东海陆架裂谷盆地的结构和石油

李培廉¹　侯鸿斌¹　马惠福²

（1.中国石化集团新星石油公司，北京　100083；2.中国石化上海海洋石油局，上海　200120）

【摘要】　东海发育着两个新生代盆地：东海陆架盆地和冲绳海槽盆地。陆架盆地的原型属于陆缘裂谷型盆地，它发育于中生界、古生界以及元古界基底之上。该盆地的形成和发育过程包括陆缘断陷和后裂谷两个阶段，而后经历了构造反转，最终发展为区域性沉降。根据现今的构造格架和沉积地层，盆地在横向上可分为西部裂谷区和东部裂谷区。两者形成与发展的时序、构造和沉积的特征均有所差异。业已存在的勘探成果表明：烃源岩的展布受控于盆地结构及其演化；东部裂谷区具备形成大油气田的良好地质条件；泥岩和煤是陆架盆地西湖凹陷的主要烃源岩。

东海海域是现代西太平洋活动大陆边缘的一个重要组成部分。该地区存在着两个不同时期、不同类型、不同结构和不同成因机制的新生代盆地，即发育在陆壳之上的东海陆架裂谷盆地和发育在过渡壳之上的冲绳海槽弧后盆地。其中，陆架盆地西邻浙闽隆起区，东为钓鱼岛隆褶带，北部以一隆起与南黄海盆地相隔，南与澎湖隆起相接，面积约27×10⁴km²。图1为东海地貌图，陆架盆地的范围与图中广阔的陆架平原范围相当（见图1）。

1　盆地的基底构造演化

东海陆架盆地的新生界基底因其处于几个板块的会聚地带而显得十分复杂。现今为止的勘探程度尚不能明确基底的性质，只能根据综合的影响因素加以分析和推测。

在盆地南部的灵峰一井，钻遇了古元古界的变质基底（黑云角闪斜长片麻岩，铷锶年龄1806Ma），类似于浙江遂昌陈蔡群和日本中部长英质片麻岩的变质年龄^[1]。这似乎说明该地区古元古代有过古陆存在。但根据东南沿海不断发现震旦纪—古生代海相地层来看，可以认为该古陆并非始终是个统一的古陆，而是部分地区接受过沉积、甚至处于大洋环境（只不过其水体相对较窄）的零散的陆核。到了加里东晚期，这些陆核经过多种方式（碰撞、拼贴、增生）同相邻部分相接触，才聚合成比较完整的统一古陆。海西-印支期，聚合成的统一古陆因组构上的差异，加之北西向舟山-平湖-国头断裂系的活动，其南部可能发生过裂离过程。自中生代开始，由于欧亚板块与库拉板块的对扭作用，在该地区形成了北东至北北东向的压剪应力场，以至于在晚侏罗世至早白垩世期间终于发生了强烈的左旋剪切，已经裂离的古陆南部块体沿着北东向的长乐-南澳剪切带又同北部块体拼贴在一起^[2]。因此，北西向舟山-平湖-国头断裂和北东向长乐-南澳构造带的存在与演变，对陆架盆地基底的构造格局起到了奠基性的作用，并对于盆地盖层的构造风格和沉积特征也颇具影响。

随着太平洋板块的不断扩大，库拉板块不断地向北北西方向推移。重新拼合的古陆在统一的压剪应力场作用下进行统一调整，一系列北北东向正负相间的基底凸起和基底凹陷应运而生。

基于钻探资料已充分说明该地区新生代沉积层之下存有另一套沉积地层以及火成岩，如石门潭一井于古新统之下钻遇同位素年龄为75Ma的安山岩、碎屑岩中的孢粉化石也见到白垩纪分子；又比如天外天一井靠近井底部位的火山岩同位素年龄为98.8Ma^[2]，再比如TB13-1-1、FZ13-2-1、FZ10-1-1井等也都已见到侏罗纪和白垩纪地层，说明上述的基底凹陷在形成之后不久即开始接受了充填。这些现象同东海周围大陆普遍发现海相侏罗纪和白垩纪地层相吻合。因此，完全可以推测，大多数基底凹陷在中生代是普遍地接受了侏罗-白垩纪的沉积，并夹有火山活动，尤其是盆地的南部块体。

