西湖凹陷断裂体系发育特征及其控盆效应

Developmental Characteristics of Fault System and Its Basin⁃Controlling Effects in Xihu Sag

摘要

西湖凹陷是中国东部近海中、新生代叠合含油气盆地东海陆架盆地的重要组成部分，其断裂体系发育时空差异特征不仅决定了盆地结构，也控制了油气成藏.运用最新的三维地震连片资料及钻井资料，对西湖凹陷断裂体系的发育特征及其控盆效应进行了系统分析，区划出新生代盆地基底先存、裂陷拉张及反转挤压3类不同成因类型的断裂体系，明确了NW（NWW）向先存基底断裂对新生代西湖凹陷斜坡带、中央反转带的南北分区效应；揭示了新生代裂陷早期（前平湖组沉积期）由NE-SW向断裂主控至裂陷晚期（平湖组沉积期）由近SN向断裂主控的转变；阐明了纵张、横张及逆断（反转）等龙井、冲绳运动挤压反转形成的断裂体系与反转背斜的成因联系.研究成果对于认识西湖凹陷乃至整个东海陆架盆地构造差异演化过程与机理具有理论意义，也可为该地区油气勘探实践提供指导.

Abstract

The Xihu Sag is an important Meso-Cenozoic superimposed petroliferous basin in the East China Sea Shelf Basin offshore eastern China. The spatiotemporal variation characteristics of its fault system development not only determine the basin structure but also control hydrocarbon accumulation. This paper uses the latest integrated 3D seismic data and drilling data to systematically analyze the developmental characteristics and basin-controlling effects of the fault system in the Xihu Sag, classifying three genetically distinct fault types: pre-existing Cenozoic basement faults, rift-related extensional faults, and inversion-related compressional faults. It clarifies the north-south partitioning effect of NW (NWW)-trending pre-existing basement faults on the Cenozoic slope belt and central inversion zone of the Xihu Sag; reveals the transition from NE-SW-trending faults dominating the early rifting stage (pre-Pinghu Formation deposition) to near SN-trending faults dominating the late rifting stage (Pinghu Formation deposition); and elucidates the genetic relationships between compressional inversion fault systems (longitudinal tension, transverse tension, and reverse faults) formed during the Longjing and Okinawa tectonic movements and inversion anticlines. The research results hold theoretical significance for understanding the tectonic differential evolution process and mechanisms of the Xihu Sag and even the entire East China Sea Shelf Basin, and can provide guidance for hydrocarbon exploration practices in this region.

Graphical abstract

关键词

断裂体系 / 控盆效应 / 西湖凹陷 / 石油地质学.

Key words

fault controlled system / basin⁃controlling effect / Xihu Sag / petroleum geology

0 引言

西湖凹陷所在的东海陆架盆地是我国东部近海发育的一个大型的中、新生代叠合型含油气盆地，其形成、演化体现了特提斯‒喜马拉雅构造域、濒太平洋构造域两大构造域的复合、交切效应，具有复杂的成盆背景，经历了多期次构造演化；（古）太平洋俯冲速率与方向的变化、菲律宾海板块的楔入、冲绳海槽扩张等区域重大地质事件，导致盆地演化经历了自西向东沉降迁移、区域拉张方向自NNW⁃SSE向至NWW⁃SEE向逆时针转变以及伸展至挤压的构造反转（朱伟林等，2015；赵志刚等，2016；周心怀等，2019；刘金水等，2020；Cheng et al.，2022）.响应于复杂的成盆背景与多期次的构造演化，西湖凹陷不同层系、不同区带、不同时期断裂发育特征存在明显差异，其不仅决定了盆地的构造格局，也控制了油气的差异富集成藏（屈童等，2024；晏玉环等，2024；张伯成等，2024；唐贤君等，2025）.由于受资料等因素的限制，以往对西湖凹陷断裂体系及其控藏作用的研究多局限于西湖凹陷西部的平湖、天台斜坡带及中央反转带等勘探热点地区，对西湖凹陷断裂体系发育特征的整体、规律性认识尚有待深化，这也在一定程度上制约了西湖凹陷油气勘探的深入开展及新的有利勘探区带选择.

