西湖凹陷反转构造样式与迁移规律

连小翠，张建培

（中海石油（中国）有限公司上海分公司,上海 200335）

西湖凹陷反转构造样式与迁移规律

连小翠，张建培

（中海石油（中国）有限公司上海分公司,上海 200335）

在典型二维地震剖面解释的基础上，系统总结了西湖凹陷不同构造区带的反转构造样式。结果表明，西湖凹陷西部斜坡带反转强度较弱，发育少量反转断层，在斜坡带北段可见T30微角度不整合界面之下发育的滑覆背斜构造；中央洼陷反转构造带反转强度较大，褶皱强烈，地层抬升剥蚀显著，发育简单后冲、正“Y”、反“Y”字型等构造样式，反转构造整体具有北强南弱的特征；东部断阶带反转构造以T20、T12角度不整合界面为代表，其中，T20期（渐新世末花港运动）反转强度大于T12期（中新世中晚期龙井运动）。同时，系统梳理了反转构造在时间和空间尺度的迁移规律，认为西湖凹陷反转构造的形成、演化与区域应力场的调整、演变密切相关，是对太平洋板块与欧亚板块、印度板块与欧亚板块之间俯冲速率和方向变化的叠加响应。

海洋地质；西湖凹陷；反转构造；构造样式；迁移规律

反转构造是指由于区域应力场改变，使得先期构造力学性质（如正断层与逆断层）或构造类型（如隆起和拗陷）向相反方向转化的现象，是一种特殊类型的叠加构造。区域应力场从引张转变为同方向挤压体制下所产生的构造，称为正反转构造；反之，则是负反转构造。反转构造通常与盆地构造演化过程中的收缩、隆升、剥蚀等地质作用相伴而生，因此，研究反转构造有助于更深刻地认识整个盆地的发育演化历程。同时，反转构造也以其独特的成因背景和特殊的油气成藏机制，近年来在油气勘探过程中备受关注[1～8]。

西湖凹陷经历了复杂的构造演化过程，区域应力场存在多次由引张向挤压的转换，使得凹陷的不同构造部位、不同层系内普遍发育显著的正反转构造。在近40年的油气勘探历程中，已对西湖凹陷的反转构造进行了相关研究，定性地探讨了反转构造几何学特征及其与油气聚集的关系[9～16]，但对反转构造迁移规律的研究相对较少，而从区域应力场角度研究反转构造的动力学机制则更为少见。

本文在西湖凹陷典型二维地震剖面解释基础上，对西湖凹陷新生代反转构造进行了系统梳理与分析，在时间和空间尺度上总结了反转构造的迁移规律。同时，结合区域应力场特征，探讨了反转构造的动力学机制，以期为下一步的油气勘探工作奠定坚实的研究基础。

1 区域地质背景

西湖凹陷位于东海陆架盆地东北部，呈北北东向展布，南北长约500km，东西平均宽约130km，面积约5.9×104km2，是东海陆架盆地中规模最大的第三系含油气凹陷。西侧自北而南依次与虎皮礁隆起、长江坳陷、海礁隆起、钱塘凹陷及渔山东隆起五个构造单元相接，东邻钓鱼岛隆褶带，南北以低凸起与钓北凹陷、福江凹陷相邻。西湖凹陷总体上可划分出三个构造带，即西部斜坡带、中央洼陷反转构造带和东部断阶带（图1）。

图1 西湖凹陷构造区划示意图Fig.1 Schematic tectonic map of Xihu sag

西湖凹陷是在晚白垩世末期构造背景上发育起来的新生代沉积凹陷，研究区新生代沉积地层（表1）自下而上主要为：始新统前平湖组（由于缺少钻井、测井、同位素、古生物等资料，地层属性尚难确定）、始新统平湖组（E2p）、渐新统花港组（E3h）、中新统龙井组（N11l）和玉泉组（N12y）及柳浪组（N13l）、上新统三潭组（N2s）、更新统东海群（QPdh）。

表1 西湖凹陷构造演化简表Table1 Tectonic evolution of Xihu sag

西湖凹陷形成于太平洋板块俯冲产生的弧后伸展环境，是由弧后深部物质上涌和软流圈上升造成拉伸形成的裂谷盆地[17,18]。西湖凹陷大致经历了“裂陷、拗陷和区域沉降”的演化过程，可以划分为3个构造演化阶段：盆地开始形成（古新世？）—始新世裂陷期、渐新世—中新世拗陷-反转期、上新世—更新世整体沉降期。

2 反转构造样式

西湖凹陷经历了玉泉（始新世末）、花港（渐新世末）、龙井（中新世中晚期）等多期构造运动，在凹陷内部形成了一系列反转构造，具有“规模大、类型多、分布广”等特点，在中国东部中、新生代盆地中较为罕见。

