劉金水，陸永潮，秦蘭芝

(1.中海石油(中國)有限公司 上海分公司，上海 200030；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，武漢 430074)

花港組是西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶最為重要的含油氣層系，在前期勘探中受限于物源體系與沉積砂體研究程度不夠深入，長期認為反轉(zhuǎn)帶南部是有利砂體的發(fā)育區(qū)域，因此勘探亦主要集中在南部地區(qū)。隨著近年來勘探的持續(xù)深入，在中央反轉(zhuǎn)帶中北部花港組鉆探到了多套超百米的厚層砂體，但目前這些大型砂體的來源及展布成因不明。前人針對西湖凹陷的物源系統(tǒng)和沉積體系等開展過一些相關(guān)的研究[1-4]，但始終未能有效地指出大型砂體的形成及控制因素。自從近年來Margins Program會議提出源—匯系統(tǒng)研究計劃以來，源—匯系統(tǒng)分析方法突破了過于強調(diào)對盆地現(xiàn)今構(gòu)造格局和沉積物研究的局限，在研究中更多地針對沉積從母源區(qū)剝蝕，進而通過河流等作用搬運并在盆地沉積聚集的3個相互緊密聯(lián)系的動態(tài)過程[5]，是近年來國內(nèi)外進行盆地沉積演化研究的重要手段。因此以多種技術(shù)手段配合源—匯體系進行深入研究，是明確大型儲集體形成與發(fā)育特征的有效方法。

本文借助鋯石陰極發(fā)光及精確定年、重礦物及古水流等方法，針對西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶花港組的物源體系展開研究，在此基礎(chǔ)上針對物源通道以及沉積物匯聚區(qū)進行系統(tǒng)分析，確立了中央反轉(zhuǎn)帶花港組砂體“源—渠—匯”的砂體沉積模式，明確了花港組大型儲集體的形成機制。

1 地質(zhì)概況

西湖凹陷是我國東海盆地中的次級凹陷，西接海礁隆起，東鄰釣魚島隆褶帶，是目前中國東部海域中規(guī)模最大的新生代含油氣凹陷[6-10]。西湖凹陷可以劃分為5個構(gòu)造單元(自西向東)：西部斜坡帶、西次凹、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東次凹和東部斷階帶(圖1)。

由目前所鉆井揭露的地層來看，西湖凹陷自下向上發(fā)育始新統(tǒng)平湖組，漸新統(tǒng)花港組，中新統(tǒng)龍井組、玉泉組及柳浪組，上新統(tǒng)三潭組及更新統(tǒng)東海群[11-12]。研究目的層花港組分為12段，識別出1個二級層序、2個三級層序(花下段與花上段)，其中花下段包括低位體系域(H12—H9)和湖擴—高位體系域(H8—H6)；花上段包括低位體系域(H5—H3)和湖擴體系域(H2—H1)，其中H5—H3段是目前大型儲集體主要發(fā)育段(圖1)。

2 古物源分析

運用碎屑鋯石U-Pb定年、重礦物組合及古水流等技術(shù)方法，結(jié)合東海盆地新生代基底的研究，對西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶花港組的物源體系做出判斷。

2.1 鋯石定年對物源區(qū)的定位

鋯石不但分布廣泛而且穩(wěn)定性極強，能保存大量的源區(qū)信息[6-7]。本次研究選取中央反轉(zhuǎn)帶花港組代表性樣品，經(jīng)過預(yù)處理后進行鋯石U-Pb年齡測定。分析測試在中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室進行，每個樣品點打點數(shù)大于80個，協(xié)和度大于90%。

通過對鋯石陰極發(fā)光圖像中的內(nèi)部環(huán)帶以及變質(zhì)增生等方面信息的分析[13-15]，發(fā)現(xiàn)花港組含有前寒武紀、古生代與中生代3個時代的信息(圖2)。前寒武紀鋯石陰極發(fā)光較暗且相對均一，巖漿環(huán)帶特征不明顯，U、Th元素和REE含量較高，反映了變質(zhì)母巖的特點(圖2a)。古生代鋯石發(fā)光暗，見生長環(huán)帶和變質(zhì)增生邊，鋯石邊界較為光滑，表明近距離搬運為主(圖2b)。中生代鋯石顆粒多數(shù)呈現(xiàn)巖漿成因特征的震蕩環(huán)帶，邊界較為平直，部分顆粒具有一定的磨圓特征，表明鋯石以短、長距離混合搬運為特征(圖2c)。

