西湖凹陷中北部花港組物源及沉積相分析

董春梅， 趙仲祥， 張憲國， 于 申， 黃 鑫， 段冬平， 林建力， 孫小龍

( 1. 中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2. 中國石油大學(xué)(華東) 山東省油藏地質(zhì)重點實驗室，山東 青島 266580； 3. 中海石油(中國)有限公司 上海分公司，上海 200000 )

0 引言

東海陸架盆地是中國海上面積最大的沉積盆地，西湖凹陷是其中規(guī)模最大的含油氣凹陷。研究區(qū)位于西湖凹陷中北部，目的層為花港組。研究區(qū)具有面積廣、井點稀少的特點，導(dǎo)致物源及沉積相類型認(rèn)識存在爭議。分析研究區(qū)物源及沉積相類型，能夠為西湖凹陷中北部地區(qū)下一步勘探和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

西湖凹陷花港組物源認(rèn)識主要有兩種觀點：郝樂偉等[1]、徐艷霞等[2]采用砂巖百分含量和重礦物分析等方法，認(rèn)為西湖凹陷同時存在東部和西部的物源，且以西部的海礁凸起物源為主；秦蘭芝等[3]、萬延周等[4]采用重礦物分析和鋯石測年等方法，認(rèn)為西湖凹陷以北部虎皮礁凸起物源為主，東西兩側(cè)物源為輔。前者年代較早，鉆井資料有限，主要依靠定性分析判斷物源；在新鉆井資料的基礎(chǔ)上，后者主要依靠定量分析，可信度較高。研究區(qū)距離西部物源區(qū)較遠(yuǎn)，主流觀點認(rèn)為物源來自北部虎皮礁凸起，至于東部釣魚島隆褶帶是否也有影響有待商榷。

西湖凹陷花港組沉積相類型存在多種認(rèn)識：王麗順等認(rèn)為，花港組以陸相沉積為主，花港組早期至中期，沉積相類型以網(wǎng)狀河復(fù)合體、網(wǎng)狀分流河道為主，花港組晚期表現(xiàn)為泛濫盆地沉積[5]；胡明毅等認(rèn)為，西湖凹陷西部邊緣主要發(fā)育河流及三角洲沉積，東部邊緣主要發(fā)育扇三角洲沉積，凹陷中央主要發(fā)育濱淺湖沉積[6]；劉金水等認(rèn)為，西湖凹陷花港組上段主要發(fā)育三角洲前緣亞相沉積，以河口壩微相為主[7]；陳琳琳等認(rèn)為，西湖凹陷花港組發(fā)育濕地扇—扇三角洲—湖泊沉積體系[8]；于興河等認(rèn)為，西湖凹陷東北部發(fā)育灘壩相[9]。

筆者采用巖石粒度、礫石成分、巖屑類型、石英陰極發(fā)光特征、重礦物組合類型和ZTR指數(shù)等分析方法，判斷研究區(qū)物源主要來自北部的虎皮礁凸起，局部混入東部釣魚島隆褶帶的物源。根據(jù)巖心、薄片、測井、地震和古生物等資料和地質(zhì)背景，識別沉積相標(biāo)志，推斷研究區(qū)花港組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相，包括水下分流河道、河口壩和水下分流間灣3種微相類型，其中以水下分流河道微相為主。

1 地質(zhì)背景

西湖凹陷面積約為5.18×103km2，為東海陸架盆地面積最大、勘探程度最高的凹陷[10]。西湖凹陷北側(cè)以虎皮礁凸起為界，與福江凹陷相鄰；西側(cè)以海礁凸起為界，與錢塘凹陷為鄰；西南與漁山凸起相靠；東臨釣魚島隆褶帶[11]。其中，北部虎皮礁凸起主要為變質(zhì)石英巖基底，東部釣魚島隆褶帶為中酸性巖漿巖基底。在構(gòu)造上，西湖凹陷具有“東西分帶、南北分塊”的特點[12]，凹陷自東向西依次劃分為西部斜坡帶、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部斷階帶3個構(gòu)造單元。其中，中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶自北向南依次分為嘉興、寧波、玉泉、黃巖4個次一級構(gòu)造帶，研究區(qū)位于西湖凹陷中北部地區(qū)(見圖1)。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造分區(qū)示意Fig.1 Structural division diagram of Xihu sag

