東海盆地西湖凹陷基底時空演化特征再認識及勘探意義

摘 要：東海盆地西湖凹陷中西部多口鉆井鉆遇較厚層基底火山巖，展現(xiàn)了潛山勘探的巨大潛力。但長期以來基底火山巖發(fā)育期次不明晰，基底形成時代及地層序列不明確，制約著西湖凹陷早期構造演化與潛山儲層的勘探潛力分析。本次通過巖石學、地球化學、構造地質學、地球物理學等多學科手段對東海盆地西湖凹陷中西部基巖開展綜合研究及評價，厘定西湖凹陷基底形成時代、巖石類型及地層序列，總結基底時空演化特征新認識。基底時空演化特征的再認識，有利于厘清西湖凹陷早期構造演化階段劃分和潛山巖性分布規(guī)律，指明西湖凹陷基底潛山儲層的有利分布區(qū)，為西湖凹陷潛山勘探提供方向。

關鍵詞：西湖凹陷；地層時代；巖石學；地層序列；構造演化

中圖分類號：P588.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1329（2024）02-0125-07

根據(jù)已有的研究資料數(shù)據(jù)，東海盆地基底組成涉及到前泥盆系變質巖系、中生代花崗巖和火山巖等。盆地在時代上具有古老基底和年輕基底的雙重基底特征。東海盆地多口鉆井的巖漿巖段見油氣顯示，展現(xiàn)了火山巖儲層良好的勘探潛力。目前潛山油氣藏是西湖凹陷重點攻關的方向，基底的時空演化特征的認識顯得尤為重要。

前期取得了部分研究成果，主要包括三個方面：（1）通過地震及測井資料，預測寶亭區(qū)花崗巖基底裂縫的發(fā)育情況；（2）通過已鉆遇巖漿巖巖相類型，與斷裂系統(tǒng)相結合分析巖漿巖充填特征及巖相分布，同時分析花崗巖儲層形成機制并預測有利儲層分布；（3）通過區(qū)域資料、古生物、測年、地震、測—錄井等資料進一步厘定西部斜坡帶巖漿巖段的時代歸屬及分布特征[1-7]。前期研究認為，西湖凹陷可能存在兩套不同時代的前新生代巖漿巖基底。時代包括白堊紀，時間為73～134Ma，此外包括中侏羅世，時間約為162 Ma。白堊紀的巖漿巖主要由英安質凝灰?guī)r、英安巖、花崗巖和火山角礫巖組成，而中侏羅世的巖漿巖則主要由安山巖組成。

但西湖凹陷目前鉆井揭示基底巖漿巖的數(shù)量較少，制約著基底潛山巖性預測識別。同時面臨著地球動力學環(huán)境不明確、后期構造—巖漿—變質事件對基底巖石分布及儲層物性的影響不清、儲層評價難度大等眾多難題。而基底巖性巖相特征、形成時代及地層序列的厘定是解決以上問題的關鍵和基礎。

本文以西湖凹陷中西部的西部斜坡帶的基底巖漿巖為例，利用最新的分析化驗數(shù)據(jù)，綜合巖石地層、年代地層、測井地層、化學地層、地球物理等手段綜合評價，厘定西湖凹陷中西部基底巖石類型、形成時代及地層序列，重新認識了重點區(qū)帶的基底時空演化特征，為西湖凹陷早期構造演化階段劃分、潛山巖性分布規(guī)律分析和儲層評價奠定基礎。

巖石地層方面，本次基于新完成的2 口井重點井的56件薄片鑒定結果，結合前期鉆井巖礦鑒定結果，開展礦物—組構分析。對已鉆遇基底巖石巖性進行分類及校正，完成西湖凹陷基底巖性分類。測井地層方面，在巖性分類及校正的基礎上，進行了4 口重點井典型巖漿巖測井響應特征分析，系統(tǒng)地建立基底巖性的測井識別標準?；瘜W地層方面，本次基于新完成的5 口重點井的全巖主—微量、稀土元素分析，進行巖石地化元素和構造環(huán)境判別，輔助進行巖性分類和構造環(huán)境分析。年代地層方面，利用新完成的測年資料，結合已有的西湖凹陷28 組測年數(shù)據(jù)的甄別，確定基底巖石形成時代，開展基底火山巖期次劃分。地球物理手段方面，通過最新的三維連片地震資料，開展西湖凹陷火山巖地震相分析，在此基礎上結合構造環(huán)境分析，探討重點區(qū)帶的潛山基底巖石的形成與演化機制。

