鶯瓊結(jié)合部氣煙囪群地震響應(yīng)特征

宋瑞有，胡 林，黃義文，胡潛偉，侯靜嫻

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057)

0 引 言

南海在新生代經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化，沿其北部大陸邊緣形成了鶯歌海、瓊東南、北部灣、珠江口和臺(tái)西南等一系列新生代裂谷盆地[1]。裂谷盆地的地層在大規(guī)模裂張前及裂陷時(shí)期，因受拉張應(yīng)力作用會(huì)產(chǎn)生大量可成為地層深層高壓泄壓指向的應(yīng)力薄弱帶，為深部地層的油氣等流體和泥巖或火成巖等塑性物質(zhì)向上的侵入活動(dòng)提供通道。侵入事件會(huì)形成縱波地震模糊帶，分析模糊帶成因機(jī)制對(duì)盆地變形、烴源巖、流體運(yùn)移等的研究有重要意義。該文從地震響應(yīng)特征入手，分析研究鶯瓊交接部位的模糊帶，為下一步勘探提供基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

鶯瓊結(jié)合部位于南海西北部鶯歌海盆地和瓊東南盆地的盆緣交接部位(圖1)，處于太平洋、印澳、歐亞三大板塊的交匯處，受南海擴(kuò)張拉伸和紅河斷裂走滑活動(dòng)的雙重作用，加之多板塊相互作用使得該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈而復(fù)雜，鶯瓊盆地有大套泥巖層沉積，烴源巖發(fā)育、油氣資源豐富，但巨厚地層的快速沉降導(dǎo)致排水不暢和地層欠壓實(shí)，溫度壓力的不平衡在生排烴作用及水熱增壓下進(jìn)一步加劇，大量應(yīng)力薄弱帶的發(fā)育和地層壓力不均衡造成的高溫高壓異常為侵入活動(dòng)提供了條件。由于南海北部陸緣構(gòu)造活動(dòng)活躍，侵入或刺穿事件廣泛發(fā)育，存在大量地質(zhì)異常體，在鶯歌海盆地的中央底辟帶有大量泥底辟構(gòu)造發(fā)育[2]，在鶯東斜坡帶發(fā)現(xiàn)大量油氣苗、海底麻坑和氣煙囪；瓊東南盆地富集火山、基巖古潛山、氣煙囪等；海南隆起的北部有100余座玄武巖火山；北部灣盆地靠近雷瓊地區(qū)鉆遇多處火成巖的侵入層；在珠江口盆地發(fā)現(xiàn)多個(gè)千米尺度火山丘[1]；在東部的臺(tái)西南盆地泥火山和麻坑廣泛發(fā)育[3]。

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

研究區(qū)為2017年鶯瓊結(jié)合部新采集的三維地震資料覆蓋區(qū)域(圖1)，范圍橫跨了鶯歌海盆地的鶯東斜坡南端和瓊東南盆地的崖北凹陷西區(qū)、崖城凸起西端，與崖13-1低凸起和海南隆起相接，多種構(gòu)造單元交匯，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜、油氣資源活躍。在靶區(qū)存在6個(gè)地震模糊異常體(圖2)，規(guī)模不一、形態(tài)多樣，地質(zhì)類型歸屬有待落實(shí)。南海北部陸緣已識(shí)別出多種導(dǎo)致地震模糊的流體活動(dòng)系統(tǒng)，而其所伴生的裂隙可以作為油氣滲流系統(tǒng)，對(duì)油氣運(yùn)聚成藏有重要意義。將研究區(qū)6個(gè)異常體的地震響應(yīng)特征及成因機(jī)制與鄰區(qū)異常體對(duì)比，分析其地質(zhì)意義。

圖2 研究靶區(qū)異常體分布平面圖Fig.2 Plan distribution of anomaly bodies in study target zones

