲層逐漸被人們所熟知，并不斷在火山巖中發現大規模的油氣儲藏，已成為四川盆地油氣勘探領域（田景春等，2017；羅冰等，2019；馬新華等，2019；Ma et al.，2019；文龍等，2019；劉冉等，2021）。

圖1 峨眉山大火成巖省區域概況圖（據He et al.，2003；Ali et al.，2005；Zhu et al.，2017修改）Fig.1 The regional general map of Emeishan Large Igneous Province（modified from He et al.，2003；Ali et al.，2005；Zhu et al.，2017）

前人雖然對于峨眉山地幔柱活動對茅口組儲層影響和ELIP內部的火山巖作為儲層已開展了較多的研究，但是地幔柱活動還將影響后期的沉積作用發生和地幔柱外圍地區的構造格局，這些作用也將影響到盆地內部儲層發育。因此，本文在梳理前人相關研究的基礎上，重點剖析峨眉山地幔柱活動對四川盆地二疊系油氣儲層的控制作用，期望對四川盆地二疊系油氣儲層的發育特征和成因有一個更為系統的認識。

1 地質概況

四川盆地經歷了十分復雜的構造演化過程，顯生宙以來以四川盆地及周緣地區為主體的上揚子地區經歷了多次陸內伸展和擠壓的大地構造背景轉換（魏國齊等，2019）。晚古生代時期盆地整體為碳酸鹽巖臺地環境，構造活動相對穩定，形成厚度巨大的碳酸鹽沉積體。但是，在中-晚二疊世時期，上揚子西南緣地區發生了強烈的火山作用事件，噴發巨量峨眉山玄武巖，形成出露面積達25×104km2的峨眉山大火成巖省。峨眉山大火成巖省的形成機制，主要認為是由于地幔柱隆升造成的（He et al.，2007；李宏博，2012；徐義剛等，2013）。另有部分學者對會東大橋剖面出露的基性水下巖漿沉積體及大理地區出露的火山層序研究表明：初始火山活動發生在深海環境中，并未造成火山活動開始前的地殼穹?。≒eate and Bryan.，2008；Zhu et al.，2014），曾對地幔柱模型提出質疑。

在上揚子地區，峨眉山玄武巖噴發之前發育的下-中二疊統主要包括梁山組、棲霞組和茅口組（劉冉等，2021）。早二疊世梁山組沉積期間經歷了海陸交替相的煤系沉積，米易巧家縣剖面梁山組巖性為海陸交互相砂頁巖；雷波柳洪剖面梁山組下部巖性為石英砂巖夾頁巖，上部發育炭質頁巖及粘土質頁巖（四川省地質礦產局，1966，1972）；川西北橋亭剖面梁山組發育薄層濱岸沼澤相砂質泥巖（四川省地質礦產局，1972）。梁山組在上揚子區域整體沉積較?。▓D2）。梁山組沉積之后發生了陽新海侵事件，其上覆的棲霞組為開闊臺地相淺海碳酸鹽巖沉積，巖性主要由生物碎屑灰巖、泥晶灰巖、燧石團塊、致密狀灰巖組成，棲霞組與下伏梁山組在上揚子區域呈整合接觸關系。茅口組仍屬于淺海碳酸鹽巖沉積，與棲霞組呈整合接觸關系，巖性以厚層塊狀灰巖、泥晶灰巖、生屑灰巖為主。

茅口組沉積之后，發生了峨眉山地幔柱活動有關的峨眉山大火成巖省事件，發育了主體巖性為基性—超基性的偏堿性火山巖，包括火山碎屑巖、隱晶—微晶玄武巖、斑狀玄武巖、氣孔—杏仁狀玄武巖及粒玄巖、輝綠玢巖、沉凝灰巖和凝灰質泥巖（劉冉等，2021）。前人對峨眉山大火成巖省進行了一系列年代學研究，結果表明其主體噴發時間約為260～257 Ma（He et al.，2007；徐義剛等，2013；Zhao et al.，2016）。根據火山巖發育的厚度將大火成巖省地區分為東、中、西3個巖區，東巖區火山巖的厚度絕大部分小于1 000 m，沿昭覺、東川一線厚700～1 000 m向東至貴州水城、盤縣一帶減薄至200～500 m，至安順以西巖石向東呈舌狀尖滅；中巖區火山巖的厚度一般在1 000 m以上，米易龍帚山厚度最大，為2 746 m；西巖區火山巖的厚度多為2 000～3 000 m，云南賓川上倉剖面厚達5 384 m，3大巖區大體沿南北向深大斷裂帶分布（李宏博，2012）。近幾年，在四川盆地內部的鉆井也鉆遇玄武巖，玄武巖厚度整體由西南向北東方向厚度逐漸減?。ㄌ锞按旱?，2017）。

