西湖凹陷平湖构造带物源特征分析

李 宁，汤 睿，赵 洪，覃 军，刘 洋

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200030）

西湖凹陷平湖构造带物源特征分析

李 宁，汤 睿，赵 洪，覃 军，刘 洋

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200030）

近年来，针对东海陆架盆地西湖凹陷平湖构造带的油气勘探过程，发现其具有不同的物源发育特征并控制砂体的发育及储层物性条件，但目前尚未有研究者针对这种差异特征开展研究。此文通过重矿物组合特征、镜下观察以及岩性、物性统计等技术手段对平湖构造带平湖组与花港组砂体物源特征进行分析，结果表明平湖构造带平湖组南北重矿物组合差异较大，而花港组差异相对较小。结合斜坡带古构造发育特征的进一步研究表明，处于断陷发育期的平湖组砂体受控于古隆起基岩的岩石组成不同，导致其南北出现较大差异，而处于坳陷发育期的花港组砂体的物源分布差异相对较小。

西湖凹陷；平湖构造带；物源特征；重矿物

西湖凹陷平湖构造带是东海陆架盆地油气勘探的热点地区之一，长期以来的主流观点认为平湖构造带的物源均来自于其西部的海礁隆起。但目前在勘探过程中发现西部斜坡带不同的构造区存在着不同的砂体发育特征，其可能存在不同的物源发育方向。前人针对西湖凹陷的物源特征进行了相关研究[1-5]，认为西湖凹陷的物源可能来自于北部、西部及东部地区，其中平湖构造带主要来自于西部的海礁隆起。但由于研究区前期所取资料少且一直未对其进行过系统研究，平湖构造带物源体系究竟如何发育并控制砂体分布目前尚未有明确的结论，这严重影响着平湖构造带下一步勘探目标的优选。

本文在对平湖构造带重新进行大量重矿物采样分析的基础上，通过统计研究以及镜下矿物鉴定的研究手段结合区域古构造特征，综合判断平湖构造带平湖组与花港组的物源特征并总结其对储层分布的控制关系。

1 地质概况

西湖凹陷位于东海陆架盆地的东北部，呈北北东向展布，南北长约500 km，东西宽约130 km，凹陷面积约为5.9×104km2，是在前古近系基底上发育起来的具东断西超特征的断陷盆地。盆地总体构造格局具有东西分带、南北分块的特点，在凹陷内由西至东区划为西部斜坡区、西次凹、中央反转背斜区、东次凹及东部断阶区五个构造单元。西部斜坡带由北至南分为杭州构造带、平湖构造带及天台构造带（图1）。其中平湖构造带由北至南又分为孔雀亭构造带、武云亭构造带、宝云亭构造带及平湖油气田构造带[6-7]。

图1 东海西湖凹陷平湖构造带位置图

西湖凹陷历经了古新世—始新世的断陷期、渐新世—中新世的坳陷发育期和上新世—第四纪的区域沉降期等构造演化阶段，在断陷和坳陷期深凹部位沉积了厚度超过10 000 m的地层。主要发育始新统平湖组、渐新统花港组、中新统龙井组、玉泉组、柳浪组、上新统三潭组与更新统东海群等地层，凹陷中的油气藏主要分布于平湖组及花港组中[8-9]。

2 重矿物特征

组成沉积岩的矿物颗粒从物源区岩石的形成到被剥蚀和搬运及再次固结成岩，沉积岩的形成是一个完整而系统的地质过程。因此组成岩石的矿物、碎屑和微量元素等方面必然存在内在的联系。就重矿物的组合而言，不同物源区岩石形成过程中，矿物都是以一定的规律生成的，并且不同的物源区岩石类型差别很大，也就导致了矿物含量的不同。因此可以将沉积岩中的重矿物组合进行分类，来分辨物源的类别。这种重矿物组合的分析方法是目前研究物源最具有可信度的技术方法之一[10-13]。

前人通过大量研究表明，金红石、锆石及电气石为来自酸性岩浆岩母源的重矿物组合；赤褐铁矿、磁铁矿及白钛矿为来自中基性岩浆岩母源的重矿物组合；石榴石、绿泥石及绿帘石为来自变质岩母源的重矿物组合，这种重矿物组合分析方法是识别物源类型的研究的理论基础[14-15]。