2 模糊異常體地震響應(yīng)特征

地震資料上的反射模糊帶成因類型多樣，可由泥底辟、泥拱、泥火山、氣煙囪、火山、古潛山及鹽丘和礁等多種異常地質(zhì)體造成，淺層氣屏蔽或較差的資料品質(zhì)也可造成地震剖面上的模糊帶，但在成因機(jī)制和地震響應(yīng)特征上存在一定區(qū)別。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；而塑性的泥是泥拱、泥底辟、泥火山等主要的流動(dòng)物質(zhì)，軟泥流整體穹起其上覆巖層，拱起而成為泥拱，若是侵入到上覆地層中則會(huì)形成泥底辟，如果泥流進(jìn)一步刺穿海底而爆發(fā)則會(huì)形成泥火山；若是巖漿底辟刺穿到地表則是傳統(tǒng)意義上的火山。

2.1 鶯瓊結(jié)合部異常體地震響應(yīng)特征

研究區(qū)異常體有4個(gè)(a、b、c、d)分布于鶯歌海盆地鶯東斜坡的南端，2個(gè)(e、f)分布于瓊東南盆地崖北凹陷的西端。其中，最大的異常體a位于鶯東斜坡的1號(hào)斷裂帶附近，該位置處于紅河走滑斷裂的隱蔽式斷裂帶[4]，局部張性破裂使得該處成為泄壓指向的應(yīng)力薄弱帶。異常體a位于運(yùn)移路徑上的橋頭堡位置，而另外5個(gè)異常體更靠近海南隆起。從地震資料上看，這些異常體具有明顯的垂向擾動(dòng)特征，外部形態(tài)均為管狀結(jié)構(gòu)，不具備流體母源囊構(gòu)造，有筒式被刺穿特點(diǎn)，異常體兩側(cè)深部的反射層整齊中斷，外側(cè)地層未發(fā)生變形或明顯位移，說明地層被強(qiáng)烈刺穿，無伴生拱起構(gòu)造，不具備因拱升而向上牽引的特征，反映了形成時(shí)間短，是能量極大的外力作用結(jié)果；這些柱狀外形的異常體頂界面為連續(xù)強(qiáng)振幅反射，異常體a頂面產(chǎn)狀不一，至少有3期噴發(fā)(圖3)，各期發(fā)育程度不一，反映流體能量差異，其他5個(gè)異常體均為穹起的上拱頂面(圖4)，但不成錐狀，頂界面呈連續(xù)強(qiáng)振幅反射，說明流體聚集在頂部仍在蓄能階段沒有突破上覆地層而泄壓；底界面難以準(zhǔn)確識(shí)別，但地震剖面上2 s左右埋深處均可看到其根部。異常體的內(nèi)部反射成像不清但不是完全模糊的空白區(qū)或雜亂反射，而是有一定的成層性，為弱振幅、弱連續(xù)性反射，產(chǎn)狀上繼承性穹起。地震相干性因原始地層的連續(xù)性被流體上侵破壞而變差，將目標(biāo)區(qū)三維地震運(yùn)算出相干體，并進(jìn)行三維可視化分析，可對(duì)地震模糊體群刻畫表征研究(圖5)。

圖4 異常體b—f地震剖面反射特征(測(cè)線位置見圖2)Fig.4 Reflection characteristics of anomaly bodies “b”-“f” on seismic section (The line location is shown on Fig.2)

圖5 異常體三維可視化表征Fig.5 3D visualization characterization of the anomaly bodies

這些異常體整體呈煙囪狀，根部埋深淺，遠(yuǎn)達(dá)不到軟流圈的深度，說明不是幔源的巖漿火山。異常體平面分布上也呈近南北向排列，這與中央底辟帶底辟的排列方向一致，在方差體1 s的水平等時(shí)切片上也可以清晰地看到異常體核部有近南北向斷層的影子(圖2)，說明了與中央底辟帶同一應(yīng)力機(jī)制的極大可能性。這些異常體規(guī)模要比中央底辟帶的底辟小得多。綜合來看，從盆地沉降中心往斜坡方向異常體的規(guī)模呈逐漸減小的趨勢(shì)。

