周心懷 蔣一鳴 唐賢君

(中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

西湖凹陷(圖1)是中國東部近海最大的含油氣凹陷，南北長約440 km，東西寬約70～130 km，總面積約5.18×104km2。西湖凹陷所處的東海陸架盆地位于太平洋板塊向歐亞板塊俯沖帶的中段，盆地以東為釣魚島隆褶帶和沖繩海槽盆地。近年來，隨著東海油氣勘探范圍的拓展與基礎(chǔ)資料的豐富，逐步認識到東海陸架盆地東緣斷裂-巖漿作用更為劇烈，控制了新生代盆地的發(fā)育，直接影響了與其緊鄰的西湖凹陷的構(gòu)造格局、沉積充填及烴源巖熱演化。因此，西湖凹陷成盆演變過程對區(qū)帶油氣成藏起到了決定性作用。

目前，東海西湖凹陷成盆背景認識存在分歧，主要有2種不同觀點。第1種觀點為洋-陸俯沖下的弧后盆地：代表性觀點有陸殼背景下的弧后裂陷盆地[3-4]、弧后盆地簡單張裂模式[5]、殘余弧后盆地[6]；第2種觀點為陸緣背景下的裂陷盆地：代表性觀點包括斷陷帶、裂谷帶[7-10]和近緣陸盆[11-12]。不同觀點爭論的焦點集中在西湖凹陷斷陷階段是否為典型弧后盆地。由于位置特殊，西湖凹陷斷陷至今其構(gòu)造環(huán)境發(fā)生了顯著變化，客觀上制約了對盆地類型的認識。

同時，對于西湖凹陷成盆機制的認識還存在主觀局限性：①部分學者對典型弧后盆地特征與國外存在認知差異；②不同學者從巖石圈結(jié)構(gòu)、盆地結(jié)構(gòu)、火成巖巖石化學等不同角度切入，得出不同成因的認識；③忽視了盆地演變的階段性，西湖凹陷是不同成因類型盆地在時空上的疊合，現(xiàn)今弧后背景未必代表斷陷期的成盆環(huán)境。

圖1 東海陸架盆地大地構(gòu)造略圖(據(jù)文獻[1-2]修改)Fig .1 Tectonic map of the East China Sea Shelf basin(edit after article[1-2])

筆者認為，單一盆地類型認識是局限的，現(xiàn)今的西湖凹陷是由一系列在時空上相互關(guān)聯(lián)的原型盆地疊合而成，各時期盆地原型及其演化過程的分析須從當時的板塊構(gòu)造環(huán)境入手。因此，本文著眼于太平洋板塊俯沖作用下的東亞陸緣背景，在西湖凹陷盆地結(jié)構(gòu)認識的基礎(chǔ)上，建立板塊活動關(guān)鍵事件與西湖凹陷構(gòu)造運動的響應(yīng)關(guān)系，厘定各時期的盆地類型及成因，探討其對油氣勘探的指示意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西湖凹陷為東海陸架盆地東部坳陷帶內(nèi)一NNE向狹長凹陷，南北以低凸起分別與釣北凹陷和福江凹陷相鄰，東側(cè)緊鄰釣魚島隆褶帶(圖1)。西湖凹陷內(nèi)以新生代碎屑沉積為主，地層最大厚度約15 km。自下而上依次發(fā)育前寶石組，始新統(tǒng)寶石組、平湖組，漸新統(tǒng)花港組，中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組，上新統(tǒng)三潭組，以及第四系東海群(表1)。

