西湖凹陷西部斜坡带平湖组源-汇体系特征*

侯国伟 李 帅 秦兰芝 蔡 坤 李峻颉 何 苗

(中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335)

源-汇概念自起源以来在沉积学领域发挥了越来越重要的作用，尤其是近20年国内外学者在研究沉积学过程中必然要考虑的前沿领域之一[1-3]。源-汇系统又称沉积物路径系统，主要由剥蚀物源区、搬运区以及最终沉积区构成。源-汇系统分析，就是将物源区的构造、剥蚀作用，沉积物的搬运方式，以及最终的沉积物堆积样式作为一个完整的系统，对控制该系统的内、外因之间的相互作用及其产生的结果进行综合分析，进而指导相应地质事件的预测[1-3]。在陆相盆地源-汇系统的研究中，国内学者经过多年的探索，在源-汇关系、规模化分析、多学科交叉综合技术以及计算机模拟等方面取得了丰硕的研究成果[4-14]。在我国近海盆地的油气勘探开发中，从南海西部综合运用多种物源分析手段进行物源体系恢复，到珠江口盆地建立中新统被动大陆边缘陆-洋源-汇系统-沉积过程的一般模式，再到渤海海域创新源-汇时空耦合控砂理论并实现源-汇理论在国内油气勘探工作的首次成功应用等[15-17]，源-汇系统的研究均起到了重要作用。始新统平湖组是东海盆地西湖凹陷勘探开发的主要目的层，总体沉积特点是砂泥岩互层，且煤层较为发育，深层储层物性较差。随着勘探开发程度的不断提高和勘探方向的转变，提高有利砂体的预测是研究人员面临的重要议题。本文借鉴源-汇系统的研究思路和方法，对西湖凹陷西部斜坡带平湖组的源-汇进行分析，尝试建立不同区域的源-汇模式服务于有利砂体的寻找，以期对西湖凹陷油气勘探开发具有一定指导意义。

1 区域地质概况

西湖凹陷位于东海盆地东部坳陷带中段，呈北北东向展布，西起海礁隆起、渔山东低隆起，东临钓鱼岛隆褶带与冲绳海槽相望，南北分别与钓北凹陷、长江坳陷毗邻，南北长约440 km，东西宽约110 km，面积约5.18×104km2，是中国近海面积与沉积规模最大的中、新生代含油气凹陷之一[18-19](图1)。西湖凹陷整体构造特征复杂，表现为“东西分带、南北分块”的特征，自西向东可划分为西部斜坡带、中央反转构造带和东部断阶带，凹陷中心最大沉积厚度超过1.5 km，其中前始新统由于缺少钻井、测井、同位素、古生物等资料，地层属性尚难确定[20-21]。

西湖凹陷形成于太平洋板块俯冲产生的弧后伸展环境，是由弧后深部物质上涌和软流圈上升造成拉伸形成的裂谷盆地,经历了3个构造演化阶段：盆地开始形成—始新世断陷期、渐新世—中中新世拗陷-反转期、晚中新世—更新世整体抬升期。受不同斜坡区构造活动差异发育影响，西部斜坡带具有南北分块的特征，发育了杭州斜坡、平湖斜坡和天台斜坡，三个斜坡表现为不同的构造背景(图2)。其中,杭州斜坡受一系列顺向断阶影响，整体表现为西高东低的简单斜坡背景(图2a);平湖斜坡构造背景比较特殊，发育反向大断层及基底古隆起，受正、反断层及古隆起综合控制，表现为复杂斜坡特征，局部发育次级地堑或地垒构造、断裂转换带或坡折带，对局部沉积中心具有明显的控制作用(图2b);天台斜坡构造特征相对简单，顺向断层及挠曲坡折控制构造及地貌特征，整体表现为宽缓斜坡的构造背景(图2c)。

图2 西湖凹陷西部斜坡带构造特征(剖面位置见图1)Fig .2 Structural characteristics of west slope belt in Xihu sag(see Fig.1 for location)

