引用本文
马清. 东海盆地椒江凹陷火成岩发育特征及其对油气成藏的影响[J]. 录井工程, 2023,34(2): 95-102.
MA Qing. Development characteristics of igneous rocks and their influence on hydrocarbon accumulation in Jiaojiang Sag, East China Sea Shelf Basin[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(2): 95-102.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.02.016  
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东海盆地椒江凹陷火成岩发育特征及其对油气成藏的影响
马清
中海石油（中国）有限公司上海分公司

作者简介：马清 工程师,1986年生,2013年硕士毕业于长江大学地球探测与信息技术专业,现在中海石油（中国）有限公司上海分公司从事海上油气勘探工作。通信地址：200335 上海市长宁区通协路388号A604室。电话：15000153510。E-mail：maqing2@cnooc.com.cn

收稿日期: 2023-05-06
基金: 中国海油“七年行动计划”东海专项课题二“丽水凹陷在生产气田保产及新领域勘探开发关键技术研究”（编号：CNOOC-KJ135-ZDXM-39-SH02）
摘要

东海陆架盆地椒江凹陷钻井已证实具有较大油气勘探前景,但多期构造运动下火成岩十分发育。为推动椒江凹陷油气勘探进程,从三维地震资料出发,结合研究区及周边已钻井的录井、测井以及同位素测年资料,通过对凹陷内火成岩岩相-地震相、岩浆活动期次开展研究,总结了岩浆活动对油气成藏的影响。椒江凹陷在5期岩浆活动下发育火山通道相、爆发相、溢流相、侵入相、火山沉积相5种类型火成岩,晚始新世至早中新世岩浆活动最强,发育大规模的岩浆沿层侵入和火山喷发。岩浆活动加速月桂峰组烃源岩成熟,形成一批强制背斜和岩墙断块圈闭,对椒江凹陷油气成藏有积极的作用,但主成藏期之后凹陷经历3期强烈岩浆活动,不利于油气藏的保存,给椒江凹陷油气勘探带来较大的地质风险。

关键词: 椒江凹陷; 火成岩; 地震相; 活动期次; 油气成藏
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Development characteristics of igneous rocks and their influence on hydrocarbon accumulation in Jiaojiang Sag, East China Sea Shelf Basin
MA Qing
Shanghai Branch, CNOOC （China） Limited, Shanghai 200335, China
Abstract

Wells in Jiaojiang Sag of East China Sea Shelf Basin have proved that it has great oil and gas exploration prospects. But igneous rocks were well developed under multistage tectonic movements. To promote the oil and gas exploration process in Jiaojiang Sag, based on 3D seismic data, combined with mud logging, wireline logging and isotopic dating data of the drilled wells in the study area and surrounding areas, this paper studied the lithofacies-seismic facies and magmatic activity periods of igneous rocks in the sag, and summarized the influence of magmatic activities on hydrocarbon accumulation. Five types of igneous facies developed in Jiaojiang Sag under five stages of magmatic activity, namely, volcanic channel facies, eruptive facies, overflow facies, intrusive facies and volcanic sedimentary facies. The magmatic activity was the strongest from the Late Eocene to the Early Miocene, and large-scale magma intrusions along layers and volcanic eruptions developed. Magmatic activities accelerate the maturation of source rocks in the Yueguifeng Formation, forming a great deal of forced anticlines and dyke fault-blocked traps, which have a positive effect on hydrocarbon accumulation in Jiaojiang Sag. After the main hydrocarbon accumulation period, the sag experienced three stages of intense magmatic activity, which was not conducive to the preservation of hydrocarbon reservoirs and brought geologic risks to oil and gas exploration in Jiaojiang Sag.