研究目的層為古近系花港組。西湖凹陷花港組是在始新世斷陷作用后向坳陷轉(zhuǎn)變階段沉積充填的產(chǎn)物，屬于陸相背景下的河流—三角洲—淺水湖泊沉積體系。始新世末期，太平洋板塊進(jìn)一步向亞歐板塊俯沖，東海陸架盆地由強(qiáng)烈斷陷逐步向坳陷轉(zhuǎn)變，海水退去，陸架外緣隆起，進(jìn)入典型的沿海陸相盆地沉積階段[13]。盆地外緣大片隆起區(qū)為凹陷提供充足的物源，大量沉積物由隆起區(qū)直接進(jìn)入河流—三角洲—湖泊沉積體系，形成花港組巨厚的砂巖沉積。

2 物源分析

傳統(tǒng)的物源研究主要包括沉積學(xué)、巖石學(xué)、重礦物、元素地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)、化石及生物標(biāo)志化合物，以及黏土礦物學(xué)、地球物理學(xué)等方法[14-15]。隨新技術(shù)應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域，物源分析又出現(xiàn)磁性礦物學(xué)和礦物顆粒微形貌分析等方法[16]。基于研究區(qū)現(xiàn)有資料，采用礫石成分、巖屑類型、石英陰極發(fā)光特征、重礦物組合類型、ZTR指數(shù)、傾角測井和地震前積層反射結(jié)構(gòu)特征等方法，判斷研究區(qū)花港組物源以北部虎皮礁凸起為主，局部混入東部釣魚島隆褶帶的物源。

2.1 物源區(qū)母巖類型

砂礫巖或礫巖中的礫石成分反映基底和物源區(qū)母巖的類型，是判斷物源區(qū)的直接標(biāo)志[14]。研究區(qū)取心段礫石中的石英巖體積分?jǐn)?shù)約占50%，巖漿巖體積分?jǐn)?shù)約占30%，燧石體積分?jǐn)?shù)約占10%，泥礫體積分?jǐn)?shù)約占10%。砂礫巖中的礫石主要為變質(zhì)石英巖；巖石中的巖屑類型對物源區(qū)母巖恢復(fù)也有一定的指導(dǎo)作用[15]。研究區(qū)主要發(fā)育巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，巖屑類型包括玉髓(見圖2(a))、酸性噴出巖巖屑(見圖2(b))、變質(zhì)石英巖巖屑(見圖2(c、f))、千枚巖巖屑(見圖2(d))和燧石巖屑(見圖2(e))等。其中變質(zhì)巖巖屑體積分?jǐn)?shù)約占10%，巖漿巖巖屑體積分?jǐn)?shù)約占7%，沉積巖巖屑體積分?jǐn)?shù)約占3%，以變質(zhì)巖巖屑為主。

圖2 西湖凹陷中北部花港組巖屑特征Fig.2 Characteristics of lithic fragment of Huagang formation in the north central of Xihu sag

巖石中主要造巖礦物發(fā)光性研究有助于判別巖石的成因[16-17]，碎屑巖中常見的石英、長石和巖屑隨物源變化而具有不同的發(fā)光特征，可以根據(jù)碎屑顆粒在陰極光激發(fā)下的顏色特征分析物源。來自深成巖、火山巖、接觸變質(zhì)巖的石英以藍(lán)色、紫色為主，來自變質(zhì)巖的石英主要以棕色為主，自生石英不發(fā)光[17]。研究區(qū)石英的陰極發(fā)光特征顯示，大部分石英發(fā)藍(lán)紫色、紫棕色光(見圖2(g-i))，說明石英主要來自變質(zhì)巖和巖漿巖，且兩者體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)。

不同的重礦物組合類型代表不同的物源區(qū)母巖類型[18]。研究區(qū)重礦物類型包括石榴石、鋯石、金紅石、白鈦礦、黃鐵礦、磁鐵礦和重晶石等。重礦物組合類型主要是石榴石—黃鐵礦—白鈦礦—鋯石(見圖3)，并且石榴石體積分?jǐn)?shù)超過50%，占主導(dǎo)地位，反映母巖以變質(zhì)巖為主。