由于挤压应力强度和构造部位的差异，不同构造区带表现出截然不同的反转构造样式，具体特征如下：

（1）西部斜坡带

西湖凹陷西部斜坡带反转构造程度相对较弱，主要表现为以下几个特点：①反转程度低，抬升、剥蚀量小，反转类型简单，多数正断层并未彻底反转成为逆断层；②主要沿早期东倾断层反转，继承和强化早期断阶带半背斜或断块构造而形成简单的断展型背斜。

西部斜坡带自北向南在反转强度、反转构造样式等方面存在显著差异。

西部斜坡带北段：整体反转强度较弱，发育少量简单后冲反转断层，断层“下正上逆”特征明显（图2之A-A'剖面）。局部剖面，在斜坡靠近凹陷一侧，发育T30期（始新世末玉泉运动）形成的微角度不整合，同时，T30界面之下发育一显著“背斜”构造（图2之B-B'剖面）。剖面上，“背斜”上部未见区域挤压特征，推测可能由于重力滑动而引起，符合“下挤、上张、顶陷落”的特征，是在差异隆升背景下顺斜坡带重力滑落并受东侧局部凸起遮挡作用而形成的背斜构造。

西部斜坡带中段：由一至两条东倾的简单后冲反转断层及反转背斜所组成，在反转过程中断裂上盘的滚动背斜顺东倾反转断层强化上冲，形成东翼缓、西翼陡的反转背斜（图2之C-C'剖面）。

西部斜坡带南段：仅局部可见反转断层（图2之D-D'剖面），但整体反转特征不明显（图2之E-E’剖面）。

图2 西湖凹陷地震解释剖面构造样式（各剖面位置见图1）Fig.2 Seismic profle structural styles in Xihu sag（position seen in Fig.1）

（2）中央洼陷反转构造带

西湖凹陷中央洼陷反转构造带反转最强，是多期反转作用的产物，特别是中新世中晚期龙井运动形成的反转构造最为强烈，以T12角度不整合界面为代表。中央洼陷反转构造带发育数条一定规模的反转断层，单个断层表现为简单的穿透型断展反转特征，断层上盘地层褶皱形成一个规模较大的断背斜形态，背斜顶部地层多遭受剥蚀。反转断层类型较简单，多数为在早期正断层基础上，后期经历挤压作用转变为逆冲性质，“下正上逆”特征显著。还有一部分断层则形成于构造反转背斜发育过程中，这类新形成的逆断层在地震剖面上一般较浅，主要分布在T30～T10界面之间（渐新统和中新统）地层中，部分下延到始新统地层中，断距较小，对断层两盘地层厚度并无明显的控制作用。

自北向南，不同构造带的构造样式呈规律性变化：

中央洼陷反转构造带北段：发育西陡东缓的不对称褶皱构造，褶皱顶部地层剥蚀明显，T12角度不整合界面特征显著。褶皱轴部伴生东倾为主的一至多条高角度叠瓦状逆冲反转断层，“下正上逆”特征较为突出。反转构造样式主要为简单后冲反转（图2A），以及由东倾逆冲反转断层与伴生断层组成的反“Y”字型构造样式（图2B）。

中央洼陷反转构造带中段：以发育宽缓的对称褶皱构造为主，褶皱顶部地层抬升剥蚀显著，T12角度不整合界面清晰可见。背斜轴部发育西倾为主的高角度叠瓦状逆冲反转断层，与伴生断层组成正“Y”字型构造样式（图2C）。

中央洼陷反转构造带南段：整体表现为相对较平缓、对称的箱状背斜构造。剖面上，东倾和西倾高角度逆冲断层同时存在，主要发育正“Y”和反“Y”字型构造样式（图2D），以及由高角度叠瓦状逆冲反转断层组成的简单后冲反转构造样式（图2E）。

综上所述，中央洼陷反转构造带T12期（中新世中晚期龙井运动）反转构造形态丰富，分布特征也具有一定的规律性：

①在反转构造样式上，北段发育反“Y”字型构造样式，中段转变为正“Y”字型，南段则正“Y”和反“Y”字型构造样式同时存在。反转构造形态（正“Y”、反“Y”字型）与反转背斜两翼的地层产状有关：西翼产状较陡时，形成西陡东缓的不对称褶皱，以反“Y”字型构造样式为主，此时，东翼地层抬升较高，剥蚀量较大；东翼产状相对较陡时则以正“Y”字型构造样式为主，西翼地层抬升剥蚀量相对较大。