Keyword: Jiaojiang Sag; igneous rock; seismic facies; activity periods; hydrocarbon accumulation
0 引言

板块边缘盆地的演化过程中常伴随有岩浆活动, 我国东南沿海大陆及近海盆地广泛发育火山岩, 对含油气盆地而言, 梳理岩浆活动过程、重建火山机构、揭示岩浆活动对盆地构造、洼陷结构、沉积充填、烃源岩分布, 以及油气的形成、聚集和油气藏改造等研究具有重要的意义[1, 2]。椒江凹陷作为东海陆架盆地重要的油气勘探方向, 多期构造运动背景下火山活动频繁, 现有钻井、地震资料显示凹陷内发育多种类型的火成岩。受资料条件和勘探进程的限制, 椒江凹陷油气勘探研究工作主要集中在石油地质条件的细化研究领域, 如雷闯等[3]基于地球化学和盆地数值模拟提出钻井应围绕月桂峰组生烃中心选择形成于中新世之前的有效圈闭, 高顺莉等[4]根据锆石U-Pb定年分析测试认为椒江凹陷基底主要形成于印支晚期大洋岛弧环境, 陈春峰等[5]通过岩石组分、重矿物及定年数据开展物源综合分析认为晚古新世物源区由东部转为西部物源。近年来, 随着椒江凹陷南部丽水凹陷勘探进程的不断推进, 逐步认识到主成藏期之后的岩浆活动对油气藏具有较大的改造作用, 是区域油气勘探的重大风险之一, 系统梳理凹陷内岩浆活动期次、火成岩赋存状态及其对油气成藏的影响显得尤为必要, 而椒江凹陷在该方向的研究目前仍属空白。

本文在椒江凹陷中南部近年来新采集的三维地震资料基础上, 结合已钻井揭示火成岩岩性、岩相的认识, 系统梳理椒江凹陷火成岩发育类型、地震相特征、时空分布及对油气成藏的影响, 为椒江凹陷下一步勘探部署提供地质依据。

1 地质背景

椒江凹陷位于东海陆架盆地西南部, 东邻雁荡凸起, 北接渔山东低隆起, 西侧为浙闽隆起, 南面为丽水凹陷（图1a）, 面积4 400 km2。受金华低凸起分割, 凹陷发育椒东、椒西两个独立洼陷, 剖面上呈东断西超复式半地堑结构[6], 其中椒东洼陷为凹陷沉积中心, 最大沉积厚度超8 000 m。已有钻井和地震资料显示, 自晚白垩世凹陷裂陷开始演化, 自下而上发育中生界上白垩统石门潭组, 新生界古新统月桂峰组、灵峰组、明月峰组, 始新统瓯江组、温州组, 中新统龙井组、玉泉组、柳浪组, 上新统三潭组, 以及更新统东海群（图1b）, 地层结构与南部丽水凹陷一致。

图1 椒江凹陷构造位置及充填序列

椒江凹陷是在弧后伸展导致的裂陷作用持续向东迁移的背景下发育的新生代箕状凹陷。古新世-始新世, 太平洋板块持续以NNW向相对欧亚板块俯冲, 印度板块俯冲方向NNE, 造成整个东海陆架区处于右旋拉张应力状态[7], 并分别发生了两次与盆地断陷型结构形成直接相关联的区域性构造事件（雁荡运动、瓯江运动）; 中始新世, 太平洋板块俯冲方向转变为NWW向, 印度板块俯冲方向转变为近北方向, 菲律宾板块开始向NWW方向运动, 欧亚板块东部的大陆壳向东蠕散, 东海陆架区发生了以剪切挤压作用为主的构造事件（平湖运动）; 晚始新世至渐新世, 太平洋板块俯冲方向转为NW向, 挤压应力背景下东海陆架盆地西部坳陷带地层抬升剥蚀, 沉积间断（玉泉运动、花港运动）; 早中新世, 菲律宾板块运动方向由NWW转向NNW, 整个东海陆架盆地再次受剪切拉分作用（龙井运动）控制, 椒江凹陷再次沉入水下, 开始接受中新统沉积。多期的板块运动方向改变, 为椒江凹陷岩浆活动提供了区域应力场背景。

2 火成岩发育特征
2.1 已钻井岩性

根据椒江凹陷已钻4口探井的录井、锆石U-Pb测年资料, 研究区共钻揭4期火成岩, 分别为上新统安山岩, 中新统玄武岩、凝灰岩和辉绿岩, 古新统安山岩, 以及上白垩统安山岩、凝灰岩、英安岩。所钻火成岩以火山岩为主, 新近系火山岩主要为溢流相玄武岩, 火山活动间隔时间长, 单层厚度不超过5 m; 白垩系所钻火山岩主要为爆发相, 且为长期连续活动, 火山岩厚度可达50 m（表1）。