經(jīng)地震波的數(shù)值模擬正演驗(yàn)證，如果地震反射模糊體與其圍巖的分界處存在巖性的突變，則地震上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)反射界面，而當(dāng)分界接觸帶為巖性漸變時(shí)，在地震上則會(huì)形成反射過渡帶，如果僅改變地層充填的流體而巖石骨架無巖性變化，則模糊區(qū)的地震反射內(nèi)部構(gòu)型仍有一定的層序性。鶯瓊結(jié)合部異常體群的速度跟圍巖差別不大，明顯不具火成巖聲學(xué)屬性，其地震響應(yīng)特征與氣煙囪的波組波系特征吻合。氣煙囪是流體沿管狀通道向上侵入運(yùn)移而導(dǎo)致的地質(zhì)現(xiàn)象，其形似煙囪而又具煙囪效應(yīng)，地震相為聲空白或聲混濁，是流體垂向運(yùn)移泄壓有利通道，其中，鶯東斜坡中南段有較多氣煙囪，與鶯瓊結(jié)合部異常體所處盆地位置相近，地質(zhì)背景類似、發(fā)育規(guī)模相當(dāng)，其附近油氣苗分布廣泛且異常發(fā)育(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[5]，證明該區(qū)油氣運(yùn)移活躍，鶯瓊結(jié)合部處在盆地邊緣接觸帶，受紅河斷裂及南海擴(kuò)張影響，復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)使該區(qū)地層地應(yīng)力薄弱，油氣上侵形成氣煙囪。

2.2 異常體地球物理特征及成因機(jī)制

南海北緣各沉積盆地中已發(fā)現(xiàn)火山、古潛山、氣煙囪、泥底辟、泥火山和礁等多種地震模糊體，其形成的機(jī)制多數(shù)與盆地內(nèi)流體的底侵作用相關(guān)，熱流體發(fā)生垂向運(yùn)移而泄壓，既攜帶能量又搬運(yùn)物質(zhì)，異常體的類型歸屬主要由搬運(yùn)的物質(zhì)是塑性的巖漿或軟泥還是液態(tài)氣態(tài)的油氣、是僅拱起還是侵入或刺穿上覆地層或突破到地表等因素所決定，雖然均為地震模糊帶，但不同地質(zhì)類型的地震模糊體具有不同地球物理特征。

鶯歌海盆地油氣滲流系統(tǒng)異常發(fā)育，主要有氣煙囪、泥-流體底辟、油氣苗、海底麻坑等多種形式。盆地底辟構(gòu)造有多種類型，既有單獨(dú)的流體底辟、泥底辟，也有下泥底辟、上流體底辟的泥-流體底辟組合結(jié)構(gòu)，中央底辟帶的多口探井已證實(shí)，泥底辟內(nèi)部反射雜亂而流體底辟反射弱但仍有層序性是地震上區(qū)別二者主要特征[6]。流體底辟在常規(guī)地震剖面中成條帶或塊狀分布，根據(jù)其外形稱為氣煙囪或氣云，流體垂向運(yùn)移使得底辟區(qū)裂隙通道中大量含氣，造成聲波低速異常和反射屏蔽，縱波的高頻能量通過這種含氣層時(shí)會(huì)被大量吸收，速度也比圍巖明顯降低，因此，地震上氣煙囪內(nèi)部呈低頻、弱振幅，鶯歌海盆地鉆井證實(shí)流體底辟內(nèi)地層成層性好[7]。多波勘探技術(shù)利用S波只受巖石骨架影響的特點(diǎn)，鶯歌海盆地縱波剖面上的氣煙囪模糊區(qū)在S波資料上顯示了良好的連續(xù)性，說明異常體的模糊反射是流體造成的。

