利用地震数据对热液喷口复合体的构造控制与几何特征表征，波蒂瓜尔盆地 – 巴西

《Journal of South American Earth Sciences》：Structural control and geometric characterization of a hydrothermal vent complex using seismic data, Potiguar Basin – Brazil

　　# 摘要盆地中的热液喷口综合体代表由流体流动驱动的构造和热扰动，导致强制褶皱、烃类成熟和流体再活化。虽然其成因已被广泛研究，但控制其几何形态和演化的因素仍有争议。本研究分析了巴西陆上Potiguar盆地的三维地震数据，以确定热液喷口结构。两个代表性喷口被提取为三维地质体，利用地震属性拉伸，实现对其内部几何形态的详细表征。结果表明，所有已识别的喷口均受区域尺度断层控制，这些断层增强了热液流体流动。地震属性，包括方差和倾角照明，被证明是识别喷口结构、其与断层的关系以及相关流体通道有效的工具，提供了对其空间分布和几何形态的见解。特别是，相位属性的余弦值显示，随着通道在盆地内不同沉积单元中传播，热液喷口的几何形态会发生变化。这些发现突出了断层带在热液喷口综合体发展中的作用，并加深了我们对沉积储层中硅化过程的理解。# 引言热液喷口是通过围岩传播的流体结构，可能影响储层的岩石物理性质（例如，Procesi等人，2019年；Finn等人，2022年）。热液喷口已在沉积盆地中被描述，与火山活动和火成岩侵入体有关，包括岩脉、岩床和其他岩浆管道系统组成部分（Skoseid等人，1992年；White和McClintock，2001年；Svensen等人，2003年；Jamtveit等人，2004年；Planke等人，2005年；Hansen等人，2008年）。所有这些岩浆活动都扰乱了流体储层，形成了具有各种架构的热液喷口，用于输送气体和热水（Svensen等人，2003年；Procesi等人，2019年；Finn等人，2022年；Rovere等人，2022年）。虽然热液喷口已被广泛讨论，但控制流体通道和通道架构的过程仍然知之甚少（Cartwright，2010年；Jamtveit等人，2004年；Planke等人，2005年；Svensen等人，2006年；Moss和Cartwright，2010b年）。主要的不确定性在于触发水力压裂和控制喷口成核和传播的机制。除了侵入系统外，热液喷口还被描述为通过同沉积过程或侵蚀性流体化形成（McDonnell等人，2007年）。根据岩床的类型，侵入体触发超压区域（Svensen等人，2006年；Davies等人，2012年；Alvarenga等人，2016年）。其他不确定性涉及热液喷口与上覆沉积层序的相互作用，这取决于围岩性质（Moss和Cartwright，2010b年）。在喷口综合体中，主要通道是称为流体管的流体逃逸结构，其特征是来自下方源区域的聚焦流体喷发的极局部垂直至近垂直通道。流体管一词与气烟囱同义使用，通常由由气体或泥组成的压力单元触发（Svensen等人，2006年）。在文献中，喷口的几何形态（无论是与甲烷相关还是热液）已根据其横截面和平面特征被分类为穹丘状、眼状和火山口状（Planke等人，2005年；Cartwright和Santamarina，2015年）（图1B）。喷口边界与周围地层的关系已被定义，重点关注一致、发散或重叠模式（图1B），以及使用喷口内部的反射（Hansen，2006年）。在地震数据中，喷口（无论起源如何）可以通过通道直径和通道长度进行表征，并通过评估被确定为地震数据扰动圆柱形区域的岩床终止与上部喷口区域之间的连接来评估（Hansen，2006年；Maestrelli等人，2017年）（图1A和图1C）。在所有这些背景下，地震数据代表了一种有用的工具，用于在多个沉积盆地中识别热液喷口（Planke等人，2005年；Hansen，2006年；Cartwright和Santamarina，2015年；Alvarenga等人，2016年；Kjoberg等人，2017年；Omosanya等人，2018年；Wang等人，2019年；Mituku和Omosanya，2020年）。地震属性已被用于揭示热液烟囱、喷口和相关结构，如断层、裂缝、褶皱和沉降结构（Jackson等人，2013年；Plaza-Faverola等人，2015年；Omosanya等人，2018年；Rovere等人，2022年）。与既有结构相关的喷口以前也被描述为形成于断层顶部的管道，并被分类为断层相关喷口（Hansen，2006年；Maestrelli等人，2017年；Wang等人，2019年）。这些喷口通常呈现出垂直管道状形状，顶部有穹丘或土丘（Alvarenga等人，2016年；Magee等人，2016年）。相干性和瞬时相位属性已被用于突出与多边形断层相关的沉降坍塌结构、顶断层相关喷口和断层控制喷口（Hansen，2006年；McDonnell等人，2007年；de Mahiques等人，2017年；Omosanya等人，2018年；Mituku和Omosanya，2020年）。然而，许多使用这些属性来识别喷口综合体几何形态的研究未能识别侧向流体注入特征和水力裂缝。在多个热液喷口综合体中，传播和成核机制仍然知之甚少。关键的科学不确定性包括热液喷口传播是否与既有断层带有关，断层系统在多大程度上控制喷口架构，以及某些热液喷口是否完全依赖于超压驱动的侵入机制。另一个重要的考虑因素是断层带是否能重新活化或利用既有热液喷口架构作为优先通道。此外，围岩性质对喷口架构的影响仍受到较少的约束。