西湖凹陷始新世平湖運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)表征及其油氣地質(zhì)意義

祁 鵬，郭 剛，任亞平，崔 敏，王 欣

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)海洋學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是地球科學(xué)研究領(lǐng)域中一個(gè)重要的課題。在諸多研究方向中，石油地質(zhì)學(xué)家更關(guān)注的是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)如何影響含油氣盆地的形成和改造，如何影響油氣的生成、運(yùn)移和聚集等。東海盆地西湖凹陷作為中國近海重要的含油氣盆地之一，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)其結(jié)構(gòu)演化和油氣成藏的影響一直受到人們的重視。學(xué)者們對(duì)西湖凹陷新生代的三期擠壓反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即玉泉運(yùn)動(dòng)、花港運(yùn)動(dòng)和龍井運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行了詳細(xì)的論述[1-3]。擠壓反轉(zhuǎn)形成的大型背斜構(gòu)造不僅易識(shí)別，而且是油氣勘探的重要領(lǐng)域，成為研究熱點(diǎn)是必然的。

相較之下，早期的平湖運(yùn)動(dòng)由于影響的地層埋藏深，不易識(shí)別，常常被人忽視。隨著近年來，西湖凹陷油氣勘探由構(gòu)造型圈閉向深層構(gòu)造-巖性復(fù)合型圈閉轉(zhuǎn)型的過程中[4-5]，平湖運(yùn)動(dòng)作為西湖凹陷新生代構(gòu)造演化中重要的一環(huán)，逐漸受到人們的重視，出現(xiàn)了零星的文獻(xiàn)報(bào)道[6-7]。周心懷等[8]認(rèn)為平湖運(yùn)動(dòng)之后，西湖凹陷進(jìn)入了斷-拗轉(zhuǎn)換階段，但是關(guān)于該構(gòu)造變革過程的地質(zhì)表征并沒有詳細(xì)的論述。本次研究在西湖凹陷大連片三維地震資料精細(xì)解釋工作和綜合地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，著重刻畫了平湖運(yùn)動(dòng)在區(qū)域上的識(shí)別標(biāo)志，梳理了平湖運(yùn)動(dòng)對(duì)西湖凹陷構(gòu)造變形及沉積充填的控制作用，探討了平湖運(yùn)動(dòng)對(duì)石油地質(zhì)條件的影響，對(duì)西湖凹陷基礎(chǔ)地質(zhì)研究和油氣勘探具有重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西湖凹陷是中國東部近海最大的含油氣凹陷，整體表現(xiàn)為NNE向的長條狀，南北長約400 km，東西寬為70～130 km，總面積約5×104km2。西湖凹陷位于東海盆地東部坳陷帶的中部，東面以深大斷裂及火成巖帶與釣魚島隆褶帶相鄰，西部以斜坡與中部隆起帶過渡，南北兩端分別是釣北凹陷和福江凹陷。西湖凹陷新生代表現(xiàn)為大規(guī)模的碎屑沉積，地層最大厚度約15 km，自下而上依次發(fā)育前寶石組，始新統(tǒng)寶石組和平湖組，漸新統(tǒng)花港組，中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組，上新統(tǒng)三潭組以及第四系東海群(圖1)。

圖1 西湖凹陷綜合地質(zhì)圖[9-11]

西湖凹陷在平面上有東西分帶的特點(diǎn)，自西向東分別為西部斜坡帶、中部深洼-反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和東部斷階帶。西部斜坡帶是東海盆地最重要的油氣產(chǎn)區(qū)，受區(qū)域NW向基底大斷裂的影響，具有南北分段的特點(diǎn)，自北往南分別為杭州斜坡、平湖斜坡和天臺(tái)斜坡。