鉴于此，本文运用最新的三维地震及钻井资料，在对西湖凹陷断裂体系的发育特征进行系统梳理的基础上，依据其发育阶段及力学成因，区划了断裂类型，揭示了断裂体系的演化过程，分析了不同类型断裂的控盆效应，旨在为西湖凹陷油气勘探实践提供支撑.

1 西湖凹陷地质概况

西湖凹陷发育于东海陆架盆地东部坳陷带，面积超过5万平方公里，为中国东部近海最大的含油气凹陷，其东侧紧邻钓鱼岛隆起带，西侧为舟山隆起带，北临福江凹陷，南接钓北凹陷，整体表现为东断西超的箕状凹陷（蔡华等， 2014；蒋一鸣等，2020；刘金水等，2020）.自西向东可划分为西部斜坡带、中央凹陷带与中央反转带、东部陡坡带；自北向南，西部斜坡带又可分为杭州斜坡区、平湖斜坡区和天台斜坡区，中央反转带可划分为嘉兴反转带、宁波反转带、黄岩反转带和天台反转带，构造格架体现出东西分带、南北分区的特点（图1）.

前人的大量研究表明，响应于特提斯构造域、濒太平洋构造域的叠加复合效应，西湖凹陷所在的东海陆架盆地中、新生代经历多期次的构造演化（图2）.

三叠纪，华南块体南与印支地块拼接碰撞、北与华北块体俯冲碰撞（Gilder et al.， 1999；Faure et al.， 2014），东海盆地所在区域乃至整个华南地区受南北两侧板块NNE⁃SSW向挤压，发育NW向逆冲基底断层（Shi et al.， 2015；Cheng et al.， 2023）；侏罗纪，华南完成了与印支、华北块体的拼接，成为欧亚板块的一部分，濒太平洋构造域的洋‒陆板块作用成为主导，伊泽奈岐板块经历由NW向低速转为NNW向高速俯冲于欧亚大陆之下的过程（索艳慧等，2017；李三忠等，2018），华南板块发生大规模挤压、岩浆活动，受伊泽奈岐板块平板俯冲的影响，华南东部区域内发育NNE向逆断层（张岳桥等，2009；Liu et al.，2012）；白垩纪，伊泽奈岐板块沿NNW向高速俯冲于欧亚大陆之下，太平洋板块由南向北逐渐取代伊泽奈岐板块，NNW向俯冲于欧亚板块，华南地区处于伸展作用背景下，发育大规模NE⁃NNE向断陷盆地（崔幸等，2017；Cheng et al.， 2023），并诱发大面积的岩浆侵入和火山作用，东海盆地西部坳陷带开始发育.

进入新生代，古新世由于太平洋板块俯冲速率骤降、后撤，长期处于挤压状态的岩石圈因应力松弛产生弹性回跳，造成地幔上涌、岩石圈减薄（Wang et al.， 2017；Chu et al.， 2019），东海盆地西部坳陷带内NNE向断裂强烈活动的同时，裂陷范围向东扩大，西湖凹陷所在的东部坳陷带进入初始裂陷发育阶段；始新世早、中期，在太平洋板块俯冲带持续后撤背景下，印度板块前缘与欧亚板块沿NE向发生软碰撞，这种不对称的板块作用导致软流圈向东、南蠕散，使得东海陆架盆地裂陷中心向东迁移，西部坳陷带处于挤压坳陷阶段，而西湖凹陷所在东部坳陷带裂陷作用增强，至始新世晚期，太平洋板块俯冲方向由NNW转变为NWW（Torsvik et al.， 2017；Stern et al.， 2018），印度板块与欧亚板块发生硬碰撞，从而引起印支地块旋转挤出，加之古南海板片向南拖曳俯冲作用，岩石圈进一步减薄，东海陆架盆地裂陷中心继续向东迁移，西部坳陷带整体抬升暴露地表，东部坳陷带NNE向断裂强烈活动，西湖凹陷成为沉积中心；渐新世，太平洋板块持续沿NWW向向欧亚大陆俯冲；菲律宾海板块开始楔入欧亚板块和太平洋板块之间（郑求根等，2005；