2.1 重矿物组合特征

西湖凹陷平湖构造带重矿物多表现为高含石榴石组合的特征，本次研究平湖组重矿物组合特征，分析表明平湖构造带物源类型以变质母源为主要特色。从不同构造部位来看平湖油气田石榴石质量分数一般在70 %以上，局部高值可达80 %（图2a、图2b）。除石榴石发育外还存在少量的锆石及电气石，其质量分数一般均未超过10 %；宝云亭地区石榴石质量分数整体在60 %左右，白钛矿质量分数一般为15 % ～ 20 %（图2c、图2d），总体为变质母源特征；平湖构造带北部孔雀亭地区石榴石质量分数最低一般不超过50 %，金红石、锆石及电气石等代表酸性岩浆岩母源，而赤褐铁矿、磁铁矿及白钛矿等代表中基性岩浆岩母源的重矿物质量分数相对增加（图2e、图2f）。由平湖油气田到北部表现出变质母源重矿物质量分数降低、而代表岩浆岩母源的重矿物质量分数增大的特征。

图2 平湖构造带平湖组重矿物组合特征

针对平湖构造带花港组重矿物组合特征进行统计分析，表明花港组砂体相对于平湖组砂体具有更好的均质性。从不同构造部位来看平湖油气田石榴石质量分数最高，一般在70 % ～ 80 %（图3a、图3b）；宝云亭地区与平湖油气田差别不大，一般在60 %～ 80 %；北部孔雀亭地区最低，为60 % ～ 70 %（图3e、图3f）。虽然平北地区相对于平湖油气田石榴石含量有所降低，但整体差异不大。

图3 平湖油气田西部斜坡带花港组重矿物组合特征

2.2 重矿物成熟度特征

重矿物成熟度指数，即ZTR指数是指锆石、金红石和电气石三种稳定重矿物在所有重矿物中的占比，前人研究表明随着搬运距离的增大，重矿物成熟度指数会逐渐升高并指示物源方向。

平湖构造带不同构造单元平湖组重矿物成熟度的统计表明，平湖油气田ZTR指数分布区间为10.61 ～ 23.76，平均为15.69；宝云亭地区分布区间为10.4 ～ 16.6，平均值为13.5；孔雀亭地区为12.6 ～ 33.8，平均为24.18。从数据上来看，平湖构造带ZTR由南部至北部成熟度逐渐增加，表现为由北至南这三个构造单元的物源区的距离存在差异，物源区平湖油气田最近，其次为宝云亭地区，最远为孔雀亭地区。

花港组重矿物成熟度的统计表明，平湖油气田ZTR指数分布区间为4.41 ～ 13.5，平均为8.6；宝云亭地区分布区间为7.2 ～ 13.4，平均值为10.3；孔雀亭地区为5.3 ～ 10.9，平均为7.5。平湖构造带ZTR由南部至北部成熟度变化不大，表明这三个构造单元的花港组物源区的距离基本上相同。

需要指出的是，ZTR指数针对同一来源具有很好的表征物源区的相对远近关系，若物源区有所差异则表征物源区的相对远近关系较复杂，从西湖凹陷平湖构造带的ZTR指数特征来看，相对于花港组，平湖组物源区在南北向具有较大的差异。

3 不同母源成岩演化特征及与物性关系

3.1 岩石学及成岩特征

西湖凹陷岩石类型以长石岩屑质石英砂岩为主，其次为岩屑质石英砂岩及长石质石英砂岩，上述三种类型的砂岩构成了西湖凹陷古近系砂岩储层的主体，占到砂岩样品总数的92 %，而其他砂岩类型仅占砂岩样品总数的8 %。西湖凹陷花港组与平湖组砂岩泥质杂基含量普遍较低，始新统平湖组及渐新统花港组沉积时期水动力条件强，受三角洲和潮汐共同作用，砂岩反复淘洗，泥质含量低，因此多具有“洁净”砂岩特征。

除“洁净”砂岩外，西湖凹陷还具有较“脏”的砂岩储层发育特征，镜下观察表明这种较“脏”的沉积物颗粒是由其母源岩石颗粒特征、搬运过程中的风化作用等共同导致形成颗粒内部不同类型的包裹体及其它物质。镜下鉴定与重矿物组合进行比对表明这二种洁净程度不同的砂岩为不同类型母源的储层特征。常见较“脏”的砂岩为来自岩浆母源区，其分选及磨圆相对较差，颗粒常见火山型港湾状特征及不规则形状（图4a、图4b、图4c）。岩浆母源石英颗粒因为其内部包裹体较发育而常呈现较脏的风化特征；来自变质母源区的储层具有较为纯净的砂岩特征，其变质岩主要为深部变质侵入花岗岩。石英颗粒常表现为波状消光特征（图4d），且镜下常见硅质岩屑具有拉长构造等特征（图4e）。碎屑颗粒磨圆及分选较好，长石等易溶颗粒少见风化形态，常见为后期的溶蚀残余（图4f）。