圖1 東海盆地西湖凹陷區(qū)域構(gòu)造格局、采樣鉆井位置與地層柱狀圖

圖2 東海盆地西湖凹陷花港組砂巖碎屑鋯石CL圖像

通過對不同構(gòu)造單元花港組鋯石年齡特征的研究表明，在中央反轉(zhuǎn)帶由北至南前寒武紀鋯石顆粒減少，中生代與古生代鋯石含量增加。以中央反轉(zhuǎn)帶北部B1井與南部B2井為例(圖3)，B1井年齡以前寒武紀鋯石為主，具有2個年齡峰值(2 449 Ma和1 862 Ma)，2個樣品中前寒武紀年齡所占比例分別為61%和59%；古生代鋯石峰值集中在422.8 Ma左右，2個樣品中古生代年齡所占比例分別為22%和21%；中生代鋯石峰值在178.4 Ma，2個樣品中中生代年齡所占比例分別為17%和20%，表明該井的母巖以前寒武紀年齡為主，夾雜著中生代與古生代年齡(圖3上)。南部B2井從年齡組成來看以前寒武紀鋯石為主，但中生代及古生代含量明顯增加，2個樣品中前寒武紀年齡峰值分別為2 409 Ma和1 836 Ma，占比均為46%；中生代和古生代鋯石比例稍有不同，古生代年齡峰值分別為285 Ma和245 Ma，所占比例分別為25%和27%；中生代年齡峰值分別為133 Ma和128 Ma，所占比例分別為28%和29%(圖3下)。通過比較，B2井前寒武紀鋯石年齡所占比例明顯低于B1井，而古生代—中生代鋯石年齡所占比例明顯升高。

通過對中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶內(nèi)8口井12個樣品對比表明，中央反轉(zhuǎn)帶內(nèi)前寒武紀鋯石均占有較大的比例，說明中央反轉(zhuǎn)帶主要物源年齡為前寒武紀；古生代和中生代物源主要起到補充作用，不能構(gòu)成穩(wěn)定的主物源。

2.2 重礦物分析

重礦物是指巖石樣品中比重大于2.86 g/cm3的陸源碎屑礦物，具有穩(wěn)定性強、耐磨蝕、能保存較多母巖組合特征的特點[16-17]。重礦物中金紅石—鋯石—電氣石組合顯示酸性巖漿來源，赤褐鐵礦—磁鐵礦—白鈦礦組合顯示中基性巖漿母源信息，石榴石—綠泥石—綠簾石顯示變質(zhì)巖母源信息[18-19]。在對物源區(qū)進行定位的基礎(chǔ)上，針對巖石礦物中重礦物及其組合特征等進行研究，以明確中央反轉(zhuǎn)帶花港組砂體的母源性質(zhì)。

圖3 東海盆地西湖凹陷花港組砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡譜峰圖及諧和圖

重礦物組合特征表明，研究區(qū)多具有變質(zhì)母源特征，特別是其石榴石含量往往可以達到重礦物總含量70%以上。中央反轉(zhuǎn)帶的重礦物在不同地區(qū)特征有所不同，如中央反轉(zhuǎn)帶主力砂體H3段重礦物組合特征，從北部A1井到A2井、再到南部A3井均具有以高石榴石含量為特征的變質(zhì)母源重礦物組合(圖4)。且從北至南代表穩(wěn)定重礦物的鋯石含量具有增加的特征，表明具有北部方向物源。另外由中央反轉(zhuǎn)帶兩側(cè)砂體的統(tǒng)計中可知，雖然其均具有較高的石榴石含量，但鋯石、電氣石含量均表現(xiàn)為低含量特征，推測受到東西兩側(cè)物源的影響(圖4c)。