Liu et al.， 2012），东海陆架盆地经历近EW向（NWW⁃SEE向）挤压，西部坳陷带抬升剥蚀，东部坳陷带挤压坳陷，局部地区发生构造反转；中新世的早‒中期，太平洋板块俯冲速率下降，造成日本海盆等的强烈弧后扩张，并向西挤压中国东部陆缘，菲律宾海板块持续向欧亚板块平板俯冲，东部坳陷带强烈拗陷沉降，构造反转主要发生于西湖凹陷中央及东缘断裂附近，此时，钓鱼岛隆褶带也初步成型，冲绳海槽开始扩张；中新世晚期至上新世，太平洋板块俯冲速率增加，加剧对中国东部的挤压，菲律宾海板块与欧亚板块在台湾岛地区发生碰撞，此时东海陆架盆地处于整体沉降期，受太平洋构造域西向挤压、碰撞影响，盆内发生大规模构造反转（Dai et al.， 2014；Liu et al.， 2025）.

2 西湖凹陷断裂的成因类型划分

响应于复杂区域地质背景与多期次的构造运动，西湖凹陷断裂体系表现为由多方向、多期次、多性质断裂组成的复杂断裂网络体系（图3），通过运用地震资料的断裂解析，依据断裂对地层的切割关系、发育时期及其力学成因，可以将西湖凹陷断裂体系划分为新生代盆地先存基底断裂、裂陷拉张断裂及反转挤压断裂3类（图4、图5）.

2.1　先存基底断裂

西湖凹陷所在的新生代东海陆架盆地基底并非“平板一块”，印支期华南块体南、北分别与印支地块、华北块体碰撞拼接，经历了NNE⁃SSW向的区域挤压，导致NW（NWW）向逆冲断层的发育，燕山期受控于伊泽奈岐板块、太平洋板块对欧亚板块的俯冲，东海陆架盆地所在区域经历了由近E⁃W向挤压到NNW⁃SSE向拉张的应力场转变，导致先期发育的NW逆推断层的反转与NNE向断裂的产生（Boschman and van Hinsbergen，2016；Cheng et al.，2023），形成了前新生代NW（NWW）与NNE向断裂相互切割的基底断裂体系（杨香华等，2003；杨长清等，2012，2019）.

尽管新生代西湖凹陷整体表现为NNE⁃SSW向展布的构造格局，但最新的重磁资料清晰的显示出了NW向先存基底断裂的存在（图6），自北向南，可识别出中琉球、虎南‒宝岛、海礁‒平湖、舟山‒国头等多个NW向基底断裂带.

与NW向断裂近于垂直的NNE向地震测线显示，NW向断裂向下切穿Tg界面（中生界底面），向上大都消亡于T30界面（花港组底面）之下，且在T100（新生界底面）⁃T30界面之间地层垂向落差小，这表明NW向断裂的垂向活动期主要为中生代，新生代的垂向活动弱，且逐渐趋于消亡（图4）.

值得关注的是，尽管地震剖面T30界面之上NW向先存基底断裂两侧地层没有明显垂向错断和落差，但对三维地震资料方差体属性分析表明，在对应深部NW向先存断裂的位置上，在浅部层系（T12界面）表现为NWW向次级小断层沿深部NW向先存断裂雁行排列（或平行侧列）的特征（图7a），且在剖面上呈现出多级“Y”形构造（图7b），这表明先存NW向断裂在新生代发生了一定程度的走滑复活.

2.2　裂陷拉张断裂

八角亭组‒宝石组‒平湖组沉积期是西湖凹陷新生代裂陷发育期，东侧的NE向的西湖‒基隆断裂控制了新生代西湖凹陷“东断西超”的整体格局.

最新的三维地震资料分析表明，西湖凹陷内部裂陷期断裂走向主要为NE向、NNE（近SN）向，与之近于垂直的NW⁃SE向测线剖面资料显示（图5），裂陷期断裂以顺向铲式正断为主，在斜坡带、中央凹陷带大部分断裂未切穿平湖组顶面（T30界面），在花港组沉积期基本不活动，而在反转带，裂陷期发育的断裂在后期存在活化现象，表现为“下正上逆”的构造反转特征.

