东海盆地西湖凹陷渐新统花港组内发现巨厚的储层，近年来，油气勘探获得了重大突破，但是其物源和砂体展布尚不清楚。X气田在花港组内发育3套上百米厚的砂岩储层，天然气地质储量巨大。X气田所处的中央反转带内，发育有一系列构造背景类似的圈闭，但花港组储层的物源和砂体展布范围认识不清，是制约油气成藏规模的关键因素^[1-3]。中央反转带内花港组的物源是来自西部的海礁隆起、东部的钓鱼岛隆褶带还是有来自其他方向的物源，目前尚无定论。因此，西湖凹陷的物源分析是目前勘探研究所面临的重要问题之一。

由于受到样品采集等条件的制约，重矿物法、碎屑岩类法、裂变径迹法和地球化学等常规研究物源的技术方法，无法在中央反转带上广泛应用，这就需要我们尝试利用新的方法对物源和砂体展布进行预测研究^[4-6]。

通过构造应力场的数值模拟，可以研究西湖凹陷渐新世花港期的物源特征^[7-10]。古构造和应力场是控制物源的重要因素之一，因此，构造应力场的数值模拟不仅可以确定构造应力的分布，还能研究物源和砂体展布。Miall^[11]在《地层层序地质学》一书中提到构造活动过程中的应力大小，控制了地层层序结构和砂体展布；Busby等^[7]通过分析地层厚度和构造应力场的模拟确定了中白垩世加拿大西部前陆盆地与科迪勒拉山系的构造沉降与沉积作用的动力学关系；Rossland等^[9]。

通过对北海盆地中央地堑三维地震资料的研究，获得了该地区二叠纪至全新世的古地貌和沉积演化，并探讨了构造应力特征与砂体展布的关系；Lunt等^[10]通过加拿大南萨斯喀彻温河周缘构造的数值模拟，重建了该地区储层中的水道分布。

笔者选择西湖凹陷中圈闭发育、资料丰富的勘探重点区——西湖凹陷中北段为研究区，通过构造应力数值模拟的方法，结合区域研究成果，对花港期物源方向进行了研究。

东海盆地位于欧亚板块构造域和太平洋板块构造域之间，西邻闽浙隆起带，东接钓鱼岛隆褶带，北侧为朝鲜板块和日本海，南部为菲律宾板块，是活动大陆边缘的弧后裂谷盆地(图 1)^[12-14]。渐新世花港组沉积时，由于活动大陆边缘洋—陆碰撞的影响使东海盆地处于坳陷期，中新世盆地开始挤压反转，西湖凹陷周缘发生隆升剥蚀，上新世末再次进入沉降期(表 1)。

图  1  西湖凹陷构造背景及其周缘构造单元划分

Figure 1.  Tectonic setting and structural framework of Xihu Sag

表 1  西湖凹陷构造与沉积演化表

Table 1.  Tectic evolution of Xihu Sag

西湖凹陷是东海盆地中重要的富烃凹陷，其面积为4.27×10⁴ km²，是中国近海面积第二大的凹陷。西湖凹陷的构造演化可以划分为中生代至早始新世的裂陷期，晚始新世至早中新世的拗陷期，晚中新世的构造反转期和上新世以来的整体沉降期。始新世以来，西湖凹陷自下而上发育了始新统的宝石组和平湖组、渐新统花港组和中新统的龙井组、玉泉组和柳浪组以及上新统的三潭组和东海组(表 1)。

西湖凹陷平衡剖面恢复、北部和东部沉积特征分析表明，除了传统认识的西部闽浙隆起区在花港期为西湖凹陷提供物源^[16-18]外，北部和东部存在古隆起，也为西湖凹陷提供物源，形成了以轴向水系为主的多个方向水系相互叠加的沉积特征。

为了研究西湖凹陷花港期不同构造演化阶段的变形强度和平面展布特征，对西湖凹陷内多条地震地质解释剖面进行了平衡剖面恢复(图 2)。西湖凹陷东西挤压在玉泉组沉积时期最强烈，其次为花港组沉积时期；花港期，由南向北，水平缩短率逐渐变大，构造隆升程度不断升高；而玉泉组沉积时期以东西向挤压为主，北部缩短率大于南部，表明北部的构造变形强度大于南部。因此，西湖凹陷在花港组和玉泉组沉积时期北部地形高，是有利的物源供给区。

图  2  西湖凹陷不同沉积时期缩短率(测线位置见图 1)

Figure 2.  The compressional rates in different stages in Xihu Sag (see Fig. 1 for location)