图1　东海地貌图

所以，以中生界（主要为侏罗-白垩系）为主，夹有部分古生界和元古界的共同体构成了东海陆架新生代盆地的基底（见图2）。

图2　东海陆架盆地基底构造及新生代沉积基岩预测略图

1.盆地边界线；2.坳陷边界线；3.各类构造线；4.不同基岩边界线；5.中生代沉积岩或火山岩系；6.晚侏罗-早白垩世火山岩系；7.晚古生代-中生代褶皱带；8.古元古代片麻岩；9.新元古代片麻岩；10.晚古生代至白垩纪增生体

2　盆地的发育机制与结构特征

晚白垩世期间，中国大陆东缘在继续受到库拉板块北北西向推移应力场影响的同时，中国大陆的南缘又受到了来自特提斯的向北推移应力场影响，其结果是迫使中国大陆向着地处边缘的古东海地区发生蠕散^[3]，它初步改变了该地区长期以来的左旋压剪应力场，转而向右旋的张扭应力场过渡。盆地的西部因前期靠近剪切带，所受压剪应力较强，存有大量雁行剪切破裂面，故应力场的转变使这些破裂面处于拉分状态。盆地的东部可能因深部地幔上涌抬升较普遍，地壳本已拉张减薄，故表现为单一的引张机制。总体上，这一阶段全盆地基底凸起的陡坡出现了一系列的张性断裂。

当库拉板块向北消亡之后，太平洋板块向欧亚板块的大规模俯冲（尤其是在45～40Ma前俯冲的方向由北北西向转变为北西向之后），是东海陆架盆地形成过程中所经历的又一个重要影响事件。当时，左旋压剪应力场已完全被右旋张扭应力场所取代，而由俯冲引起的地壳进一步减薄则使得以基底及其上覆沉积地层的张性断裂活动为标志的拉张环境更为明显。俯冲使上驮陆块引起拉张，地壳减薄并发生裂陷，它同早期的蠕散“殊途同归”地为古东海地区拉张型盆地的形成提供了构造应力条件。

因此，结合莫霍面埋深（26～28km）、平均热流值（1.4～1.6HFU）^[4]、钻探结果（发现一系列钙碱性岩浆）^[5]，笔者认为东海陆架盆地的老第三纪是在引张应力场背景下形成的陆缘裂谷盆地，其产生得益于左行压剪应力场向右行张扭应力场的转变。盆地内一系列东断西超（盆地西北存有少量西断东超现象）箕状凹陷（见图3）的存在，是张扭应力场的显著标志。从现今的构造格架和沉积地层看，盆地可明显地划分为西部裂谷区和东部裂谷区（见图4）。东西两个裂谷区尽管在沉积特征、形成和发展的时序上均有所差异，但就裂谷区形成的机制来看，完全可纳入统一的应力场转换过程进行解释。

在裂谷发育过程中，可以区分出两个阶段，即早期的断陷和晚期的后裂谷阶段。其区别是前者断裂活动十分强烈，沉积完全受其控制；后者断裂活动在纵向上基本停止，主要表现为沉积体沿着已陷落的断面横向上裂开，沉积过程很少受断裂的直接控制，沉积厚度的变化远比断陷阶段小。

2.1　断陷阶段

西部裂谷区起始于早古新世，中止于中古新世；东部裂谷区起始于早始新世，中止于中始新世。该阶段以断裂、下陷作用强烈为特色，断距大、沉降快，沉积完全受断裂控制，在靠近断层一侧往往快速堆积了分选很差的巨厚砂泥岩，且粒度变粗。西部裂谷区早期为近岸浅海环境，中晚期则为深海环境，沉积物最厚达1400m^[6]；东部裂谷区以潮坪体系的海湾相为主。

2.2　后裂谷阶段

西部裂谷区起始于中古新世，中止于晚古新世；东部裂谷区起始于中始新世，中止于始新世的晚期。该阶段断裂活动程度相对减弱，沉积已基本不受断层控制，在斜坡一侧往往形成超覆现象，水体相对稳定，沉积物颗粒逐渐变细。西部裂谷区主要为滨海沼泽环境，东部裂谷区则为半封闭海湾和河湖沉积环境。