2 源-汇体系特征分析

从西湖凹陷构造背景出发，结合已钻井资料剖析西部斜坡带物源体系、搬运体系及汇聚体系等3个关键参数。

2.1 物源体系

利用重矿物的变化来判别物源区是目前最主要的研究手段。古地貌分析对于盆地物源也具有较为直观的判别作用，通过古地形变化、下切沟谷刻画及坡折带类型划分等对物源进行分析和研究[22-28]。

1) 重矿物特征。杭州斜坡重矿物组合特征为白钛矿-石榴石-赤褐铁矿组合特征，天台斜坡重矿物组合特征与杭州斜坡相似；而平湖斜坡重矿物组合特征则表现出南北差异，南部以白钛矿-赤褐铁矿-石榴石组合为特征，北部孔雀亭区以石榴石-锆石-白钛矿组合为特征。从重矿物揭示母岩类型来看，杭州斜坡及天台斜坡母岩以岩浆岩为主，平湖斜坡为岩浆岩-变质岩混合区(图3)。与凹陷周边物源区岩石类型对比，三个斜坡的物源来自于凹陷西部的海礁隆起、渔山东低隆起。此外，前人结合陆源重矿物ZTR指数分析认为凹陷西侧指数向凹陷中央位置增大，指示了凹陷西部物源沉积物由西部凸起向凹陷中央搬运；自生矿物菱铁矿含量也显示了平湖组沉积时期凹陷西部存在古河口持续提供沉积物质向凹陷中央运移[29-30]。

图3 西湖凹陷西部斜坡带母岩类型分布特征Fig .3 Distribution characteristics of parent rocks in west slope belt of Xihu sag

2) 古地形特征。平湖组沉积时期，西湖凹陷西部斜坡带呈现出南北宽、中部窄的特征，即杭州斜坡、天台斜坡宽，平湖斜坡窄。以平湖斜坡平北区为例，平湖组五段沉积时期处于剪切拉张应力状态，控凹断层及系列派生断层、早期反向正断层继续活动，具有断裂规模大和断距“下大上小”的特征，整体表现为洼隆相间的构造格局，断裂对沉积控制强烈；平湖组四段沉积时期宝云亭区反向断层活动逐渐减弱，武云亭区及以北大幅度隆起，孔雀亭地区古鼻子几乎消失，成为洼地；平湖组三段沉积时期断裂活动开始减弱，早期的沟壑逐渐被填平，地势开始变得平坦，由早期的洼隆相间变为平缓斜坡；平湖组沉积末期盆地逐渐被填平补齐，坡度趋于平缓，相对平缓的斜坡特征更为明显(图4)。

图4 西湖凹陷平湖斜坡平北区平湖组古地形Fig .4 Paleogeography of Pinghu Formation in northern Pinghu slope,Xihu sag

3) 下切沟谷。古沟谷是在基准面下降期地表遭受侵蚀形成的残留可容纳空间，是沉积物向盆地内搬运与堆积的古低洼区。通常砂质沉积物优先充填在古沟谷，泥质沉积物则以片流或漫流的形式在古沟谷以外沉积[31]。通过识别古沟谷可有效判定物源供给方向及其控制下的物源分散体系，且可作为潜在的储集体。

在古水系的控制下，西湖凹陷西部斜坡带沿岸物源体系来源存在差异性，在平湖组不同沉积时期存在明显的侧向迁移、交叉主导现象。从地震特征来看，盆缘隆起之上水流侵蚀作用强烈，西部斜坡带下切沟谷以V形及W形为主，规模中等，为物源自西向东注入提供了稳定通道(图5)。

图5 西湖凹陷西部斜坡带下切沟谷发育特征(剖面位置见图1)Fig .5 Development characteristics of incised valleys in west slope belt of Xihu sag(see Fig.1 for location)

2.2 输砂体系

西湖凹陷西部斜坡带存在沟谷及转换断层带两类输砂体系。

1)沟谷输砂体系。沟谷输砂体系属于点物源供给方式，在3个斜坡具有不同的沟谷类型。杭州斜坡和平湖斜坡从剖面形态可划分为V形、W形及U形沟谷，不同类型之间可以相互转化：早期一般以V形沟谷为主，随着侵蚀作用的增强，中期逐渐演变成W形沟谷，最后形成宽缓的U形谷(表1)。天台斜坡的下切沟谷发育程度弱于杭州斜坡和平湖斜坡，地形较为平缓，反映西部源区渔山东低隆起供给沉积物质的通道较为分散(表1)，无固定的沟谷输砂通道，古水系携带砂体具有随机性。