花港期西湖凹陷北侧存在大面积的基底裸露区，能够提供充足物源。国内外学者通过解释地震资料和分析已有钻井资料对西湖凹陷北部的福江凹陷和虎皮礁隆起进行了古地理和沉积相重建(图 3、4)^[19-20]，研究结果表明，晚白垩世—早渐新世—早中新世西湖凹陷北部一直存在大面积的基底裸露区，火山岩发育，且广泛发育有河流相沉积，为西湖凹陷花港组沉积提供了大量碎屑物质。

图  3  晚白垩世—早渐新世西湖凹陷北部沉积相(据文献[19-20])

Figure 3.  Sedimentary facies map from Late Cretaceous to Early Oligocene in north of Xihu Sag(from references[19-20])

图  4  早渐新世—早中新世西湖凹陷北部沉积相(据文献[19-20])

Figure 4.  Sedimentary facies map from Late Oligocene to Early Miocene in north of Xihu Sag(from references[19-20])

过钓鱼岛隆褶带的若干地震剖面显示，其上广泛发育花港组沉积(图 5)。从南向北钓鱼岛隆褶带之上的花港组厚度逐渐减薄，地质趋势法恢复的东北部剥蚀厚度达1 700 m^[21]。以上沉积特征表明：花港期冲绳海槽还未形成，钓鱼岛隆褶带与东海陆架外缘隆起连在一起，接受来自东侧的物源供给。

图  5  钓鱼岛隆褶带之上花港组分布范围(平面位置见图 1)

Figure 5.  The Huagang Formation on Diaoyu Islands folded-uplift belt (see Fig. 1 for location)

根据西湖凹陷花港期构造特征和地层的岩石力学参数，建立了其构造数值模拟的静态模型。在花港组沉积期间，日本海没有打开，西湖凹陷北侧为一隆起，东侧钓鱼岛隆褶带与东海陆架外缘是一个整体，钓鱼岛隆褶带仍在水下，接受来自东侧的沉积。这些构造地质特征和演化特征，为西湖凹陷花港组沉积时期的构造数值模拟，提供了基本几何学特征和边界条件(图 6)^[8]。

图  6  西湖凹陷花港期构造数值模拟边界条件(左)及构造变形特征(右)

Figure 6.  Boundary conditions (left) and deformation features (right) for structural numerical simulation of Huagang Formation in Xihu Sag

根据花港组地层实测的密度，和花港组与平湖组现今地应力的特征，参考传统盆地基底和盖层的杨氏模量和泊松比等经验值，建立了西湖凹陷的构造模型几何学和边界条件，并对其进行了网格化。

利用平衡剖面恢复获得的运动学参数，对静态模型进行构造变形过程的模拟。前人对东海盆地西侧太平洋板块俯冲的研究成果表明，其俯冲方向为NW45°，而构造应力大约在100 MPa。考虑NE走向的基底断裂，我们在西湖凹陷内加入了4组倾向东的断层，根据之前平衡剖面恢复的特征，设置南、北、东3个方向为固定边界，在东侧加载挤压应力。实验结果表明：在单一NW向受力的情况下，在西湖凹陷的东侧和北侧都形成了隆起，其中北侧隆起幅度相对于东部还要大，这也验证了钓鱼岛隆褶带之上，由南向北花港组沉积厚度变薄，挤压缩短率变大的特征(图 2)。而这一结果恰好解释了在凹陷中发育轴向水系的构造成因^[22]。

除了这一个模型之外，笔者还试着改变边界条件，对其应力应变状态进行了模拟。结果表明：西南边界固定，改变北侧应力条件也可获得北侧更大的构造变形但是，已经不符合平衡剖面所揭示的构造演化特征(图 2)^{[12-13, 23-24]}。统计了西湖凹陷由北向南若干条地震剖面所反映的构造变形特征，研究结果表明：在花港期，西湖凹陷由北向南逐渐由挤压过渡为伸展，到了西湖凹陷南侧钓北凹陷表现为伸展的构造背景，这与数值模拟结果吻合^[23-24]。

花港期西湖凹陷北侧存在大面积的基底裸露区，能够提供充足物源；东侧冲绳海槽还未形成，钓鱼岛隆褶带与东海陆架外缘隆起连在一起，为西湖凹陷提供来自东侧的物源供给。构造数值模拟技术为西湖凹陷北侧、东侧物源的研究提供了构造变形的理论基础，解决了西湖凹陷花港组内发育以轴向水系为主，北侧、东侧和西侧多向物源供给的构造变形机制问题。