西湖凹陷杭州斜坡構造差異及其對成藏的影響

崔 敏，徐建永，郭 剛，謝曉軍，祁 鵬，肖 曦，王 欣

(中海油研究總院有限責任公司，北京 100028)

0 引 言

西部斜坡帶是西湖凹陷油氣勘探的重要構造單元，而位于西部斜坡帶最北端的杭州斜坡是目前的勘探新區(qū)[1]。平湖斜坡帶是西部斜坡帶油氣勘探最為成熟的部分之一，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)平湖、孔雀亭和武云亭等多個油氣田[2-3]，而與其相鄰的杭州斜坡目前僅有4口鉆井，尚無商業(yè)性油氣田發(fā)現(xiàn)，急需對杭州斜坡開展基礎石油地質條件的研究，尤其是構造方面的研究。前人對西部斜坡帶進行的構造、沉積和成藏研究主要集中于中部勘探較成熟的平湖斜坡[4-6]，而對北部的杭州斜坡涉及較少。斜坡的構造差異往往成為制約油氣成藏的關鍵因素。袁選俊等人通過對冀中坳陷楊村斜坡結構成因及油氣成藏模式的研究，分析了楊村斜坡單斜地質結構特征對成藏的影響[7]。付曉飛等人以松遼盆地西部斜坡北段為例，探討了簡單斜坡油氣富集規(guī)律[8]。陳永波等人通過研究瑪湖凹陷斜坡區(qū)中淺層斷裂的特征認為斷裂不但是油氣垂向運移的通道，還具有控藏作用[9]。于冬冬等人通過對川西和川東北地區(qū)差異構造演化的分析，明確了構造演化差異對陸相層系天然氣成藏的影響[10]。因此，杭州斜坡構造的相關研究是在勘探新區(qū)開展工作的重要內容。

杭州斜坡內部的構造差異情況，及其對杭州斜坡油氣成藏的影響是目前杭州斜坡開展油氣勘探首先需要解決的問題。本文通過對杭州斜坡的結構、主控斷裂的演化及其對油氣運移控制作用的分析，探討斜坡結構差異及其對油氣成藏的影響，進而指出區(qū)內油氣運移的有利區(qū)域。

1 區(qū)域地質背景

西湖凹陷是中國近海面積與沉積規(guī)模最大的中、新生代含油氣凹陷之一，其面積約5×104km2。平面上，西湖凹陷自西向東總體可劃分為西部斜坡帶、中央洼陷—反轉帶和東部斷階帶(圖1)，其中西部斜坡帶東臨中央洼陷—反轉構造帶，西側與海礁隆起和漁山低隆起相鄰[1]。按照構造變形樣式可以將西部斜坡帶自北向南劃分為杭州斜坡、平湖斜坡和天臺斜坡。平湖斜坡是目前的勘探成熟區(qū)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)平湖、孔雀亭和武云亭等多個油氣田[2-3]，南部的天臺斜坡火山巖發(fā)育[11-12]，其東側的中央洼陷—反轉帶南段發(fā)現(xiàn)了天外天、春曉和斷橋等油氣田。杭州斜坡目前尚無商業(yè)發(fā)現(xiàn)，是一個勘探的新區(qū)。

圖1 西湖凹陷構造背景及其構造單元劃分[1-2]

西湖凹陷的構造演化可以分成裂陷期、坳陷期、反轉期和整體沉降期4個階段。中生代至早始新世，西湖凹陷處于裂陷期，形成了發(fā)育火山巖的寶石組河流三角洲沉積[11-12]。晚始新世至早中新世西湖凹陷處于坳陷期，發(fā)育了平湖組半封閉海灣-潮坪、花港組河流三角洲-海灣和龍井組的濱岸湖泊河流沉積。晚中新世發(fā)生構造反轉，在西湖凹陷中央反轉帶形成了大量的反轉背斜。上新世以來，西湖凹陷整體處在沉降期，在淺海陸架的沉積背景下，形成了三潭組和東海群(表1)。

