台北坳陷浅层岩浆活动对二氧化碳成藏的控制

郭 瑞，张功成，陈少平，陈朝兵

(1.中海石油(中国)有限公司，北京 100027；2.中石化中原石油工程有限公司，河南 濮阳 457164)



台北坳陷浅层岩浆活动对二氧化碳成藏的控制

郭 瑞1，张功成1，陈少平1，陈朝兵2

(1.中海石油(中国)有限公司，北京 100027；2.中石化中原石油工程有限公司，河南 濮阳 457164)

东海陆架盆地台北坳陷浅层岩浆活动频繁，并形成了多个高含二氧化碳天然气藏。然而，该区岩浆活动的研究较为缺乏，天然气成藏机理不清。本次研究通过均方根振幅、相干技术、时间切片、地层切片、多属性融合以及三维可视化技术刻画了岩浆岩特征，判定了其活动时间及与各成藏要素的匹配关系，明确了浅层岩浆岩对二氧化碳成藏的控制方式。其研究对浅层岩浆活跃地区油气勘探的二氧化碳规避起到一定的借鉴作用。

岩浆岩；二氧化碳；火山机构；碟形侵入；强制褶皱；台北坳陷

引 言

岩浆岩侵入和喷出的研究在过去10 a已经取得重要进展，几个重要的认识逐渐被学界接受，包括中心点供给以及向上和向外的岩浆流动方向，但岩浆岩与二氧化碳成藏的关系并不明确。东海陆架盆地的丽水—椒江凹陷在新生界发育的事件性岩浆岩类型极其丰富，并形成了多个高含二氧化碳的气藏，为研究岩浆岩对二氧化碳成藏的控制作用提供了丰富的资料。

1 区域地质背景

丽水—椒江凹陷位于东海陆架盆地西南部(图1)，是中生代残留盆地基础上典型的新生代复式半地堑。晚白垩世晚期到始新世，火山岛弧向东跳跃，东海陆架盆地变为弧后盆地，先在盆地西部形成古新世裂陷，后在盆地东部形成始新世裂陷[1]。古新世早期以差异性沉降为主，沉积了石门潭组、月桂峰组和灵峰组下段，为断陷构造层，地层分割性强；古新世晚期灵峰组上段、明月峰组、始新统瓯江组、温州组沉积时期为断坳构造层，次级断裂开始大量发育，厚度变化较为稳定；渐新世时期地层抬升缺失，岩浆活动达到顶峰；在中新世后再次进入活跃期，为热沉降构造层，断裂较不发育。随着上述演化的进行，凹陷内形成了一套以碎屑沉积为主的充填层序。

图1 丽水—椒江凹陷新生界岩浆岩分布

2 丽水—椒江凹陷岩浆岩发育特征

丽水—椒江凹陷岩浆活动时期贯穿晚中生代到新生代。凹陷内有4口井钻遇新生界薄层岩浆岩(表1)。在地震资料上的岩浆岩可被识别为3类：浅层侵入碟形岩床及碟形复合体；近地表叶状侵入岩床；火山机构及火山喷发物质。大规模岩浆岩活动与其他油气成藏条件的时空匹配对成藏分析有重要意义。

表1 丽水—椒江凹陷钻遇薄层岩浆岩统计

2.1 碟形侵入岩

碟形侵入岩一般以辉绿岩为主，由于钻井大都避开岩床，故依据Trude提出的方法定年[2]，认为“上覆强制褶皱定义了最早的海底(湖底)变形引起的上超充填不整合，可以定义一个精确的侵入年龄”。碟形侵入的发育机制也存在争议，Sørenssen等[3]提出了含一个中心点物源的模式，Francis[4]以及Chevallier[5]提出了岩浆向下流动的模式。对椒江凹陷的研究认为，碟状岩床的岩浆源位于岩床的最低点，高部位岩床既可与低部位岩床同期形成，也可晚于后者发育，在后一种情形下，早期冷却的岩浆通道被熔融，重新成为上侵通道，在高部位冷却形成晚期岩床[6]。椒江凹陷碟形侵入活跃，而丽水凹陷较温和，对已发现的二氧化碳气藏直接贡献较小。

