西湖凹陷西部斜坡带宝石组沉积相研究

李磊 黄晓松 肖晓光 张铜磊 何新建

摘 要：西湖凹陷是我国东海海域天然气勘探的重点区域，随着始新統平湖组和渐新统花港组油气逐步开发利用，中下始新统宝石组逐步成为东海油气勘探的热点领域。目前宝石组受限于埋深大、钻井资料少，对沉积环境及相带认识不够深入。本文综合利用钻井、岩心、古生物及三维地震资料，分析宝石组古气候及古环境，并通过地震相及井- 震结合，厘定西部斜坡带宝石组平面沉积展布。结果表明，宝石组整体处于温暖湿润的亚热带气候，整体属浅海沉积环境，在西部斜坡带发育受潮汐影响三角洲、潮坪及局限浅海沉积体系为主，研究成果为西部斜坡带宝石组勘探指出有利方向。

关键词：海洋地质；东海盆地；西湖凹陷；宝石组；沉积相

中图分类号：P736.22 文献标志码：A 文章编号：2095-1329（2023）03-0023-05

东海西湖凹陷历经40 余年勘探已成为我国东部重要的油气产区，且毗邻沿海经济发达地区，其油气可持续生产意义重大。伴随着浅部渐新统花港组和晚始新统平湖组油气的逐步开发利用，早中始新统宝石组逐步成为东海油气勘探的热点领域。2001 年B1 井首次揭示了西湖凹陷平湖组之下360 m 厚地层（未钻穿），其岩性组合、电测曲线特征、古生物面貌与上覆平湖组明显不同，经古生物分析，将其命名为宝石组[1]。普遍认为宝石组勘探潜力与平湖组相当，且西部斜坡带埋藏深度浅、断裂发育，是宝石组勘探突破的首选区带。受限于宝石组钻井资料少，目前对沉积环境及相带认识不够深入，且存在较大争议。笔者基于孢粉组合、微量元素判定古环境及古气候，并通过井- 震结合分析，明确其优势砂体分布规模、类型、规律。研究成果明确了宝石组主力储层的沉积环境和沉积相类型，对于宝石组领域勘探具有重要意义。

1 区域地质概况

西湖凹陷位于东海陆架盆地，总体呈NNE 向展布，面积近4.3 万km2，其西侧为虎皮礁、海礁隆起及渔山隆起，东侧为钓鱼岛隆褶带，凹陷内部呈“东西分带、南北分块”的构造格局，自西向东划分为西部斜坡带、中央洼陷反转带和东部断阶带[2]。目前西部斜坡带是西湖凹陷勘探开发的热点区域，其中B1 井、W1 井和N1 位于西部斜坡带南、中、北段，为宝石组研究提供了丰富的研究基础（图1a）。

西湖凹陷地层自下而上为基底潜山、上白垩统（石门潭组）、古新统、始新统（八角亭组、宝石组和平湖组）、渐新统（花港组）、中新统（龙井组、玉泉组、柳浪组）、上新统（三潭组）以及更新统（东海群），西湖凹陷受多期次构造运动影响，晚白垩世以来演化经历断陷阶段、拗陷—反转阶段、区域性沉降阶段等三个重要的构造演化阶段，构成了西湖凹陷“下断—上坳”的典型洼陷结构[3]（图1b）。

2 沉积背景分析

2.1 构造格局

始新世晚期平湖组是西湖凹陷断—坳转换的关键阶段，始新世早—中期宝石组正处于断陷作用早期，边缘控凹断裂活动能力强，形成宝石组“北高南低、东断西超”的构造格局[4]，海水自南向北频繁侵入西湖凹陷。西湖凹陷受西、北、东三面隆起和一系列岛屿的遮挡作用，形成海陆过渡背景下的半封闭海湾环境，西部斜坡带北部断层活动性强，控制西物源砂体规模发育，向南受潮汐作用影响加强，逐渐过渡为浅海环境。

2.2 古生物分析

孢粉分析是古环境分析的重要手段，是恢复古气候和古植被的重要研究方法。研究区宝石组孢粉组合以杉粉属、桤木粉属、栎粉属为主，少量的松粉，榆粉、芸香粉和水龙骨单缝孢，反应主要植被结构为山地环境生长以松为代表的常绿针叶林植被，山坡及谷地环境生长桤木、栎、榆、芸香等为代表的阔叶林、落叶林植被，沼泽湿地植物繁茂、林下蔓生水龙骨为代表的蕨类植物，表明宝石组整体处于温暖湿润的北亚热带气候环境（表1）。

