西湖凹陷平湖組物源分析

吳嘉鵬張 蘭萬麗芬趙千慧楊彩虹王英民

（1中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司解釋研究中心；2中海石油（中國）有限公司上海分公司；3中國石化上海海洋油氣分公司研究院；4中國石油天然氣管道局國際事業(yè)部；5浙江大學(xué)海洋學(xué)院）

西湖凹陷平湖組物源分析

吳嘉鵬1張 蘭2萬麗芬3趙千慧4楊彩虹3王英民5

（1中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司解釋研究中心；2中海石油（中國）有限公司上海分公司；3中國石化上海海洋油氣分公司研究院；4中國石油天然氣管道局國際事業(yè)部；5浙江大學(xué)海洋學(xué)院）

西湖凹陷平湖組是否存在東側(cè)物源存在爭議，東側(cè)物源的確定對油氣勘探意義重大。綜合利用鉆井、地震、分析化驗(yàn)等資料，分析西湖凹陷平湖組沉積物的重礦物ZTR指數(shù)、砂巖類型、巖屑組分、砂巖百分含量以及地震相、同沉積構(gòu)造特征等，發(fā)現(xiàn)平湖組沉積物的陸源重礦物ZTR指數(shù)及砂巖成分成熟度呈“凹陷兩側(cè)低、中間高”的特征，自生重礦物菱鐵礦及砂巖百分含量則呈“凹陷兩側(cè)高、中間低”分布；由地震反射特征可知，平湖組存在明顯的盆地邊緣雜亂反射及指示東側(cè)物源存在的前積反射構(gòu)型；而且平湖組中晚期生長背斜的存在，從構(gòu)造應(yīng)力方面進(jìn)一步印證了平湖組沉積時(shí)期東部隆褶帶的存在。綜合以上研究，認(rèn)為東部隆褶帶在平湖組沉積期就已經(jīng)隆起并作為西湖凹陷的東側(cè)物源，西湖凹陷中東部深層平湖組具有良好的油氣勘探前景。

平湖組；物源分析；ZTR指數(shù)；地震相；西湖凹陷

西湖凹陷為東海陸架盆地重要的含油氣凹陷，其中平湖組是該凹陷內(nèi)重要的勘探目的層段。但平湖組的油氣發(fā)現(xiàn)，多集中于凹陷西部斜坡帶，凹陷中東部深層平湖組是否具有油氣資源前景與潛力，是亟待考慮的問題。前人結(jié)合鉆測井、二維地震、三維地震、古生物等多種分析化驗(yàn)資料，多認(rèn)為西湖凹陷平湖組為半封閉海灣沉積[1-4]，即在平湖組沉積時(shí)，西湖凹陷東側(cè)存在古隆起，與凹陷西部凸起等共同構(gòu)成西湖凹陷的兩側(cè)地貌凸起屏障，形成了平湖組的半封閉海灣環(huán)境；但是也有前人[5-6]認(rèn)為在平湖組沉積時(shí)期，東部隆褶帶是不存在的，對東部隆褶帶的演化機(jī)制存在多種觀點(diǎn)[7-8]。該爭議的存在，對于西湖凹陷平湖組沉積體系的認(rèn)識(shí)及油氣勘探具有重要影響。若平湖組沉積時(shí)期東側(cè)物源不存在，則凹陷東側(cè)由于相對遠(yuǎn)離西側(cè)物源區(qū)，很可能為無砂、少砂區(qū)域；相反，若東部隆褶帶形成時(shí)期早于平湖組沉積初期，則凹陷東側(cè)構(gòu)造由于靠近東側(cè)物源區(qū)，可能轉(zhuǎn)變?yōu)楦簧皡^(qū)域。因此西湖凹陷平湖組物源情況的判斷，對于油氣勘探的部署及決策具有不可忽視的影響。本文結(jié)合重礦物、巖石組分、地震相等多方面的資料，認(rèn)為西湖凹陷平湖組沉積時(shí)期存在東側(cè)物源，該時(shí)期東部隆褶帶已經(jīng)形成并接受后期改造。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西湖凹陷為東海陸架盆地東部坳陷中北部的含油氣凹陷，北緣為福江凹陷，南與釣北凹陷相接（圖1）[9-11]。西湖凹陷從西向東可大體分為西部斜坡帶、中部反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶及東部斷階帶3個(gè)構(gòu)造單元（圖1）。西湖凹陷總面積逾5×104km2，并且沉積了花港組（T4—