2.2 近地表叶状侵入岩床

近地表叶状侵入岩床虽然平面形态多样，但仍然具有中心低、边缘高的基本特征，与碟状岩床相似。Hansen第一次使用术语“叶状岩床”来形容Solsikke复合岩床[7]。在椒江凹陷发育3组大型朵叶体(图1)，丽水凹陷也有大面积发育。近地表叶状侵入常由多个下覆的碟形侵入供源，其中分叉的叶形系统被高度分割，形成机理与Miles提出的混合侵入模式[8]相似，侵入古埋深接近于地表，时代近似于被侵入沉积地层。

2.3 火山机构

丽水凹陷发育多处火山机构，可见源自火山口的溢流朵叶体，或近圆形火山口，低平火山口和源自火山口的高弯度溢流通道，其喷发年代同于沉积地层。火山机构可厚达数百米，如缅甸陆上岛弧带的火山机构分布[9]。通过地层切片把岩浆岩顶底面之外的数据删除(图2)，蓝色为相干高值反映断裂，在构造脊部位地层挤压变形，发育垂直走向的撕裂断层。火山机构A发育在构造脊低部位，LX2井西部，显示出强振幅(红色)。在这套海相富泥沉积中，同时代发育2处大型水道，表明地层短暂的出露海底，与此次岩浆活动为喷发事件的判断互为印证。水道在剖面上显示出眼球状，在LX3井和LX5井中该层位证实为富砂的三角洲平原，再次表明其不是侵入事件，因为岩浆侵入一般发育在泥岩中。

3 岩浆岩对二氧化碳成藏的控制

目前，世界上已发现的二氧化碳气藏，在丽水—椒江凹陷所处的环太平洋成矿带分布较为集中，尤其是西岸，其特点是常规烃类气和幔源二氧化碳大量共存[10]。与其类似，丽水凹陷发现3个高含二氧化碳气藏，丽水36-1构造为烃类与非烃类共存。南平5-2(S1井)和温州13-1(W13井)构造的天然气为近纯二氧化碳，碳同位素δ13C为-4‰～-5‰。W13井灵峰组的3次DST测试样品的3He与4He的比值分别为0.75×10-5、1.23×10-5、1.01×10-5，属于无机成因，具有幔源气特征。丽水凹陷二氧化碳气藏样品的碳同位素δ13C值均大于-10‰，目前认为是典型的无机成因气，主要受岩浆通道或深大断裂控制。

3.1 岩浆通道控制

岩浆侵入和喷出的通道都可以带来二氧化碳。Ruhl认为[11]大气二氧化碳含量的幕式升高直接来源于数期大规模的事件性岩浆活动。斜井W13钻遇的是一个典型的受岩浆通道控制的气藏，在灵峰组的2次测试含量平均为89.7%。井轨迹穿过了岩浆通道附近的气烟囱，并在温州组钻遇玄武岩，碟形的岩浆刺穿了灵峰组，侵入到瓯江组顶部中新统不整合面之下。在二维地震剖面wx上(图3)可见在温州组和中新统的大规模溢流相岩浆岩，两侧地层掀斜上翘，顶部地层下陷，通道内部反射杂乱，岩浆通道周围的伴生断裂，是二氧化碳良好的运移通道。

3.2 深大断裂控制

S1井(南平5-2构造)在灵峰组上段测试2次，共获日产气32.4×104m3/d，含二氧化碳97.6%。该构造位于丽水东次凹西部潜山带之上。尽管西部斜坡发育岩浆活动，但由于潜山带之间有深凹陷的阻挡，岩浆通道释放的天然气难以向凹陷深部倒灌跨过潜山带运移，因而不能为南平5-2构造提供气源，因此，二氧化碳来自深大断裂的沟通。潜山带北侧发育切穿基底的张性正断层，断裂活动的高峰期在灵峰期，明月峰期和瓯江期进入活动转换期，在新近纪消亡。基底断裂可以捕获灵峰期末到瓯江期顺着深大断裂上升的幔源气，也可以捕获古近纪岩浆期后及岩浆衰弱期热液活动在其下部缓慢释放的二氧化碳。