西湖凹陷在縱向上有構(gòu)造分層的特點(diǎn)，是對(duì)復(fù)雜構(gòu)造演化的具體體現(xiàn)。深層表現(xiàn)為以始新統(tǒng)及以下層系構(gòu)成的東斷西超的箕狀斷陷結(jié)構(gòu)，中層表現(xiàn)為以漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)層系構(gòu)成的中部擠壓反轉(zhuǎn)的碟形坳陷結(jié)構(gòu)，淺層表現(xiàn)為以上新統(tǒng)和第四系構(gòu)成的穩(wěn)定熱沉降的近似水平結(jié)構(gòu)。

2 平湖運(yùn)動(dòng)的識(shí)別

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在盆地的演化過程中總是會(huì)留下印跡，常常會(huì)表現(xiàn)為地層的削截、巖性組合和斷層活動(dòng)的突變、沉降中心的遷移、巖漿活動(dòng)的爆發(fā)和古地貌的變化等[9-11]。在西湖凹陷精細(xì)地震解釋和綜合地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，本次工作識(shí)別了平湖運(yùn)動(dòng)三個(gè)方面的標(biāo)志。

2.1 地質(zhì)時(shí)代標(biāo)志

大量的研究表明，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)常常伴隨有巖漿活動(dòng)。因此，利用鉆井獲取的火山巖樣品進(jìn)行同位素年齡測定來確定其所處地層的時(shí)代，進(jìn)而推測構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生的大致時(shí)間是十分有效的研究手段。多口鉆井在西湖凹陷西斜坡鉆遇了火山巖，其中一口井在平湖組底部約2 866 m處揭露了玄武安山巖，利用K-Ar體積法測定其年齡為42.5 Ma[12]。這一結(jié)果表明，平湖運(yùn)動(dòng)發(fā)生的時(shí)間大致為42.5 Ma，即晚始新世時(shí)期，也是平湖組沉積時(shí)期。

2.2 地震識(shí)別標(biāo)志

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在地震上常見的特征之一就是角度不整合。在西湖凹陷西斜坡的地震剖面上，對(duì)應(yīng)于平湖組底界面的T40地震反射層在斜坡的中高部位表現(xiàn)為顯著的上超下削的反射特征(圖2)，代表了平湖運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。該界面在斜坡低部位及洼陷中表現(xiàn)為平行整合接觸關(guān)系。平湖運(yùn)動(dòng)這一典型的地震反射特征在天臺(tái)斜坡也具有普遍性，但是在平湖斜坡由于主斷層強(qiáng)烈的活動(dòng)而不易識(shí)別。

圖2 西湖凹陷平湖組底界面地震反射特征

T40地震反射層不僅僅在西湖凹陷西斜坡表現(xiàn)為削截，在西湖凹陷西北側(cè)的長江坳陷也表現(xiàn)為相同特征，甚至于更為顯著。在長江坳陷北西向地震剖面上，T40之下為發(fā)育大型擠壓背斜的不對(duì)稱半地塹，之上為穩(wěn)定沉降形成的較平整地層。T40對(duì)下伏的擠壓背斜形成強(qiáng)烈的角度不整合[13]，也是平湖運(yùn)動(dòng)發(fā)生的證據(jù)之一。

2.3 鉆井識(shí)別標(biāo)志

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在鉆井上常見的特征之一就是某一界面上、下的巖性組合的極大變化。西部斜坡帶鉆井揭示在T40上下，即寶石組和平湖組地層，巖性組合發(fā)生了較為明顯的變化。寶石組以薄砂層為主，厚度一般為2～5 m，而平湖組以較厚砂層為主，普遍在5 m以上，最厚能達(dá)到23 m，底部發(fā)育礫巖。巖性組合的差異也反映在測井曲線上。T40反射層以上，伽馬曲線表現(xiàn)為以中-高幅、厚層箱形、鐘形或微齒化箱形為主；T40反射層以下，伽馬曲線表現(xiàn)為以低幅鐘形、漏斗形和指狀為主，并且鋸齒化嚴(yán)重(圖3)。

圖3 西湖凹陷平湖組底界面巖性和測井曲線特征

3 西湖凹陷平湖運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)表征

3.1 平湖運(yùn)動(dòng)是最后一幕斷陷活動(dòng)

