西湖凹陷平湖组物源分析

吴嘉鹏张 兰万丽芬赵千慧杨彩虹王英民

（1中国石油集团长城钻探工程有限公司解释研究中心；2中海石油（中国）有限公司上海分公司；3中国石化上海海洋油气分公司研究院；4中国石油天然气管道局国际事业部；5浙江大学海洋学院）

西湖凹陷平湖组物源分析

吴嘉鹏1张 兰2万丽芬3赵千慧4杨彩虹3王英民5

（1中国石油集团长城钻探工程有限公司解释研究中心；2中海石油（中国）有限公司上海分公司；3中国石化上海海洋油气分公司研究院；4中国石油天然气管道局国际事业部；5浙江大学海洋学院）

西湖凹陷平湖组是否存在东侧物源存在争议，东侧物源的确定对油气勘探意义重大。综合利用钻井、地震、分析化验等资料，分析西湖凹陷平湖组沉积物的重矿物ZTR指数、砂岩类型、岩屑组分、砂岩百分含量以及地震相、同沉积构造特征等，发现平湖组沉积物的陆源重矿物ZTR指数及砂岩成分成熟度呈“凹陷两侧低、中间高”的特征，自生重矿物菱铁矿及砂岩百分含量则呈“凹陷两侧高、中间低”分布；由地震反射特征可知，平湖组存在明显的盆地边缘杂乱反射及指示东侧物源存在的前积反射构型；而且平湖组中晚期生长背斜的存在，从构造应力方面进一步印证了平湖组沉积时期东部隆褶带的存在。综合以上研究，认为东部隆褶带在平湖组沉积期就已经隆起并作为西湖凹陷的东侧物源，西湖凹陷中东部深层平湖组具有良好的油气勘探前景。

平湖组；物源分析；ZTR指数；地震相；西湖凹陷

西湖凹陷为东海陆架盆地重要的含油气凹陷，其中平湖组是该凹陷内重要的勘探目的层段。但平湖组的油气发现，多集中于凹陷西部斜坡带，凹陷中东部深层平湖组是否具有油气资源前景与潜力，是亟待考虑的问题。前人结合钻测井、二维地震、三维地震、古生物等多种分析化验资料，多认为西湖凹陷平湖组为半封闭海湾沉积[1-4]，即在平湖组沉积时，西湖凹陷东侧存在古隆起，与凹陷西部凸起等共同构成西湖凹陷的两侧地貌凸起屏障，形成了平湖组的半封闭海湾环境；但是也有前人[5-6]认为在平湖组沉积时期，东部隆褶带是不存在的，对东部隆褶带的演化机制存在多种观点[7-8]。该争议的存在，对于西湖凹陷平湖组沉积体系的认识及油气勘探具有重要影响。若平湖组沉积时期东侧物源不存在，则凹陷东侧由于相对远离西侧物源区，很可能为无砂、少砂区域；相反，若东部隆褶带形成时期早于平湖组沉积初期，则凹陷东侧构造由于靠近东侧物源区，可能转变为富砂区域。因此西湖凹陷平湖组物源情况的判断，对于油气勘探的部署及决策具有不可忽视的影响。本文结合重矿物、岩石组分、地震相等多方面的资料，认为西湖凹陷平湖组沉积时期存在东侧物源，该时期东部隆褶带已经形成并接受后期改造。

1 区域地质概况

西湖凹陷为东海陆架盆地东部坳陷中北部的含油气凹陷，北缘为福江凹陷，南与钓北凹陷相接（图1）[9-11]。西湖凹陷从西向东可大体分为西部斜坡带、中部反转构造带及东部断阶带3个构造单元（图1）。西湖凹陷总面积逾5×104km2，并且沉积了花港组（T4—

