西湖凹陷成盆背景、原型盆地演化及勘探启示*

周心怀 蒋一鸣 唐贤君

(中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335)

西湖凹陷(图1)是中国东部近海最大的含油气凹陷，南北长约440 km，东西宽约70～130 km，总面积约5.18×104km2。西湖凹陷所处的东海陆架盆地位于太平洋板块向欧亚板块俯冲带的中段，盆地以东为钓鱼岛隆褶带和冲绳海槽盆地。近年来，随着东海油气勘探范围的拓展与基础资料的丰富，逐步认识到东海陆架盆地东缘断裂-岩浆作用更为剧烈，控制了新生代盆地的发育，直接影响了与其紧邻的西湖凹陷的构造格局、沉积充填及烃源岩热演化。因此，西湖凹陷成盆演变过程对区带油气成藏起到了决定性作用。

目前，东海西湖凹陷成盆背景认识存在分歧，主要有2种不同观点。第1种观点为洋-陆俯冲下的弧后盆地：代表性观点有陆壳背景下的弧后裂陷盆地[3-4]、弧后盆地简单张裂模式[5]、残余弧后盆地[6]；第2种观点为陆缘背景下的裂陷盆地：代表性观点包括断陷带、裂谷带[7-10]和近缘陆盆[11-12]。不同观点争论的焦点集中在西湖凹陷断陷阶段是否为典型弧后盆地。由于位置特殊，西湖凹陷断陷至今其构造环境发生了显著变化，客观上制约了对盆地类型的认识。

同时，对于西湖凹陷成盆机制的认识还存在主观局限性：①部分学者对典型弧后盆地特征与国外存在认知差异；②不同学者从岩石圈结构、盆地结构、火成岩岩石化学等不同角度切入，得出不同成因的认识；③忽视了盆地演变的阶段性，西湖凹陷是不同成因类型盆地在时空上的叠合，现今弧后背景未必代表断陷期的成盆环境。

图1 东海陆架盆地大地构造略图(据文献[1-2]修改)Fig .1 Tectonic map of the East China Sea Shelf basin(edit after article[1-2])

笔者认为，单一盆地类型认识是局限的，现今的西湖凹陷是由一系列在时空上相互关联的原型盆地叠合而成，各时期盆地原型及其演化过程的分析须从当时的板块构造环境入手。因此，本文着眼于太平洋板块俯冲作用下的东亚陆缘背景，在西湖凹陷盆地结构认识的基础上，建立板块活动关键事件与西湖凹陷构造运动的响应关系，厘定各时期的盆地类型及成因，探讨其对油气勘探的指示意义。

1 区域地质概况

西湖凹陷为东海陆架盆地东部坳陷带内一NNE向狭长凹陷，南北以低凸起分别与钓北凹陷和福江凹陷相邻，东侧紧邻钓鱼岛隆褶带(图1)。西湖凹陷内以新生代碎屑沉积为主，地层最大厚度约15 km。自下而上依次发育前宝石组，始新统宝石组、平湖组，渐新统花港组，中新统龙井组、玉泉组和柳浪组，上新统三潭组，以及第四系东海群(表1)。

表1 西湖凹陷地层简表

Table 1 Stratum table of the Xihu sag

西湖凹陷结构上具有垂向分层、平面分带的特征(图2)。垂向上，始新统以下断陷层系总体呈东断西超的箕状结构；渐—中新统拗陷-反转层系受挤压反转作用影响，在凹陷中央发育一系列大型反转背斜。平面上，凹陷东西方向上总体可划分出3个次级构造单元，即西部斜坡带、中央洼陷-反转构造带和东部断阶带。西部斜坡带主要以同向断阶断裂组合样式为主，局部存在反向断阶；中央洼陷-反转构造带总体上以高角度基底卷入式挤压反转背斜为主，背斜分布、样式与早期同沉积断裂发育部位和反转强度有关；东部断阶带同向、反向断阶交替发育，地层翘倾明显，同时受到较强岩浆改造作用，边界大断裂形态不明显。