西部斜坡帶自北向南表現(xiàn)出不同的斜坡形態(tài)和斷裂發(fā)育樣式。北部杭州斜坡發(fā)育一系列順向斷階，表現(xiàn)為西高東低的簡單斜坡背景；中部平湖斜坡目前研究程度相對較高。研究表明平湖斜坡是發(fā)育在反向大斷層及基底古隆起背景之下的復雜斜坡，局部發(fā)育有小型的地塹或地壘構造和斷裂轉換帶，對局部的沉積中心具有明顯的控制作用[5-6]；天臺斜坡發(fā)育順向斷層，整體表現(xiàn)為寬緩斜坡的構造背景。

表1 西湖凹陷構造與沉積演化[1-2,6]

2 杭州斜坡結構

前人研究表明西湖凹陷斷裂系統(tǒng)的發(fā)育特征控制了油氣的成藏[13-14]，因此杭州斜坡的斷裂特征是影響油氣成藏的首要因素。杭州斜坡是主體由東傾順向斷層控制的簡單斜坡，按照變形特征可以將其劃分為北、中、南三個段。

2.1 斷裂展布

杭州斜坡的斷層走向上可分為北東向和北北東向兩組斷裂，北東向斷裂主要分布在南段和北段，北北東向斷裂主要分布在中段。從杭州斜坡平湖組和花港組的斷層平面圖(圖2和圖3)可以看出，斷層全為正斷層，斷面平直，且主要分布在迎翠軒主斷裂的下降盤。這種展布特征表明在這一時期，下降盤的斷層活動強于上升盤。根據(jù)迎翠軒主斷裂和下降盤斷層平面展布的數(shù)量和長度以及剖面發(fā)育特征，基本可以分成北段、中段和南段三部分(表2)。北段的次級斷層走向為北東向，主斷層為北北東向，單個斷層的延伸長度較長，個別達到25 km，但是數(shù)量較少，傾向均為東，為順向斷層；中段的次級斷層走向為北北東向，主斷層為近南北向，單個斷層的延伸長度不大，但是數(shù)量多，同時存在傾向東和傾向西的順向斷層和反向斷層，存在斷層分叉和斷續(xù)現(xiàn)象；南段的斷層走向又變?yōu)楸睎|向，斷層延伸長度不大，但數(shù)量多。

表2 杭州斜坡各段的斷層特征和地層展布特征對比

2.2 地層展布

平湖組是西部斜坡帶乃至整個西湖凹陷的重要烴源巖層和儲層[15-16]。杭州斜坡平湖組和寶石組地層厚度變化存在北段緩、中段陡、南段適中的特征。北段地層厚度變化較為緩慢，1 200～2 400 m的地層厚度等值線之間的平面距離在10 km左右，2 400～3 600 m地層厚度等值線之間的平面距離在15 km左右(圖2)；主斷裂發(fā)育在2 400 m厚度等值線附近；杭州斜坡中段迎翠軒主斷裂下降盤地層厚度變化較迅速，1 200～2 400 m的地層厚度等值線之間的平面距離在5 km左右，僅有北段的一半；南段地層厚度變化介于北段和中段之間，1 200～2 400 m的地層厚度等值線之間的平面距離在10 km左右。

圖2 杭州斜坡平湖組(a)和花港組(b)主要斷層平面展布(位置見圖1)

2.3 剖面形態(tài)

斜坡帶上斷裂的展布樣式和活動性控制了油氣成藏[7-10]。在杭州斜坡平湖組沉積的早期和中期，斷裂對沉積控制作用明顯，迎翠軒主斷裂下降盤沉積地層厚度明顯增大。在平湖組下段和中段沉積時期，北段(圖3)和中段(圖4)發(fā)育一系列的控制沉積的斷層，而且這些斷層大多為順向斷層。從發(fā)育范圍來看，無論是斷層的上升盤還是下降盤均發(fā)生活動，且以迎翠軒主斷裂活動最為強烈。在平湖組中段沉積早期，主斷裂下降盤地層厚度大約是上升盤地層厚度的3倍左右，在這種構造背景下，下降盤形成的三角洲往往面積很小，但是地層垂向厚度大。