上揚子西南地區玄武巖之上的晚二疊世主要發育了吳家坪階，稱為樂平組；而在四川盆地區域晚二疊世地層包括吳家坪階和長興階，吳家坪階在盆地西南稱為龍潭組，而在盆地北部稱為吳家坪組；長興階稱為長興組（圖2）。晚二疊世地層在上揚子地區的發育存在空間差異性，例如，上揚子西南地區的巧家縣剖面處于古地理高地，晚二疊世期間以風化剝蝕為主，向周圍盆地提供物源，未接受沉積；而在柳洪鄉晚二疊世樂平組沉積了海陸交互相鐵鋁粘土質巖—含煤碎屑巖建造，與下伏玄武巖呈假整合接觸（圖2）。

圖2 峨眉山大火成巖省地區二疊紀地層柱狀對比圖（數據據四川省地質礦產局，1966，1972，本文；剖面點位見圖1）Fig.2 Columnar map of Permian strata in Emeishan Large Igneous Province（data from Bureau of Geology and Mineral Resources of Sichuan Province，1966，1972，this study；section points are shown in Fig 1）

在空間上，上揚子地區晚二疊世吳家坪階的沉積特征表現為樂平組海陸交互相、龍潭組泥頁巖互層和吳家坪組泥晶灰巖這3套同時異相的晚二疊世沉積。吳家坪組記錄了上揚子地區玄武巖噴發事件后，發生北東往南西方向的海侵（Huang et al.，2021）。到了晚二疊世長興組，主體發育泥晶灰巖、生屑灰巖、泥質灰巖和燧石層，與下伏龍潭組、吳家坪組呈整合接觸關系。

2 峨眉山大火成巖省的火山噴發旋回對火山巖儲層空間發育的控制作用

2.1 火山噴發旋回特征

玄武巖作為峨眉山大火成巖省的主要巖石類型，其大面積分布于川西南地區，以云南、貴州、四川三省交界處為主。近些年，隨著鉆井資料的不斷豐富，盆地內部也多揭示玄武巖（馬新華等，2019；文龍等，2019；劉冉等，2021）。通過玄武巖厚度平面分布，表明四川盆地峨眉山玄武巖主要分布在川西地區，厚40～500 m；向北東方向厚度逐漸變小，且在川東地區有少量分布，厚4～65 m（田景春等，2017）。

前人研究表明峨眉山大火成巖省是由多期次火山噴發作用形成，不同地區噴發旋回存在差異性。李香君等（2020）根據川西Ys1井鉆井資料識別出峨眉山玄武巖存在3個旋回：第一旋回表現為下部多個溢流相和頂部噴溢相組合；第二旋回以溢流相為主，間夾爆發相；第三旋回同樣以溢流相為主，上部見爆發相。張若祥（2006）將周公2井玄武巖井段分為5個旋回：第一旋回為火山角礫巖；第二、三、四旋回均為玄武巖、火山角礫巖和凝灰質巖；第五旋回為玄武巖，平面上火山巖相帶由中心向外部分為火山通道相、次火山巖相、爆發相、溢流相和火山沉積相。川西南地區火山巖由南西向北東逐漸減薄，在成都—簡陽地區則出現了局部的火山巖厚度增大（王嘉琦等，2021）。揚子西緣古火山機構研究表明：峨眉山玄武巖存在3次快速噴發亞旋回，第一亞旋回和第三亞旋回噴發方式均以爆發相與溢流相為主，而第二亞旋回則以溢流相為主（鄢圣武等，2021）。

2.2 火山巖儲層發育特征

根據地震資料解釋及其鉆井揭示的結果表明，二疊系火山巖在四川盆地不同地區呈現不均勻分布特征（圖3），火山巖以噴溢相和溢流相為主。受峨眉山地幔柱中心所處位置的影響，溢流相火山巖主體分布在三臺—眉山—宜賓一線以南地區。由于地幔柱隆升，四川中東部區域處于拉張伸展體系，川中發育規模較大的溢流相火山巖；川東北部梁平地區發育規模較小的溢流相火山巖。噴溢相火山巖在四川盆地集中于三臺—中江—成都一線，且以Ⅱ類噴溢相火山巖發育為主，Ⅰ類噴溢相火山巖零星分布。

圖3 四川盆地二疊系火成巖巖相分布圖（據馬新華等，2019；Ma et al.，2019；文龍等，2019修改）Fig.3 Lithofacies distribution map of Permian volcanic in Sichuan Basin（modified from Ma et al.，2019；Ma et al.，2019；Wen et al.，2019）

