王 欣，李 峰，沈 嬌，朱石磊，祁 鵬

（中海油研究總院有限責任公司，北京 100028）

東海陸架盆地西湖凹陷西部斜坡帶一直是油氣勘探熱點地區(qū)。西部斜坡帶可劃分為北部的杭州斜坡帶、中部的平湖斜坡帶和南部的天臺斜坡帶，其中平湖斜坡帶的相關(guān)研究程度較高［1-5］，但對平湖組沉積環(huán)境的認識存在不同看法。蔣一鳴等認為古近系始新統(tǒng)平湖組主要發(fā)育陸相沉積，局部區(qū)域受潮汐影響［2］；吳嘉鵬等認為平湖組主要發(fā)育潮坪、潮控三角洲和局限海沉積［3-4］；周瑞琦等則認為平湖組主要發(fā)育三角洲—淺海沉積體系［5］。以上研究多針對西部斜坡帶中部的平湖斜坡帶，而隨著勘探領(lǐng)域的拓展，北部的杭州斜坡帶已成為增儲上產(chǎn)的重點地區(qū)，但由于其平湖組埋藏深（普遍大于3 500 m）、鉆井相對較少、勘探風險高等因素，勘探程度較低，嚴重制約了西部斜坡帶北部的整體研究。為此，筆者基于研究區(qū)5 口井的錄井、測井、地震等資料，總結(jié)杭州斜坡帶平湖組各段的沉積體系展布特征及演化規(guī)律，以期為杭州斜坡帶的勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東海陸架盆地位于歐亞板塊東南緣，是發(fā)育在華南板塊與揚子克拉通之上的中—新生代疊合盆地［6-8］，呈NE 向展布，長度約為1 150 km，寬度約為90～300 km，總面積約為25×104km2。西湖凹陷位于東海陸架盆地浙東坳陷東部，東與釣魚島隆褶帶毗鄰，西以虎皮礁、海礁、漁山隆起為界，北與福江凹陷相接，南臨釣北凹陷，是東海陸架盆地最大的三級構(gòu)造單元，面積約為5.18×104km2（圖1a）。其地質(zhì)結(jié)構(gòu)總體上表現(xiàn)為在張性背景下發(fā)育的復雜半地塹，歷經(jīng)早白堊世—始新世斷陷期、漸新世—中新世拗陷期和上新世—第四紀區(qū)域沉降期3 個階段［9-11］，發(fā)生了8次構(gòu)造運動即基隆運動、雁蕩運動、甌江運動、平湖運動、玉泉運動、花港運動、龍井運動和沖繩運動。自下而上發(fā)育中生界石門潭組，古近系八角亭組、寶石組、平湖組、花港組，新近系龍井組、玉泉組、柳浪組、三潭組和第四系東海群（圖1b）。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造區(qū)劃及地層綜合柱狀圖Fig.1 Tectonic division and stratigraphic histogram of Xihu Sag

古近紀始新世晚期東海陸架盆地迅速拉張斷陷，西湖凹陷發(fā)生廣泛海侵，同沉積斷裂活動控制了沉積分布，形成了西薄東厚的平湖組，厚度約為500～1 500 m，主要巖性為灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與粉-細砂巖、細砂巖、含礫細砂巖互層，局部發(fā)育多層煤?？傮w表現(xiàn)為受潮汐影響的海陸過渡相沉積。

2 沉積體系類型及特征

根據(jù)巖心觀察、沉積環(huán)境分析、巖性組合劃分及測井相、地震相等資料，杭州斜坡帶平湖組主要發(fā)育障壁海岸和三角洲沉積體系。

2.1 沉積環(huán)境分析

相似的沉積特征可形成于多種沉積環(huán)境，因此沉積環(huán)境分析對沉積體系類型的厘定具有指示意義［12-13］。研究區(qū)構(gòu)造背景以及古生物和古鹽度等特征表明，平湖組形成于半封閉海灣環(huán)境，屬于海陸過渡沉積體系，主要沉積障壁海岸潮坪-潟湖和受潮汐影響的三角洲。