西湖凹陷以东的钓鱼岛隆褶带(图2)是1个包含岩浆岩体、局部褶皱层的断块隆起带，隆起带基底是中生界或更老的古生界变质岩系[1]，分隔了西侧东海西湖凹陷和东侧冲绳海槽盆地，具有西陡东缓特征；隆褶带上覆地层较薄，主要为上新统—第四系，普遍缺失始新统至中新统。钓鱼岛隆褶带东侧的冲绳海槽盆地向东终止于琉球岛弧，平面呈向东南凸出的弧状；形成于中—上新世以来的弧后张裂环境，平行海槽走向正断层和地堑构造广泛发育[13]，海槽内部以沉积中新世以来的地层为主[2]。

图2 过西湖凹陷NW-SE向典型地震剖面结构特征(剖面位置见图1)Fig .2 Typical structure profile over the Xihu sag from northwest to southeast(see Fig.1 for location)

2 东海陆架盆地成盆背景

2.1 中—新生代东亚陆缘俯冲演变及关键时刻

东亚陆缘太平洋板块是在约185 Ma前从现今南太平洋位置伊泽奈歧、法拉隆和菲尼克斯板块间的洋中脊三节点中心开始发育形成的[14]。中生代以来，东亚陆缘先后受到伊泽奈歧、太平洋板块和菲律宾海板块俯冲作用的影响[3,15]。

早侏罗世—早白垩世时期，东亚陆缘主要受到伊泽奈歧板块俯冲作用影响，由于迄今为止未发现同时期弧后盆地建造和相关蛇绿岩套，主流观点认为该时期为安第斯型俯冲大陆边缘环境，发育褶皱山系和岩浆弧。浙闽沿海大量发育年龄为170～130 Ma[16-17]的喷出岩、侵入岩为同时期岩浆作用产物，东海陆架盆地基底早期亦为岩浆弧一部分，最新测年数据揭示其基底火成岩年龄大致为165～110 Ma。

进入晚白垩世，随着伊泽奈歧板块逐步向北挤出，东亚陆缘转而受新生太平洋板块俯冲作用的影响[18]，逐步开始转入张性环境[19]，主要经历以下几个伸展演变阶段(表2)：

表2 太平洋板块俯冲与西湖凹陷成盆演变关系表

Table 2 Relationship between the Pacific plate’s subduction and the basin evolution of Xihu sag

1) 96.0～65.0 Ma(晚白垩世)：太平洋板块总体NNW向快速移动，诱发了郯庐断裂带大规模左行走滑，东亚陆缘整体处于张扭性环境，发育一系列规模较小、具有走滑拉分性质的盆地。

2) 65.0～43.0 Ma(古新世—中始新世)：太平洋板块NNW向慢速移动，板块高角度潜没和回卷产生地幔楔内对流，诱发欧亚大陆东缘地壳整体拉伸减薄[20]，伸展断陷广泛发育(图3a)。同时，由于印度板块与欧亚板块逐步由点碰撞转变为陆-陆线碰撞，引起深部地幔流向东蠕变[22]，导致西太平洋俯冲海沟开始相对向东后撤。

3) 43.0～32.0 Ma(晚始新世)：43.0 Ma前后，随着伊泽奈歧板块向北挤出并完全消减于欧亚板块之下，太平洋板块的运动方向也由NNW向转为NWW向(图3b)，加之西太平洋海沟的持续东撤，东海陆架盆地内伸展方向及拉张中心均发生了明显变化。

图3 东亚陆缘中新生代板块演变过程(据文献[21]修改)Fig .3 Mesozoic-Cenozoic plate evolution of the East Asia Continental Margin(edit after article[21])

始新世以来，太平洋板块持续东撤驱动了弧后盆地西菲律宾海盆的形成[23]。进入渐新世，西菲律宾海盆停止扩张，形成统一菲律宾海板块，东亚陆缘在菲律宾海板块和太平洋板块的共同西向俯冲作用下逐步由张性转入压性环境，经历了以下几个挤压演变阶段：

