黄雪飞

中国地质大学(北京)，北京

收稿日期：2022年8月8日；录用日期：2022年10月19日；发布日期：2022年10月27日

摘要

巴西东南海域被动陆缘盆地内部岩浆活动频繁，导致火成岩分布广泛。本文以桑托斯盆地B区块火成岩为研究对象，通过对其岩石学、矿物学、年代学和岩石地球化学等研究，明确了区内火成岩岩石类型及分布，重点分析了岩浆活动特征及期次，尝试总结不同期次火成岩的油气地质意义。B区块至少经历了阿普特期(113.3 ± 1.2 Ma~122.5 ± 0.6 Ma)和圣通–坎潘期(77.4 ± 0.4 Ma~86.5 ± 5.9 Ma)两期岩浆活动。其中，Aptian期岩浆属钙–碱性，以喷发岩为主，集中分布在Itapema组及以下，属盆地裂陷初期的岩浆活动，经历了多次喷发过程，通过改变湖盆底部地形地貌，影响并控制同时期Itapema组介壳灰岩沉积；圣通–坎潘期岩浆以碱性辉绿岩为主，属于侵入岩，不仅在盐下分布，也可以穿透盐层进入盐上或滞留盐内，并对围岩进行烘烤，产生接触热变质，降低储层孔渗性，增加储层复杂程度。

关键词

巴西，被动陆缘盆地，桑托斯盆地，B区块，火成岩，Ar-Ar年龄，岩浆活动期次

Characteristics and Stages of Magma Events in Passive Continental Margin Basins in South-East Offshore of Brazil

—Taking Igneous Rocks in Block B, Santos Basin as an Example

Xuefei Huang

China University of Geosciences (Beijing), Beijing

Received: Aug. 8^th, 2022; accepted: Oct. 19^th, 2022; published: Oct. 27^th, 2022

ABSTRACT

Multiple magma events induced widespread distribution of igneous rocks in the passive continental margin basins in the South-East offshore of Brazil. This paper takes igneous rock associations in Block B in Santos Basin as a study case. Through the study of petrology, mineralogy, chronology and petrochemistry, the types and distribution of igneous rocks are clarified firstly, then the characteristics and stages are analyzed, and finally their petroleum significance is attempted to be summarized respectively. In Block B, at least two stages of magma events were developed, the Aptian period (113.3 ± 1.2 Ma~122.5 ± 0.6Ma) and Santonian-Campanian period (77.4 ± 0.4 Ma~86.5 ± 5.9 Ma) respectively. The Aptian magma is calcium-alkaline and occurs in the facies of eruption. They are mainly distributed in Itapema Formation and its lower sections. It belongs to the earlier magma in the rift stage of the basin and has experienced multiple eruptions, which influenced and controlled the deposition of the Itapema Formation by changing the topography and geomorphology of the lake bottom. The Santonian-Campanian magma is mainly alkaline diabase, which belongs to intrusive rock, not only distributed within the pre-salt, but also penetrated the salt layer and post-salt layers, baking surrounding rock, producing contact thermal metamorphism, reducing reservoir permeability and increasing reservoir complexity.

Keywords:Brazil, Passive Continental Margin Basins, Santos Basin, Block B, Igneous Rocks, Ar-Ar Ages, Stages of Magma Events

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1. 前言

巴西东南海域发育了包括桑托斯、坎波斯、艾斯普利托–桑托斯和巴伊亚等在内的10多个被动陆缘盆地 [1]，其中，桑托斯盆地近年来油气勘探持续获得突破，成为世界深水油气勘探的热点地区。随着油气勘探的深入，盆地勘探面临的问题和挑战也愈加清晰，其中，就包括盆地内部广泛分布的火山岩。这些火成岩以不同相态、岩性和产状散布于各套地层，成为盆内油气勘探的一大地质风险。另一方面，有些盆内火成岩因储藏着商业性油气流，成为了一种非常规储层 [2]，正引起越来越多关注。

区域构造演化和地质研究表明，桑托斯盆地至少发育了豪特里维–巴雷姆期(~130 Ma?)、阿普特期(~120 Ma)、圣通–坎潘期(~80 Ma)和Eocene期(~50 Ma)等四期岩浆活动 [3] [4] [5]，也有研究者按照盆地演化阶段将其分为3个火山活动期次 [6]。由于岩浆活动时间跨度大、区域分布规律不明，再加上深水区域取样难度大、火成岩样品稀缺，最终造成了对盆内火成岩岩性特征和类型认识相对有限，对岩浆活动期次和产出特征把握不准确，致使火成岩分布预测无规律可循，极大地制约了盆内油气勘探部署和钻井井位优选。