2.3　构造反转期

始新世末，由于太平洋板块运动的转向，曾一度使陆架盆地受到较强的挤压，尤其是南部，从而使盆地在一定程度上结束了裂谷发育过程，发生了由负向构造向正向构造的反转。主要表现在盆地的西南部区域性抬升，并遭受剥蚀，西部斜坡区剥蚀到中、下始新统，而深凹部位上的始新统则荡然无存^[2]，整个凹陷从此经历了长时间的沉积间断，缺失了渐新世与早、中新世沉积。盆地的东北部虽同样受到这种挤压力影响，但并未引起区域性抬升以及长时间的沉积间断，仅使边缘地区有所抬升并遭受剥蚀。

由于中新世冲绳海槽的扩张以及中新世晚期菲律宾板块向北移动，致使东海陆架盆地在整体上受到了较之前一次更为强烈的自东向西的挤压。盆地的东北部尤其深受这次挤压的影响，整个凹陷表现为大规模的褶皱抬升和剥蚀。由于这种挤压应力集中于早期的张性破裂带，所以往往在原先的正断层发育带之上形成一系列东倾的逆断层，从而形成压性断裂与张性断裂相叠置的现象。很显然，这次挤压是陆架盆地发育史上典型的构造反转事件，它甚至使盆地具有了某些类似于前陆盆地的表象^[7]。在这一时期，盆地东北部的许多局部构造基本定型，另有一些局部构造的面貌由于张性、压性断层的叠置以及北西向平移断层的交错而趋向复杂化。盆地的西南部受这次反转的影响相对较弱，仅使晚中新世接受的沉积发生轻微形变，断裂活动不发育，一部分潜山披覆构造在这一时期最终形成。

图3　东海构造横剖面略图

图4　东海新生代沉积分布略图

1.隆起或凸起；2.台北海湾沉积区；3.海滨岛湖沉积区；4.E.及K₂-E₂海侵方向；5.隆起、凸起及相当于凸起或水下高地；6.K₂-E₂发育IX、以F₂-N₁为主；7.E₂-N₁沉积发育区，以E₂-N₁为主；8.

总体上，从大地构造的背景机制来看，自第一次反转期开始，陆架盆地裂谷发育阶段已趋向于中止，而第二次反转活动的开始则标志着陆架盆地的发展史已经不只是停留在陆壳断裂阶段，而是已进入了西太平洋板块俯冲带的沟、弧、槽体系发育阶段。原先的东、西裂谷区至此也各自形成了自己的结构特点。西部裂谷区以下古新统、始新统的断陷和海相沉积为主要特色，缺失渐新统沉积，发育半地堑式箕状凹陷及潜山披覆构造；东部裂谷区以并非统一的始新统和渐新统箕状断陷、地堑状断陷与中新统坳陷相结合，其西部主要为斜坡形式，东部则是火成岩和断裂十分发育的构造复合带。与西部裂谷区相比较，东部裂谷区始新世的地质结构与其相似，以受到海侵影响的半封闭海湾相沉积为主；但渐、中新世坳陷型的沉积巨厚，背斜构造大而多，逆断层发育，陆相沉积占居主导地位，这是明显的差异。

上新世以来，全盆地的结构发生了很大的变化，开始进入一个崭新的发展阶段——区域性的大规模沉降阶段，从而使东海陆架统一成盆，海相沉积披覆全区。该时期在盆地内，尤其是东北部曾经发育了一定量的北西向剪切断裂。图5示意盆地演化的3个不同阶段（见图5）。

图5　盆地演化的3个阶段

3　烃源岩的展布受控于盆地结构及其演化

东海陆架盆地至今已有10余万千米的地震剖面及50余口钻井的资料，对不同构造部位新生代以来的沉积都有不同程度的揭示。研究表明，烃源岩的分布主要受控于盆地结构及其演化。

在陆缘断陷阶段，由于断裂、下陷作用强烈，沉积完全受控于断裂作用。无论是西部裂谷区或是东部裂谷区，钻井资料均揭示出该阶段在一系列呈北东向展布的东断西超的箕状凹陷区沉积了一套分选较差、粒度较粗的碎屑岩。正因如此，可以说陆架盆地在陆缘断陷阶段不曾发育过好的烃源岩。

