南海北部陆缘声浑浊体成因机制及地震响应特征*

宋瑞有

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

地震资料中的模糊带有多种成因，纵波不仅受地层骨架介质影响，还受地层孔隙流体影响，因此侵入事件会形成纵波地震模糊带，这些声浑浊或声空白在南海北部大陆边缘裂谷盆地均有大量分布。南海北部大陆边缘裂谷盆地在大规模裂张之前和裂陷时期，地层受拉张应力影响会产生大量的应力薄弱带，成为地层深层高压的泄压指向，为深层物质垂直往上的侵入活动提供了通道，这些通道既可成为油气等流体的垂向运移渗漏系统，也可形成火成岩或泥岩等塑性侵入带，因此分析其成因机制对盆地变形、烃源与流体运移等研究具有重要意义。本文以南海北部陆缘声浑浊体为研究对象，从地震响应特征入手，结合各类地质异常体形成机制及演化规律进行了地震相类比分析，并对异常体进行了三维可视化表征，在此基础上探讨了触发机制及对油气成藏的地质意义。

1 区域地质概况

南海处于太平洋、印澳、欧亚三大板块交汇处，是西太平洋最大的边缘海，从新生代起经历多次扩张，张裂过程中在扩张洋盆两边发育了裂谷系统，由此形成了共轭的大陆边缘，其中南海南部是汇聚型陆缘，而南海北部属于离散型陆缘。沿南海北缘形成了一系列新生代裂谷盆地，包括莺歌海盆地、琼东南盆地、北部湾盆地、珠江口盆地和台西南盆地[1]。南海北部陆缘构造活动较为活跃，侵入或刺穿事件广泛发育，诸探区中均存在大量流体活动导致的地质异常体，如莺歌海盆地中央凹陷发育大量泥-流体底辟[2]，莺东斜坡发现大量的气烟囱、海底麻坑和油气苗；琼东南盆地发育古潜山、火山、底辟、礁等，海南隆起的北部琼北地区发育100余座火山；北部湾盆地钻遇多处火成岩侵入层；珠江口盆地有大量的千米尺度的火山丘[1]；台西南盆地广泛发育泥火山和麻坑[3]。

本文研究靶区范围横跨南海北部大陆边缘(图1)，为多种构造单元交汇区，构造运动复杂，油气资源活跃，地质异常现象富集。在研究靶区发现了多种类型声浑浊体，且规模不一、形态多样。

图1 研究靶区位置图Fig .1 Location map of research target area

2 不同类型声浑浊体成因机制及地震响应特征

气烟囱、泥底辟、泥拱、泥火山、火山、古潜山、礁、盐丘等地质体均可造成地震资料上的模糊带，甚至浅层气屏蔽或资料品质的原因有时也会造成地震资料上的模糊带，因此必须分析其成因机制和类比其地震响应特征。

2.1 气烟囱

气烟囱也叫流体底辟，是气态或液态流体的侵入现象。气烟囱是流体向上运移而导致反射被扰乱的声空白或声混浊地震相，其形似烟囱又具有烟囱效应。流体底辟作用过程中流体垂向运移，作为运移通道的裂隙中大量含气，纵波速度比围岩明显变低，高频能量被大量吸收，地震上具有明显的垂向扰动特征，外部形态为管状结构，在剖面上气烟囱内部呈现低频、弱振幅的声空白带，反射出现同相轴下拉。气烟囱形成的穿刺体与围岩岩性差异不大，不是大量塑性物质整体挤入，没有导致围岩产状的巨变，顶部没有围岩上超，基本不控制地形和围岩的沉积[4]。莺歌海盆地中央底辟带钻井证实流体底辟内地层成层性好，横向可对比，不是泥丘或泥火山[5-6]。经正演地震波数值模拟验证，若地震模糊体与围岩分界处岩性突变则会有强反射，若分界接触带岩性渐变则形成一个反射过渡带[7]，无岩性变化仅改变充填流体则模糊区反射仍有一定的层序性。气烟囱的标志性特征是不改变围岩岩性、只有流体的上侵，地震剖面上为烟囱状结构声浑浊体，但仍有层序性。