西湖凹陷在新生代早期經(jīng)歷了多幕斷陷活動(dòng)。在平湖組下部及 其以下，西湖凹陷表現(xiàn)為受斷層控制的具有極強(qiáng)分割性的隆洼相間的結(jié)構(gòu)特征，在平湖組中上部及以上則逐步過渡為以褶皺變形為主的碟形盆地結(jié)構(gòu)特征[14-15]。中深層的大多數(shù)斷層基本都終止于平湖組頂界面。雖然少數(shù)邊界控凹斷層長期活動(dòng)，但是在平湖組沉積之后活動(dòng)也大幅減弱。這些特征表明，西湖凹陷在始新世發(fā)生的平湖運(yùn)動(dòng)是該凹陷在新生代多幕斷陷活動(dòng)的最后一幕，之后斷陷不再起主要作用，在始新世晚期進(jìn)入了斷-拗轉(zhuǎn)換階段。

3.2 平湖運(yùn)動(dòng)控制了沉降中心的遷移

自寶石組到平湖組沉積晚期，西湖凹陷沉降中心發(fā)生了自北東向南西方向的遷移。平湖運(yùn)動(dòng)之前，即在寶石組沉積時(shí)期，西湖凹陷發(fā)育多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的局部沉降中心，其中最大的沉降中心位于北部地區(qū)。平湖運(yùn)動(dòng)之后，即平下段沉積時(shí)期，西湖凹陷北部的沉降中心雖然繼承性發(fā)育，但是規(guī)模已經(jīng)變小，并且發(fā)生了向南的短距離遷移。平中段沉積時(shí)期，沉降中心繼續(xù)向西南方向擴(kuò)展，在凹陷中部出現(xiàn)了第二個(gè)與北部規(guī)模相當(dāng)?shù)某两抵行?，兩者連接成長條狀；在平上段沉積時(shí)期，凹陷北部沉降中心已經(jīng)消失，中部沉降中心規(guī)模達(dá)到最大(圖4)。

圖4 平湖運(yùn)動(dòng)控制了西湖凹陷寶石組-平湖組沉積時(shí)期沉降中心的遷移

3.3 平湖運(yùn)動(dòng)控制了巖漿活動(dòng)的遷移

巖漿活動(dòng)在平湖運(yùn)動(dòng)前后發(fā)生了向西湖凹陷中-南部的集中。東海盆地在古近紀(jì)巖漿活動(dòng)是十分活躍的，也呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，具有幕式活動(dòng)的特點(diǎn)。第一幕巖漿活動(dòng)發(fā)生在古新世時(shí)期，主要集中在東海盆地的西部坳陷帶，如長江坳陷和麗水凹陷。第二幕巖漿活動(dòng)發(fā)生在早中始新世時(shí)期，主要集中在東海盆地的中部隆起帶，釣北凹陷也有零星分布。第三幕巖漿活動(dòng)，對(duì)應(yīng)于平湖運(yùn)動(dòng)，巖漿活動(dòng)在晚始新世遷移到東海盆地的西湖凹陷。在漸新世及之后，巖漿活動(dòng)仍然十分活躍，主要集中在西湖凹陷中南部(圖5)。

圖5 平湖運(yùn)動(dòng)控制了東海盆地古近紀(jì)巖漿活動(dòng)的遷移[15]

3.4 平湖運(yùn)動(dòng)控制了斷裂演化

東海盆地及其周緣發(fā)育三大斷裂體系，分別為NW向斷裂系、NE向斷裂系和NNE向斷裂系。這三大斷裂系控制了東海盆地的基本結(jié)構(gòu)。平湖組底面斷裂分布圖揭示，西湖凹陷發(fā)育了大量的NE向和NNE向斷裂，這些斷裂基本上控制了凹陷內(nèi)隆洼相間的構(gòu)造格局(圖6(a))。

