高邮凹陷底辟构造与油气关系研究

2021-12-17郑元财李东亮李储华杜二鹏

复杂油气藏 2021年3期

郑元财，李东亮，李储华，杜二鹏

（中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏扬州 225009）

地壳深部的塑性物质向上运移并对上覆岩层的构造作用，称为底辟作用。底辟作用形成的构造变形称之为底辟构造。底辟构造是一种差异垂直位移的构造，包含岩浆岩底辟作用形成的构造变形、变质岩底辟形成的构造变形和低密度沉积岩底辟形成的构造变形［1］。底辟构造结构分为底辟核、核上构造层、核下构造层。根据底辟核与核上构造的岩层关系，又分刺穿底辟构造和隐刺穿底辟构造（图1）。而一般也根据发生刺穿作用时的温度，将底辟核温度小于200℃称低温底辟构造；高于200℃称高温底辟构造；岩浆侵入隆升的构造，为热底辟构造。

图1 隐刺穿底辟和刺穿底辟模式

目前对岩浆底辟构造运动学和动力学的研究仍然是处于逐步完善的阶段，对岩浆底辟构造的成因机理认识不全面。Grout F F［2］首次提出岩浆底辟理论，Hutton D H W［3］利用物理和数值模拟的手段探讨岩浆底辟构造的形成机制，认为岩浆从深部向浅层运移的过程中，一般存在底辟隆升、上升破裂-岩墙、侧向挤压等三种机制的侵入过程。压力梯度是岩浆上升、运移侵位、形成底辟构造的主要动力［3-7］。

苏北盆地是新生代盆地，为“断陷-坳陷”结构复合型盆地，在盆地发展过程中，大量的岩浆侵入浅层，具备形成广义岩浆底辟构造的条件。高邮凹陷位于苏北盆地的中部，是两大富油凹陷之一。盆内沉积了下白垩统泰州组（K1t）、古新统阜宁组（E1f）、始新统戴南组（E2d）、三垛组（E2s）、新近系盐城组（Ny）、第四系东台组（Qd）。经历了吴堡、三垛、盐城、东台等四期构造运动。伴随构造运动的发生，形成了多期岩浆侵入，其中E1f—Ny中最为常见。迄今为止高邮凹陷的岩浆侵入进行了接触蚀变研究［8-9］，缺乏岩浆侵入的底辟构造深入认识，对底辟构造特征、成因机制以及与油气的关系等尚需理清楚。因此区域岩浆底辟构造特征、成因及平面分布规律以及底辟构造与油气成藏关系的研究，对油气勘探具有重要指导意义。

1 底辟构造类型及成因

1.1 底辟的类型

高邮凹陷岩浆底辟构造类型主要有两种：盖层断层型底辟构造和基底型底辟构造。盖层断层型底辟构造发生的条件是核上层断层形成的落差。岩浆于塑性岩层侵入时遇阻发生上拱，形成的底辟构造长轴方向与断层走向平行或者一致。此类底辟构造分布紧贴于早期形成的北东向断层，圈闭类型为复杂化的背斜、断鼻和断块，并随着岩浆刺穿作用的发生而演变形成岩墙遮挡型圈闭，如Y21、Y21xi、F18、S34、H24 等底辟构造（图2、图3a）。基底型底辟构造发生的条件是基底的核下层的岩性起伏。岩浆于侵入时由于基底地形的差异（这种地形的差异，可以是构造成因，也可以是非构造成因），发生转向形成上拱，形成的底辟构造长轴方向与基底构造长轴走向平行。核上层的圈闭类型为背斜、断鼻、断块等，如Y36等（图2、图3b）。

图2 高邮凹陷永-富-花地区底辟构造分布

图3 两类底辟构造地震剖面

1.2 底辟的成因

岩浆由深及浅的侵位过程中，压力梯度不断调整变化，并获得侵入动力［10-12］。从研究区盖层断层型底辟构造和基底型底辟构造的分布特征看，底辟作用的发生源于外部环境（阻挡）的变化，与外部环境的变化有着直接的关联，底辟构造与阻挡的盖层断层、基底地形坡折有对应关系，二者具有空间上的“位态”耦合关系。

深部高温、高压岩浆在构造应力、浮力的驱动作用下，从深部的浆房沿着拆离断裂或韧性剪切带往上运移和上升，并在运移过程中随着温压的改变［4-9］，不断拓展获得扩展侵入的动力，遇见早先断层及地形坡折的阻挡，岩浆发生局部的加积而增厚，形成了小型岩浆房，当积攒、蕴含能量足够大时，发生了底辟作用，隆升上覆地层，底辟构造形成。随着岩浆的多期侵入活动，底辟构造多期反复改造，形成的底辟伴生构造更加复杂。底辟作用产生的拱张力越强，核上构造的幅度越大。当岩浆上拱的应力减小时，幅度也减小，常以枕或脊的形态出现，隐刺穿的背斜构造形成。当岩浆上拱的底辟作用足够大时，幅度也会相应增大，也经常造成原来的阻挡断层开启或新的断裂生成，底辟构造演变成为破裂-岩墙作用下的复合构造。

早期的盖层断层阻挡形成断层两侧岩性的水平差异，造就了局部塑性层腔体空间的缩小，形成阻挡的外部环境；后期岩浆在沿着塑性岩层层理面侵入运移到此处时，由于局部的塑性腔体空间较少而聚集，并形成局部的浆房，积攒隆升能力，进而形成底辟构造。盖层断层底辟构造与自身盖层的断层发育形成底辟构造的几何学特征（底辟构造长轴的发育方向）有直接的关联，属于自身形变引起二次形变，比如高邮凹陷的Y21、Y21xi 底辟构造（图2、图4a、图4b）。基底地形坡折形成侵入空间岩性的纵向差异，引起基底坡折的可能是断层、古隆起等，基底的岩性为相对脆性，岩浆侵入时受基底地形坡折变化而改变侵入路径。隆升引起了上覆岩层的底辟构造形成，属于外源引起的形变，比如高邮凹陷的Y36底辟构造（图2、图4a、图4c）。