B1 井位于西部斜坡带南部，该井生物化石以孢粉为主（图2），孢粉组合为瘤面海金沙孢属- 水龙骨科- 杉科- 黄桤粉属，孢粉中主要为个体较大的海金沙孢和易于远距离漂浮的裸子植物孢粉（松粉），被子植物孢粉很少，是海相孢粉组合的典型特征。同时该井宝石组断续见海相化石沟鞭藻、介形类、有孔虫和零星钙质超微化石，指示B1 井宝石组为浅海相环境，偶间陆相。

W1 井位于西部斜坡带中部，生物化石以孢粉为主，孢粉组合为栎粉属- 桤木粉属- 松粉属- 杉粉属组合。藻孢含量低，喜湿的蕨类孢子多，裸子类杉科较多。沟鞭藻以东营肋环藻、细刺藻、盘星藻为主，其中大量盘星藻富存指示狭盐性富营养水体，指示W1 井宝石组为海陆交互沉积环境，同时有多次水进水退和咸度变化，水进层段水体咸度相对高。

2.3 微量元素分析

（1）古气候判识

元素地球化学分析是古气候研究的重要手段之一，如Sr/Cu 比值及Sr、Cu 含量等指标。Sr 为喜干型元素，其含量低值代表潮湿气候，含量高值代表干旱气候，Sr/Cu比值小于10 指示温湿气候，Sr/Cu 比值大于10 指示干热气候，数据分析显示研究区宝石组Sr/Cu 比值分布在2 到4 之间，指示温湿气候（图3a）。

（2）海陆相判识

Sr 和Ba 两元素化学性质相近，但Sr 的迁移能力高于Ba，因而多数Ba 在近岸沉积物中富集，仅少量能进入深海，而Sr 可迁到大洋深处，这种差异使得Sr/Ba比值常作为判识海（咸）与陆（淡）相的依据。参照现今东海浅海沉积物，计算表层沉积物泥岩化学成分制定出海（咸）与陆（淡）相界线值。Sr/Ba 小于0.2 为陆相环境（淡），Sr/Ba 大于0.2 为海相环境（咸）。数据分析显示研究区宝石组Sr/Ba 比值主要分布0.1 到0.2之间，结合古生物特征，指示宝石组为海陆交互的沉积环境（图3b）。

（3）氧化—还原环境判识

氧化还原环境的判别主要是根据沉积物中明显受氧化还原状态控制的元素及其比值来推断沉积物沉积期的氧化还原条件。根据元素地球化学特性选出易迁移和标准差值相对较大的Sr、Ba、Ni 和V 等元素及其比值作为讨论还原程度的替代性指标。以（Sr+Ba）/Rb、（Ni+Co+V）/Pb 比值三项指标作为讨论沉积环境还原程度的依据。参照中国东海浅海表层沉积物泥岩化学成分制定出还原程度强弱的界线值，（Ni+Co+V）/Pb 小于6.3 为弱还原环境，（Ni+Co+V）/Pb 大于6.3 为强还原环境。（Sr+Ba）/Rb 小于4.4 为强还原环境，（Sr+Ba）/Rb 大于4.4 为弱还原环境。数据分析显示研究区宝石组整体为弱还原的贫氧环境（图3c、图3d）。

3 沉积相类型及特征

3.1 沉积相类型

岩心是沉积相研究当中最为典型、直观的一手研究资料，是沉积相识别的直接证据。测录井资料优势在于对沉积旋回识别分辨率高，但受限于钻井资料少，二者仅为“一孔之见”，难以反映沉积相带平面展布范围，而三维地震资料覆盖范围广，但纵向分辨率低。本次研究综合应用岩心、测录井和地震资料，兼具资料分布范围和高分辨率，有效识别宝石组沉积相类型。

（1）局限浅海

研究区B1 井的宝石组为典型的局限浅海沉积，主要的岩性组合为大套含生物化石泥岩夹条带粉砂岩，砂体分布在上升半旋回的早期和下降半旋回的晚期，取心段典型沉积构造以水平或块状层理为主，具生物潜穴。3805.1-3806.45 m 岩性为泥质灰色粉砂质，粉砂岩分布不均呈条带状，见波纹层理、小型交错层理及虫孔。测井曲线特征表现为锯齿状，微弱起伏，伽马曲线为典型高值，反映泥岩质纯，水体较稳定（图4）。

（2）潮坪沉积体系

研究区W1 井宝石组为典型潮坪沉积，岩性组合表现为砂质沉积，偶含泥砾滞留沉积，发育双向交错层理，具明显潮坪水道沉积特征。潮道水动力较强，岩性以砂岩为主，单层砂岩厚度一般大于5 m，粒度较粗一般为细砂岩、中砂岩、含砾砂岩，甚至达到砂砾，分选中等到较好，富含泥砾滞留沉积，主要发育块状、粒序、斜层理、双向交错层理等构造。同时潮坪水动力条件十分复杂，存在双向水流，因此往往发育变形构造[5]（图5）。

