東海某凹陷斷陷期重要不整合面特征及其對沉積演化的控制

張蘭，李文俊，常吟善，吳嘉鵬，萬麗芬，李昆

1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030

2.中國石油長城鉆探工程有限公司解釋研究中心，北京 100101

3.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120

東海某凹陷位于東海陸架盆地東部，呈北北東向展布，面積約 5.9×104km2，西鄰虎皮礁隆起、長江凹陷、海礁隆起、錢塘凹陷及漁山隆起等5個構造單元，東鄰釣魚島褶皺帶，具有東西分帶、南北分塊的構造格局。凹陷內部自西向東可劃分為3個構造帶，即西部斜坡帶、中央洼陷反轉構造帶、東緣陡坡斷隆帶（圖1），具有東陡西緩的特征[1-3]。目前已經建立的新生代地層自下而上劃分為古新統（？）、始新統寶石組（T40- T34）、始新統平湖組（T34-T30）、漸新統花港組（T30- T24）、中新統龍井組（T24-T23）、玉泉組（T23- T11）、柳浪組（T11- T10）以及上新統三潭組和第四系東海群（圖2）[4-5]。

東海某凹陷新生代經歷了多次不同性質的區域構造運動，可劃分為斷陷期（古新世—始新世）、坳陷期（漸新世—中新世）和區域沉降期（上新世—第四紀）[6-8]。其中，斷陷期始新統平湖組是東海某凹陷重要含油氣目的層[9-10]，內部可識別出多個不整合面，但界面級別和性質存在爭議[11]。李純潔、李上卿等基于孢粉組合、二維地震等資料，認為寶石組與上覆平湖組為連續沉積，指出T34為整合面[12-13]。何將啟根據界面上下地層巖性變化認為T34是重要的不整合面[14]。此外，由于早期二維地震資料品質差，三維地震資料范圍小，古新統頂面T40在地震上難以識別，研究程度低。上述問題直接制約東海某凹陷斷陷期沉積體系的認識。

本文充分利用凹陷內70余口鉆井資料，對約1.2×104km2的連片三維地震數據進行了精細的解釋，在斷陷期（T30-Tg）內部識別出3個重大不整合面（圖3）。在此基礎上，對斷陷期的斷層活動進行定量統計分析，結合不整合面上下地層展布范圍、地震相、測井相等差異分析，進一步明確3個重大不整合面特征及地質意義?？紤]到釣魚島巖漿弧后期改造強烈，變形過于嚴重，未對盆地東部的邊界斷裂進行分析，主要選取了西部的平湖斷裂以及中央洼陷反轉構造帶兩側的三潭斷裂和白堤斷裂，進行斷層活動分析（圖3c）。采用“單位生長斷層古落差”參數（（上盤厚度-下盤厚度）/上盤厚度）對斷裂活動強度進行定量表征。本文旨在厘清斷陷期重要不整合面特征和性質，并據此劃分構造演化階段，闡明各階段內沉積演化特征，為油氣勘探方向提供依據。

圖1 東海某凹陷構造單元分布Fig.1 Tectonic map of the study area

圖2 東海某凹陷地層單元、層序格架和構造演化背景綜合圖Fig.2 Stratigraphic column showing the tectonic evolution of the Sag studied

1 重要不整合面特征

中國東部規模較大的中、新生代裂谷或斷陷盆地的斷陷過程都具有幕式的特點[15]。而各個構造幕之間發育較明顯的不整合面，其規模比構造層序間的不整合面規模小，比三級層序間的不整合面規模大，相當于Vail層序地層學理論中的層序組界面（圖2，圖3）。此類不整合面將一個完整的構造層序分為斷陷啟動期、斷陷強烈發育期和斷陷平靜期（斷陷萎縮期）[16-17]。

1.1 T40—斷陷幕次界面

T40為始新統與古新統的分界面（寶石組底界面），形成于斷陷初始階段，是甌江運動拉張作用下的產物，也是斷陷期的幕次界面。在拉張應力場作用下，3條主控斷裂的活動性在T40附近均處于最高值，T40被斷層錯斷嚴重，形成地塹—半地塹、地壘—半地壘相間的構造格局。凹陷內尚無井鉆遇古新統，只能借助三維地震資料在T34與Tg之間尋找區域不整合面作為T40。T40埋深大，層位連續性差，橫向對比與追蹤較為困難。西部斜坡帶，大部分地區缺失古新統，T40界面不發育；中央洼陷帶，T40界面具有明顯的角度不整合特征，可見上超、削截等現象，表現為弱波組與強波組的分界面（圖4a）。

