（1. 长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2. 中国石油化工股份有限公司 上海海洋油气分公司，上海 200120；3. 西北大学 大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069；4. 西北大学 地质学系，陕西 西安 710069；5. 攀枝花学院 数学与计算机学院，四川 攀枝花 617000）

摘要

[研究意义]  东海陆架盆地西湖凹陷平湖斜坡带南部火成岩发育，岩浆活动导致的局部地温升高对烃源岩热演化和砂岩储层次生孔隙形成具有重要影响，同时也是区域构造运动的一个重要指示，对于理解区域地质历史具有重要意义。

[目的和方法]  为明确西湖凹陷平湖斜坡带南部盖层火成岩形成期次和分布规律，综合前人研究成果和邻区数据，利用三维地震数据及相关属性，结合钻井、录井和测井资料，分析了火山岩类型、分布地层和范围；通过地层年代学、火山机构形态及其与围岩的接触关系，探讨了火成岩的形成期次。 

[结果和结论]  研究结果表明：(1) 平南地区火成岩地震相可分为火山通道相、爆发相、溢流相和侵入相，其中盾状火山机构和丘状火山机构最为发育。(2) 岩浆活动可分为3期，中新世末期区域性龙井运动岩浆活动最为强烈，影响范围最广；玉泉组沉积晚期和三潭组沉积早期为局部小规模构造运动，岩浆活动较弱，影响较小。(3) 研究区发育5个与岩浆活动有关的岩性、低幅度披覆背斜和断裂复合圈闭。研究成果为后续西湖凹陷平湖斜坡带南部油气勘探开发提供参考。     

[关键词] 西湖凹陷; 岩浆活动; 火山机构; 地震响应特征

文章主要内容

西湖凹陷自新生代以来，经历了多期构造运动，并伴随着强烈的岩浆活动，导致火成岩在此区域广泛分布。火山岩储层的油气聚集在宏观上与火山机构密切相关。过去的研究者们通过重磁资料、地震资料以及火成岩取样分析测试等多维度资料，对岩性、分布层位及范围和岩浆活动时期进行了深入分析^[1-8]。重磁方面的研究成果揭示了西湖凹陷火成岩的广泛分布，特别是凝灰岩、安山岩与花岗岩等岩性，呈现出南、东多北少的分布特征，主体为板内或板缘岩浆岩^[1-2]。新生代岩浆岩活动分为喜马拉雅早、中、晚3期，具有西早东晚，北早南晚的特点，南部岩浆岩改造作用尤为显著。

地震资料解释成果指出，平南地区的圈闭类型主要以火成岩与断块联合形成的圈闭为主，且圈闭定型时间略晚于烃源岩排烃高峰期^[3-4]。西湖凹陷天台斜坡区火成岩发育丰富，研究表明其具有始新世至中新世多期间歇性发育特征，并建立了中心式和裂隙式2种喷发模式。裂隙式喷发可能形成优势的油气运移通道，而中心式喷发则有利于形成良好的储集空间^[5]。

尽管重磁和地震解释方面的研究成果为西湖凹陷油气勘探提供了重要指示，但岩浆活动及其引发的热事件对局部油气地质条件的影响较大，西湖凹陷岩浆活动对加速局部烃源岩层的生排烃具有促进作用，岩浆活动有关的热事件是深部储层(深度大于3 300 m)次生孔隙发育的重要原因^[6-8]。

然而，由于重磁资料覆盖面积大但分辨率较低，缺乏对西湖凹陷内火山机构进行详细刻画的能力。地震解释方面，由于研究侧重点和资料覆盖范围的不同，前人并未对平南地区火山岩地震相进行分析，并刻画其火山机构。鉴于对平南地区火山岩地震相和火山机构的认识不足，此次研究基于中海石油(中国)东海西湖石油天然气作业公司提供的覆盖A9、A10、A11、A1、B1、B2、B3等探井约1 200km²的海上三维地震数据，分析火成岩地震反射特征(地震相)，精细刻画火山机构及其分布，分析岩浆活动时期及规模，旨在揭示新生代火山岩的分布规律、形成期次以及对油气勘探的潜在影响。

