臺北坳陷淺層巖漿活動對二氧化碳成藏的控制

郭 瑞，張功成，陳少平，陳朝兵

(1.中海石油(中國)有限公司，北京 100027；2.中石化中原石油工程有限公司，河南 濮陽 457164)

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臺北坳陷淺層巖漿活動對二氧化碳成藏的控制

郭 瑞1，張功成1，陳少平1，陳朝兵2

(1.中海石油(中國)有限公司，北京 100027；2.中石化中原石油工程有限公司，河南 濮陽 457164)

東海陸架盆地臺北坳陷淺層巖漿活動頻繁，并形成了多個高含二氧化碳天然氣藏。然而，該區(qū)巖漿活動的研究較為缺乏，天然氣成藏機(jī)理不清。本次研究通過均方根振幅、相干技術(shù)、時間切片、地層切片、多屬性融合以及三維可視化技術(shù)刻畫了巖漿巖特征，判定了其活動時間及與各成藏要素的匹配關(guān)系，明確了淺層巖漿巖對二氧化碳成藏的控制方式。其研究對淺層巖漿活躍地區(qū)油氣勘探的二氧化碳規(guī)避起到一定的借鑒作用。

巖漿巖；二氧化碳；火山機(jī)構(gòu)；碟形侵入；強(qiáng)制褶皺；臺北坳陷

引 言

巖漿巖侵入和噴出的研究在過去10 a已經(jīng)取得重要進(jìn)展，幾個重要的認(rèn)識逐漸被學(xué)界接受，包括中心點供給以及向上和向外的巖漿流動方向，但巖漿巖與二氧化碳成藏的關(guān)系并不明確。東海陸架盆地的麗水—椒江凹陷在新生界發(fā)育的事件性巖漿巖類型極其豐富，并形成了多個高含二氧化碳的氣藏，為研究巖漿巖對二氧化碳成藏的控制作用提供了豐富的資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

麗水—椒江凹陷位于東海陸架盆地西南部(圖1)，是中生代殘留盆地基礎(chǔ)上典型的新生代復(fù)式半地塹。晚白堊世晚期到始新世，火山島弧向東跳躍，東海陸架盆地變?yōu)榛『笈璧兀仍谂璧匚鞑啃纬晒判率懒严?，后在盆地東部形成始新世裂陷[1]。古新世早期以差異性沉降為主，沉積了石門潭組、月桂峰組和靈峰組下段，為斷陷構(gòu)造層，地層分割性強(qiáng)；古新世晚期靈峰組上段、明月峰組、始新統(tǒng)甌江組、溫州組沉積時期為斷坳構(gòu)造層，次級斷裂開始大量發(fā)育，厚度變化較為穩(wěn)定；漸新世時期地層抬升缺失，巖漿活動達(dá)到頂峰；在中新世后再次進(jìn)入活躍期，為熱沉降構(gòu)造層，斷裂較不發(fā)育。隨著上述演化的進(jìn)行，凹陷內(nèi)形成了一套以碎屑沉積為主的充填層序。

圖1 麗水—椒江凹陷新生界巖漿巖分布

2 麗水—椒江凹陷巖漿巖發(fā)育特征

麗水—椒江凹陷巖漿活動時期貫穿晚中生代到新生代。凹陷內(nèi)有4口井鉆遇新生界薄層巖漿巖(表1)。在地震資料上的巖漿巖可被識別為3類：淺層侵入碟形巖床及碟形復(fù)合體；近地表葉狀侵入巖床；火山機(jī)構(gòu)及火山噴發(fā)物質(zhì)。大規(guī)模巖漿巖活動與其他油氣成藏條件的時空匹配對成藏分析有重要意義。

表1 麗水—椒江凹陷鉆遇薄層巖漿巖統(tǒng)計

2.1 碟形侵入巖

碟形侵入巖一般以輝綠巖為主，由于鉆井大都避開巖床，故依據(jù)Trude提出的方法定年[2]，認(rèn)為“上覆強(qiáng)制褶皺定義了最早的海底(湖底)變形引起的上超充填不整合，可以定義一個精確的侵入年齡”。碟形侵入的發(fā)育機(jī)制也存在爭議，S?renssen等[3]提出了含一個中心點物源的模式，F(xiàn)rancis[4]以及Chevallier[5]提出了巖漿向下流動的模式。對椒江凹陷的研究認(rèn)為，碟狀巖床的巖漿源位于巖床的最低點，高部位巖床既可與低部位巖床同期形成，也可晚于后者發(fā)育，在后一種情形下，早期冷卻的巖漿通道被熔融，重新成為上侵通道，在高部位冷卻形成晚期巖床[6]。椒江凹陷碟形侵入活躍，而麗水凹陷較溫和，對已發(fā)現(xiàn)的二氧化碳?xì)獠刂苯迂暙I(xiàn)較小。