1 研究區(qū)概況

西湖凹陷位于東海盆地東部坳陷內，東鄰釣魚島隆褶帶，西部以虎皮礁隆起、海礁隆起、漁山低凸起為界，并經歷了多期構造運動。前期的研究成果認為西湖凹陷基底地層序列自下而上為下為白堊統(tǒng)基底、上白堊統(tǒng)石門潭組、下始新統(tǒng)八角亭組（圖1）。西湖凹陷鉆遇基底巖漿巖的鉆井主要位于中西部的西部斜坡帶北部的寶亭區(qū)和孔亭區(qū)、南部的平團區(qū)，發(fā)育于石門潭組和八角亭組。

2 西湖凹陷基底巖性及識別

2.1 基底巖石類型

本次采用國際上的通用標準，將巖漿巖分為火山巖和侵入巖[8-11]。基于礦物—組構—地化等手段，在西湖凹陷中西部共識別出7 類14 種巖性（表1）。鉆井揭示該區(qū)域以火山巖為主、以及少量侵入巖、火山巖—侵入巖過渡類型。火山熔巖包括基性、中性和酸性熔巖，火山碎屑巖包括正?；鹕剿樾紟r類和少量火山碎屑熔巖類。西湖凹陷中西部的西部斜坡帶北部寶亭區(qū)和孔亭區(qū)鉆遇基底的鉆井為A 井—H 井，南部平團區(qū)鉆遇基底的鉆井為I井—N 井。

（1）寶亭區(qū)、孔亭區(qū)基底巖石類型

寶亭區(qū)及周緣已鉆遇火山巖共8 口鉆井，最深層位為石門潭組及花崗質基底，揭示出中酸性火山巖和花崗質侵入巖，部分層位被晚期英安斑巖侵入。

針對A 井的基底侵入巖，利用薄片分析進行巖性校正，在4016 m 深度該樣品為黑云母花崗巖。樣品呈現(xiàn)典型的花崗結構，主要由斜長石、堿性長石、石英、黑云母和角閃石等組成，斜長石的聚片雙晶清晰可見。巖石樣品中碎裂結構相對發(fā)育，碎晶主要由長英質礦物組成（圖2）。

本次還針對寶亭區(qū)代表井B 井的4316 m 處的巖石樣品開展了主量—微量元素地球化學分析。這些巖石樣品具有較高的SiO2，百分含量為64.17%，相對高的K2O，百分含量為4.25%。樣品在（Na2O+K2O）-SiO2 判別圖解中投影落在花崗閃長巖的范圍內（圖3）。樣品具有相對低的Al2O3，百分含量為13.27%，鋁飽和指數(shù)為1，總體顯示準鋁質成分特征。巖石樣品的K2O 百分含量為4.25%，在K2O-SiO2 圖解中投影落在橄欖粗玄系列的范圍內。巖石地球化學判別結果揭示，B 井基底巖石在成分上歸屬于花崗閃長巖，具有準鋁質、橄欖粗玄系列的成分特征。

此外，本次在已鉆遇基底巖石進行巖性分類及校正的基礎上，還開展了不同巖性的伽馬、密度和電阻率交會分析。通過基底不同巖性的測井曲線響應特征，系統(tǒng)地建立了6 種典型基底巖性的測井識別標準（表2）。

參照基底巖性的測井識別標準，孔亭區(qū)以中性火山巖為主。孔亭區(qū)F 井的測井曲線形態(tài)及數(shù)據(jù)顯示，在3864～3869 m 深度段具有中等的伽馬值，為52～58.3API，平均在55 API 左右。同時具有中等的電阻率值，為89.1～239.9 Ω；具有較低的密度值，為2.59～2.64。三條測井曲線相對都較平緩，說明F 井在此深度段巖性變化不大。通過測井曲線來看，F(xiàn) 井在3864～3869 m 段為一套具有中等伽馬，中等電阻，較低密度特征的中性火山巖，結合薄片資料分析，判別為安山巖。

