南海北部陸緣聲渾濁體成因機(jī)制及地震響應(yīng)特征*

宋瑞有

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

地震資料中的模糊帶有多種成因，縱波不僅受地層骨架介質(zhì)影響，還受地層孔隙流體影響，因此侵入事件會形成縱波地震模糊帶，這些聲渾濁或聲空白在南海北部大陸邊緣裂谷盆地均有大量分布。南海北部大陸邊緣裂谷盆地在大規(guī)模裂張之前和裂陷時期，地層受拉張應(yīng)力影響會產(chǎn)生大量的應(yīng)力薄弱帶，成為地層深層高壓的泄壓指向，為深層物質(zhì)垂直往上的侵入活動提供了通道，這些通道既可成為油氣等流體的垂向運(yùn)移滲漏系統(tǒng)，也可形成火成巖或泥巖等塑性侵入帶，因此分析其成因機(jī)制對盆地變形、烴源與流體運(yùn)移等研究具有重要意義。本文以南海北部陸緣聲渾濁體為研究對象，從地震響應(yīng)特征入手，結(jié)合各類地質(zhì)異常體形成機(jī)制及演化規(guī)律進(jìn)行了地震相類比分析，并對異常體進(jìn)行了三維可視化表征，在此基礎(chǔ)上探討了觸發(fā)機(jī)制及對油氣成藏的地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南海處于太平洋、印澳、歐亞三大板塊交匯處，是西太平洋最大的邊緣海，從新生代起經(jīng)歷多次擴(kuò)張，張裂過程中在擴(kuò)張洋盆兩邊發(fā)育了裂谷系統(tǒng)，由此形成了共軛的大陸邊緣，其中南海南部是匯聚型陸緣，而南海北部屬于離散型陸緣。沿南海北緣形成了一系列新生代裂谷盆地，包括鶯歌海盆地、瓊東南盆地、北部灣盆地、珠江口盆地和臺西南盆地[1]。南海北部陸緣構(gòu)造活動較為活躍，侵入或刺穿事件廣泛發(fā)育，諸探區(qū)中均存在大量流體活動導(dǎo)致的地質(zhì)異常體，如鶯歌海盆地中央凹陷發(fā)育大量泥-流體底辟[2]，鶯東斜坡發(fā)現(xiàn)大量的氣煙囪、海底麻坑和油氣苗；瓊東南盆地發(fā)育古潛山、火山、底辟、礁等，海南隆起的北部瓊北地區(qū)發(fā)育100余座火山；北部灣盆地鉆遇多處火成巖侵入層；珠江口盆地有大量的千米尺度的火山丘[1]；臺西南盆地廣泛發(fā)育泥火山和麻坑[3]。

本文研究靶區(qū)范圍橫跨南海北部大陸邊緣(圖1)，為多種構(gòu)造單元交匯區(qū)，構(gòu)造運(yùn)動復(fù)雜，油氣資源活躍，地質(zhì)異?，F(xiàn)象富集。在研究靶區(qū)發(fā)現(xiàn)了多種類型聲渾濁體，且規(guī)模不一、形態(tài)多樣。

圖1 研究靶區(qū)位置圖Fig .1 Location map of research target area

2 不同類型聲渾濁體成因機(jī)制及地震響應(yīng)特征

氣煙囪、泥底辟、泥拱、泥火山、火山、古潛山、礁、鹽丘等地質(zhì)體均可造成地震資料上的模糊帶，甚至淺層氣屏蔽或資料品質(zhì)的原因有時也會造成地震資料上的模糊帶，因此必須分析其成因機(jī)制和類比其地震響應(yīng)特征。