火山一般發(fā)育在板塊縫合線附近及大斷裂處，是巖漿底辟突破地表的產(chǎn)物。巖漿囊由聚集在地下深部的巖漿形成，其壓力隨著巖漿的積聚而不斷增大，當(dāng)上覆巖層靜壓力被突破時(shí)就會(huì)發(fā)生巖漿的底辟作用，巖漿流刺穿擠入圍巖而形成火山頸，若突破到地表則會(huì)爆發(fā)或噴溢形成火山?；鹕交顒?dòng)在海南島北部甚為活躍，自新生代至今就有10期59次噴發(fā)，形成100余座火山[8]，瓊北火成巖帶狀分布，受斷裂控制，由下地幔的海南地幔柱巖漿熱物質(zhì)通過深大斷裂上涌形成[9]。瓊北火山并不以海南隆起為單元，瓊州海峽南北兩側(cè)的巖石結(jié)構(gòu)在電性資料上具有明顯連續(xù)性，這說明雷州半島和海南島的火山區(qū)同屬于華南古陸，而華南陸緣的早期地下莫霍面向上抬升，雷瓊裂谷在地殼被拉張減薄的背景下而產(chǎn)生，裂谷內(nèi)火山噴發(fā)以及第四紀(jì)地層的沉積形成現(xiàn)今的雷瓊火山區(qū)，雷瓊地區(qū)在南海擴(kuò)張期間及后期一直為強(qiáng)拉張性區(qū)域，深部地層的高溫巖漿底侵，形成巖漿侵入層或火山[10]。海南島南北兩側(cè)以昌江至瓊海一線為界，地球物理和地質(zhì)特征有明顯差異，磁性基底研究表明，鶯瓊結(jié)合部未發(fā)現(xiàn)下地殼高速層或大規(guī)模巖漿底侵，更傾向于非火山型構(gòu)造屬性[11]。瓊東南盆地寶島火山是由于盆地伸展，地殼減薄地幔上涌加劇拉伸導(dǎo)致地殼破裂，地幔與斷層溝通而形成火山，寶島火山內(nèi)部地震反射雜亂、無層序，兩側(cè)圍巖的沉積受頂部火山錐的控制，圍巖上超在其錐翼上，且兩側(cè)地層見明顯切割或上拉(圖6)，這說明巖漿的拱升擠入，深部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為莫霍面中斷、錯(cuò)動(dòng)。

圖6 寶島火山地震剖面 (測(cè)線位置見圖1中Line1) Fig.6 Seismic section through the Baodao volcano (The line location is the Line 1 on Fig.1)

泥底辟與泥火山成因機(jī)制相同，其發(fā)育演化規(guī)律相似，地殼深部有高塑性且欠壓實(shí)較小密度的泥頁巖，在密度倒置動(dòng)力體系下產(chǎn)生差異重力作用，從而導(dǎo)致了泥頁巖的流動(dòng)上拱和上侵，這些泥流體使上覆的巖層隆起彎曲或者侵入刺穿到上覆地層的薄弱帶，若能刺穿地表而噴發(fā)形成正地形就稱為泥火山，而未出露到地表或海底的稱為泥底辟[12]。泥火山內(nèi)部地震反射聲學(xué)透明或混雜凌亂，圍巖形變上翹。泥巖底辟作用的一個(gè)重要特征是發(fā)育過程中對(duì)地層強(qiáng)烈侵蝕，但泥底辟熱流體活動(dòng)常伴生氣煙囪，因其上部通常不是泥巖穿刺而是流體突破。南海北部陸緣的構(gòu)造活動(dòng)在新生代的后期自東向西而逐漸減弱，東部臺(tái)西南盆地的泥火山的發(fā)育規(guī)模最大且分布廣泛，而西部區(qū)域鶯歌海盆地在紅河走滑斷裂帶的持續(xù)活動(dòng)影響的背景下泥底辟現(xiàn)象最發(fā)育，但是由于其上覆的沉積地層較厚而難以刺穿，故出露的泥火山卻較少[3]。

