西湖凹陷平湖構(gòu)造帶物源特征分析

李 寧，湯 睿，趙 洪，覃 軍，劉 洋

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

西湖凹陷平湖構(gòu)造帶物源特征分析

李 寧，湯 睿，趙 洪，覃 軍，劉 洋

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

近年來，針對東海陸架盆地西湖凹陷平湖構(gòu)造帶的油氣勘探過程，發(fā)現(xiàn)其具有不同的物源發(fā)育特征并控制砂體的發(fā)育及儲層物性條件，但目前尚未有研究者針對這種差異特征開展研究。此文通過重礦物組合特征、鏡下觀察以及巖性、物性統(tǒng)計等技術(shù)手段對平湖構(gòu)造帶平湖組與花港組砂體物源特征進行分析，結(jié)果表明平湖構(gòu)造帶平湖組南北重礦物組合差異較大，而花港組差異相對較小。結(jié)合斜坡帶古構(gòu)造發(fā)育特征的進一步研究表明，處于斷陷發(fā)育期的平湖組砂體受控于古隆起基巖的巖石組成不同，導(dǎo)致其南北出現(xiàn)較大差異，而處于坳陷發(fā)育期的花港組砂體的物源分布差異相對較小。

西湖凹陷；平湖構(gòu)造帶；物源特征；重礦物

西湖凹陷平湖構(gòu)造帶是東海陸架盆地油氣勘探的熱點地區(qū)之一，長期以來的主流觀點認(rèn)為平湖構(gòu)造帶的物源均來自于其西部的海礁隆起。但目前在勘探過程中發(fā)現(xiàn)西部斜坡帶不同的構(gòu)造區(qū)存在著不同的砂體發(fā)育特征，其可能存在不同的物源發(fā)育方向。前人針對西湖凹陷的物源特征進行了相關(guān)研究[1-5]，認(rèn)為西湖凹陷的物源可能來自于北部、西部及東部地區(qū)，其中平湖構(gòu)造帶主要來自于西部的海礁隆起。但由于研究區(qū)前期所取資料少且一直未對其進行過系統(tǒng)研究，平湖構(gòu)造帶物源體系究竟如何發(fā)育并控制砂體分布目前尚未有明確的結(jié)論，這嚴(yán)重影響著平湖構(gòu)造帶下一步勘探目標(biāo)的優(yōu)選。

本文在對平湖構(gòu)造帶重新進行大量重礦物采樣分析的基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)計研究以及鏡下礦物鑒定的研究手段結(jié)合區(qū)域古構(gòu)造特征，綜合判斷平湖構(gòu)造帶平湖組與花港組的物源特征并總結(jié)其對儲層分布的控制關(guān)系。

1 地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地的東北部，呈北北東向展布，南北長約500 km，東西寬約130 km，凹陷面積約為5.9×104km2，是在前古近系基底上發(fā)育起來的具東斷西超特征的斷陷盆地。盆地總體構(gòu)造格局具有東西分帶、南北分塊的特點，在凹陷內(nèi)由西至東區(qū)劃為西部斜坡區(qū)、西次凹、中央反轉(zhuǎn)背斜區(qū)、東次凹及東部斷階區(qū)五個構(gòu)造單元。西部斜坡帶由北至南分為杭州構(gòu)造帶、平湖構(gòu)造帶及天臺構(gòu)造帶（圖1）。其中平湖構(gòu)造帶由北至南又分為孔雀亭構(gòu)造帶、武云亭構(gòu)造帶、寶云亭構(gòu)造帶及平湖油氣田構(gòu)造帶[6-7]。

圖1 東海西湖凹陷平湖構(gòu)造帶位置圖

西湖凹陷歷經(jīng)了古新世—始新世的斷陷期、漸新世—中新世的坳陷發(fā)育期和上新世—第四紀(jì)的區(qū)域沉降期等構(gòu)造演化階段，在斷陷和坳陷期深凹部位沉積了厚度超過10 000 m的地層。主要發(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、柳浪組、上新統(tǒng)三潭組與更新統(tǒng)東海群等地層，凹陷中的油氣藏主要分布于平湖組及花港組中[8-9]。

2 重礦物特征

組成沉積巖的礦物顆粒從物源區(qū)巖石的形成到被剝蝕和搬運及再次固結(jié)成巖，沉積巖的形成是一個完整而系統(tǒng)的地質(zhì)過程。因此組成巖石的礦物、碎屑和微量元素等方面必然存在內(nèi)在的聯(lián)系。就重礦物的組合而言，不同物源區(qū)巖石形成過程中，礦物都是以一定的規(guī)律生成的，并且不同的物源區(qū)巖石類型差別很大，也就導(dǎo)致了礦物含量的不同。因此可以將沉積巖中的重礦物組合進行分類，來分辨物源的類別。這種重礦物組合的分析方法是目前研究物源最具有可信度的技術(shù)方法之一[10-13]。