气烟囱在南海北部陆缘多个盆地有分布，尤其以莺歌海盆地的最为典型。莺歌海盆地油气渗漏系统异常发育，主要以泥-流体底辟、气烟囱、海底麻坑、油气苗等多种形式出现，莺歌海底辟构造有多种类型，经中央底辟带多口钻井钻遇证实，既有下泥底辟上流体底辟的组合结构(图2)，也有单独的泥底辟和流体底辟，泥底辟是固相泥质因含有未压实排净的水而塑性流动混杂，已不具有原始沉积的层理，而流体底辟是由气相和液相的油气水等通过裂隙侵入，地层界面还在，模糊是因为裂隙或含流体造成的，泥底辟内部反射杂乱无层序而流体底辟反射弱但仍有层序性是地震上区别它们的主要特征[8]。莺歌海盆地中央发育多个近南北向排列延伸的泥-流体底辟，莺东斜坡中南段亦有较多较小规模的气烟囱。气烟囱内部的气体若突破到海底喷逸或渗漏，亦或是逸散剥蚀海底松散沉积物便形成微洼陷的海底麻坑，因此若气烟囱通达海底多伴生油气苗和海底麻坑，莺东斜坡中南段油气苗异常发育且分布广泛(图1)，系统调查与取样证实油气苗总数多达115处。流体上侵破坏了原始地层的连续性而导致相干性变差，因此，将地震相干体进行三维可视化，可对模糊体群进行刻画表征。

图2 莺歌海盆地泥-流体底辟地震剖面(剖面位置见图1)Fig .2 Mud-fluid diapir seismic section in Yinggehai basin(see Fig.1 for location)

2.2 火山

岩浆底辟刺穿到地表是传统意义上的火山，喷发出的物质是火成岩。火山一般发育在板块缝合线附近及大断裂处，当有一定量的岩浆聚集在地下深部构成岩浆囊，内压力继续增加到大于上覆岩层的静压力时就会发生岩浆底辟作用，刺穿挤入围岩形成火山颈，并最终突破爆发或喷溢出地表形成火山。重磁资料证实的宝岛火山就很典型，火山口在地震上呈锥形(图3)，火山内部反射杂乱，完全无层序性，顶部火山锥对两侧围岩沉积起一定控制作用，围岩上超在锥翼上，两侧地层见上拉或切割，说明岩浆的挤入，深部结构特征表现为莫霍面出现中断、错动。其形态不同于气烟囱的垂向烟囱状构造，而是深部宽缓、浅部尖细的锥状，火山锥边界有清晰的强振幅界面，这是因火成岩与沉积岩反射系数差异大，接触处会有明显地震异常。火山颈往往深达地幔母源，所以地震上常看不到“根”，火山锥和火山颈、岩浆囊的结构是火山识别的标志性特征。

图3 宝岛火山地震剖面(剖面位置见图1)Fig .3 Seismic section of Baodao volcano(see Fig.1 for location)