2.1 氣煙囪

氣煙囪也叫流體底辟，是氣態(tài)或液態(tài)流體的侵入現(xiàn)象。氣煙囪是流體向上運(yùn)移而導(dǎo)致反射被擾亂的聲空白或聲混濁地震相，其形似煙囪又具有煙囪效應(yīng)。流體底辟作用過程中流體垂向運(yùn)移，作為運(yùn)移通道的裂隙中大量含氣，縱波速度比圍巖明顯變低，高頻能量被大量吸收，地震上具有明顯的垂向擾動特征，外部形態(tài)為管狀結(jié)構(gòu)，在剖面上氣煙囪內(nèi)部呈現(xiàn)低頻、弱振幅的聲空白帶，反射出現(xiàn)同相軸下拉。氣煙囪形成的穿刺體與圍巖巖性差異不大，不是大量塑性物質(zhì)整體擠入，沒有導(dǎo)致圍巖產(chǎn)狀的巨變，頂部沒有圍巖上超，基本不控制地形和圍巖的沉積[4]。鶯歌海盆地中央底辟帶鉆井證實(shí)流體底辟內(nèi)地層成層性好，橫向可對比，不是泥丘或泥火山[5-6]。經(jīng)正演地震波數(shù)值模擬驗(yàn)證，若地震模糊體與圍巖分界處巖性突變則會有強(qiáng)反射，若分界接觸帶巖性漸變則形成一個反射過渡帶[7]，無巖性變化僅改變充填流體則模糊區(qū)反射仍有一定的層序性。氣煙囪的標(biāo)志性特征是不改變圍巖巖性、只有流體的上侵，地震剖面上為煙囪狀結(jié)構(gòu)聲渾濁體，但仍有層序性。

氣煙囪在南海北部陸緣多個盆地有分布，尤其以鶯歌海盆地的最為典型。鶯歌海盆地油氣滲漏系統(tǒng)異常發(fā)育，主要以泥-流體底辟、氣煙囪、海底麻坑、油氣苗等多種形式出現(xiàn)，鶯歌海底辟構(gòu)造有多種類型，經(jīng)中央底辟帶多口鉆井鉆遇證實(shí)，既有下泥底辟上流體底辟的組合結(jié)構(gòu)(圖2)，也有單獨(dú)的泥底辟和流體底辟，泥底辟是固相泥質(zhì)因含有未壓實(shí)排凈的水而塑性流動混雜，已不具有原始沉積的層理，而流體底辟是由氣相和液相的油氣水等通過裂隙侵入，地層界面還在，模糊是因?yàn)榱严痘蚝黧w造成的，泥底辟內(nèi)部反射雜亂無層序而流體底辟反射弱但仍有層序性是地震上區(qū)別它們的主要特征[8]。鶯歌海盆地中央發(fā)育多個近南北向排列延伸的泥-流體底辟，鶯東斜坡中南段亦有較多較小規(guī)模的氣煙囪。氣煙囪內(nèi)部的氣體若突破到海底噴逸或滲漏，亦或是逸散剝蝕海底松散沉積物便形成微洼陷的海底麻坑，因此若氣煙囪通達(dá)海底多伴生油氣苗和海底麻坑，鶯東斜坡中南段油氣苗異常發(fā)育且分布廣泛(圖1)，系統(tǒng)調(diào)查與取樣證實(shí)油氣苗總數(shù)多達(dá)115處。流體上侵破壞了原始地層的連續(xù)性而導(dǎo)致相干性變差，因此，將地震相干體進(jìn)行三維可視化，可對模糊體群進(jìn)行刻畫表征。

圖2 鶯歌海盆地泥-流體底辟地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .2 Mud-fluid diapir seismic section in Yinggehai basin(see Fig.1 for location)

2.2 火山

巖漿底辟刺穿到地表是傳統(tǒng)意義上的火山，噴發(fā)出的物質(zhì)是火成巖。火山一般發(fā)育在板塊縫合線附近及大斷裂處，當(dāng)有一定量的巖漿聚集在地下深部構(gòu)成巖漿囊，內(nèi)壓力繼續(xù)增加到大于上覆巖層的靜壓力時就會發(fā)生巖漿底辟作用，刺穿擠入圍巖形成火山頸，并最終突破爆發(fā)或噴溢出地表形成火山。重磁資料證實(shí)的寶島火山就很典型，火山口在地震上呈錐形(圖3)，火山內(nèi)部反射雜亂，完全無層序性，頂部火山錐對兩側(cè)圍巖沉積起一定控制作用，圍巖上超在錐翼上，兩側(cè)地層見上拉或切割，說明巖漿的擠入，深部結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為莫霍面出現(xiàn)中斷、錯動。其形態(tài)不同于氣煙囪的垂向煙囪狀構(gòu)造，而是深部寬緩、淺部尖細(xì)的錐狀，火山錐邊界有清晰的強(qiáng)振幅界面，這是因火成巖與沉積巖反射系數(shù)差異大，接觸處會有明顯地震異常。火山頸往往深達(dá)地幔母源，所以地震上常看不到“根”，火山錐和火山頸、巖漿囊的結(jié)構(gòu)是火山識別的標(biāo)志性特征。