2T3

平湖组主要发育于中—晚始新世，并且该时期西湖凹陷总体上处于海退，其沉积地层的岩性以灰质泥岩为主，夹有灰质粉—细砂岩、砂岩。平湖组下段主要以薄层砂泥互层为主，平湖组上段及中段的砂体相对下段厚，是西湖凹陷的主力储层；同时，在平湖组中上段发育多层厚度薄、分布范围局限的沥青质煤层，是西湖凹陷的主力烃源岩[9]。平湖组富含有孔虫、沟鞭藻、钙质超微化石等海相古生物，但也有轮藻、瓣鳃类等淡水湖相古生物存在，说明平湖组发育期水体环境为半咸水环境，主要为半封闭海湾沉积[1-5]。

图1 西湖凹陷区域构造图

2 平湖组物源分析

2.1 平湖组重矿物分析

沉积碎屑岩中含有多种矿物，其中相对密度大于2.86的矿物称之为重矿物。根据重矿物的成因，可以分为陆源重矿物与自生重矿物。重矿物含量及分布规律等方面的研究，对于分析母岩区位置、沉积物搬运及物源方向等，具有重要意义[10-11]。

2.1.1陆源重矿物

重矿物的稳定系数为稳定型重矿物与不稳定型重矿物的比值，其中ZTR指数是指锆石、电气石和金红石组成的透明矿物组分在所有重矿物中的百分含量，是研究矿物物源的一个重要参数。沉积物搬运脱离母岩区，随着搬运距离的增加，稳定重矿物的含量越来越高，不稳定重矿物会逐渐减少，ZTR指数逐步增加。

由西湖凹陷平湖组陆源重矿物ZTR指数平面分布图（图2）可知，凹陷中部D-1等井区为ZTR指数较高的区域，即越靠近凹陷中央，ZTR指数越高。ZTR指数值较低的区域，一个是位于凹陷西部斜坡带北端的K、B等井区；另一个是位于凹陷东北角及凹陷东南侧的M-3、F-1等井区(图2）。由凹陷中央ZTR指数高及凹陷两侧ZTR指数低的平面分布规律可知，西湖凹陷在平湖组沉积时期为双向物源：①ZTR指数由凹陷西侧向凹陷中央位置逐步增大，表明凹陷存在西部物源，沉积物由西部凸起向凹陷中央搬运；②M-3、F-1等井区靠近凹陷东南部处ZTR指数均很低，并逐步向凹陷中部增加（图2），表明凹陷东南部存在一个短轴物源；凹陷东北部H-1井ZTR指数低值区的存在，表明凹陷东北部在平湖组沉积时期很可能存在一个长轴物源（图2），本文统称为东侧物源。

图2 西湖凹陷平湖组陆源重矿物ZTR指数平面分布图

2.1.2 自生重矿物

基因驱动可以将特定基因遗传给99%的后代，常规基因的遗传率则只有50%。利用基因驱动将“自毁基因”（不育基因）引入蚊子的DNA中并遗传下去，就能让蚊子绝育。奥斯汀·伯特的团队已经将dsxFCRISPRh等位基因引入冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）体内，获得了前所未有的结果，在实验室中让这一蚊子种群完全崩溃，达到了“种族灭绝”的目标。

自生重矿物菱铁矿的生成，必须有二价铁离子，通常在氧化条件下，二价铁很容易氧化为三价铁，因此菱铁矿通常形成于水体相对较深、具有还原或弱还原条件的沉积环境中[12-13]，可以通过菱铁矿的鉴定及分布情况，分析汇水区的位置[13-14]。菱铁矿结核多出现在三角洲前缘远端以及水下分流河道等位置，在河口附近和距河口不远的水动力条件较弱的环境中，也易于发生沉积[15]。

由西湖凹陷平湖组菱铁矿含量平面分布图（图3）可知，西湖凹陷平湖组菱铁矿含量存在3个相对高值区域。其中数值最高的为D-1井区，菱铁矿含量为93.19%，另外两个高值区为凹陷西北角的L-1井区及P-1井区(图3)。由西湖凹陷平湖组菱铁矿含量平面分布特征及前人研究成果可以推测，平湖组沉积时期西湖凹陷至少存在3个古河口，分别为凹陷西侧的L-1、P-1井区及凹陷东侧D-1井区。尤其是东侧古河口的存在，是凹陷东侧物源存在的有力证据。

