西湖凹陷杭州斜坡构造差异及其对成藏的影响

崔 敏，徐建永，郭 刚，谢晓军，祁 鹏，肖 曦，王 欣

(中海油研究总院有限责任公司，北京 100028)

0 引 言

西部斜坡带是西湖凹陷油气勘探的重要构造单元，而位于西部斜坡带最北端的杭州斜坡是目前的勘探新区[1]。平湖斜坡带是西部斜坡带油气勘探最为成熟的部分之一，已经发现平湖、孔雀亭和武云亭等多个油气田[2-3]，而与其相邻的杭州斜坡目前仅有4口钻井，尚无商业性油气田发现，急需对杭州斜坡开展基础石油地质条件的研究，尤其是构造方面的研究。前人对西部斜坡带进行的构造、沉积和成藏研究主要集中于中部勘探较成熟的平湖斜坡[4-6]，而对北部的杭州斜坡涉及较少。斜坡的构造差异往往成为制约油气成藏的关键因素。袁选俊等人通过对冀中坳陷杨村斜坡结构成因及油气成藏模式的研究，分析了杨村斜坡单斜地质结构特征对成藏的影响[7]。付晓飞等人以松辽盆地西部斜坡北段为例，探讨了简单斜坡油气富集规律[8]。陈永波等人通过研究玛湖凹陷斜坡区中浅层断裂的特征认为断裂不但是油气垂向运移的通道，还具有控藏作用[9]。于冬冬等人通过对川西和川东北地区差异构造演化的分析，明确了构造演化差异对陆相层系天然气成藏的影响[10]。因此，杭州斜坡构造的相关研究是在勘探新区开展工作的重要内容。

杭州斜坡内部的构造差异情况，及其对杭州斜坡油气成藏的影响是目前杭州斜坡开展油气勘探首先需要解决的问题。本文通过对杭州斜坡的结构、主控断裂的演化及其对油气运移控制作用的分析，探讨斜坡结构差异及其对油气成藏的影响，进而指出区内油气运移的有利区域。

1 区域地质背景

西湖凹陷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，其面积约5×104km2。平面上，西湖凹陷自西向东总体可划分为西部斜坡带、中央洼陷—反转带和东部断阶带(图1)，其中西部斜坡带东临中央洼陷—反转构造带，西侧与海礁隆起和渔山低隆起相邻[1]。按照构造变形样式可以将西部斜坡带自北向南划分为杭州斜坡、平湖斜坡和天台斜坡。平湖斜坡是目前的勘探成熟区，已经发现平湖、孔雀亭和武云亭等多个油气田[2-3]，南部的天台斜坡火山岩发育[11-12]，其东侧的中央洼陷—反转带南段发现了天外天、春晓和断桥等油气田。杭州斜坡目前尚无商业发现，是一个勘探的新区。

图1 西湖凹陷构造背景及其构造单元划分[1-2]

西湖凹陷的构造演化可以分成裂陷期、坳陷期、反转期和整体沉降期4个阶段。中生代至早始新世，西湖凹陷处于裂陷期，形成了发育火山岩的宝石组河流三角洲沉积[11-12]。晚始新世至早中新世西湖凹陷处于坳陷期，发育了平湖组半封闭海湾-潮坪、花港组河流三角洲-海湾和龙井组的滨岸湖泊河流沉积。晚中新世发生构造反转，在西湖凹陷中央反转带形成了大量的反转背斜。上新世以来，西湖凹陷整体处在沉降期，在浅海陆架的沉积背景下，形成了三潭组和东海群(表1)。

西部斜坡带自北向南表现出不同的斜坡形态和断裂发育样式。北部杭州斜坡发育一系列顺向断阶，表现为西高东低的简单斜坡背景；中部平湖斜坡目前研究程度相对较高。研究表明平湖斜坡是发育在反向大断层及基底古隆起背景之下的复杂斜坡，局部发育有小型的地堑或地垒构造和断裂转换带，对局部的沉积中心具有明显的控制作用[5-6]；天台斜坡发育顺向断层，整体表现为宽缓斜坡的构造背景。

表1 西湖凹陷构造与沉积演化[1-2,6]

2 杭州斜坡结构

前人研究表明西湖凹陷断裂系统的发育特征控制了油气的成藏[13-14]，因此杭州斜坡的断裂特征是影响油气成藏的首要因素。杭州斜坡是主体由东倾顺向断层控制的简单斜坡，按照变形特征可以将其划分为北、中、南三个段。