对西湖凹陷三维工区内NE、近SN向主要断裂的活动性分析表明（图8），在早期裂陷的前平湖组沉积期（T100⁃T40），杭州3号主断裂、宁波主断裂、平湖主断裂等NE向断裂断层落差明显大于杭州1号主断裂、孔东1号主断裂、放一断裂等近SN向断裂，而晚期裂陷的平湖组沉积期（T40⁃T30），近SN向断裂断层落差则整体大于NE向断裂，这体现出由前平湖组沉积期至平湖组沉积期，主控断裂发生了由NE向至SN（NNE）向的转换，耦合于区域拉张应力方向由NW⁃NE向至近E⁃W向的逆时针转变.

2.3　反转挤压断裂

龙井运动阶段菲律宾海板块的平板俯冲以及冲绳海槽运动阶段的冲绳海槽强烈扩张所引发的西向挤压，这不仅导致了西湖凹陷近SN走向的中央反转带的形成（郑求根等，2005；何新建等，2023，2024），同时伴生有反转挤压断裂体系的产生.

从理论上而言，挤压褶皱形成过程中通常伴生有纵张断裂、横张断裂和逆断裂等不同类型的断裂发育（图9）.

横张断裂主要发育于背斜转折端，走向与背斜轴近于垂直，沿西湖凹陷中央反转背斜轴的地震剖面（图4c）显示，其主要发育于T10⁃T30之间，自上往下切，“悬”于裂陷拉张断裂体系之上，也有少数切至T30之下，与裂陷期拉张断裂搭接；而在远离中央反转背斜带的凹陷带、斜坡带，横张断裂基本不发育（图4a、4b）.

纵张断裂的走向与褶皱轴近于平行，在背斜转折端数量相对较多；剖面上为板式正断，上可切T12，其可为挤压期新产生，也可能是先期裂陷期近SN向断裂再复活（图5）.

挤压过程中，在褶皱的翼部还会发育有与褶皱轴近于平行、垂直挤压应力方向的逆断层.值得关注的是，西湖凹陷中央反转带的翼部不仅有龙井运动挤压所产生的逆断层，还发育有“下正上逆”的反转断层，这体现了平湖运动→花港运动→龙井运动，区域应力由NWW⁃SEE向拉张至NWW⁃SEE向挤压的转变（图10）.

为进一步明确挤压反转期断裂与挤压背斜发育间的成因联系，本文选择背斜形态显示相对完整的T16界面，对西湖凹陷中央反转背斜带不同位置的背斜幅度（背斜高度与背斜宽度的比值）及挤压派生断裂的数量进行了计算和统计，结果表明，反转所派生的横张、纵张及逆断裂（反转断层）的数量与背斜幅度具有明显的正相关，褶皱幅度越大，挤压强度越大，各类挤压派生断裂的数量越多（图11）.

3 西湖凹陷断裂的发育演化模式

在西湖凹陷各类断裂发育特征分析基础上，结合区域地质背景，可建立西湖凹陷断裂体系演化模式（图12）.

前古近纪，由于华南板块与印支、华北板块在印支期发生大规模碰撞、拼接，东海盆地所在的整个华南地区受南、北两侧板块NNE⁃SSW向挤压，发育NW向逆冲基底断层；燕山早期，濒太平洋构造域的洋‒陆板块作用成为主导，伊泽奈岐板块的俯冲效应，导致华南板块发生大规模挤压，形成NNE向逆断层；燕山中、晚期，太平洋板块取代伊泽奈岐板块，NNW向俯冲于欧亚板块，华南地区处于伸展作用背景下，产生大规模NE、NNE走向的断陷.印支期与燕山期构造作用的叠合效应导致新生代东海盆地基底发育有NW（NWW）、NE（NNE）两组先存基底断裂，且NW（NWW）向断裂先于NE（NNE）向断裂的形成，对NE（NNE）发育具有转换作用（图12a）.

