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)

?

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，該區巖漿活動的研究較為缺乏，天然氣成藏機理不清。本次研究通過均方根振幅、相干技術、時間切片、地層切片、多屬性融合以及三維可視化技術刻畫了巖漿巖特征，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油氣勘探的二氧化碳規避起到一定的借鑒作用。

巖漿巖；二氧化碳；火山機構；碟形侵入；強制褶皺；臺北坳陷

引 言

巖漿巖侵入和噴出的研究在過去10 a已經取得重要進展，幾個重要的認識逐漸被學界接受，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系并不明確。東海陸架盆地的麗水—椒江凹陷在新生界發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 區域地質背景

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上典型的新生代復式半地塹。晚白堊世晚期到始新世，火山島弧向東跳躍，東海陸架盆地變為弧后盆地，先在盆地西部形成古新世裂陷，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，為斷陷構造層，地層分割性強；古新世晚期靈峰組上段、明月峰組、始新統甌江組、溫州組沉積時期為斷坳構造層，次級斷裂開始大量發育，厚度變化較為穩定；漸新世時期地層抬升缺失，巖漿活動達到頂峰；在中新世后再次進入活躍期，為熱沉降構造層，斷裂較不發育。隨著上述演化的進行，凹陷內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合體；近地表葉狀侵入巖床；火山機構及火山噴發物質。大規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Trude提出的方法定年[2]，認為“上覆強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”。碟形侵入的發育機制也存在爭議，S?renssen等[3]提出了含一個中心點物源的模式，Francis[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，對已發現的二氧化碳氣藏直接貢獻較小。

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第一次使用術語“葉狀巖床”來形容Solsikke復合巖床[7]。在椒江凹陷發育3組大型朵葉體(圖1)，麗水凹陷也有大面積發育。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被高度分割，形成機理與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 火山機構

麗水凹陷發育多處火山機構，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，其噴發年代同于沉積地層。火山機構可厚達數百米，如緬甸陸上島弧帶的火山機構分布[9]。通過地層切片把巖漿巖頂底面之外的數據刪除(圖2)，藍色為相干高值反映斷裂，在構造脊部位地層擠壓變形，發育垂直走向的撕裂斷層。火山機構A發育在構造脊低部位，LX2井西部，顯示出強振幅(紅色)。在這套海相富泥沉積中，同時代發育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，世界上已發現的二氧化碳氣藏，在麗水—椒江凹陷所處的環太平洋成礦帶分布較為集中，尤其是西岸，其特點是常規烴類氣和幔源二氧化碳大量共存[10]。與其類似，麗水凹陷發現3個高含二氧化碳氣藏，麗水36-1構造為烴類與非烴類共存。南平5-2(S1井)和溫州13-1(W13井)構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，屬于無機成因，具有幔源氣特征。麗水凹陷二氧化碳氣藏樣品的碳同位素δ13C值均大于-10‰，目前認為是典型的無機成因氣，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認為[11]大氣二氧化碳含量的幕式升高直接來源于數期大規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的大規模溢流相巖漿巖，兩側地層掀斜上翹，頂部地層下陷，通道內部反射雜亂，巖漿通道周圍的伴生斷裂，是二氧化碳良好的運移通道。

3.2 深大斷裂控制

S1井(南平5-2構造)在靈峰組上段測試2次，共獲日產氣32.4×104m3/d，含二氧化碳97.6%。該構造位于麗水東次凹西部潛山帶之上。盡管西部斜坡發育巖漿活動，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移，因而不能為南平5-2構造提供氣源，因此，二氧化碳來自深大斷裂的溝通。潛山帶北側發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入活動轉換期，在新近紀消亡。基底斷裂可以捕獲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構造二氧化碳成藏的影響

麗水36-1構造(LX1井)的二氧化碳成藏機制較為復雜。該構造在明月峰下段(圖4)鉆遇的二氧化碳含量為32.6%，同位素研究認為主要源于地幔。早期觀點籠統認為來自火山活動，也有研究認為是煙囪構造成因，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氣藏的貢獻。

