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西湖凹陷位于东海陆架盆地浙东坳陷中部,面积3.9×10<’4>平方千米,是东海陆架盆地内发育规模最大的沉积凹陷,也是油气发现最多的地区,其丰富的油气资源可成为长江三角洲的重要油气供应基地,受到地质勘探界的高度重视。但由于研究深度、资料等制约,多年来对凹陷结构、断层活动、断层与油气运聚间的内在联系等方面的研究不够深入,这直接影响了对油气聚集有利地区、以及局部构造内油气运聚规律的认识,致使油气勘探的经济效果不理想。因此,盆地结构及构造演化史研究成为揭示该区油气聚集规律的关键因素。
本文以地球动力学、板块构造理论及现代构造地质学为基础,以油区构造解析和盆地分析方法为研究手段,采用定性分析与定量研究相结合、地质研究与大量地球物理解释相结合、构造研究与油气勘探相结合,通过系统分析、重点解剖的方式,对西湖凹陷的盆地类型及其复合叠加改造的演化历史进行研究,在此基础上分析盆地的构造样式、断裂活动等,深化西湖凹陷油气成藏规律的认识,为进一步扩大该区的油气勘探成果提供参考资料。
为了在构造层格架内对西湖凹陷的构造特征进行研究,在查阅参考了多篇有关的内部研究报告及文献、著作后,综合利用不整合面、盆地沉降速率、地层沉积充填特征、岩浆活动、区域构造运动等研究成果,将西湖凹陷的演化阶段划分为伸展断陷阶段、坳陷阶段、水平沉降阶段。并对晚始新世以来挤压反转形成的不整合面特征进行了重点分析,特别是奠定盆地最终构造格局的中新世末的挤压反转所形成的不整合。
通过对骨干地震资料的解释,提出西湖凹陷古新世-始新世伸展期的结构主要为由多个近对称的地堑、地垒构成的复式地堑结构,基底掀斜运动不明显,而是以NNE向同沉积断层控制的基底升降为主。具有凹陷区面积大、剖面上呈大型地堑的特征。断陷晚期发育断坳层序,沉积中心沿断陷中心展布。在应用物理模拟实验技术结合断层特征的分析后提出,断陷期主要受到北西南东向的伸展应力作用,认为太平洋板块俯冲速率降低及陡倾角俯冲所引起的弧后伸展是西湖凹陷断陷的主要动力学背景;而太平洋板块晚始新世俯冲由NNW向转变为NWW向及俯冲速率逐渐升高是西湖凹陷断坳演化的动力学背景。在以上弧后伸展的环境下,西湖凹陷通过与岩石圈缩颈有关的纯剪切伸展作用形成了复式断陷结构。文章归纳出西湖凹陷伸展构造样式以非旋转平直状正断层为主,断裂组合主要呈共轭状、阶梯状、羽状、Y字型、复合“Y”字型,产生了以次级地堑、地垒、断阶断块为主的构造样式,在西斜坡中南部及中央反转构造带还发育有牵引褶皱和逆牵引褶皱构造。断裂的斜列排列方式表明裂陷期的拉伸具有右旋张扭的特点。
西湖凹陷晚渐新世-早中新世期间的花港事件是在菲律宾海板块缓倾角俯冲和日本海、南海近南北向海底扩张的共同作用下发生的,凹陷东缘发生整体抬升,而凹陷中部和西缘的断层则在右旋剪切应力场下发生继承性伸展活动;晚中新世的龙井事件是在区域弧-陆碰撞的背景下经历
的近东西向的挤压反转;上新世以来的冲绳事件则为凹陷中南部与吕宋弧-台湾岛碰撞有关的运动中产生的NW-SE向的拉张作用。 本文重点研究了龙井事件的构造反转特征,提出构造反转既具有继承性又具有新生性,即既受到伸展期的基底断裂结构及地层成岩作用的控制,又新生北北东向和近东西向盖层断层系。认为在自东向西的区域挤压应力作用下,地层受到广泛的压扁作用,自下而上形成了断块、顶厚褶皱、同心褶皱和顶薄褶皱的反转构造形态。与此同时,因凹陷中央地垒的存在,坳陷构造层中派生出了垂向左旋力偶,并在该力偶作用下形成了轴面倾向南东的不对称褶皱,形成了壮观的中央反转背斜带。总体上西斜坡边缘构造带反转强度最弱,中央构造带反转最强,东缘介于两者之间。中央构造带的反转强度从北向南具有变弱的趋势,中北部以穿透性断展背斜为主,中南部则以简单断展型背斜为主;中部压扭特征更明显,断裂呈花状组合。总结西湖凹陷反转样式具有“简单后冲反转”、“复合Y字型反转”、“花状反转”、“火字型反转”等多种类型。不同的构造部位具有不同的反转构造组合样式,西斜坡边缘反转构造带一般发育简单后冲式反转构造,中央构造带具有双向逆冲型、羽状、树枝状、复合Y字型等较为复杂的样式,东侧断阶带为简单滑移断阶型,缺少伴生的褶皱构造。
以平湖和黄岩构造为例研究了西湖凹陷的构造发育史,可划分为与盆地断陷有关的下构造层伸展阶段、与盆地坳陷有关的中构造层继承性正断阶段、与龙井事件有关的构造反转阶段、以及上新世以来的水平沉降四个阶段。并且详细分析了不同构造发育阶段的断层活动特征、断层与局部构造之间的成生关系。
将本次研究成果与前人研究成果相结合,分析了西湖凹陷构造演化对沉积充填和油气成藏特征等的控制作用,指出西湖凹陷复合地堑结构决定了烃源岩分布广泛,储盖组合发育,存在连续生烃、多期成藏的特点。结合断裂应力场模拟和断层垂向封堵性演化特征分析,研究了典型局部构造变形作用和断层封堵性演化对油气成藏的控制作用。认为晚中新世以来的活动断层对油气聚散有显著控制作用,韧性泥岩盖层是控制断层面垂向封堵性的主要因素。并将研究区局部构造的油气成藏历史划分为渐新世-中中新世半封闭式成藏阶段和晚中新世-全新世半开放式成藏阶段。
在综合研究的基础上,探讨了构造活动对西湖凹陷不同区带油气成藏规律的控制作用,指出西湖凹陷油气以垂向运移为主,侧向运移为辅,在前裂陷期、裂陷期和坳陷期三层构造层序中均可聚集成藏,形成了西斜坡和中央构造带两个有利的、具有不同特征的含油气带。