高郵凹陷底辟構造與油氣關系研究

鄭元財，李東亮，李儲華，杜二鵬

（中國石化江蘇油田分公司勘探開發研究院，江蘇揚州 225009）

地殼深部的塑性物質向上運移并對上覆巖層的構造作用，稱為底辟作用。底辟作用形成的構造變形稱之為底辟構造。底辟構造是一種差異垂直位移的構造，包含巖漿巖底辟作用形成的構造變形、變質巖底辟形成的構造變形和低密度沉積巖底辟形成的構造變形［1］。底辟構造結構分為底辟核、核上構造層、核下構造層。根據底辟核與核上構造的巖層關系，又分刺穿底辟構造和隱刺穿底辟構造（圖1）。而一般也根據發生刺穿作用時的溫度，將底辟核溫度小于200℃稱低溫底辟構造；高于200℃稱高溫底辟構造；巖漿侵入隆升的構造，為熱底辟構造。

圖1 隱刺穿底辟和刺穿底辟模式

目前對巖漿底辟構造運動學和動力學的研究仍然是處于逐步完善的階段，對巖漿底辟構造的成因機理認識不全面。Grout F F［2］首次提出巖漿底辟理論，Hutton D H W［3］利用物理和數值模擬的手段探討巖漿底辟構造的形成機制，認為巖漿從深部向淺層運移的過程中，一般存在底辟隆升、上升破裂-巖墻、側向擠壓等三種機制的侵入過程。壓力梯度是巖漿上升、運移侵位、形成底辟構造的主要動力［3-7］。

蘇北盆地是新生代盆地，為“斷陷-坳陷”結構復合型盆地，在盆地發展過程中，大量的巖漿侵入淺層，具備形成廣義巖漿底辟構造的條件。高郵凹陷位于蘇北盆地的中部，是兩大富油凹陷之一。盆內沉積了下白堊統泰州組（K1t）、古新統阜寧組（E1f）、始新統戴南組（E2d）、三垛組（E2s）、新近系鹽城組（Ny）、第四系東臺組（Qd）。經歷了吳堡、三垛、鹽城、東臺等四期構造運動。伴隨構造運動的發生，形成了多期巖漿侵入，其中E1f—Ny中最為常見。迄今為止高郵凹陷的巖漿侵入進行了接觸蝕變研究［8-9］，缺乏巖漿侵入的底辟構造深入認識，對底辟構造特征、成因機制以及與油氣的關系等尚需理清楚。因此區域巖漿底辟構造特征、成因及平面分布規律以及底辟構造與油氣成藏關系的研究，對油氣勘探具有重要指導意義。

1 底辟構造類型及成因

1.1 底辟的類型

高郵凹陷巖漿底辟構造類型主要有兩種：蓋層斷層型底辟構造和基底型底辟構造。蓋層斷層型底辟構造發生的條件是核上層斷層形成的落差。巖漿于塑性巖層侵入時遇阻發生上拱，形成的底辟構造長軸方向與斷層走向平行或者一致。此類底辟構造分布緊貼于早期形成的北東向斷層，圈閉類型為復雜化的背斜、斷鼻和斷塊，并隨著巖漿刺穿作用的發生而演變形成巖墻遮擋型圈閉，如Y21、Y21xi、F18、S34、H24 等底辟構造（圖2、圖3a）。基底型底辟構造發生的條件是基底的核下層的巖性起伏。巖漿于侵入時由于基底地形的差異（這種地形的差異，可以是構造成因，也可以是非構造成因），發生轉向形成上拱，形成的底辟構造長軸方向與基底構造長軸走向平行。核上層的圈閉類型為背斜、斷鼻、斷塊等，如Y36等（圖2、圖3b）。

圖2 高郵凹陷永-富-花地區底辟構造分布

圖3 兩類底辟構造地震剖面

1.2 底辟的成因

巖漿由深及淺的侵位過程中，壓力梯度不斷調整變化，并獲得侵入動力［10-12］。從研究區蓋層斷層型底辟構造和基底型底辟構造的分布特征看，底辟作用的發生源于外部環境（阻擋）的變化，與外部環境的變化有著直接的關聯，底辟構造與阻擋的蓋層斷層、基底地形坡折有對應關系，二者具有空間上的“位態”耦合關系。

