西湖凹陷平湖組潮汐砂脊的發現及意義

吳嘉鵬

(中國石油長城鉆探工程有限公司解釋研究中心 北京 100101)

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西湖凹陷平湖組潮汐砂脊的發現及意義

吳嘉鵬

(中國石油長城鉆探工程有限公司解釋研究中心 北京 100101)

西湖凹陷平湖組受潮汐影響作用明顯，但前人研究鮮有提及潮汐砂脊這種典型的潮汐作用下的沉積體。綜合運用地震、測井、巖芯及分析化驗資料，在西湖凹陷平湖組發現潮汐砂脊沉積體系。潮汐砂脊在地震振幅屬性圖上，呈條帶狀特殊地貌特征；巖芯上為典型的反旋回，旋回上部發育板狀交錯層理、沖刷面等反映強水動力的沉積構造，旋回下部細粒沉積中則發育潮汐層理、生物擾動等沉積構造；測井曲線上，砂脊底部表現為突變界面，并且砂脊發育區重礦物相對富集。潮汐砂脊砂質純、物性好，并多發育于泥質背景中，與周圍泥巖儲蓋配置好，可構成良好的巖性油氣藏勘探目標。另外，砂脊的發育情況可以反映不同時期西湖凹陷與南部廣海的溝通情況，因此對于研究西湖凹陷的古地理具有一定的參考意義。

潮汐砂脊 沉積相 平湖組 西湖凹陷

0 引言

西湖凹陷為東海陸架盆地東部坳陷中北部的含油氣凹陷，北緣為福江凹陷，南邊與釣北凹陷相接，東部邊界為釣魚島隆褶帶，西面毗鄰海礁凸起、魚山凸起(圖1)。西湖凹陷從西往東可分成5個二級構造單元帶，即保俶斜坡、三潭深凹、浙東中央背斜帶、白堤深凹和天屏斷階帶(圖1)。其中，始新統的平湖組是其重要油氣目的層段，前人多認為西湖凹陷平湖組為半封閉海灣沉積，即在平湖期沉積時，西湖凹陷東側存在古隆起即釣魚島隆褶帶，與海礁隆起、魚山凸起等共同構成西湖凹陷的兩側地貌凸起屏障，形成了平湖期的半封閉海灣環境，并在西湖凹陷平湖組沉積中發現了大量與潮汐作用相關的沉積[1-4]，發育有潟湖、潮道、潮控三角洲、障壁沙壩、濱岸—潮坪等沉積相，但鮮有人提及另外一種典型的潮汐作用下的沉積體—潮汐砂脊。

潮汐砂脊是世界上分布很廣的海底地貌及沉積類型，砂脊體系的發育多數與潮汐作用有關，在現今北海[5](圖2a)、Celtic海[6-7]、Georges海岸[8-9]以及中國東海[10-12](圖2b)等地區，都有大規模的潮汐砂脊發育。潮汐砂脊分布的地貌部位是海灣、河流和海峽出口處以及潮流較強的平直岸段。按照潮汐砂脊發育的地貌位置，可以分為平行海岸的潮汐砂脊、岸外放射狀潮汐砂脊及河口灣潮汐砂脊等類型[5]。

圖1 西湖凹陷構造單元分布圖Fig.1 Tectonic units in the Xihu depression

1 潮汐砂脊識別

潮汐砂脊多為河口、三角洲或陸架等沉積物在潮流等水動力的反復作用下，形成的一種特殊的地貌特征與沉積類型，多分布于廣闊的陸架上，與陸架泥質沉積相伴生。因此，地貌特征、沉積組分結構等方面，都有其特殊性，并可作為該沉積類型的鑒定參考特征。

1.1 地貌形態

通過總結前人對現今砂脊的研究可以發現，由于潮流往復作用，潮汐砂脊沙體近平行于潮流的主要流向，平面形態有平行狀或指狀等。潮汐砂脊一般寬約幾百米，長則達幾公里甚至可達上百公里，脊線平直或彎曲。潮汐砂脊的這種特殊的平面展布特征，可以作為其沉積體系識別的一個標志。