表1 西湖凹陷地層簡表

Table 1 Stratum table of the Xihu sag

西湖凹陷結(jié)構(gòu)上具有垂向分層、平面分帶的特征(圖2)。垂向上，始新統(tǒng)以下斷陷層系總體呈東斷西超的箕狀結(jié)構(gòu)；漸—中新統(tǒng)拗陷-反轉(zhuǎn)層系受擠壓反轉(zhuǎn)作用影響，在凹陷中央發(fā)育一系列大型反轉(zhuǎn)背斜。平面上，凹陷東西方向上總體可劃分出3個次級構(gòu)造單元，即西部斜坡帶、中央洼陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和東部斷階帶。西部斜坡帶主要以同向斷階斷裂組合樣式為主，局部存在反向斷階；中央洼陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶總體上以高角度基底卷入式擠壓反轉(zhuǎn)背斜為主，背斜分布、樣式與早期同沉積斷裂發(fā)育部位和反轉(zhuǎn)強度有關(guān)；東部斷階帶同向、反向斷階交替發(fā)育，地層翹傾明顯，同時受到較強巖漿改造作用，邊界大斷裂形態(tài)不明顯。

西湖凹陷以東的釣魚島隆褶帶(圖2)是1個包含巖漿巖體、局部褶皺層的斷塊隆起帶，隆起帶基底是中生界或更老的古生界變質(zhì)巖系[1]，分隔了西側(cè)東海西湖凹陷和東側(cè)沖繩海槽盆地，具有西陡東緩特征；隆褶帶上覆地層較薄，主要為上新統(tǒng)—第四系，普遍缺失始新統(tǒng)至中新統(tǒng)。釣魚島隆褶帶東側(cè)的沖繩海槽盆地向東終止于琉球島弧，平面呈向東南凸出的弧狀；形成于中—上新世以來的弧后張裂環(huán)境，平行海槽走向正斷層和地塹構(gòu)造廣泛發(fā)育[13]，海槽內(nèi)部以沉積中新世以來的地層為主[2]。

圖2 過西湖凹陷NW-SE向典型地震剖面結(jié)構(gòu)特征(剖面位置見圖1)Fig .2 Typical structure profile over the Xihu sag from northwest to southeast(see Fig.1 for location)

2 東海陸架盆地成盆背景

2.1 中—新生代東亞陸緣俯沖演變及關(guān)鍵時刻

東亞陸緣太平洋板塊是在約185 Ma前從現(xiàn)今南太平洋位置伊澤奈歧、法拉隆和菲尼克斯板塊間的洋中脊三節(jié)點中心開始發(fā)育形成的[14]。中生代以來，東亞陸緣先后受到伊澤奈歧、太平洋板塊和菲律賓海板塊俯沖作用的影響[3,15]。

早侏羅世—早白堊世時期，東亞陸緣主要受到伊澤奈歧板塊俯沖作用影響，由于迄今為止未發(fā)現(xiàn)同時期弧后盆地建造和相關(guān)蛇綠巖套，主流觀點認為該時期為安第斯型俯沖大陸邊緣環(huán)境，發(fā)育褶皺山系和巖漿弧。浙閩沿海大量發(fā)育年齡為170～130 Ma[16-17]的噴出巖、侵入巖為同時期巖漿作用產(chǎn)物，東海陸架盆地基底早期亦為巖漿弧一部分，最新測年數(shù)據(jù)揭示其基底火成巖年齡大致為165～110 Ma。

進入晚白堊世，隨著伊澤奈歧板塊逐步向北擠出，東亞陸緣轉(zhuǎn)而受新生太平洋板塊俯沖作用的影響[18]，逐步開始轉(zhuǎn)入張性環(huán)境[19]，主要經(jīng)歷以下幾個伸展演變階段(表2)：

表2 太平洋板塊俯沖與西湖凹陷成盆演變關(guān)系表

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

1) 96.0～65.0 Ma(晚白堊世)：太平洋板塊總體NNW向快速移動，誘發(fā)了郯廬斷裂帶大規(guī)模左行走滑，東亞陸緣整體處于張扭性環(huán)境，發(fā)育一系列規(guī)模較小、具有走滑拉分性質(zhì)的盆地。

