黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造地震響應(yīng)特征及發(fā)育模式

吳俊剛，牛成民，甄彥琴，賀電波，蔣 煉，陳 磊，陳容濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造地震響應(yīng)特征及發(fā)育模式

吳俊剛，牛成民，甄彥琴，賀電波，蔣 煉，陳 磊，陳容濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

為研究黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造油氣成藏規(guī)律和發(fā)育模式，根據(jù)底辟構(gòu)造模式和理論，利用鉆井和高精度三維地震資料，研究巖漿底辟構(gòu)造的成因、地震響應(yīng)特征和發(fā)育模式，分析巖漿底辟構(gòu)造與油氣成藏的關(guān)系．結(jié)果表明，黃河口凹陷發(fā)育2次以裂隙式噴發(fā)模式為主的巖漿噴發(fā)活動，不同的火山巖亞相（火山通道相、火山口相、侵入相、溢流相和噴發(fā)相）具有特定的地震響應(yīng)特征．此外，黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造的發(fā)育模式及其成藏規(guī)律與其他地區(qū)的存在較大差異，該區(qū)巖漿底辟構(gòu)造主要為巖墻遮擋性質(zhì)的鼻狀構(gòu)造和巖上斷層控制的斷塊構(gòu)造，發(fā)育程度控制油氣的運(yùn)移和聚集．該成果有利于指導(dǎo)黃河口凹陷火山巖發(fā)育區(qū)的油氣勘探．

黃河口凹陷；巖漿底辟構(gòu)造；發(fā)育模式；地震響應(yīng)特征；成藏模式

0 引言

黃河口凹陷是渤海灣盆地南部緊鄰渤中凹陷的一個新生代次級凹陷，經(jīng)過多年油氣勘探，已成為渤海油田最重要的油氣生產(chǎn)基地之一［1］．由于受火成巖影響，凹陷南部斜坡帶一直沒有發(fā)現(xiàn)大規(guī)模油氣，成為渤海灣地區(qū)油氣勘探的難點地區(qū)．2012年底，在斜坡帶成功鉆探渤中34構(gòu)造，綜合測井解釋油、氣層厚度超過100m．綜合分析鉆井和地震資料，認(rèn)為構(gòu)造類型屬于巖漿底辟構(gòu)造．因此，研究和分析底辟構(gòu)造的成因及發(fā)育模式，將有助于建立渤海海域巖漿底辟構(gòu)造的成藏模式，明確油氣分布的規(guī)律，指導(dǎo)油氣勘探與開發(fā)．

人們對底辟構(gòu)造的研究始于20世紀(jì)初，到1945年提出巖漿底辟理論［2］．根據(jù)組成底辟構(gòu)造巖體的差異性，底辟構(gòu)造可分為鹽底辟、泥底辟和巖漿底辟構(gòu)造3類［3］．在沉積盆地中，由于鹽巖、泥巖和石膏等物質(zhì)密度較小且易于流動，易形成底辟構(gòu)造［4］，人們也利用物理和數(shù)值模擬手段證實底辟構(gòu)造的形成機(jī)制和地震響應(yīng)特征［5—7］．針對巖漿底辟構(gòu)造的成因機(jī)制與發(fā)育特征研究，一方面，認(rèn)為區(qū)域天然地震活動與深大斷裂發(fā)育是形成巖漿底辟的重要條件［8］，發(fā)育形態(tài)主要受上覆巖層的物理性質(zhì)和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場雙重控制［9］；另一方面，物理模擬結(jié)果認(rèn)為巖漿上涌過程中具有螺旋式上升、幕式噴發(fā)的特征，頂部可形成背斜構(gòu)造，是有利的油氣聚集場所［8］．近年來，隨著巖漿底辟構(gòu)造研究的不斷深入，在波斯灣盆地、塔里木盆地、松遼盆地和蘇北盆地均發(fā)現(xiàn)與巖漿底辟構(gòu)造有關(guān)的油氣藏類型，并獲得豐富的油氣資源［8—13］．

渤海海域發(fā)育眾多底辟構(gòu)造，多以泥巖底辟和鹽巖底辟構(gòu)造為主，其中泥巖底辟構(gòu)造多見于遼東灣地區(qū)遼中凹陷中部，屬遼中一號走滑斷層活動觸發(fā)的發(fā)育機(jī)制［14］；鹽巖底辟構(gòu)造在萊州灣凹陷東部較為發(fā)育，受重力滑動和郯廬走滑作用共同影響［15］．渤海海域與巖漿底辟構(gòu)造有關(guān)的油氣成藏少有發(fā)現(xiàn)．