（2）平團區(qū)基底巖石類型

平團區(qū)及周緣已鉆遇火山巖共6 口鉆井，鉆遇最深層位為八角亭組，以中性火山巖和少量酸性火山巖為特征。其中中性火山巖以火山噴溢相與火山爆發(fā)相交替出現(xiàn)為特征。平團區(qū)及周緣鉆井分別位于平團區(qū)平湖大斷裂的上下兩盤。平團區(qū)上升盤已鉆遇基底巖性以出露中性巖為主，主要為安山巖。其中M 井基底上部發(fā)育少量酸性火山巖，主要為英安巖。下降盤已鉆遇基底巖性以發(fā)育中酸性巖為主，其中J 井和N井主要發(fā)育安山巖和英安巖。但是K 井深部以發(fā)育碎屑沉積巖和少量中基性火山巖為特征，越往深部玄武巖含量相對較低（圖4）。

針對N 井，利用薄片進行校正，在3520 m 處發(fā)育安山巖，為斑狀結構，斑晶為斜長石和蝕變暗色礦物。巖石受到了一定程度的蝕變，其中暗色礦物斑晶多被綠泥石和不透明金屬礦物等取代（圖5）。

測井響應來看，平團區(qū)以出露中性火山巖和少量酸性火山巖為特征，但部分鉆井部分層段發(fā)育少量中基性火山巖。根據(jù)測井曲線特征，平團區(qū)的N 井鉆遇的基底巖石3518～3545.8 m 段伽馬值中等，結合巖相學分析定為安山巖。3546～3560 m 處伽馬值位于中性—基性巖范圍內，其巖性以安山巖為主，含少量玄武安山巖成分。

此外，針對平團區(qū)的M 井，根據(jù)測井曲線特征，底部3090～3098.75 m 段伽馬值低，結合巖相學綜合分析定為玄武安山質角礫巖。其余層段伽馬值位于中性—基性巖范圍，結合巖相學綜合分析定為玄武安山巖。與其他安山巖段相比，2910～2941.5 m 段及上部2903～2910 m 段伽馬值相對較高，但電阻率顯著偏低，很可能具備良好的儲層物性條件。

（3）寶亭區(qū)、平團區(qū)巖性總體特征

總體看，從寶石組往下至深部基底，巖漿巖所占的比例逐漸增加。寶石組以碎屑沉積巖和少量玄武巖互層為特征，主要見于平團區(qū)的K 井。八角亭組以火山巖和少量碎屑沉積巖為特征，其中火山巖巖性含量由高至低依次為中性火山巖、酸性火山巖、基性火山巖。石門潭組以出露中酸性火山巖和碎屑沉積巖為特征，其中火山巖巖性含量由高至低依次為酸性火山巖、中性火山巖?；椎那秩霂r以發(fā)育花崗巖類為特征，包括碎裂化花崗閃長巖和晶洞花崗巖，主要見于A 井和B 井。

2.2 地震相巖性識別

本次通過對多口井巖性與井震標定與對比，分析不同巖性對應的測井、地震響應特征，總結出研究區(qū)潛山基底巖相—地震相的劃分依據(jù)，進行潛山基底巖相—地震相劃分，明確不同類型巖相的地震相特征。結合層間屬性，采用人工神經網絡進行波形聚類分析，劃分地震相類型。結合地震相特征，重點刻畫了寶亭區(qū)巖性的平面分布特征。寶亭潛山基底劃分為花崗巖侵入相和片麻巖變質巖相。