为了解决这些问题，我们选择了巴西东赤道边缘Potiguar盆地的陆上部分，之前的研究在此处识别了与断层相关的热液硅化露头（Menezes等人，2019年）。本研究旨在描述和表征热液喷口的架构及其与区域断层的关系，使用三维陆上地震数据。我们识别并地震表征了三个热液喷口和九个流体管，并将两个代表性喷口重建为三维地质体以解释其内部架构。我们的解释表明，所有热液喷口都与区域尺度断层有关，其侧向延伸与通过沉积层序的流体迁移有关。所测绘的结构表明，断层提供了构造渗透性，水力压裂增强了这种渗透性，导致热液喷口形成。本研究结果有助于更好地理解沉积层序中热液喷口的就位和硅化过程。# 章节片段## 地质背景Potiguar盆地位于巴西赤道边缘（Pessoa Neto等人，2007年）（图2）。这个被动边缘盆地在早白垩世形成，表现出以半地堑和断块为特征的构造框架。这个构造框架由重新活化结晶基岩剪切带的断层系统所界定（Matos，1992年，1999年；de Castro等人，2012年）。其演化包括三个主要的沉积超序：裂谷、后裂谷和漂移，## 数据和方法研究区域包括陆上Potiguar盆地57平方公里的区域（图2B）。地下数据，包括地震和测井数据，由国家石油、天然气和生物燃料局（ANP）提供。使用了三维地震调查的地震反射数据和两条二维地震线。本研究使用了一口井的数据进行地震-井联系以进行地震解释。该井包含测速数据，位于其中一条二维地震线附近6公里处（图2## 结果结果从三维地震数据的常规地震解释开始呈现，该解释显示了基于井数据的岩性地层解释（图3A）。在基底反射体上方识别出两个岩性地层组（A?u组和Jandaíra组）（图3B）。基底表现出断续、分散的反射体，其顶部由绿点标记（图3B）。这种地震相以连续反射体为特征，常常被...## 热液喷口几何形态和断层系统先前的研究将热液喷口综合体与断层联系起来，描述为断层相关管道（Planke等人，2005年）或流体通道（Magee等人，2014年；Rovere等人，2014年）。这些结构通常与喷口上方和周围的断层有关（Hansen，2006年；Kjoberg等人，2017年）或与多边形断层系统中的气体上升有关（Rovere等人，2022年）。在本研究中，地震分析识别了擦除区和死混合区（图4，图5，图6，图7），## 结论本研究证明，Potiguar盆地中的热液喷口发育受断层活动控制，特别是Afonso Bezerra断层系统。强烈椭圆形和拉长的喷口几何形态，与断层走向一致，支持了文献中现有的喷口模型，该模型将喷口形成归因于与火成岩侵入相关的水力压裂。此外，提出了一种混合模型，其中断层起作用是引导流体通道，改变渗透性，以及...## CRediT作者贡献声明**LORENNA OLIVEIRA：** 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，方法论，调查，概念化。**Luiza Lucas：** 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，方法论，调查，概念化。**David Iacopini：** 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，方法论，调查，正式分析，概念化。**Fabrizio Balsamo：** 撰写——审阅与编辑，撰写——## 未引用参考文献Bahorich和Farmer，1995年；Bense等人，2013年；Bruhn和Walker，1997年；Caine等人，1996年；Delaney等人，1992年；Faulkner等人，2010年；Fran?olin等人，1994年；Gamboa和Rabinowitz，1981年；Guardado等人，1990年；Hansen和Cartwright，2006年；Labry等人，2025年；Mahiques等人，2017年；McDonell等人，2007年；Moss和Cartwright，2010年；Song等人，2020年；Svensen等人，2004年；Talukder，2012年。## 利益冲突声明? 作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能被认为会影响本文所报告的工作。## 致谢我们感谢匿名审稿人、Pablo H. Alasino以及《南美地球科学杂志》的主编Andres Folguera，他们进行了仔细的审阅和修改，大大提高了我们的研究质量。本研究是与持续的研发项目合作完成的，该项目注册为ANP 23505-1，“Presal地区喀斯特化、裂缝化和硅化储层中流体流动通道的过程和表征——Porocarste第二阶段”（UFRN/UNB/UFPE/UFC/UFRA/IFRN/IFPB/Shell Brasil/Lorenna Sávilla Brito Oliveira|Luiza Cavalcante Vinhas Lucas|David Iacopini|Fabrizio Balsamo|Anita Torabi|Behzad Alaei|Jo?o Felipe de Sousa Neto|Pedro Edson Face Moura|David Lino Vasconcelos|Vincenzo La Bruna|Francisco Hilário Rego Bezerra南大河诺州联邦大学（UFRN）地球动力学和地球物理学研究生项目，Lagoa Nova校区，邮编59078-970，纳塔尔，里约格兰德诺尔州，巴西