2.1.1 古生物特征

古生物分析既有助于判定沉積環(huán)境［14］，又是區(qū)分海相和陸相地層的依據(jù)，通常用有孔蟲和介形類的不同屬種及組合來協(xié)助識別海陸過渡相。在半咸水盆地中，由于海水和淡水的互相影響，沉積環(huán)境發(fā)生改變，有孔蟲的分布也復雜多變。利用有孔蟲分析沉積環(huán)境可參考對現(xiàn)代沉積的研究，認為有孔蟲在河口處的分布受鹽度控制［15-16］，與半咸水潟湖中的有孔蟲一樣存在屬種單調(diào)的特征。同有孔蟲類似，在海陸過渡相中發(fā)育的介形類也存在典型屬種與多種組合［17-19］。

結(jié)合研究區(qū)A3井古生物資料，平湖組五段和四段發(fā)育土星介屬Ilyocypris和美星介屬Cyprinotus，分別代表淡水湖和潟湖-河口灣的沉積環(huán)境；平湖組三段和二段發(fā)育串球蟲Globulifera和抱球蟲Globigerinids，分別代表河口灣-半咸水潟湖和三角洲前緣的沉積環(huán)境，由此表明平湖組沉積時期杭州斜坡帶為接受海侵的海陸過渡相沉積環(huán)境。

2.1.2 古鹽度特征

微量元素分析可判別沉積環(huán)境，利用微量元素比值法確定研究區(qū)平湖組水體古鹽度為3.0‰～9.6‰（表1），按照國際湖沼協(xié)會水體古鹽度劃分標準［20］，屬于少—中鹽水。Sr/Cu 值常用來判斷古氣候，該值為1～10時指示溫濕氣候，大于10時指示干熱氣候［21］。統(tǒng)計西湖凹陷已有鉆井的微量元素，結(jié)果顯示平湖組沉積時期古氣候為溫濕氣候，該氣候有利于形成潟湖環(huán)境以及相伴生的煤層［22-26］。

表1 西湖凹陷平湖組水體古鹽度Table1 Paleosalinity of water bodies of Pinghu Formation in Xihu Sag ‰

2.1.3 海平面變化特征

將研究區(qū)地震數(shù)據(jù)進行高分辨率層序自動追蹤并轉(zhuǎn)換成Wheeler 域界面，可在平湖組內(nèi)部識別出多期連續(xù)上超界面，揭示了海平面漲落對沉積物記錄的影響（圖2），而海平面頻繁漲落是形成潮汐作用和潮坪環(huán)境的關(guān)鍵因素。

圖2 西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組海侵特征Fig.2 Transgressive characteristics of Pinghu Formation in Hangzhou slope belt，Xihu Sag

2.2 障壁海岸沉積體系

障壁海岸是一個綜合的沉積體系，其亞相類型豐富，水動力方式特殊且以潮汐作用為主［27-31］。研究區(qū)平湖組發(fā)育的障壁海岸沉積體系包括潮坪、潟湖和濱淺海亞相等，其中潮坪亞相分布廣泛。潮坪亞相又分為潮上帶、潮間帶和潮下帶3個部分，且以潮間帶為主。潮間帶由于潮汐作用水位周期性變化形成潮流，潮流的運動和沖刷作用使潮坪亞相發(fā)育豐富的沉積構(gòu)造。本文主要對潮坪亞相進行研究。