表1 椒江凹陷钻揭火成岩与地质年代
2.2 火成岩岩相-地震相特征

“ 相” 是地质体中能反映成因的地质特征的总和[8], 火成岩岩相指岩浆活动产物的空间分布特征及其所呈现出的外貌结构, 能综合反映其形成活动方式、就位环境和成岩过程。火成岩由于纵波速度和密度较沉积围岩大, 与围岩的岩性界面会产生较大的波阻抗, 地震上表现为正相位、强振幅的反射特征, 且反射能量远大于沉积地层砂泥岩界面。椒江凹陷除钻井揭示的溢流相、爆发相、侵入相、火山沉积相火成岩之外, 三维地震资料上也可见多种形态、产状、结构的火成岩地震反射, 参考国内外火成岩相分类原则与分类方案[9, 10], 结合椒江、丽水凹陷新生界火成岩发育地质特征以及探井录井岩屑资料的精细描述, 依据岩浆活动方式（侵入、爆发或溢流）和就位环境（封闭、半开放、开放或水域）的不同, 将椒江凹陷火成岩岩相划分为火山通道相、爆发相、溢流相、侵入相、火山沉积相5种类型（图2）。

图2 椒江凹陷典型火成岩地震相特征

（1）火山通道相：岩浆自岩浆房向上运移到火山口过程中因冷凝、垮塌、回填等作用在火山通道中形成的多种火山岩石类型组合[11]。火山通道由顶部火山口、中部火山颈窝状体和下部管状供给通道3部分组成, 地震剖面上火山通道相外部轮廓特征清晰, 典型剖面能识别2~3个构成单元, 多见漏斗状、管状、团块状, 内部反射杂乱, 能量弱, 频率偏低、连续性差, 其发育通常与深大断裂有关。

（2）爆发相：多形成于火山活动早期, 强烈喷发作用下围岩与岩浆一起喷出散落在火山口附近, 侧向延伸性好, 多呈席状、楔状、板状, 与上下围岩低角度接触[12]。地震反射上多为平行-亚平行反射结构, 能量强中-高频, 连续性好。

（3）溢流相：主要形成于火山喷发活动的中期, 岩浆在自身重力和后续岩浆的推动下受地形的控制沿地表缓慢流动, 随温度降低逐渐冷凝固结, 形成了包括玄武岩、安山岩和流纹岩在内的多种喷出熔岩的岩性组合, 呈席状分布于火山口斜坡及周边。地震剖面上表现为与围岩整合接触、高频强振幅的地震反射特征, 具有较好的连续性, 平面上可对比追踪。

（4）侵入相：为火山喷发同期或后期岩浆侵入围岩中冷凝形成的侵入体, 多与深大断裂或火山通道伴生。岩浆侵入体在地震剖面上的表现具有固定的形态特征, 椒江凹陷侵入体以蝶形岩盆、顺层岩床、穿层岩墙3种类型为主。地震资料上岩浆侵入体顶界面表现为正相位强振幅的反射特征, 强振幅在两侧尖端突然终止。

（5）火山沉积相：介于沉积岩与火成岩之间的岩相, 为火山碎屑物质在一定沉积环境中沉积就位而成, 岩性多为凝灰岩、凝灰质砂岩、凝灰质泥岩。凹陷内火山沉积厚度较薄, 主要集中在W 10井区。地震剖面上内部反射同相轴成层性较好, 中-强振幅, 具有一定的连续性, 远离火山口逐渐与下伏地层超覆接触。

2.3 岩浆活动期次

活动期次是指一个相对集中（准连续）的岩浆活动, 在物质成分、活动强度、成岩方式的规律性变化过程中形成具有成因联系的岩相组合[13]。确定火成岩形成地质年代较常规的方法是同位素测年[14, 15], 海域沉积盆地由于已钻井有限、火成岩样品少, 难以详细全面地完成火山活动期次研究。本次火山活动期次研究系在凹陷及周边探井测年资料基础上, 利用三维地震剖面上火成岩的地震相特征开展研究。