圖3 東海某凹陷典型地震剖面特征 （a和b，剖面位置見圖1 AA’）及控凹斷層單位生長古落差圖（c）Fig.3 Typical seismic profiles showing the characteristics and the activities of the sag-controlling faults in a Sag in the East China Sea（see Fig.1 AA' for position of the section）

1.2 T34—斷陷幕次界面

T34是始新統寶石組與平湖組之間的分界面。通過對新近采集處理的三維地震資料進行解釋，在BS1井及其周邊構造識別出T34自東向西的削截和上超現象（圖4b），認為T34是兩次斷陷幕之間的不整合面，越過三潭斷裂在西部斜坡帶廣泛發育。T34界面地震反射較弱，連續性差，界面上的平湖組為平行—亞平行反射，界面下的寶石組為低頻波狀、雜亂反射，在西部斜坡帶可見角度不整合（圖3b）。

如圖4c，T34界面上下巖性組合發生突變：界面之上以砂泥互層為主，測井曲線多見鐘形、箱型、指狀和低幅齒狀；界面之下地層受構造活動影響明顯，沉積物厚度、巖性差異較大，巖相橫向變化快。從斷層單位生長古落差上看，T34之后，斷裂活動強度都有所減弱，但平湖斷裂的活動強度依舊較大，約0.8 m/m，東部白堤斷裂的單位古落差也約0.4 m/m，說明T34是兩次斷陷幕之間的轉換面（圖3c）。

1.3 T32—斷陷―斷坳轉換面

T32是始新統平湖組下段與中上段的分界面。本次劃分與前人最大的不同是將平湖組劃分為兩期幕式活動，認為T32是斷陷與斷坳（斷陷萎縮期）之間的轉換面。

T32界面上下存在明顯上超下削，局部可見前積反射末端的下超（圖3b，圖4d）。界面下平湖組下段的地層厚度橫向變化快，呈現“隆洼相間”的斷陷特征；而界面上平湖組中上段則整體較為平緩，地層厚度西薄東厚，呈現斷陷萎縮特征。T32之下斷層斷距大，同沉積斷層數量多；T32之上，斷層斷距明顯減小，除后期構造反轉斷層外，只有少數斷層繼續活動。從圖3c看，T32附近平湖斷裂和白堤斷裂的單位斷層生長古落差呈斷崖式下降，3條主控斷層活動強度都降到0.2～0.3 m/m附近，盆地從斷裂強烈活動階段演化為斷裂萎縮階段。

圖4 東海某凹陷主要不整合面地震特征及測錄井特征Fig.4 Seismic and well logging characteristics of major unconformities in a Sag of the East China Sea

T32界面上下的巖性特征也有很大差異（圖5）。界面上平湖組中上段厚層砂巖橫向穩定發育，類似坳陷期的充填特征；界面下平湖組下段以砂泥互層為主，砂巖含量明顯變少，呈“泥包砂”的特征，局部夾有塊狀砂巖。T32界面不僅僅是斷陷期與斷陷萎縮期的轉換面，也是巖相組合的突變面。

通過斷陷期重要不整合面上下的地震特征、地層特征、鉆井特征及斷層活動性對比分析，認為晚白堊世至始新世，東海某凹陷經歷了斷陷形成、發展到消亡的完整過程，由此形成了斷陷幕次界面T40和 T34，以及斷陷-斷坳轉換面 T32（圖2，圖6）。

2 沉積演化特征

斷陷期被T40、T34、T32界面分為4期構造幕，分別代表不同構造演化階段，其中古新世為構造啟動期，始新世早期為構造強烈發育期，始新世晚期為構造平靜期（構造萎縮期）。在斷陷沉積逐漸擴大并向斷坳沉積轉化的過程中，控凹斷裂控制了盆地整體的構造格局（圖6），直接制約著可容納空間的變化和沉積物堆積，各個構造幕內沉積特征均存在明顯的差異（圖7）。

圖5 東海某凹陷 T32界面上下測錄井特征（位置見圖1 BB’）Fig.5 Well logging Characteristics of interface T32 in a Sag of the East China Sea （see Fig.1 BB' for position of the section）