前人通過大量研究表明，金紅石、鋯石及電氣石為來自酸性巖漿巖母源的重礦物組合；赤褐鐵礦、磁鐵礦及白鈦礦為來自中基性巖漿巖母源的重礦物組合；石榴石、綠泥石及綠簾石為來自變質(zhì)巖母源的重礦物組合，這種重礦物組合分析方法是識別物源類型的研究的理論基礎(chǔ)[14-15]。

2.1 重礦物組合特征

西湖凹陷平湖構(gòu)造帶重礦物多表現(xiàn)為高含石榴石組合的特征，本次研究平湖組重礦物組合特征，分析表明平湖構(gòu)造帶物源類型以變質(zhì)母源為主要特色。從不同構(gòu)造部位來看平湖油氣田石榴石質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在70 %以上，局部高值可達80 %（圖2a、圖2b）。除石榴石發(fā)育外還存在少量的鋯石及電氣石，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般均未超過10 %；寶云亭地區(qū)石榴石質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體在60 %左右，白鈦礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為15 % ～ 20 %（圖2c、圖2d），總體為變質(zhì)母源特征；平湖構(gòu)造帶北部孔雀亭地區(qū)石榴石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低一般不超過50 %，金紅石、鋯石及電氣石等代表酸性巖漿巖母源，而赤褐鐵礦、磁鐵礦及白鈦礦等代表中基性巖漿巖母源的重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對增加（圖2e、圖2f）。由平湖油氣田到北部表現(xiàn)出變質(zhì)母源重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低、而代表巖漿巖母源的重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大的特征。

圖2 平湖構(gòu)造帶平湖組重礦物組合特征

針對平湖構(gòu)造帶花港組重礦物組合特征進行統(tǒng)計分析，表明花港組砂體相對于平湖組砂體具有更好的均質(zhì)性。從不同構(gòu)造部位來看平湖油氣田石榴石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，一般在70 % ～ 80 %（圖3a、圖3b）；寶云亭地區(qū)與平湖油氣田差別不大，一般在60 %～ 80 %；北部孔雀亭地區(qū)最低，為60 % ～ 70 %（圖3e、圖3f）。雖然平北地區(qū)相對于平湖油氣田石榴石含量有所降低，但整體差異不大。

圖3 平湖油氣田西部斜坡帶花港組重礦物組合特征

2.2 重礦物成熟度特征

重礦物成熟度指數(shù)，即ZTR指數(shù)是指鋯石、金紅石和電氣石三種穩(wěn)定重礦物在所有重礦物中的占比，前人研究表明隨著搬運距離的增大，重礦物成熟度指數(shù)會逐漸升高并指示物源方向。

平湖構(gòu)造帶不同構(gòu)造單元平湖組重礦物成熟度的統(tǒng)計表明，平湖油氣田ZTR指數(shù)分布區(qū)間為10.61 ～ 23.76，平均為15.69；寶云亭地區(qū)分布區(qū)間為10.4 ～ 16.6，平均值為13.5；孔雀亭地區(qū)為12.6 ～ 33.8，平均為24.18。從數(shù)據(jù)上來看，平湖構(gòu)造帶ZTR由南部至北部成熟度逐漸增加，表現(xiàn)為由北至南這三個構(gòu)造單元的物源區(qū)的距離存在差異，物源區(qū)平湖油氣田最近，其次為寶云亭地區(qū)，最遠(yuǎn)為孔雀亭地區(qū)。

花港組重礦物成熟度的統(tǒng)計表明，平湖油氣田ZTR指數(shù)分布區(qū)間為4.41 ～ 13.5，平均為8.6；寶云亭地區(qū)分布區(qū)間為7.2 ～ 13.4，平均值為10.3；孔雀亭地區(qū)為5.3 ～ 10.9，平均為7.5。平湖構(gòu)造帶ZTR由南部至北部成熟度變化不大，表明這三個構(gòu)造單元的花港組物源區(qū)的距離基本上相同。

需要指出的是，ZTR指數(shù)針對同一來源具有很好的表征物源區(qū)的相對遠(yuǎn)近關(guān)系，若物源區(qū)有所差異則表征物源區(qū)的相對遠(yuǎn)近關(guān)系較復(fù)雜，從西湖凹陷平湖構(gòu)造帶的ZTR指數(shù)特征來看，相對于花港組，平湖組物源區(qū)在南北向具有較大的差異。

