黄河口凹陷岩浆底辟构造地震响应特征及发育模式

吴俊刚，牛成民，甄彦琴，贺电波，蒋 炼，陈 磊，陈容涛

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

黄河口凹陷岩浆底辟构造地震响应特征及发育模式

吴俊刚，牛成民，甄彦琴，贺电波，蒋 炼，陈 磊，陈容涛

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

为研究黄河口凹陷岩浆底辟构造油气成藏规律和发育模式，根据底辟构造模式和理论，利用钻井和高精度三维地震资料，研究岩浆底辟构造的成因、地震响应特征和发育模式，分析岩浆底辟构造与油气成藏的关系．结果表明，黄河口凹陷发育2次以裂隙式喷发模式为主的岩浆喷发活动，不同的火山岩亚相（火山通道相、火山口相、侵入相、溢流相和喷发相）具有特定的地震响应特征．此外，黄河口凹陷岩浆底辟构造的发育模式及其成藏规律与其他地区的存在较大差异，该区岩浆底辟构造主要为岩墙遮挡性质的鼻状构造和岩上断层控制的断块构造，发育程度控制油气的运移和聚集．该成果有利于指导黄河口凹陷火山岩发育区的油气勘探．

黄河口凹陷；岩浆底辟构造；发育模式；地震响应特征；成藏模式

0 引言

黄河口凹陷是渤海湾盆地南部紧邻渤中凹陷的一个新生代次级凹陷，经过多年油气勘探，已成为渤海油田最重要的油气生产基地之一［1］．由于受火成岩影响，凹陷南部斜坡带一直没有发现大规模油气，成为渤海湾地区油气勘探的难点地区．2012年底，在斜坡带成功钻探渤中34构造，综合测井解释油、气层厚度超过100m．综合分析钻井和地震资料，认为构造类型属于岩浆底辟构造．因此，研究和分析底辟构造的成因及发育模式，将有助于建立渤海海域岩浆底辟构造的成藏模式，明确油气分布的规律，指导油气勘探与开发．

人们对底辟构造的研究始于20世纪初，到1945年提出岩浆底辟理论［2］．根据组成底辟构造岩体的差异性，底辟构造可分为盐底辟、泥底辟和岩浆底辟构造3类［3］．在沉积盆地中，由于盐岩、泥岩和石膏等物质密度较小且易于流动，易形成底辟构造［4］，人们也利用物理和数值模拟手段证实底辟构造的形成机制和地震响应特征［5—7］．针对岩浆底辟构造的成因机制与发育特征研究，一方面，认为区域天然地震活动与深大断裂发育是形成岩浆底辟的重要条件［8］，发育形态主要受上覆岩层的物理性质和区域构造应力场双重控制［9］；另一方面，物理模拟结果认为岩浆上涌过程中具有螺旋式上升、幕式喷发的特征，顶部可形成背斜构造，是有利的油气聚集场所［8］．近年来，随着岩浆底辟构造研究的不断深入，在波斯湾盆地、塔里木盆地、松辽盆地和苏北盆地均发现与岩浆底辟构造有关的油气藏类型，并获得丰富的油气资源［8—13］．

渤海海域发育众多底辟构造，多以泥岩底辟和盐岩底辟构造为主，其中泥岩底辟构造多见于辽东湾地区辽中凹陷中部，属辽中一号走滑断层活动触发的发育机制［14］；盐岩底辟构造在莱州湾凹陷东部较为发育，受重力滑动和郯庐走滑作用共同影响［15］．渤海海域与岩浆底辟构造有关的油气成藏少有发现．

笔者以黄河口凹陷南部斜坡带岩浆底辟构造为研究对象，在分析岩浆底辟构造发育模式的基础上，利用钻井和地震资料进行精细井—震对比，分析火山岩各相带地震响应特征，以及底辟构造与油气成藏关系，为黄河口凹陷火山岩发育区岩浆底辟构造的油气勘探提供指导．

1 地质概况

黄河口凹陷位于渤海湾盆地沾化凹陷东北部和渤中凹陷的南部，整体结构为一“北断南超”的箕状凹陷，东、西两侧为断阶带，分别与庙西和沾化2个凹陷相邻．该地区主要发育近EW向和NNE向2组断裂．其中近EW向断裂主要发育张性正断层，控制凹陷格局；NNE向断裂为走滑断裂，是郯庐走滑断裂带的西支，将黄河口凹陷分成西次洼、中央隆起带和东次洼“两洼夹一隆”的构造格局（见图1）．受多期构造运动的影响，黄河口凹陷构造变形复杂、圈闭和油气藏类型多样．在凹陷南部斜坡带，火山岩广泛发育，具有纵向厚度大、横向分布广的特点，最大厚度可达500m．构造上可形成岩浆底辟构造，控制该区油气聚集和成藏，是较为有利的油气勘探区域．