2) 65.0～43.0 Ma(古新世—中始新世)：太平洋板塊NNW向慢速移動，板塊高角度潛沒和回卷產(chǎn)生地幔楔內(nèi)對流，誘發(fā)歐亞大陸東緣地殼整體拉伸減薄[20]，伸展斷陷廣泛發(fā)育(圖3a)。同時，由于印度板塊與歐亞板塊逐步由點碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)殛?陸線碰撞，引起深部地幔流向東蠕變[22]，導(dǎo)致西太平洋俯沖海溝開始相對向東后撤。

3) 43.0～32.0 Ma(晚始新世)：43.0 Ma前后，隨著伊澤奈歧板塊向北擠出并完全消減于歐亞板塊之下，太平洋板塊的運動方向也由NNW向轉(zhuǎn)為NWW向(圖3b)，加之西太平洋海溝的持續(xù)東撤，東海陸架盆地內(nèi)伸展方向及拉張中心均發(fā)生了明顯變化。

圖3 東亞陸緣中新生代板塊演變過程(據(jù)文獻[21]修改)Fig .3 Mesozoic-Cenozoic plate evolution of the East Asia Continental Margin(edit after article[21])

始新世以來，太平洋板塊持續(xù)東撤驅(qū)動了弧后盆地西菲律賓海盆的形成[23]。進入漸新世，西菲律賓海盆停止擴張，形成統(tǒng)一菲律賓海板塊，東亞陸緣在菲律賓海板塊和太平洋板塊的共同西向俯沖作用下逐步由張性轉(zhuǎn)入壓性環(huán)境，經(jīng)歷了以下幾個擠壓演變階段：

1) 32.0～23.3 Ma(漸新世)：太平洋板塊俯沖作用引起的擴張中心位于菲律賓海盆以東，處于俯沖帶更西側(cè)陸緣伸展斷陷盆地普遍向拗陷轉(zhuǎn)變。

2) 23.3～5.3 Ma(中新世)：進入中新世，隨著菲律賓海板塊整體停止擴張并向北移動，東亞陸緣中段以東成為菲律賓海板塊俯沖帶的一部分，太平洋板塊向西俯沖的擠壓力直接傳遞到東海陸架盆地[15]，導(dǎo)致該區(qū)發(fā)生強烈的東西向擠壓(圖3c)。

3) 5.3～2.6 Ma(上新世)：進入上新世，東亞陸緣在強烈的擠壓作用下，東海陸架盆地東緣隆起帶開始向東裂離，隨著琉球島弧的東移和沖繩海槽盆地的弧后擴張(圖3d)，東海陸架盆地承受的擠壓力才逐步減弱。

綜上所述，東亞陸緣在伊澤奈歧、太平洋和菲律賓海板塊俯沖作用影響下，構(gòu)造環(huán)境發(fā)生了顯著變化。晚中生代，伊澤奈歧板塊俯沖作用下為安第斯型陸緣環(huán)境，擠壓背景下褶皺造山，發(fā)育巖漿弧；古新世—始新世，太平洋板塊俯沖作用下為伸展環(huán)境，發(fā)育東斷西超的斷陷盆地；漸新世以來，菲律賓海板塊俯沖作用下為擠壓環(huán)境，典型的伸展弧后盆地在更東側(cè)的沖繩海槽發(fā)育。因此，古新世—始新世太平洋板塊俯沖階段，東亞陸緣中段處于安第斯型陸緣裂解消亡向島弧型陸緣轉(zhuǎn)變的階段，區(qū)域應(yīng)力上表現(xiàn)為壓應(yīng)力衰減、張應(yīng)力增強，此時沿太平洋板塊俯沖帶西側(cè)的陸殼背景上雖有伸展斷陷盆地發(fā)育，但與典型弧后盆地相比，張力作用弱，未發(fā)生洋殼化，不能歸為弧后盆地。