研究區(qū)花港組物源母巖以變質(zhì)巖為主，含有部分火成巖母巖。結(jié)合西湖凹陷周邊物源區(qū)母巖性質(zhì)[18]，推斷研究區(qū)物源主要來自北部的虎皮礁凸起及部分釣魚島隆褶帶的火成巖。

圖3 西湖凹陷中北部花港組重礦物體積分?jǐn)?shù)Fig.3 Heavy mineral content of Huagang formation in the north central of Xihu sag

2.2 ZTR指數(shù)

ZTR指數(shù)可以反映沉積物搬運距離，一般情況下，距離物源區(qū)越遠(yuǎn)，ZTR指數(shù)越高[17]。研究區(qū)ZTR指數(shù)自北向南先增大后減小，分別由3井的46.50、1井的53.18、4井的58.66到2井的31.31，說明研究區(qū)不僅受北物源影響，還受其他方向的物源影響。

2.3 傾角測井

傾角測井能夠指示古水流方向。研究區(qū)傾角測井玫瑰花圖顯示，古水流以南向為主，其次為西向(見圖4)，說明主體水流為自北往南向，部分層位受自東往西向水流的影響。研究區(qū)以自北往南向的水系為主，受自東往西向水系影響，東部水系對不同層位影響程度不同。

圖4 西湖凹陷中北部花港組傾角玫瑰花圖Fig.4 Rose diagrams of dipmeter logging of Huagang formation in the north centrol of Xihu sag

2.4 地震反射特征

地震前積層可以反映古水流方向。受海上地震品質(zhì)較低的限制，研究區(qū)花港組明顯的前積層反射結(jié)構(gòu)較少，發(fā)育少量自北東往南西向和自東往西向的前積層發(fā)射結(jié)構(gòu)(見圖5)，說明研究區(qū)發(fā)育自北東往南西向和自東往西向的古水流，證明研究區(qū)有來自北部和東部的物源。

圖5 西湖凹陷中北部花港組前積層反射特征

3 沉積相類型及特征

關(guān)于研究區(qū)沉積相類型的觀點主要有辮狀河、辮狀河三角洲或灘壩相3種。利用現(xiàn)有資料，通過巖心觀察識別沉積相標(biāo)志，研究區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，包括水下分流河道、河口壩、水下分流間灣3種沉積微相。其中以水下分流河道微相為主，河口壩微相偶有發(fā)育。

3.1 沉積相標(biāo)志

3.1.1 巖心巖性及顏色

研究區(qū)發(fā)育泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、含泥礫砂巖及砂礫巖等(見圖6)，以中砂巖為主。砂巖為灰色和灰白色，粒徑較細(xì)，分選中等，顆粒呈次棱角狀。取心段泥巖厚度為0.3～2.0 m，顏色為深灰色、灰黑色(見圖6(b))，植物化石基本不發(fā)育，只在極個別的層位中發(fā)現(xiàn)破碎的植物葉片化石(見圖6(a))，說明研究區(qū)水深不大，離岸線不遠(yuǎn)。另外，部分層位發(fā)育泥礫，顏色為灰色、灰黑色(見圖6(c-d))。

3.1.2 沉積構(gòu)造特征

研究區(qū)發(fā)育多種沉積構(gòu)造現(xiàn)象，可見底沖刷、塊狀及各種層理構(gòu)造等(見圖6)。

(1)底沖刷構(gòu)造。底沖刷構(gòu)造(見圖6(e))屬于層面構(gòu)造，主要表現(xiàn)為一個起伏不平的巖性突變面。底沖刷構(gòu)造的發(fā)育與水動力條件突發(fā)性地由弱變強(qiáng)的過程有關(guān)，沖刷面上沉積環(huán)境的水動力條件顯著增強(qiáng)，不但使沖刷面發(fā)育前堆積的沉積物在底沖刷過程中得到不同程度的下切侵蝕改造，而且使沖刷面之上巖石粒度明顯粗于下部(或包含來自下伏地層的泥礫)的。在沖刷面之上的砂巖中，常含有大量的礫石或泥礫及撕裂狀泥屑，泥礫、泥屑形態(tài)不規(guī)則，排列無明顯定向性。底沖刷構(gòu)造是水道的典型特征。