筆者以黃河口凹陷南部斜坡帶巖漿底辟構(gòu)造為研究對象，在分析巖漿底辟構(gòu)造發(fā)育模式的基礎(chǔ)上，利用鉆井和地震資料進(jìn)行精細(xì)井—震對比，分析火山巖各相帶地震響應(yīng)特征，以及底辟構(gòu)造與油氣成藏關(guān)系，為黃河口凹陷火山巖發(fā)育區(qū)巖漿底辟構(gòu)造的油氣勘探提供指導(dǎo)．

1 地質(zhì)概況

黃河口凹陷位于渤海灣盆地沾化凹陷東北部和渤中凹陷的南部，整體結(jié)構(gòu)為一“北斷南超”的箕狀凹陷，東、西兩側(cè)為斷階帶，分別與廟西和沾化2個凹陷相鄰．該地區(qū)主要發(fā)育近EW向和NNE向2組斷裂．其中近EW向斷裂主要發(fā)育張性正斷層，控制凹陷格局；NNE向斷裂為走滑斷裂，是郯廬走滑斷裂帶的西支，將黃河口凹陷分成西次洼、中央隆起帶和東次洼“兩洼夾一隆”的構(gòu)造格局（見圖1）．受多期構(gòu)造運(yùn)動的影響，黃河口凹陷構(gòu)造變形復(fù)雜、圈閉和油氣藏類型多樣．在凹陷南部斜坡帶，火山巖廣泛發(fā)育，具有縱向厚度大、橫向分布廣的特點，最大厚度可達(dá)500m．構(gòu)造上可形成巖漿底辟構(gòu)造，控制該區(qū)油氣聚集和成藏，是較為有利的油氣勘探區(qū)域．

圖1 黃河口凹陷構(gòu)造綱要Fig．1 Struceture outline of Huanghekou depression

根據(jù)黃河口凹陷南部斜坡帶古近系地層高精度三維地震資料，多個地震剖面呈低頻強(qiáng)反射地震響應(yīng)特征，外形呈“蘑菇狀”構(gòu)型．經(jīng)渤中34區(qū)多口井證實，該套地震反射為火山巖，并在BZ34—A井發(fā)現(xiàn)大于百米的碎屑巖油氣層，東營組測試日產(chǎn)油量達(dá)200m3．綜合研究地質(zhì)、地球物理和鉆井資料，渤中34構(gòu)造為受巖漿上涌而形成的底辟構(gòu)造，火山巖發(fā)育對油氣藏形成具有重要控制作用．該區(qū)火山巖地震響應(yīng)特征具有多樣性，表現(xiàn)為板狀、丘型、楔形等地震反射，具有縱向發(fā)育多期性、橫向展布廣泛性的特點．

2 火山巖地球物理響應(yīng)與平面展布特征

火山活動及火山巖是揭示地球深部地殼構(gòu)造運(yùn)動的窗口和標(biāo)志，亦是不同地質(zhì)時期大地構(gòu)造運(yùn)動及其活動特點的具體表征［16—20］．研究火山活動、火山巖各相帶地球物理響應(yīng)特征與分布規(guī)律對油氣運(yùn)聚、成藏的控制作用具有重要油氣地質(zhì)意義．

巖漿底辟構(gòu)造與鹽巖底辟、泥巖底辟構(gòu)造的形成機(jī)制有較大差異，發(fā)育機(jī)制主要與力源條件、溝通幔源巖的深大斷裂和沉積圍巖性質(zhì)相關(guān)［12—15］．在一定觸發(fā)機(jī)制作用下，天然地震或大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動，巖漿可沿深大斷裂向上噴發(fā)或侵入圍巖，帶動沉積蓋層產(chǎn)狀發(fā)生變化，形成底辟構(gòu)造．火成巖的噴發(fā)形態(tài)受圍巖物理性質(zhì)控制，可形成板狀、透鏡狀和楔狀等地震反射形態(tài)．巖漿底辟構(gòu)造特征在平面上多呈圓形或龜背形，構(gòu)造軸線多呈放射狀，火山口排列多呈線性排列特征，且發(fā)育于斷裂帶內(nèi)側(cè)或兩側(cè)；在地震剖面上，變形較為明顯，可見圍巖掀斜現(xiàn)象．此外，巖漿體頂部常發(fā)育蓋層次級斷層，可形成斷塊構(gòu)造；受巖上沉積壓實作用，亦可形成低幅度背斜構(gòu)造．