图3 西湖凹陷平湖组菱铁矿含量平面分布图

2.2 平湖组砂岩类型平面展布规律

由于沉积物在搬运过程中遭受破裂与分选等作用，沉积岩的成分成熟度一定程度上可以反映距离物源区的远近，平面上不同位置处不同成熟度沉积岩类型的变化，也可以大体反映当时的物源所在位置及沉积物搬运方向。前人在其他地区多次利用砂岩类型及其分布进行物源、构造演化等分析，例如张道锋等[16]利用砂岩类型及其分布，发现石英含量的变化反映了物源区基底的风化程度和碎屑供应速率等的变化；李明瑞等[17]通过对砂岩分布规律进行探讨发现，沉积物搬运距离越远，石英砂岩越发育；杨明慧等[18]发现不同层位砂岩类型的转变是由于物源区的转变。

由于西湖凹陷钻遇平湖组的井位分布极不均匀，基本位于西部斜坡带，因此为方便确定西湖凹陷的物源方向，选取钻遇平湖组上段的井，作砂岩类型平面分布图(图4)。西部斜坡带靠近西部凸起物源区的B-3井、K-4井、K-5井及P-1井等井位处，均为长石质岩屑砂岩；而在相对靠近凹陷中心的Q-2井处，平湖组上段的砂岩类型则转变为相对成分成熟度较高的岩屑质长石砂岩。这表明随着距离物源区的变远，平湖组上段的砂岩类型逐步由长石质岩屑砂岩转变为岩屑质长石砂岩。

在西湖凹陷东部，更靠近凹陷边缘的M-2井、M-5井等的平湖组上段的砂岩类型为长石质岩屑砂岩；D-2井平湖组上段的砂岩成分成熟度变高，为岩屑质长石砂岩。而在距离凹陷东部边界较远的F地区，F-1井及F-2井平湖组上段的砂岩类型则转变为成熟度极高的岩屑质石英砂岩(图4)。这表明沉积物由东侧隆起区向凹陷内部搬运，砂岩的成分成熟度逐步增高。

图4 平湖组上段砂岩类型平面展布图

因此，按照平湖组上段砂岩类型的平面展布规律推测，西湖凹陷平湖组存在东侧物源，两侧物源同时向凹陷提供并搬运沉积物，从而使得凹陷内的砂岩成分成熟度呈现“两侧低、中间高”的特征。

2.3 岩屑组分类型

沉积岩组分中的岩屑类型与含量是反映物源区岩性、风化作用程度与类型，以及距离物源区远近等的良好识别标志，是判断物源区方向、沉积岩物源区母岩性质最直观明确的证据[19]。来自不同物源区的岩屑，其岩屑类型和相对含量必然存在差异[20]。通过对碎屑组分中的岩屑类型及含量等进行分析，可以得到有关物源和母岩性质等直接信息[21]。常见的岩屑类型有火山岩岩屑、沉积岩岩屑和变质岩岩屑[19]。杨锐等[20]对鄂尔多斯盆地西南部不同地区上古生界盒8段岩屑含量进行分析，说明南北部沉积体物源不同。杨华等[22]通过对岩屑含量的分析，发现延长组长8砂岩上下物源性质发生明显变化。李云等[23]利用碎屑组分变化，分析了南海北部渐新世/中新世的物源突变事件。

