东海陆架盆地西湖凹陷新生代断—拗转换面的厘定

杨彩虹，王英民，曾广东，张 兰，万丽芬，李 昆，周兴海，郭 颖，吴嘉鹏

（1中国石化上海海洋油气分公司研究院；2中国石油大学（北京）地球科学学院）

盆地·构造

东海陆架盆地西湖凹陷新生代断—拗转换面的厘定

杨彩虹1，王英民2，曾广东1，张 兰2，万丽芬1，李 昆2，周兴海1，郭 颖2，吴嘉鹏2

（1中国石化上海海洋油气分公司研究院；2中国石油大学（北京）地球科学学院）

以近年来东海盆地西湖凹陷新增加的钻井资料和区域连片三维地震资料为基础，通过对区域二维地震大剖面进行重新解释，对主要控凹的同沉积断裂活动史进行了定量分析，并对T30（平湖组顶界面）、T34（宝石组顶界面）和T24（花港组顶界面）三个地震不整合面的规模、不整合面上下断层发育程度和地层厚度横向的变化、以及不整合面上下沉积旋回和沉积相转换的强度进行了比较。指出只有T30界面才是西湖凹陷从伸展断陷盆地转换为拗陷盆地的转换面，此不整合面的规模最大，界面上下的构造样式、沉积相和断层活动指数的转变强度最大；而T34界面仅为两个断陷幕之间的次级不整合面，T24界面仅为两个拗陷幕之间的次级不整合面。

东海盆地；西湖凹陷；新生代；不整合面；构造转换面；构造演化

1 引言

西湖凹陷是东海陆架盆地中规模最大、油气资源最丰富的凹陷，它呈北北东向展布，面积约5.9× 104km2，西临虎皮礁凸起、长江凹陷、海礁凸起、钱塘凹陷及渔山凸起等5个构造单元，东邻钓鱼岛隆褶带（图1）。在西湖凹陷内部，新生界具有东西分带的格局，自西向东可以划分为3个构造带，即西部斜坡带、中央洼陷反转构造带和东缘陡坡断隆带（图1），在古地形上具有东陡西缓的特征［1］。

根据钻井揭示，西湖凹陷的新生代沉积主要为一套碎屑岩，最大厚度可达到15000m，经历了多次区域性和局部性构造运动。新生代地层自下而上为古新统（Tg—T40），始新统宝石组（T40—T34）和平湖组（T34—T30），渐新统花港组（T30—T24），中新统（包括龙井组、玉泉组、柳浪组）（T24—T20），T20以上为上新统三潭组和第四系更新统东海群［2］（表1）。除古新统外，其余各地层均有钻井揭示。

研究者普遍认为西湖凹陷在新生代的盆地演化经历了伸展断陷、拗陷和区域沉降三个阶段。但迄今为止，对于西湖凹陷断陷阶段与拗陷阶段之间转换面的层位仍存在较大的争议，主要存在有T30（平湖组与花港组之间界面）［3-9］、T34（宝石组与平湖组之间界面）［10-12］和T24（花港组与龙井组之间界面）［13］三种不同的观点（表1）。

最早形成于国家“七五”科技攻关期间的观点，认为西湖凹陷的古新统、始新统为断陷期沉积，渐新统和中新统为拗陷期沉积，始新统顶界T30对应断—拗转换面［1-2］（表1）。其中武法东等［2］以T30为界划分出裂陷和拗陷两大阶段，认为T34为最大裂陷期和裂陷萎缩期的分界面，平湖组总体为一套裂陷晚期水退背景下的半封闭海湾沉积。到目前为止，认为T30对应断—拗转换面的观点仍然最为普遍［3-9］。

在国家“八五”科技攻关之后，有人提出平湖组为拗陷沉积，T34才是断—拗转换面［10-12］（表1）。其中何将启等［11］指出：西湖凹陷由T34—T30所构成的平湖组不受主断裂控制,地层整体向东区域性增厚,不反映断陷结构,与其上的渐新统花港组同具拗陷性质；而T34上下存在削蚀、上超地震层序波组特征,界面之下为断陷结构，因此T34应为西湖凹陷新生界的断—拗转换面。

图1 西湖凹陷构造区划示意图（据文献［1］，有修改）

近些年来，张远兴等［13］基于构造沉降、拉伸因子模拟计算结果,并结合区域地质对比及前人相关认识，提出西湖凹陷古新世—渐新世发育左行拉伸裂谷，并可细分为古新世初始裂谷阶段、始新世平稳裂谷阶段和渐新世活化裂谷阶段,断—拗转换面应为花港组顶界面T24（表1）。

