西湖凹陷西部斜坡帶寶石組沉積相研究

李磊 黃曉松 肖曉光 張銅磊 何新建

摘 要：西湖凹陷是我國(guó)東海海域天然氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域，隨著始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組油氣逐步開發(fā)利用，中下始新統(tǒng)寶石組逐步成為東海油氣勘探的熱點(diǎn)領(lǐng)域。目前寶石組受限于埋深大、鉆井資料少，對(duì)沉積環(huán)境及相帶認(rèn)識(shí)不夠深入。本文綜合利用鉆井、巖心、古生物及三維地震資料，分析寶石組古氣候及古環(huán)境，并通過(guò)地震相及井- 震結(jié)合，厘定西部斜坡帶寶石組平面沉積展布。結(jié)果表明，寶石組整體處于溫暖濕潤(rùn)的亞熱帶氣候，整體屬淺海沉積環(huán)境，在西部斜坡帶發(fā)育受潮汐影響三角洲、潮坪及局限淺海沉積體系為主，研究成果為西部斜坡帶寶石組勘探指出有利方向。

關(guān)鍵詞：海洋地質(zhì)；東海盆地；西湖凹陷；寶石組；沉積相

中圖分類號(hào)：P736.22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1329（2023）03-0023-05

東海西湖凹陷歷經(jīng)40 余年勘探已成為我國(guó)東部重要的油氣產(chǎn)區(qū)，且毗鄰沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，其油氣可持續(xù)生產(chǎn)意義重大。伴隨著淺部漸新統(tǒng)花港組和晚始新統(tǒng)平湖組油氣的逐步開發(fā)利用，早中始新統(tǒng)寶石組逐步成為東海油氣勘探的熱點(diǎn)領(lǐng)域。2001 年B1 井首次揭示了西湖凹陷平湖組之下360 m 厚地層（未鉆穿），其巖性組合、電測(cè)曲線特征、古生物面貌與上覆平湖組明顯不同，經(jīng)古生物分析，將其命名為寶石組[1]。普遍認(rèn)為寶石組勘探潛力與平湖組相當(dāng)，且西部斜坡帶埋藏深度淺、斷裂發(fā)育，是寶石組勘探突破的首選區(qū)帶。受限于寶石組鉆井資料少，目前對(duì)沉積環(huán)境及相帶認(rèn)識(shí)不夠深入，且存在較大爭(zhēng)議。筆者基于孢粉組合、微量元素判定古環(huán)境及古氣候，并通過(guò)井- 震結(jié)合分析，明確其優(yōu)勢(shì)砂體分布規(guī)模、類型、規(guī)律。研究成果明確了寶石組主力儲(chǔ)層的沉積環(huán)境和沉積相類型，對(duì)于寶石組領(lǐng)域勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地，總體呈NNE 向展布，面積近4.3 萬(wàn)km2，其西側(cè)為虎皮礁、海礁隆起及漁山隆起，東側(cè)為釣魚島隆褶帶，凹陷內(nèi)部呈“東西分帶、南北分塊”的構(gòu)造格局，自西向東劃分為西部斜坡帶、中央洼陷反轉(zhuǎn)帶和東部斷階帶[2]。目前西部斜坡帶是西湖凹陷勘探開發(fā)的熱點(diǎn)區(qū)域，其中B1 井、W1 井和N1 位于西部斜坡帶南、中、北段，為寶石組研究提供了豐富的研究基礎(chǔ)（圖1a）。

西湖凹陷地層自下而上為基底潛山、上白堊統(tǒng)（石門潭組）、古新統(tǒng)、始新統(tǒng)（八角亭組、寶石組和平湖組）、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）以及更新統(tǒng)（東海群），西湖凹陷受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，晚白堊世以來(lái)演化經(jīng)歷斷陷階段、拗陷—反轉(zhuǎn)階段、區(qū)域性沉降階段等三個(gè)重要的構(gòu)造演化階段，構(gòu)成了西湖凹陷“下斷—上坳”的典型洼陷結(jié)構(gòu)[3]（圖1b）。

2 沉積背景分析

2.1 構(gòu)造格局

始新世晚期平湖組是西湖凹陷斷—坳轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵階段，始新世早—中期寶石組正處于斷陷作用早期，邊緣控凹斷裂活動(dòng)能力強(qiáng)，形成寶石組“北高南低、東斷西超”的構(gòu)造格局[4]，海水自南向北頻繁侵入西湖凹陷。西湖凹陷受西、北、東三面隆起和一系列島嶼的遮擋作用，形成海陸過(guò)渡背景下的半封閉海灣環(huán)境，西部斜坡帶北部斷層活動(dòng)性強(qiáng)，控制西物源砂體規(guī)模發(fā)育，向南受潮汐作用影響加強(qiáng)，逐漸過(guò)渡為淺海環(huán)境。