图4 底辟构造形成模式

2 底辟构造可识别特征

高邮凹陷的底辟构造为岩浆侵入受阻挡所形成，与国内其他地区岩浆从深部沿着火山通道侵入而形成的底辟构造存在明显火山口构造有所区别［13-16］。虽然地震反射特征上无明显的岩浆岩火山口内杂乱反射，但是侵入岩的侵入作用改变原来地层结构，促使其地球物理属性体与周缘围岩不协调，也使得底辟自身及其核上层发生改变。高邮凹陷岩浆底辟构造的表征现象，具有地球物理反射特征、核上层伴生断裂、底辟核厚度与顶面等三方面的特征（表1）。

表1 高邮凹陷底辟构造相关特征

2.1 底辟构造的地球物理反射

高邮凹陷侵入岩在地震剖面上主要表现为低频、中连续—较连续的中—强振幅的反射，在地震属性上表现为强振幅和低频率属性。围岩反射频率相对较高，振幅则减弱，与侵入岩反射特征形成反差。隐刺穿底辟构造的底辟核轮廓呈现枕状隆起，顶面特征表现为地震反射特征中弱振幅，底面特征中强振幅连续反射，核上构造层可见微幅隆起反射，核下层与原沉积岩层形态一致，呈整合接触关系，如Y21xi底辟构造（图5a）。

刺穿底辟构造的底辟核为中强反射、连续好，底辟核顶面隆升反射不明显，缘于核上层刺穿，岩浆沿着顶部侵入。核上构造层可见微幅隆起、烟囱状地震反射，隆升后发生断层刺穿、岩浆涌出的特征，核下层与原沉积岩层形态一致，呈整合接触关系，如F18底辟-刺穿构造（图5b）。

图5 高邮凹陷底辟构造地震剖面特征

2.2 核上层的伴生断裂

隐刺穿底辟构造的底辟核发育于E1f泥岩层中，核上层多是E2s、E2d地层，伴生断裂构造发育的层位。核上构造伴生的断层产状相对较陡、近似直立状，断距皆小于100 m，围绕底辟核高点形成“A”型、“V”型或者是半“A”型的断层组合，断层平面的形成具有“似龟背”状或“放射”状的组合，核上层的伴生构造高点与底辟核的位置具有好的对应关系（图5a、图2）。

刺穿底辟的底辟核与隐刺穿的底辟核的形态一致，多发育于E1f的泥岩层中。核上构造层可见直立断层发育，断距相对较小（图5b、图2），核上层的构造高点纵向紧贴于底辟核的伴生断层发育位置，构造与区域中其它类型的构造形态一致。

2.3 底辟核的厚度与顶面

底辟构造的形成与阻挡盖层断层、基底地形坡折有对应关系，二者具有空间耦合关系。对于隐刺穿底辟构造，由于受到阻挡，岩浆发生局部聚集的加积而增厚，形成小型的岩浆房，继而隆升核上层，因此其底辟核的顶面反射是该构造上的局部高点，也是相对较为有厚度的地区（图4a）。而刺穿构造，由于发生了刺穿断层，岩浆侵入动力得以向上释放，在隆升之后，岩浆沿断层挤入排出，顶面及厚度局部高点部分存在，垂向上在发生穿刺处厚度表现出异常极值（图4b），如F18刺穿底辟构造，FU130井于该构造上2 188～2 961 m井段处见多层侵入岩，累计厚度354 m，其中穿刺形成的岩墙单层厚度279 m。

3 底辟构造与油气关系

岩浆热液侵入，使上覆地层发生形变，形成成藏条件有利的圈闭，岩浆底辟形成过程中释放大量热量，也使该地区具有较高的古地温，加速了烃源岩的成熟，促进有机质演化，岩浆侵入在成藏中起积极建设的作用［17-19］。岩浆在侵入的过程中也同样刺穿原有圈闭，破坏圈闭的保存条件，使得油气逸散重新调整，侵入作用起破坏的作用。岩浆侵入期与油气大规模运移期匹配是关键。

底辟构造形成同步或早于油气大规模运移期在成藏方面具有建设作用。岩浆底辟形成过程中，上覆沉积盖层受底辟作用而隆升，并发育一系列伴生断层，产生断块、断鼻、破背斜等。也可能发生岩株状刺穿沉积盖层，形成一些特殊类型的含油气构造。高邮凹陷的大规模岩浆侵入时期为三垛早期［20］，同步或早于油气大规模运移期—三垛末期。对于此类底辟构造，岩浆岩为侵入体形成的底辟构造，具有较好的成藏时间匹配条件，是油气汇聚富集良好场所。例如，高邮凹陷已发现的F18 刺穿底辟构造于三垛末期侵入，同步于大规模油气运移期，具有较好的成藏配套条件，形成了岩墙-遮挡富集油气藏。F18 井累计钻遇油层15 层245 m、油水同层48层17 m，说明此类底辟构造是有利的勘探接替领域（图6a）。

底辟构造形成晚于油气大规模运移期在成圈方面起破坏作用。岩浆底辟形成过程中，上覆沉积盖层受底辟作用而隆升，改造原有圈闭，发育一系列伴生断层、裂缝，成为油气逃逸的通道。比如，高邮凹陷码头庄SU96 隐刺穿底辟构造为盐城期侵入，底辟构造的形成晚于油气大规模运移期，破坏成藏配套条件，难以成藏（图6b）。