2.2.1 沉積構(gòu)造

研究區(qū)A1和A2井巖心照片顯示平湖組五段及二段發(fā)育典型潮坪層理（圖3a—3d）。A1 井深度4 341.05～4 341.8 m 可見壓扁層理、透鏡狀層理和波狀層理等過渡性層理。過渡性層理是砂、泥沉積中的一種復合型層理，表明沉積過程中水流活動期與停滯期交替出現(xiàn)。當水動力較強時，砂質(zhì)沉積有利于保存并形成砂多泥少的壓扁層理；當水動力較弱時，泥質(zhì)沉積有利于保存并形成透鏡狀層理；波狀層理是壓扁層理與透鏡狀層理間的過渡類型，表現(xiàn)為砂、泥互層呈對稱或不對稱的波狀。同時平湖組還見沖刷泥礫、泥礫、蟲孔和蟲跡等輔助反映潮坪環(huán)境的沉積構(gòu)造（圖3e—3h）。A1 井深度4 341.45 m可見沖刷泥礫，呈高角度定向排列，顏色為紅色、紅褐色等氧化色，推測是潮上帶泥巖被打碎后再沉積形成沖刷面，沖刷面之上發(fā)育灰白色細砂巖。豐富的蟲孔、蟲跡及少量生物碎片多見于棕色、灰色泥質(zhì)沉積中，反映生物擾動現(xiàn)象較強烈。

2.2.2 巖電特征

研究區(qū)A1井平湖組五段和A2井平湖組二段發(fā)育典型潮坪亞相，沉積物表現(xiàn)為砂、泥巖混層，其中砂巖粒度較細，以細砂巖和粉砂巖為主，偶見薄層中砂巖，而泥巖顏色呈灰色，巖性組合為細砂巖與粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖的頻繁交互且多發(fā)育煤層。自然伽馬曲線呈多個間斷正韻律，形態(tài)表現(xiàn)為鐘型和指型的疊加。以上現(xiàn)象反映了以潮汐作用為主的水動力條件下砂、泥巖互層的沉積特征。

2.2.3 微相類型

依據(jù)不同巖性組合及沉積構(gòu)造，潮坪亞相可劃分為潮道、泥坪、砂坪和混合坪4種微相（圖4），其特征各不相同。

潮道微相 主要位于潮下高能帶，A1 和A2 井均有發(fā)育。A1 井平湖組五段的潮道沉積表現(xiàn)為沖刷面構(gòu)造，巖性為灰白色細砂巖，分選較好，底部發(fā)育沖刷泥礫；A2井平湖組二段的潮道沉積表現(xiàn)為灰白色細砂巖，砂巖較潔凈，內(nèi)部發(fā)育平行層理及高角度交錯層理，反映了較強的水動力環(huán)境，局部發(fā)育小型砂紋層理。2 口井的自然伽馬曲線均表現(xiàn)為微齒化箱型的特征。

泥坪微相 位于平均高潮線附近，A2井平湖組二段發(fā)育泥坪微相，巖性主要為灰色泥巖，可見代表弱水動力環(huán)境的水平紋層，局部夾有薄層粉砂巖并形成小型透鏡狀層理，內(nèi)部常見蟲孔及蟲跡等生物擾動現(xiàn)象。自然伽馬曲線表現(xiàn)較為平直。

砂坪微相 位于潮間帶的平均低潮線附近，巖性主要為灰白色細砂巖，砂巖中常見的高角度交錯層理反映出高能環(huán)境，自然伽馬曲線表現(xiàn)為鐘型。

混合坪微相 位于砂坪和泥坪微相之間的砂、泥混合沉積帶，A1 井平湖組五段發(fā)育混合坪微相，巖性為典型的砂、泥巖薄互層，砂質(zhì)沉積以細-粉砂巖為主，泥質(zhì)沉積主要為深灰色泥巖，混合沉積帶內(nèi)部發(fā)育典型潮坪層理如壓扁層理、透鏡狀層理及波狀層理，這3 種層理伴生出現(xiàn)表明水動力環(huán)境復雜。自然伽馬曲線表現(xiàn)為鋸齒狀。

2.3 三角洲沉積體系

三角洲沉積體系是河流推進至穩(wěn)定水體形成的過渡相沉積，以三角洲前積作用為特征形成連片的厚層砂體。研究區(qū)平湖組三段發(fā)育典型三角洲沉積體系，并以三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相為主。