中央反轉(zhuǎn)帶花港組儲層鏡下鑒定也表明，以變質(zhì)巖重礦物組合為主的儲層，鏡下常見石英顆粒較為純凈且雜質(zhì)含量低、磨圓度好(圖5a)，單晶及多晶石英發(fā)育且波狀消光特征明顯，另外常見變質(zhì)巖屑的拉長構(gòu)造(圖5b)；而少量來自巖漿母源的石英顆粒常典型的呈港灣狀，分選磨圓差且風化嚴重、包裹體數(shù)量眾多(圖c)。巖漿母源重礦物組合?？梢娚倭恳伤颇屹|(zhì)物質(zhì)，具有部分光性，局部可見玻璃質(zhì)溶蝕及水云母化，但由于凝灰質(zhì)后期極易溶蝕而導(dǎo)致特征不明顯(圖5d)。多口井鏡下特征表明，中央反轉(zhuǎn)帶中北部花港組大型儲集體以變質(zhì)母源為主要特征，存在少量巖漿母源的信息，特別是其兩側(cè)的砂體具有更多的巖漿母源特征。

2.3 物源區(qū)分析

長期以來地質(zhì)工作者對西湖凹陷周緣基底性質(zhì)存在不同的觀點，但近年來隨著重磁震調(diào)查與鉆探工作的深入，東海盆地新生代的基底已經(jīng)有了一定的結(jié)論。從西湖凹陷周邊來看，海礁隆起的鉆孔資料揭示，在新生代沉積之下鉆遇一套同位素年齡為(69.9±0.8) Ma的英安質(zhì)角礫巖、凝灰質(zhì)角礫巖和蝕變凝灰?guī)r地層，同樣在其東部的平湖斜坡帶多口井均鉆到了此套白堊紀末期的地層，因此推斷基底主要由中生代火山巖與侵入巖聯(lián)合組成；盆地北部的虎皮礁隆起及西湖凹陷北端隆起部位幾口井均鉆遇片麻巖或片巖，根據(jù)前人資料推斷均為前寒武紀變質(zhì)巖[20]。同時依據(jù)日本長崎、中北琉球的本部帶及中國臺灣的大南傲地層年齡，可以推斷出釣魚島隆起帶屬于晚古生代—中生代地層[20]。

圖5 西湖凹陷花港組重礦物組合特征及部分樣品鏡下特征

由前文可知，中央反轉(zhuǎn)帶花港組碎屑鋯石存在前寒武紀、中生代及古生代的年齡特征。其中前寒武紀鋯石占50%以上，且南北向鋯石年齡的變化表明，北部的虎皮礁隆起為中央反轉(zhuǎn)帶花港組的主要砂體供給來源，而中央反轉(zhuǎn)帶東西兩側(cè)新生界之下的古生代—中生代地層為次物源。此外，中央反轉(zhuǎn)帶北部重礦物由北至南逐漸降低的變質(zhì)巖組合特征亦表明，虎皮礁隆起為西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶花港組發(fā)育時期穩(wěn)定的物源供給方向。

圖4 東海盆地西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶花港組重礦物組合特征

3 通道體系分析

通道體系是溝通物源區(qū)與沉積區(qū)的橋梁，是評價沉積物供給進入盆地充填的關(guān)鍵要素。本文首先通過砂體沉積的地球物理特征明確宏觀上砂體運移的特征，再通過重礦物成熟度及古水流特征對沉積砂體的微觀特征進行分析，以明確西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶花港組發(fā)育時期的物源通道體系。

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3.1 通道體系的地球物理響應(yīng)特征

由前文可知中央反轉(zhuǎn)帶花港組砂體具有北、東、西3個不同方向的砂體母源區(qū)，本次針對通道體系的地球物理精細解釋，對應(yīng)識別出南北軸向河谷通道、西部下切谷通道以及東部轉(zhuǎn)換斷層通道3種不同類型的物源通道。

南北軸向河谷通道，形態(tài)上呈寬緩的碟形，下窄上寬，寬緩處可達幾十公里。由于河谷寬緩，因此砂體易于在側(cè)向上進行頻繁擺動，在地震剖面上能夠清晰地觀察到砂體側(cè)向遷移的特征。利用地震前積反射特征是識別砂體沉積特征的有效手段[21-22]，從研究區(qū)河谷通道軸向上的砂體充填來看，前積體具有連續(xù)性好的強振幅特征。中央反轉(zhuǎn)帶花港組下段可識別出4期砂體向南前積的特征，上段可識別6期前積砂體特征(圖6a)。