NE向斷裂和NNE向斷裂的發(fā)育演化與平湖運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，兩組斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)的時(shí)期是不一致的。過杭州斜坡高部位的測線顯示，NE向斷層在平湖組沉積之前強(qiáng)烈活動(dòng)，并控制了寶石組及以下地層的厚層沉積，形成了局部洼地，絕大多數(shù)NE向斷層向上終止于平湖組底界面(圖6(b))。NNE向斷層在平湖組沉積時(shí)期強(qiáng)烈活動(dòng)，是對(duì)平湖運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)。NNE向平湖大斷裂的活動(dòng)最為典型，控制的平湖組沉積厚度要遠(yuǎn)大于寶石組的沉積厚度(圖6(c))，古落差計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步表明該斷層的平湖組古落差是寶石組的2倍(圖6(d))。

圖6 西湖凹陷平湖組底界面北東向、北北東向斷層分布及活動(dòng)性分析

平湖運(yùn)動(dòng)控制了斷裂活動(dòng)的演化，并進(jìn)一步控制了西斜坡的基本結(jié)構(gòu)。在前平湖組沉積時(shí)期，西湖凹陷受NW-SE向伸展作用的控制，中部和北部地區(qū)大規(guī)模發(fā)育NE向斷層，并控制了杭州斜坡上的多個(gè)局部洼地，以及凹陷北部的深洼陷。這些洼陷均表現(xiàn)為NE-SW走向[16]。在該時(shí)期，杭州斜坡北段表現(xiàn)為受順向斷層控制的簡單斜坡，南段受隱伏基底斷裂的影響，形成雙向斷層控制的復(fù)雜斜坡，平湖斜坡表現(xiàn)為順向大斷層控制的斷坡。在杭州斜坡和平湖斜坡的轉(zhuǎn)換部位形成了低隆起。

在平湖組沉積時(shí)期，由于平湖運(yùn)動(dòng)的控制，西湖凹陷處于NWW-SEE向伸展應(yīng)力場之下，中部和北部發(fā)育的NE向斷層活動(dòng)逐漸減弱，而NNE向斷層開始強(qiáng)烈活動(dòng)，控制了凹陷中部厚層的平湖組沉積。深洼區(qū)開始向西湖凹陷中部遷移，其走向也發(fā)生了調(diào)整。在該時(shí)期，杭州斜坡基本延續(xù)了前平湖組沉積時(shí)期的結(jié)構(gòu)，局部被NNE向斷層復(fù)雜化，而平湖斜坡受NNE向斷層影響，形成更大型順向大斷層控制的斷坡，至此斜坡結(jié)構(gòu)基本定型(圖7)。

圖7 平湖運(yùn)動(dòng)控制了西湖凹陷寶石組-平湖組沉積時(shí)期的差異伸展作用

3.5 平湖運(yùn)動(dòng)是對(duì)板塊構(gòu)造事件的響應(yīng)

平湖運(yùn)動(dòng)發(fā)生的時(shí)間為45～43 Ma。在平湖運(yùn)動(dòng)前，也就是45 Ma之前，中國海域盆地的構(gòu)造演化處于歐亞板塊和太平洋板塊構(gòu)建的相互作用力的控制之下[17]。太平洋板塊持續(xù)以較高速度向歐亞大陸作NNW向俯沖[18]，從而誘使深部熱物質(zhì)發(fā)生上涌，造成東部海域發(fā)生大規(guī)模斷陷活動(dòng)，在NW-SE向伸展應(yīng)力控制下形成多個(gè)NE向展布的盆地，東海盆地西湖凹陷就是其中之一。另一方面，印度板塊對(duì)歐亞大陸持續(xù)的NE向擠壓楔入作用使得中國華南大陸發(fā)生了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)逃逸[19]。在兩種作用力的控制下，西湖凹陷中北部NE向斷層大規(guī)模活動(dòng)，形成了多個(gè)前平湖組沉積時(shí)期的沉降中心。