2.3.1 三角洲平原亞相

研究區(qū)發(fā)育的三角洲平原亞相主要由分流河道和分流間灣微相組成。A4 井平湖組三段發(fā)育代表分流河道微相的典型沖刷面構(gòu)造及下粗上細的間斷性正韻律（圖5a—5c），沖刷面上的沉積物粒度比下伏沉積物粗。深度4 200 m 處沖刷面的礫石分選差，磨圓度為中等—差，反映了較強的河流侵蝕作用。交錯層理、變形層理和壓扁層理也反映了平湖組沉積時期受到潮汐影響且水動力環(huán)境復雜（圖5d—5f）。

圖5 西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組三角洲平原亞相典型沉積構(gòu)造Fig.5 Typical sedimentary structures of delta plain subfacies of Pinghu Formation in Hangzhou slope belt，Xihu Sag

2.3.2 三角洲前緣亞相

三角洲前緣亞相為三角洲沉積體系的水下部分，水動力較強，沉積物構(gòu)成三角洲砂體的主體。研究區(qū)三角洲前緣亞相主要發(fā)育水下分流河道及河口壩微相，沉積特征顯著。

A4 井平湖組三段下部發(fā)育的水下分流河道微相為三角洲平原亞相分流河道微相的水下延伸，其巖性主要為含礫細砂巖、細砂巖及粉砂巖，整體向上粒度變細，砂體厚度變小，表現(xiàn)為下粗上細的正韻律特征（圖6）。

圖6 西湖凹陷杭州斜坡帶A4井平湖組單井沉積相Fig.6 Single-well sedimentary facies of Pinghu Formation of Well A4 in Hangzhou slope belt，Xihu Sag

A4 井平湖組三段下部發(fā)育的河口壩微相位于水下分流河道微相的河口處，巖性為細砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖互層，具有下細上粗的反韻律特征，厚度為26 m；自然伽馬曲線表現(xiàn)為漏斗型。河口壩微相隨三角洲相不斷向前推進覆蓋在泥質(zhì)沉積之上，地震剖面上表現(xiàn)為典型順物源方向的前積反射（圖7a）和垂直物源、斜交物源方向的雙向下超丘型體（圖7b）。

圖7 西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組三角洲前緣亞相地震反射特征Fig.7 Seismic reflection characteristics of delta front subfacies of Pinghu Formation in Hangzhou slope belt，Xihu Sag

3 地震相特征

3.1 地震相類型

地震相時空演化可反映盆地沉積演化特征［32］。通過辨認不同地震反射單元的外部形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、振幅、連續(xù)性和頻率，平湖組內(nèi)部可識別出平行-亞平行席狀地震相、前積地震相、丘狀地震相、下切透鏡體地震相、雜亂反射地震相等類型，并推測了沉積相與地震相的對應(yīng)關(guān)系（表2）。

表2 西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組沉積相及地震相對應(yīng)關(guān)系Table2 Corresponding relationships of sedimentary facies with seismic facies of Pinghu Formation in Hangzhou slope belt，Xihu Sag

平行-亞平行席狀地震相 表現(xiàn)為一組反射同相軸相互平行或近于平行，振幅多為中等至強，連續(xù)性為中等至強。研究區(qū)平湖組各段均能識別出平行-亞平行席狀地震相，區(qū)別僅為振幅和連續(xù)性不同。依據(jù)平行-亞平行席狀地震相的不同地震反射特征及發(fā)育位置，結(jié)合沉積環(huán)境可推測研究區(qū)發(fā)育不同沉積相類型。