②在反转剥蚀强度上，中央洼陷反转构造带自北向南反转变形强度有逐渐减弱的趋势。其中，中央洼陷反转构造带北段T12期地层剥蚀量总体为200～800m，个别地区高达1200m以上；中央洼陷反转构造带中段T12期地层剥蚀量为200～400m；中央反转构造带南段仅局部剥蚀，剥蚀量为200～400m（图3a）。

此外，中央洼陷反转构造带T20期（渐新世末花港运动）也存在一定的地层剥蚀现象，主要为中央洼陷反转构造带的中段和南段，地层剥蚀量为200～400m（图3b）。

（3）东部断阶带

西湖凹陷东部断阶带位于钓鱼岛隆褶带西侧，东部断阶带的发育演化特征与钓鱼岛隆褶带的隆升过程息息相关。重处理的区域大剖面显示：在钓鱼岛隆褶带局部发育有小型残余次洼，这些次洼中地层的时代难以确定，但从地震波组反射特征看与西湖凹陷渐新统花港组以下地层具有一定的可对比性。残余次洼中地层褶皱形态显著，存在较为强烈的地层剥蚀，与西湖凹陷相比也具有一定的延续性，推测在渐新世以前，现今钓鱼岛隆褶带位置仍属西湖凹陷沉积。钓鱼岛隆褶带隆升时间应在渐新世末期，对应西湖凹陷内的花港运动，这也得到了区域研究资料的证实[17,18]。

东部断阶带存在两期反转构造活动：T20期（渐新世末花港运动）和T12期（中新世中晚期龙井运动）。各期反转强度在断阶带的不同部位存在一定的差异。

东部断阶带T20期（渐新世末花港运动）反转较为强烈，以东部断阶带南段发育的T20角度不整合界面为代表（图2D、图2E），界面上超下削特征明显。东部断阶带T20期地层剥蚀特征较为显著，大体在200～1200m，剥蚀峰值区域位于东部断阶带南段，最大为2000m（图3b）。

东部断阶带T12期（中新世中晚期龙井运动）反转背斜形态相对较弱，但存在较强的剥蚀，T12角度不整合界面特征明显（图2A、图2B），中新统地层抬升剥蚀显著，主要发育在东部断阶带的中北段，地层剥蚀量为200～2000m，东部断阶带南段也存在少量剥蚀，剥蚀量为200～400m（图3a）。

图3 西湖凹陷地层剥蚀量(a)T12时期(中新世中晚期)；(b)T20时期(渐新世末)Fig.3 Strata erosion amount in T12 period(in middle and late Miocene)(a) and T20 period (at the end of Oligocene)(b), Xihu sag

3 反转构造迁移规律及其动力学机制

综合上述西湖凹陷反转构造样式研究，可以看出西湖凹陷反转构造在时间和空间尺度上具有一定的迁移规律：

在时间尺度上，西湖凹陷反转构造从始新世末玉泉运动（T30）、渐新世末花港运动（T20）到中新世中晚期龙井运动（T12）有相对增强的趋势。这一规律主要体现在反转构造形态和地层剥蚀特征方面，平衡剖面恢复研究也表明西湖凹陷渐新世以来的反转具有明显增强的趋势[19]。

在空间尺度上，反转构造强度峰区具有从始新世末玉泉运动时期（T30）的西部斜坡带北段，迁移到渐新世末花港运动时期（T20）的东部断阶带南段，再到中新世中晚期龙井运动时期（T12）的中央洼陷反转构造带北段和东部断阶带中北段的规律，这也得到了平衡剖面恢复和裂变径迹等研究工作的证实[11,14,20]。

反转构造是区域应力场调整的结果，区域应力场的演化又与周边板块相对运动有关。因此，西湖凹陷新生代反转构造样式、迁移规律与其所处的大地构造背景是密不可分的。中、新生代以来，中国东部处于印度板块和太平洋板块的双重影响之下，经历了复杂的应力场演化过程（图4）[21～27]：

图4 新生代欧亚板块东部应力场演化示意图Fig.4 Stress feld variation of Cenozoic in eastern part of the Eurasian Plate

（1）古新世—始新世中晚期，太平洋板块汇以NNW向相对欧亚板块俯冲，汇聚速率为75mm/a，印度板块以NNE向相对欧亚板块运动，汇聚速率达165mm/a。在西侧印度板块高速俯冲作用的主导下，中国东部地幔物质由西向东蠕散逃逸，表层构造具有西“挤”东“张”的特征，东海陆架盆地处于右旋拉张应力场作用之下，西湖凹陷在此背景下开始裂陷形成，接受沉积。

