蘇皖沿江火山巖盆地燕山期深部構(gòu)造—熱作用與無機氣藏

范小林

(中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

蘇皖沿江火山巖盆地燕山期深部構(gòu)造—熱作用與無機氣藏

范小林

(中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

蘇皖沿江帶展布的中生代火山巖盆地與燕山期構(gòu)造活動所造成的大規(guī)模巖漿噴溢、侵入和火山作用密切相關。根據(jù)火山巖盆地勘探地球物理資料，關注盆地發(fā)育過程中的深部構(gòu)造—熱作用及其地質(zhì)響應，探討沿江一帶火山巖盆地內(nèi)部勘探、發(fā)現(xiàn)非常規(guī)新能源的可能性，進而展望火山巖盆地無機氣藏勘探潛力。

無機氣藏；火山巖盆地；深部構(gòu)造—熱作用；蘇皖沿江帶

蘇皖沿江一帶中生代巖漿活動在燕山期的晚侏羅世—早白堊世為鼎盛時期。相應發(fā)育的火山巖盆地的分布，明顯地受區(qū)域性北北東向走滑斷裂控制(圖1)[1]。盆地邊緣出露的侵入巖和火山巖，多為巖株式侵入和裂隙式噴發(fā)為主，年代大致在132～126 Ma。作者以為，在火山巖盆地發(fā)育過程中，伴隨巖石圈深部構(gòu)造—熱作用，來自深部熱液流體或二氧化碳氣體也被帶到地殼淺部。因此，開展火山巖盆地非常規(guī)能源預測與勘探潛力評價，具有重要意義。

1 巖漿作用

1.1巖漿作用的磁異常響應

從巖石磁性特征可以看出，蘇皖地區(qū)的火山熔巖或火山巖磁性變化較大[2]。侵入巖類磁性較強，尤其沿江地帶出露的火山巖系和來自深部巖石圈地幔的輝石二長巖、輝石閃長巖等侵入巖體，是引起該地區(qū)中、強磁異常分布的主要因素。

圖1 蘇皖沿江帶晚侏羅世—早白堊世火山巖盆地分布略圖據(jù)文獻[1]略作修改。

圖2 蘇皖沿江帶及鄰區(qū)航磁化極異常圖中等值線單位：nT。F1. 郯廬斷裂;F2. 涇縣斷裂;F3. 曉天斷裂;F4. 襄廣斷裂

在地球物理場響應上，從航磁化極異常圖(圖2)可以看出：在南京、馬鞍山、蕪湖、銅陵、安慶一帶的沿江地區(qū)，分布多個北東—北北東向的帶狀正磁異常圈閉。異常幅值一般為490～840 nT，最強異常的幅值超過1 000 nT。 它們與沿江地區(qū)一系列呈北東—北北東向展布的陸相火山巖盆地相對應。正、負磁異常變異帶，也常常與北東—北北東走向的主干斷裂帶相對應，呈條帶狀展布。這反映了火山活動及侵入巖分布與所處的板內(nèi)構(gòu)造活動帶(如郯廬斷裂體系)位置緊密相關。

1.2巖漿作用

地表地質(zhì)或井下巖漿巖和火山巖的巖石地球化學研究表明[3-4]，它們大都來自于巖石圈中、下地殼和深部巖石圈地幔，大都為中、酸性侵入巖，部分為中、基性侵入巖。表明當時巖石圈尺度的構(gòu)造作用(如主干深大斷裂的生成)、巖漿作用(巖漿沿斷裂向上侵位或噴出)較為頻繁。巖石年代學數(shù)據(jù)表明，它們形成的主要地質(zhì)年代為白堊紀。巖漿活動從深部帶來巨量的成礦物質(zhì)，富集后形成沿江鐵、硫、銅等成礦帶。

大地電磁測深數(shù)據(jù)表明，深度為50～60 km的軟流圈熱柱，在該地帶的郯廬斷裂、連黃斷裂、長江斷裂帶的巖石圈地殼下部和巖石圈地幔上部仍有殘留，呈低速(5.8～6.0 km/s)、高導(≤10～20 Ω·m)、高溫(500 ℃～600 ℃)等地球物理特征[5-6]，它們代表了巖石圈內(nèi)超臨界流體的相對富集。

依據(jù)巖石圈熱力學衰減原理，一定體積的深部構(gòu)造痕跡，可以殘留200～300 Ma之久[7]。據(jù)此推斷，當今巖石圈內(nèi)部深大斷裂與層圈內(nèi)部軟弱層交匯處的殘留的熱流液體，至少部分是代表了中生代深部構(gòu)造—熱流活動(減壓、增溫作用)的痕跡。