前積地震相 表現(xiàn)為一組反射同相軸以切線或一定角度與上覆或下伏水平反射同相軸相接觸的反射特征，振幅一般為中等，連續(xù)性為中等或中等至差。前積反射代表了沉積物向湖盆或海盆方向推進。由于前積地震相具有獨特的反射結(jié)構(gòu)和明確的地質(zhì)指向性，因此可作為特殊地震相來研究。研究區(qū)發(fā)育的前積地震相主要位于杭州斜坡帶西部邊緣地區(qū)，其中A4 和A5 井平湖組發(fā)育明顯的前積地震相，振幅為中等至弱，為良好的三角洲前緣亞相沉積響應(yīng)。

丘狀地震相 反射特征明顯，振幅一般為中等，連續(xù)性為中等至差。研究區(qū)西部邊緣發(fā)育的丘狀地震相內(nèi)部可識別出雙向下超，通常為前積體在橫切物源方向上的反射特征。

下切透鏡體地震相 外部形態(tài)顯著，一般呈頂平底凹，振幅一般為中等，連續(xù)性為中等至差。研究區(qū)識別出的下切透鏡體地震相多分布在杭州斜坡帶北部邊緣斜交物源方向的地震剖面上，反映了陸源碎屑的輸入通道。

雜亂反射地震相 同相軸振幅變化大、連續(xù)性較差、結(jié)構(gòu)雜亂，難以識別。研究區(qū)北部深洼區(qū)邊緣發(fā)育雜亂反射地震相，結(jié)合該區(qū)古環(huán)境等信息，推測為障壁島沉積。

3.2 地震相分布

西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組發(fā)育的多種地震相類型主要受物源供給及海平面升降的影響，在平湖組內(nèi)部展布具有繼承性（圖8）。

圖8 西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組地震剖面及沉積充填Fig.8 Seismic profile and sedimentary filling of Pinghu Formation in Hangzhou slope belt，Xihu Sag

平湖組五段 地震相整體呈現(xiàn)中等至強振幅、中等至強連續(xù)的平行-亞平行反射特征。杭州斜坡帶中部地區(qū)NW 向地震剖面顯示平湖組五段發(fā)育明顯的前積地震相；東部地區(qū)的凹陷中央部位發(fā)育中等振幅、強連續(xù)的平行-亞平行席狀地震相，可指示潮坪-潟湖沉積［29-30］。

平湖組四段 主要發(fā)育前積地震相、下切透鏡體地震相、丘狀地震相及中等振幅、中等連續(xù)亞平行席狀地震相。杭州斜坡帶中部地區(qū)NW 向地震剖面上可見清晰的低角度前積反射，反映了NW 向來源的沉積物供給；邊緣地區(qū)斜交物源方向上的地震剖面上顯示多個下切透鏡體，反映了沿邊緣存在多個碎屑輸入通道；西部地區(qū)垂直物源方向的地震剖面可見雙向下超的丘狀地震相，表明平湖組四段沉積時期存在西側(cè)方向來源的三角洲沉積；東部地區(qū)的凹陷中央部位發(fā)育的強振幅、強連續(xù)平行-亞平行席狀地震相指示了潮坪-潟湖沉積。

平湖組三段 地震反射特征表現(xiàn)為中等至強振幅、中等至強連續(xù)的平行-亞平行反射。該層段中部向西超覆減薄，靠近杭州斜坡帶高部位表現(xiàn)為中等振幅、差連續(xù)的地震反射特征；任意線地震剖面顯示北部地區(qū)也可識別出S 形斜交前積反射，說明平湖組三段沉積時期研究區(qū)也存在偏北側(cè)方向的物源；靠近東部地區(qū)的凹陷區(qū)則主要發(fā)育強振幅、強連續(xù)的平行-亞平行席狀地震相，反映沉積環(huán)境穩(wěn)定，推測為低能條件下的潟湖沉積。