2T3

平湖組主要發(fā)育于中—晚始新世，并且該時(shí)期西湖凹陷總體上處于海退，其沉積地層的巖性以灰質(zhì)泥巖為主，夾有灰質(zhì)粉—細(xì)砂巖、砂巖。平湖組下段主要以薄層砂泥互層為主，平湖組上段及中段的砂體相對下段厚，是西湖凹陷的主力儲(chǔ)層；同時(shí)，在平湖組中上段發(fā)育多層厚度薄、分布范圍局限的瀝青質(zhì)煤層，是西湖凹陷的主力烴源巖[9]。平湖組富含有孔蟲、溝鞭藻、鈣質(zhì)超微化石等海相古生物，但也有輪藻、瓣鰓類等淡水湖相古生物存在，說明平湖組發(fā)育期水體環(huán)境為半咸水環(huán)境，主要為半封閉海灣沉積[1-5]。

圖1 西湖凹陷區(qū)域構(gòu)造圖

2 平湖組物源分析

2.1 平湖組重礦物分析

沉積碎屑巖中含有多種礦物，其中相對密度大于2.86的礦物稱之為重礦物。根據(jù)重礦物的成因，可以分為陸源重礦物與自生重礦物。重礦物含量及分布規(guī)律等方面的研究，對于分析母巖區(qū)位置、沉積物搬運(yùn)及物源方向等，具有重要意義[10-11]。

2.1.1陸源重礦物

重礦物的穩(wěn)定系數(shù)為穩(wěn)定型重礦物與不穩(wěn)定型重礦物的比值，其中ZTR指數(shù)是指鋯石、電氣石和金紅石組成的透明礦物組分在所有重礦物中的百分含量，是研究礦物物源的一個(gè)重要參數(shù)。沉積物搬運(yùn)脫離母巖區(qū)，隨著搬運(yùn)距離的增加，穩(wěn)定重礦物的含量越來越高，不穩(wěn)定重礦物會(huì)逐漸減少，ZTR指數(shù)逐步增加。

由西湖凹陷平湖組陸源重礦物ZTR指數(shù)平面分布圖（圖2）可知，凹陷中部D-1等井區(qū)為ZTR指數(shù)較高的區(qū)域，即越靠近凹陷中央，ZTR指數(shù)越高。ZTR指數(shù)值較低的區(qū)域，一個(gè)是位于凹陷西部斜坡帶北端的K、B等井區(qū)；另一個(gè)是位于凹陷東北角及凹陷東南側(cè)的M-3、F-1等井區(qū)(圖2）。由凹陷中央ZTR指數(shù)高及凹陷兩側(cè)ZTR指數(shù)低的平面分布規(guī)律可知，西湖凹陷在平湖組沉積時(shí)期為雙向物源：①ZTR指數(shù)由凹陷西側(cè)向凹陷中央位置逐步增大，表明凹陷存在西部物源，沉積物由西部凸起向凹陷中央搬運(yùn)；②M-3、F-1等井區(qū)靠近凹陷東南部處ZTR指數(shù)均很低，并逐步向凹陷中部增加（圖2），表明凹陷東南部存在一個(gè)短軸物源；凹陷東北部H-1井ZTR指數(shù)低值區(qū)的存在，表明凹陷東北部在平湖組沉積時(shí)期很可能存在一個(gè)長軸物源（圖2），本文統(tǒng)稱為東側(cè)物源。