2.2 成盆演化關(guān)鍵構(gòu)造運動

東海陸架盆地自晚白堊世開始發(fā)育以來，先后經(jīng)歷了雁蕩運動、甌江運動、平湖運動、玉泉運動、花港運動和龍井運動等作用，均與當時板塊動力學背景有關(guān)(表2)。

1) 雁蕩運動：晚白堊世末，受太平洋板塊俯沖角度、速率影響，應(yīng)力環(huán)境由擠壓、扭動轉(zhuǎn)為NW—SE向伸展，在中生代局部殘余拉分盆地基礎(chǔ)上開始廣泛發(fā)育NE向斷層控制的新生代斷陷，并伴隨較強巖漿活動。

2) 甌江運動：古新世末，受太平洋板塊俯沖向東后撤影響，盆地處于西壓東張的應(yīng)力背景，西部坳陷帶發(fā)生具有擠壓性質(zhì)的甌江運動，地層褶皺、剝蝕，形成廣泛的角度不整合，進入拗陷演化階段；東部坳陷帶則仍處于相對穩(wěn)定的伸展斷陷演化階段。

3) 平湖運動：中始新世，隨著太平洋板塊俯沖方向由NNW向轉(zhuǎn)為NWW向，盆地東部坳陷帶區(qū)域伸展方向也轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW—SEE向，NNE向張性斷層活動占主導(dǎo)，但受較大的板塊俯沖速率影響，東部坳陷帶整體伸展作用減弱，表現(xiàn)出斷-拗轉(zhuǎn)換特征；西部坳陷帶在擠壓作用增強的背景下整體抬升暴露地表，結(jié)束了拗陷階段。

4) 玉泉運動：始新世末，在太平洋板塊持續(xù)的后撤式俯沖背景下，來自于西側(cè)的壓性作用進一步向盆地東部傳遞，東部坳陷帶最終結(jié)束伸展斷陷作用，發(fā)生了以差異性抬升為主的玉泉運動事件，在鄰近中央隆起帶的凹陷西部斜坡帶表現(xiàn)較為顯著。

5) 花港運動：漸新世末，東海陸架盆地整體受到菲律賓海板塊俯沖的溝-弧-盆體系影響，盆地東緣隆起帶發(fā)生強烈的巖漿作用，向西侵蝕、改造盆地東部邊界，更為廣泛的釣魚島隆褶帶開始逐步成型。西湖凹陷東部斷階帶表現(xiàn)為顯著的地層翹傾及巖漿改造，斷階帶北段T20界面之下反轉(zhuǎn)背斜形態(tài)顯著，與之緊鄰隆褶帶內(nèi)殘存地層在反射波組特征上與西湖凹陷平湖組、花港組相似(圖4a)；斷階帶南段主要表現(xiàn)為地層翹傾，隆褶帶內(nèi)殘存地層較薄，但亦可見顯著T20角度不整合(圖4b)。同一時期，盆地中央隆起帶及西部坳陷帶開始進入整體沉降階段。

6) 龍井運動：中新世末，在太平洋板塊及菲律賓海板塊持續(xù)向西俯沖作用下，盆地東緣釣魚島隆褶帶承受了強烈的擠壓作用，并向西傳遞到西湖凹陷內(nèi)，導(dǎo)致巨型反轉(zhuǎn)背斜帶的形成，背斜核部普遍遭受剝蝕，形成顯著的角度不整合，即為龍井事件。隨著釣魚島隆褶帶以東沖繩海槽盆地的弧后張裂，凹陷內(nèi)擠壓作用逐步減弱。

圖4 西湖凹陷東部斷階帶剖面結(jié)構(gòu)(剖面位置見圖1)Fig .4 Structure profile over eastern step-fault zone of the Xihu sag(see Fig.1 for location)