（3）受潮汐影响三角洲沉积体系

研究区N1 井宝石组为典型的潮汐影响三角洲沉积，主要表现为三角洲平原不发育、以三角洲前缘亚相为主，钻井岩心、测井曲线上可见典型进积的反粒序[6-7]。其中主力砂体类型水下分流河道砂岩粒度较粗，以浅灰色细砂岩、中砂岩为主，甚至可达砂砾岩。水下分流河道沉积水动力较强，沉积速率快，主要发育平行层理、交错层理、斜层理、局部可见底冲刷构造，层理面常见炭屑。

3.2 地震相特征

西湖凹陷西部斜坡带宝石组埋深大，缺少钻井岩心，利用地震剖面上的反射特征来识别沉积是研究该区宝石组沉积特征的重要手段。由横穿凹陷的粗网格測线来分析各个剖面的特征，再进一步研究平面特征。利用三维地震资料，分析地震反射特征（振幅、频率、连续性）、内部几何构型、地震相参数及其空间展布规律，在宝石组地震剖面上识别出了前积地震相、发散地震相、平行-亚平行地震相、乱岗反射结构和杂乱地震相等地震相类型，并对这些地震相特征可能对应的沉积相进行了推测（图6、图7）。

（1）杂乱前积

杂乱前积相是研究区最易识别，且最具沉积指示意义的地震反射结构，其整体表现为一套进倾斜叠置的反射层组系，由砂体定向进积产生，每个反射层代表一个等时界面，反射层倾向及叠置关系可以指示古水流方向和古地形。该类地震相外形为楔状，内部为前积反射，振幅中等、连续性中等- 差，在研究区认为其指示潮汐影响三角洲。

（2）平行—亚平行

平行—亚平行反射相对简单，表现为一组相互平行、连续行较好的同相轴的组合。该类地震相一般代表比较均一、能量相对较低的沉积环境，根据其振幅强弱、连续性好坏的变化特征。在研究区认为其指示三角洲前缘、潮间带、局限浅海相。

（3）乱岗状反射

乱岗反射结构表现为一组不规则、不连续的同相轴的组合，以非系统性反射同相轴终止为典型特征，局部亦可见同相轴分叉现象，常见于西部斜坡带东侧深度稍大的位置，在研究区认为其指示局限浅海相。

（4）发散反射

发散反射多见于楔形单元之中，表现为反射层在楔形收敛方向上的非系统性终止（内部收敛），并在发散方向上同相轴数量增多厚度增大的特征。发散地震相反射振幅强，连续性好，反映了由于沉积速度的变化造成的不均衡沉积或沉积界面逐渐倾斜，在研究区认为其指示滨浅海沉积环境。

（5）杂乱反射

杂乱反射通常是层序界面不易追踪，内部反射结构难以识别的一系列地震反射的统称。其振幅变化较快，连续性较差，反映水体相对动荡。杂乱反射相在研究区分布范围较小，主要位于B1 井附近，结合区域地质构造背景推测为浅海砂坝。

研究区主要为平行—亚平行地震相和杂乱前积相及乱岗相，其分布呈一定规律性，平行—亚平行地震相主要分布在研究区西部；杂乱前积相主要分布在研究区中部和北部；乱岗状反射主要分布在研究区北部。

3.3 沉积相展布特征

西湖凹陷在宝石组沉积期具有“北高南低、东断西超”的构造格局，该时期海水自南向北频繁侵入凹陷。此时西湖凹陷受西、北、东三面隆起和一系列岛屿的遮挡作用，形成海陆过渡背景下的半封闭海湾环境。西部斜坡带由于地形坡度较为平缓，主要发育于潮汐影响三角洲沉积体系和潮坪沉积体系[8-12]，地震剖面上可见杂乱前积结构及平行- 亚平行结构。在斜坡东部由于深度较大，水体变深，主要发育局限浅海沉积沉积，地震剖面上可见发散结构、乱岗状结构和平行- 亚平行结构。西部斜坡带南部发育浅海相沉积体系，中部以潮坪沉积体系为主，北部以受潮汐影响三角洲沉积体系为主，自西部斜坡向凹陷中心，由于物源供给有限，凹陷中心处于饥饿状态，发育局限浅海沉积体系（图8）。

4 结论

（1）西湖凹陷宝石组孢粉及微量元素特征指示整体处于温暖湿润的北亚热带气候环境。

（2）西湖凹陷宝石组属海陆过渡的半封闭海湾沉积环境，西部斜坡带发育三角洲、潮汐影响三角洲及潮坪沉积体系，向凹陷深部逐渐过渡为滨浅海相沉积体系。

（3）西部斜坡带南部，发育规模潮汐影响三角洲砂体和潮坪砂体，储盖组合发育，是西湖凹陷宝石组有利勘探区带。

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