圖2 西湖凹陷平湖組陸源重礦物ZTR指數(shù)平面分布圖

2.1.2 自生重礦物

基因驅(qū)動(dòng)可以將特定基因遺傳給99%的后代，常規(guī)基因的遺傳率則只有50%。利用基因驅(qū)動(dòng)將“自毀基因”（不育基因）引入蚊子的DNA中并遺傳下去，就能讓蚊子絕育。奧斯汀·伯特的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將dsxFCRISPRh等位基因引入岡比亞按蚊（Anopheles gambiae）體內(nèi)，獲得了前所未有的結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)室中讓這一蚊子種群完全崩潰，達(dá)到了“種族滅絕”的目標(biāo)。

自生重礦物菱鐵礦的生成，必須有二價(jià)鐵離子，通常在氧化條件下，二價(jià)鐵很容易氧化為三價(jià)鐵，因此菱鐵礦通常形成于水體相對較深、具有還原或弱還原條件的沉積環(huán)境中[12-13]，可以通過菱鐵礦的鑒定及分布情況，分析匯水區(qū)的位置[13-14]。菱鐵礦結(jié)核多出現(xiàn)在三角洲前緣遠(yuǎn)端以及水下分流河道等位置，在河口附近和距河口不遠(yuǎn)的水動(dòng)力條件較弱的環(huán)境中，也易于發(fā)生沉積[15]。

由西湖凹陷平湖組菱鐵礦含量平面分布圖（圖3）可知，西湖凹陷平湖組菱鐵礦含量存在3個(gè)相對高值區(qū)域。其中數(shù)值最高的為D-1井區(qū)，菱鐵礦含量為93.19%，另外兩個(gè)高值區(qū)為凹陷西北角的L-1井區(qū)及P-1井區(qū)(圖3)。由西湖凹陷平湖組菱鐵礦含量平面分布特征及前人研究成果可以推測，平湖組沉積時(shí)期西湖凹陷至少存在3個(gè)古河口，分別為凹陷西側(cè)的L-1、P-1井區(qū)及凹陷東側(cè)D-1井區(qū)。尤其是東側(cè)古河口的存在，是凹陷東側(cè)物源存在的有力證據(jù)。

圖3 西湖凹陷平湖組菱鐵礦含量平面分布圖

2.2 平湖組砂巖類型平面展布規(guī)律

由于沉積物在搬運(yùn)過程中遭受破裂與分選等作用，沉積巖的成分成熟度一定程度上可以反映距離物源區(qū)的遠(yuǎn)近，平面上不同位置處不同成熟度沉積巖類型的變化，也可以大體反映當(dāng)時(shí)的物源所在位置及沉積物搬運(yùn)方向。前人在其他地區(qū)多次利用砂巖類型及其分布進(jìn)行物源、構(gòu)造演化等分析，例如張道鋒等[16]利用砂巖類型及其分布，發(fā)現(xiàn)石英含量的變化反映了物源區(qū)基底的風(fēng)化程度和碎屑供應(yīng)速率等的變化；李明瑞等[17]通過對砂巖分布規(guī)律進(jìn)行探討發(fā)現(xiàn)，沉積物搬運(yùn)距離越遠(yuǎn)，石英砂巖越發(fā)育；楊明慧等[18]發(fā)現(xiàn)不同層位砂巖類型的轉(zhuǎn)變是由于物源區(qū)的轉(zhuǎn)變。

由于西湖凹陷鉆遇平湖組的井位分布極不均勻，基本位于西部斜坡帶，因此為方便確定西湖凹陷的物源方向，選取鉆遇平湖組上段的井，作砂巖類型平面分布圖(圖4)。西部斜坡帶靠近西部凸起物源區(qū)的B-3井、K-4井、K-5井及P-1井等井位處，均為長石質(zhì)巖屑砂巖；而在相對靠近凹陷中心的Q-2井處，平湖組上段的砂巖類型則轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Τ煞殖墒於容^高的巖屑質(zhì)長石砂巖。這表明隨著距離物源區(qū)的變遠(yuǎn)，平湖組上段的砂巖類型逐步由長石質(zhì)巖屑砂巖轉(zhuǎn)變?yōu)閹r屑質(zhì)長石砂巖。