鉴于此，本文以桑托斯盆地B区块为解剖区，通过对区内火成岩地震剖面上的识别和分布特征进行梳理，重点对其岩石学和岩石地球化学进行测试分析，尝试对其进行岩性识别和类型划分，再利用火成岩年代学，测试岩石Ar-Ar地质年龄，进而确定火成岩形成时期，明确区内岩浆活动特征和期次，最后对标区域内岩浆活动特征尝试梳理区内不同期次岩浆在油气成藏过程中的作用。

2. 区域地质背景

巴西东南海域被动陆缘盆地的形成主要与冈瓦纳大陆的解体和大西洋开裂相关 [7] - [13]。盆地演化主要分为3个阶段：裂谷期、过渡期和漂移期。裂谷期主要从侏罗纪晚期到早白垩世阿普特早期，发育良好的湖相烃源岩(Picarras组-PIC)，具有巨大的生烃潜力，裂谷期还发育河流、三角洲和湖相沉积体系，为盐下油气成藏提供碎屑岩储层和碳酸盐岩储层(Itapema组-ITP和BarraVelha组-BVE)；过渡期主要发育晚阿普特阶沉积巨厚盐岩(Ariri组)，成为良好的盖层；漂移期则主要指晚白垩世至第三纪，发育海相碳酸盐岩、海相泥岩和深水浊积砂岩(图1)。

B区块位于桑托斯盆地东北部深水区(图1)，属大型断背斜构造，是桑托斯盆地最常见的圈闭类型和储–盖组合。圈闭以盐层为盖层，分别发育Barra Velha和Itapema两套碳酸盐储层，前者属微生物灰岩，以颗粒(球粒，鲕粒)灰岩、藻灰岩和叠层石灰岩常见，后者则以介壳灰岩为主。区内火成岩大量发育，基于常规地震剖面和地震速度剖面，可以粗略识别规模较大的火成岩体。整体上，火成岩集中分布在盐下，在盐层底部也可见席状火成岩层，在盐内和盐上可见散布的、不规律分布的岩席、岩脉和岩墙等。基底附近，火成岩分布比较复杂，既有连片分布的大型基底隆起，又有层状分布的溢流相岩体，多以喷发岩为主。钻井不仅可遇到这些地震上容易识别的大规模厚层岩体，还可见到地震无法识别的薄层火成岩岩脉等。研究中，笔者制作了一条NW-SE向跨区域代表性骨干地震剖面，分别制作了常规地震剖面，地震速度剖面并编制了对应地质剖面图(图2)。从图中可以看出，火成岩规模大小不等、形态复杂多样、区域分布杂乱无序，根据火成岩空间位置关系，钻井过程中设计了井壁取芯开展火成岩研究。

3. 火成岩岩石学特征及岩石化学分类

对区块内4口井近70余块井壁取芯样品和岩石薄片观察后，明确了区内火成岩岩石类型。研究中，分别筛选B2井、B3井和B4井火成岩样品进行测试分析，其中，侵入岩以三角形标记，喷发岩以菱形标记，三口井分别以橙色、黄色和蓝色标记，样品编号分别采用井名和岩石位置分别标记，譬如B2井顶部侵入岩样品标记为B2_a，底部喷发岩则标记为B2_b。

图1. 桑托斯盆地在巴西东南海域位置及综合地层柱状图(据文献 [13] 修改)

图2. B区块典型地震剖面及火成岩分布(剖面位置见图1)

3.1. 侵入岩岩石学特征

区内侵入相火成岩可见辉绿岩、辉长岩和煌斑岩等三大类。辉绿岩镜下呈辉绿结构、间粒间隐结构和包含结构等，主要矿物包括斜长石、钛辉石和橄榄石，有时也可见少量角闪石和黑云母等(图3 B2_a)，辉石颗粒粗大、破碎严重，内部发育镶嵌结构，见长条状斜长石晶体。

辉长岩矿物颗粒粗大，不仅手标本可见明显矿物颗粒，岩石薄片镜下也可见典型辉长结构。辉石和角闪石晶粒粗大，破裂严重，斜长石聚片双晶非常明显，新鲜颗粒边界清晰，部分长石蚀变明显，形成绢云母和钠长石，绿泥石则与辉石和橄榄石等蚀变有关(图3 B3_a)。