溢流相火山巖帶以玄武巖發育為主，玄武巖巖性較致密，玄武質熔巖在冷凝過程中揮發組分易構成原生氣孔（李香君等，2020；王嘉琦等，2021），原生氣孔一般都是獨立孔隙，經后期裂縫改造發育能極大改善其滲透性（何松林，2016）。噴溢相火山巖帶多發育火山角礫巖和凝灰巖等火山碎屑熔巖，熔結凝灰巖儲集性能較好，為最有利的儲集體；火山角礫巖的儲集性能次之，主要儲集空間為成巖過程中形成的原生孔隙及原生孔隙受溶蝕擴大而形成的次生粒間孔（王嘉琦等，2021）。

火山巖儲集空間分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫3大類（張若祥，2006；何松林，2016；文龍等，2019；李香君等，2020；王嘉琦等，2021），原生孔隙包括原生氣孔、殘余氣孔、粒（礫）間孔、晶間孔、冷凝收縮縫、收縮節理；次生孔隙包括脫?；芪g孔、殘余孔、斑晶溶蝕孔、杏仁體溶蝕孔、基質溶蝕孔、角礫間溶孔、蝕變物溶蝕孔；裂縫包括構造裂縫、柱狀節理縫、風化裂縫、溶蝕縫。文龍等（2019）對四川盆地火山巖研究表明，雅安—樂山—屏山地區玄武巖儲層呈現孔隙—裂隙型儲集空間的特點，成都—簡陽—三臺地區火山碎屑熔巖儲層主要發育孔隙型儲集空間。

3 峨眉山地幔柱導致的地殼抬升對下伏早-中二疊統灰巖儲層的改造作用

3.1 對下伏灰巖儲層的改造作用

何斌等（2003）通過西南地區茅口組對比，依據茅口組剝蝕程度差異，將其劃分為剝蝕程度大的內帶，中等的中帶和弱的外帶。內帶的茅口組大量缺失，剝蝕面起伏較大并常見灰巖巖塊殘留，局部見底礫巖，古風化殼不發育；中帶的茅口組部分缺失，剝蝕面起伏不平，局部見底礫巖，偶見碳質頁巖夾煤線的古風化殼；外帶的茅口組缺失較少，剝蝕面平坦，無底礫巖，普遍發育一層古風化殼。

李宏博等（2013）根據區域地質調查資料，證實ELIP區內茅口組頂部普遍存在平行不整合界面，該界面是由于茅口組抬升成陸后遭受不同程度的剝蝕所造成；茅口組頂部發育了角礫狀灰巖、含燧石結核灰巖、底礫巖、紅土層、黏土砂礫巖、黏土巖等風化殼物質，風化殼是茅口組抬升并遭受剝蝕的直接證據。內帶區域的茅口組灰巖遭受的剝蝕作用十分強烈，局部地區峨眉山玄武巖直接覆蓋在中二疊統底部的梁山組砂巖之上（李宏博等，2013）。前人基于鉆井和地震資料，恢復了四川盆地茅口組巖溶古地貌，茅口組整體呈現“西高東低”形態，并由西向東劃分出巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶洼地等3個一級地貌單元（張亞等，2020）。

四川盆地棲霞組和茅口組儲層巖石類型分為灰巖及白云巖兩大類。棲霞組巖性包括晶粒白云巖、殘余顆粒白云巖、灰質云巖及云質灰巖，晶粒白云巖發育晶間孔和晶間溶孔，局部沿晶間溶孔發育形成超大溶洞，晶間溶孔中有成巖自生白云石和方解石充填，而局部溶孔內呈末充填式，該類巖石具極好的儲集空間，是有利的儲集巖石類型（圖4a～圖4d）。茅口組巖性以細晶—中晶云巖為主，受巖溶作用的影響溶蝕孔洞，裂縫及巖溶孔洞發育（圖4e～圖4h）。

圖4 棲霞組（a～d）和茅口組（e～h）儲集巖石類型Fig.4 Reservoir rock types of Qixia Formation（a～d）and Maokou Formation（e～h）