經多屬性融合進行波形聚類能有效識別出花崗巖和片麻巖巖性對應的地震相分布范圍。

平面上花崗巖分布主要受區(qū)域內斷裂分布的影響，主要分布在A、B、C 和E 井沿斷裂分布一線區(qū)域，這些區(qū)域都靠近區(qū)域右側大斷裂；剖面上花崗巖A、B、C 和E井沿斷裂分布的區(qū)域，該區(qū)域內花崗巖出露到潛山表面，此外可識別出花崗巖的侵入通道，即由研究區(qū)右邊大斷裂向上侵入并往西延展至A 井中小斷裂附近。相對花崗巖，片麻巖主要分布花崗巖下面廣泛區(qū)域，其平面上分布于D 井周緣及以北斷裂發(fā)育較少的區(qū)域，該區(qū)域遠離工區(qū)右邊大斷裂，處于D 井右側斷裂的上傾方向，片麻巖出露到潛山表面（圖6）。

3 西湖凹陷中西部基底年代地層特征

本次針對西湖凹陷中西部已鉆遇基底的代表性樣品補充開展了高精度的鋯石U-Pb 測年工作，測試樣品為寶亭區(qū)重點井B 井4324 m 處基底花崗質巖石。

測試結果顯示，除了少量鋯石測得相對較古老的206Pb/238U 年齡，為244 Ma 和171～172 Ma。其余鋯石測點均測得相對一致的年齡，為107～113 Ma，并且這些鋯石均為巖漿鋯石，對其中諧和度高的20 個年齡進行加權平均計算結果為108.8±0.6 Ma，代表了該花崗巖樣品的結晶年齡（圖7）。

此外，本次針對東海盆地已有基底年代學數(shù)據(jù)，結合本次開展的高精度U-Pb 年代學測試成果，共系統(tǒng)地篩選出73 組有效年齡數(shù)據(jù)。這些年齡數(shù)據(jù)涉及到不同類型的火山巖、花崗質侵入巖和變質巖。

在明確西湖凹陷已鉆遇基底的巖性及其組合特征基礎上，結合篩選的已鉆遇基底樣品的有效年齡，進一步確定西湖凹陷主要潛山帶及其周緣基底巖石的形成時代。本次共甄別和篩選出9 口井的17 組的基底巖石年齡，認為西湖凹陷至少存在兩期火山巖，分別為早白堊世和早始新世。

平湖潛山帶及周緣鉆遇最深層位為八角亭組。該組以出露中性火山巖和少量酸性火山巖為特征，其形成時代為42～57 Ma，時代為早始新世。中性火山活動以火山噴溢相與火山爆發(fā)相交替出現(xiàn)為特征。寶亭潛山帶及周緣鉆遇最深層位為石門潭組及花崗質基底，該組以出露中酸性火山巖和花崗質侵入巖為特征。其中A 井侵入巖花崗巖年齡約為107 Ma，結合其他鉆井樣品年齡約為105～124Ma，大部分年齡值反映時代為早白堊世（表3）。部分層位被晚期英安斑巖侵入，其形成時代為32～34 Ma。

通過年代地層分析，西湖凹陷中西部基底地層序列自下而上為下白堊統(tǒng)的花崗侵入巖、下白堊統(tǒng)石門潭組和下始新統(tǒng)八角亭組。

4 潛山基底巖石的形成與演化機制分析

本次基于西湖凹陷中西部基底形成時代、地層序列厘定，結合區(qū)域火山巖研究調研對比[8-11]。根據(jù)中生代—新生代東部大洋板塊俯沖演變及重要構造事件以及古板塊重建的最新結果，運用“巖漿巖”探針系統(tǒng)地恢復東海盆地西湖凹陷構造演化過程，重點探討西湖凹陷寶亭潛山基底巖石的形成與演化機制。

在確定西湖凹陷中西部基底地層時代和地層序列的基礎上， 開展了東海盆地構造環(huán)境分析。大約在1864 Ma， 形成了一套元古代八都群片麻巖。在102～112 Ma 時期，由于伊澤奈崎板塊俯沖角度的改變，使其出現(xiàn)了反轉構造，導致伊澤奈崎板塊俯沖回撤，在白堊紀時期，花崗質巖漿沿斷層侵入到了元古代片麻巖中，在這個時期的發(fā)生的火山活動也導致了片麻巖之上覆蓋了一層凝灰?guī)r。后期由于雁蕩運動和甌江運動，印度洋板塊與亞歐板塊的碰撞，使其抬升暴露，并遭受了風化剝蝕，進而在花崗巖體頂部形成了一套殘余風化組分。在新生代時期，玉泉運動和花港運動使其構造活動進一步加強，使其斷層等構造較為發(fā)育，再加上不斷地風化淋濾作用，頂部殘余風化組分演變成了混雜堆積物。