岩浆活动在南海北部陆缘的琼东南盆地、北部湾盆地、雷琼地区、珠江口盆地均有发生。海南岛北部的火山活动甚为活跃，自新生代以来有10期59回次的火山喷发活动，形成大小不一、形态各异的火山100余座[9-10]。琼北火山区带状分布(图1)，受断裂控制，大地电磁测深及深部电性结构资料揭示雷琼火山起源于下地幔的海南地幔柱，由岩浆热物质通过深大断裂上涌而形成[11]。以昌江-琼海一线为界的海南岛南北两侧地质和地球物理特征明显不同[12]，海南岛南部的三亚以及中部五指山区有10余座小规模中生代火山，其年代与位置均说明与琼北火山不是一个体系。琼北火山并不以海南隆起为单元，而是属于雷琼火山带，琼州海峡南北两侧的岩石圈结构在电性上具有连续性，雷琼火山区均属于华南古陆，华南陆缘早期莫霍面抬升致使地壳拉张减薄而产生雷琼裂谷，雷琼火山区是裂谷内火山喷发和第四纪沉积的产物，南海扩张期间及扩张后，雷琼地区一直属于强拉张性区域，深部高温物质底侵，熔岩活动强烈，形成火山或岩浆侵入高速层。雷琼邻区的北部湾盆地钻孔揭示在砂泥质岩层中夹多层火成岩，是外来深部物质对浅层本地沉积层的侵入和改造，具有与围岩接触的典型特征，这些火成岩体沿层间板状分布，由于具有重磁异常、高速高密的特征与围岩在物性上有较大差异，反射明显有别于围岩[13]，在地震上为一到两个强相位的亮点，其产状与上下地层一致，北部湾乌石16区钻井已经证实(图4)。琼东南盆地宝岛火山是由于盆地伸展，地幔上涌，盆地进一步拉伸，导致地壳破裂、断层与地幔沟通而形成。珠江口盆地发育大型拆离断裂系统，莫霍面深度由陆向洋逐渐抬升，从北向南地壳厚度逐渐减薄，陆缘最外侧南部的珠四坳陷带岩浆底辟发育[14]，这些火山丘有千米级尺度，成群带分布。

2.3 泥底辟及泥火山

泥拱、泥底辟、泥火山的主要流动物质是塑性的泥，发生底辟作用时，软泥流穹起上覆岩层成为泥拱，进一步侵入到上覆岩层则形成泥底辟，如果刺穿到海底爆发则形成泥火山。泥火山与泥底辟成因机制相同、发育演化特征相似，均是由地壳深部密度较小的高塑性欠压实泥页岩在密度倒置的动力体系下产生差异重力作用而导致流动上侵和上拱，使得上覆岩层弯曲隆起或刺穿上覆地层薄弱带而形成的地质构造，未出露地表的为泥底辟，刺穿地表喷发所形成的正地形则称泥火山。在地震上泥火山和泥底辟表现为不连续、弱振幅的空白或杂乱反射，呈柱状刺穿地层，内部完全无层序性，对地层强烈侵蚀是其发育过程中的一个重要特征，泥火山刺穿柱体与围岩不整合接触，围岩形变上翘有层位上拉现象，这也是其可识别的标志性特征。

图4 北部湾盆地岩浆侵入体地震剖面(剖面位置见图1)Fig .4 Seismic section of magmatic intrusion in Beibu Gulf basin(see Fig.1 for location)

泥火山在台西南盆地的发育规模最大最为广泛，莺歌海盆地泥底辟最发育。泥页岩的上侵具有幕式活动的特点，常在浅层伴生放射状正断层和塌陷补偿构造，经钻井证实的昌南6-1泥底辟就很典型(图5)。厚层塑性泥页岩是泥火山喷出物的主要来源，珠江口盆地内发育多种形态各异的泥火山，由于海平面的升降变化，使得沉积物沿着平缓的大陆架不断向海方向搬运，到坡折处由于急剧变陡而大量堆积，因此陆架坡折处沉积最厚，为泥火山的形成提供良好发育场所[15]。莺歌海盆地的泥底辟多为下泥底辟上流体底辟的组合类型，泥底辟热流体活动时，其上部通常是流体突破而不是泥岩穿刺故常常伴生气烟囱，形成深部气源向浅层运聚的优势通道。

图5 莺歌海盆地昌南6-1底辟地震剖面(剖面位置见图1)Fig .5 Seismic section of Changnan6-1 diapir in Yinggehai basin(see Fig.1 for location)

2.4 潜山、礁、盐丘

古潜山是上覆地层沉积前已经形成正向构造，是不整合面下的古地形高，其标志性特征是侧面上覆地层超覆在其穹窿的翼部，顶部则是不整合接触。古潜山在重、磁、电等普通物探资料上表现为明显的异常，地震剖面上古潜山的顶面是一个不整合面，反射能量强，低频相位多，常伴有大量异常波的出现，内部难以追踪到品质好的反射同相轴。在南海北部的北部湾盆地发育灰岩潜山，钻遇原油，而在琼东南盆地的东南部发育多个花岗岩潜山(图6)，永乐8-1和永乐8-3基岩潜山均钻遇油气，珠江口盆地的东部也有潜山发育，经钻井勘探也有油气发现。