西湖凹陷位于东海陆架盆地东部凹陷内，是一个新生代盆地，东邻钓鱼岛隆褶带，西部界限为虎皮礁隆起，海礁隆起和渔山东低隆起，北部与福江凹陷相邻，南部与钓鱼凹陷相接(图1a)。西湖凹陷构造具明显东西分带，自西向东分为西部斜坡带、中央反转构造带和东部断阶带，西部斜坡自北向南依次为杭州斜坡、平南斜坡和天台斜坡(图1b)。

图 1 东海陆架盆地和西湖凹陷构造单元划分及平南地区地层和地震层序(a、b据文献[5]，c据文献[2,9]，修改)

Fig. 1  Structural units in the East China Sea Shelf Basin and the Xihu Sag, along with the strata and seismic sequences in the Pingnan area (a and b modified after reference [5]; c modified after references [2,9])

地震合成记录主要是通过对声波时差曲线和密度曲线进行反卷积生成波阻抗，进而形成合成道。不同岩性之间存在波阻抗差值，波阻抗差值越大合成道和地震道上振幅越强。合成道单位是深度，地震道单位为时间，因而，通过对比双方地震反射特征，将组合反射特征相近或相同的合成道与地震道进行对齐即完成了深度(主要为测井和录井数据)与时间(地震数据)的对应转换关系。对齐过程中除观察地震波形组合特征外，还要观察标志层，标志层即为区域内广泛存在的稳定地层，其岩性与上下地层差异较大，波阻抗差值大，在合成道和原始地震道上表现为较强振幅特征，如煤层或页岩与砂泥地层界面易形成标志层。将完成合成记录的钻井投影到地震数据上。

西湖凹陷基底为前古近系变质岩，盖层自下向上依次为上中始新统宝石组和平湖组，渐新统花港组，中新统龙井组、玉泉组、柳浪组，上新统三潭组及更新统东海群，普遍缺失古新统和下始新统。西湖凹陷原型盆地经历了古新世—中始新世陆缘分隔型断陷盆地，晚始新世陆缘整体型断−坳转换盆地，渐新世陆缘大型坳陷盆地，中新世陆缘凹陷盆地和上新世及第四纪弧后陆缘凹陷盆地5个演化阶段。雁荡运动、平湖运动、玉泉运动、花港运动和龙井运动等形成区域不整合面分别对应地震标志层T100、T40、T30、T20和T10等^[5,9-11](图1c和图2)。

图 2 B1井合成地震记录

Fig. 2  Synthetic seismograms of well B1

地震相单元定义为地震特征与相邻单元不同的地质体^[12-13]， 地震相分析应考虑位置、外形、内部配置、连续性、平滑度、幅度、频率、特殊波形和外观等参数配置^[14-19]。前人已对火山岩岩相与地震相进行过大量系统研究，将火山岩岩相分为火山通道相、爆发相、喷溢相、侵出相和火山沉积相5大类^[14,20-23]。火山通道相和侵出相属于火山口−近火山口相带，火山通道在地震剖面上表现为顶底强振幅夹中间弱振幅反射，通道左右两侧地层倾向相反，穿层，呈团块状、管状产出^[24]。侵出相多位于火山口顶部，外部轮廓清晰，一般呈透镜状或丘状，内部呈杂乱、波状或空白反射。爆发相和喷溢相属于近源相带，爆发相位于火山口附近，多呈板状、席状或楔状，纵横比低，呈强反射。喷溢相呈充填状或席状产出，顶部呈缓丘型，内部呈平行−亚平行、杂乱和波状，纵横比低−中等。火山沉积相属于远源相带。岩体多呈席状披盖于下伏岩层之上，靠近火山通道一侧厚度较大，向远楔形尖灭，纵横比低。

结合前人对火山岩地震相划分方案和研究区三维地震资料的分辨率将火成岩分为火山通道相、爆发相、溢流相和侵入相4类。火山通道相包含中心式喷发火山通道相和裂隙式通道相，火山口剖面表现为碟型和丘型，包含爆发相和溢流相。岩浆沿颈状管道上涌为中心式喷发，沿断裂溢出为裂隙式喷发，爆发相为火山爆发产物，溢流相为火山喷溢和泛流产物^[5,25-26]。