2.2 近地表葉狀侵入巖床

近地表葉狀侵入巖床雖然平面形態(tài)多樣，但仍然具有中心低、邊緣高的基本特征，與碟狀巖床相似。Hansen第一次使用術(shù)語“葉狀巖床”來形容Solsikke復(fù)合巖床[7]。在椒江凹陷發(fā)育3組大型朵葉體(圖1)，麗水凹陷也有大面積發(fā)育。近地表葉狀侵入常由多個下覆的碟形侵入供源，其中分叉的葉形系統(tǒng)被高度分割，形成機(jī)理與Miles提出的混合侵入模式[8]相似，侵入古埋深接近于地表，時代近似于被侵入沉積地層。

2.3 火山機(jī)構(gòu)

麗水凹陷發(fā)育多處火山機(jī)構(gòu)，可見源自火山口的溢流朵葉體，或近圓形火山口，低平火山口和源自火山口的高彎度溢流通道，其噴發(fā)年代同于沉積地層?；鹕綑C(jī)構(gòu)可厚達(dá)數(shù)百米，如緬甸陸上島弧帶的火山機(jī)構(gòu)分布[9]。通過地層切片把巖漿巖頂?shù)酌嬷獾臄?shù)據(jù)刪除(圖2)，藍(lán)色為相干高值反映斷裂，在構(gòu)造脊部位地層擠壓變形，發(fā)育垂直走向的撕裂斷層?；鹕綑C(jī)構(gòu)A發(fā)育在構(gòu)造脊低部位，LX2井西部，顯示出強(qiáng)振幅(紅色)。在這套海相富泥沉積中，同時代發(fā)育2處大型水道，表明地層短暫的出露海底，與此次巖漿活動為噴發(fā)事件的判斷互為印證。水道在剖面上顯示出眼球狀，在LX3井和LX5井中該層位證實為富砂的三角洲平原，再次表明其不是侵入事件，因為巖漿侵入一般發(fā)育在泥巖中。

3 巖漿巖對二氧化碳成藏的控制

目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的二氧化碳?xì)獠?，在麗水—椒江凹陷所處的環(huán)太平洋成礦帶分布較為集中，尤其是西岸，其特點是常規(guī)烴類氣和幔源二氧化碳大量共存[10]。與其類似，麗水凹陷發(fā)現(xiàn)3個高含二氧化碳?xì)獠?，麗?6-1構(gòu)造為烴類與非烴類共存。南平5-2(S1井)和溫州13-1(W13井)構(gòu)造的天然氣為近純二氧化碳，碳同位素δ13C為-4‰～-5‰。W13井靈峰組的3次DST測試樣品的3He與4He的比值分別為0.75×10-5、1.23×10-5、1.01×10-5，屬于無機(jī)成因，具有幔源氣特征。麗水凹陷二氧化碳?xì)獠貥悠返奶纪凰卅?3C值均大于-10‰，目前認(rèn)為是典型的無機(jī)成因氣，主要受巖漿通道或深大斷裂控制。

3.1 巖漿通道控制

巖漿侵入和噴出的通道都可以帶來二氧化碳。Ruhl認(rèn)為[11]大氣二氧化碳含量的幕式升高直接來源于數(shù)期大規(guī)模的事件性巖漿活動。斜井W13鉆遇的是一個典型的受巖漿通道控制的氣藏，在靈峰組的2次測試含量平均為89.7%。井軌跡穿過了巖漿通道附近的氣煙囪，并在溫州組鉆遇玄武巖，碟形的巖漿刺穿了靈峰組，侵入到甌江組頂部中新統(tǒng)不整合面之下。在二維地震剖面wx上(圖3)可見在溫州組和中新統(tǒng)的大規(guī)模溢流相巖漿巖，兩側(cè)地層掀斜上翹，頂部地層下陷，通道內(nèi)部反射雜亂，巖漿通道周圍的伴生斷裂，是二氧化碳良好的運(yùn)移通道。

3.2 深大斷裂控制

S1井(南平5-2構(gòu)造)在靈峰組上段測試2次，共獲日產(chǎn)氣32.4×104m3/d，含二氧化碳97.6%。該構(gòu)造位于麗水東次凹西部潛山帶之上。盡管西部斜坡發(fā)育巖漿活動，但由于潛山帶之間有深凹陷的阻擋，巖漿通道釋放的天然氣難以向凹陷深部倒灌跨過潛山帶運(yùn)移，因而不能為南平5-2構(gòu)造提供氣源，因此，二氧化碳來自深大斷裂的溝通。潛山帶北側(cè)發(fā)育切穿基底的張性正斷層，斷裂活動的高峰期在靈峰期，明月峰期和甌江期進(jìn)入活動轉(zhuǎn)換期，在新近紀(jì)消亡?；讛嗔芽梢圆东@靈峰期末到甌江期順著深大斷裂上升的幔源氣，也可以捕獲古近紀(jì)巖漿期后及巖漿衰弱期熱液活動在其下部緩慢釋放的二氧化碳。