圖3 寶島火山地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .3 Seismic section of Baodao volcano(see Fig.1 for location)

巖漿活動在南海北部陸緣的瓊東南盆地、北部灣盆地、雷瓊地區(qū)、珠江口盆地均有發(fā)生。海南島北部的火山活動甚為活躍，自新生代以來有10期59回次的火山噴發(fā)活動，形成大小不一、形態(tài)各異的火山100余座[9-10]。瓊北火山區(qū)帶狀分布(圖1)，受斷裂控制，大地電磁測深及深部電性結(jié)構(gòu)資料揭示雷瓊火山起源于下地幔的海南地幔柱，由巖漿熱物質(zhì)通過深大斷裂上涌而形成[11]。以昌江-瓊海一線為界的海南島南北兩側(cè)地質(zhì)和地球物理特征明顯不同[12]，海南島南部的三亞以及中部五指山區(qū)有10余座小規(guī)模中生代火山，其年代與位置均說明與瓊北火山不是一個體系。瓊北火山并不以海南隆起為單元，而是屬于雷瓊火山帶，瓊州海峽南北兩側(cè)的巖石圈結(jié)構(gòu)在電性上具有連續(xù)性，雷瓊火山區(qū)均屬于華南古陸，華南陸緣早期莫霍面抬升致使地殼拉張減薄而產(chǎn)生雷瓊裂谷，雷瓊火山區(qū)是裂谷內(nèi)火山噴發(fā)和第四紀(jì)沉積的產(chǎn)物，南海擴(kuò)張期間及擴(kuò)張后，雷瓊地區(qū)一直屬于強(qiáng)拉張性區(qū)域，深部高溫物質(zhì)底侵，熔巖活動強(qiáng)烈，形成火山或巖漿侵入高速層。雷瓊鄰區(qū)的北部灣盆地鉆孔揭示在砂泥質(zhì)巖層中夾多層火成巖，是外來深部物質(zhì)對淺層本地沉積層的侵入和改造，具有與圍巖接觸的典型特征，這些火成巖體沿層間板狀分布，由于具有重磁異常、高速高密的特征與圍巖在物性上有較大差異，反射明顯有別于圍巖[13]，在地震上為一到兩個強(qiáng)相位的亮點(diǎn)，其產(chǎn)狀與上下地層一致，北部灣烏石16區(qū)鉆井已經(jīng)證實(shí)(圖4)。瓊東南盆地寶島火山是由于盆地伸展，地幔上涌，盆地進(jìn)一步拉伸，導(dǎo)致地殼破裂、斷層與地幔溝通而形成。珠江口盆地發(fā)育大型拆離斷裂系統(tǒng)，莫霍面深度由陸向洋逐漸抬升，從北向南地殼厚度逐漸減薄，陸緣最外側(cè)南部的珠四坳陷帶巖漿底辟發(fā)育[14]，這些火山丘有千米級尺度，成群帶分布。

2.3 泥底辟及泥火山

泥拱、泥底辟、泥火山的主要流動物質(zhì)是塑性的泥，發(fā)生底辟作用時，軟泥流穹起上覆巖層成為泥拱，進(jìn)一步侵入到上覆巖層則形成泥底辟，如果刺穿到海底爆發(fā)則形成泥火山。泥火山與泥底辟成因機(jī)制相同、發(fā)育演化特征相似，均是由地殼深部密度較小的高塑性欠壓實(shí)泥頁巖在密度倒置的動力體系下產(chǎn)生差異重力作用而導(dǎo)致流動上侵和上拱，使得上覆巖層彎曲隆起或刺穿上覆地層薄弱帶而形成的地質(zhì)構(gòu)造，未出露地表的為泥底辟，刺穿地表噴發(fā)所形成的正地形則稱泥火山。在地震上泥火山和泥底辟表現(xiàn)為不連續(xù)、弱振幅的空白或雜亂反射，呈柱狀刺穿地層，內(nèi)部完全無層序性，對地層強(qiáng)烈侵蝕是其發(fā)育過程中的一個重要特征，泥火山刺穿柱體與圍巖不整合接觸，圍巖形變上翹有層位上拉現(xiàn)象，這也是其可識別的標(biāo)志性特征。