总结前人关于西湖凹陷花港组的研究成果[5,24]，西湖凹陷花港组存在东侧物源几乎毫无争议。其中，位于凹陷中部的N-2井，其物源即来自于凹陷东部隆褶带。但是，对N-2井花港组岩屑组分进行分析发现，岩屑组分中含有相当数量的变质岩岩屑(图5)，这与“东部隆褶带为新生代隆起”的观点相悖。因为，若东部隆褶带为新生代隆起，则在新生代之前现今东部隆褶带区域应先存有较厚的沉积岩层，在新生代隆起之后，作为物源区应该先风化剥蚀上部的沉积岩层而几乎不可能直接剥蚀至变质基底，花港组沉积物中应几乎不存在变质岩岩屑(图5)。因此可以推测，至少在新生代之前东部隆褶带就已经隆起形成并且作为沉积物源。

图5 N-2井花港组单井岩屑含量三角图

2.4 平湖组砂岩百分含量

砂岩百分含量图是良好的物源分析工具，通过砂岩百分含量可以分析砂体的分布特征及展布规律，同时也可以反映物源区的位置及物源方向等信息。在靠近物源区的位置，砂岩一般厚度大、百分含量高。但是由于西湖凹陷平湖组沉积时期整体为“东断西超”的古地貌格局，凹陷东侧断裂区沉积地层厚度明显比西部斜坡带地层厚度大，砂岩厚度图对于物源的分析参考意义不大。因此，选择砂岩百分含量图进行物源区分析。

由西湖凹陷平湖组上段砂岩百分含量图可以看出，西部凸起作为主要物源区，环绕其周围存在多个砂岩百分含量高值区（图6a），而在凹陷东北部以及中部高砂岩百分含量区域的存在，表明此时凹陷存在东侧物源，分别为一个东北部的长轴物源及一个东南部的短轴物源（图6a）。通过平湖组中段砂岩百分含量图（图6b）可知，整个西湖凹陷的物源格局与平湖组上段相似。

图6 平湖组上段（a）及中段（b）砂岩百分含量图

2.5 地震相特征

地震相是指地震剖面上地震反射轴的振幅、频率、连续性等结构相信息，以及地震反射轴的杂乱、前积等构型相信息。地震相是对地震剖面上地震反射信息最直接、最实际的反映。

2.5.1 杂乱反射构型

杂乱反射往往振幅较弱且呈杂乱变化、地震反射连续性差，反映了沉积物岩性纵横向变化大、遭受了后期强烈变形作用或者是快速的沉积作用。因此，在靠近凹陷边界断裂等楔状杂乱反射的存在，可能就表明有冲积扇等盆地边缘相的存在。

由平湖组上段地震相可知，在西湖凹陷东部边缘靠近隆褶带区域，有多个中振幅低频低连续的杂乱反射区域，而且在通过这些杂乱反射区域的地震剖面上，在靠近断裂的位置，呈杂乱反射的地层厚度大并逐渐呈楔形减薄（图7a、b）。这与盆地边缘相的地震反射特征十分相似，由此可以推测西湖凹陷平湖组存在东侧物源。

2.5.2 前积反射构型

前积反射构型是一套波组，主要发育于斜坡背景下，其沉积速率明显大于周边地区。由于沉积物的大量供应，地层呈倾斜状前积，并下超于下部界面之上。在西湖凹陷某构造带三维区内，平湖组内部存在明显的前积现象，界面T32之上地震同相轴由南东向北西方向倾斜并向前推进（图7c）。这表明在平湖组沉积时期，该构造带区域在东部隆褶带的物源供应下，形成了三角洲等前积沉积体，印证了平湖组东侧物源的存在。

2.5.3 区域地震反射特征

由过东部隆褶带的二维区域地震剖面可知，整个西湖凹陷地层西薄东厚，整体为东断西超格局（图8）。东部断阶带宝石组（T4—T0）、平湖组（T0—T4）

3433明显比西部斜坡带厚度大，紧邻东部断阶带的即为现今的东部隆褶带。由新生代地层特征及展布规律可知，东部隆褶带在平湖组沉积时期已经隆起，并且控制了新生代断陷的发育，从而使得各断层下降盘存在地层增厚现象。