3.2 中二疊統儲層發育過程

巖溶型儲層的形成與峨眉山地幔柱上涌導致了上揚子地區大規模的地殼抬升有關。地殼抬升作用使得中二疊統棲霞組和茅口組海相碳酸鹽巖地層遭受抬升、剝蝕和風化淋濾作用，形成大量的古巖溶地貌，茅口組灰巖發育大量溶蝕孔洞及裂縫，為油氣儲藏提供良好的空間。劉冉等（2021）對川西地區茅口組與二疊系火山巖關系進行了一系列野外剖面、鉆井、測錄井、地球化學和地震資料分析，認為茅口組沉積末期受到早期巖漿活動與拉張背景形成的正斷層影響，川西簡陽地區形成巖溶古地貌。峨眉山大火成巖省玄武巖噴發時巖漿活動的熱效應也影響著四川盆地中二疊統白云巖化過程。

峨眉山大火成巖省對四川盆地早-中二疊世海相碳酸鹽巖儲層的控制主要體現在地幔柱上升過程造成早、中二疊世地層隆升形成古地貌高地，在長期的風化剝蝕作用下，灰巖地層形成巖溶地貌和古風化殼，為油氣儲藏提供優質儲集空間。峨眉地幔柱活動所引發的拉張伸展作用成為茅口期一系列北西向陸棚形成的重要誘因，影響了生屑灘的發育及其平面展布，進而控制了油氣儲層的發育狀況。

4 峨眉山地幔柱活動控制的晚二疊世盆地構造格架對上覆沉積儲層的控制作用

4.1 晚二疊世盆地構造格架特征

峨眉山地幔柱上涌事件導致地殼抬升，使得四川盆地整體呈現南西高北東低的古地貌，圍繞噴發中心的外圍區域發生局部的伸展作用，導致沉降裂陷，影響了后期地貌與沉積格局。四川盆地晚二疊世早期為海相碳酸鹽巖—海陸過渡相沉積（圖5），由于峨眉山地幔柱上涌作用，位于隆升帶外緣區域的四川盆地總體處于拉張的構造環境；在區域拉張應力作用下，盆地內部的隱伏基底斷裂發生再次復活并造成四川盆地的部分區域發生沉降，盆地構造格局發生明顯分異。在長興期形成了“隆凹交替”的古地理格局，自南西至北東依次分布鹽亭—潼南海槽、開江—梁平海槽和城口—鄂西海槽。

圖5 晚二疊世四川盆地巖相古地理圖（據李秋芬等，2018；Huang et al.，2021修改）Fig.5 Lithofacies palaeogeography of Late Permian Sichuan Basin（modified from Li et al.，2018；Huang et al.，2021）

3大海槽整體呈北西—南東向近平行展布，相鄰海槽之間被碳酸鹽巖臺地相所分隔。鹽亭—潼南海槽朝北西向開口與廣海相連，海槽南北兩側多發育斜坡相、臺內灘亞相，海槽東側區域發育生物礁；開江—梁平海槽朝北部開口與廣海相連，海槽兩側以斜坡相、生物礁和生屑灘發育為主。城口—鄂西海槽與開江—梁平海槽之間展布近南北向碳酸鹽巖臺地相，在盆地中部地區與鹽亭—潼南海槽以斜坡相為連通。

前人通過對川東北地區沉積相研究表明：長興期—飛仙關期不同臺緣帶礁灘體系具有一定的相似性，長興期主要表現為由深水陸棚向臺緣斜坡—臺地邊緣礁演化；飛仙關期總體繼承了長興期格局，向局限臺地到蒸發臺地演化，飛仙關晚期開江—梁平陸棚逐漸由西向東充填并變淺（郭彤樓，2011）。

4.2 晚二疊世—早三疊世儲層發育特征

晚二疊世—早三疊世時期，上揚子區域礁灘相沉積是最重要的海相儲層。四川盆地長興組—飛仙關組的有利儲集相帶劃分為3大類：臺緣礁灘區，臺內礁灘區，臺內白云巖區（魏國齊等，2009）。

城口—鄂西海槽長興組儲層巖性以礁白云巖、顆粒白云巖和晶粒白云巖為主；儲集空間類型主要以晶間孔、晶間溶孔、超大溶孔以及各種裂縫所組成的以次生孔隙為主的裂縫—孔隙型儲層（左洺滔等，2016）。開江—梁平海槽礁灘帶是大中型天然氣藏形成的最有利地區，其中二疊紀長興期的海綿—水螅邊緣礁集中發育在環海槽的臺地邊緣相帶，是天然氣富集的有利儲集相帶；三疊紀飛仙關期發育環海槽的碳酸鹽臺地區鮞粒灘，發育孔隙性鮞粒云巖、鮞?；規r儲層（王一剛等，2008）。鹽亭—潼南海槽東側臺緣帶是以生物礁灘復合體中的生屑灘白云巖為主要，粒間孔及生物格架孔為主要儲集空間；海槽西側生物礁不發育，以生屑灘為主，儲層以生屑灘灰巖為主，孔隙主要為粒間溶孔、晶間孔、溶縫等（李秋芬等，2018）。