图4 西湖凹陷不同类型储层镜下特征

来自岩浆母源的储层中塑性火山颗粒及泥质杂基支撑作用弱，早期受到压实作用易于变形并紧密压实，除少量具有次生加大等特征外，被压实及胶结致密的岩石颗粒少见胶结及溶蚀等次生变化，成岩晚期局部胶结物和易溶颗粒的溶蚀形成次生孔隙，对储集性能的改善有一定作用；来自变质岩母源的储层大多以石英及燧石等刚性颗粒为主，杂基含量低，颗粒纯净且抗压实作用强。镜下常见点—线接触，保存有大量有效储集空间，是研究区有利的储层类型。

3.2 物源类型与储层物性关系分析

通过前文分析可知，岩浆母源与变质母源的储层具有不同的岩石学特征及成岩演化特征，因此其也一定对储层物性产生较大的影响，通过对研究区石榴石重矿物测量数据与实测物性的数据进行统计（图5）表明，石榴石含量与储层的孔渗性有着较好的对应关系，在孔隙度5 % ～ 15 %时石榴石质量分数由5 %增加到90 %，当孔隙度大于10 %时石榴石质量分数均超过50 %。同样渗透率也具有类似特征，当渗透率大于1 %时，石榴石质量分数大部分均大于50 %。表明高石榴石含量即高变质岩母源储层相对于岩浆岩母源储层物性明显变好。

图5 储层石榴石含量与孔隙度及渗透率的关系图

通过针对研究区重矿物组合中不同来源母源重矿物进行统计分析，对其与实测物性进行对比可知，当孔隙度小于8 %时，火山岩母源重矿物占比由5 % ～ 80 %不等，当孔隙度大于8 %时，火山岩母源质量分数均小于30 %，表明火山岩母源物质的减少有助于后期有利储层的发育。

4 构造背景分析

由西湖凹陷西部平湖构造带古构造背景来看，断陷期平湖组古地貌在平湖油气田、宝云亭和孔雀亭地区明显不同（图6），在构造带的北部发育有很多先存的古隆起，这些古隆起受北东向断裂控制，向西与海礁隆起相连，是隆起向西湖凹陷延伸的一部分，表现为隆起与凹陷之间的叠合过渡。且古隆起在始新世时期受海礁隆起影响，存在短暂性的幕式隆升，造成平湖组沉积时期平北区的沉积环境与平湖油气田存在明显差异。从断裂与古隆起的结构关系、断裂的形态、断控火山岩年代和磁异常属性来看，首先，平北宝云亭断裂与平湖油气田平湖大断裂所控制的北北东向断裂体系存在明显的差异，平湖油气田处于平湖主断裂部位，断距最大且离西侧海礁隆起物源最近。

图6 平湖构造带及其周边平湖组基底形态图

此外，平北区和平湖油气田西缘海礁隆起基底组成也存在明显差异（图7），在平湖油气田西侧的古隆起上或古隆起之间是很有可能残存古老变质岩地层。平湖油气田西缘海礁隆起基底为古老海礁隆起的外缘延伸，古新世—始新世构造活动较弱，以古老变质岩发育为主要特征；平北区西缘海礁隆起基底为始新世经平湖主断裂向北延伸过程中在古海礁隆起内切割改造而形成的新的隆起的外缘，存在明显的岩浆改造，以古老变质岩和新生代火山岩的混合基底为主要特征。

图7 西湖凹陷北部斜坡区（上图）与平湖构造带（下图）主测线地震剖面

5 结论及建议

5.1 主要结论

平湖油气田平湖组沉积时期受到宝云亭古隆起的阻隔，更多的物源来自于西部隆起区，具有更多的变质岩母源的特征；平北地区一方面受控于古隆起向西湖凹陷的倾没，另外可能更多受到西北部物源方向的影响。而凹陷期的花港组沉积由于古隆起控沉积作用减弱，整个花港组可能具有更为统一的物源方向。同样其变质母源来源的砂体相对于岩浆岩母源的砂体具有更好的物性条件。

5.2 建议

目前关于西湖凹陷平湖构造带和整个西部斜坡带的砂体物源还存在一些争论，主要原因是对斜坡带西部海礁隆起的基底特征目前还不清楚。前人虽然对海礁隆起部分基底在重磁特征上进行了尝试性研究[16]，但对海礁隆起全区的基底研究还较为薄弱且至今没有钻井验证。从地震剖面上来看，西部斜坡带北部的海礁隆起与平湖油气田西部海礁隆起的基底，在地震反射特征上存在不同，斜坡带北部海礁凸起区内幕反射杂乱，而平湖油气田附近的海礁隆起反射特征却较为明显，为具有一定横向连续性的反射地层，表明二者的新生代基底可能具有不同的岩石及地层发育类型。

今后的研究中加强对海礁隆起不同部位基底更细致的物源特征分析，以明确不同物源方向对平湖构造带和整个西部斜坡区的砂体发育影响，为下一步勘探目标的优选提供地质依据。

[1]刘建军， 陈开远， 史忠生， 等. 东海陆架盆地西湖凹陷下第三系物源分析[J]. 科技进步与对策， 2003（S1）： 241-242.