在45～43 Ma期間，西太平洋構(gòu)造域發(fā)生了重大板塊構(gòu)造事件。夏威夷海山島鏈的同位素年齡和線性排列的島鏈方向的改變指示這個(gè)時(shí)期太平洋板塊對(duì)歐亞大陸的俯沖由前期的NNW 向轉(zhuǎn)向NWW 向。這種重大板塊構(gòu)造事件的改變必然在中國東部盆地構(gòu)造演化中起到?jīng)Q定性影響，例如渤海灣盆地主要凹陷的沉積速率和構(gòu)造沉降速率在約43 Ma突然增加[20]。西湖凹陷的構(gòu)造演化自然是無法脫離西太平洋構(gòu)造域的影響，平湖運(yùn)動(dòng)是對(duì)此次構(gòu)造事件的響應(yīng)，控制了平湖組構(gòu)造變形和沉積充填。平湖運(yùn)動(dòng)將西湖凹陷區(qū)域伸展方向由前平湖組沉積時(shí)期的NW-SE向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW-SEE向，前期NE向斷層開始弱化，而NNE斷層十分活躍，尤其是中部的平湖大斷裂。在NNE斷層的控制下，沉降中心由北部地區(qū)遷移到中部地區(qū)。

4 平湖運(yùn)動(dòng)對(duì)烴源巖的影響

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)盆地構(gòu)造變形和沉積充填的控制作用，必然體現(xiàn)在油氣地質(zhì)條件上，從而影響到油氣勘探實(shí)踐。平湖組煤系地層是西湖凹陷的主力烴源巖[21-22]。鉆井揭示平湖組煤層具有厚度薄、層數(shù)多的特點(diǎn)，這與斷層強(qiáng)烈的同沉積活動(dòng)密切相關(guān)。平湖運(yùn)動(dòng)早期表現(xiàn)為較強(qiáng)烈的斷陷作用，極其發(fā)育的同沉積斷層在西部斜坡帶上形成了多個(gè)低洼區(qū)域。在潮坪沉積環(huán)境的控制下，這些低洼區(qū)域往往形成泥炭沼澤沉積，能夠發(fā)育煤層與暗色泥巖互層的較好級(jí)別烴源巖[23]。平湖運(yùn)動(dòng)造成西湖凹陷的沉降中心逐步從北部遷移到中部，這也體現(xiàn)在煤層厚度在平面上的分布規(guī)律。平湖組下部的煤層厚度中心位于凹陷北部，最大厚度可達(dá)4 m以上，而中、南部煤層厚度為1～2 m；平湖組上部的煤層厚度中心位于凹陷中部的平湖斜坡，最大厚度可達(dá)15 m以上，而北部煤層厚度減薄為3～5 m[24]。

5 結(jié) 論

(1)西湖凹陷晚始新世平湖運(yùn)動(dòng)是一次區(qū)域性構(gòu)造事件，對(duì)應(yīng)于平湖組底界面，在西斜坡中高部位表現(xiàn)為上超下削的角度不整合接觸關(guān)系，在低部位和深洼內(nèi)表現(xiàn)為平行整合接觸關(guān)系，在鉆井上表現(xiàn)為巖性組合的差異和測井曲線的突變。

(2)平湖運(yùn)動(dòng)控制了西湖凹陷晚始新世伸展應(yīng)力場從前平湖沉積時(shí)期的NW-SE向轉(zhuǎn)為平湖沉積時(shí)期的NWW-SEE向。在這過程中，西湖凹陷早期強(qiáng)烈活動(dòng)的NE向斷層逐漸弱化，而NNE向斷層開始興盛，控制著沉降中心從凹陷北部遷移至中部，巖漿活動(dòng)從凹陷周緣向內(nèi)部集中。

(3)平湖運(yùn)動(dòng)作為對(duì)西太平洋構(gòu)造域在晚始新世一次重大運(yùn)動(dòng)學(xué)調(diào)整事件的響應(yīng)，影響了西湖凹陷平湖組煤系地層的展布，具有早期北部厚，晚期中南部厚的特點(diǎn)。