2.3.1 岩浆活动期次识别方法

火成岩期次识别的地质依据有地质界面（风化壳、沉积层、火山灰层）、岩性组合和岩相序列[11], 而缺乏钻井资料的勘探新区主要根据不同火成岩地震相特征进行火成岩期次判定。单期次火成岩地震剖面上顶底面反射同相轴具有连续性好、反射能量强的特征, 平面上可追踪对比, 同期不同火山口形成的火成岩平面上呈串珠状或并列式展布[16], 不同期次或相对连续的火成岩纵向上界面地震反射特征具有明显的分异, 如沉积地层的分隔、同相轴的叠置、地震相的突变。根据椒江凹陷钻井揭示火山活动单期喷发次数多、单次火成岩厚度薄的特点, 可认为一个强振幅就代表一次火山喷发, 火成岩发育地层年代即为火成活动时间。

侵入相火成岩期次的识别主要根据岩浆侵入地层以及卷入强制褶皱地层的最小年龄与上部超覆地层的年龄进行约束。岩浆侵入通常会引起侵入体上方沉积地层隆起发生褶皱（强制背斜）, 褶皱沉积地层的最小年龄或者顶部超覆地层的最大年龄即为岩浆侵入时间, 未见显著褶皱的侵入体则根据与其相伴生的火山通道与喷发岩进行判断。对于脉冲式的岩浆侵入, 即早期已发生强制变形, 后期岩浆再次补给的地质过程, 可以形成多期次的地层超覆现象, 基于地层结构特征利用上述方法同样可以细分岩浆的侵入时间与期次。

2.3.2 椒江凹陷岩浆活动期次

研究认为, 椒江凹陷共有5期岩浆活动：

（1）石门潭期（100~66 Ma）：弧后伸展裂陷背景下椒江凹陷初始断陷, 火山活动强烈, 上白垩统石门潭组发育大规模的安山岩与凝灰岩。

（2）明月峰期（59.2~56 Ma）：椒江凹陷演化处于断陷末期, 火山活动规模小, 频次高, 主要沿洼陷边缘断层发育, 凹陷内仅W 4井钻揭一定厚度的薄安山岩与砂泥岩互层。

（3）平湖-花港期（43~23.3 Ma）：椒江凹陷正处于区域性的抬升时期, 岩浆活动以侵入为主。

（4）龙井期（23.3~16.2 Ma）：椒江凹陷进入整体沉降期, 火山活动大规模发育, 可见早期侵入体再次岩浆补充侵入, 凹陷内中新统底部被该期火山岩覆盖, 岩性以玄武岩和凝灰岩为主。

（5）三潭期（5.3 Ma）：小规模火山活动为主, 火山岩局部分布。

2.4 火成岩分布规律

椒江凹陷基底之上石门潭组发育一套大规模的火山岩, 岩性以凝灰岩、安山岩、英安岩为主, 分布范围局限在凹陷南部; 中深层古近系地层大规模发育侵入岩, 以明月峰组、瓯江组侵入规模最大、分布最广, 侵入体分布受控于火山通道和控洼大断层, 椒东洼陷控洼断层周边侵入体发育最为密集（图3）; 浅层新近系主要发育火山岩, 中新统龙井组底部火山口周边发育多期溢流相、爆发相火山岩, 火山沉积相覆盖整个凹陷, 而上新统底部三潭组火山岩仅呈点发育, 规模偏小。明月峰期火山岩由于与周边常规沉积地层地震相特征难以区分, 推测该套安山岩仅分布于W 4 井区。

