高郵凹陷底辟構(gòu)造與油氣關(guān)系研究

鄭元財(cái)，李東亮，李儲(chǔ)華，杜二鵬

（中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚(yáng)州 225009）

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

圖1 隱刺穿底辟和刺穿底辟模式

目前對(duì)巖漿底辟構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究仍然是處于逐步完善的階段，對(duì)巖漿底辟構(gòu)造的成因機(jī)理認(rèn)識(shí)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(shù)值模擬的手段探討巖漿底辟構(gòu)造的形成機(jī)制，認(rèn)為巖漿從深部向淺層運(yùn)移的過(guò)程中，一般存在底辟隆升、上升破裂-巖墻、側(cè)向擠壓等三種機(jī)制的侵入過(guò)程。壓力梯度是巖漿上升、運(yùn)移侵位、形成底辟構(gòu)造的主要?jiǎng)恿Γ?-7］。

蘇北盆地是新生代盆地，為“斷陷-坳陷”結(jié)構(gòu)復(fù)合型盆地，在盆地發(fā)展過(guò)程中，大量的巖漿侵入淺層，具備形成廣義巖漿底辟構(gòu)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(nèi)沉積了下白堊統(tǒng)泰州組（K1t）、古新統(tǒng)阜寧組（E1f）、始新統(tǒng)戴南組（E2d）、三垛組（E2s）、新近系鹽城組（Ny）、第四系東臺(tái)組（Qd）。經(jīng)歷了吳堡、三垛、鹽城、東臺(tái)等四期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。伴隨構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，形成了多期巖漿侵入，其中E1f—Ny中最為常見(jiàn)。迄今為止高郵凹陷的巖漿侵入進(jìn)行了接觸蝕變研究［8-9］，缺乏巖漿侵入的底辟構(gòu)造深入認(rèn)識(shí)，對(duì)底辟構(gòu)造特征、成因機(jī)制以及與油氣的關(guān)系等尚需理清楚。因此區(qū)域巖漿底辟構(gòu)造特征、成因及平面分布規(guī)律以及底辟構(gòu)造與油氣成藏關(guān)系的研究，對(duì)油氣勘探具有重要指導(dǎo)意義。

1 底辟構(gòu)造類型及成因

1.1 底辟的類型

高郵凹陷巖漿底辟構(gòu)造類型主要有兩種：蓋層斷層型底辟構(gòu)造和基底型底辟構(gòu)造。蓋層斷層型底辟構(gòu)造發(fā)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(shí)遇阻發(fā)生上拱，形成的底辟構(gòu)造長(zhǎng)軸方向與斷層走向平行或者一致。此類底辟構(gòu)造分布緊貼于早期形成的北東向斷層，圈閉類型為復(fù)雜化的背斜、斷鼻和斷塊，并隨著巖漿刺穿作用的發(fā)生而演變形成巖墻遮擋型圈閉，如Y21、Y21xi、F18、S34、H24 等底辟構(gòu)造（圖2、圖3a）?；仔偷妆贅?gòu)造發(fā)生的條件是基底的核下層的巖性起伏。巖漿于侵入時(shí)由于基底地形的差異（這種地形的差異，可以是構(gòu)造成因，也可以是非構(gòu)造成因），發(fā)生轉(zhuǎn)向形成上拱，形成的底辟構(gòu)造長(zhǎng)軸方向與基底構(gòu)造長(zhǎng)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(qū)底辟構(gòu)造分布

圖3 兩類底辟構(gòu)造地震剖面

1.2 底辟的成因

巖漿由深及淺的侵位過(guò)程中，壓力梯度不斷調(diào)整變化，并獲得侵入動(dòng)力［10-12］。從研究區(qū)蓋層斷層型底辟構(gòu)造和基底型底辟構(gòu)造的分布特征看，底辟作用的發(fā)生源于外部環(huán)境（阻擋）的變化，與外部環(huán)境的變化有著直接的關(guān)聯(lián)，底辟構(gòu)造與阻擋的蓋層斷層、基底地形坡折有對(duì)應(yīng)關(guān)系，二者具有空間上的“位態(tài)”耦合關(guān)系。