4 巖漿活動對麗水36-1構(gòu)造二氧化碳成藏的影響

麗水36-1構(gòu)造(LX1井)的二氧化碳成藏機(jī)制較為復(fù)雜。該構(gòu)造在明月峰下段(圖4)鉆遇的二氧化碳含量為32.6%，同位素研究認(rèn)為主要源于地幔。早期觀點籠統(tǒng)認(rèn)為來自火山活動，也有研究認(rèn)為是煙囪構(gòu)造成因，并識別出了泥底辟、熱液底辟等。本次研究刻畫了淺層巖漿活動的成因和時代，以判斷其對二氧化碳?xì)獠氐呢暙I(xiàn)。

4.1 火山機(jī)構(gòu)A

古新統(tǒng)明月峰組發(fā)育的火山機(jī)構(gòu)A(圖2)與麗水36-1構(gòu)造距離不足5 km，最初認(rèn)為是該構(gòu)造中無機(jī)氣最可能的來源。在本次研究確定其噴發(fā)屬性后，即可判定火山機(jī)構(gòu)形成的時代應(yīng)等同于地層沉積年代，即明月峰組沉積末期。火山機(jī)構(gòu)A東部發(fā)育另一期類似的小規(guī)模巖漿活動，但構(gòu)造回剝研究結(jié)果表明，麗水36-1反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶形成于始新世至漸新世，凹陷受構(gòu)造應(yīng)力側(cè)向傳遞效應(yīng)的影響，相應(yīng)發(fā)生區(qū)域隆升，并使凹陷區(qū)先期沉積地層遭受部分剝蝕。盡管火山機(jī)構(gòu)A距離氣藏近，但其活動時期與構(gòu)造形成期不匹配，巖漿活動時構(gòu)造圈閉尚未形成，且無巖漿通道后期再利用的證據(jù)，故不是二氧化碳的主要來源。

圖4 火山機(jī)構(gòu)B在均方根振幅上的響應(yīng)

4.2 火山機(jī)構(gòu)B

在麗水三維覆蓋區(qū)北部發(fā)育火山機(jī)構(gòu)B(圖4)，剖面顯示為穩(wěn)定的水平強(qiáng)反射，覆蓋于中新統(tǒng)不整合面之上。巖漿巖頂?shù)酌嫠鶌A時窗的均方根振幅屬性圖上可見低平火山口，呈近圓形，溢流相覆蓋區(qū)亦呈近圓形，溢流相邊緣可見樹杈狀細(xì)小分叉結(jié)構(gòu)，全部溢流面積達(dá)582 km2(圖1)。火山口距LX1井16.1 km，發(fā)育在構(gòu)造脊低部位的北側(cè)，噴發(fā)時期接近23 Ma，為中新世早期。

盆地模擬研究認(rèn)為，麗水凹陷月桂峰組烴源巖排氣高峰為始新世至漸新世。油氣大規(guī)模向麗水36-1構(gòu)造運(yùn)移發(fā)生在漸新世后期[12]，油氣沿斷層向淺部運(yùn)移并與上古新統(tǒng)生成的油氣一起進(jìn)入淺部儲集層明月峰組。而火山機(jī)構(gòu)B活動于中新世初期，捕獲了巖漿通道附近派生斷裂釋放的、或從構(gòu)造低部位順層向上運(yùn)移的二氧化碳，造成烴類氣藏部分被排替。之后盆地整體沉降，麗水凹陷再未經(jīng)歷大的構(gòu)造運(yùn)動，保存了該混合氣藏。

5 結(jié) 論

(1) 麗水—椒江凹陷的新生界可識別的事件性巖漿巖活動可分為3類：淺層侵入碟形巖床及碟形復(fù)合體；近地表葉狀侵入巖床，火山機(jī)構(gòu)。其活動產(chǎn)生的二氧化碳可以直接成藏，或?qū)σ研纬傻挠蜌獠禺a(chǎn)生排替作用。

(2) 二氧化碳可在巖漿通道處的煙囪結(jié)構(gòu)附近直接成藏，該類氣藏較易識別；也可在遠(yuǎn)離淺層巖漿活動區(qū)域、受控于基底深大斷裂、捕獲幔源物質(zhì)或殼內(nèi)巖漿房脫氣產(chǎn)生的二氧化碳成藏，其規(guī)避需要落實斷裂和深部巖漿活動的關(guān)系。

(3) 勘探階段二氧化碳的規(guī)避是一個難題，準(zhǔn)確判定淺層事件性巖漿活動的特征期次及其與其他成藏條件的匹配關(guān)系，對二氧化碳的成藏研究起關(guān)鍵作用。麗水36-1的構(gòu)造實例表明，由始新世—漸新世形成的甲烷氣藏被后期中新世充注的二氧化碳排替，商業(yè)價值降低，而先期古新世的巖漿活動對此并無貢獻(xiàn)。油氣勘探需要規(guī)避在主運(yùn)移方向上、圈閉形成同期及其后期的巖漿活動。

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編輯 黃華彪

20150105；改回日期：20150322

國家科技重大專項 “近海大中型油氣田形成條件及勘探技術(shù)”(2011ZX05023-006)

郭瑞(1980-)，男，工程師，2003年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)地質(zhì)工程專業(yè)，2007年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事海洋石油勘探工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.012

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0051-04