圖4 北部灣盆地巖漿侵入體地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .4 Seismic section of magmatic intrusion in Beibu Gulf basin(see Fig.1 for location)

泥火山在臺西南盆地的發(fā)育規(guī)模最大最為廣泛，鶯歌海盆地泥底辟最發(fā)育。泥頁巖的上侵具有幕式活動的特點(diǎn)，常在淺層伴生放射狀正斷層和塌陷補(bǔ)償構(gòu)造，經(jīng)鉆井證實(shí)的昌南6-1泥底辟就很典型(圖5)。厚層塑性泥頁巖是泥火山噴出物的主要來源，珠江口盆地內(nèi)發(fā)育多種形態(tài)各異的泥火山，由于海平面的升降變化，使得沉積物沿著平緩的大陸架不斷向海方向搬運(yùn)，到坡折處由于急劇變陡而大量堆積，因此陸架坡折處沉積最厚，為泥火山的形成提供良好發(fā)育場所[15]。鶯歌海盆地的泥底辟多為下泥底辟上流體底辟的組合類型，泥底辟熱流體活動時，其上部通常是流體突破而不是泥巖穿刺故常常伴生氣煙囪，形成深部氣源向淺層運(yùn)聚的優(yōu)勢通道。

圖5 鶯歌海盆地昌南6-1底辟地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .5 Seismic section of Changnan6-1 diapir in Yinggehai basin(see Fig.1 for location)

2.4 潛山、礁、鹽丘

古潛山是上覆地層沉積前已經(jīng)形成正向構(gòu)造，是不整合面下的古地形高，其標(biāo)志性特征是側(cè)面上覆地層超覆在其穹窿的翼部，頂部則是不整合接觸。古潛山在重、磁、電等普通物探資料上表現(xiàn)為明顯的異常，地震剖面上古潛山的頂面是一個不整合面，反射能量強(qiáng)，低頻相位多，常伴有大量異常波的出現(xiàn)，內(nèi)部難以追蹤到品質(zhì)好的反射同相軸。在南海北部的北部灣盆地發(fā)育灰?guī)r潛山，鉆遇原油，而在瓊東南盆地的東南部發(fā)育多個花崗巖潛山(圖6)，永樂8-1和永樂8-3基巖潛山均鉆遇油氣，珠江口盆地的東部也有潛山發(fā)育，經(jīng)鉆井勘探也有油氣發(fā)現(xiàn)。

礁是指具有一定數(shù)量的造礁生物原地生長形成的堅固的抗浪骨架，在地形上也具有隆起的正性地貌特征，是獨(dú)立的碳酸鹽沉積體，與底辟侵入作用無關(guān)。礁灘體系是南海重要的油氣儲層之一，西沙島嶼的碳酸鹽巖礁灘體系鉆探了科學(xué)鉆井西科1井，珠江口盆地瓊海地區(qū)也有鉆遇生物礁，地震剖面上礁塊標(biāo)志性特征是外形呈丘狀，頂部為彎曲的強(qiáng)反射，內(nèi)部弱振幅或空白，兩側(cè)有上超，側(cè)翼底部有繞射。

鹽丘是一種鹽體向壓力薄弱地點(diǎn)集中的底辟構(gòu)造，由于鹽巖和石膏與圍巖有明顯的密度差，在含鹽層系上覆地層的不均勻負(fù)荷以及構(gòu)造運(yùn)動的動壓力下造成壓差而產(chǎn)生向上塑性流動并擠入圍巖，使上覆巖層發(fā)生拱曲隆起而形成。鹽丘是一種重要的儲油構(gòu)造，它可以與圍巖形成地層圈閉油氣藏，鹽源層頂面與底板的反射波產(chǎn)狀不協(xié)調(diào)，呈現(xiàn)出頂厚翼薄、底板微弱上凸的特征，內(nèi)部只有零星的反射同相軸，沒有很好的成層結(jié)構(gòu)，這些是鹽丘的標(biāo)志性特征。鹽丘多發(fā)育于封閉或半封閉性的海相環(huán)境，比如瀉湖，南海北部無大規(guī)模發(fā)育鹽丘的盆地。