图1 黄河口凹陷构造纲要Fig．1 Struceture outline of Huanghekou depression

根据黄河口凹陷南部斜坡带古近系地层高精度三维地震资料，多个地震剖面呈低频强反射地震响应特征，外形呈“蘑菇状”构型．经渤中34区多口井证实，该套地震反射为火山岩，并在BZ34—A井发现大于百米的碎屑岩油气层，东营组测试日产油量达200m3．综合研究地质、地球物理和钻井资料，渤中34构造为受岩浆上涌而形成的底辟构造，火山岩发育对油气藏形成具有重要控制作用．该区火山岩地震响应特征具有多样性，表现为板状、丘型、楔形等地震反射，具有纵向发育多期性、横向展布广泛性的特点．

2 火山岩地球物理响应与平面展布特征

火山活动及火山岩是揭示地球深部地壳构造运动的窗口和标志，亦是不同地质时期大地构造运动及其活动特点的具体表征［16—20］．研究火山活动、火山岩各相带地球物理响应特征与分布规律对油气运聚、成藏的控制作用具有重要油气地质意义．

岩浆底辟构造与盐岩底辟、泥岩底辟构造的形成机制有较大差异，发育机制主要与力源条件、沟通幔源岩的深大断裂和沉积围岩性质相关［12—15］．在一定触发机制作用下，天然地震或大规模构造运动，岩浆可沿深大断裂向上喷发或侵入围岩，带动沉积盖层产状发生变化，形成底辟构造．火成岩的喷发形态受围岩物理性质控制，可形成板状、透镜状和楔状等地震反射形态．岩浆底辟构造特征在平面上多呈圆形或龟背形，构造轴线多呈放射状，火山口排列多呈线性排列特征，且发育于断裂带内侧或两侧；在地震剖面上，变形较为明显，可见围岩掀斜现象．此外，岩浆体顶部常发育盖层次级断层，可形成断块构造；受岩上沉积压实作用，亦可形成低幅度背斜构造．

2．1 地球物理响应特征

渤中34构造钻井资料表明，与沉积岩相比，火成岩通常具有地震波速度高、密度大的物理性质，速度达4km／s，可与围岩形成较强的波阻抗界面，地震反射多表现为低频强反射特征．整体上，火山岩反射外形呈“蘑菇状”，顶、底面均为较强反射，剖面在深大断裂附近厚度较大，随距离增大逐渐减薄．内部反射具有强反射、连续、低频特征，并可见斜交、平行和空白等反射结构．基于岩浆底辟构造发育模式及理论，根据火山岩在地震剖面上的响应特征，识别并刻画出火山通道相、火山口相、侵入相、溢流相和喷发相等5个相带（见图2）．火山岩顶部受古地貌影响，可见沉积岩超覆现象，黄河口凹陷岩浆底辟构造各相带的地震响应特征见表1．

图2 黄河口凹陷岩浆底辟构造地震响应特征Fig．2 Seismic response characteristics of magmatic diapir structure in Huanghekou depression

表1 黄河口凹陷火山岩各相带地震响应特征Table 1 Different facies seismic response characteristics in Huanghekou depression

（1）火山通道相．为岩浆喷发通道，常与深大断裂伴生，呈垂直断裂带特征，自下而上切开两侧地层，可见围岩上拉现象，顶部为倒状火山口．剖面上多呈中高频、杂乱、弱振幅反射特征，与沉积围岩地震响应边界差别明显．

（2）火山口相．为火山喷发路径最终位置，位于火山通道顶部．剖面上多呈上宽下窄、“倒椎状”的杂乱地震反射特征．火山口相周围可见低频强发射，为火山口溢流物．

（3）侵入相．位于火山通道附近，为火山喷发过程中围岩挤入产物．剖面上可见平板状、低频强反射特征，产状与围岩明显不同，同相轴斜插在不同时期地层内．渤中34区可见岩浆顺层侵入岩体，产状与地层产状几乎一致，多呈强振幅连续地震反射特征．渤中34—A井钻探多为安山岩．

（4）溢流相．为火山喷发物质主体发育相带，多位于火山口周围低洼部位或斜坡处．剖面上由火山口至远端厚度逐渐减薄，多呈楔状或丘状，主要为低频连续强反射，与沉积岩呈“指状”相交．BZ34—B井钻探多为玄武岩．

（5）喷发相．为火山岩喷发空中的回落物，多位于火山口附近，也可见回落至较远区域．由于该相带多为凝灰岩与沉积岩互层发育，密度、速度特征不如溢流相，与围岩差别大，地震剖面多呈中低频、中强振幅反射特征，外形常表现为以火山口为中心的丘状结构．

2．2 平面展布特征

利用火山岩各相带地震响应特征差异性，通过相干体切片技术刻画火山岩的平面展布特征．渤中34区火山岩识别出火山口相和溢流相，其中火山口相平面上多呈圆形或椭圆形，沿北东向深大断裂展布；溢流相位于火山口附近，形状多不规则，具层层外延的环形特征，为不同时期岩浆溢流的地震响应（见图3）．