2.1 断裂展布

杭州斜坡的断层走向上可分为北东向和北北东向两组断裂，北东向断裂主要分布在南段和北段，北北东向断裂主要分布在中段。从杭州斜坡平湖组和花港组的断层平面图(图2和图3)可以看出，断层全为正断层，断面平直，且主要分布在迎翠轩主断裂的下降盘。这种展布特征表明在这一时期，下降盘的断层活动强于上升盘。根据迎翠轩主断裂和下降盘断层平面展布的数量和长度以及剖面发育特征，基本可以分成北段、中段和南段三部分(表2)。北段的次级断层走向为北东向，主断层为北北东向，单个断层的延伸长度较长，个别达到25 km，但是数量较少，倾向均为东，为顺向断层；中段的次级断层走向为北北东向，主断层为近南北向，单个断层的延伸长度不大，但是数量多，同时存在倾向东和倾向西的顺向断层和反向断层，存在断层分叉和断续现象；南段的断层走向又变为北东向，断层延伸长度不大，但数量多。

表2 杭州斜坡各段的断层特征和地层展布特征对比

2.2 地层展布

平湖组是西部斜坡带乃至整个西湖凹陷的重要烃源岩层和储层[15-16]。杭州斜坡平湖组和宝石组地层厚度变化存在北段缓、中段陡、南段适中的特征。北段地层厚度变化较为缓慢，1 200～2 400 m的地层厚度等值线之间的平面距离在10 km左右，2 400～3 600 m地层厚度等值线之间的平面距离在15 km左右(图2)；主断裂发育在2 400 m厚度等值线附近；杭州斜坡中段迎翠轩主断裂下降盘地层厚度变化较迅速，1 200～2 400 m的地层厚度等值线之间的平面距离在5 km左右，仅有北段的一半；南段地层厚度变化介于北段和中段之间，1 200～2 400 m的地层厚度等值线之间的平面距离在10 km左右。

图2 杭州斜坡平湖组(a)和花港组(b)主要断层平面展布(位置见图1)

2.3 剖面形态

斜坡带上断裂的展布样式和活动性控制了油气成藏[7-10]。在杭州斜坡平湖组沉积的早期和中期，断裂对沉积控制作用明显，迎翠轩主断裂下降盘沉积地层厚度明显增大。在平湖组下段和中段沉积时期，北段(图3)和中段(图4)发育一系列的控制沉积的断层，而且这些断层大多为顺向断层。从发育范围来看，无论是断层的上升盘还是下降盘均发生活动，且以迎翠轩主断裂活动最为强烈。在平湖组中段沉积早期，主断裂下降盘地层厚度大约是上升盘地层厚度的3倍左右，在这种构造背景下，下降盘形成的三角洲往往面积很小，但是地层垂向厚度大。

图3 杭州斜坡北段结构和地层厚度(位置见图2)

图4 杭州斜坡中段结构和地层厚度(位置见图2)

平湖组沉积晚期，断裂对沉积的控制作用减弱，迎翠轩主断裂下降盘沉积地层厚度差异不大。从剖面(图3和图4)上可以看出，该时期活动的断层主要集中在上升盘，下降盘的绝大多数断层在这一时期活动减弱，直至停止。如果这时候还有巨大的物源供给，则在下降盘形成的三角洲面积一般较大。

3 迎翠轩主断裂演化与断层封堵性分析

西部斜坡带南部的平湖斜坡是目前勘探最为成功的地区之一[1-2]。前人对平湖斜坡上的平湖油气田的研究表明，平湖斜坡主断裂的活动性控制了其油气的生成、运移和聚集[5,17-20]。同为斜坡背景的杭州斜坡发育迎翠轩主断裂，对其演化特征的分析是研究该地区油气成藏的重要内容。

3.1 迎翠轩主断裂演化

迎翠轩主断裂在平湖组沉积时期持续活动，不同时期不同段的活动性有所差异。笔者对迎翠轩主断裂的18个点(断距测量点位置见图2)进行了4个时期的断层活动性对比，结果表明其活动性在平面上具有三分段的特点，且不同段强烈活动的时期不同。

平湖组沉积时期，迎翠轩断裂存在时间和空间上的差异。在时间上，早期平湖组下段沉积时期迎翠轩主断裂的断距在700～2 000 m之间，而到平湖组上段沉积时期，断距均小于200 m(图5)，表明断层活动速率在时间上具有逐渐减弱的特征。这一点在图3和图4的剖面上可以看出，北段和中段的断层整体活动都停止在花港组顶面(T20地震反射层)，仅有1-3号断距测量点的断层活动突破了T20地震反射层。从图2的断层空间平面展布上来看，迎翠轩主断裂北段在平湖组下段沉积时期活动强烈；中段在平湖组中段沉积早期活动性最强；而南端则与北段相似，平湖组下段沉积时期活动强烈。图6的古落差分析表明：主断裂的北段和南段在平湖组下段沉积时期，断层活动性强；中段在平湖组中段沉积时期，断层活动性强。在北段平湖组下段沉积时期主断裂活动性最强，最大落差350 m；中段下部沉积时期主断裂活动性最强，最大落差800 m；而到南段仍然是平湖组下段沉积时期，活动性最强，最大落差700 m。