礁是指具有一定数量的造礁生物原地生长形成的坚固的抗浪骨架，在地形上也具有隆起的正性地貌特征，是独立的碳酸盐沉积体，与底辟侵入作用无关。礁滩体系是南海重要的油气储层之一，西沙岛屿的碳酸盐岩礁滩体系钻探了科学钻井西科1井，珠江口盆地琼海地区也有钻遇生物礁，地震剖面上礁块标志性特征是外形呈丘状，顶部为弯曲的强反射，内部弱振幅或空白，两侧有上超，侧翼底部有绕射。

盐丘是一种盐体向压力薄弱地点集中的底辟构造，由于盐岩和石膏与围岩有明显的密度差，在含盐层系上覆地层的不均匀负荷以及构造运动的动压力下造成压差而产生向上塑性流动并挤入围岩，使上覆岩层发生拱曲隆起而形成。盐丘是一种重要的储油构造，它可以与围岩形成地层圈闭油气藏，盐源层顶面与底板的反射波产状不协调，呈现出顶厚翼薄、底板微弱上凸的特征，内部只有零星的反射同相轴，没有很好的成层结构，这些是盐丘的标志性特征。盐丘多发育于封闭或半封闭性的海相环境，比如泻湖，南海北部无大规模发育盐丘的盆地。

图6 琼东南盆地古潜山地震剖面(剖面位置见图1)Fig .6 Seismic section of buried hill in Qiongdongnan basin(see Fig.1 for location)

3 对油气成藏的地质意义

利用地震资料在南海北部发现了气烟囱、气云、浅层气屏蔽、泥底辟、泥火山、火山、潜山、礁等多种声空白或声混浊模糊异常体，除潜山和礁以外的其他异常体的形成机制均与盆地流体作用密切相关，这些热流体的垂向运移泄压既搬运物质又携带能量，而且底侵作用搬运的流体物质是气态或液态的油气还是塑性的软泥或岩浆、流体活动所处阶段、是否侵入或刺穿上覆地层、能否突破到海底等因素决定了异常体的类型归属，不同类型的异常体显示不同地球物理特征。

琼东南盆地、北部湾盆地、雷琼地区、珠江口盆地均有岩浆活动，从分布特征上看，岩浆底辟和火山主要发育在板块缝合线上，靠深大断裂或滑脱拆离断层形成的应力薄弱带沟通幔源物质，莫霍面埋深浅的位置或有地幔柱发育的地区容易形成岩浆侵入活动。雷琼地区的火山岩浆多为基性的玄武岩，成片成群成带分布，单体发育规模小；而琼东南盆地的火山发育在深大断裂处，岩浆为酸性的花岗岩，单体发育规模大。不同于北部湾盆地的灰岩潜山，琼东南的基岩潜山也是花岗岩，珠江口盆地的火山丘也成群带分布，但其单体规模介于前两者之间。泥底辟和泥火山则是在泥岩层厚的位置发育强烈，新生代后期南海北部陆缘构造活动自东向西逐渐减弱，在此背景下，泥火山在台西南盆地的发育规模最大，分布最为广泛；而西部区域受红河走滑断裂带持续活动的影响，莺歌海盆地泥底辟最发育，但由于上覆沉积层较厚，出露的泥火山较少。气烟囱在南海北部多个盆地中均有分布，是流体的上侵，往往伴生在泥底辟或岩浆底辟的上方，多呈幕式活动，其中莺歌海盆地最为发育。