深部高溫、高壓巖漿在構(gòu)造應(yīng)力、浮力的驅(qū)動(dòng)作用下，從深部的漿房沿著拆離斷裂或韌性剪切帶往上運(yùn)移和上升，并在運(yùn)移過(guò)程中隨著溫壓的改變［4-9］，不斷拓展獲得擴(kuò)展侵入的動(dòng)力，遇見(jiàn)早先斷層及地形坡折的阻擋，巖漿發(fā)生局部的加積而增厚，形成了小型巖漿房，當(dāng)積攢、蘊(yùn)含能量足夠大時(shí)，發(fā)生了底辟作用，隆升上覆地層，底辟構(gòu)造形成。隨著巖漿的多期侵入活動(dòng)，底辟構(gòu)造多期反復(fù)改造，形成的底辟伴生構(gòu)造更加復(fù)雜。底辟作用產(chǎn)生的拱張力越強(qiáng)，核上構(gòu)造的幅度越大。當(dāng)巖漿上拱的應(yīng)力減小時(shí)，幅度也減小，常以枕或脊的形態(tài)出現(xiàn)，隱刺穿的背斜構(gòu)造形成。當(dāng)巖漿上拱的底辟作用足夠大時(shí)，幅度也會(huì)相應(yīng)增大，也經(jīng)常造成原來(lái)的阻擋斷層開啟或新的斷裂生成，底辟構(gòu)造演變成為破裂-巖墻作用下的復(fù)合構(gòu)造。

早期的蓋層斷層阻擋形成斷層兩側(cè)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(huán)境；后期巖漿在沿著塑性巖層層理面侵入運(yùn)移到此處時(shí)，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(jìn)而形成底辟構(gòu)造。蓋層斷層底辟構(gòu)造與自身蓋層的斷層發(fā)育形成底辟構(gòu)造的幾何學(xué)特征（底辟構(gòu)造長(zhǎng)軸的發(fā)育方向）有直接的關(guān)聯(lián)，屬于自身形變引起二次形變，比如高郵凹陷的Y21、Y21xi 底辟構(gòu)造（圖2、圖4a、圖4b）?；椎匦纹抡坌纬汕秩肟臻g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(duì)脆性，巖漿侵入時(shí)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(gòu)造形成，屬于外源引起的形變，比如高郵凹陷的Y36底辟構(gòu)造（圖2、圖4a、圖4c）。

圖4 底辟構(gòu)造形成模式

2 底辟構(gòu)造可識(shí)別特征

高郵凹陷的底辟構(gòu)造為巖漿侵入受阻擋所形成，與國(guó)內(nèi)其他地區(qū)巖漿從深部沿著火山通道侵入而形成的底辟構(gòu)造存在明顯火山口構(gòu)造有所區(qū)別［13-16］。雖然地震反射特征上無(wú)明顯的巖漿巖火山口內(nèi)雜亂反射，但是侵入巖的侵入作用改變?cè)瓉?lái)地層結(jié)構(gòu)，促使其地球物理屬性體與周緣圍巖不協(xié)調(diào)，也使得底辟自身及其核上層發(fā)生改變。高郵凹陷巖漿底辟構(gòu)造的表征現(xiàn)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(gòu)造相關(guān)特征

2.1 底辟構(gòu)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(xiàn)為低頻、中連續(xù)—較連續(xù)的中—強(qiáng)振幅的反射，在地震屬性上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅和低頻率屬性。圍巖反射頻率相對(duì)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(gòu)造的底辟核輪廓呈現(xiàn)枕狀隆起，頂面特征表現(xiàn)為地震反射特征中弱振幅，底面特征中強(qiáng)振幅連續(xù)反射，核上構(gòu)造層可見(jiàn)微幅隆起反射，核下層與原沉積巖層形態(tài)一致，呈整合接觸關(guān)系，如Y21xi底辟構(gòu)造（圖5a）。

刺穿底辟構(gòu)造的底辟核為中強(qiáng)反射、連續(xù)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(gòu)造層可見(jiàn)微幅隆起、煙囪狀地震反射，隆升后發(fā)生斷層刺穿、巖漿涌出的特征，核下層與原沉積巖層形態(tài)一致，呈整合接觸關(guān)系，如F18底辟-刺穿構(gòu)造（圖5b）。