2 本次研究的资料基础和研究方法

笔者认为，出现前述认识分歧的一个最重要的原因是，由于对西湖凹陷区域地震剖面的解释方案不同，导致了对主要断裂活动强度的认识不同，从而造成了对地质结构的认识各异。西湖凹陷的主要区域二维地震剖面是上世纪80年代采集处理的，地震资料品质较差，钻井资料少，且原有的井多集中在斜坡带，中央洼陷反转构造带内揭示始新统平湖组地层的井很少，对T30以下的始新统地震层位的约束不足，导致了不同解释者的地震解释方案分歧很大。近些年来，在西部斜坡带和中央洼陷反转构造带新增加了数十口深钻井的资料，尤其是新增了数千平方千米的三维地震资料并进行了连片处理，形成了上万平方千米的区域连片三维地震数据体，覆盖了西湖凹陷的主体部位，该数据体的成像质量和信噪比都有了很大提高，使得深部断层以及地震反射界面特征和波组特征更加清楚（图2，图3），特别是可以采用全三维地震解释的手段从三维空间上认识该区的复杂断裂构造特征，这为深入揭示西湖凹陷的地质结构奠定了坚实基础。

表1 西湖凹陷地层简表

图2 西湖凹陷A—A′地震剖面解释方案对比

针对前述对断—拗转换面的认识分歧，本次研究对区域连片三维资料进行了系统解释，并利用近年来新增加的钻井资料进行了层位标定，使得深部断层解释方案和地层对比方案得到很大改进；同时参照三维地震解释成果，对横跨盆地的区域二维地震大剖面重新进行了解释（图2，图3），从中，新、老解释方案的差异可见一斑。

如图2所示，在西部斜坡带，新、老方案基本一致，但在中央洼陷反转构造带和东缘陡坡断隆带则差别很大，主要体现在新方案中将T30以下各个层位普遍解释得更深，这使得T30至T34之间的同沉积断裂活动表现得更为强烈。按新的解释方案看，平湖组明显具有断陷期沉积的特征（图2a，图3a）；而按老解释方案看，平湖组则更表现出拗陷期沉积的特点（图2b，图3b）。通过比较两条区域地震解释剖面A—A′和B—B′（图2，图3）中各地层单元波组、波系的一致性以及断层两盘波组、波系的可对比性，则不难对这两种方案的相对合理性作出判断。

基于以上地震解释成果，本次研究首先对西湖凹陷古近纪的断层活动史开展定量分析。众所周知，断陷与拗陷之间在同沉积断裂的活动强度上有着截然的区别，故对主要控凹同沉积断裂的活动史开展定量分析，揭示同沉积断裂对沉积控制作用的强弱，可以最客观地厘定出真正的断—拗转换面——这也是区分断陷期与拗陷期最有效的标志。

图3 西湖凹陷B—B′地震剖面解释方案对比

目前研究断层活动史中最常用的参数有断层生长指数和断层活动速率。对控盆、控凹的大断裂而言，由于上升盘剥蚀量难以算准，甚至于出现上升盘地层厚度为零的情况，因此断层生长指数并不适用。断层活动速率可以不受沉积速率和上升盘剥蚀等因素的限制，它能较准确地反映断层在每个时期的活动强度［14］，但是该方法要求地层定年足够准确，特别是当层段的持续时间比较短时，细微的定年误差就会使断层活动速率的计算产生很大差异。由于本地区缺乏精确的古生物定年资料，因此各界面的时代争议较大，故断层活动速率法也不适用。为了解决这一问题，有人提出用“生长断层古落差”来刻画同沉积断层的活动史［15］。所谓“生长断层古落差”就是指两盘地层厚度的差值，这样，即使上升盘地层厚度为零也不受影响。但这种方法的结果与所计算层段的厚度有关，当断层活动速率相同时，层段越厚，则生长断层古落差越大，如果划分出的地层单元厚度差别很大，则得到的结果会有很大的畸变，以致得出错误的结论。为此，本文提出了改进方法：将生长断层古落差除以上盘对应层段的厚度，从而得到“单位生长断层古落差”，其意义为上盘每沉积1m所对应的断层古落差。这样可以最大程度地减少层段持续时间长短、厚度不同等所造成的影响，从而更好地刻画同沉积断裂的活动史。