南海北部大陆边缘受红河断裂走滑和南海扩张拉伸的双重作用，构造活动复杂而强烈，新生代莺琼盆地有大套泥岩层快速沉积，巨厚富含有机质地层的快速沉降导致排水不畅不均衡和地层欠压实，莫霍面埋深浅，生排烃作用和水热增压进一步加剧了温度压力的不平衡，地层压力不均衡和大量应力薄弱带的发育为流体活动提供了条件。在底侵活动最典型的莺歌海盆地，越靠近盆地中央底辟规模越大、越剧烈，往斜坡方向活动强度变缓，气烟囱规模变小(图7)，这与底辟的形成机制相关。其中，盆地中央沉积速率快、泥岩量大，烃源母岩富集，有利于其大量排液排烃，流体在断层和砂岩都很少发育的泥岩系中运移困难，必然会导致地层高压，深部压力封存箱高温及异常高压使热流体向低势区运移泄压，深层塑性流底辟作用使热流体轴部围岩处于引张的低应力部位，流体易刺穿形成气烟囱；斜坡靠近沉积物源，物性偏粗缺乏泥质层，且浅层砂泥成岩程度低，胶结不好、疏松、孔隙发育，封盖条件差，流体规模及

图7 莺歌海盆地底辟分布平面图Fig .7 Location map of diapirs in Yinggehai basin

地层压力往斜坡方向均变小，不具备酝酿大规模底辟的条件，但油气运移活跃，容易形成小规模气烟囱和逸散成油气苗或形成海底麻坑。图7给出了莺歌海盆地气烟囱声浑浊体的平面分布特征，结合已发现的油气分布不难得出沉降中心的底辟与已发现油气有很好的叠合性，斜坡带成群分布的小型气烟囱说明了斜坡区油气运移活跃，因此，中央底辟带未钻探的底辟构造及斜坡带封闭条件好的圈闭是下一步油气勘探部署的潜力区。

南海北部陆缘识别出多种声浑浊体流体活动系统，其分布的宽泛性证明了该区流体活动活跃和深部地层超压。世界上180个超压盆地中有160个具有重要油气藏[16]，流体活动系统及所伴生的裂隙可以作为油气运移通道，对油气成藏有重要意义。泥底辟与泥火山对油气的生成、运移、聚集、保存和破坏、构造圈闭形成、储集层物性等均有不同程度的影响[17]。气烟囱是油气运移的有力证据，科学钻井证实南海北部陆缘油气田多与泥底辟、泥火山、气烟囱相关的流体活动系统分布在区域上有很好的叠置性，如天然气富集的莺歌海盆地，现今所有产量均与底辟有关，底辟深部的泥页岩是很好的烃源,底辟活动在底辟区和围区形成的裂隙带可为天然气纵向运移开辟通道[18]，多期次的底辟幕式活动不仅能使核心区的中深层和浅层形成气藏，而且在底辟活动波及的翼部也能形成大气田(图8)。

图8 莺歌海盆地底辟成藏模式Fig .8 Accumulation model of diapir of Yinggehai basin

4 结论

1) 南海北部陆缘发育多种地质类型的声浑浊体，其中莺歌海盆地发育大量泥-流体底辟、气烟囱、海底麻坑和油气苗，琼东南盆地发育花岗岩潜山、火山、底辟、礁等，雷琼地区发育大量火山，北部湾盆地发育灰岩潜山、钻遇多处火成岩侵入层，珠江口盆地有大量的千米尺度的火山丘，台西南盆地广泛发育泥火山和麻坑。

2) 南海北部陆缘岩浆侵入活动主要发育在板块缝合线上或地幔柱附近，板块缝合线上的火山单体规模大；泥底辟和泥火山则是在盆地的泥岩层厚的位置发育强烈。新生代后期南海北部陆缘从东往西泥底辟活动强度变弱，泥火山在台西南盆地的发育规模最大，分布最为广泛；西部区域受红河走滑断裂带持续活动的影响，莺歌海盆地泥底辟最为发育，但由于上覆沉积层较厚，出露的泥火山较少；气烟囱是流体的上侵，往往伴生在泥底辟或岩浆底辟的上方，从盆地沉积中心往盆缘方向规模变小，若通达海底多伴生油气苗和海底麻坑。