2.2 古生物分析

孢粉分析是古環(huán)境分析的重要手段，是恢復(fù)古氣候和古植被的重要研究方法。研究區(qū)寶石組孢粉組合以杉粉屬、榿木粉屬、櫟粉屬為主，少量的松粉，榆粉、蕓香粉和水龍骨單縫孢，反應(yīng)主要植被結(jié)構(gòu)為山地環(huán)境生長(zhǎng)以松為代表的常綠針葉林植被，山坡及谷地環(huán)境生長(zhǎng)榿木、櫟、榆、蕓香等為代表的闊葉林、落葉林植被，沼澤濕地植物繁茂、林下蔓生水龍骨為代表的蕨類植物，表明寶石組整體處于溫暖濕潤(rùn)的北亞熱帶氣候環(huán)境（表1）。

B1 井位于西部斜坡帶南部，該井生物化石以孢粉為主（圖2），孢粉組合為瘤面海金沙孢屬- 水龍骨科- 杉科- 黃榿粉屬，孢粉中主要為個(gè)體較大的海金沙孢和易于遠(yuǎn)距離漂浮的裸子植物孢粉（松粉），被子植物孢粉很少，是海相孢粉組合的典型特征。同時(shí)該井寶石組斷續(xù)見海相化石溝鞭藻、介形類、有孔蟲和零星鈣質(zhì)超微化石，指示B1 井寶石組為淺海相環(huán)境，偶間陸相。

W1 井位于西部斜坡帶中部，生物化石以孢粉為主，孢粉組合為櫟粉屬- 榿木粉屬- 松粉屬- 杉粉屬組合。藻孢含量低，喜濕的蕨類孢子多，裸子類杉科較多。溝鞭藻以東營(yíng)肋環(huán)藻、細(xì)刺藻、盤星藻為主，其中大量盤星藻富存指示狹鹽性富營(yíng)養(yǎng)水體，指示W(wǎng)1 井寶石組為海陸交互沉積環(huán)境，同時(shí)有多次水進(jìn)水退和咸度變化，水進(jìn)層段水體咸度相對(duì)高。

2.3 微量元素分析

（1）古氣候判識(shí)

元素地球化學(xué)分析是古氣候研究的重要手段之一，如Sr/Cu 比值及Sr、Cu 含量等指標(biāo)。Sr 為喜干型元素，其含量低值代表潮濕氣候，含量高值代表干旱氣候，Sr/Cu比值小于10 指示溫濕氣候，Sr/Cu 比值大于10 指示干熱氣候，數(shù)據(jù)分析顯示研究區(qū)寶石組Sr/Cu 比值分布在2 到4 之間，指示溫濕氣候（圖3a）。

（2）海陸相判識(shí)

Sr 和Ba 兩元素化學(xué)性質(zhì)相近，但Sr 的遷移能力高于Ba，因而多數(shù)Ba 在近岸沉積物中富集，僅少量能進(jìn)入深海，而Sr 可遷到大洋深處，這種差異使得Sr/Ba比值常作為判識(shí)海（咸）與陸（淡）相的依據(jù)。參照現(xiàn)今東海淺海沉積物，計(jì)算表層沉積物泥巖化學(xué)成分制定出海（咸）與陸（淡）相界線值。Sr/Ba 小于0.2 為陸相環(huán)境（淡），Sr/Ba 大于0.2 為海相環(huán)境（咸）。數(shù)據(jù)分析顯示研究區(qū)寶石組Sr/Ba 比值主要分布0.1 到0.2之間，結(jié)合古生物特征，指示寶石組為海陸交互的沉積環(huán)境（圖3b）。

（3）氧化—還原環(huán)境判識(shí)

氧化還原環(huán)境的判別主要是根據(jù)沉積物中明顯受氧化還原狀態(tài)控制的元素及其比值來(lái)推斷沉積物沉積期的氧化還原條件。根據(jù)元素地球化學(xué)特性選出易遷移和標(biāo)準(zhǔn)差值相對(duì)較大的Sr、Ba、Ni 和V 等元素及其比值作為討論還原程度的替代性指標(biāo)。以（Sr+Ba）/Rb、（Ni+Co+V）/Pb 比值三項(xiàng)指標(biāo)作為討論沉積環(huán)境還原程度的依據(jù)。參照中國(guó)東海淺海表層沉積物泥巖化學(xué)成分制定出還原程度強(qiáng)弱的界線值，（Ni+Co+V）/Pb 小于6.3 為弱還原環(huán)境，（Ni+Co+V）/Pb 大于6.3 為強(qiáng)還原環(huán)境。（Sr+Ba）/Rb 小于4.4 為強(qiáng)還原環(huán)境，（Sr+Ba）/Rb 大于4.4 為弱還原環(huán)境。數(shù)據(jù)分析顯示研究區(qū)寶石組整體為弱還原的貧氧環(huán)境（圖3c、圖3d）。