峨眉山地幔柱上涌所形成的古地貌控制了晚二疊世沉積相的發育，受古地貌背景的影響，長興組—飛仙關組礁灘相圍繞開江—梁平陸棚兩側臺緣帶沉積，臺緣帶不同的地貌形成了不同的沉積結構，并控制了儲層的發育（圖6）。因此，地幔柱活動導致的外緣地區張性斷裂發育對晚二疊世沉積相的展布具有控制作用，受張性斷裂控制的海槽的形成和發展影響了四川盆地上二疊統長興組—下三疊統飛仙關組的生物礁、鮞粒灘的分布，并控制了儲層的發育。海槽周緣邊緣陸棚相帶和臺內隆起的相對淺水部位成為生物礁發育的理想場所，是四川盆地富生物礁油氣藏優質區域（周剛等，2013；劉樹根等，2016）。

圖6 過元壩—普光臺緣帶古地貌及沉積結構特征（據郭彤樓，2011；位置見圖5）Fig.6 Palaeogeomorphology and sedimentary structure characteristics of Yuanba-Puguang platform margin zone（after Guo，2011；section points are shown in Fig.5）

5 峨眉山大火成巖省形成對四川盆地儲層控制作用的模式探討

根據上述對四川盆地二疊系油氣儲層特征和儲層發育過程的討論，本文提出峨眉山大火成巖省形成對四川盆地油氣儲層格局發育的控制作用模式，主要表現在兩個階段、3種影響作用方式。

中二疊世末期，峨眉山地幔柱不斷上涌造成地殼抬升，使得中二疊系碳酸鹽巖地層暴露于地表。在后期風化淋濾、剝蝕等強烈外地質作用下，茅口組地層廣泛發育古巖溶地貌，流體的溶蝕作用使得巖層的孔隙度增加，地幔柱同時造成地殼發生拉張伸展作用，溝通了巖層之間的聯系，極大改善了儲集空間，為油氣儲集和運移提供良好通道（圖7a）。與此同時，峨眉山大火成巖省深部巖漿活動的熱效應也影響著四川盆地中二疊統白云巖化過程。

圖7 峨眉山大火成巖省對四川盆地儲層控制作用模式圖Fig.7 Model diagram of reservoir control effect of Emeishan Large Igneous Province in Sichuan Basin

晚二疊世初期，一方面，峨眉山地幔柱大量火山熔巖噴發（圖7b），溢流相玄武巖大面積發育在靠近地幔柱中心位置的川西南區域，而噴溢相火山巖分布范圍較小，且主要分布于三臺—中江—成都一線，噴溢相和溢流相火山巖成為油氣聚集的場所。另一方面，地幔柱的上涌，使得遠離地幔柱中心的外緣區域處于伸展體系，形成“隆凹交替”的古地理格局，發育鹽亭—潼南海槽、開江—梁平海槽和城口—鄂西海槽；長興組—飛仙關組地層圍繞海槽陸棚區域普遍發育礁灘相，為油氣聚集發育提供良好的儲層。

6 結 論

（1）峨眉山大火成巖省對四川盆地油氣儲層的影響主要體現在兩個階段、3種影響作用方式。兩個階段是指中二疊世末期和晚二疊世—早三疊世時期。3種方式是指峨眉山地幔柱導致的地殼抬升對下伏中二疊統灰巖儲層的改造作用，峨眉山大火成巖省的火山噴發旋回對火山巖儲層的空間發育的控制作用和峨眉山地幔柱活動控制的晚二疊世盆地構造格架對上覆沉積儲層的控制作用。

（2）中二疊世末：峨眉山地幔柱上涌導致的地殼抬升使得茅口組灰巖地層遭受風化剝蝕淋濾作用，形成古巖溶地貌為油氣儲藏提供有效儲集空間；峨眉山大火成巖省構造熱作用也影響了四川盆地中二疊統白云巖化過程。

（3）晚二疊世—早三疊世：一方面，峨眉山玄武巖大量噴出地表，富含氣孔和裂隙的玄武巖自身成為油氣聚集的重要儲層；后期風化淋濾作用進一步促進了溶孔、裂隙等儲集空間的發育。另一方面，地幔柱的上涌，使得遠離地幔柱中心的外緣區域處于伸展體系，形成“隆凹交替”的古地理格局，發育鹽亭—潼南海槽、開江—梁平海槽和城口—鄂西海槽，海槽的形成、分布影響了長興組—飛仙關組礁灘相發育和沉積相展布，進而控制著有利儲層的發育。