在西湖凹陷東部，更靠近凹陷邊緣的M-2井、M-5井等的平湖組上段的砂巖類型為長石質(zhì)巖屑砂巖；D-2井平湖組上段的砂巖成分成熟度變高，為巖屑質(zhì)長石砂巖。而在距離凹陷東部邊界較遠(yuǎn)的F地區(qū)，F(xiàn)-1井及F-2井平湖組上段的砂巖類型則轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒於葮O高的巖屑質(zhì)石英砂巖(圖4)。這表明沉積物由東側(cè)隆起區(qū)向凹陷內(nèi)部搬運(yùn)，砂巖的成分成熟度逐步增高。

圖4 平湖組上段砂巖類型平面展布圖

因此，按照平湖組上段砂巖類型的平面展布規(guī)律推測，西湖凹陷平湖組存在東側(cè)物源，兩側(cè)物源同時(shí)向凹陷提供并搬運(yùn)沉積物，從而使得凹陷內(nèi)的砂巖成分成熟度呈現(xiàn)“兩側(cè)低、中間高”的特征。

2.3 巖屑組分類型

沉積巖組分中的巖屑類型與含量是反映物源區(qū)巖性、風(fēng)化作用程度與類型，以及距離物源區(qū)遠(yuǎn)近等的良好識(shí)別標(biāo)志，是判斷物源區(qū)方向、沉積巖物源區(qū)母巖性質(zhì)最直觀明確的證據(jù)[19]。來自不同物源區(qū)的巖屑，其巖屑類型和相對含量必然存在差異[20]。通過對碎屑組分中的巖屑類型及含量等進(jìn)行分析，可以得到有關(guān)物源和母巖性質(zhì)等直接信息[21]。常見的巖屑類型有火山巖巖屑、沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑[19]。楊銳等[20]對鄂爾多斯盆地西南部不同地區(qū)上古生界盒8段巖屑含量進(jìn)行分析，說明南北部沉積體物源不同。楊華等[22]通過對巖屑含量的分析，發(fā)現(xiàn)延長組長8砂巖上下物源性質(zhì)發(fā)生明顯變化。李云等[23]利用碎屑組分變化，分析了南海北部漸新世/中新世的物源突變事件。

總結(jié)前人關(guān)于西湖凹陷花港組的研究成果[5,24]，西湖凹陷花港組存在東側(cè)物源幾乎毫無爭議。其中，位于凹陷中部的N-2井，其物源即來自于凹陷東部隆褶帶。但是，對N-2井花港組巖屑組分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，巖屑組分中含有相當(dāng)數(shù)量的變質(zhì)巖巖屑(圖5)，這與“東部隆褶帶為新生代隆起”的觀點(diǎn)相悖。因?yàn)?，若東部隆褶帶為新生代隆起，則在新生代之前現(xiàn)今東部隆褶帶區(qū)域應(yīng)先存有較厚的沉積巖層，在新生代隆起之后，作為物源區(qū)應(yīng)該先風(fēng)化剝蝕上部的沉積巖層而幾乎不可能直接剝蝕至變質(zhì)基底，花港組沉積物中應(yīng)幾乎不存在變質(zhì)巖巖屑(圖5)。因此可以推測，至少在新生代之前東部隆褶帶就已經(jīng)隆起形成并且作為沉積物源。

圖5 N-2井花港組單井巖屑含量三角圖

2.4 平湖組砂巖百分含量

砂巖百分含量圖是良好的物源分析工具，通過砂巖百分含量可以分析砂體的分布特征及展布規(guī)律，同時(shí)也可以反映物源區(qū)的位置及物源方向等信息。在靠近物源區(qū)的位置，砂巖一般厚度大、百分含量高。但是由于西湖凹陷平湖組沉積時(shí)期整體為“東斷西超”的古地貌格局，凹陷東側(cè)斷裂區(qū)沉積地層厚度明顯比西部斜坡帶地層厚度大，砂巖厚度圖對于物源的分析參考意義不大。因此，選擇砂巖百分含量圖進(jìn)行物源區(qū)分析。