2 構(gòu)造—熱作用機制與響應

2.1構(gòu)造—熱作用機制

在沿江地帶，侏羅紀和白堊紀的構(gòu)造—熱作用地表跡象，即早侏羅世—中侏羅世中、酸性侵入巖，晚侏羅世—早白堊世火山碎屑巖，廣泛出露在下?lián)P子蘇皖南褶皺帶內(nèi)。起源于中地殼或莫霍面附近的大規(guī)模中、酸性巖漿活動，以及巖石圈地幔區(qū)域性熱隆—伸展—減薄作用，巖石圈地幔羽形成、地幔底辟上升或熱地幔上涌，控制了巖石圈內(nèi)相對較高的熱異常，與中國東部巖石圈“變薄”的主要時期燕山期[8-9]相一致。

構(gòu)造—熱作用的動力機制，主要來自古太平洋板塊相對東亞大陸的北東向移動，當構(gòu)造應力傳遞到含中國大陸東部在內(nèi)的板緣，出現(xiàn)的構(gòu)造效應就產(chǎn)生北東“左旋剪切”斷裂體系，這類張扭性斷裂體系，控制了斷裂活動帶兩側(cè)“拉分斷陷”盆地在沿江一帶的線性展布(圖3)。

圖3 蘇皖沿江地帶晚侏羅世—早白堊世拉分盆地

中生代期間各個盆地內(nèi)部含火山巖在內(nèi)的碎屑巖沉積地層巖性、殘存厚度出現(xiàn)差異，是由于斷裂的右行、左行的交替運動，以及在深部構(gòu)造—熱 活動控制下，近地殼淺部正斷層切割地殼，深部介質(zhì)熱隆上升，它們貫穿在沉降與隆升相伴生的全過程之中(圖4)。

2.2構(gòu)造—熱作用響應

通過對下?lián)P子地區(qū)的區(qū)域地球物理資料發(fā)現(xiàn)[5-6]，該地區(qū)在燕山期的地殼厚度基本上都在30～50 km，巖石圈厚度在70～90 km。

隨巖石圈地幔上隆底辟作用和富含鹵素、堿金屬、氫、碳(甲烷、一氧化碳、二氧化碳)的巖漿侵位到地殼薄弱巖石層中，入侵的地幔流體，在地球物理學上表現(xiàn)為低速、高導、高溫異常的特征；在地殼內(nèi)部，表現(xiàn)為殼內(nèi)富含熱流體的“減壓熔融層”，在地殼內(nèi)部產(chǎn)生高溫變質(zhì)作用，導致巖石層從具有偶性磁性向下轉(zhuǎn)為無偶極磁性，部分巖石層巖相發(fā)生相變。

中生代時期的巖漿作用，不僅使巖石圈地殼發(fā)生伸展—張裂作用，熱流液體或巖漿侵位于其中的同時，可以直接釋放二氧化碳氣體，而且?guī)r石圈地幔熱流液體帶來的地熱，使地殼內(nèi)部巖石產(chǎn)生高溫—熱變質(zhì)作用，同樣也產(chǎn)生二氧化碳氣體。

3 成藏條件與機制

3.1深部氣源

沿江火山巖盆地群的發(fā)育，受控于北東—北北東走向塊體內(nèi)部構(gòu)造與圈層界面滑脫造成的斷裂體系，伴隨斷裂開啟、減壓增溫響應作用，頻繁的巖漿侵入作用，幔源流體、氣體上升強烈，導致充裕的無機氣體供給。此類幔源氣體一般都和殼源氣體組分復合(如二氧化碳氣)，可以在地殼淺部盆地內(nèi)聚集成藏。

圖4 淺部地震速度解釋剖面剖面位置見圖1中A-B線段，據(jù)文獻[8]插圖解釋。

3.2賦存條件

伴隨深部巖漿上涌運動和巖漿侵入作用，以及構(gòu)造—熱動力和區(qū)域熱變質(zhì)作用，使圍巖遭受破壞，沉積地層節(jié)理、裂隙發(fā)育，同時增大了沉積地層中微觀孔隙和宏觀孔隙的數(shù)量，留下很多密集成群的渾圓狀或管狀氣孔，提高了儲層的孔隙度。

巖漿侵入是地層先加熱后冷卻，在地層加熱時產(chǎn)生擠壓應力，在地層的薄弱處形成裂隙，當?shù)貙永鋮s時，地層收縮在局部可以形成張裂縫，并且先期形成的裂縫張開，提高了地層的導流能力，同時也改善了地層的儲集性能。尤其是對于盆地下伏的古生界海相碳酸鹽巖形成“縫、洞、孔”裂隙性儲集體極為有利。