深部高溫、高壓巖漿在構造應力、浮力的驅動作用下，從深部的漿房沿著拆離斷裂或韌性剪切帶往上運移和上升，并在運移過程中隨著溫壓的改變［4-9］，不斷拓展獲得擴展侵入的動力，遇見早先斷層及地形坡折的阻擋，巖漿發生局部的加積而增厚，形成了小型巖漿房，當積攢、蘊含能量足夠大時，發生了底辟作用，隆升上覆地層，底辟構造形成。隨著巖漿的多期侵入活動，底辟構造多期反復改造，形成的底辟伴生構造更加復雜。底辟作用產生的拱張力越強，核上構造的幅度越大。當巖漿上拱的應力減小時，幅度也減小，常以枕或脊的形態出現，隱刺穿的背斜構造形成。當巖漿上拱的底辟作用足夠大時，幅度也會相應增大，也經常造成原來的阻擋斷層開啟或新的斷裂生成，底辟構造演變成為破裂-巖墻作用下的復合構造。

早期的蓋層斷層阻擋形成斷層兩側巖性的水平差異，造就了局部塑性層腔體空間的縮小，形成阻擋的外部環境；后期巖漿在沿著塑性巖層層理面侵入運移到此處時，由于局部的塑性腔體空間較少而聚集，并形成局部的漿房，積攢隆升能力，進而形成底辟構造。蓋層斷層底辟構造與自身蓋層的斷層發育形成底辟構造的幾何學特征（底辟構造長軸的發育方向）有直接的關聯，屬于自身形變引起二次形變，比如高郵凹陷的Y21、Y21xi 底辟構造（圖2、圖4a、圖4b）。基底地形坡折形成侵入空間巖性的縱向差異，引起基底坡折的可能是斷層、古隆起等，基底的巖性為相對脆性，巖漿侵入時受基底地形坡折變化而改變侵入路徑。隆升引起了上覆巖層的底辟構造形成，屬于外源引起的形變，比如高郵凹陷的Y36底辟構造（圖2、圖4a、圖4c）。

圖4 底辟構造形成模式

2 底辟構造可識別特征

高郵凹陷的底辟構造為巖漿侵入受阻擋所形成，與國內其他地區巖漿從深部沿著火山通道侵入而形成的底辟構造存在明顯火山口構造有所區別［13-16］。雖然地震反射特征上無明顯的巖漿巖火山口內雜亂反射，但是侵入巖的侵入作用改變原來地層結構，促使其地球物理屬性體與周緣圍巖不協調，也使得底辟自身及其核上層發生改變。高郵凹陷巖漿底辟構造的表征現象，具有地球物理反射特征、核上層伴生斷裂、底辟核厚度與頂面等三方面的特征（表1）。

表1 高郵凹陷底辟構造相關特征

2.1 底辟構造的地球物理反射

高郵凹陷侵入巖在地震剖面上主要表現為低頻、中連續—較連續的中—強振幅的反射，在地震屬性上表現為強振幅和低頻率屬性。圍巖反射頻率相對較高，振幅則減弱，與侵入巖反射特征形成反差。隱刺穿底辟構造的底辟核輪廓呈現枕狀隆起，頂面特征表現為地震反射特征中弱振幅，底面特征中強振幅連續反射，核上構造層可見微幅隆起反射，核下層與原沉積巖層形態一致，呈整合接觸關系，如Y21xi底辟構造（圖5a）。

刺穿底辟構造的底辟核為中強反射、連續好，底辟核頂面隆升反射不明顯，緣于核上層刺穿，巖漿沿著頂部侵入。核上構造層可見微幅隆起、煙囪狀地震反射，隆升后發生斷層刺穿、巖漿涌出的特征，核下層與原沉積巖層形態一致，呈整合接觸關系，如F18底辟-刺穿構造（圖5b）。

圖5 高郵凹陷底辟構造地震剖面特征

2.2 核上層的伴生斷裂

隱刺穿底辟構造的底辟核發育于E1f泥巖層中，核上層多是E2s、E2d地層，伴生斷裂構造發育的層位。核上構造伴生的斷層產狀相對較陡、近似直立狀，斷距皆小于100 m，圍繞底辟核高點形成“A”型、“V”型或者是半“A”型的斷層組合，斷層平面的形成具有“似龜背”狀或“放射”狀的組合，核上層的伴生構造高點與底辟核的位置具有好的對應關系（圖5a、圖2）。