古近纪古新世至始新世早、中期的前平湖组沉积期（T100⁃T40），由于太平洋板块俯冲速率骤降、后撤，加之印度板块前缘与欧亚板块沿NE向发生软碰撞，这种不对称的板块作用导致软流圈向东、南蠕散，东海陆架盆地处于强烈的弧后扩张背景下，使得东海陆架盆地裂陷中心向东迁移，西湖凹陷所在东部坳陷带裂陷作用增强，在NW⁃SE向区域伸展应力作用下，NE向断裂成为凹陷内部的主控断裂，这些高角度正断层切割深度大，控制了早期洼陷的形成及宝石组的沉积；先存NW向断裂发生斜向拉伸，走滑转换效应导致南北分区（图12b）.

始新世中、晚期的平湖组沉积期（T40⁃T30），太平洋板块强烈俯冲所导致的地幔上涌、印度板块与欧亚板块硬碰撞所导致华南挤出效应及古南海板片向南拖曳俯冲作用，使得东海陆架盆地裂陷中心继续向东迁移，西湖凹陷进入强烈裂陷期；与前期裂陷相比，由于太平洋板块俯冲方向由NNW转变为NWW（蒋一鸣等，2024），西湖凹陷的伸展方向也由NW⁃SE向转变为NWW⁃SEE（近E⁃W）向，NNE（近SN）向断裂活动强度明显大于NE向断裂（图8b），断裂走向发生逆时针偏转，成为西湖凹陷内主控断裂，控制了凹陷内嘉兴25、宁波27、绍兴36等主要生烃洼陷的发育（图12c）.

渐新世至中新世，西湖凹陷经历了由裂陷到拗陷的转换，裂陷期强烈活动的NNE、NE向断裂活动性逐渐减弱趋于消亡，与此同时，由于菲律宾板块西向平板俯冲以及冲绳海槽强烈扩张的西向挤压，使得西湖凹陷遭受近EW向的挤压反转，形成了中央反转褶皱带，并在反转背斜转折端及翼部伴生有纵张、横张、逆断（反转）等不同类型的断裂（图12d）.

综合上述分析，发生于中生代的基隆运动、渔山运动导致西湖凹陷新生代盆地基底NW、NE向先存断裂的产生；古近纪雁荡运动→瓯江运动→平湖运动，拉张应力自NNW⁃SSE向至NWW⁃SEE向逆时针转变，导致西湖凹陷新生代裂陷期主控断裂出现时空差异；新近纪龙井运动、冲绳海槽运动自东向西NWW⁃SEE向的挤压，控制了西湖凹陷中央反转带的发育.

4 西湖凹陷断裂体系的控盆效应

作为中国东部海域最大的一个断陷型凹陷，西湖凹陷断裂体系的差异演化必然导致西湖凹陷盆地结构的时空差异.

首先，先存NW向基底断裂控制了西湖凹陷的南北分区效应，转换带两侧构造差异性明显，平面上两侧NE向断层被转换带明显分隔（图3），对西湖凹陷主控断层、斜坡带、中央反转带具有明显的分割、转换，因此导致了西湖凹陷盆地结构具有明显的南北分区效应（图4）.就西部斜坡带而言，自北向南不同斜坡区的构造样式存在明显差异，北部的杭州斜坡区，受杭州主断层控制，呈单断式陡坡结构，杭州斜坡区南部由于断裂活动性减弱，呈断阶式缓坡；中北部的平湖北斜坡区受顺向、反向断层及古隆起综合控制，呈堑垒式缓坡结构；平湖南区受平湖主断层及次级断层形成的滑动断阶构造控制呈断阶式陡坡结构；天台斜坡区北部呈多条反向断层控制的反向断阶式缓坡结构，天台区南部受宝石主断层的控制呈单断式陡坡结构（图13）.就中央反转带而言，背斜的隆升幅度及派生断裂发育特征也具有明显的南北分段效应（图11）.

为进一步揭示西湖凹陷新生代构造发育的南北分区效应，本文选取横穿不同北、南区带的地震测线，在进行平衡剖面分析的基础上，计算了各演化阶段的伸展率（压缩率），分析结果表明（图14），在拉张裂陷期，中北部伸展强度大，在挤压反转期，北部的挤压量强于南部，各区段无论是伸展率还是挤压率都存在明显差异.