均方根振幅属性和相干体的提取均是在landmark R5000软件中完成的，对研究使用的三维地震数据进行整体运算，软件已设定固定参数，不同的是，此次研究将均方根属性值归一化到0~100。相干体的显示结果只有2个数值，此次相干设定为1，不相干设定为0。火山岩的识别方法是通过人工在原始地震剖面上观察各地震相的形态和与围岩的关系，并辅助以相干和均方根属性等地震属性。提取地震属性是有目的地放大需要观察因素，以便人眼快速识别。

研究区内中心式喷发火山通道相在剖面上深度可达2 s(图3)，平面上呈边缘不规则圆形或半圆，直径200~4 000 m(图3)。中心式喷发火山通道与被刺穿围岩具明显不规则边界，整体呈条带状，内部呈弱振幅杂乱反射或空白反射(均方根值低于20，图3、图4a)，低相干(相干值为0，图4b)。

图 3 基于地震相解释的火成岩分布的典型剖面

Fig. 3  Typical profiles showing the igneous rock distribution derived from seismic facies interpretations

图 4 研究区典型属性剖面(平面位置如图5a所示)

Fig. 4  Typical seismic attribute profiles of the Pingnan area (see Fig.5a for planar locations)

裂隙式通道相在深度约为1 s处(图3)，平面上沿断层呈片状或条带状分布(图5)，宽200~1 000 m(图3、图6)，剖面上围绕断层呈不连续条带状或不规则串珠状分布。断续条带状通道内部在弱振幅杂乱反射或空白反射背景下，可见较明显残余地层上弯中−强振幅层状反射，与围岩连续性较好，同相轴较为光滑(图3、图4a)，相干属性剖面上表现为低相干黑色条带和高相干白色条带共存(图4b)。不规则串珠状通道内部呈弱振幅杂乱反射或空白反射，低相干(图3a、图4)。平南地区火山口地震剖面上表现为碟型和丘型，碟型火山口主要发育溢流相，丘型火山口发育爆发相和溢流相。溢流相剖面上表现为高相干、中−强振幅层状反射(相干值为1，均方根大于60)(图3a、图4、图6a和图6b)。火山口内为短轴不连续反射，可见多期岩浆溢流界面及小型褶皱，反射界面之间为不整合接触，同相轴较为光滑。上覆地层与溢流相平行不整合接触，微弱变形或无变形，自火山口往外溢流相可见明显同相轴尖灭。爆发相在火山口形成多期叠置丘型反射，单个丘型外部界面为中−强振幅反射，规模较小，丘型内部呈弱振幅杂乱反射，上覆地层可见明显强制褶皱变形(图6c)。

图 5 不同属性瞬时切片(2 050 ms，区域位置如图 7a所示)

Fig. 5  Instantaneous slices of varying seismic attributes (2050 ms; see Fig.7a for the regional locations)

图 6 爆发相和溢流相地震剖面

Fig. 6  Seismic profile showing the explosive and overflow facies

中心式喷发火山通道相和裂隙式通道相表现为低相干和弱振幅，相干值为0，均方根值小于20；爆发相、溢流相和侵入相上表现为高相干、中−强振幅层状反射，相干值为1，均方根值大于60。

侵入相分布于火山通道和断层周围(图3、图4)，剖面上表现为强振幅、不连续短同相轴反射，振幅强度高于围岩(相干值为1，均方根值高于60)。形态呈碟型岩床或低缓丘型岩盖，上覆地层形成强制褶皱，平面上呈片状或条带状分布(图5)。研究区内中心式火山通道和条带状裂隙式火山通道均为喷出相火山通道，顶部连接火山口溢流相或爆发相，局部发育侵入相。不规则串珠状裂隙式通道相为侵入式岩浆通道，顶部和底部主要发育侵入相。