圖6 瓊東南盆地古潛山地震剖面(剖面位置見圖1)Fig .6 Seismic section of buried hill in Qiongdongnan basin(see Fig.1 for location)

3 對油氣成藏的地質(zhì)意義

利用地震資料在南海北部發(fā)現(xiàn)了氣煙囪、氣云、淺層氣屏蔽、泥底辟、泥火山、火山、潛山、礁等多種聲空白或聲混濁模糊異常體，除潛山和礁以外的其他異常體的形成機(jī)制均與盆地流體作用密切相關(guān)，這些熱流體的垂向運(yùn)移泄壓既搬運(yùn)物質(zhì)又?jǐn)y帶能量，而且底侵作用搬運(yùn)的流體物質(zhì)是氣態(tài)或液態(tài)的油氣還是塑性的軟泥或巖漿、流體活動所處階段、是否侵入或刺穿上覆地層、能否突破到海底等因素決定了異常體的類型歸屬，不同類型的異常體顯示不同地球物理特征。

瓊東南盆地、北部灣盆地、雷瓊地區(qū)、珠江口盆地均有巖漿活動，從分布特征上看，巖漿底辟和火山主要發(fā)育在板塊縫合線上，靠深大斷裂或滑脫拆離斷層形成的應(yīng)力薄弱帶溝通幔源物質(zhì)，莫霍面埋深淺的位置或有地幔柱發(fā)育的地區(qū)容易形成巖漿侵入活動。雷瓊地區(qū)的火山巖漿多為基性的玄武巖，成片成群成帶分布，單體發(fā)育規(guī)模??；而瓊東南盆地的火山發(fā)育在深大斷裂處，巖漿為酸性的花崗巖，單體發(fā)育規(guī)模大。不同于北部灣盆地的灰?guī)r潛山，瓊東南的基巖潛山也是花崗巖，珠江口盆地的火山丘也成群帶分布，但其單體規(guī)模介于前兩者之間。泥底辟和泥火山則是在泥巖層厚的位置發(fā)育強(qiáng)烈，新生代后期南海北部陸緣構(gòu)造活動自東向西逐漸減弱，在此背景下，泥火山在臺西南盆地的發(fā)育規(guī)模最大，分布最為廣泛；而西部區(qū)域受紅河走滑斷裂帶持續(xù)活動的影響，鶯歌海盆地泥底辟最發(fā)育，但由于上覆沉積層較厚，出露的泥火山較少。氣煙囪在南海北部多個盆地中均有分布，是流體的上侵，往往伴生在泥底辟或巖漿底辟的上方，多呈幕式活動，其中鶯歌海盆地最為發(fā)育。

南海北部大陸邊緣受紅河斷裂走滑和南海擴(kuò)張拉伸的雙重作用，構(gòu)造活動復(fù)雜而強(qiáng)烈，新生代鶯瓊盆地有大套泥巖層快速沉積，巨厚富含有機(jī)質(zhì)地層的快速沉降導(dǎo)致排水不暢不均衡和地層欠壓實(shí)，莫霍面埋深淺，生排烴作用和水熱增壓進(jìn)一步加劇了溫度壓力的不平衡，地層壓力不均衡和大量應(yīng)力薄弱帶的發(fā)育為流體活動提供了條件。在底侵活動最典型的鶯歌海盆地，越靠近盆地中央底辟規(guī)模越大、越劇烈，往斜坡方向活動強(qiáng)度變緩，氣煙囪規(guī)模變小(圖7)，這與底辟的形成機(jī)制相關(guān)。其中，盆地中央沉積速率快、泥巖量大，烴源母巖富集，有利于其大量排液排烴，流體在斷層和砂巖都很少發(fā)育的泥巖系中運(yùn)移困難，必然會導(dǎo)致地層高壓，深部壓力封存箱高溫及異常高壓使熱流體向低勢區(qū)運(yùn)移泄壓，深層塑性流底辟作用使熱流體軸部圍巖處于引張的低應(yīng)力部位，流體易刺穿形成氣煙囪；斜坡靠近沉積物源，物性偏粗缺乏泥質(zhì)層，且淺層砂泥成巖程度低，膠結(jié)不好、疏松、孔隙發(fā)育，封蓋條件差，流體規(guī)模及