在A—A′剖面（图2）上选取中央洼陷反转构造带两侧的控凹断裂——三潭断裂和白堤断裂进行断层活动史定量分析。考虑到该剖面上的西部盆缘断裂只是平湖主断裂向北帚状散开的一个分支断裂（图1），并不能代表西湖凹陷西部盆缘断裂，因此在A—A′剖面以南的平湖地区选择了另一条C—C′剖面（图4a），并对此剖面上的平湖断裂进行了断层活动史的定量分析（图4b）。盆地东部的边界断裂，因考虑到钓鱼岛岩浆弧后期改造强烈、变形过于严重而未进行分析。

从图4b可以看出：三条断裂中，以作为控凹断裂的平湖断裂的断层活动强度最大；在凹陷内的断裂中，东部白堤断裂的断层活动强度大于西部的三潭断裂。最东部的大断裂（基隆大断裂）在重力基底图上呈现为突变的梯度带，故认为它是西湖凹陷与钓鱼岛隆褶带之间先存的基底大断裂，但在始新世后成为了岩浆活动的通道而将该断裂吞没,成了目前的钓鱼岛岩浆岩带边界，在地震剖面上已难以辨认先存盆缘断裂的几何形态，故无法进行断层活动史定量分析。但根据西湖凹陷古新统的地层厚度总体上呈现东厚西薄的趋势，仍可以推断其断层活动强度应大于平湖断裂。因此，总体上西湖凹陷的断层活动具有东强西弱的特点。

图4 西湖凹陷主要控凹断层的地震反射特征及活动速率

在T34之后，三条断层的活动强度都有所减弱，但仍很强烈，即使活动最弱的三潭断裂也仍然保持有0.2m/m的单位生长断层古落差，这说明T34只是两个主断陷幕之间的转换面。

在T30之后，西部的平湖断裂和三潭断裂的断层活动强度都急剧减弱，单位生长断层古落差小于0.05m/m，基本上不再活动。而东侧的白堤断裂仍然还具有0.2m/m的单位生长断层古落差。因此从西部的控凹断层看，T30应该是断—拗转换面，但在东部构造转换的时间则应该更晚些。白堤断裂的活动强度在T25时有一次显著的减弱，但直到T24以后才完全停止，这显示了断裂活动期西边结束早、东边结束晚的构造迁移现象。在这种情况下，仅根据主要控凹断层的断层活动史来确定断—拗转换面的形成时期仍存在着多解性，因此还需要从区域上分析其它地质标志。

3 T30是断—拗转换面的区域地质证据

本次研究利用西湖凹陷的区域地震资料，从T30、T34和T24三个不整合面的规模、不整合面上下的断层发育程度和地层厚度发育特征、以及沉积旋回和沉积相转换的强度等进行了比较（图5）。通过综合分析，对西湖凹陷的断—拗转换面进行了厘定，并最终认为T30是西湖凹陷新生代的断—拗转换面。

图5 西湖凹陷T30界面层拉平后上下地层分布范围对比

3.1 T30的不整合规模最大，上下地层分布范围差别最大

从盆地动力学机制上看，断—拗转换的不整合面是从断陷转换为拗陷的重大变革的产物［8,13，16-17］，因此其规模应当比其上下邻近的断陷期内部或拗陷期内部的不整合面要大［18-19］。通过对横切西湖凹陷的A—A′主干地震剖面的分析(图2)可以看出，T30为始新统平湖组与渐新统花港组的分界面，它与下伏反射波组呈削截关系，界面之上普遍存在上超现象，这也是一个在整个东海陆架盆地都广泛发育的区域性角度不整合面［8］。在西部斜坡带，超削现象最为明显；在东部陡坡带乃至洼陷内部也都表现出低角度的超削关系。尤其值得一提的是，T30以上的花港组向西越过西湖凹陷的西部边界断层，还广泛超覆到了海礁凸起上，表现出断陷期地层局限、拗陷期地层广布的特点（图5）。

T34为始新统宝石组与平湖组间的分界面，它虽然也是不整合面，但其上超下削的特征只见于西部斜坡带，在其它地区不整合现象则不很明显。尤其是该界面上下的地层都受盆地边界大断层的限制，分布范围几乎一致，不具备断陷期地层局限、拗陷期地层广布的特点。

虽然渐新统花港组的分布也远远超出了西湖凹陷的范围而在东海陆架盆地广泛分布，但其顶面T24仅在盆地边缘表现出低角度不整合面的特征，在凹陷内部则多见整一接触关系，之上的中新统龙井组分布也同样远远超出了西湖凹陷的范围，很显然，T24只是拗陷期内部的一个次级不整合面［9］。