火山机构是一定地质时限内，来自于同一相对稳定的火山口源区的火山喷出物，包含地上火山锥和地下火山通道等^[27-29]。火山机构可划分为近源相带、中源相带和远源相带，火山岩厚度自近源相带火山口至远源相带厚度减薄^[30]。火山喷发类型决定火山机构形态^[29]，火山喷发分为中心式喷发、裂隙式喷发、复合式喷发和熔透式喷发4类^[25-26,5]。而文中对火山机构的分类主要依据王璞珺等^[31]在国外典型火山机构地质特征归纳总结基础上的分类。其将火山机构总结归纳为苏特塞式(锥形火山机构)、武尔卡诺式(杯状火山机构)、夏威夷式(即熔岩盾状火山机构)、斯通博利式(复合型火山机构)、普林尼式(丘状火山机构)、培雷式(丘状或岩脊状火山机构)和潜水水汽−岩浆混合式(凝灰岩楔状火山机构^)[29,32-33]。

依据前人火山机构划分标准和平南地区地震识别火山口形态，研究区火山机构可分为盾状火山机构和丘状火山机构。盾状火山机构主要由中心式喷发火山通道相和溢流相碟型火山口组成，丘状火山机构主要由条带状裂隙式喷发火山通道、爆发相丘型火山口和溢流相组成。研究区新生代共计发育19座火山，其中盾状火山机构7个，丘状火山机构12个。

盾状火山机构：5座分布于研究区东北部，2座分布于西南部(图7a)。火山口四周相对较高，中心较平坦，平面分布相对独立，直径200~4 000 m。溢流相平面呈片状，宽2~4 km，长4~8 km。盾状火山机构主要分布于柳浪组顶部(图7b)。

图 7 平南地区龙井组顶部断裂系统和火山机构

Fig. 7  Fault system and volcanic edifices at the top of the Longjing Formation (), Pingnan area

丘状火山机构：11座分布于南部，1座分布于东北部(图7a)。火山口中间高四周低，多呈串珠状分布于断层附近，直径200~1 000 m。爆发相范围略大于火山口，溢流相覆盖于爆发相之上，同期相邻火山口溢流相连片分布，宽2~4 km，长4~6 km。盾状火山机构主要分布于柳浪组顶部和三潭组底部(图7b)。

岩浆主要侵入花港组、龙井组、玉泉组至柳浪组(图7c)，花港组侵入相在研究区南北部均有发育，宽1~4 km，长1~6 km。龙井组侵入体呈直径约1 km近似圆形零星分布于研究区南部。玉泉组至柳浪组呈片状分布于研究区南部，宽1~4 km，长1~5 km。

本次结合区域构造资料、前人相关研究成果及三维地震资料中火山岩与围岩的关系分析研究岩浆活动期次。研究区仅B1井钻遇火成岩，具低伽马和高电阻特征(图8a和图8b)， K-Ar体积法测试年龄为14.7 Ma和31.7 Ma^[3]。晚白垩世末期—中新世末期太平洋板块后撤式俯冲背景下，西湖凹陷所在东海陆架盆地东、西部坳陷带先后呈现出自西向东迁移的伸展断陷和挤压反转等演变特征。中始新世平湖运动、始新世末玉泉运动、渐新世末花港运动和中新世末龙井运动等分别对应伸展方向转变、伸展结束、挤压开始和挤压显著增强等成盆应力背景^[34]。

图 8 B1井火山岩段地质特征与地震响应综合分析(平面位置如图7b所示)

Fig. 8  Comprehensive analysis of the geology and seismic responses of the volcanic rock interval in well B1 (see Fig.7b for the planar locations)

平南地区柳浪组顶部发育7座盾状火山机构和4座丘状火山机构，玉泉组底部和三潭组(N2s)底部分别发育4座丘状火山机构(图3、图7b、图8c、图9)。一般认为岩浆活动能够影响的最新地层，形成时期早于岩浆活动或与之同期^[30,35-36]。

图 9 三潭组(N2s)底部丘状火山机构剖面(平面位置如图7b所示)

Fig. 9  Profile showing the mounded volcanic edifices at the bottom of the Santan Formation N2s; see Fig.7b for the planar locations)

柳浪组沉积时期，发生以挤压为主的区域性龙井构造运动，伴随大规模强烈岩浆活动。B1井火成岩最新年龄14.7 Ma，对应玉泉组早期沉积时期，火山机构规模相对较小，且分布局限，对应龙井运动之前的一期局部较小规模构造运动。如图8c所示，丘状火山机构上覆玉泉组与柳浪组之间存在一局部角度不整合面，不整合面下伏地层为一局部背斜，背斜核部受风化剥蚀，核部两侧可见明显同相轴尖灭至削截面。在区域性渐新世末花港运动和中新世末龙井运动之间，平南地区最少存在两期局部小规模构造运动，一期对应局部岩浆活动时期，一期对应局部地层挤压变形、隆升剥蚀。三潭组底部丘状火山机构，分布范围局限，应为龙井运动之后平南地区局部小规模构造运动。