[2]徐艳霞， 胡明毅， 梁建设， 等. 东海盆地西湖凹陷渐新统花港组物源分析[J]. 石油天然气学报（江汉石油学院学报）， 2010，32（5）： 176-179.

[3]郝乐伟， 刘畅， 王琪， 等. 西湖凹陷古近系花港组物源区特征分析[J]. 天然气地球科学， 2011， 22（2）： 315-323.

[4]高雁飞， 傅恒， 葛海波， 等. 东海西湖凹陷T-H地区平湖-花港组物源分析[J]. 科学技术与工程， 2013， 13（22）： 6549-6552.

[5]王文娟， 张银国， 张建培. 东海盆地西湖凹陷渐新统花港组地震相特征及沉积相分布[J]. 海相油气地质， 2014， 19（1）： 60-68.

[6]王丽顺， 陈琳琳. 东海西湖凹陷下第三系层序地层学分析[J].海洋地质与第四纪地质， 1994， 14（3）： 33-42.

[7]郑求根， 周祖翼， 蔡立国， 等. 东海陆架盆地中新生代构造背景及演化[J]. 石油与天然气地质， 2005， 26（2）： 197-201.

[8]刘金水， 廖宗廷， 贾健谊， 等. 东海陆架盆地地质结构及构造演化[J]. 上海地质， 2003（3）： 1-6.

[9]张银国. 东海西湖凹陷花港组油气地质条件与油气[J]. 石油实验地质， 2010， 32（3）： 223-226， 231.

[10]操应长， 宋玲， 王健， 等. 重矿物资料在沉积物物源分析中的应用——以涠西南凹陷古近系流三段下亚段为例[J]. 沉积学报， 2011， 29（5）： 835-841.

[11]杨仁超， 李进步， 樊爱萍， 等. 陆源沉积岩物源分析研究进展与发展趋势[J]. 沉积学报， 2013， 31（1）： 99-107.

[12]MORTON A C， HALLSWORTH C R. Processes Controlling the Composition of Heavy Mineral Assemblages in Sandstones[J]. Sedimentary Geology， 1999， 124（1-4）： 3-29.

[13]李林林， 郭召杰， 管树巍， 等. 柴达木盆地西南缘新生代碎屑重矿物组合特征及其古地理演化[J]. 中国科学： 地球科学，2015， 45（6）： 780-798.

[14]刘彤彦， 邵红梅， 孙先达. 海拉尔盆地上库力组重矿物组合特征[J]. 地质科学， 2009， 44（2）： 707-714.

[15]李慧明， 于兴河， 李胜利， 等. 东濮凹陷南部沙三段物源分析[J]. 石油天然气学报， 2012， 34（1）： 12-15.

[16]陈冰， 王家林， 吴健生， 等. 东海陆架盆地海礁凸起南块基底性质研究[J]. 石油实验地质， 2002， 24（4）： 301-305.

Provenance Characteristics of Pinghu Tectonic Zone in Xihu Sag

LI Ning, TANG Rui, ZHAO Hong, QIN Jun, LIU Yang
（Shanghai Branch of CNOOC Ltd, Shanghai 200030, China）

With the process of oil and gas exploration in Pinghu tectonic zone of Xihu Sag, East China Sea shelf basin in recent years, it is found that there are different provenance characteristics in the different parts of this tectonic zone, and which affect the development of sand bodies and the physical properties of the reservoirs. No study, however, has carried out on these differences in the previous publications. Based on the study of heavy mineral assemblage, microscope observation, physical property data, the authors analyzed the provenance characteristics of sandstones in Pinghu Formation and Huagang Formation, respectively. It indicates that there are obvious differences in the heavy mineral assemblages in Pinghu Formation between the north segment and the south segment of Pinghu tectonic zone, but with relatively less difference in Huagang Formation. The combined study of sedimentation and paleo-tectonic evolution in the slope zone indicates that during the sedimentary period of Pinghu Formation in the fault depression stage, the difference in the rock composition of exposed basement resulted in the relatively obvious difference in the development of sandstones in the different segments, but relatively less difference occurred in Huagang Formation that was deposited in the depression stage.

Xihu Sag; Pinghu tectonic zone; provenance characteristics; heavy mineral

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.02.021

1008-2336（2017）02-0021-06

2017-01-05；改回日期：2017-04-06

李宁，男，1983年生，硕士，工程师，地质学专业，主要从事油气区域勘探工作。E-mail：lining2@cnooc.com.cn。