3 不同母源成巖演化特征及與物性關(guān)系

3.1 巖石學(xué)及成巖特征

西湖凹陷巖石類型以長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主，其次為巖屑質(zhì)石英砂巖及長石質(zhì)石英砂巖，上述三種類型的砂巖構(gòu)成了西湖凹陷古近系砂巖儲層的主體，占到砂巖樣品總數(shù)的92 %，而其他砂巖類型僅占砂巖樣品總數(shù)的8 %。西湖凹陷花港組與平湖組砂巖泥質(zhì)雜基含量普遍較低，始新統(tǒng)平湖組及漸新統(tǒng)花港組沉積時期水動力條件強，受三角洲和潮汐共同作用，砂巖反復(fù)淘洗，泥質(zhì)含量低，因此多具有“潔凈”砂巖特征。

除“潔凈”砂巖外，西湖凹陷還具有較“臟”的砂巖儲層發(fā)育特征，鏡下觀察表明這種較“臟”的沉積物顆粒是由其母源巖石顆粒特征、搬運過程中的風(fēng)化作用等共同導(dǎo)致形成顆粒內(nèi)部不同類型的包裹體及其它物質(zhì)。鏡下鑒定與重礦物組合進行比對表明這二種潔凈程度不同的砂巖為不同類型母源的儲層特征。常見較“臟”的砂巖為來自巖漿母源區(qū)，其分選及磨圓相對較差，顆粒常見火山型港灣狀特征及不規(guī)則形狀（圖4a、圖4b、圖4c）。巖漿母源石英顆粒因為其內(nèi)部包裹體較發(fā)育而常呈現(xiàn)較臟的風(fēng)化特征；來自變質(zhì)母源區(qū)的儲層具有較為純凈的砂巖特征，其變質(zhì)巖主要為深部變質(zhì)侵入花崗巖。石英顆粒常表現(xiàn)為波狀消光特征（圖4d），且鏡下常見硅質(zhì)巖屑具有拉長構(gòu)造等特征（圖4e）。碎屑顆粒磨圓及分選較好，長石等易溶顆粒少見風(fēng)化形態(tài)，常見為后期的溶蝕殘余（圖4f）。

圖4 西湖凹陷不同類型儲層鏡下特征

來自巖漿母源的儲層中塑性火山顆粒及泥質(zhì)雜基支撐作用弱，早期受到壓實作用易于變形并緊密壓實，除少量具有次生加大等特征外，被壓實及膠結(jié)致密的巖石顆粒少見膠結(jié)及溶蝕等次生變化，成巖晚期局部膠結(jié)物和易溶顆粒的溶蝕形成次生孔隙，對儲集性能的改善有一定作用；來自變質(zhì)巖母源的儲層大多以石英及燧石等剛性顆粒為主，雜基含量低，顆粒純凈且抗壓實作用強。鏡下常見點—線接觸，保存有大量有效儲集空間，是研究區(qū)有利的儲層類型。

3.2 物源類型與儲層物性關(guān)系分析

通過前文分析可知，巖漿母源與變質(zhì)母源的儲層具有不同的巖石學(xué)特征及成巖演化特征，因此其也一定對儲層物性產(chǎn)生較大的影響，通過對研究區(qū)石榴石重礦物測量數(shù)據(jù)與實測物性的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計（圖5）表明，石榴石含量與儲層的孔滲性有著較好的對應(yīng)關(guān)系，在孔隙度5 % ～ 15 %時石榴石質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5 %增加到90 %，當(dāng)孔隙度大于10 %時石榴石質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過50 %。同樣滲透率也具有類似特征，當(dāng)滲透率大于1 %時，石榴石質(zhì)量分?jǐn)?shù)大部分均大于50 %。表明高石榴石含量即高變質(zhì)巖母源儲層相對于巖漿巖母源儲層物性明顯變好。

圖5 儲層石榴石含量與孔隙度及滲透率的關(guān)系圖

通過針對研究區(qū)重礦物組合中不同來源母源重礦物進行統(tǒng)計分析，對其與實測物性進行對比可知，當(dāng)孔隙度小于8 %時，火山巖母源重礦物占比由5 % ～ 80 %不等，當(dāng)孔隙度大于8 %時，火山巖母源質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于30 %，表明火山巖母源物質(zhì)的減少有助于后期有利儲層的發(fā)育。

4 構(gòu)造背景分析

由西湖凹陷西部平湖構(gòu)造帶古構(gòu)造背景來看，斷陷期平湖組古地貌在平湖油氣田、寶云亭和孔雀亭地區(qū)明顯不同（圖6），在構(gòu)造帶的北部發(fā)育有很多先存的古隆起，這些古隆起受北東向斷裂控制，向西與海礁隆起相連，是隆起向西湖凹陷延伸的一部分，表現(xiàn)為隆起與凹陷之間的疊合過渡。且古隆起在始新世時期受海礁隆起影響，存在短暫性的幕式隆升，造成平湖組沉積時期平北區(qū)的沉積環(huán)境與平湖油氣田存在明顯差異。從斷裂與古隆起的結(jié)構(gòu)關(guān)系、斷裂的形態(tài)、斷控火山巖年代和磁異常屬性來看，首先，平北寶云亭斷裂與平湖油氣田平湖大斷裂所控制的北北東向斷裂體系存在明顯的差異，平湖油氣田處于平湖主斷裂部位，斷距最大且離西側(cè)海礁隆起物源最近。