3 沉積相類型及特征

3.1 沉積相類型

巖心是沉積相研究當(dāng)中最為典型、直觀的一手研究資料，是沉積相識(shí)別的直接證據(jù)。測(cè)錄井資料優(yōu)勢(shì)在于對(duì)沉積旋回識(shí)別分辨率高，但受限于鉆井資料少，二者僅為“一孔之見”，難以反映沉積相帶平面展布范圍，而三維地震資料覆蓋范圍廣，但縱向分辨率低。本次研究綜合應(yīng)用巖心、測(cè)錄井和地震資料，兼具資料分布范圍和高分辨率，有效識(shí)別寶石組沉積相類型。

（1）局限淺海

研究區(qū)B1 井的寶石組為典型的局限淺海沉積，主要的巖性組合為大套含生物化石泥巖夾條帶粉砂巖，砂體分布在上升半旋回的早期和下降半旋回的晚期，取心段典型沉積構(gòu)造以水平或塊狀層理為主，具生物潛穴。3805.1-3806.45 m 巖性為泥質(zhì)灰色粉砂質(zhì)，粉砂巖分布不均呈條帶狀，見波紋層理、小型交錯(cuò)層理及蟲孔。測(cè)井曲線特征表現(xiàn)為鋸齒狀，微弱起伏，伽馬曲線為典型高值，反映泥巖質(zhì)純，水體較穩(wěn)定（圖4）。

（2）潮坪沉積體系

研究區(qū)W1 井寶石組為典型潮坪沉積，巖性組合表現(xiàn)為砂質(zhì)沉積，偶含泥礫滯留沉積，發(fā)育雙向交錯(cuò)層理，具明顯潮坪水道沉積特征。潮道水動(dòng)力較強(qiáng)，巖性以砂巖為主，單層砂巖厚度一般大于5 m，粒度較粗一般為細(xì)砂巖、中砂巖、含礫砂巖，甚至達(dá)到砂礫，分選中等到較好，富含泥礫滯留沉積，主要發(fā)育塊狀、粒序、斜層理、雙向交錯(cuò)層理等構(gòu)造。同時(shí)潮坪水動(dòng)力條件十分復(fù)雜，存在雙向水流，因此往往發(fā)育變形構(gòu)造[5]（圖5）。

（3）受潮汐影響三角洲沉積體系

研究區(qū)N1 井寶石組為典型的潮汐影響三角洲沉積，主要表現(xiàn)為三角洲平原不發(fā)育、以三角洲前緣亞相為主，鉆井巖心、測(cè)井曲線上可見典型進(jìn)積的反粒序[6-7]。其中主力砂體類型水下分流河道砂巖粒度較粗，以淺灰色細(xì)砂巖、中砂巖為主，甚至可達(dá)砂礫巖。水下分流河道沉積水動(dòng)力較強(qiáng)，沉積速率快，主要發(fā)育平行層理、交錯(cuò)層理、斜層理、局部可見底沖刷構(gòu)造，層理面常見炭屑。

3.2 地震相特征

西湖凹陷西部斜坡帶寶石組埋深大，缺少鉆井巖心，利用地震剖面上的反射特征來(lái)識(shí)別沉積是研究該區(qū)寶石組沉積特征的重要手段。由橫穿凹陷的粗網(wǎng)格測(cè)線來(lái)分析各個(gè)剖面的特征，再進(jìn)一步研究平面特征。利用三維地震資料，分析地震反射特征（振幅、頻率、連續(xù)性）、內(nèi)部幾何構(gòu)型、地震相參數(shù)及其空間展布規(guī)律，在寶石組地震剖面上識(shí)別出了前積地震相、發(fā)散地震相、平行-亞平行地震相、亂崗反射結(jié)構(gòu)和雜亂地震相等地震相類型，并對(duì)這些地震相特征可能對(duì)應(yīng)的沉積相進(jìn)行了推測(cè)（圖6、圖7）。