刺穿底辟的底辟核與隱刺穿的底辟核的形態一致，多發育于E1f的泥巖層中。核上構造層可見直立斷層發育，斷距相對較小（圖5b、圖2），核上層的構造高點縱向緊貼于底辟核的伴生斷層發育位置，構造與區域中其它類型的構造形態一致。

2.3 底辟核的厚度與頂面

底辟構造的形成與阻擋蓋層斷層、基底地形坡折有對應關系，二者具有空間耦合關系。對于隱刺穿底辟構造，由于受到阻擋，巖漿發生局部聚集的加積而增厚，形成小型的巖漿房，繼而隆升核上層，因此其底辟核的頂面反射是該構造上的局部高點，也是相對較為有厚度的地區（圖4a）。而刺穿構造，由于發生了刺穿斷層，巖漿侵入動力得以向上釋放，在隆升之后，巖漿沿斷層擠入排出，頂面及厚度局部高點部分存在，垂向上在發生穿刺處厚度表現出異常極值（圖4b），如F18刺穿底辟構造，FU130井于該構造上2 188～2 961 m井段處見多層侵入巖，累計厚度354 m，其中穿刺形成的巖墻單層厚度279 m。

3 底辟構造與油氣關系

巖漿熱液侵入，使上覆地層發生形變，形成成藏條件有利的圈閉，巖漿底辟形成過程中釋放大量熱量，也使該地區具有較高的古地溫，加速了烴源巖的成熟，促進有機質演化，巖漿侵入在成藏中起積極建設的作用［17-19］。巖漿在侵入的過程中也同樣刺穿原有圈閉，破壞圈閉的保存條件，使得油氣逸散重新調整，侵入作用起破壞的作用。巖漿侵入期與油氣大規模運移期匹配是關鍵。

底辟構造形成同步或早于油氣大規模運移期在成藏方面具有建設作用。巖漿底辟形成過程中，上覆沉積蓋層受底辟作用而隆升，并發育一系列伴生斷層，產生斷塊、斷鼻、破背斜等。也可能發生巖株狀刺穿沉積蓋層，形成一些特殊類型的含油氣構造。高郵凹陷的大規模巖漿侵入時期為三垛早期［20］，同步或早于油氣大規模運移期—三垛末期。對于此類底辟構造，巖漿巖為侵入體形成的底辟構造，具有較好的成藏時間匹配條件，是油氣匯聚富集良好場所。例如，高郵凹陷已發現的F18 刺穿底辟構造于三垛末期侵入，同步于大規模油氣運移期，具有較好的成藏配套條件，形成了巖墻-遮擋富集油氣藏。F18 井累計鉆遇油層15 層245 m、油水同層48層17 m，說明此類底辟構造是有利的勘探接替領域（圖6a）。

底辟構造形成晚于油氣大規模運移期在成圈方面起破壞作用。巖漿底辟形成過程中，上覆沉積蓋層受底辟作用而隆升，改造原有圈閉，發育一系列伴生斷層、裂縫，成為油氣逃逸的通道。比如，高郵凹陷碼頭莊SU96 隱刺穿底辟構造為鹽城期侵入，底辟構造的形成晚于油氣大規模運移期，破壞成藏配套條件，難以成藏（圖6b）。

圖6 高郵凹陷底辟構造成藏模式

4 結論與討論

（1）研究區侵入巖形成蓋層斷層型底辟構造和基底型底辟構造，空間分布特征上，蓋層斷層型底辟構造受沉積蓋層的斷層所控制，基底型底辟構造受基底地形所控制，具有空間上的耦合關系。底辟成因上，二者存在差異，蓋層底辟構造屬于自身形變引起二次形變，基底底辟構造屬于外源引起的形變。

（2）研究區底辟構造地震上無常規的巖漿巖火山口內雜亂反射，但是利用地球物理性質、核上層的伴生斷層、底辟核的厚度與頂面的關系等可以綜合辨識底辟構造，其中隱刺穿底辟與刺穿底辟在核上構造層、底辟核上的特征差異明顯。

（3）巖漿侵入具有建設和破壞兩種作用。早于三垛期末期形成的底辟構造是油氣良好的匯聚場所，是勘探接替的十分有利領域；而晚于三垛期末期形成的底辟構造難成藏。