图3 椒江凹陷三维区岩浆侵入层系分布

3 火成岩与油气成藏关系
3.1 加速烃源岩演化

岩浆活动过程中携带的大量热能给盆地沉积环境带来重要影响, 尤其是提高火山活动期内古地温场, 为烃源岩层系干酪根成熟提供温度条件, 促进有机质的演化和油气的生成[17, 18]。椒江凹陷W 4井在月桂峰组钻揭大套暗色湖相烃源岩, 有机质丰度高, 热解生烃潜量介于1.0~20 mg/g之间, 但箕状凹陷构造格局下大面积烃源岩地层埋深在3 000 m以上, 远小于周边凹陷烃源岩生烃门限深度。根据W 6井实测3.2° C/100 m的地温梯度, 对椒江凹陷洼槽区开展虚拟井埋藏史模拟显示, 晚白垩世大规模火山活动背景下, 古近系月桂峰组和灵峰组沉积结束后地层迅速升温, 洼槽区月桂峰组（底部）大约在距今62.5 Ma进入生烃门限温度开始生烃; 明月峰期火山活动和平湖-花港期岩浆侵入使得椒江凹陷地温大幅提升, 中晚始新世至渐新世抬升反转期凹陷内地层仍保持较高的地温（图4）。生烃演化研究表明, 岩浆活动带来的地温升高较大加速了椒江凹陷烃源岩演化, 致使现今月桂峰组烃源岩门限减降低至2 750 m, 极大提升了该区烃源岩生排烃规模。

图4 椒江凹陷虚拟井埋藏史模拟图

3.2 形成火成岩构造

火成岩构造指沉积盆地内由岩浆侵入或喷发作用形成的岩浆和围岩（前岩浆期）及上覆层（同-后岩浆期）构造的总和[19]。强制背斜和岩墙断块圈闭两种类型的圈闭在椒江凹陷最为发育。

3.2.1 强制背斜

岩浆侵入会导致其周围沉积地层发生变形, 其中位于侵入体上方沉积地层通常会隆起发生褶皱, 又称强制褶皱, 以发育背斜居多。与伸展盆地发育强制褶皱不同的是, 后者属断展褶皱的范畴, 其下部地层（或盆地基底）被正断层断开, 上覆地层未断开而产生构造形变[20, 21]。

强制背斜主要发育于近地表浅层砂泥岩层系, 浅层砂泥岩处于弱成岩阶段, 其塑性强, 在高温、高压岩浆作用下容易发生形变形成褶皱。国内外油气勘探实践表明, 强制背斜有效圈闭规模大、形态完整, 油气勘探潜力巨大。椒江凹陷岩浆侵入成因的强制背斜均发育于始新统地层, 背斜最大可达15 km2（图5a）, 在东西两侧继承性活动深大断裂沟通下, 金华低凸起围区强制背斜较为集中发育。

图5 椒江凹陷典型强制背斜与岩墙断块圈闭

3.2.2 岩墙断块圈闭

火成岩岩墙不具备渗流能力, 连续延伸的岩墙对沉积地层具有较好的分割性, 在岩墙的封堵下, 被侵入沉积层可形成众多类型的圈闭。椒江凹陷火成岩岩墙纵向上刺穿月桂峰组至温州组地层, 与断层组合下可形成岩墙断块圈闭（图5b）。

3.3 油气藏改造

一般认为岩浆活动对油气藏的改造以破坏性居多, 改造的方式包括流体输入和圈闭破坏两种。

3.3.1 流体输入

岩浆从地幔上升至近地表通常会携带大量的CO2等流体, 圈闭低部位岩浆活动释放的流体可沿储层运移至圈闭改造油气藏。当岩浆活动强度较弱或者远离油气藏时, 运移聚集至油气藏的CO2量有限, CO2与原圈闭流体混合成藏, 如椒江凹陷南部丽水凹陷L 36气田, 圈闭构造低部位发育3座小型火山, 气藏组分中CO2含量占30%。当岩浆活动强度大或者靠近油气藏时, 大量CO2气体可驱走油气藏原有流体, 取而代之, 形成新的气藏, 如丽水凹陷W 15井所钻圈闭, 其油气运移断层在平湖-花港期演变为火山通道, 导致该井潜山和月桂峰组圈闭现今CO2含量超90%, 而含油气包裹体丰度高达10%。椒江凹陷油气生烃高峰在38 Ma左右, 主成藏期之后仍发生3期大规模岩浆活动, 给该区的油气勘探带来了较大的CO2风险。

3.3.2 圈闭破坏

岩浆沿断层上行的过程也是对断面结构及地层稳定性的改造过程, 断层封堵能力也会发生改变。成藏后圈闭主控断层发育岩浆活动将对圈闭有效性产生破坏, 原有聚集的油气再次发生运移, 如丽水凹陷L 37井断块圈闭因火山活动的影响圈闭有效性遭到破坏, 灵峰组储层早期聚集的油气发生泄漏仅遗留大量沥青。另外, 岩浆可沿断层侵入或纵向刺穿, 对油气藏直接破坏, 该类型的破坏在椒江凹陷非常发育, 现已落实的多个构造圈闭均可见大规模岩浆侵入或火山通道穿刺。