圖3 杭州斜坡北段結構和地層厚度(位置見圖2)

圖4 杭州斜坡中段結構和地層厚度(位置見圖2)

平湖組沉積晚期，斷裂對沉積的控制作用減弱，迎翠軒主斷裂下降盤沉積地層厚度差異不大。從剖面(圖3和圖4)上可以看出，該時期活動的斷層主要集中在上升盤，下降盤的絕大多數(shù)斷層在這一時期活動減弱，直至停止。如果這時候還有巨大的物源供給，則在下降盤形成的三角洲面積一般較大。

3 迎翠軒主斷裂演化與斷層封堵性分析

西部斜坡帶南部的平湖斜坡是目前勘探最為成功的地區(qū)之一[1-2]。前人對平湖斜坡上的平湖油氣田的研究表明，平湖斜坡主斷裂的活動性控制了其油氣的生成、運移和聚集[5,17-20]。同為斜坡背景的杭州斜坡發(fā)育迎翠軒主斷裂，對其演化特征的分析是研究該地區(qū)油氣成藏的重要內容。

3.1 迎翠軒主斷裂演化

迎翠軒主斷裂在平湖組沉積時期持續(xù)活動，不同時期不同段的活動性有所差異。筆者對迎翠軒主斷裂的18個點(斷距測量點位置見圖2)進行了4個時期的斷層活動性對比，結果表明其活動性在平面上具有三分段的特點，且不同段強烈活動的時期不同。

平湖組沉積時期，迎翠軒斷裂存在時間和空間上的差異。在時間上，早期平湖組下段沉積時期迎翠軒主斷裂的斷距在700～2 000 m之間，而到平湖組上段沉積時期，斷距均小于200 m(圖5)，表明斷層活動速率在時間上具有逐漸減弱的特征。這一點在圖3和圖4的剖面上可以看出，北段和中段的斷層整體活動都停止在花港組頂面(T20地震反射層)，僅有1-3號斷距測量點的斷層活動突破了T20地震反射層。從圖2的斷層空間平面展布上來看，迎翠軒主斷裂北段在平湖組下段沉積時期活動強烈；中段在平湖組中段沉積早期活動性最強；而南端則與北段相似，平湖組下段沉積時期活動強烈。圖6的古落差分析表明：主斷裂的北段和南段在平湖組下段沉積時期，斷層活動性強；中段在平湖組中段沉積時期，斷層活動性強。在北段平湖組下段沉積時期主斷裂活動性最強，最大落差350 m；中段下部沉積時期主斷裂活動性最強，最大落差800 m；而到南段仍然是平湖組下段沉積時期，活動性最強，最大落差700 m。

圖5 杭州斜坡迎翠軒主斷裂平湖組各段斷距

圖6 迎翠軒主斷裂平湖組各段沉積時期落差平面圖

平湖組沉積的4個時期斷層活動性表明，不同沉積時期，斷層的不同段活動性存在差異。平湖組下段沉積時期，杭州斜坡南段活動性強，最大落差700 m；北段和中段活動性相似，落差為250～350 m。平湖組中段沉積時期，最大落差位于中段，南段和北段落差相當。平湖組中段早期最大落差位于迎翠軒主斷裂中段，為800 m，南段和北段落差170～500 m；晚期最大落差310 m，位于中段，南段和北段落差10～200 m。平湖組上段沉積時期，最大落差310 m，位于迎翠軒主斷裂南段，其次為中段，北段的落差最小，小于100 m。