2．1 地球物理響應(yīng)特征

渤中34構(gòu)造鉆井資料表明，與沉積巖相比，火成巖通常具有地震波速度高、密度大的物理性質(zhì)，速度達(dá)4km／s，可與圍巖形成較強(qiáng)的波阻抗界面，地震反射多表現(xiàn)為低頻強(qiáng)反射特征．整體上，火山巖反射外形呈“蘑菇狀”，頂、底面均為較強(qiáng)反射，剖面在深大斷裂附近厚度較大，隨距離增大逐漸減?。畠?nèi)部反射具有強(qiáng)反射、連續(xù)、低頻特征，并可見斜交、平行和空白等反射結(jié)構(gòu)．基于巖漿底辟構(gòu)造發(fā)育模式及理論，根據(jù)火山巖在地震剖面上的響應(yīng)特征，識別并刻畫出火山通道相、火山口相、侵入相、溢流相和噴發(fā)相等5個相帶（見圖2）．火山巖頂部受古地貌影響，可見沉積巖超覆現(xiàn)象，黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造各相帶的地震響應(yīng)特征見表1．

圖2 黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造地震響應(yīng)特征Fig．2 Seismic response characteristics of magmatic diapir structure in Huanghekou depression

表1 黃河口凹陷火山巖各相帶地震響應(yīng)特征Table 1 Different facies seismic response characteristics in Huanghekou depression

（1）火山通道相．為巖漿噴發(fā)通道，常與深大斷裂伴生，呈垂直斷裂帶特征，自下而上切開兩側(cè)地層，可見圍巖上拉現(xiàn)象，頂部為倒?fàn)罨鹕娇冢拭嫔隙喑手懈哳l、雜亂、弱振幅反射特征，與沉積圍巖地震響應(yīng)邊界差別明顯．

（2）火山口相．為火山噴發(fā)路徑最終位置，位于火山通道頂部．剖面上多呈上寬下窄、“倒椎狀”的雜亂地震反射特征．火山口相周圍可見低頻強(qiáng)發(fā)射，為火山口溢流物．

（3）侵入相．位于火山通道附近，為火山噴發(fā)過程中圍巖擠入產(chǎn)物．剖面上可見平板狀、低頻強(qiáng)反射特征，產(chǎn)狀與圍巖明顯不同，同相軸斜插在不同時期地層內(nèi)．渤中34區(qū)可見巖漿順層侵入巖體，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀幾乎一致，多呈強(qiáng)振幅連續(xù)地震反射特征．渤中34—A井鉆探多為安山巖．

（4）溢流相．為火山噴發(fā)物質(zhì)主體發(fā)育相帶，多位于火山口周圍低洼部位或斜坡處．剖面上由火山口至遠(yuǎn)端厚度逐漸減薄，多呈楔狀或丘狀，主要為低頻連續(xù)強(qiáng)反射，與沉積巖呈“指狀”相交．BZ34—B井鉆探多為玄武巖．

（5）噴發(fā)相．為火山巖噴發(fā)空中的回落物，多位于火山口附近，也可見回落至較遠(yuǎn)區(qū)域．由于該相帶多為凝灰?guī)r與沉積巖互層發(fā)育，密度、速度特征不如溢流相，與圍巖差別大，地震剖面多呈中低頻、中強(qiáng)振幅反射特征，外形常表現(xiàn)為以火山口為中心的丘狀結(jié)構(gòu)．

2．2 平面展布特征

利用火山巖各相帶地震響應(yīng)特征差異性，通過相干體切片技術(shù)刻畫火山巖的平面展布特征．渤中34區(qū)火山巖識別出火山口相和溢流相，其中火山口相平面上多呈圓形或橢圓形，沿北東向深大斷裂展布；溢流相位于火山口附近，形狀多不規(guī)則，具層層外延的環(huán)形特征，為不同時期巖漿溢流的地震響應(yīng)（見圖3）．

圖3 黃河口凹陷相干體切片F(xiàn)ig．3 The coherence cube slices of Huanghekou depression

3 構(gòu)造發(fā)育模式

黃河口凹陷南部斜坡帶渤中34構(gòu)造有多口井鉆遇火山巖．根據(jù)高精度的三維地震資料井—震對比分析結(jié)果，火山口分布多與NW向深大斷裂相伴生，且各相帶具有特定地震響應(yīng)特征，可識別出巖漿底辟構(gòu)造的發(fā)育模式，明確對油氣成藏的控制作用．該區(qū)火山巖噴發(fā)表現(xiàn)為多期性，主要為東二下段和東二上段2期；在噴發(fā)模式上具有中心式噴發(fā)、裂隙式噴發(fā)及中心—裂隙式噴發(fā)3種模式，以裂隙式噴發(fā)最為常見．在區(qū)域走滑—伸展雙重應(yīng)力場作用下，基巖發(fā)生強(qiáng)烈走滑—伸展活動，產(chǎn)生多條近NW向深大斷裂，溝通地殼深部巖漿物質(zhì)，因受到浮力及壓力作用，巖漿順活動斷裂帶侵入沉積蓋層或噴出地表，導(dǎo)致斷裂帶圍巖沉積層發(fā)生變形，直至被刺穿和被掀斜，形成巖漿底辟構(gòu)造（見圖4）．