古潛山是上覆地層沉積前已經(jīng)形成正向構(gòu)造，瓊東南盆地和北部灣盆地的多個(gè)古潛山鉆遇油氣，其在重、磁、電等物探資料上表現(xiàn)為明顯異常，側(cè)面上覆地層超覆在其穹窿的翼部，頂面是一個(gè)強(qiáng)反射不整合面，常伴有大量的繞射波、斷面波、回轉(zhuǎn)波、側(cè)面波等異常波出現(xiàn)。礁在地形上具有向上隆起的正地貌特征，但與底辟侵入作用無關(guān)，礁是獨(dú)立碳酸鹽巖沉積體，是一定數(shù)量的造礁生物在原地生長而形成的堅(jiān)固抗浪骨架，礁灘體系也是南海重要的油氣儲(chǔ)集層，珠江口盆地的瓊海地區(qū)鉆遇生物礁，西沙礁灘也鉆探了西科1井，地震剖面上礁塊外部形態(tài)呈丘狀，其頂部是彎曲的強(qiáng)反射，而內(nèi)部地震反射空白或者弱振幅，兩側(cè)地層上超接觸，側(cè)翼底部往往有繞射現(xiàn)象。鹽丘是由于鹽巖和石膏與其圍巖有明顯的密度差而導(dǎo)致鹽體向壓力薄弱區(qū)集中的底辟構(gòu)造，含鹽層系在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力及上覆地層的不均勻負(fù)荷下而向上塑性流動(dòng)拱起并擠入圍巖，鹽丘可與圍巖形成地層圈閉，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，鹽丘內(nèi)部只有零星反射，無好的成層結(jié)構(gòu)。

2.3 模糊異常體地震相類比

鶯瓊結(jié)合部的6個(gè)地震模糊異常體經(jīng)研究認(rèn)為是氣煙囪，其在形態(tài)、規(guī)模、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、與圍巖接觸關(guān)系等方面與巖漿和泥頁巖的底辟活動(dòng)存在著明顯的不同。這些穿刺模糊體與圍巖的巖性差異不大，沒有導(dǎo)致圍巖產(chǎn)狀的巨變，說明不是大量的塑性物質(zhì)的整體擠入，其沒有突破到地表，其頂部也沒有圍巖上超，說明其基本不控制圍巖的沉積，不具備火山形成必備的巖漿囊，也無火山錐，無直達(dá)幔巖的火山頸，其根部最深的也只是到2 s左右的基底附近，距離地幔還很遠(yuǎn)。其形態(tài)呈垂向的煙囪狀構(gòu)造，不同于瓊東南盆地寶島火山的深部寬緩、淺部尖細(xì)的錐狀(圖6)，異常體內(nèi)部不是火山或泥底辟式的完全反射雜亂而是有一定的層序性，不像火山錐因火成巖與沉積巖反射系數(shù)差異大而邊界有清晰的界面。