2.1 斷陷Ⅰ幕

斷陷Ⅰ幕（古新統）為構造啟動期，斷裂活動范圍局限，伸展作用主要集中在凹陷中央，相應的沉積和沉降中心亦位于中央洼陷帶。中央洼陷帶發育一系列北東—北北東向的同沉積斷層，地層被斷層切割，形成東陡西緩的地塹或半地塹。該時期三潭斷裂是凹陷西側的控邊斷裂，斷裂以東，古新統發育完整、厚度大；斷裂以西，古新統普遍缺失（圖6a）。凹陷東西兩側主控斷層對沉積有較強的控制作用，斷層根部地震相多為中—強振幅的高角度雜亂前積反射、波狀反射，推測發育沖積扇、水下扇等近源沉積（圖7）。

2.2 斷陷Ⅱ幕

斷陷Ⅱ幕對應始新統寶石組（T40- T34），該階段盆地持續擴張，可容納空間增大，寶石組越過三潭斷裂在西部斜坡帶廣泛分布（圖6b）。斷陷Ⅱ幕主要發育斷坡型充填，地層厚度由盆地中央向兩側快速減薄，以較粗碎屑沉積為主，砂體受斷層控制，沿斷層展布（圖7）。凹陷西部，可識別出明顯的前積反射，發育三角洲或扇三角沉積。受斷陷格局限制，扇三角洲以快速沉積、堆積厚度大、沉積范圍小、相變快、多方向物源為主要特征。巖心上可見褐色鐵質中砂巖、粗礫巖，礫石磨圓差，局部發育快速沉積的火焰狀構造（圖8a、b、c）。同時，斷陷期火山作用頻繁，火山巖、凝灰巖發育（圖8d）。凹陷西南部與廣海溝通，受潮汐作用的影響，以海灣—潮坪沉積為主。凹陷東部為斷階帶，地形較陡，斷層對沉積具有較強的控制作用，地震相多為雜亂反射，沉積體以陣發性的短軸扇三角洲和沖積扇為主（圖7，圖9a）。斷陷期，盆地內發育扇三角洲等近物源沉積體系，儲層橫向變化快，非均質性強，但靠近深部成熟烴源巖，是巖性油氣藏勘探的有利區帶。

2.3 斷陷Ⅲ幕

斷陷Ⅲ幕為斷陷Ⅱ幕的繼承性發育，對應始新統平湖組下段（T34- T32），是勘探開發的重點層段[18-21]。該時期斷裂坡折的發育將盆地分割成隆洼相間的格局，水深較大，斷裂作用在凹陷中部形成水下地壘或古隆起（圖6c），對沉積充填起到阻擋作用，水下斷隆阻擋了西部的沉積物進一步往凹陷中央搬運，大量砂體沿斷隆西側展布，東側主要以泥巖為主（圖7）。在西部斜坡帶內側，水動力以垂直岸線的潮流作用為主，加之凹陷兩側短軸物源的影響，西部斜坡帶主要發育受潮汐影響的三角洲、河口灣等沉積相，并在其前端發育輻射狀的河口灣型砂脊（圖9a）。巖心觀察多見雙黏土層、透鏡狀層理、波狀層理等（圖8e、f、g、h、i）。其中，潮上—潮間帶發育煤層，可見生物擾動現象（圖8j、k）。東部陡坡帶主控斷層對沉積具有較強的控制作用，存在東北方向的長軸物源以及東側的短軸物源[22]，盆地邊緣見前積反射和雜亂反射，發育扇三角洲沉積。

圖6 東海某凹陷斷陷期構造演化剖面Fig.6 Structural evolution in the rifting stage of a Sag in the East China Sea

2.4 斷坳幕

斷坳幕對應始新統平湖組中上段，斷層對沉積的控制作用減弱，地層超覆于西部海礁隆起上，斷裂兩側地層厚度差異減小，向西逐漸抬升剝蝕，而非斷層上下盤的差異剝蝕（圖6d，圖7）。相比斷陷幕，斷坳幕地勢差異變小，物源供給充足，盆地與南部海域溝通變強且水深變淺，凹陷內部以平行岸線的潮流作用為主。受此影響，主要發育非對稱三角洲，并且三角洲前緣沉積物被搬運改造，發育大規模的陸架型潮汐砂脊（圖9b）。

圖7 東海某凹陷典型地質剖面沉積特征（剖面位置見圖1 AA’）Fig.7 Sedimentation characteristics of the typical geological profile in a Sag of the East China Sea （see Fig.1 AA' for position of the section）