煌斑岩发育较少，仅在B4井内少量薄层分布。岩石由全晶质细粒矿物组成，镜下多为半自形晶和自形晶(图3 B4_a)。斑晶以斜长石为主，呈不等粒斑状结构，也可见橄榄石和镁铁质矿物斑晶等，橄榄石蚀变后出现假晶。基质由自形程度较差的镁铁质矿物(角闪石)和半自形长石组成，蚀变现象也十分普遍，常见碳酸盐岩、沸石和黄铁矿等蚀变矿物，边界多蚀变模糊，少见完整的晶体颗粒。

3.2. 喷发岩岩石学特征

区内喷发相火成岩可见块状玄武岩、粗玄岩以及碎玻质熔岩等三大类。块状玄武岩比较常见，薄片镜下呈细粒半晶质结构、玻基斑状结构和聚斑状结构等，火山玻璃含量较高，整体呈暗色。斑晶通常为碱性长石、少量橄榄石和角闪石等，基质则由火山玻璃、细粒针状或粒状斜长石组成，颗粒较小(图3 B2_b)。斜长石间隙主要是碎玻质结构，以火山玻璃为主，具有很高的玻璃质/晶体比，表明冷却速率高。矿物蚀变严重，斜长石斑晶蚀变为绢云母和钠长石等。橄榄石则被碳酸盐、沸石等交代，出现假晶。基质常被碳酸盐交代。

粗粒玄武岩，又称粗玄岩，是一类介于喷发玄武岩和侵入辉绿岩之间的岩石，岩石呈半晶质–显晶质结构、玻基–斑状结构，可见斜长石聚片双晶和橄榄石斑晶等，基质以斜长石、角闪石、橄榄石和云母等常见(图3 B3_b)，含有少量暗色玻璃质。矿物颗粒和基质均具有蚀变现象。与玄武岩相比，矿物颗粒晶形相对完整，新鲜程度偏高。

碎玻质熔岩所占比例小，岩石呈隐晶质结构，也可见玻璃状结构或斑晶结构，斑晶以细粒斜长石为主。基质由火山玻璃和不透明矿物组成，是岩浆水下喷发快速淬火产物，撕裂部分被碳酸盐等充填，形成岩脉(图3 B4_b)。

图3. B区块火成岩薄片镜下特征(样品位置见图2)

4. 火成岩Ar-Ar地质测年

4.1. 火成岩样品筛选

为弄清区内火成岩形成次序及相互关系，研究中分别从上述样品取样进行年龄测试，本研究采用了样品需求量较少的Ar-Ar法进行地质测年。为获取相对准确可靠的地质年龄数据，测试过程中分别对斜长石、角闪石和黑云母等含钾(K)和氩(Ar)单矿物或全岩分别进行测试，并选择相互间相对一致的年龄数据，最终获有效年龄数据6组(表1)。

表1. 桑托斯盆地C区块火成岩Ar-Ar测年数据统计表

4.2. 火成岩Ar-Ar地质年龄

Ar-Ar地质测年结果发现侵入相辉绿岩、辉长岩和煌斑岩年龄基本在77.4 ± 0.4 Ma~86.5 ± 5.9 Ma之间，全部为圣通期–坎潘期，而喷发相玄武岩、粗玄岩和碎玻质熔岩，地质年龄为113.3 ± 1.2 Ma~122.5 ± 0.6 Ma，基本对应阿普特期。

4.3. 火成岩岩石地球化学特征及分类

为弄清楚各类火成岩成因联系，研究中进行了岩石地球化学测试。为减少样品蚀变对测试结果的影响，研究中采用了Winchester等(1997)的Zr/TiO₂-Nb/Y图版进行岩石类型划分，其中，侵入相岩石基本以碱性岩为主，而喷发相岩石则以钙碱性为主，又称拉斑质(图4)。从图2中可见，有些火成岩体空间上并不接触，但火成岩年龄和岩石化学特征具有高度相似性，表明岩浆活动在区域上呈现出期次性。

图4. B区块火成岩岩石化学特征及分类(底图据文献 [14] 有修改)