綜上所述，在太平洋板塊后撤式俯沖動力學背景下，東海陸架盆地東、西部坳陷帶伸展斷陷、擠壓反轉(zhuǎn)先后呈現(xiàn)出自西向東遷移的演變特征，在各期構(gòu)造運動作用下盆地類型發(fā)生顯著變化。其中，中始新世平湖運動、始新世末玉泉運動、漸新世末花港運動和中新世末龍井運動是西湖凹陷盆地類型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵期，對應(yīng)的成盆應(yīng)力背景分別為伸展方向轉(zhuǎn)變、伸展結(jié)束、擠壓開始和擠壓顯著增強。

3 西湖凹陷原型盆地演化

新生代以來，在東亞陸緣由安第斯型向島弧型大陸邊緣轉(zhuǎn)變的背景下，孕育了西湖凹陷陸緣伸展斷陷盆地；漸新世，在菲律賓海板塊孕育、俯沖及島弧型陸緣成型的背景下，西湖凹陷由陸緣伸展斷陷盆地進入擠壓背景下拗陷及壓陷萎縮盆地演化階段，同時期具強烈伸展特征的弧后盆地在更靠東的部位發(fā)育(圖5)。

1) 古新世—中始新世：陸緣分隔型斷陷盆地。古新世時期在NW—SE向伸展作用下，東海陸架盆地內(nèi)廣泛發(fā)育局部斷陷，表現(xiàn)為半地塹或地塹結(jié)構(gòu)，斷陷分布面積小，彼此被隆起所分隔，呈現(xiàn)“群山環(huán)湖、群湖抱山”的古地貌格局。西部坳陷帶內(nèi)局部斷陷特征最為典型，臺北坳陷麗水凹陷、長江坳陷金山凹陷等均為古新世箕狀斷陷；東部坳陷帶西湖凹陷始新統(tǒng)寶石組、平湖組地層之下被深埋的老地層雖無鉆井揭示，但推斷存在分隔性較強的古新世—中始新世陸緣斷陷，主要有以下證據(jù)：①西部斜坡帶平北區(qū)基底揭示了1套與西部坳陷帶麗水凹陷年代相似的晚白堊世火山沉積巖系，證實為古新世前初始斷陷產(chǎn)物；②西部斜坡帶平北區(qū)控制火山沉積巖的反向斷層呈NE向，為古新世—中始新世NW—SE向伸展斷陷的產(chǎn)物；③西部斜坡帶杭州、天臺等區(qū)前寶石組地層與西部坳陷帶的金山凹陷、錢塘凹陷古新統(tǒng)地層在地震剖面上可連續(xù)追蹤；④中央洼陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶平湖組以下地層具多沉積中心，起控制作用的基底北東向斷裂具分段性。此外，地震剖面上西湖凹陷與釣魚島隆褶帶之間更多地表現(xiàn)為地層與巖體邊界(圖4)，釣魚島隆褶帶內(nèi)殘留地層反射特征與西湖凹陷乃至更西側(cè)的西部坳陷帶古新統(tǒng)地層相似，據(jù)此推斷西湖凹陷古新世—中始新世斷陷盆地分布范圍廣，可延伸至現(xiàn)今的釣魚島隆褶帶內(nèi)。

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

2) 晚始新世：陸緣整體型斷-拗轉(zhuǎn)換盆地。晚始新世盆地伸展方向調(diào)整為NWW—SEE向，并在原有NE向斷裂基礎(chǔ)上開始發(fā)育NNE向斷裂。受伸展擴張中心向東遷移影響，盆地西部坳陷帶、中央隆起帶整體擠壓抬升，形成穩(wěn)定地貌高地；東部坳陷帶西湖凹陷范圍內(nèi)的古新世局部隆起則開始整體下陷，早期分隔斷陷開始相互連通，形成整體東斷西超的巨型凹陷。凹陷西部斜坡帶內(nèi)持續(xù)發(fā)育的基底大斷裂生長指數(shù)研究顯示，上始新統(tǒng)平湖組明顯小于平湖組以下地層，并逐步接近于1，總體反映西湖凹陷陸緣斷陷整體擴張背景下斷陷強度明顯減弱，具有斷-拗轉(zhuǎn)換特征。