由西湖凹陷平湖組上段砂巖百分含量圖可以看出，西部凸起作為主要物源區(qū)，環(huán)繞其周圍存在多個(gè)砂巖百分含量高值區(qū)（圖6a），而在凹陷東北部以及中部高砂巖百分含量區(qū)域的存在，表明此時(shí)凹陷存在東側(cè)物源，分別為一個(gè)東北部的長軸物源及一個(gè)東南部的短軸物源（圖6a）。通過平湖組中段砂巖百分含量圖（圖6b）可知，整個(gè)西湖凹陷的物源格局與平湖組上段相似。

圖6 平湖組上段（a）及中段（b）砂巖百分含量圖

2.5 地震相特征

地震相是指地震剖面上地震反射軸的振幅、頻率、連續(xù)性等結(jié)構(gòu)相信息，以及地震反射軸的雜亂、前積等構(gòu)型相信息。地震相是對地震剖面上地震反射信息最直接、最實(shí)際的反映。

2.5.1 雜亂反射構(gòu)型

雜亂反射往往振幅較弱且呈雜亂變化、地震反射連續(xù)性差，反映了沉積物巖性縱橫向變化大、遭受了后期強(qiáng)烈變形作用或者是快速的沉積作用。因此，在靠近凹陷邊界斷裂等楔狀雜亂反射的存在，可能就表明有沖積扇等盆地邊緣相的存在。

由平湖組上段地震相可知，在西湖凹陷東部邊緣靠近隆褶帶區(qū)域，有多個(gè)中振幅低頻低連續(xù)的雜亂反射區(qū)域，而且在通過這些雜亂反射區(qū)域的地震剖面上，在靠近斷裂的位置，呈雜亂反射的地層厚度大并逐漸呈楔形減薄（圖7a、b）。這與盆地邊緣相的地震反射特征十分相似，由此可以推測西湖凹陷平湖組存在東側(cè)物源。

2.5.2 前積反射構(gòu)型

前積反射構(gòu)型是一套波組，主要發(fā)育于斜坡背景下，其沉積速率明顯大于周邊地區(qū)。由于沉積物的大量供應(yīng)，地層呈傾斜狀前積，并下超于下部界面之上。在西湖凹陷某構(gòu)造帶三維區(qū)內(nèi)，平湖組內(nèi)部存在明顯的前積現(xiàn)象，界面T32之上地震同相軸由南東向北西方向傾斜并向前推進(jìn)（圖7c）。這表明在平湖組沉積時(shí)期，該構(gòu)造帶區(qū)域在東部隆褶帶的物源供應(yīng)下，形成了三角洲等前積沉積體，印證了平湖組東側(cè)物源的存在。

2.5.3 區(qū)域地震反射特征

由過東部隆褶帶的二維區(qū)域地震剖面可知，整個(gè)西湖凹陷地層西薄東厚，整體為東斷西超格局（圖8）。東部斷階帶寶石組（T4—T0）、平湖組（T0—T4）

3433明顯比西部斜坡帶厚度大，緊鄰東部斷階帶的即為現(xiàn)今的東部隆褶帶。由新生代地層特征及展布規(guī)律可知，東部隆褶帶在平湖組沉積時(shí)期已經(jīng)隆起，并且控制了新生代斷陷的發(fā)育，從而使得各斷層下降盤存在地層增厚現(xiàn)象。