在后裂谷阶段，由于断裂活动相对减弱，水体较稳定，沉积速率也有所减缓，在西部裂谷区中晚古新世期间发育了大套的灰黑色泥岩和煤系，厚度为600～1400m。由于受到构造凸起（渔山凸起）的影响，该裂谷区北部的烃源岩主要为湖泊相泥岩，南部的烃源岩则为海相泥岩，这表明当时海侵的路线是由南往北。东部裂谷区由于断陷作用及后裂谷阶段的发育均晚于西部，故缺乏古新世烃源岩。目前已证实的东部裂谷区烃源岩主要为始新世的深灰色泥岩和煤层，其厚度一般为1000～1500m，最大剖面累计厚度可达3000m（深凹部位）。由于构造反转，烃源岩的沉积和发育明显地受到盆地抬升的影响。西部裂谷区全部缺失中始新世以来的烃源岩；东部裂谷区边缘和构造高部位的烃源岩也有不同程度的剥蚀，但在新的坳陷区沉积了渐新世和中新世的以陆相为主的烃源岩。

上述情况表明，陆架盆地的主要烃源岩形成于后裂谷阶段，源岩主要为泥岩和煤系。由于裂谷发育的时序是先西后东，所以在西部裂谷区主要发育了一套中、晚古新世的烃源岩，为形成古新世的油气藏奠定了物质基础。而东部裂谷区则发育了一套巨厚的晚始新世烃源岩，为寻找始新世以来的油气藏提供了可靠的地质依据。

4　晚始新世泥岩和煤是西湖凹陷的主力烃源岩

位于东海陆架盆地东部裂谷区中部偏北的西湖凹陷，是目前东海海域勘探工作程度相对较高、油气发现较多并已进入小范围开发（平湖油气田）的地区。从钻井揭露的并已进入生油窗的烃源岩资料表明，晚始新世泥岩和煤是西湖凹陷的主力烃源岩。据10余个局部构造上的25口钻井统计，其深灰色泥岩的单井平均累计厚度达630m，煤层的单井平均累计厚度达30m，分别约占揭示层（指上始新统）厚的60%和3%。利用地震资料从钻井追踪至深凹部位，可推测晚始新统的泥岩最厚可达3000余米，煤层可达100余米。

分析资料表明，根据东海陆架盆地第三系有机质丰度评价标准，西湖凹陷晚始新世泥岩有机质丰度相对较高，绝大部分样品有机碳含量为1%～2%；有机质类型属于腐殖型，或含腐泥的腐殖型（Ⅲ1）。晚始新世的煤的有机质丰度则为很高范围，其有机碳含量可达60%，氯仿沥青“A”含量为17850×10^-6，总烃含量为7905×10^-6；有机质的类型也比泥岩好，以Ⅲ1型为主，约占95%。

经百余样品分析结果统计，西湖凹陷晚始新世的泥岩和煤均含一定量的海松烷，前者丰度在0.20～0.85范围内变化，后者丰度均大于1，这表明二者均有较高的生烃能力。从烃源岩有机显微组分检测结果来看，西湖凹陷晚始新世的泥岩和煤的脂镜组组分含量明显高于上覆地层和其他地区，而镜质组组分含量则较少。此现象亦说明西湖凹陷晚始新世泥岩和煤层为相对较好的烃源岩。

热模拟研究结果表明，西湖凹陷煤的产烃率较高，大致上达到330～500kg/t有机碳；泥岩的产烃率为125～240kg/t有机碳。所以综合分析认为，西湖凹陷晚始新世泥岩和煤的生烃强度绝大多数属于Ⅰ、Ⅱ类。

经初步计算，西湖凹陷晚始新世的泥岩和煤的生烃量可逾1000×10⁸t。

5　东部裂谷区最具油气远景

东海陆架盆地的含油气远景目前已经被初步的勘探所肯定。但是，盆地的不同部位其远景显然有所不同。

在考虑各种影响油气富集和保存的因素时，我们应着重分析断裂因素的影响。作为经历过构造反转、在接受区域沉降时又发育了剪切断裂的原裂谷型盆地，其众多断裂参与了盆地的构造形成、发展和改造，极大地影响着油气的聚集和保存程度。笔者赞同这样的观点，即裂谷期张扭性断裂主要是对油气起输导作用，但有些同生断裂也可起遮挡作用；反转期压扭性断裂主要起封堵作用；区域沉降期剪切断裂则完全对油气藏起破坏作用。