（1）雜亂前積

雜亂前積相是研究區(qū)最易識(shí)別，且最具沉積指示意義的地震反射結(jié)構(gòu)，其整體表現(xiàn)為一套進(jìn)傾斜疊置的反射層組系，由砂體定向進(jìn)積產(chǎn)生，每個(gè)反射層代表一個(gè)等時(shí)界面，反射層傾向及疊置關(guān)系可以指示古水流方向和古地形。該類地震相外形為楔狀，內(nèi)部為前積反射，振幅中等、連續(xù)性中等- 差，在研究區(qū)認(rèn)為其指示潮汐影響三角洲。

（2）平行—亞平行

平行—亞平行反射相對(duì)簡(jiǎn)單，表現(xiàn)為一組相互平行、連續(xù)行較好的同相軸的組合。該類地震相一般代表比較均一、能量相對(duì)較低的沉積環(huán)境，根據(jù)其振幅強(qiáng)弱、連續(xù)性好壞的變化特征。在研究區(qū)認(rèn)為其指示三角洲前緣、潮間帶、局限淺海相。

（3）亂崗狀反射

亂崗反射結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一組不規(guī)則、不連續(xù)的同相軸的組合，以非系統(tǒng)性反射同相軸終止為典型特征，局部亦可見同相軸分叉現(xiàn)象，常見于西部斜坡帶東側(cè)深度稍大的位置，在研究區(qū)認(rèn)為其指示局限淺海相。

（4）發(fā)散反射

發(fā)散反射多見于楔形單元之中，表現(xiàn)為反射層在楔形收斂方向上的非系統(tǒng)性終止（內(nèi)部收斂），并在發(fā)散方向上同相軸數(shù)量增多厚度增大的特征。發(fā)散地震相反射振幅強(qiáng)，連續(xù)性好，反映了由于沉積速度的變化造成的不均衡沉積或沉積界面逐漸傾斜，在研究區(qū)認(rèn)為其指示濱淺海沉積環(huán)境。

（5）雜亂反射

雜亂反射通常是層序界面不易追蹤，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)難以識(shí)別的一系列地震反射的統(tǒng)稱。其振幅變化較快，連續(xù)性較差，反映水體相對(duì)動(dòng)蕩。雜亂反射相在研究區(qū)分布范圍較小，主要位于B1 井附近，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景推測(cè)為淺海砂壩。

研究區(qū)主要為平行—亞平行地震相和雜亂前積相及亂崗相，其分布呈一定規(guī)律性，平行—亞平行地震相主要分布在研究區(qū)西部；雜亂前積相主要分布在研究區(qū)中部和北部；亂崗狀反射主要分布在研究區(qū)北部。

3.3 沉積相展布特征

西湖凹陷在寶石組沉積期具有“北高南低、東斷西超”的構(gòu)造格局，該時(shí)期海水自南向北頻繁侵入凹陷。此時(shí)西湖凹陷受西、北、東三面隆起和一系列島嶼的遮擋作用，形成海陸過(guò)渡背景下的半封閉海灣環(huán)境。西部斜坡帶由于地形坡度較為平緩，主要發(fā)育于潮汐影響三角洲沉積體系和潮坪沉積體系[8-12]，地震剖面上可見雜亂前積結(jié)構(gòu)及平行- 亞平行結(jié)構(gòu)。在斜坡東部由于深度較大，水體變深，主要發(fā)育局限淺海沉積沉積，地震剖面上可見發(fā)散結(jié)構(gòu)、亂崗狀結(jié)構(gòu)和平行- 亞平行結(jié)構(gòu)。西部斜坡帶南部發(fā)育淺海相沉積體系，中部以潮坪沉積體系為主，北部以受潮汐影響三角洲沉積體系為主，自西部斜坡向凹陷中心，由于物源供給有限，凹陷中心處于饑餓狀態(tài)，發(fā)育局限淺海沉積體系（圖8）。

4 結(jié)論

（1）西湖凹陷寶石組孢粉及微量元素特征指示整體處于溫暖濕潤(rùn)的北亞熱帶氣候環(huán)境。

（2）西湖凹陷寶石組屬海陸過(guò)渡的半封閉海灣沉積環(huán)境，西部斜坡帶發(fā)育三角洲、潮汐影響三角洲及潮坪沉積體系，向凹陷深部逐漸過(guò)渡為濱淺海相沉積體系。

（3）西部斜坡帶南部，發(fā)育規(guī)模潮汐影響三角洲砂體和潮坪砂體，儲(chǔ)蓋組合發(fā)育，是西湖凹陷寶石組有利勘探區(qū)帶。

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