西湖凹陷大體經歷了大陸邊緣凹陷階段、泛裂陷期、裂陷遷移1 幕、區(qū)域凹陷1～3 幕和裂陷遷移3 幕共5 個構造演化階段。通過構造判別圖可揭示寶亭潛山的形成構造環(huán)境，投點都落在了弧相關構造環(huán)境中，白堊紀和古近紀巖漿巖既有與弧巖漿巖類似的特征，也有與伸展背景下巖漿成分類似特征。早白堊世的構造環(huán)境都是處在弧相關和大陸弧構造環(huán)境中，極少數(shù)處在板內，洋島和洋中脊構造環(huán)境中（圖8）。由此表明，西湖凹陷寶亭潛山在白堊世存在一期巖漿活動。

本次還針對寶亭區(qū)代表井B 井的4316 m 處的巖石樣品開展了主量—微量元素地球化學分析。具有較低的Sr/Y 比值為24.02，相對低的Y 含量，含量為15.46 ppm，投影在埃達克巖與典型島弧巖漿巖交界處（圖9）。

結合東海盆地和西湖凹陷構造分析，西湖凹陷寶亭區(qū)基底巖石可能經歷了四個階段的形成與演化過程（圖10）。第一階段，約1864～2400 Ma，元古代的變質作用形成八都群片麻巖。第二階段，在102～112 Ma 的白堊紀時期，花崗巖侵入到八都群片麻巖中，中酸性火山活動噴發(fā)形成凝灰?guī)r覆蓋在片麻巖基底上部。第三階段，在55～102 Ma，花崗巖及凝灰?guī)r、片麻巖周圍巖石風化剝蝕階段，持續(xù)約45 Ma。第四階段55 Ma 至今，后期地質作用破壞風化殼的保存。

基于西湖凹陷基底時空演化特征的再認識，初步認為西湖凹陷早白堊世時期為裂前沉積，初始裂陷時間較晚。西湖凹陷具備基底花崗巖和早白堊世火山巖潛山潛力。花崗巖風化暴露時間更長，構造作用強烈，儲層條件可能更好，可以指導下一步西湖凹陷的潛山勘探實踐。

5 結論

（1）在西湖凹陷內識別出7 類14 種巖性。西湖凹陷寶亭區(qū)基底巖性以中酸性火山巖和花崗質侵入巖為主，平團區(qū)基底巖性以中性火山巖和少量酸性火山巖為主。重點區(qū)寶亭潛山基底劃分為花崗巖侵入相和片麻巖變質巖相。年代地層分析認為西湖凹陷中西部至少存在兩期火山巖，西湖凹陷中西部基底形成時代為早白堊世和早始新世。西湖凹陷中西部基底其地層序列自下而上為下白堊統(tǒng)的花崗侵入巖、下白堊統(tǒng)石門潭組和下始新統(tǒng)八角亭組。

（2）西湖凹陷寶亭潛山基底巖石可能經歷了四次演化階段：第一階段，元古代的變質作用形成八都群片麻巖；第二階段，白堊紀時期花崗巖侵入到八都群片麻巖中，與之中酸性火山活動噴發(fā)形成凝灰?guī)r覆蓋在片麻巖基底上部；第三階段，花崗巖及凝灰?guī)r、片麻巖周圍巖石風化剝蝕階段；第四階段，后期地質作用破壞風化殼的保存。

（3）西湖凹陷早白堊世時期為裂前沉積，初始裂陷時間較晚。西湖凹陷具備基底花崗巖和早白堊世火山巖潛山潛力?；◢弾r風化暴露時間更長，構造作用強烈，儲層條件可能更好。

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