4 讨论

我国东南沿海含油气盆地均为弧后伸展背景, 岩浆活动伴随盆地演化全程, 岩浆活动对油气成藏的影响是油气勘探研究中一个不可回避的问题。主成藏期之前岩浆活动对油气成藏通常具有建设性作用, 如改变盆地结构和沉积环境、促进生物勃发、加速烃源岩演化、形成储层和盖层, 而之后的岩浆活动通常被认为是带来了更多油气藏改造风险。丽水-椒江凹陷钻井结果表明, 晚期岩浆活动并非一定会破坏其周边圈闭的油气勘探潜力, 泥岩分隔、流体势、异常高压等均可影响岩浆活动对油气藏改造程度。泥岩分隔是强岩浆活动背景下油气藏保存的主要原因, 研究区及周边凹陷多口钻井证实该油气藏保存模式的有效, 如椒江凹陷W 4井所在构造圈闭内发育早中新世龙井期火山, 火山通道距离井不足1 km, 而该井气测录井未检测出CO2组分, 主要原因为目标层系灵峰组和月桂峰组砂岩局部发育, 岩性以泥岩为主, 有效阻隔了CO2进入圈闭内储层。丽水凹陷南部L 35井海底扇扇缘发育晚始新世平湖-花港期火山, 扇中钻井探明的气藏仅检测出微量的CO2, 分析认为气藏未受火山影响同样缘于泥岩分隔。流体势是评价岩浆活动影响的另一个重要依据, 丽水凹陷北部W 13井周边发育多个火山, 由于所钻圈闭不在构造低部位晚期岩浆活动所释放流体的流体势方向, 该井亦未检测出CO2。另外, 椒江凹陷中央洼漕在中-晚古新世强断陷期地层沉积速率超500 m/ka, 普遍发育异常高压, 对岩浆释放流体的运移起到较大的限制作用。因此对岩浆活动区油气勘探风险需要从多方面综合考量, 排除众多不利条件的圈闭同样具有较大的勘探潜力。

在勘探目标的选择上, 椒江凹陷因火成岩构造有了更多的选择。现阶段国外利用三维地震资料对火成岩构造尤其是强制背斜的研究已开展多年, 也获得一定的油气发现, 这种圈闭类型的研究、探索不仅能拓展椒江凹陷油气勘探方向, 对东海盆地西湖凹陷、丽水凹陷、福州凹陷等区的火成岩构造勘探亦有一定指导作用。在落实椒江凹陷生排烃规模情况下, 可尝试优选成藏条件相对好的火成岩构造开展评价。

5 结论

（1）椒江凹陷发育火山通道相、爆发相、溢流相、侵入相、火山沉积相共5种火成岩岩相, 为石门潭期、明月峰期、平湖-花港期、龙井期、三潭期5期岩浆活动的产物; 中-晚始新世平湖-花港期和早中新世龙井期岩浆活动最为强烈, 其中平湖-花港期以大规模岩浆侵入为主, 侵入体以蝶形岩盆、顺层岩床、穿层岩墙3种类型广泛分布于古近系地层, 龙井期火山活动强烈, 凹陷内中新统底部为该期火山岩覆盖, 岩性以玄武岩和凝灰岩为主。

（2）岩浆活动带来的地温升高加速了椒江凹陷月桂峰组烃源岩演化成熟, 且降低其生烃门限至2 750 m; 岩浆沿层侵入并于侵入体上方沉积形成的强制背斜和纵向刺穿形成的岩墙断块圈闭是椒江凹陷较为发育的两种火成岩构造, 有利于油气聚集成藏, 丰富了该区油气勘探对象。而38 Ma油气主成藏期之后, 平湖-花港期、龙井期及三潭期强烈的岩浆活动可能给油气藏带来圈闭有效性破坏或CO2输入的地质风险。

（编辑 卜丽媛）

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