花港组至柳浪组均存在岩浆侵入现象，侵入体主要围绕火山口和裂缝分布，岩浆沿火山通道或断层上涌侵入周围地层，使上覆地层形成强制褶皱。侵入相形成时间应与附近火山口活动时期相近或一致(图3、图7b、图9)。平南地区岩浆活动分为3期，中新世末期区域性龙井运动岩浆活动最为强烈，分布范围最广。其次玉泉组沉积晚期和三潭组沉积早期平南地区南部分别存在局部小规模构造运动，伴随岩浆活动较弱，火成岩分布范围较小。

西湖凹陷烃源岩主要为平湖组及宝石组所发育的煤和暗色泥岩，目前油气勘探开发层位为平湖组和花港组^[37-40]。花港组经历了19~17 Ma烃源岩早成熟阶段小规模油气充注，17~9 Ma烃源岩有机质低成熟阶段油气充注以及7 Ma以来持续油气充注^[41-42]。平南地区引起大规模岩浆活动的中新世末龙井运动自柳浪组沉积初期持续至5.5 Ma左右，岩浆活动形成的局部高温不仅加速局部烃源岩热演化，而且伴随烃源岩成熟迅速释放的有机酸和CO2促使砂岩储层形成次生孔隙。岩浆活动侵入作用致使已固结砂岩局部增压，引起围岩脆性破裂，同时热液携带的火山物质和H2S等酸性物质对长石和岩屑等进行溶蚀，形成大量次生孔隙。岩浆活动伴随的地温升高，亦会引起黏土矿物转换程度升高，并快速脱水，改善砂岩储层物性^[8]。平南地区岩浆活动对油气生成及充注影响利大于弊^[43-45]。

岩浆上拱刺穿或侵入地层，会形成侧向遮挡圈闭和低幅度披覆背斜，同时晚期火成岩未经受构造改造，致密坚硬，可作为局部有利盖层^[2,24,46]。研究区内龙井组发育5个火成岩相关圈闭，圈闭位置如图7a所示。圈闭1为岩性与低幅度披覆复合圈闭，面积2.4km²，闭合高度49 m；圈闭2为断层与低幅度披覆复合圈闭面积2.07 km²，闭合高度56 m；圈闭3—圈闭5为岩性与断层复合圈闭，圈闭面积依次为1.30、1.00、1.35 km²，闭合高度依次为27、26、32 m。

(1)平南地区火成岩主要有火山通道相、爆发相、溢流相以及侵入相。火山通道相和爆发相内部为弱振幅杂乱或空白反射，溢流相和侵入相为连续层状强振幅反射特征。

(2)研究区发育7个盾状火山机构和12个丘状火山机构，盾状火山机构火山口剖面上呈蝶型，以溢流相为主，丘状火山机构火山口剖面呈叠置丘型，爆发相和溢流相均发育。

(3)平南地区岩浆活动分为3期，中新世末期区域性龙井运动岩浆活动最为强烈，分布范围最广。其次玉泉组沉积晚期和三潭组沉积早期平南地区南部分别存在局部小规模构造运动，伴随岩浆活动较弱，火成岩分布范围较小。

(4)岩浆活动局部增温，有利于烃源岩成熟演化和已固结砂岩次生孔隙形成。平南地区龙井组发育5个与岩浆活动有关的岩性、低幅度披覆背斜和断裂复合圈闭。

第一作者简介

孙乃泉，黑龙江哈尔滨人，博士，长安大学副教授，中国地球物理学会重点实验室“地球物理场多参数综合模拟实验室”副主任，长安大学地球物理与信息实验室主任。以第一作者共发表科研论文十余篇，主持参与国家级课题6项，主持完成科研项目多项。主要研究领域为地球物理学、地球探测与信息技术。研究方向地球物理数据处理及解释，地空瞬变电磁法在复杂地质工程中的应用。