4.1 火山機構A

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

圖4 火山機構B在均方根振幅上的響應

4.2 火山機構B

在麗水三維覆蓋區北部發育火山機構B(圖4)，剖面顯示為穩定的水平強反射，覆蓋于中新統不整合面之上。巖漿巖頂底面所夾時窗的均方根振幅屬性圖上可見低平火山口，呈近圓形，溢流相覆蓋區亦呈近圓形，溢流相邊緣可見樹杈狀細小分叉結構，全部溢流面積達582 km2(圖1)。火山口距LX1井16.1 km，發育在構造脊低部位的北側，噴發時期接近23 Ma，為中新世早期。

盆地模擬研究認為，麗水凹陷月桂峰組烴源巖排氣高峰為始新世至漸新世。油氣大規模向麗水36-1構造運移發生在漸新世后期[12]，油氣沿斷層向淺部運移并與上古新統生成的油氣一起進入淺部儲集層明月峰組。而火山機構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、或從構造低部位順層向上運移的二氧化碳，造成烴類氣藏部分被排替。之后盆地整體沉降，麗水凹陷再未經歷大的構造運動，保存了該混合氣藏。

5 結 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合體；近地表葉狀侵入巖床，火山機構。其活動產生的二氧化碳可以直接成藏，或對已形成的油氣藏產生排替作用。

(2) 二氧化碳可在巖漿通道處的煙囪結構附近直接成藏，該類氣藏較易識別；也可在遠離淺層巖漿活動區域、受控于基底深大斷裂、捕獲幔源物質或殼內巖漿房脫氣產生的二氧化碳成藏，其規避需要落實斷裂和深部巖漿活動的關系。

(3) 勘探階段二氧化碳的規避是一個難題，準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系，對二氧化碳的成藏研究起關鍵作用。麗水36-1的構造實例表明，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，商業價值降低，而先期古新世的巖漿活動對此并無貢獻。油氣勘探需要規避在主運移方向上、圈閉形成同期及其后期的巖漿活動。

[1] 馮曉杰，蔡東升，王春修，等.東海陸架盆地中新生代構造演化特征[J].中國海上油氣(地質)，2003，17(1)：35-39.

[2] Trude J，Cartwright J，Davies R J，et al.New technique for dating igneous sills[J].Geology，2003，31(9)：813-816.

[3] Malthe-S?renssen A，Planke S，Svensen H，et al.Formation of saucer-shaped sills[J].Geological Society，2004，234(1)：215-227.

[4] Francis E H.Magma and sediment-I emplacement mechanism of late carboniferous tholeiite sills in northern Britain：President’s anniversary address 1981[J].Journal of the Geological Society，1982，139(1)：1-20.

[5] Chevallier L，Woodford A.Morpho-tectonics and mechanism of emplacement of the dolerite rings and sills of the western Karoo，South Africa[J].South African Journal of Geology，1999，102(1)：43-54.

[6] Guo R，Zhang G，Zhang J，et al.Fingered intrusion of shallow saucer-shaped igneous sills：Insights from the Jiaojiang Sag，East China Sea[J].Acta Geologica Sinica(English Edition)，2013，87(5)：1306-1318.

[7] Hansen D，Cartwright J.Saucer-shaped sill with lobate morphology revealed by 3D seismic data：implications for resolving a shallow-level sill emplacement mechanism[J]. Journal of the Geological Society，2006，163(3)：509-523.

[8] Miles A，Cartwright J.Hybrid flow sills：a new mode of igneous sheet intrusion[J].Geology，2010，38(4)：343-346.

[9] 張科，趙汝敏，齊凱，等.緬甸陸上島弧帶火山機構反射特征及分布規律[J].特種油氣藏，2013，20(5)：68-72，154.

[10] 魯雪松，王兆宏，魏立春，等.松遼盆地二氧化碳成因判識與分布規律[J].石油與天然氣地質，2009，30(1)：97-101，107.

[11] Ruhl M，Kürschner W M.Multiple phases of carbon cycle disturbance from large igneous province formation at the Triassic-Jurassic transition[J].Geology，2011，39(5)：431-434.

[12] 金曉輝，林青，傅寧，等.南海北部二氧化碳對天然氣水合物形成與分布的影響[J].石油實驗地質，2013，35(6)：634-639.

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”(2011ZX05023-006)

郭瑞(1980-)，男，工程師，2003年畢業于中國石油大學(北京)地質工程專業，2007年畢業于該校礦產普查與勘探專業，獲碩士學位，現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