3 討 論

研究全球180個(gè)超壓盆地中的160個(gè)油氣藏發(fā)現(xiàn)，烴類流體在超壓體系中形成積聚使得高壓加劇，在同生斷裂和水力壓裂條件下突破上覆地層泄壓，引發(fā)油氣的幕式運(yùn)聚成藏[13]。鶯歌海盆地的異常高壓主要是由于新生代的快速沉積使地層欠壓實(shí)與排液不均衡，巨厚富含有機(jī)質(zhì)具有很強(qiáng)生烴能力的海相沉積物的快速沉積，生烴與水熱增壓作用及大量新生流體作用使超壓進(jìn)一步加劇，鶯歌海盆地的莫霍面埋深很淺，地幔的高溫經(jīng)基底巖石傳導(dǎo)到沉積層中，為盆地產(chǎn)生異常高溫加速了生排烴作用，為該區(qū)底辟的形成提供了熱演化環(huán)境。鶯歌海盆地的流體底辟基本是原始地層作用，是向上運(yùn)動(dòng)的流體穿破地層形成裂縫，裂縫及充填其中的物質(zhì)使地震反射雜亂[14]，這種穿刺不改變圍巖巖性，穿刺構(gòu)造不同于泥底辟通過控制地形變化來控制沉積。分布特征上，規(guī)模越大、活動(dòng)越劇烈的底辟越靠近盆地中央，而往斜坡方向有活動(dòng)強(qiáng)度變緩和底辟規(guī)模變小的規(guī)律，這與底辟形成的機(jī)制有關(guān)，因?yàn)榕璧刂醒氲某两抵行某练e速度快、泥巖厚且量大，缺少斷層和砂巖，烴源母巖富集導(dǎo)致生排烴作用強(qiáng)，流體在致密的泥巖層系中難以排出，必然會(huì)積聚導(dǎo)致地層的高壓，形成高溫及異常高壓的深部壓力封存箱，能量積蓄，導(dǎo)致強(qiáng)烈的底辟上侵活動(dòng)。斜坡區(qū)更靠近沉積物源，沉積地層的物性偏粗且缺乏泥質(zhì)層，而且沉積地層埋深淺，砂泥的成巖程度低、壓實(shí)不夠而較疏松、膠結(jié)也不好，因此，孔隙相對(duì)發(fā)育、封蓋條件較差，流體積聚的量及地層壓力往斜坡方向均呈減小趨勢(shì)，這不利于大規(guī)模底辟活動(dòng)的醞釀，但因其通道通暢，油氣運(yùn)移較活躍，油氣容易逸散成油氣苗或形成小規(guī)模氣煙囪及海底麻坑。研究區(qū)異常體a比另外5個(gè)異常體規(guī)模大是因?yàn)槠涓拷枷萆畈?，地層壓力大，且其處在剪張破裂的?gòu)造薄弱帶是泄壓的主要突破區(qū)，加之構(gòu)造活動(dòng)成為其誘發(fā)條件，使其發(fā)生多期幕式上侵。

氣煙囪是油氣運(yùn)移的有力證據(jù)，中國近海最大油田蓬萊19-3油田的縱波地震剖面上大面積明顯的氣煙囪是油氣充注能力強(qiáng)的有力證明[15]，超壓源巖或深層的成藏圈閉遭破壞均可形成氣煙囪的母源，氣煙囪群的發(fā)育是鶯瓊結(jié)合部油氣運(yùn)移活躍的佐證，研究靶區(qū)南部是崖城13氣田，西部是樂東10和樂東22氣田，研究區(qū)的探井均鉆遇油氣(圖7)，YC7X井發(fā)現(xiàn)1.5m氣層，YC14X井發(fā)現(xiàn)3.9m油層，Y6、YC81X和YC82X井也均有油氣顯示，經(jīng)研究分析認(rèn)為這5口井所鉆探目標(biāo)未大規(guī)模成藏的主要原因?yàn)槿﹂]有效性。用新三維地震資料在該區(qū)落實(shí)了大批構(gòu)造圈閉和巖性圈閉，該區(qū)近沉積物源，保存條件風(fēng)險(xiǎn)大，封蓋條件好的圈閉可作為下一步勘探突破的潛力目標(biāo)[16-25]。

圖7 研究靶區(qū)目標(biāo)分布Fig.7 Plan distribution of study target zones

4 結(jié) 論

(1) 鶯瓊結(jié)合部的地震模糊帶異常體具有規(guī)模小、一定層序性弱振幅、無巖漿囊、根部淺等賦存特征，與圍區(qū)巖漿火山、泥火山、泥底辟、古潛山等模糊異常體的地震響應(yīng)特征差異巨大，經(jīng)研究將這些模糊帶定性為氣煙囪。

(2) 鶯瓊結(jié)合部氣煙囪成群成帶分布，第四紀(jì)晚期仍在活動(dòng)，反映該區(qū)油氣運(yùn)移活躍，是有利油氣富集區(qū)，該區(qū)勘探程度低，近沉積物源封蓋條件匱乏，建議根據(jù)油氣運(yùn)聚成藏理論，預(yù)測(cè)優(yōu)選保存條件好的目標(biāo)進(jìn)行下一步勘探。