圖6 平湖構(gòu)造帶及其周邊平湖組基底形態(tài)圖

此外，平北區(qū)和平湖油氣田西緣海礁隆起基底組成也存在明顯差異（圖7），在平湖油氣田西側(cè)的古隆起上或古隆起之間是很有可能殘存古老變質(zhì)巖地層。平湖油氣田西緣海礁隆起基底為古老海礁隆起的外緣延伸，古新世—始新世構(gòu)造活動較弱，以古老變質(zhì)巖發(fā)育為主要特征；平北區(qū)西緣海礁隆起基底為始新世經(jīng)平湖主斷裂向北延伸過程中在古海礁隆起內(nèi)切割改造而形成的新的隆起的外緣，存在明顯的巖漿改造，以古老變質(zhì)巖和新生代火山巖的混合基底為主要特征。

圖7 西湖凹陷北部斜坡區(qū)（上圖）與平湖構(gòu)造帶（下圖）主測線地震剖面

5 結(jié)論及建議

5.1 主要結(jié)論

平湖油氣田平湖組沉積時期受到寶云亭古隆起的阻隔，更多的物源來自于西部隆起區(qū)，具有更多的變質(zhì)巖母源的特征；平北地區(qū)一方面受控于古隆起向西湖凹陷的傾沒，另外可能更多受到西北部物源方向的影響。而凹陷期的花港組沉積由于古隆起控沉積作用減弱，整個花港組可能具有更為統(tǒng)一的物源方向。同樣其變質(zhì)母源來源的砂體相對于巖漿巖母源的砂體具有更好的物性條件。

5.2 建議

目前關(guān)于西湖凹陷平湖構(gòu)造帶和整個西部斜坡帶的砂體物源還存在一些爭論，主要原因是對斜坡帶西部海礁隆起的基底特征目前還不清楚。前人雖然對海礁隆起部分基底在重磁特征上進行了嘗試性研究[16]，但對海礁隆起全區(qū)的基底研究還較為薄弱且至今沒有鉆井驗證。從地震剖面上來看，西部斜坡帶北部的海礁隆起與平湖油氣田西部海礁隆起的基底，在地震反射特征上存在不同，斜坡帶北部海礁凸起區(qū)內(nèi)幕反射雜亂，而平湖油氣田附近的海礁隆起反射特征卻較為明顯，為具有一定橫向連續(xù)性的反射地層，表明二者的新生代基底可能具有不同的巖石及地層發(fā)育類型。

今后的研究中加強對海礁隆起不同部位基底更細(xì)致的物源特征分析，以明確不同物源方向?qū)ζ胶?gòu)造帶和整個西部斜坡區(qū)的砂體發(fā)育影響，為下一步勘探目標(biāo)的優(yōu)選提供地質(zhì)依據(jù)。

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Provenance Characteristics of Pinghu Tectonic Zone in Xihu Sag

LI Ning, TANG Rui, ZHAO Hong, QIN Jun, LIU Yang
（Shanghai Branch of CNOOC Ltd, Shanghai 200030, China）

With the process of oil and gas exploration in Pinghu tectonic zone of Xihu Sag, East China Sea shelf basin in recent years, it is found that there are different provenance characteristics in the different parts of this tectonic zone, and which affect the development of sand bodies and the physical properties of the reservoirs. No study, however, has carried out on these differences in the previous publications. Based on the study of heavy mineral assemblage, microscope observation, physical property data, the authors analyzed the provenance characteristics of sandstones in Pinghu Formation and Huagang Formation, respectively. It indicates that there are obvious differences in the heavy mineral assemblages in Pinghu Formation between the north segment and the south segment of Pinghu tectonic zone, but with relatively less difference in Huagang Formation. The combined study of sedimentation and paleo-tectonic evolution in the slope zone indicates that during the sedimentary period of Pinghu Formation in the fault depression stage, the difference in the rock composition of exposed basement resulted in the relatively obvious difference in the development of sandstones in the different segments, but relatively less difference occurred in Huagang Formation that was deposited in the depression stage.

Xihu Sag; Pinghu tectonic zone; provenance characteristics; heavy mineral

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.02.021

1008-2336（2017）02-0021-06

2017-01-05；改回日期：2017-04-06

李寧，男，1983年生，碩士，工程師，地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事油氣區(qū)域勘探工作。E-mail：lining2@cnooc.com.cn。