(2)塊狀構(gòu)造。塊狀構(gòu)造(見圖6(f))是研究區(qū)比較常見的沉積構(gòu)造，在厚層砂巖中廣泛發(fā)育。它是一種呈現(xiàn)大致均質(zhì)外貌、不具備任何紋層和層理的沉積構(gòu)造，是三角洲快速沉積的產(chǎn)物，常發(fā)育于辮狀河三角洲前緣的水下分流河道底部。

(3)層理構(gòu)造。層理構(gòu)造類型豐富多樣，主要包括反映較強(qiáng)水動力快速堆積形成的平行層理和交錯層理，以及反映弱水流作用形成的波狀層理和水平層理。典型的沉積構(gòu)造有平行層理、交錯層理、波狀層理及水平層理等。

1)平行層理(見圖6(g))。研究區(qū)中細(xì)砂巖、粉砂巖多發(fā)育平行層理。平行層理是由一種紋層彼此平行的砂質(zhì)沉積物組成的，常形成于水淺流急的水動力條件，由顏色、粒度、成分和炭屑層分布顯示出來，研究區(qū)主要見于較強(qiáng)水動力條件的水下分流河道沉積。

圖6 西湖凹陷中北部花港組巖心特征Fig.6 Core features of Huagang formation in the north central of Xihu sag

2)交錯層理(見圖6(h))。巖性由灰色、淺灰色中細(xì)粒砂巖組成，在較強(qiáng)水動力條件下形成，常出現(xiàn)于水下分流河道沉積環(huán)境。由于受巖心尺度的影響，交錯層理的類型不能被識別。

3)波狀層理(見圖6(i))。形成于水動力條件強(qiáng)弱交替的環(huán)境，層內(nèi)的細(xì)層一般呈連續(xù)或斷續(xù)的波狀。常發(fā)育于席狀砂和水下分流間灣，通常由砂巖中的炭質(zhì)泥巖紋層顯現(xiàn)。

4)水平層理(見圖6(j))。常見于泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，單層厚度小，形成于浪基面之下或封閉低能環(huán)境的低流態(tài)，主要由懸浮物質(zhì)緩慢垂向加積而形成。沉積構(gòu)造主要發(fā)育于水下分流間灣沉積環(huán)境。

3.1.3 粒度概率累積曲線特征

研究區(qū)粒度概率累積曲線主要形態(tài)為兩段式(見圖7)，以跳躍組分為主，表明水動力較強(qiáng)、分選中等—較差，體現(xiàn)水下分流河道的沉積特征。另外，可見三段式概率累積曲線(見圖7(d))，滾動組分、跳躍組分、懸浮組分發(fā)育，表明水動力增強(qiáng)，可帶動粗粒顆粒(粒徑大于1 mm)呈滾動狀態(tài)向前移動，常見于水下分流河道底部沉積。

3.1.4 泥礫

研究區(qū)多發(fā)育泥礫及泥巖撕裂屑。泥礫及泥巖撕裂屑分為兩種類型：第一種類型尺寸分布差異較大，巖心觀察最大粒徑可達(dá)10 cm，形態(tài)多不規(guī)則，排列無明顯定向性(見圖6(c))，是受風(fēng)暴影響而形成的；第二種類型尺寸小，同一期泥礫之間尺寸差異也較小，具有一定磨圓，定向性排列明顯(見圖6(d))，是受牽引流影響而形成的。

圖7 西湖凹陷中北部花港組粒度概率累積曲線

3.2 沉積相類型

3.2.1 判別

研究區(qū)砂、泥巖的顏色指示弱還原環(huán)境?；ǜ劢M沉積時期，研究區(qū)為淺水—較深水的水下沉積。此外，風(fēng)暴作用形成的泥礫等證據(jù)顯示研究區(qū)為水下沉積環(huán)境，從而排除辮狀河沉積相。錄井及測井資料顯示，花港組為大套厚層砂巖與泥巖的互層，砂巖厚度在100 m左右，大套砂巖內(nèi)部存在多期次的厚層砂巖疊加及厚層砂巖與薄層泥巖的互層(見圖1)。巖心觀察顯示，沉積序列以正粒序為主，偶有反粒序和復(fù)合粒序發(fā)育。底部常發(fā)育底沖刷，但上部端元少見泥巖，以粒度較細(xì)的砂巖為主(見圖8)。定向性泥礫等證據(jù)顯示河道沉積特征，從而排除灘壩相的可能。根據(jù)巖心巖性、沉積構(gòu)造特征和粒度概率累積曲線，研究區(qū)花港組沉積時水動力較強(qiáng)、堆積速度比較快、分選中等—偏差。因此，研究區(qū)為辮狀河三角洲前緣亞相，可以劃分微相為水下分流河道、河口壩和水下分流間灣，其中主要發(fā)育水下分流河道(見圖8)。