3.2 T30上下的断层发育特征差别最大

断陷盆地与拗陷盆地的最大区别在于沉积是否受同沉积断层的显著控制。因此在断—拗转换面的上下，同沉积断裂的发育程度和地层厚度的横向稳定性应有显著差别。在主干地震剖面A—A′（图2）和D—D′（图5）上可以看出T30界面上下的断层发育特征差别最大。

在西部斜坡带和中央洼陷反转构造带，绝大多数断层都向上终止于T30界面处，界面之下古新世—始新世形成的同生正断层数量多、密度大。其中：西部斜坡带发育多组较小的地堑式断裂组合，地层厚度最薄；中央洼陷反转构造带则由一个巨大的地堑式断裂组合构成，总体上形成了一个反转花状构造，在渐新世之前为负花状构造，到中新世晚期发生反转而成为正花状构造，该构造带T30之下地层厚度最大，且因同沉积断层活动强烈，地层厚度变化也最大，体现了断陷期盆地构造活动强烈、地层快速沉积的特征。在T30界面之上，几乎没有大型断层发育，地层厚度不受同沉积断层的控制，横向上变化缓慢，由中央向西部逐渐减薄，盆地从多凹陷沉降格局变为整体沉降。以上特征非常显著地展示出在T30界面上下从断陷到拗陷的转换。

在东缘陡坡断隆带的情况有很大不同，主要发育了向西倾斜的同向伴生断阶。多数断层向上终止于T25界面处，个别断层则终止于T24界面处，反映出该构造带伸展断层的活动持续时间特别长。若仅从这个区域来看，似乎可以将断—拗转换面定为T24或T25而晚于T30，这也是前人认为应将断—拗转换面上移的重要证据之一［13］。但从图2也不难看出，该构造带毕竟范围很窄，它并不代表整个西湖凹陷。东海陆架盆地在古近纪普遍存在断裂活动逐渐向东迁移的现象［9］，故东缘陡坡断隆带的断裂活动只是盆地裂陷活动最后消亡的时隐时现的余音而已。需要指出的是，在T30之后，西湖凹陷东侧主要经受了压扭褶皱抬升作用，在凹陷东北部龙井、花港等构造带主要表现为构造反转活动，断层性质转为逆断层，地层主要遭受抬升剥蚀。在凹陷中部的东侧所表现出的伸展作用只是扭动构造活动中因走滑断裂出现弯曲而产生的局部拉张应力场所形成的局部现象。

在整个西湖凹陷内，T34界面上下的地层发育都明显受同沉积断裂的控制，地层厚度横向变化剧烈，且地层分布都受边界断裂的控制，分布范围局限，表明它们都为断陷期的产物。

3.3 T30是最大的沉积旋回和沉积相转换面

断陷盆地与拗陷盆地分别对应了两个大的沉积旋回，此外，断陷盆地与拗陷盆地在沉降速率和古地貌特征上也都有显著差别，因此，在不整合面的上下是否具有大的沉积旋回和沉积相的转换，也是厘定断—拗转换面的重要依据。

目前西湖凹陷已有40多口井钻穿了T30，井的分布也较广泛。T30界面上下的测井曲线特征差异显著，出现明显的坎值，反映出岩性组合发生了突变（图6）。

图6 西湖凹陷T30界面上下的岩电特征

从图6可以看出，在T30界面之下的平湖组，测井曲线为高伽马、高密度，以中—低幅钟形、漏斗形和指状为主，并且锯齿化严重，反映了平湖组砂岩含量相对少、砂岩厚度较薄、局部夹有的厚层砂往往横向尖灭快。岩性主要为灰色中细砂岩、粉砂岩和深灰色泥岩，砂泥频繁互层，局部夹有煤层。所含化石以有孔虫、沟鞭藻居多［18］。岩心上发育清晰的羽状交错层理、潮汐复合层理，反映出受潮汐作用明显，主要发育有海湾—潮坪相以及受潮汐影响的三角洲相，整体属半封闭海湾—浅海沉积背景（图7）。沉积具有断陷期的近物源、快速沉降、岩性横向变化快的特点。

在T30界面之上的花港组，测井曲线为低伽马、低密度，以中—高幅、厚层箱形、钟形或微齿化箱状为主，岩性主要为大套的块状砂砾岩、含砾砂岩（图6），砂岩含量高、厚度大，整体呈正旋回，板状交错层理发育。砂体横向连续性大大增强，可对比性好，古生物中罕见海相化石，见少量淡水轮藻化石，孢粉含量高，主要为三瓣粉—栎粉—松粉组合，反映了较湿润的古气候和淡水陆相沉积环境［20］，指示当时主要为大面积分布的河流和湖泊相、三角洲相沉积背景（图7）。