砂脊體系在平面上的條帶狀特征可以在地震振幅屬性圖上得以體現[13]。平面振幅屬性所顯示出的條帶狀是對沉積體平面分布位置及形態的反映，并且由于砂脊多分布于陸架、河口等相對富泥的沉積背景中，富砂或砂泥互層的砂脊體系與周圍泥質沉積波阻抗差異明顯；若為砂泥互層沉積，砂脊內部巖層之間也有較大波阻抗差異。因此，在地震剖面上，砂脊體系往往表現為振幅比較強的地震反射特征。西湖凹陷研究區振幅屬性圖(圖3)(位置見圖1)上存在有多個條帶狀強振幅體，近似于平行排列，平面上略呈放射狀，單個條帶長約20～30 km，大部分脊線平直，偶有彎曲。這些地貌特征、分布規律及砂體形態等，與現今潮汐砂脊的平面分布形態類似(圖2)，符合潮汐砂脊的特殊地貌特征。

1.2 沉積構造特征

目前對潮汐砂脊的研究，主要是以現代沉積為主，著重探討其形成條件、規模以及內部沉積構造的特點，尤其是對其內部結構的研究，對于識別古代地層記錄中的陸架砂脊，具有很好的指導意義。

Yinetal.[14]對中國東部海岸弶港輻射潮汐砂脊群的3個淺鉆取樣觀察發現，砂脊均是由多個整體向上變粗的反旋回組成，其中砂脊上部為砂質沉積物，有交錯層理、泥質夾層等發育，生物擾動少見；砂脊下部主要是以砂質與泥質互層為主，發育透鏡狀層理等沉積構造，生物擾動極其發育。對于古代潮汐砂脊的研究，前人也做過相關研究工作。比利牛斯前陸盆地位于西班牙北部，其南部的Roda砂巖組出露情況良好，是研究潮流砂脊、沙波的理想場所。阮偉等[15]以Roda砂巖組三段為研究對象，研究潮汐砂脊的內部結構特征，通過研究發現，主要發育大型楔狀交錯層理等，局部發育小型波紋層理和平行層理等；底部生物擾動強烈，常見貝殼碎屑及泥礫等。

通過對研究區X井(位置見圖1)取芯的觀察可以發現，取芯段的沉積構造等特征與前人所研究的古代及現代潮汐砂脊非常相似，均表現為旋回上部粗粒沉積發育板狀交錯層理、沖刷面等反映強水動力條件的沉積構造；旋回下部沉積物粒度較細，主要發育一些準同生變形構造以及生物擾動構造等(圖4)。在相對深度9.76 m靠近沖刷面的位置，由于短時水動力的增強，在中細砂巖中發育泥礫以及撕裂構造(圖4a)；而在旋回的上部如相對深度11.53 m位置處，發育有定向排列的泥礫及板狀交錯層理及小型沖刷面(圖4b)；旋回底部如相對深度12.1～12.3 m段發育生物擾動構造、透鏡狀層理以及火焰狀構造、球枕狀構造等同沉積變形構造(圖4c)；在同樣處于旋回底部的相對深度12.27～12.5 m段，巖性較細，并發育透鏡狀層理、波狀層理等潮汐層理以及生物擾動構造(圖4d)。

圖3 西湖凹陷研究地區振幅屬性圖Fig.3 RMS amplitude map in the study area of Xihu depression

1.3 垂向序列特征

Swiftetal.[16]在1981年時提出潮汐砂脊的形成模式為當潮流流過海底上先存古地形或古隆起時，流體的集束作用下，在隆起頂部潮流的流速最大，流過隆起后潮流流速逐步降低，這樣使得潮汐砂脊頂部所沉積的沉積物粒度相對較粗，而在砂脊的邊緣沉積物粒度變細。按照該形成模式，垂向上，砂脊上部的沉積物相對于砂脊下部的沉積物要粗，整體為反旋回。Posamentier[13]通過對爪哇海西北部古代陸架砂脊的研究，發現底部侵蝕面之上，潮汐砂脊下部細上部粗，在GR曲線上呈現明顯的反旋回特征；Bernéetal.[17]對中國東海現今陸架砂脊研究，發現砂脊上部覆蓋有生物擾動強烈的粉砂巖及泥巖，砂脊整體為反旋回，下部為韻律狀的粉砂及砂巖，具有潮汐層理及生物擾動，上部為分選很好的中—細砂巖，為大型板狀交錯層理發育的“前積層”。