圖7 鶯歌海盆地底辟分布平面圖Fig .7 Location map of diapirs in Yinggehai basin

地層壓力往斜坡方向均變小，不具備醞釀大規(guī)模底辟的條件，但油氣運(yùn)移活躍，容易形成小規(guī)模氣煙囪和逸散成油氣苗或形成海底麻坑。圖7給出了鶯歌海盆地氣煙囪聲渾濁體的平面分布特征，結(jié)合已發(fā)現(xiàn)的油氣分布不難得出沉降中心的底辟與已發(fā)現(xiàn)油氣有很好的疊合性，斜坡帶成群分布的小型氣煙囪說明了斜坡區(qū)油氣運(yùn)移活躍，因此，中央底辟帶未鉆探的底辟構(gòu)造及斜坡帶封閉條件好的圈閉是下一步油氣勘探部署的潛力區(qū)。

南海北部陸緣識別出多種聲渾濁體流體活動系統(tǒng)，其分布的寬泛性證明了該區(qū)流體活動活躍和深部地層超壓。世界上180個超壓盆地中有160個具有重要油氣藏[16]，流體活動系統(tǒng)及所伴生的裂隙可以作為油氣運(yùn)移通道，對油氣成藏有重要意義。泥底辟與泥火山對油氣的生成、運(yùn)移、聚集、保存和破壞、構(gòu)造圈閉形成、儲集層物性等均有不同程度的影響[17]。氣煙囪是油氣運(yùn)移的有力證據(jù)，科學(xué)鉆井證實(shí)南海北部陸緣油氣田多與泥底辟、泥火山、氣煙囪相關(guān)的流體活動系統(tǒng)分布在區(qū)域上有很好的疊置性，如天然氣富集的鶯歌海盆地，現(xiàn)今所有產(chǎn)量均與底辟有關(guān)，底辟深部的泥頁巖是很好的烴源,底辟活動在底辟區(qū)和圍區(qū)形成的裂隙帶可為天然氣縱向運(yùn)移開辟通道[18]，多期次的底辟幕式活動不僅能使核心區(qū)的中深層和淺層形成氣藏，而且在底辟活動波及的翼部也能形成大氣田(圖8)。

圖8 鶯歌海盆地底辟成藏模式Fig .8 Accumulation model of diapir of Yinggehai basin

4 結(jié)論

1) 南海北部陸緣發(fā)育多種地質(zhì)類型的聲渾濁體，其中鶯歌海盆地發(fā)育大量泥-流體底辟、氣煙囪、海底麻坑和油氣苗，瓊東南盆地發(fā)育花崗巖潛山、火山、底辟、礁等，雷瓊地區(qū)發(fā)育大量火山，北部灣盆地發(fā)育灰?guī)r潛山、鉆遇多處火成巖侵入層，珠江口盆地有大量的千米尺度的火山丘，臺西南盆地廣泛發(fā)育泥火山和麻坑。

2) 南海北部陸緣巖漿侵入活動主要發(fā)育在板塊縫合線上或地幔柱附近，板塊縫合線上的火山單體規(guī)模大；泥底辟和泥火山則是在盆地的泥巖層厚的位置發(fā)育強(qiáng)烈。新生代后期南海北部陸緣從東往西泥底辟活動強(qiáng)度變?nèi)?，泥火山在臺西南盆地的發(fā)育規(guī)模最大，分布最為廣泛；西部區(qū)域受紅河走滑斷裂帶持續(xù)活動的影響，鶯歌海盆地泥底辟最為發(fā)育，但由于上覆沉積層較厚，出露的泥火山較少；氣煙囪是流體的上侵，往往伴生在泥底辟或巖漿底辟的上方，從盆地沉積中心往盆緣方向規(guī)模變小，若通達(dá)海底多伴生油氣苗和海底麻坑。