西部下切谷通道是河流體系響應(yīng)于沉積基準面下降而向盆地方向延伸所形成的深切水道。西部斜坡高帶共識別出2類下切谷：一類為樹枝狀下切谷，主要分布在西斜坡北部；另一類為單枝狀下切谷，主要分布在西斜坡中南部，其具有不同的特征和規(guī)律。樹枝狀下切谷分布面積廣，延伸距離長，在平面上呈樹枝狀，一般都有一個主谷，同時有幾個側(cè)谷匯入。在地震剖面上，可以看到該類下切谷多呈“V”型，谷內(nèi)砂體雙向上超充填。單枝狀下切谷分布面積小，延伸距離短且平面上呈現(xiàn)單枝狀，其規(guī)模明顯小于樹枝狀下切谷(圖6b)。

東部轉(zhuǎn)換斷層通道。通過對釣魚島隆褶帶的重磁震的正演，分析了密度、磁化率的變化與原型盆地邊界的關(guān)系，進而結(jié)合地震特征進行分析。釣魚島隆褶帶北西向基底斷裂在釣魚島隆褶帶及周邊廣泛發(fā)育，為北東向基底斷裂的調(diào)節(jié)斷層。通過對西湖凹陷東部邊界的識別，發(fā)現(xiàn)其形態(tài)展布受控于轉(zhuǎn)換斷層，由北至南存在4個明顯的斷層轉(zhuǎn)換帶。地震剖面上可識別出轉(zhuǎn)換帶具有明顯的砂體自東向西的前積特征，表明有來自釣魚島隆褶帶的砂體順轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)帶進入。

圖6 東海盆地西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶南北向及西部斜坡帶南北向砂體通道特征剖面位置見圖1。

3.2 通道體系的砂體響應(yīng)特征

3.2.1 重礦物成熟度特征

根據(jù)重礦物抗風化作用的程度與穩(wěn)定性，可以將重礦物中穩(wěn)定重礦物與不穩(wěn)定重礦物的比值作為砂體運移證據(jù)，其中重礦物穩(wěn)定指數(shù)(ZTR)是指鋯石、電氣石和金紅石組成的3種穩(wěn)定重礦物組分占所有重礦物的百分含量，該指數(shù)越大則說明沉積物搬運距離越遠[23]。本文根據(jù)西湖凹陷23口井ZTR指數(shù)的平面分布特征，分析確定不同砂體重礦物成熟度變化特征。

據(jù)西湖凹陷H5-H3大型儲集體發(fā)育段重礦物ZTR指數(shù)變化可知，從北到南ZTR指數(shù)具有逐漸變大的特征，如從北部的A1井(5.14%)到中部的A2井(8.71%)、A3井(10.12%)、A4井(10.57%)、A5井(11.10%)，再到南部A6井(13.24%)及A7井(14.38%)，ZTR指數(shù)穩(wěn)定升高，表明存在穩(wěn)定的北部物源。同時凹陷東西兩側(cè)ZTR指數(shù)明顯相對低值，西部的如A8井(8.06%)、A9井(9.36%)、A10井(4.97%)及東部的A11井(5.14%)，均呈現(xiàn)ZTR指數(shù)較低的特征，表明其受到海礁隆起與釣魚島隆褶帶物源的影響。

3.2.2 古水流分析

水體流動與砂體沉積過程中會產(chǎn)生不同的沉積構(gòu)造，因此根據(jù)成像測井恢復(fù)沉積構(gòu)造的方位是識別古水流的可靠方法[24-25]。本次選取中央反轉(zhuǎn)帶花港組具有FMI數(shù)據(jù)、層理發(fā)育且具有穩(wěn)定傾角和方位角的沉積構(gòu)造，利用藍模式矢量點進行方位統(tǒng)計，繪制出矢量方位頻率圖來識別古水流方向，進而總結(jié)中央反轉(zhuǎn)帶花港組的古水流發(fā)育模式。