1) 32.0～23.3 Ma(渐新世)：太平洋板块俯冲作用引起的扩张中心位于菲律宾海盆以东，处于俯冲带更西侧陆缘伸展断陷盆地普遍向拗陷转变。

2) 23.3～5.3 Ma(中新世)：进入中新世，随着菲律宾海板块整体停止扩张并向北移动，东亚陆缘中段以东成为菲律宾海板块俯冲带的一部分，太平洋板块向西俯冲的挤压力直接传递到东海陆架盆地[15]，导致该区发生强烈的东西向挤压(图3c)。

3) 5.3～2.6 Ma(上新世)：进入上新世，东亚陆缘在强烈的挤压作用下，东海陆架盆地东缘隆起带开始向东裂离，随着琉球岛弧的东移和冲绳海槽盆地的弧后扩张(图3d)，东海陆架盆地承受的挤压力才逐步减弱。

综上所述，东亚陆缘在伊泽奈歧、太平洋和菲律宾海板块俯冲作用影响下，构造环境发生了显著变化。晚中生代，伊泽奈歧板块俯冲作用下为安第斯型陆缘环境，挤压背景下褶皱造山，发育岩浆弧；古新世—始新世，太平洋板块俯冲作用下为伸展环境，发育东断西超的断陷盆地；渐新世以来，菲律宾海板块俯冲作用下为挤压环境，典型的伸展弧后盆地在更东侧的冲绳海槽发育。因此，古新世—始新世太平洋板块俯冲阶段，东亚陆缘中段处于安第斯型陆缘裂解消亡向岛弧型陆缘转变的阶段，区域应力上表现为压应力衰减、张应力增强，此时沿太平洋板块俯冲带西侧的陆壳背景上虽有伸展断陷盆地发育，但与典型弧后盆地相比，张力作用弱，未发生洋壳化，不能归为弧后盆地。

2.2 成盆演化关键构造运动

东海陆架盆地自晚白垩世开始发育以来，先后经历了雁荡运动、瓯江运动、平湖运动、玉泉运动、花港运动和龙井运动等作用，均与当时板块动力学背景有关(表2)。

1) 雁荡运动：晚白垩世末，受太平洋板块俯冲角度、速率影响，应力环境由挤压、扭动转为NW—SE向伸展，在中生代局部残余拉分盆地基础上开始广泛发育NE向断层控制的新生代断陷，并伴随较强岩浆活动。

2) 瓯江运动：古新世末，受太平洋板块俯冲向东后撤影响，盆地处于西压东张的应力背景，西部坳陷带发生具有挤压性质的瓯江运动，地层褶皱、剥蚀，形成广泛的角度不整合，进入拗陷演化阶段；东部坳陷带则仍处于相对稳定的伸展断陷演化阶段。

3) 平湖运动：中始新世，随着太平洋板块俯冲方向由NNW向转为NWW向，盆地东部坳陷带区域伸展方向也转变为NWW—SEE向，NNE向张性断层活动占主导，但受较大的板块俯冲速率影响，东部坳陷带整体伸展作用减弱，表现出断-拗转换特征；西部坳陷带在挤压作用增强的背景下整体抬升暴露地表，结束了拗陷阶段。

4) 玉泉运动：始新世末，在太平洋板块持续的后撤式俯冲背景下，来自于西侧的压性作用进一步向盆地东部传递，东部坳陷带最终结束伸展断陷作用，发生了以差异性抬升为主的玉泉运动事件，在邻近中央隆起带的凹陷西部斜坡带表现较为显著。