值得关注的是，斜坡带分区、中央反转带分段转换处均重合于先存NW向断裂发育处.这并非巧合，而是先存断裂对后期构造发育的转换效应的必然体现.尽管先期断裂的走向与后期伸展（或挤压）应力方向近于平行，但地质过程中不可能存在绝对均匀的伸展和挤压，先存断裂的存在，往往成为后期构造发育的转换带，起到分区效应（Corti et al.， 2004；Uzel et al.， 2013；Fossen et al.， 2016）（图15）.构造转换带大多由NW向先存基底断裂和浅部隐性断层两部分组成，少量构造转换带仅发育浅部隐性断层；转换带浅部隐性断裂可以识别出“Y”字形构造、似花状构造、多级“Y”字形构造等多种组合（图4a、4b）.

其次，西湖凹陷新生代裂陷期主控断裂的转变对凹内生烃洼陷展布具有重要的控制作用.

在新生代裂陷期，西湖凹陷所在东海陆架盆地区域拉张应力方向发生了由NW⁃NE向至近E⁃W向的逆时针转变，在早期裂陷的前平湖组沉积期，在NW⁃SE向区域拉张作用下，宁波主断裂、平湖主断裂等NE向断裂是凹陷内的主要控洼断裂，宝石组的地层呈现出NE⁃SW向展布的特点（图16a）；至晚期裂陷的平湖组沉积期，区域拉张应力场转为NWW⁃SEE（近E⁃W）向，NNE⁃SSW（近SN）向的杭州2号主断裂、嘉兴2号断裂、玉泉断裂等断裂成为西湖凹陷内的主控断裂，这也导致了平湖组的地层呈现出近SN向的展布特征（图16b）.裂陷早期NE向断裂控制了宝石组局限湖相优质烃源岩的发育，往往形成独立的生烃中心，各洼陷之间连通性差（唐贤君等，2024；谢晓军等，2024；王辉等，2025）；裂陷晚期近SN向断裂的活动则控制了平湖组煤系地层的广泛发育，由于断裂连接性增强，水体范围扩大，形成了广覆式的煤系烃源岩分布格局（孙侨阳等，2024）.

相较于先存断裂，裂陷期拉张断裂，反转挤压断裂主要形成于西湖凹陷整体拗陷期，其主要发育于凹陷东侧的中央反转带，垂向落差相对较小，但其对地层的切割效应对中央反转带的油气运聚与成藏具有重要影响（邹玮等， 2021；余逸凡等，2022；张宙等，2022）.

5 结论与启示

（1）响应于特提斯构造域、濒太平洋构造域的多期次、多幕式的构造叠加效应，西湖凹陷断裂体系由新生代盆地基底先存断裂、裂陷拉张断裂及反转挤压断裂这3类不同成因的断裂体系组成.

（2）新生代盆地基底断裂体现了印支期与燕山期构造作用的叠合效应，发育有NW（NWW）、NE（NNE）两组先存基底断裂，且NW（NWW）向先存基底断裂对新生代西湖凹陷构造发育具有调节、转换作用，控制了斜坡带的南北分区及中央反转带的南北分段.

（3）新生代裂陷期区域拉张应力方向发生逆时针偏转，导致凹陷内部不同裂陷阶段主控断裂的差异，裂陷早期（前平湖组沉积期）由NE⁃SW向断裂主控，裂陷晚期（平湖组沉积期）由近SN向断裂主控，这也导致了凹陷内部各生烃洼陷地层展布方向由前平湖组NE⁃SW向展布至平湖组近SN向展布的改变.

（4）龙井运动、冲绳海槽运动的西向挤压，不仅导致了西湖凹陷近NS走向的中央反转背斜带的形成，也伴生了反转挤压断裂体系，纵张、横张及逆断（反转）等不同性质、走向断裂的发育规模、数量与中央反转背斜的褶皱强度呈正相关，体现了反转挤压断裂体系与反转背斜的成因联系.

（5）西湖凹陷断裂体系的差异演化不仅控制了盆地结构的时空差异，也导致不同层系、不同区带油气成藏的差异，系统揭示断裂体系发育时空差异与源岩发育、油气运聚、有效圈闭形成的耦合关系，应成为今后西湖凹陷油气勘探研究的重点.

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基金资助

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