古水流研究表明，中央反轉(zhuǎn)帶花港組沉積時期砂體整體為向南沉積。以由北至南的C1井、C2井及C3井為例，其均具有向南的發(fā)育特征；由西次凹C4井古水流方向以及矢量圖可見，其局部雖具有一定的變化，但是整體仍然以東向水流為主，表明中央反轉(zhuǎn)帶兩側(cè)水流對中央帶砂體發(fā)育具有明顯的補充(圖7)。中央反轉(zhuǎn)帶北部虎皮礁隆起的母源砂體通過軸向大型河谷由北運移到中央反轉(zhuǎn)帶南部，西部海礁隆起砂體通過不同類型下切谷通道、東部釣魚島隆褶帶通過斷層轉(zhuǎn)換帶通道對軸向砂體進行補充。

4 源—匯系統(tǒng)對大型儲集體的控制

在進行地層恢復(fù)、剝蝕量計算與恢復(fù)、沉積物壓實校正等研究工作的基礎(chǔ)上，針對古水深等沉積環(huán)境的研究，最終對西湖凹陷花港組沉積時期的古地貌進行恢復(fù)。西湖凹陷花港組沉積期東西向劃分出西坡斷階帶、中央深坳帶、東坡斷階帶3個古地理單元。根據(jù)中央深坳帶自北向南形貌變化，進一步劃分出北次坳、中次坳和南次坳。整體而言，花港組古地理單元具有“東西分帶、南北分塊”的宏觀特征。

通過上述研究建立了中央反轉(zhuǎn)帶花港組的源—匯系統(tǒng)及大型儲集體的發(fā)育模式。首先存在3大物源區(qū)：虎皮礁隆起、海礁隆起和釣魚島隆褶帶；其次各物源區(qū)作用不同：虎皮礁物源為主物源，輸砂量大，海礁隆起與釣魚島隆褶帶為點物源，貢獻次之。物源的聚砂過程不同，虎皮礁物源以長距離搬運為主，聚砂過程為河道砂體發(fā)育，砂體寬而厚；海礁隆起物源表現(xiàn)為多個入口，聚砂過程為近源的河道及三角洲砂體；釣魚島隆褶帶物源輸入表現(xiàn)為4個斷層轉(zhuǎn)換帶的砂體輸入，從而使得軸向物源砂體得到強化(圖8)。

圖7 東海盆地西湖凹陷花港組古水流方向與古水流流向矢量圖

圖8 東海盆地西湖凹陷花港組古地貌與砂體發(fā)育模式

結(jié)合前人層序地層學(xué)研究結(jié)果表明，花下段沉積期是菲律賓板塊與太平洋板塊及亞—歐板塊相互碰撞的初始階段，早期盆內(nèi)可容納空間小，軸向的河谷地貌長而狹窄，發(fā)源于虎皮礁隆起的河流經(jīng)過了長距離的發(fā)育過程，同時得到了來自兩側(cè)物源區(qū)分支河道的砂體供給，沉積體系表現(xiàn)為河流發(fā)育在狹窄的限制性河谷中；花下段湖擴與高位時期湖盆面積擴大，河道規(guī)模明顯萎縮且延伸距離變短?；ㄉ隙纬练e時期湖泊面積明顯萎縮，湖盆內(nèi)可容納空間迅速增大，沉積沉降中心迅速的北移，砂體發(fā)育程度大，形成中央反轉(zhuǎn)帶中北部的大型儲集體。

5 結(jié)論

(1)西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶花港組碎屑鋯石存在前寒武紀、中生代及古生代的年齡特征，其中以前寒武紀鋯石為主體。

(2)北部虎皮礁隆起為中央反轉(zhuǎn)帶花港組穩(wěn)定的物源供給方向，西部海礁隆起與東部釣魚島隆褶帶為次物源?；⑵そ嘎∑鸬哪冈瓷绑w通過南北軸向大型河谷通道由北向南運移，西部海礁隆起通過不同類型下切谷、東部釣魚島隆褶帶通過4個轉(zhuǎn)換帶通道對中央反轉(zhuǎn)帶來自北部的軸向砂體進行補充。

(3)中央反轉(zhuǎn)帶花港組沉積時期，自北向南劃分為北次坳、中次坳和南次坳3個主要砂體匯聚區(qū)。花港組沉積時期沉積體系表現(xiàn)為河流發(fā)育在狹窄的限制性河谷中?；ㄉ隙纬练e時期低位砂體細分出H5、H4、H3三套厚砂層，形成中央反轉(zhuǎn)帶中北部的大型儲集體。