3) 漸新世：陸緣大型拗陷盆地。始新世末期在經(jīng)歷強烈的玉泉運動作用后，西湖凹陷范圍內(nèi)伸展作用完全結(jié)束，整體進入拗陷演變階段，斷裂活動明顯減弱，僅有部分一級、二級控帶斷裂持續(xù)發(fā)育，控制凹陷由邊緣隆起向中心逐級下掉，形成拗陷背景下的多級階地。

4) 中新世：陸緣壓陷萎縮盆地。漸新世末盆地東緣隆起褶皺抬升，伴隨強烈?guī)r漿增生，導(dǎo)致一部分西湖凹陷東部的斷陷-拗陷地層經(jīng)受剝蝕，盆地范圍向西收縮(圖4)。進入中新世，東側(cè)擠壓作用逐步向西增強，影響到西湖凹陷中央洼陷帶，誘發(fā)擠壓背景下的差異升降運動，形成巨型反轉(zhuǎn)背斜帶。在中央背斜帶以東表現(xiàn)為強烈的地層抬升及褶皺撓曲；在中央背斜帶以西則主要表現(xiàn)為擠壓下陷背景下的巨厚中新統(tǒng)沉積，在凹陷北段表現(xiàn)尤為顯著。

4 勘探啟示

西湖凹陷是在伸展斷陷盆地基礎(chǔ)上發(fā)育的疊合盆地，可在考慮特殊地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，充分借鑒我國東部地區(qū)類似斷陷盆地，分析盆地類型對油氣勘探的指示意義。

1) 對于斷陷盆地而言，沉降幅度越大、斷陷持續(xù)越久，烴源巖發(fā)育規(guī)模也越大。西湖凹陷鉆井證實，始新統(tǒng)平湖組煤系為主要烴源巖，花港組及平湖組以下為次要烴源巖。平湖組沉積期盆地類型為陸緣整體型斷-拗轉(zhuǎn)換盆地，相對于早期分隔型斷陷，盆地范圍擴大，斷陷作用減弱，導(dǎo)致沉積地層分布廣、沉積水體整體較淺，易發(fā)育廣覆式分布的煤系，初步推斷西湖凹陷平湖組煤系烴源巖分布面積占凹陷總面積比例接近80%，這種持續(xù)時間相對較久的斷-拗轉(zhuǎn)換作用奠定了西湖凹陷富烴洼陷的基礎(chǔ)。

2) 斷裂是斷陷盆地油氣運移主要通道，斷裂活動越強，越利于油氣垂向運移。流體包裹體資料證實，西湖凹陷大規(guī)模油氣成藏期主要為中新世末—上新世，具有典型的晚期成藏特征。始新世末期—漸新世，中國東部早期斷陷多進入拗陷盆地發(fā)育階段，斷裂活動逐步停止，不利于油氣運移。但由于西湖凹陷處于東亞活動陸緣更靠東的位置，漸新世以來受菲律賓海板塊俯沖溝-弧-盆體系影響，凹陷迅速進入活動性較強的壓陷萎縮盆地發(fā)育階段，深部早期正斷層刺穿上覆花港組發(fā)生顯著的后期活化，并控制了背斜褶皺發(fā)育，為油氣晚期大規(guī)模運移、聚集創(chuàng)造了有利條件。

3) 中新世末—上新世西湖凹陷盆地壓陷萎縮過程中，東側(cè)鄰近的沖繩海槽盆地正處于弧后盆地擴張階段，強烈的拉張作用伴隨廣泛的火山活動。在這一背景下，西湖凹陷地溫亦有逐步增高的趨勢，加速了烴源巖的成熟，良好溫壓條件保證了油氣運移的高效性。同時，相對于弧后盆地，西湖凹陷盆緣火山作用總體較弱，亦有利于晚期油氣藏的保存。