2.6 同沉積構(gòu)造

在西湖凹陷東北部地區(qū)進(jìn)行生長地層分析，可以發(fā)現(xiàn)褶皺在平湖組沉積中晚期就已經(jīng)形成。

由圖9a可以看出，平湖組沉積中期（T1—T2）

33及晚期（T30—T31），表現(xiàn)為“頂部薄、翼部厚”的生長背斜，地層具楔狀增厚特征，這說明在平湖組沉積中晚期該背斜已經(jīng)形成并且為生長背斜。該地區(qū)背斜頂薄翼厚的特征在拉平剖面上更加明顯（圖9b）?？紤]到整個(gè)西湖凹陷的構(gòu)造應(yīng)力場，若平湖組沉積時(shí)期背斜已經(jīng)形成，則位于其東側(cè)的隆褶帶也已經(jīng)形成并發(fā)生隆升。

圖7 平湖組上段地震相典型剖面（剖面位置見圖1）

圖8 過東部隆褶帶的區(qū)域地震剖面特征（剖面位置見圖1）

圖9 西湖凹陷東部平湖組沉積中晚期的生長背斜剖面（a）及拉平剖面（b）（剖面位置見圖1）

3 結(jié)論

（1）西湖凹陷平湖組存在東側(cè)物源，平湖組沉積時(shí)期東部隆褶帶已經(jīng)隆起并接受后期改造。西湖凹陷平湖組沉積物重礦物、砂巖類型、巖屑組分、砂巖百分含量、地震相及同沉積構(gòu)造等的分析研究，均證明了凹陷東側(cè)物源的存在。

（2）西湖凹陷東側(cè)物源的存在，表明凹陷東部平湖組近物源、砂巖富集，具有良好的油氣勘探前景。

（3）平湖組沉積時(shí)期東部隆褶帶已經(jīng)隆起，西湖凹陷具兩側(cè)及北面封閉、南部敞開的半封閉古地貌形態(tài)，對恢復(fù)當(dāng)時(shí)古地理具有一定的指導(dǎo)意義。

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Provenance analysis of Pinghu Formation in Xihu sag

Wu Jiapeng1, Zhang Lan2, Wan Lifen3, Zhao Qianhui4, Yang Caihong3, Wang Yingmin5
(1 Geoscience Centre of CNPC Greatwall Drilling Company; 2 Shanghai Branch of CNOOC Limited; 3 Research Institute
of Sinopec Shanghai Offshore Petroleum Company; 4 Overseas Business Division of China Petroleum Pipeline Bureau; 5 Ocean College, Zhejiang University)

It is disputable about whether the eastern provenance exists for the Pinghu Formation in the Xihu sag. Its clear answer will be signifcant for hydrocarbon exploration. Based on drilling, seismic, and test data, the Pinghu Formation sediments were analyzed in respect of ZTR index of heavy minerals, sandstone types, debris composition, sandstone content, seismic facies and syndepositional structural features. It is found that the ZTR index of terrigenous heavy minerals and the maturity of sandstone components in the Pinghu Formation are “l(fā)ow at both sides of the sag and high in the middle”, while the contents (or percentages) of siderite (an authigenic heavy mineral) and sandstone are “high at both sides of the sag and low in the middle”. According to seismic refection features, the Pinghu Formation has apparent chaotic refections at basin margin and prograding refection confguration that indicates the existence of the eastern provenance. Moreover, the existence of growth anticlines during middle-late stage of the Pinghu Formation further proves, from the prospective of tectonic stress, that there was an eastern folded and uplifted belt during the sedimentation of the Pinghu Formation. It is concluded that the eastern folded and uplifted belt had already uplifted and become the eastern provenance during the sedimentation of the Pinghu Formation. The deep Pinghu Formation in central and eastern parts of the Xihu sag has good hydrocarbon exploration prospect.

Pinghu Formation, provenance analysis, ZTR index, seismic facies, Xihu sag

TE112

A

吳嘉鵬（1987-），男，山東新泰人，博士，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），工程師，現(xiàn)主要從事層序地層、沉積儲(chǔ)層綜合研究和油氣勘探工作。地址：北京市朝陽區(qū)安立路101號名人大廈，郵政編碼：100101。E-mail: wjp_better@sina.com.cn

2016-01-04；修改日期：2016-12-14

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.02.006