4 岩浆活动对丽水36-1构造二氧化碳成藏的影响

丽水36-1构造(LX1井)的二氧化碳成藏机制较为复杂。该构造在明月峰下段(图4)钻遇的二氧化碳含量为32.6%，同位素研究认为主要源于地幔。早期观点笼统认为来自火山活动，也有研究认为是烟囱构造成因，并识别出了泥底辟、热液底辟等。本次研究刻画了浅层岩浆活动的成因和时代，以判断其对二氧化碳气藏的贡献。

4.1 火山机构A

古新统明月峰组发育的火山机构A(图2)与丽水36-1构造距离不足5 km，最初认为是该构造中无机气最可能的来源。在本次研究确定其喷发属性后，即可判定火山机构形成的时代应等同于地层沉积年代，即明月峰组沉积末期。火山机构A东部发育另一期类似的小规模岩浆活动，但构造回剥研究结果表明，丽水36-1反转构造带形成于始新世至渐新世，凹陷受构造应力侧向传递效应的影响，相应发生区域隆升，并使凹陷区先期沉积地层遭受部分剥蚀。尽管火山机构A距离气藏近，但其活动时期与构造形成期不匹配，岩浆活动时构造圈闭尚未形成，且无岩浆通道后期再利用的证据，故不是二氧化碳的主要来源。

图4 火山机构B在均方根振幅上的响应

4.2 火山机构B

在丽水三维覆盖区北部发育火山机构B(图4)，剖面显示为稳定的水平强反射，覆盖于中新统不整合面之上。岩浆岩顶底面所夹时窗的均方根振幅属性图上可见低平火山口，呈近圆形，溢流相覆盖区亦呈近圆形，溢流相边缘可见树杈状细小分叉结构，全部溢流面积达582 km2(图1)。火山口距LX1井16.1 km，发育在构造脊低部位的北侧，喷发时期接近23 Ma，为中新世早期。

盆地模拟研究认为，丽水凹陷月桂峰组烃源岩排气高峰为始新世至渐新世。油气大规模向丽水36-1构造运移发生在渐新世后期[12]，油气沿断层向浅部运移并与上古新统生成的油气一起进入浅部储集层明月峰组。而火山机构B活动于中新世初期，捕获了岩浆通道附近派生断裂释放的、或从构造低部位顺层向上运移的二氧化碳，造成烃类气藏部分被排替。之后盆地整体沉降，丽水凹陷再未经历大的构造运动，保存了该混合气藏。

5 结 论

(1) 丽水—椒江凹陷的新生界可识别的事件性岩浆岩活动可分为3类：浅层侵入碟形岩床及碟形复合体；近地表叶状侵入岩床，火山机构。其活动产生的二氧化碳可以直接成藏，或对已形成的油气藏产生排替作用。

(2) 二氧化碳可在岩浆通道处的烟囱结构附近直接成藏，该类气藏较易识别；也可在远离浅层岩浆活动区域、受控于基底深大断裂、捕获幔源物质或壳内岩浆房脱气产生的二氧化碳成藏，其规避需要落实断裂和深部岩浆活动的关系。

(3) 勘探阶段二氧化碳的规避是一个难题，准确判定浅层事件性岩浆活动的特征期次及其与其他成藏条件的匹配关系，对二氧化碳的成藏研究起关键作用。丽水36-1的构造实例表明，由始新世—渐新世形成的甲烷气藏被后期中新世充注的二氧化碳排替，商业价值降低，而先期古新世的岩浆活动对此并无贡献。油气勘探需要规避在主运移方向上、圈闭形成同期及其后期的岩浆活动。

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编辑 黄华彪

20150105；改回日期：20150322

国家科技重大专项 “近海大中型油气田形成条件及勘探技术”(2011ZX05023-006)

郭瑞(1980-)，男，工程师，2003年毕业于中国石油大学(北京)地质工程专业，2007年毕业于该校矿产普查与勘探专业，获硕士学位，现主要从事海洋石油勘探工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.012

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0051-04