5) 花港运动：渐新世末，东海陆架盆地整体受到菲律宾海板块俯冲的沟-弧-盆体系影响，盆地东缘隆起带发生强烈的岩浆作用，向西侵蚀、改造盆地东部边界，更为广泛的钓鱼岛隆褶带开始逐步成型。西湖凹陷东部断阶带表现为显著的地层翘倾及岩浆改造，断阶带北段T20界面之下反转背斜形态显著，与之紧邻隆褶带内残存地层在反射波组特征上与西湖凹陷平湖组、花港组相似(图4a)；断阶带南段主要表现为地层翘倾，隆褶带内残存地层较薄，但亦可见显著T20角度不整合(图4b)。同一时期，盆地中央隆起带及西部坳陷带开始进入整体沉降阶段。

6) 龙井运动：中新世末，在太平洋板块及菲律宾海板块持续向西俯冲作用下，盆地东缘钓鱼岛隆褶带承受了强烈的挤压作用，并向西传递到西湖凹陷内，导致巨型反转背斜带的形成，背斜核部普遍遭受剥蚀，形成显著的角度不整合，即为龙井事件。随着钓鱼岛隆褶带以东冲绳海槽盆地的弧后张裂，凹陷内挤压作用逐步减弱。

图4 西湖凹陷东部断阶带剖面结构(剖面位置见图1)Fig .4 Structure profile over eastern step-fault zone of the Xihu sag(see Fig.1 for location)

综上所述，在太平洋板块后撤式俯冲动力学背景下，东海陆架盆地东、西部坳陷带伸展断陷、挤压反转先后呈现出自西向东迁移的演变特征，在各期构造运动作用下盆地类型发生显著变化。其中，中始新世平湖运动、始新世末玉泉运动、渐新世末花港运动和中新世末龙井运动是西湖凹陷盆地类型转变的关键期，对应的成盆应力背景分别为伸展方向转变、伸展结束、挤压开始和挤压显著增强。

3 西湖凹陷原型盆地演化

新生代以来，在东亚陆缘由安第斯型向岛弧型大陆边缘转变的背景下，孕育了西湖凹陷陆缘伸展断陷盆地；渐新世，在菲律宾海板块孕育、俯冲及岛弧型陆缘成型的背景下，西湖凹陷由陆缘伸展断陷盆地进入挤压背景下拗陷及压陷萎缩盆地演化阶段，同时期具强烈伸展特征的弧后盆地在更靠东的部位发育(图5)。

1) 古新世—中始新世：陆缘分隔型断陷盆地。古新世时期在NW—SE向伸展作用下，东海陆架盆地内广泛发育局部断陷，表现为半地堑或地堑结构，断陷分布面积小，彼此被隆起所分隔，呈现“群山环湖、群湖抱山”的古地貌格局。西部坳陷带内局部断陷特征最为典型，台北坳陷丽水凹陷、长江坳陷金山凹陷等均为古新世箕状断陷；东部坳陷带西湖凹陷始新统宝石组、平湖组地层之下被深埋的老地层虽无钻井揭示，但推断存在分隔性较强的古新世—中始新世陆缘断陷，主要有以下证据：①西部斜坡带平北区基底揭示了1套与西部坳陷带丽水凹陷年代相似的晚白垩世火山沉积岩系，证实为古新世前初始断陷产物；②西部斜坡带平北区控制火山沉积岩的反向断层呈NE向，为古新世—中始新世NW—SE向伸展断陷的产物；③西部斜坡带杭州、天台等区前宝石组地层与西部坳陷带的金山凹陷、钱塘凹陷古新统地层在地震剖面上可连续追踪；④中央洼陷-反转构造带平湖组以下地层具多沉积中心，起控制作用的基底北东向断裂具分段性。此外，地震剖面上西湖凹陷与钓鱼岛隆褶带之间更多地表现为地层与岩体边界(图4)，钓鱼岛隆褶带内残留地层反射特征与西湖凹陷乃至更西侧的西部坳陷带古新统地层相似，据此推断西湖凹陷古新世—中始新世断陷盆地分布范围广，可延伸至现今的钓鱼岛隆褶带内。

图5 东海西湖凹陷原型盆地演化剖面示意图Fig .5 Prototype basin evolution of Xihu sag,the East China Sea Shelf basin