圖8 東海某凹陷斷陷期典型巖心照片（a）寶石組，W 井，4 271.12 m，褐色鐵質中砂巖；（b）寶石組，P1 井，4 191.15 m，灰白色含礫砂巖，礫石定向排列；（c）寶石組，BS1 井，3 805.3 m，火焰狀構造；（d）寶石組，B 井，4 259.32 m，火山巖；（e）平湖組下段，P1 井，3 867.03 m，雙黏土層；（f）平湖組下段，T1 井，3 964.21 m，羽狀交錯層理；（g）平湖組下段，T2 井，3 966.28 m，雙向交錯層理、波紋層理；（h）平湖組下段，P2 井，3 496.87 m，透鏡裝層理；（i）平湖組下段，K6 井，4 341.43 m，潮汐韻律層理；（j）平湖組下段，K5，4 202.89 m，煤層；（k）平湖組下段，P2 井，3 388.93 m，生物擾動；（l）平湖組中上段，K5 井，4 192.7 m，雜色礫巖，磨圓好；（m）平湖組中上段，G 井，4 076.54 m，撕裂狀泥礫；（n）平湖組中上段，J1 井，4 131.66 m 平行層理和土黃色硅質礫巖；（o）平湖組中上段，C 井，3 506 m，板狀交錯層理；（p）平湖組中上段，J2 井，4 125.43 m，沖刷面、底部發育泥礫。Fig.8 Photographs of typical core from a Sag in the East China Sea during rifting stage

圖9 東海某凹陷斷陷幕（a）與斷坳幕（b）沉積模式圖Fig.9 Sedimentation models of rifting episode（a）and rift-depression episode（b）in a Sag of the East China Sea

該時期，東西兩側三角洲體系向凹陷中央推進較遠，潮間帶范圍明顯擴大。三角洲平原分流河道可見雜色礫石、泥巖撕裂等現象（圖8l、m、n），三角洲前緣水下分流河道可見板狀交錯層理、平行層理以及沖刷面（圖8n、o、p）。潮汐作用對三角洲輸送的砂泥進行改造和重新分配，在凹陷中央形成陸架砂脊群，地震上可見到大片條帶狀的振幅異常，與單個砂脊形態相對應[23]。凹陷東部可見明顯前積反射（圖4d），發育扇三角洲和三角洲體系。斷坳幕儲層富集，靠近中央洼陷帶的陸架砂脊規模大、厚度大，并且頂底均被陸架泥巖包圍，保存條件良好，可作為有利目標。

東海某凹陷斷陷沉積逐漸擴大并向斷坳沉積轉化的過程中，斷裂活動從劇烈到平靜，地形高差從大到小，沉積體系也由早期的近源扇三角洲快速堆積演化為受潮汐影響的三角洲—潮坪沉積，進而發展成晚期的建設性三角洲、陸架砂脊體系（圖9）。不同的構造階段控制了相應沉積體系的發育，進而影響了有利相帶的分布。

3 結論

晚白堊世至始新世，凹陷經歷了斷陷形成、發展到消亡的完整過程，并由此形成了斷陷幕次界面T40和T34，以及斷陷—斷坳轉換面T32。上述3個界面將斷陷期分為4期構造幕，分別控制不同構造階段的沉積演化。斷陷Ⅰ幕（古新統）屬構造啟動期，其受控于三潭斷裂和白堤斷裂，分布范圍局限，埋深大，發育近源沉積體；斷陷Ⅱ幕（寶石組）和斷陷Ⅲ幕（平湖組下段）屬構造強烈發育期，該階段地層被斷層錯斷嚴重，水深較大，以垂直岸線的潮流作用為主，加之凹陷兩側短軸物源的影響，西部緩坡帶以受潮汐影響三角洲、潮坪為主，東部陡坡帶發育扇三角洲，以快速沉積、堆積厚度大、沉積范圍小、相變快為主要特征；斷坳幕（平湖組中上段）則代表構造萎縮期，地層開始向坳陷沉積轉換，盆地與南部海域溝通變強且水深變淺，凹陷內部以平行岸線的潮流作用為主，發育大規模非對稱性三角洲和陸架潮汐砂脊等，儲層最為富集，是有利的儲集相帶。此外，斷陷幕發育扇三角洲等近源沉積體，靠近深部成熟烴源巖，是巖性油氣藏發育的有利區，也是未來深層勘探的重點。

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