综上可见，B区块岩浆活动整体可分为两大期次，其中，阿普特期岩浆活动以喷发岩为主，圣通期–坎潘期岩浆以侵入岩为主。层位分布上，Barra Velha组、盐层及以上层位中火成岩主要以圣通期–坎潘期岩浆侵入为主；Itapema和Picarras组则以阿普特期喷发岩为主，局部可能伴有侵入岩(次火山岩)，形成了粗玄岩这类介于侵入岩和喷发岩之间的岩石类型。

5. 岩浆活动特征及期次

5.1. 岩浆活动期次及区域对标

对标桑托斯盆内四期岩浆活动，可以看出，B区块只发育了阿普特期和圣通–坎潘期两期。豪特里维–巴雷姆期岩浆主要在盆地裂陷初期活动，形成了盆地基底或基底之上火山碎屑岩 [7]。由于埋深较大，该期岩浆在整个盆地都鲜有钻遇。因此，不确定B区块深部是否发育。始新世火成岩在B区块亦未发现，所以不清楚其岩石学特征和产出状态。由此可见，盆内岩浆活动区域分布并不均匀，不同位置可能发育不同期次岩浆；在同一区域，火成岩发育层系和产出状态也迥然不同。研究区B区块内阿普特期以喷发岩为主，而圣通–坎潘期以侵入岩为主。

5.2. 两期活动岩浆的油气地质意义

在明确火成岩形成时间和岩浆活动期次基础上，分别对两期岩浆的油气地质意义进行梳理。区域勘探和地质研究均表明，圣通期火成岩属于晚期侵入岩，集中分布于BVE组储层，其大量发育不仅会减少有效储层厚度，而且分布比较随机，多沿着碳酸盐储层裂隙、裂缝及薄弱带呈网状分布。不仅如此，岩浆伴生热液也会对储层产生硅化和云化等，形成一些致密层或隔挡层，造成油气藏被分隔，形成多分割单元和多油水界面等 [15] [16]。更重要的是，侵位的高温岩浆与储层相互作用常发生热烘烤和热接触变质等，使得碳酸盐岩储层重结晶或玻璃化，形成了烘烤带或烘烤晕等，大幅降低储层孔–渗特征 [17]。

阿普特期火成岩分布相对广泛，埋深也更大，在一些古隆或古凸起上常被钻井揭示。这些喷发岩重塑了盆地基底古地形。勘探发现，阿普特期火成岩喷发形成的古地貌隆起上区可发育介壳灰岩等高能滩体，成为优质储层。不仅如此，阿普特期火成岩形成时间较早，以水下喷发或水面附近喷发为主，经过与湖水长期接触溶蚀，或局部暴露产生溶蚀淋滤，造成岩石蚀变相当普遍，局部会产生较好的孔洞和裂缝系统，成为一种有效非常规储层。

6. 认识与结论

B区块内主要经历了两期岩浆事件，一期发生在113.3 ± 1.2 Ma~122.5 ± 0.6 Ma左右，属阿普特期；另一期发生在77.4 ± 0.4 Ma~86.5 ± 5.9 Ma左右，属圣通–坎潘期，暂未见到豪特里维–巴雷姆期岩浆活动产物，亦未见到始新世等更晚期岩浆活动产物。

B区块阿普特期岩浆以喷发岩为主，岩性上可见致密块状玄武岩、粗玄岩和碎玻质熔岩，岩石化学特征属于钙碱性火成岩，集中分布在PIC和ITP组储层内部；而圣通期岩浆以侵入岩为主，岩性上常见辉绿岩、辉长岩和少量煌斑岩等岩石类型，岩石化学特征上属于碱性火成岩，常侵入到BVE储层、盐层及以上层位内部。

阿普特期岩浆多期喷发和局部上拱是基底古地形、古地貌重塑者，其水下喷发可以影响同时期ITP组灰岩沉积；圣通期岩浆则属于晚期侵入者，对储层影响更多体现在热烘烤和接触热变质等方面，降低储层孔渗性，复杂储层内部结构。

文章引用

黄雪飞. 巴西东南海域被动陆缘盆地岩浆活动特征及期次——以桑托斯盆地B区块火成岩为例
Characteristics and Stages of Magma Events in Passive Continental Margin Basins in South-East Offshore of Brazil—Taking Igneous Rocks in Block B, Santos Basin as an Example[J]. 地球科学前沿, 2022, 12(10): 1309-1316. https://doi.org/10.12677/AG.2022.1210126

参考文献