圖4 黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造發(fā)育模式Fig．4 Development model of magmatic diapir structure in Huanghekou depression

4 巖漿活動對油氣成藏的控制作用

4．1 形成圈閉

巖漿活動可以形成一些特殊類型的含油氣構(gòu)造，主要為巖體遮擋型圈閉．巖漿上涌過程中，多呈巖株狀刺穿沉積蓋層，帶動圍巖翹起，形成巖株遮擋型圈閉；巖漿底辟形成過程中，上覆沉積蓋層可以上涌，造成穹窿，并發(fā)育一系列伴生斷層，產(chǎn)生斷鼻構(gòu)造；巖漿底辟構(gòu)造發(fā)育后期，受上覆地層的沉積壓實作用，底辟構(gòu)造頂部可形成披覆構(gòu)造．

鉆井揭示，渤中34區(qū)發(fā)生2次較強(qiáng)的巖漿侵入活動，多屬刺穿式發(fā)育．巖漿的上涌侵入形成不同類型油氣藏，主要包括巖墻遮擋型油氣藏和巖上斷層控制的斷塊油氣藏（見圖5）．巖墻是渤中34區(qū)較為常見的巖漿底辟構(gòu)造樣式，剖面上近直立，多沿深大斷裂發(fā)育，切穿古近系沉積地層．由于巖漿上涌作用影響，火山通道附近沉積巖拖拽、上拉，形成上傾方向火山巖遮擋的油氣藏，渤中34—A油田古近系油藏多屬此類型．在巖漿后期的持續(xù)活動和熱沉降過程中，由于地層均衡作用影響，巖上沉積巖形成一系列派生斷層，常形成斷塊型油氣藏，多位于渤中34—A油田新近系．

圖5 巖漿底辟構(gòu)造油氣成藏模式Fig．5 Accumulation model of magmatic diapir structure

4．2 形成蓋層

巖漿的活動時間、發(fā)育規(guī)模對油氣生成、運(yùn)移及油氣藏保存至關(guān)重要，可起到建設(shè)或破壞油氣藏的作用．渤中34區(qū)巖漿活動對油氣的保存控制作用與其他區(qū)域明顯不同，具特殊性，是泥巖蓋層缺乏區(qū)油氣勘探成功的典型案例．

渤中34區(qū)靠近物源區(qū)，砂地厚度比較高，缺乏區(qū)域性泥巖蓋層，油氣封堵性差，很難發(fā)現(xiàn)大規(guī)模油氣．BZ34—A井的鉆探成功，改變?nèi)狈^(qū)域性泥巖蓋層不能大規(guī)模油氣成藏的傳統(tǒng)認(rèn)識．如果火山巖分布范圍較廣，在缺乏泥巖蓋層條件的地區(qū)，也可形成火山巖蓋層，對油氣起到頂部封蓋的作用．渤中34區(qū)火成巖大面積分布，可達(dá)400km2．該區(qū)溢流相火山巖多為玄武巖，較為致密，具有極好封蓋能力，可對古近系油氣藏起到優(yōu)質(zhì)的封蓋作用，克服該區(qū)缺乏有效泥巖蓋層的地質(zhì)條件．因此，火山巖大面積發(fā)育是渤中34區(qū)古近系油氣成藏的關(guān)鍵因素之一．

5 結(jié)論

（1）黃河口凹陷南部斜坡帶發(fā)育巖漿底辟構(gòu)造，以裂隙式發(fā)育模式為主．

（2）巖漿底辟的巖性組合與圍巖具有較大差異性，各相帶具有特定的地震響應(yīng)特征，可形成較強(qiáng)的波阻抗地震反射．在地震剖面上可識別出火山通道相、火山口相、侵入相、溢流相和噴發(fā)相等5個相帶．

（3）黃河口凹陷巖漿底辟構(gòu)造與油氣關(guān)系密切，可形成良好圈閉，主要為巖墻遮擋性質(zhì)的鼻狀構(gòu)造和巖上斷層控制的斷塊構(gòu)造，為有利油氣聚集區(qū)．由于巖漿活動時間早，面積分布廣，對油氣的保存具有建設(shè)性作用．

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TE122．2

A

2095—4107（2013）05—0049—07

DOI 10．3969／j．issn．2095—4107．2013．05．007

2013—07—11；編輯：陸雅玲

國家“十二五”重大科技攻關(guān)項目（2011ZX05023—002）

吳俊剛（1981—），男，碩士，工程師，主要從事地震資料綜合解釋方面的研究．