2) 断层转换带输砂体系。国内外针对挤压、伸展、走滑等不同构造背景下转换带的几何特征、分类、形成过程和控制机理及其与油气的关系进行了较深入研究，取得了显著进展[32]。国内学者结合我国渤海湾盆地、松辽盆地和塔里木盆地等开展了转换带相关理论的研究，并将研究成果用于指导油气勘探[33-36]。

表1 西湖凹陷西部斜坡带沟谷发育特征Table 1 Development characteristics of inciesed valleys in west slope belt of Xihu sag

以平湖斜坡为例，断层分段生长特征明显，在不同阶段形成了不同的断层转换带。平北区断裂具有分带特征：西部高带一级断裂控制了盆地的发育；二级断裂主要发育在宝云亭地区，以反向断层为主；孔雀亭地区则主要发育三级断层(图6)。结合断层发育特征，平北区共识别出4种断层转换带(图7)。

图6 西湖凹陷平北区平湖组断裂纲要Fig .6 Structure outline of Pinghu Formation in northern Pinghu slope in Xihu sag

图7 西湖凹陷平北地区断层转换带模式Fig .7 Model of fault transition zone in northern Pinghu slope in Xihu sag

转换带处断层活动较弱，往往为地貌低势区，对于砂体的分散起到了关键的控制作用，影响了西部物源区的沉积物质向盆地中央搬运的路径和运聚方式。

2.3 汇聚体系

分析认为，地貌低势区可容纳空间较大，有利于砂体卸载，是砂体富集关键因素之一。古沟谷、坡折带、古洼槽等构造-古地貌单元构成局部物源的汇聚体系，坡折带类型及平面发育特征差异控制了不同地区汇聚体系的差异。

西部斜坡带杭州斜坡发育大型边界同生断裂坡折，边界断裂持续活动，控制了地貌低洼区的发育，断裂坡折之下可容纳空间大，为有利沉积物卸载场所。平湖斜坡受顺向及反向断层综合控制，发育顺向断阶坡折及反向断阶坡折两种汇聚体系：顺向断阶节节下掉，下降盘可容纳空间增大，多级断阶控制了多个可容纳空间的发育；而反向断阶则可形成多级断槽发育，断槽内部为沉积物汇聚有利场所。天台斜坡构造活动较弱，整体为宽缓斜坡背景，基底起伏形成的挠曲坡折控制了可容纳空间即汇聚体系的发育(图8)。

图8 西湖凹陷西部斜坡带坡折带模式Fig .8 Model of slope break zones in west slope belt in Xihu sag

3 源-汇模式建立

3.1 源-汇体系控制下砂体发育特征

物源体系、输砂体系及汇聚体系组成一个完整的源-汇模式，不同的源-汇体系构建了不同的源-汇模式及砂体类型。

西部斜坡带钻遇平湖组的井主要集中在平湖斜坡，在天台斜坡和杭州斜坡只有少量井钻遇。以平北区平湖组四段、五段为例，在源-汇体系的约束条件下，平湖组主要发育辫状河三角洲和受潮汐影响的三角洲,其中辫状河三角洲沉积物粒度较粗，平行层理、交错层理发育，河道冲刷现象较发育，局部含有泥砾；以箱形和钟形测井相以及低频-中振幅-较连续地震相为主(图9)。

随着平湖组的填平补齐，平湖组三段沉积时期西部斜坡带地形较为平坦，海平面整体上升，潮汐对沉积的影响作用增强，三个斜坡主要发育受潮汐影响的三角洲，岩心中可见反映双向水流特征的羽状交错层理、双黏土层及复合层理，整体砂岩较薄。平湖组一段和二段沉积时期整个西部斜坡带地势处于非常平缓的状态，海水潮汐作用影响变小，岩心可见灰绿色及棕红色泥岩，砂岩多见中—细砂岩及砂砾岩，测井曲线钟形特征明显，以三角洲平原沉积为主;地震剖面上以高频-强振幅-连续反射为主。