由砂脊發育模式及現代、古代潮汐砂脊垂向序列的研究，可以得知典型的潮汐砂脊的垂向序列為反旋回。通過觀察西湖凹陷X井取芯垂向序列可以發現，該回次取芯由多個反旋回序列組成，尤其是下部相對深度10～13 m段由兩個明顯的反旋回組成(圖4)。其中，上部反旋回與其上面地層的分界面為一個明顯的含有泥礫的侵蝕沖刷面。該反旋回底部為含有波狀層理及生物擾動的泥巖—粉細砂巖，向上逐漸過渡為含有板狀交錯層理的細砂巖。下部反旋回底部為灰色泥質粉砂巖及粉砂質泥巖，透鏡狀層理、波狀層理等發育，生物擾動強烈，向上逐漸過渡為發育板狀交錯層理的細砂巖，并有小型內部沖刷面發育(圖4)。兩個反旋回之間界面不明顯，為過渡接觸，整體為一個大的反旋回特征(圖4)。

圖4 研究區X井取芯沉積微相柱狀圖Fig.4 Sedimentary microfacies column of Well X in the study area

1.4 底部接觸特征

每一期次潮汐砂脊的發育基本都代表著一次水動力條件的變化，因此在砂脊沉積序列上都有一定的響應特征。Posamentier[13]對爪哇海西北部古代潮汐砂脊研究發現砂脊底部在測井曲線上表現為突變陡坎位置，界面之上即為呈反旋回的砂脊沉積(圖5a)；另外，在巖芯上也表現為砂巖與泥巖巖性的突變侵蝕接觸面(圖5a)。

通過對X井取芯段測井特征(圖5b)觀察發現，整個取芯段表現為一段泥巖與上部箱狀厚層砂巖的突變面，突變面之上即為潮汐砂脊沉積。而且，在巖芯上，不同期次的砂脊之間，均為底部含有泥礫的侵蝕接觸或者是砂泥過渡的侵蝕接觸(圖4)，表明由于水動力條件的變化，不同時期的砂脊發育。

1.5 重礦物特征

潮汐砂脊的形成多為三角洲或河口沉積物，被潮流搬運、淘洗改造并沉積形成的，因而，潮汐砂脊沉積物砂質比較純凈、分選比較好，而且由于沉積物遭受后期改造比較持續，穩定重礦物比較富集。Richardetal.[18]通過對北海East Bank潮汐砂脊上的鉆井巖芯分析研究，發現整個取芯由兩期潮汐砂脊疊加組成，并通過重礦物分析可知，砂脊發育的層段穩定重礦物含量相對其他深度段要高。

由西湖凹陷平湖組ZTR指數分布圖(圖6)(位置見圖1虛線框)可知，凹陷西部的保俶斜坡帶，由于靠近海礁凸起等物源區，沉積物搬運距離近，重礦物穩定系數很低；同樣，凹陷東側靠近釣魚島隆褶帶的地區，也因為東側物源的存在，ZTR指數相對較低。整個凹陷的ZTR指數呈“中間高、兩側低”的分布規律，相對全凹陷而言，研究區(圖6虛線框)的重礦物穩定系數非常高。這是由于該地區沉積物遭受平湖期潮流作用再搬運及分選、改造，潮汐砂脊發育，從而使得重礦物局部富集，ZTR指數增高。

研究區沉積體在平面上呈大規模的條帶狀特殊地貌特征；垂向上呈典型的反旋回，旋回頂部發育板狀交錯層理、沖刷面等反映強水動力的沉積構造，旋回下部細粒沉積中則發育潮汐層理、生物擾動等沉積構造；測井曲線上，沉積體底部為突變界面，并且重礦物相對富集。綜合以上研究，認為西湖凹陷平湖組發育潮汐砂脊沉積體系。

西湖凹陷平湖組潮控三角洲發育，并且在潮控三角洲分流河道下游主要底形是平行于河道走向排列的線狀砂脊。研究區內的大規模條帶狀沉積體是不是潮控三角洲線狀砂脊呢？由于西湖凹陷西側斜坡物源大多來自海礁隆起等，若研究區內砂脊為潮汐三角洲前端線狀砂脊，其走向應為近似延物源方向的西北—東南走向，但是由研究區地震振幅平面圖(圖3)可知，砂脊大體呈東北—西南走向，若為線狀砂脊，則與現實資料不符。并且，考慮到潮控三角洲為破壞性三角洲，而砂脊發育的位置基本位于西湖凹陷中心(圖1)，潮控三角洲很難進積延伸至此。綜合之上兩方面考慮，認為研究區內發育潮汐砂脊體系，而非潮控三角洲。

圖5 (a)爪哇海西北部(據文獻[13])及(b)研究區砂脊底部的測井曲線特征Fig.5 The sharp base of ridges in well logs of northwest Java (a) (after the literature [13]) and study area (b)