圖5 高郵凹陷底辟構(gòu)造地震剖面特征

2.2 核上層的伴生斷裂

隱刺穿底辟構(gòu)造的底辟核發(fā)育于E1f泥巖層中，核上層多是E2s、E2d地層，伴生斷裂構(gòu)造發(fā)育的層位。核上構(gòu)造伴生的斷層產(chǎn)狀相對(duì)較陡、近似直立狀，斷距皆小于100 m，圍繞底辟核高點(diǎn)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(gòu)造高點(diǎn)與底辟核的位置具有好的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖5a、圖2）。

刺穿底辟的底辟核與隱刺穿的底辟核的形態(tài)一致，多發(fā)育于E1f的泥巖層中。核上構(gòu)造層可見(jiàn)直立斷層發(fā)育，斷距相對(duì)較?。▓D5b、圖2），核上層的構(gòu)造高點(diǎn)縱向緊貼于底辟核的伴生斷層發(fā)育位置，構(gòu)造與區(qū)域中其它類型的構(gòu)造形態(tài)一致。

2.3 底辟核的厚度與頂面

底辟構(gòu)造的形成與阻擋蓋層斷層、基底地形坡折有對(duì)應(yīng)關(guān)系，二者具有空間耦合關(guān)系。對(duì)于隱刺穿底辟構(gòu)造，由于受到阻擋，巖漿發(fā)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(gòu)造上的局部高點(diǎn)，也是相對(duì)較為有厚度的地區(qū)（圖4a）。而刺穿構(gòu)造，由于發(fā)生了刺穿斷層，巖漿侵入動(dòng)力得以向上釋放，在隆升之后，巖漿沿?cái)鄬訑D入排出，頂面及厚度局部高點(diǎn)部分存在，垂向上在發(fā)生穿刺處厚度表現(xiàn)出異常極值（圖4b），如F18刺穿底辟構(gòu)造，F(xiàn)U130井于該構(gòu)造上2 188～2 961 m井段處見(jiàn)多層侵入巖，累計(jì)厚度354 m，其中穿刺形成的巖墻單層厚度279 m。

3 底辟構(gòu)造與油氣關(guān)系

巖漿熱液侵入，使上覆地層發(fā)生形變，形成成藏條件有利的圈閉，巖漿底辟形成過(guò)程中釋放大量熱量，也使該地區(qū)具有較高的古地溫，加速了烴源巖的成熟，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)演化，巖漿侵入在成藏中起積極建設(shè)的作用［17-19］。巖漿在侵入的過(guò)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(diào)整，侵入作用起破壞的作用。巖漿侵入期與油氣大規(guī)模運(yùn)移期匹配是關(guān)鍵。

底辟構(gòu)造形成同步或早于油氣大規(guī)模運(yùn)移期在成藏方面具有建設(shè)作用。巖漿底辟形成過(guò)程中，上覆沉積蓋層受底辟作用而隆升，并發(fā)育一系列伴生斷層，產(chǎn)生斷塊、斷鼻、破背斜等。也可能發(fā)生巖株?duì)畲檀┏练e蓋層，形成一些特殊類型的含油氣構(gòu)造。高郵凹陷的大規(guī)模巖漿侵入時(shí)期為三垛早期［20］，同步或早于油氣大規(guī)模運(yùn)移期—三垛末期。對(duì)于此類底辟構(gòu)造，巖漿巖為侵入體形成的底辟構(gòu)造，具有較好的成藏時(shí)間匹配條件，是油氣匯聚富集良好場(chǎng)所。例如，高郵凹陷已發(fā)現(xiàn)的F18 刺穿底辟構(gòu)造于三垛末期侵入，同步于大規(guī)模油氣運(yùn)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(jì)鉆遇油層15 層245 m、油水同層48層17 m，說(shuō)明此類底辟構(gòu)造是有利的勘探接替領(lǐng)域（圖6a）。

底辟構(gòu)造形成晚于油氣大規(guī)模運(yùn)移期在成圈方面起破壞作用。巖漿底辟形成過(guò)程中，上覆沉積蓋層受底辟作用而隆升，改造原有圈閉，發(fā)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(gòu)造為鹽城期侵入，底辟構(gòu)造的形成晚于油氣大規(guī)模運(yùn)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(gòu)造成藏模式

4 結(jié)論與討論

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

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

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