3.2 砂體展布與斷層封堵性分析

平湖組沉積時期，迎翠軒主斷裂北段和中段控制砂體展布的特征不同，造成中段的斷層封堵性優(yōu)于北段。上文已論述，在迎翠軒主斷裂發(fā)育的各個時期，不同段斷層的性質相同，均為正斷層，且斷面平直。因此，斷層兩盤的砂泥巖配置關系和斷面平面展布形態(tài)差異是影響其封堵性的重要因素[20]。迎翠軒主斷裂上升盤目前已鉆井1口，揭示平湖組90%左右的含砂率，通過地球物理資料預測平湖組上段上升盤的砂巖百分含量超過70%。迎翠軒主斷裂北段下降盤砂巖百分含量整體小于40%，而中段下降盤砂巖百分含量整體為40%～50%，局部為50%～70%(圖7)。下降盤的這種差異，也表明斷裂控制了砂巖儲層的平面展布。下降盤緊鄰主斷層面位置的砂巖百分含量整體為40%～50%，而北段上升盤砂巖百分含量達70%以上，中段為50%左右。從迎翠軒主斷裂北段和中段平湖組巖性的反演結果(圖8)來看，中段由于斷距更大，存在更多砂泥對接的可能，封堵性高于北段。而從斷層平面展布來看(圖7)，中段斷層存在平面走向的扭動，也有利于增強對泥巖的涂抹作用。因此，整體來看迎翠軒主斷裂中段上升盤的砂體發(fā)育程度較北段差，封堵性優(yōu)于北段。

圖7 杭州斜坡迎翠軒主斷裂北段和中段平湖組上段砂巖含量預測

圖8 迎翠軒主斷裂北段(a)和中段(b)平湖組巖性并置關系

4 對油氣運移的控制

迎翠軒主斷裂在排烴高峰時期不活動，關鍵成藏期形成的油氣在斷層下盤富集。前人對整個西部斜坡的研究表明[2-3,14]，平湖組儲層中的油氣主要是在玉泉組至三潭組沉積期充注，存在23 Ma和12 Ma這兩個關鍵的排烴期(圖9)。

迎翠軒主斷裂停止活動時間表明，斷層活動的終止時間也存在差異。北段在25～5 Ma期間持續(xù)活動，活動期間斷層活動迅速，其中北段向南延伸部分的活動在20 Ma后停止，中段的活動基本上在15 Ma后停止。在油氣大量運移期，只有迎翠軒主斷裂北段個別部分(圖9中點2和點3)斷層活動，大多數(shù)油氣在主斷裂下降盤富集，無法沿著斷層向上升盤運移。

圖9 迎翠軒主斷裂停止活動時間平面分布(位置見圖2)與烴源巖排烴速率圖

在23 Ma和12 Ma，杭州斜坡中段迎翠軒主斷裂下降盤是油氣運移的優(yōu)勢區(qū)?，F(xiàn)今平湖組和寶石組地層厚度(圖2和圖3)表明，南段和北段的古地形相對較平緩，斷層對古地形的控制較弱；中段迎翠軒主斷裂在平湖組沉積時期活動強烈，控制古地形。目前已經(jīng)成藏的平湖斜坡北段和杭州斜坡中段都處于古鼻隆的位置(圖2)，該位置是油氣有利運移構造。平湖斜坡北段已經(jīng)成藏(圖1)，因此，杭州斜坡中段也是一個潛在的有利成藏區(qū)。

構造活動上杭州斜坡中段在平湖組和花港組沉積時期均發(fā)育順向和反向斷層，控制了地層的展布；而關鍵成藏期的古構造圖表明杭州斜坡中段處在有利的油氣運移通道之上，但迎翠軒主斷裂在排烴高峰時期不活動，封堵性較好，有利于下降盤油氣聚集。

5 結 論

(1)按照斷裂平面展布特征、平湖組和寶石組地層厚度、斷層和地層的剖面特征，可以將杭州斜坡分成北段、中段和南段三個部分，其中，中段斷層走向為北北東向，單個斷層的延伸長度小、數(shù)量多，存在傾向東和傾向西的順向斷層和反向斷層。

(2)迎翠軒主斷裂在平湖組沉積時期持續(xù)活動，杭州斜坡中段在平湖組中段下部沉積時期斷層活動最強，最大落差800 m。

(3)關鍵成藏期23 Ma和12 Ma杭州斜坡中段處在有利的油氣運移通道之上，而迎翠軒主斷裂主體在15 Ma后基本不活動，封堵性較好，有利于下降盤油氣的聚集。