西部裂谷区从北至南有若干凹陷。据地震钻井资料揭示，在这些单断箕状裂谷中，沉积了厚6000～8000m的海相古新统碎屑岩建造^[8]，属于一个由海进到海退的完整沉积旋回，总体上为浅海相沉积。它是中国东部迄今发现的唯一比较发育的标准海相地层。其中，中古新统巨厚的泥岩是主要烃源岩，且分布面积很广。但是，由于在中始新世末期该裂谷区的构造曾全面反转，长期处于停积剥蚀状态，故对古新统油气的富集和保存造成较大危害。至今为止的勘探成果未能足以证明大规模油气的存在。但在其西部斜坡地区，被古新世地层所披盖的潜山（由变质岩系和火成岩组成），则相对属于远景良好的地区。

在西部裂谷区和东部裂谷区之间，是一条由一系列凸起组成的隆起区，其上披盖了一套中中新世地层，在南段存在较薄的上古新统和下始新统披盖。目前仅在南段有钻井，但未见油气。由于长期处于隆起状态，估计其油气资源的前景并不乐观，仅在一些相对低凹的局部范围内，或是在一些潜山披覆构造上还有可能见到些油气。

东部裂谷区的新生代沉积厚达万米以上，由北至南为福江凹陷、西湖凹陷、基隆凹陷和新竹凹陷。该区有无古新统存在目前尚无可靠资料，推测始新统直接盖在中生代白垩系之上的可能性较大。作为整个陆架盆地始新世以来的最主要沉降中心，始新统、渐新统和中新统是其主要的沉积体。东部裂谷区内的西湖凹陷是现今大陆石油公司在东海海域勘探程度最高的凹陷。该凹陷共钻探井28口，有19口发现工业油气流，已经获得探明加控制储量近2亿吨油当量。该凹陷具多套烃源岩，如中上始新统、渐新统，以及可能的下始新统等。其中，中上始新统是目前已被证实的主要生烃岩，而渐新统则是主要的储集岩系。这些烃源岩的有机质丰度较高，而且在区域上形成多个生烃中心。凹陷内局部构造长期发育，且为数众多。沉积地层在纵、横向上存有多种油气运移通道和成藏组合。正是这些优越的石油地质条件，使该凹陷迄今已发现了6个油气田和2个含油气构造。其中，春晓构造更属于整装性的大凝析气田，其储量规模有可能达到700×10⁸m³。该凹陷中一部分局部构造由于经历了晚期的北西向剪切断裂，其油气资源受到严重破坏。

东部裂谷区内的新竹凹陷也已发现8个油气田，其中陆上6个，海上2个。

因此，可以说东部裂谷区具备形成较大油气田的良好地质条件，其丰富的油气资源已为初步的勘探实践所证实。就目前的勘探程度来看，该裂谷区无疑是整个东海陆架盆地中最有油气远景的地区。

综上所述，东海陆架盆地形成发育于由中生界、古生界以及元古界共同组成的基底之上，在经历了断陷和后裂谷发展阶段之后，开始构造反转，之后发展为区域性沉降。其盆地原形属于大陆边缘裂谷盆地，盆内油气资源的富集和保存受控于盆地结构及其演化。在盆地的不同部位，由于结构的时空演化和地质特性的差异，其油气远景各不相同。简言之，西部裂谷区可作为寻找古新统领域油气的主要地区，尤其是在西部斜坡带；中部隆起区只可能在一些接受过沉积的小凹陷内或是在潜山披覆构造上会有些发现，总体上远景较差；最值得重视的是东部裂谷区，应将其作为寻找始新统、渐新统和中下中新统领域油气的最主要地区。

致谢：本文在写作过程中承蒙陈琳琳、刘志波协助编制部分图件，周庆凡、魏永佩和杨登维协助将本文译成英语稿，以供第31届国际地质大会使用，在此一并表示诚挚的谢意！

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