圖6 西湖凹陷平湖組陸源重礦物ZTR指數平面分布圖Fig.6 ZTR distribution contour of Pinghu Formation in Xihu depression

2 潮汐砂脊的識別意義

2.1 油氣地質意義

潮汐砂脊是三角洲前緣及陸架上的沉積物，在強烈的潮流作用下發生再次搬運、沉積形成的條帶狀砂體，物性及成熟度高、分布范圍廣，是良好的油氣儲集相帶。西湖凹陷平湖組的潮汐砂脊形成于半封閉海灣的背景下，主要與陸架泥相伴生。因此，砂質純、含砂量高的砂脊與周圍的陸架細粒沉積構成極好的儲蓋組合，可以作為良好的巖性油氣藏勘探目標。目前X井平上段潮汐砂脊砂體中已發現良好的氣測顯示，爪哇海砂脊中也鉆遇9 m極好的儲層并有油氣發現[13]。

2.2 古地理意義

水動力條件對于沉積物的搬運及沉積具有重要的影響，潮汐砂脊主要受潮流水動力的影響，平湖組潮汐砂脊比較發育，反映了平湖期潮流水動力比較強。而潮流水動力的變化，對西湖凹陷不同時期的古地理特征恢復有一定的借鑒意義。

西湖凹陷平湖組沉積之前的裂陷期，盆地隆洼相間并且與南部海域溝通不暢，因此，西湖凹陷內部潮流等海流動力不強，對于沉積物的改造及再次搬運沉積等的影響很小，因此，平湖組之前，陸架砂脊不發育。而在平湖期，隨著盆地拗陷作用的加強，西湖凹陷與南部海域溝通良好，沿岸潮流水動力增強，三角洲前緣沉積物遭受強烈改造并再搬運，形成大規模的陸架砂脊體系。另外，由于潮流往復作用，潮汐砂脊沙體近平行于潮流的主要流向，因此，砂脊脊線的走向及砂脊群的展布，對于判斷古潮流流向也具有一定的參考作用。

3 結論

(1) 西湖凹陷平湖組研究區內，地震振幅平面圖上呈大規模的條帶狀特殊地貌特征；巖芯觀察發現，垂向上呈典型的反旋回特征；旋回頂部發育板狀交錯層理、沖刷面等反映強水動力的沉積構造，旋回下部細粒沉積中則發育潮汐層理、生物擾動等沉積構造；GR測井曲線上，沉積體底部為突變界面，并且在研究區內，重礦物相對富集。綜合上述地震、測井及巖芯等多種資料，研究認為西湖凹陷平湖組發育潮汐砂脊沉積體系。

(2) 西湖凹陷平湖組潮汐砂脊的識別為東海油氣的精細勘探提供了沉積學指導。

(3) 西湖凹陷平湖組潮汐砂脊的發育程度反映了當時凹陷內潮流水動力的情況，進而可以推測凹陷與南部廣海的溝通情況，對恢復當時古地理具有一定的參考意義。

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Discovery of Tidal Sand Ridges and Its Significance of Pinghu Formation in Xihu Depression

WU JiaPeng

(Geoscience Centre of Great Wall Drilling Company, CNPC, Beijing 100101, China)

Pinghu Formation in Xihu Depression is obviously affected by tide, but no tidal ridges are documented which are the typical sedimentary type in the tide-dominated environment. Through comprehensive application of cores, logs and seismic data, tidal sand ridges are discovered in Pinghu Formation, Xihu Depression. In the RMS amplitude attribute map, the topographic expression of ridges is banded. In the core, the tidal sand ridge is typically coarsing upwards. In the upper part, tabular cross bedding and scour which show the strong hydrodynamic force during the sedimentation are common; while in the lower part, the sediments are fine, and tidal beddings and bioturbation structures are frequent. There is a sharp base of the ridge in well logs and the heavy minerals are rich in ridges area. Tidal ridges are excellent quality reservoir and always surrounded by mud, so the ridges are good stratigraphic trapping potentials. Whether Xihu Depression is connected with the southern open sea or not can be known by tidal ridges coverage, so the study of tidal ridges are also helpful in palaeogeographical reconstruction.

tidal sand ridges; sedimentary facies; Pinghu Formation; Xihu Depression

1000-0550(2016)05-0924-06

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.011

2015-11-23； 收修改稿日期： 2016-02-25

吳嘉鵬 男 1987年出生 博士 工程師 層序地層與沉積儲層 E-mail：wjp_better@sina.com

P618.13

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