2) 晚始新世：陆缘整体型断-拗转换盆地。晚始新世盆地伸展方向调整为NWW—SEE向，并在原有NE向断裂基础上开始发育NNE向断裂。受伸展扩张中心向东迁移影响，盆地西部坳陷带、中央隆起带整体挤压抬升，形成稳定地貌高地；东部坳陷带西湖凹陷范围内的古新世局部隆起则开始整体下陷，早期分隔断陷开始相互连通，形成整体东断西超的巨型凹陷。凹陷西部斜坡带内持续发育的基底大断裂生长指数研究显示，上始新统平湖组明显小于平湖组以下地层，并逐步接近于1，总体反映西湖凹陷陆缘断陷整体扩张背景下断陷强度明显减弱，具有断-拗转换特征。

3) 渐新世：陆缘大型拗陷盆地。始新世末期在经历强烈的玉泉运动作用后，西湖凹陷范围内伸展作用完全结束，整体进入拗陷演变阶段，断裂活动明显减弱，仅有部分一级、二级控带断裂持续发育，控制凹陷由边缘隆起向中心逐级下掉，形成拗陷背景下的多级阶地。

4) 中新世：陆缘压陷萎缩盆地。渐新世末盆地东缘隆起褶皱抬升，伴随强烈岩浆增生，导致一部分西湖凹陷东部的断陷-拗陷地层经受剥蚀，盆地范围向西收缩(图4)。进入中新世，东侧挤压作用逐步向西增强，影响到西湖凹陷中央洼陷带，诱发挤压背景下的差异升降运动，形成巨型反转背斜带。在中央背斜带以东表现为强烈的地层抬升及褶皱挠曲；在中央背斜带以西则主要表现为挤压下陷背景下的巨厚中新统沉积，在凹陷北段表现尤为显著。

4 勘探启示

西湖凹陷是在伸展断陷盆地基础上发育的叠合盆地，可在考虑特殊地质条件基础上，充分借鉴我国东部地区类似断陷盆地，分析盆地类型对油气勘探的指示意义。

1) 对于断陷盆地而言，沉降幅度越大、断陷持续越久，烃源岩发育规模也越大。西湖凹陷钻井证实，始新统平湖组煤系为主要烃源岩，花港组及平湖组以下为次要烃源岩。平湖组沉积期盆地类型为陆缘整体型断-拗转换盆地，相对于早期分隔型断陷，盆地范围扩大，断陷作用减弱，导致沉积地层分布广、沉积水体整体较浅，易发育广覆式分布的煤系，初步推断西湖凹陷平湖组煤系烃源岩分布面积占凹陷总面积比例接近80%，这种持续时间相对较久的断-拗转换作用奠定了西湖凹陷富烃洼陷的基础。

2) 断裂是断陷盆地油气运移主要通道，断裂活动越强，越利于油气垂向运移。流体包裹体资料证实，西湖凹陷大规模油气成藏期主要为中新世末—上新世，具有典型的晚期成藏特征。始新世末期—渐新世，中国东部早期断陷多进入拗陷盆地发育阶段，断裂活动逐步停止，不利于油气运移。但由于西湖凹陷处于东亚活动陆缘更靠东的位置，渐新世以来受菲律宾海板块俯冲沟-弧-盆体系影响，凹陷迅速进入活动性较强的压陷萎缩盆地发育阶段，深部早期正断层刺穿上覆花港组发生显著的后期活化，并控制了背斜褶皱发育，为油气晚期大规模运移、聚集创造了有利条件。

3) 中新世末—上新世西湖凹陷盆地压陷萎缩过程中，东侧邻近的冲绳海槽盆地正处于弧后盆地扩张阶段，强烈的拉张作用伴随广泛的火山活动。在这一背景下，西湖凹陷地温亦有逐步增高的趋势，加速了烃源岩的成熟，良好温压条件保证了油气运移的高效性。同时，相对于弧后盆地，西湖凹陷盆缘火山作用总体较弱，亦有利于晚期油气藏的保存。