3.3成藏機制

沿江火山巖盆地是一個沿北東向郯廬斷裂體系向東發(fā)育的火山巖盆地群，郯廬斷裂是一條切穿莫霍面的深大斷裂，近似直立，其東側(cè)含長江斷裂在內(nèi)的系列北東—北北東向斷裂，是引導地幔流體和巖漿上涌和噴發(fā)的通道，沿江成礦帶大致沿斷裂帶展布(圖4)。

通過寧鎮(zhèn)地區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查，可識別出早白堊世中期北西西—南東東向 (北北東—南南西向擠壓) 構(gòu)造拉伸應力場，表現(xiàn)出燕山運動在下?lián)P子區(qū)的構(gòu)造活動痕跡。該時期火山活動強烈，持續(xù)的時間約8～10 Ma。長時間的火山噴發(fā)和巖漿侵入活動，從深部帶來巨量的成礦物質(zhì)。

從成盆動力學機制看，上地幔隆升，莫霍面淺埋的同時，導致裂(斷)陷盆地或火山巖盆地的形成。在這些盆地形成的同時，由于斷裂活動，使大量幔源熱流液體和殼源復合氣體侵入上地殼內(nèi)部和形成的盆地之中，盆地下伏的古生界“褶皺隆起”巖石層(海相碳酸鹽巖)裂縫、裂隙體系或中生界火山巖儲集體，可以有效圈閉無機成因的二氧化碳氣。

4 無機氣藏勘探展望

燕山運動早、中期，下?lián)P子地區(qū)處于“構(gòu)造擠壓—伸展交替變化二元發(fā)展階段”[9-10]。燕山期的深部構(gòu)造—熱活動頻繁，巖漿活動過程中的熱流與古生界碳酸鹽巖接觸而發(fā)生蝕變，為形成無機變質(zhì)成因二氧化碳創(chuàng)造了條件；而斷裂存在既為變質(zhì)成因的二氧化碳氣體，又為深部幔源二氧化碳氣體運移提供了通道。來自深部的氣體，在沿斷裂運移過程中，經(jīng)過古生界地層，捕獲了少量由古生界源巖生成的有機烷烴氣和凝析油，爾后一并在斷裂附近或有利的儲集體中圈閉富集成藏。

下?lián)P子地區(qū)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并開發(fā)的黃橋二氧化碳氣藏，位于蘇北盆地南面的黃橋斜坡帶上復背斜高位圈閉中[11]。構(gòu)造主要形成于燕山期，定型于喜馬拉雅期。主要產(chǎn)層為下二疊統(tǒng)棲霞組晶洞裂隙(縫)型石灰?guī)r和上泥盆統(tǒng)五通組孔隙型砂巖。

江蘇、安徽沿江地帶，位于江南隆起北側(cè)，經(jīng)構(gòu)造變格改造的古生界海相地層發(fā)育，上疊中生代火山巖盆地，地層中裂隙、孔隙發(fā)育，比照中國東部(松遼、遼河、黃驊、濟陽、蘇北和三水盆地)已發(fā)現(xiàn)的無機氣藏，該地區(qū)的無機氣藏勘探開發(fā)前景不可忽視，開發(fā)無機氣藏將具有工業(yè)價值和巨大的社會效益。

致謝：在本文的成文過程中，受到高長林教授、陸建林教授思路的啟發(fā)，并得到高長林教授的親自指教，特此致謝。葉德燎和徐文明兩同志對本文提出了許多寶貴中肯的修改意見，使本文避免了不少錯誤，特此感謝他們的指正和重要的建議。

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(編輯葉德燎)

Deeptectonic-thermaleffectsandinorganicgasreservoirsduringYanshanianperiodinvolcanicbasinsalongYangtzeRiverinJiangsuandAnhuiprovinces

Fan Xiaolin

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

The Mesozoic volcanic basins along the Yangtze River in Jiangsu and Anhui provinces are closely related with large-scale magmatic eruption, intrusion and volcanism caused by the Yanshanian tectonic movement. According to geophysical data, deep tectonic-thermal effect during basin evolution and its geologic response are studied. The possibility for the discovery and exploration of unconventional new energy in the volcanic basins along the Yangtze River is discussed, and the potential for inorganic gas reservoirs in the volcanic basins is prospected.

inorganic gas reservoir; volcanic basin; deep tectonic-thermal effect; area along Yangtze River in Jiangsu and Anhui provinces

1001-6112(2013)05-0511-04

10.11781/sysydz201305511

TE121.3

A

2012-07-03；

2013-07-25。

范小林(1954—)，男，高級工程師，從事深部地質(zhì)與含油氣盆地研究。E-mail: fanxl.syky@sinopec.com。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”之“盆地構(gòu)造演化對碎屑巖層系成藏富集的控制作用”專題(2011ZX05002-006-01)資助。