2.6 同沉积构造

在西湖凹陷东北部地区进行生长地层分析，可以发现褶皱在平湖组沉积中晚期就已经形成。

由图9a可以看出，平湖组沉积中期（T1—T2）

33及晚期（T30—T31），表现为“顶部薄、翼部厚”的生长背斜，地层具楔状增厚特征，这说明在平湖组沉积中晚期该背斜已经形成并且为生长背斜。该地区背斜顶薄翼厚的特征在拉平剖面上更加明显（图9b）。考虑到整个西湖凹陷的构造应力场，若平湖组沉积时期背斜已经形成，则位于其东侧的隆褶带也已经形成并发生隆升。

图7 平湖组上段地震相典型剖面（剖面位置见图1）

图8 过东部隆褶带的区域地震剖面特征（剖面位置见图1）

图9 西湖凹陷东部平湖组沉积中晚期的生长背斜剖面（a）及拉平剖面（b）（剖面位置见图1）

3 结论

（1）西湖凹陷平湖组存在东侧物源，平湖组沉积时期东部隆褶带已经隆起并接受后期改造。西湖凹陷平湖组沉积物重矿物、砂岩类型、岩屑组分、砂岩百分含量、地震相及同沉积构造等的分析研究，均证明了凹陷东侧物源的存在。

（2）西湖凹陷东侧物源的存在，表明凹陷东部平湖组近物源、砂岩富集，具有良好的油气勘探前景。

（3）平湖组沉积时期东部隆褶带已经隆起，西湖凹陷具两侧及北面封闭、南部敞开的半封闭古地貌形态，对恢复当时古地理具有一定的指导意义。

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Provenance analysis of Pinghu Formation in Xihu sag

Wu Jiapeng1, Zhang Lan2, Wan Lifen3, Zhao Qianhui4, Yang Caihong3, Wang Yingmin5
(1 Geoscience Centre of CNPC Greatwall Drilling Company; 2 Shanghai Branch of CNOOC Limited; 3 Research Institute
of Sinopec Shanghai Offshore Petroleum Company; 4 Overseas Business Division of China Petroleum Pipeline Bureau; 5 Ocean College, Zhejiang University)

It is disputable about whether the eastern provenance exists for the Pinghu Formation in the Xihu sag. Its clear answer will be signifcant for hydrocarbon exploration. Based on drilling, seismic, and test data, the Pinghu Formation sediments were analyzed in respect of ZTR index of heavy minerals, sandstone types, debris composition, sandstone content, seismic facies and syndepositional structural features. It is found that the ZTR index of terrigenous heavy minerals and the maturity of sandstone components in the Pinghu Formation are “low at both sides of the sag and high in the middle”, while the contents (or percentages) of siderite (an authigenic heavy mineral) and sandstone are “high at both sides of the sag and low in the middle”. According to seismic refection features, the Pinghu Formation has apparent chaotic refections at basin margin and prograding refection confguration that indicates the existence of the eastern provenance. Moreover, the existence of growth anticlines during middle-late stage of the Pinghu Formation further proves, from the prospective of tectonic stress, that there was an eastern folded and uplifted belt during the sedimentation of the Pinghu Formation. It is concluded that the eastern folded and uplifted belt had already uplifted and become the eastern provenance during the sedimentation of the Pinghu Formation. The deep Pinghu Formation in central and eastern parts of the Xihu sag has good hydrocarbon exploration prospect.

Pinghu Formation, provenance analysis, ZTR index, seismic facies, Xihu sag

TE112

A

吴嘉鹏（1987-），男，山东新泰人，博士，2014年毕业于中国石油大学（北京），工程师，现主要从事层序地层、沉积储层综合研究和油气勘探工作。地址：北京市朝阳区安立路101号名人大厦，邮政编码：100101。E-mail: wjp_better@sina.com.cn

2016-01-04；修改日期：2016-12-14

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.02.006