图3 黄河口凹陷相干体切片Fig．3 The coherence cube slices of Huanghekou depression

3 构造发育模式

黄河口凹陷南部斜坡带渤中34构造有多口井钻遇火山岩．根据高精度的三维地震资料井—震对比分析结果，火山口分布多与NW向深大断裂相伴生，且各相带具有特定地震响应特征，可识别出岩浆底辟构造的发育模式，明确对油气成藏的控制作用．该区火山岩喷发表现为多期性，主要为东二下段和东二上段2期；在喷发模式上具有中心式喷发、裂隙式喷发及中心—裂隙式喷发3种模式，以裂隙式喷发最为常见．在区域走滑—伸展双重应力场作用下，基岩发生强烈走滑—伸展活动，产生多条近NW向深大断裂，沟通地壳深部岩浆物质，因受到浮力及压力作用，岩浆顺活动断裂带侵入沉积盖层或喷出地表，导致断裂带围岩沉积层发生变形，直至被刺穿和被掀斜，形成岩浆底辟构造（见图4）．

图4 黄河口凹陷岩浆底辟构造发育模式Fig．4 Development model of magmatic diapir structure in Huanghekou depression

4 岩浆活动对油气成藏的控制作用

4．1 形成圈闭

岩浆活动可以形成一些特殊类型的含油气构造，主要为岩体遮挡型圈闭．岩浆上涌过程中，多呈岩株状刺穿沉积盖层，带动围岩翘起，形成岩株遮挡型圈闭；岩浆底辟形成过程中，上覆沉积盖层可以上涌，造成穹窿，并发育一系列伴生断层，产生断鼻构造；岩浆底辟构造发育后期，受上覆地层的沉积压实作用，底辟构造顶部可形成披覆构造．

钻井揭示，渤中34区发生2次较强的岩浆侵入活动，多属刺穿式发育．岩浆的上涌侵入形成不同类型油气藏，主要包括岩墙遮挡型油气藏和岩上断层控制的断块油气藏（见图5）．岩墙是渤中34区较为常见的岩浆底辟构造样式，剖面上近直立，多沿深大断裂发育，切穿古近系沉积地层．由于岩浆上涌作用影响，火山通道附近沉积岩拖拽、上拉，形成上倾方向火山岩遮挡的油气藏，渤中34—A油田古近系油藏多属此类型．在岩浆后期的持续活动和热沉降过程中，由于地层均衡作用影响，岩上沉积岩形成一系列派生断层，常形成断块型油气藏，多位于渤中34—A油田新近系．

图5 岩浆底辟构造油气成藏模式Fig．5 Accumulation model of magmatic diapir structure

4．2 形成盖层

岩浆的活动时间、发育规模对油气生成、运移及油气藏保存至关重要，可起到建设或破坏油气藏的作用．渤中34区岩浆活动对油气的保存控制作用与其他区域明显不同，具特殊性，是泥岩盖层缺乏区油气勘探成功的典型案例．

渤中34区靠近物源区，砂地厚度比较高，缺乏区域性泥岩盖层，油气封堵性差，很难发现大规模油气．BZ34—A井的钻探成功，改变缺乏区域性泥岩盖层不能大规模油气成藏的传统认识．如果火山岩分布范围较广，在缺乏泥岩盖层条件的地区，也可形成火山岩盖层，对油气起到顶部封盖的作用．渤中34区火成岩大面积分布，可达400km2．该区溢流相火山岩多为玄武岩，较为致密，具有极好封盖能力，可对古近系油气藏起到优质的封盖作用，克服该区缺乏有效泥岩盖层的地质条件．因此，火山岩大面积发育是渤中34区古近系油气成藏的关键因素之一．

5 结论

（1）黄河口凹陷南部斜坡带发育岩浆底辟构造，以裂隙式发育模式为主．

（2）岩浆底辟的岩性组合与围岩具有较大差异性，各相带具有特定的地震响应特征，可形成较强的波阻抗地震反射．在地震剖面上可识别出火山通道相、火山口相、侵入相、溢流相和喷发相等5个相带．

（3）黄河口凹陷岩浆底辟构造与油气关系密切，可形成良好圈闭，主要为岩墙遮挡性质的鼻状构造和岩上断层控制的断块构造，为有利油气聚集区．由于岩浆活动时间早，面积分布广，对油气的保存具有建设性作用．

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TE122．2

A

2095—4107（2013）05—0049—07

DOI 10．3969／j．issn．2095—4107．2013．05．007

2013—07—11；编辑：陆雅玲

国家“十二五”重大科技攻关项目（2011ZX05023—002）

吴俊刚（1981—），男，硕士，工程师，主要从事地震资料综合解释方面的研究．