西湖凹陷钻穿T34的井比较少，且主要位于西部斜坡带。相比之下，T34虽然也是重要的不整合界面，但是该界面上下的平湖组和宝石组的岩性组合差异不大，都以砂泥频繁互层为特征，沉积相也都是受潮汐影响的三角洲相、半封闭海湾—浅海沉积相（图7），不存在重大的沉积相的转变。

同样，T24上下的中新统龙井组与渐新统花港组也都是以湖泊—三角洲相为特征，其间不存在重大的沉积相转变（图7）。

显然，只有T30不整合面上下才具有沉积旋回和沉积相的重大转变，沉积主体从始新统的海湾—潮坪相、潮控三角洲相等海陆交互沉积转变为渐新统的河流—湖泊相等陆相沉积，且T30界面具有古生物、古气候［20］变化等多重地质意义，这也为T30是断—拗转换面的观点提供了佐证。

图7 西湖凹陷新生代沉积体系演化

4 结论

（1）在东海盆地西湖凹陷，始新统平湖组与渐新统花港组之间的T30界面的上超下削现象普遍，在西部斜坡带和中央洼陷反转构造带，界面上下的断层发育特征差别大。从区域地质特征上看，T30的不整合规模大，其下部地层分布局限，地层厚度变化大，上部地层分布广泛，地层厚度变化缓慢。T30界面上下的测井曲线特征差异显著，岩性组合发生突变。从始新统到渐新统，沉积环境由海陆交互的海湾—潮坪相、潮控三角洲相转变为陆相的河流—湖泊相。综合研究后认为，T30是西湖凹陷新生代的断—拗转换面。

（2）T34界面上超下削的特征主要见于西部斜坡带，其它地区不明显。该界面上下的地层都受盆地边界大断层的限制，分布范围几乎一致。界面上下的平湖组和宝石组的岩性组合差异不大，也不存在重大的沉积相的转变。T34只是两个断陷幕之间的转换面。

（3）T24界面仅在盆地边缘表现出低角度不整合面的特征，其上下的地层分布广泛，不受边界断层控制，并且都以湖泊—三角洲相为特征，不存在重大的沉积相转变。T24只是拗陷期内部的一个次级不整合面。

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编辑：黄革萍

Delimitation of Cenozoic Rift-Depression Transitional Unconformity in Xihu Depression,East China Sea Shelf Basin

Yang Caihong,Wang Yingmin,Zhang Lan,Wan Lifen,Li Kun, Zhou Xinghai,Guo Ying,Wu Jiapeng

On the basis of the recently available drilling data and 3D seismic data from Xihu Depression and the reinterpretation results of 2D regional seismic profiles,the activity history of the major boundary-faults are quantitatively analyzed.In vertical,there are three major seismic unconformities including T30(the top of Pinghu Fm.),T34(the top of Baoshi Fm.)and T24(the top of Huagang Fm.).The scale,the fault development density,and the lateral strata thickness variation of the three unconformities are carefully investigated.The faulting activities and lateral change of strata thickness below and above the three unconformities,the depositional cycles and the intensity of sedimentary facies transition are compared.It is concluded that only the unconformity T30can serve as the transitional unconformity between the syn-rift and the post-rift depressions.This unconformity T30is the largest in scale,and demonstrates the largest transitional intensity in structural style,sedimentary facies and fault growth indices below and above the unconformity.By contrast,it is considered that the interface T34is only a second-order unconformity between two rifting episodes and the interface T24is only a secondary-order unconformity between two depression episodes in the basin.

Cenozoic;Unconformity;Tectonic transformation interface;Tectonic evolution;Xihu Depression;East China Sea Basin

TE121.2；P631.4+4

：A

10.3969/j.issn.1672-9854.2014.03.003

1672-9854(2014)-03-0018-09

2014-03-12；改回日期：2014-05-21

本文受中国石化2012年重大勘探先导项目“东海盆地西湖凹陷深层勘探潜力与区带评价”资助

杨彩虹：女，1969年生，高级工程师。1991年毕业于江汉石油学院石油地质勘查专业，现从事东海盆地的油气勘探研究。通讯地址：200120上海市浦东新区商城路1225号；电话：(021)20896912；E-mail:yangcaihong.shhy@sinopec.com

Yang Caihong：female,Senior Geology Engineer.Add:Research Institute of Shanghai Offshore Oil&Gas Company, SINOPEC,1225 Shangcheng Rd.,Pudong,Shanghai,200120,China