3.2.2 微相

(1)水下分流河道。水下分流河道是陸上分流河道的水下延伸部分，是辮狀河三角洲前緣沉積的主體部分，沉積物以中砂、粗砂為主，局部含礫石，泥質(zhì)極少，分選中等—較好，粒度概率累積曲線以兩段式為主。水下分流河道常發(fā)育底沖刷構(gòu)造，常見塊狀構(gòu)造、平行層理、板狀交錯層理和楔狀交錯層理[19-21]。水下分流河道呈典型的下粗上細(xì)的正旋回，并且河道上部單元發(fā)育較差或基本不發(fā)育，GR曲線呈箱形或鐘形(見圖8)。水下分流河道微相由數(shù)個單一河道復(fù)合而形成，在垂向上表現(xiàn)為多個小韻律層疊置成較厚的復(fù)合韻律層，厚度較大，較厚的砂體疊加超過100 m。

圖8 西湖凹陷中北部花港組典型沉積微相柱狀圖

(2)河口壩。河口壩形成于分流河道入湖后，砂質(zhì)物質(zhì)流速降低，在河口處堆積而形成。由于辮狀三角洲通常由湍急洪水控制，分流河道遷移性較強(qiáng)，河口不穩(wěn)定，河口壩大多發(fā)育于離岸線較遠(yuǎn)處、水下分流河道的末端。河口壩微相常發(fā)育塊狀層理、小型板狀交錯層理，沉積物以中砂、細(xì)砂為主，局部含礫石，分選較好[22]。河口壩微相呈典型的下細(xì)上粗的反旋回，GR曲線呈中—高幅漏斗形。研究區(qū)鉆井取心段中反韻律較少，說明河口壩較少發(fā)育，也間接說明研究區(qū)所處位置靠近陸地、沉積水體淺(見圖8)。

(3)水下分流間灣。水下分流間灣為水下分流河道之間相對低洼的地區(qū)，沉積物以粉砂、泥質(zhì)為主，分選較好，具水平層理[23-24]。巖性一般為暗色泥巖、含粉砂泥巖及含泥粉砂巖，由于分流河道遷移頻繁，分流間灣泥質(zhì)沉積保存較差(見圖8)。

3.3 沉積相展布

研究區(qū)井點少，井間距離較大，根據(jù)地震振幅屬性，采用井—震資料結(jié)合的方法，繪制沉積相平面圖(見圖9)。剖面上，辮狀三角洲前緣沉積由多期河道垂向疊加而形成，多期河道之間可見泥巖隔層，表現(xiàn)出多旋回、間歇性和較強(qiáng)的周期性。平面上，研究區(qū)主要由北部虎皮礁凸起提供物源，局部地區(qū)混入東部釣魚島隆褶帶的物源。研究區(qū)整體處于主水道，水下分流河道砂體多期疊置發(fā)育，分流間灣主要分布于研究區(qū)的邊部。

圖9 西湖凹陷中北部花港組振幅屬性和平面相Fig.9 Amplitude attributes and in-plane phasing of Huagang formation in the north central of Xihu sag

4 結(jié)論

(1)西湖凹陷中北部花港組物源主要來自北部的虎皮礁凸起，局部地區(qū)混入東部釣魚島隆褶帶的物源，并且在研究區(qū)南部混入的可能性較大。

(2)西湖凹陷中北部花港組為水下弱還原沉積環(huán)境，沉積相為辮狀河三角洲前緣亞相，分為水下分流河道、河口壩和水下分流間灣微相，其中以水下分流河道微相為主。水下分流河道微相具有砂體厚度大、河道多期疊置的特征。

(3)花港組時期，研究區(qū)物源充足且處于主水道區(qū)，水下分流河道全區(qū)廣泛發(fā)育，水下分流間灣主要分布于研究區(qū)的邊部。