图5 杭州斜坡迎翠轩主断裂平湖组各段断距

图6 迎翠轩主断裂平湖组各段沉积时期落差平面图

平湖组沉积的4个时期断层活动性表明，不同沉积时期，断层的不同段活动性存在差异。平湖组下段沉积时期，杭州斜坡南段活动性强，最大落差700 m；北段和中段活动性相似，落差为250～350 m。平湖组中段沉积时期，最大落差位于中段，南段和北段落差相当。平湖组中段早期最大落差位于迎翠轩主断裂中段，为800 m，南段和北段落差170～500 m；晚期最大落差310 m，位于中段，南段和北段落差10～200 m。平湖组上段沉积时期，最大落差310 m，位于迎翠轩主断裂南段，其次为中段，北段的落差最小，小于100 m。

3.2 砂体展布与断层封堵性分析

平湖组沉积时期，迎翠轩主断裂北段和中段控制砂体展布的特征不同，造成中段的断层封堵性优于北段。上文已论述，在迎翠轩主断裂发育的各个时期，不同段断层的性质相同，均为正断层，且断面平直。因此，断层两盘的砂泥岩配置关系和断面平面展布形态差异是影响其封堵性的重要因素[20]。迎翠轩主断裂上升盘目前已钻井1口，揭示平湖组90%左右的含砂率，通过地球物理资料预测平湖组上段上升盘的砂岩百分含量超过70%。迎翠轩主断裂北段下降盘砂岩百分含量整体小于40%，而中段下降盘砂岩百分含量整体为40%～50%，局部为50%～70%(图7)。下降盘的这种差异，也表明断裂控制了砂岩储层的平面展布。下降盘紧邻主断层面位置的砂岩百分含量整体为40%～50%，而北段上升盘砂岩百分含量达70%以上，中段为50%左右。从迎翠轩主断裂北段和中段平湖组岩性的反演结果(图8)来看，中段由于断距更大，存在更多砂泥对接的可能，封堵性高于北段。而从断层平面展布来看(图7)，中段断层存在平面走向的扭动，也有利于增强对泥岩的涂抹作用。因此，整体来看迎翠轩主断裂中段上升盘的砂体发育程度较北段差，封堵性优于北段。

图7 杭州斜坡迎翠轩主断裂北段和中段平湖组上段砂岩含量预测

图8 迎翠轩主断裂北段(a)和中段(b)平湖组岩性并置关系

4 对油气运移的控制

迎翠轩主断裂在排烃高峰时期不活动，关键成藏期形成的油气在断层下盘富集。前人对整个西部斜坡的研究表明[2-3,14]，平湖组储层中的油气主要是在玉泉组至三潭组沉积期充注，存在23 Ma和12 Ma这两个关键的排烃期(图9)。

迎翠轩主断裂停止活动时间表明，断层活动的终止时间也存在差异。北段在25～5 Ma期间持续活动，活动期间断层活动迅速，其中北段向南延伸部分的活动在20 Ma后停止，中段的活动基本上在15 Ma后停止。在油气大量运移期，只有迎翠轩主断裂北段个别部分(图9中点2和点3)断层活动，大多数油气在主断裂下降盘富集，无法沿着断层向上升盘运移。

图9 迎翠轩主断裂停止活动时间平面分布(位置见图2)与烃源岩排烃速率图

在23 Ma和12 Ma，杭州斜坡中段迎翠轩主断裂下降盘是油气运移的优势区。现今平湖组和宝石组地层厚度(图2和图3)表明，南段和北段的古地形相对较平缓，断层对古地形的控制较弱；中段迎翠轩主断裂在平湖组沉积时期活动强烈，控制古地形。目前已经成藏的平湖斜坡北段和杭州斜坡中段都处于古鼻隆的位置(图2)，该位置是油气有利运移构造。平湖斜坡北段已经成藏(图1)，因此，杭州斜坡中段也是一个潜在的有利成藏区。

构造活动上杭州斜坡中段在平湖组和花港组沉积时期均发育顺向和反向断层，控制了地层的展布；而关键成藏期的古构造图表明杭州斜坡中段处在有利的油气运移通道之上，但迎翠轩主断裂在排烃高峰时期不活动，封堵性较好，有利于下降盘油气聚集。

5 结 论

(1)按照断裂平面展布特征、平湖组和宝石组地层厚度、断层和地层的剖面特征，可以将杭州斜坡分成北段、中段和南段三个部分，其中，中段断层走向为北北东向，单个断层的延伸长度小、数量多，存在倾向东和倾向西的顺向断层和反向断层。

(2)迎翠轩主断裂在平湖组沉积时期持续活动，杭州斜坡中段在平湖组中段下部沉积时期断层活动最强，最大落差800 m。

(3)关键成藏期23 Ma和12 Ma杭州斜坡中段处在有利的油气运移通道之上，而迎翠轩主断裂主体在15 Ma后基本不活动，封堵性较好，有利于下降盘油气的聚集。