平湖組二段至一段 發(fā)育多種地震相類型，見有前積地震相、平行-亞平行席狀地震相、下切透鏡體地震相等，總體表現(xiàn)為中等至弱振幅、中等連續(xù)亞平行反射特征。其中靠近杭州斜坡帶高部位見S形斜交前積反射和下切透鏡體，反映了三角洲沉積特征；東部地區(qū)的凹陷區(qū)則可見強振幅、中等至強連續(xù)的平行-亞平行反射，反映了潮坪-潟湖沉積特征；邊緣地區(qū)由西向東的沉積環(huán)境為受潮汐影響的三角洲沉積體系到障壁海岸沉積體系的過渡。

4 沉積體系展布及演化

基于沉積環(huán)境分析及單井相、地震相等研究，總結(jié)了研究區(qū)平湖組各段的沉積體系展布規(guī)律，再現(xiàn)了其演化過程。

西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組沉積充填分3個階段，在平湖組五段至一段沉積時期表現(xiàn)為三角洲-潮坪-三角洲的沉積特征。三角洲沉積體系主要分布于杭州斜坡帶西部邊緣地區(qū)、北部及凹陷中央部位，潮坪亞相在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布。

平湖組五段沉積時期 西湖凹陷處于斷陷階段，整個凹陷呈現(xiàn)隆凹相間的構(gòu)造格局，河流攜帶大量粗碎屑沉積物從西向東沿杭州斜坡帶入海形成三角洲沉積（圖9a）。充足的物源供給使三角洲朵體呈現(xiàn)連片分布。

平湖組四段沉積時期 杭州斜坡帶經(jīng)過了平湖組五段沉積物的充填，地勢趨于平緩。來自西向和NW 向的物源繼承性供給，在西部邊緣地區(qū)發(fā)育三角洲（圖9b）。研究區(qū)A3 井平湖組四段深灰色泥巖表明沉積水體逐漸加深，同時砂體展布范圍略有收縮，三角洲朵體后退呈現(xiàn)分割狀態(tài)。東部地區(qū)的凹陷區(qū)潟湖發(fā)育規(guī)模增加。

圖9 西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組沉積體系展布Fig.9 Distribution of sedimentary system of Pinghu Formation in Hangzhou slope belt，Xihu Sag

平湖組三段沉積時期 西湖凹陷處于穩(wěn)定沉降階段，經(jīng)歷了平湖組四段沉積時期海平面不斷上升階段之后，平湖組三段沉積時期進入海平面緩慢下降階段，總體上沉積相分布格局繼承了平湖組四段，杭州斜坡帶接受來自西向和偏北向物源的供給，在西部邊緣地區(qū)發(fā)育三角洲（圖9c）。該時期三角洲有向凹陷中央部位緩慢擴張的趨勢，尤其三角洲平原沉積向前推進明顯。東部地區(qū)的凹陷區(qū)發(fā)育的潟湖規(guī)模相較于平湖組四段沉積時期有所減小。

平湖組二段至一段沉積時期 西湖凹陷整體處于構(gòu)造抬升末期，開始進入斷拗轉(zhuǎn)換期，杭州斜坡帶強烈隆升并遭受強烈剝蝕，剝蝕作用帶來充沛碎屑，而填平補齊作用使研究區(qū)整體地勢平緩。該時期研究區(qū)持續(xù)水退，海平面下降，杭州斜坡帶接受西向和偏北向的物源，發(fā)育大規(guī)模三角洲沉積（圖9d）。同時三角洲沉積分布范圍進一步擴大，而潮坪-潟湖沉積分布范圍進一步縮小，濱淺海沉積大幅減小并消退。

5 結(jié)論

西湖凹陷杭州斜坡帶平湖組形成于溫濕氣候的半封閉海灣環(huán)境，發(fā)育三角洲和障壁海岸沉積體系。平湖組在縱向上經(jīng)歷了完整的海侵—海退過程，平湖組五段沉積時期三角洲連片展布；平湖組四段沉積時期三角洲繼承性發(fā)育，潮坪規(guī)模最大，為海侵階段；平湖組三段沉積時期，三角洲向凹陷中央緩慢擴張；平湖組二段至一段沉積時期三角洲大面積發(fā)育，為海退階段。