3.2 源-汇模式

综合物源体系、输砂体系及汇聚体系刻画，认为西湖凹陷西部斜坡带主要发育沟谷加边界断裂坡折、沟谷加挠曲坡折、沟谷加顺向断阶坡折及沟谷加反向断阶坡折等4种源-汇模式(图9)。

杭州斜坡发育下切沟谷及大型边界断层坡折，两者控制了杭州斜坡源-汇体系(图10)。断层坡折上下可容纳空间差异巨大：断层坡折之上可容纳空间较小，常会发育一系列的沟谷和水道；断层坡折之下可容纳空间较大，为沉积物卸载区。边界断层、沟谷和物源区组合在一起就形成了沟谷加边界断裂坡折源-汇模式(图10a)。

平湖斜坡西部沟谷大量发育，同时受到顺向断阶坡折与反向断阶坡折的综合控制，顺向断阶坡折断层下降盘节节下掉，可容纳空间逐渐增大，三角洲砂体受沟谷及断层转换带调节,最终在坡折之下卸载沉积,构成沟谷加顺向断阶源-汇体系；反向断阶坡折主要发育于平湖斜坡中部，反向断槽为有利沉积物卸载区，构成沟谷加反向断阶源-汇体系。顺向断阶与反向断阶综合控制了辫状河三角洲砂体的发育及展布，形成了平湖斜坡沟谷加断阶坡折源-汇模式(图10b、c)。以平北区平湖组四段、五段为例，河道平面展布受沟谷及断层转换带(输砂体系)控制，孔雀亭区三角洲砂体沿顺向断阶坡折逐级散开，宝云亭区受反向断阶坡折限制性地貌背景控制，三角洲砂体沿断槽卸载堆积(图11)。

图9 西湖凹陷西部斜坡带平湖组沉积相特征Fig .9 Sedimentary facies characteristics of Pinghu Formation in west slope belt of Xihu sag

图10 西湖凹陷西部斜坡带源-汇模式Fig .10 Source-to-Sink model of west slope belt in Xihu sag

天台斜坡整体以宽缓型简单斜坡为主，基底起伏形成的挠曲坡折控制了砂体卸载区，构成了沟谷加挠曲坡折源-汇模式(图10d)。

图11 西湖凹陷平北区平湖组五段砂体分布特征Fig .11 Distribution of sand bodies of 5th Member of Pinghu Formation in northern Pinghu slope in Xihu sag

4 结论

1) 西湖凹陷西部斜坡带平湖组具有海礁隆起及渔山东低隆起两大物源区，古地形和下切沟谷构成了平湖组的物源通道；断层转换带类型和沟谷控制了古水系和砂体的分散，组成了平湖组沉积时期的输砂体系；坡折类型约束了可容纳空间的变化和砂体的分布范围，构成了平湖组时期的聚集体系。

2) 受构造作用控制，西部斜坡带3个斜坡的源-汇模式存在差异。杭州斜坡和平湖斜坡主要为海礁隆起物源区提供较为充足的物源供给。杭州斜坡以沟谷加边界断裂型坡折源-汇模式为主，边界断坡下降盘三角洲卸载汇聚，砂体富集；平湖斜坡发育沟谷加断阶型坡折源-汇模式，三角洲砂体受断阶坡折控制，顺向及反向断阶坡折之下砂体富集。天台斜坡靠近渔山东低隆起物源区，物源供给量不及海礁隆起，缓坡背景下发育少量沟谷加挠曲坡折源-汇模式。杭州斜坡和平湖斜坡的源-汇模式属于多源沟谷富砂型，转换带造就多种砂体聚集模式，厚层叠置型砂体发育，多类型坡折控砂有利于构造控制下岩性圈闭的发育；天台斜坡源-汇模式属于隐源缓坡少砂型，砂体不均衡发育利于岩性圈闭的形成。