（2）始新世末—早中新世，太平洋板块汇聚速率略有增加（75～90mm/a），俯冲方向转变为NW向，印度板块汇聚速率逐渐减小（50～90mm/a），俯冲方向转变为近N向。在太平洋板块的垂向俯冲作用下，西湖凹陷进入拗陷-反转阶段，先后经历了始新世末玉泉运动（T30）、渐新世末花港运动（T20），并有逐步增强的趋势，同时，渐新世末钓鱼岛隆褶带也开始发生强烈的隆升。始新世末玉泉运动（T20）在西湖凹陷表现为，西部斜坡带中北段T30微角度不整合界面，以及该界面下发育的重力滑覆背斜构造；渐新世末花港运动（T20），表现为由于钓鱼岛隆褶带隆升导致东部断阶带南段发育的T20角度不整合界面和巨厚的地层抬升剥蚀。

（3）中新世末—现今，太平洋板块汇聚速率继续加大（达100mm/a），运动方向为NWW向，印度板块汇聚速率继续减小（为45mm/a），俯冲方向仍为近N向，中国东部大陆边缘盆地处于左旋挤压应力场作用下。随着冲绳海槽的裂开，产生了一个向西的水平推挤力传递到东海陆架盆地东部，表现为龙井运动（T12）的强烈挤压，在西湖凹陷中央洼陷反转构造带形成一系列巨型的反转背斜构造、反转断层以及地层明显的抬升剥蚀。由于冲绳海槽并非一次俯冲所形成的，其南北在形成时间及形成机制上存在差异[12,13]，相应地西湖凹陷北部受到的挤压作用要大于南部，这可能也是造成西湖凹陷龙井运动南北差异的重要因素。

4 结论

（1）西湖凹陷经历了始新世末玉泉运动（T30）、渐新世末花港运动（T20）和中新世中晚期龙井运动（T12）三期构造反转。在凹陷各构造区带，形成差异特征明显的反转构造。

（2）西部斜坡带反转强度较弱，发育少量反转断层，在斜坡带北段可见T30微角度不整合界面之下发育的滑覆背斜构造；中央洼陷反转构造带反转强度较大，褶皱强烈，地层抬升剥蚀显著，发育简单后冲、正“Y”、反“Y”字型等构造样式，反转构造整体具有北强南弱的特征；东部断阶带反转构造以T20、T12角度不整合界面为代表，其中，T20期（渐新世末花港运动）反转强度大于T12期（中新世中晚期龙井运动）。

（3）在时间演变上，西湖凹陷构造反转从始新世末玉泉运动（T30）、渐新世末花港运动（T20）到中新世中晚期龙井运动（T12）有相对增强的趋势；在空间演变上，反转构造强度峰区具有从玉泉运动时期（T30）的西部斜坡带北段，迁移到花港运动时期（T20）东部断阶带的南段，再到龙井运动时期的（T12）的中央洼陷反转构造带北段和东部断阶带中北段的迁移规律。

（4）西湖凹陷反转构造的形成、演化与区域应力场的调整、演变密切相关。凹陷内新生代反转构造强弱分布、迁移演化是对太平洋板块与欧亚板块、印度板块与欧亚板块之间俯冲速率和方向变化的叠加响应。

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Inversion structural styles and migration rules in the Xihu Sag

Base on interpretation of typical 2-D seismic sections, the authors made a systematic summarization of inversion structural styles in different tectonic zones of the Xihu Sag. Results showed that, the intensity of tectonic inversion was weak on the west slope, where could be found a few reversed faults. There was a slide anticline under an inconspicuous T30 angular unconformity interface on the northern part of the west slope. The intensity of tectonic inversion was great in the central sub-sag inverted structural zone, where could be seen strong folds and obvious uplift and erosion strata. The inversion structural styles in the central sub-sag inverted structural zone were simple back thrust, normal “Y” style, and reversed “Y” style. The intensity of tectonic inversion in the northern part of the central sub-sag inverted structural zone was stronger than in the southern part. The typical inversion structures in the east steep fault zone were T20 and T12 angular unconformity interfaces. The intensity of tectonic inversion in T20 (Huagang movement at the end of the Oligocene) was stronger than T12 (Longjing movement in middle and late Miocene). At the same time, the authors systematically summarized the migration rule of inversed structures on temporal and spatial scales. The formation and evolution of inversion structural styles in the Xihu Sag were closely related to the adjustment and evolution of the regional tectonic stress feld, as were the superposition response to the transformation of the subduction rate, and the direction of movement between the Pacifc plate and the Eurasian plate, and the Indian and Eurasia plate.

marine geology; Xihu sag; inversed structure; structural styles; migration rule

P736.12

A

2095-1329(2016)04-0083-06

10.3969/j.issn.2095-1329.2016.04.022

2016-10-27

2016-11-30

连小翠(1984-),女,硕士,工程师,主要从事海洋油气地质综合研究.

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“十三五”国家科技重大专项:“东海低渗-致密天然气勘探开发技术”(2016ZX05027-001)