Radiolarian assemblages and their distribution characteristics in surface sediments of Prydz Bay
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摘要: 对普里兹湾16个表层沉积物样品中的放射虫动物群进行了全属种鉴定和分析，共检出放射虫2目66属107种，其中罩笼虫目40属71种，泡沫虫目26属36种，前者的属种多样性和个体数量都显著高于后者。研究结果显示：普里兹湾放射虫多样性程度较低，但丰度较高，平均可达3.36万枚/g，呈现出陆架区>湾口区>冰架前缘的趋势，且湾西部高于东部，可能主要受研究区表层生产力、环流结构、沉积物类型和冷水团分布等海洋环境要素的影响。以Antarctissa strelkovi、Antarctissa denticulata为代表的Antarctissa group是该区最典型的优势种组合，平均百分含量高达42.43%，其分布主要受控于水体温度，其高含量具有指示冷水团分布的潜力，而该组合丰度的分布主要受环流和地形的影响; 由Phormacantha hystrix、Plectacantha oikiskos和Rhizoplegma boreale组成的特征种组合平均百分含量为12.54%，其丰度和含量的分布模式主要表征的是与环流结构有关的水团混合作用的强弱，对水深或离岸距离的指示作用并不明显。Abstract: Radiolarian faunas from 16 surface sediment samples of Prydz Bay are studied by the authors. A total of 2 orders, 66 genera and 107 species are identified, which consists of 71 Nasseillaria species (40 genera) and 36 Spumellaria species (26 genera), of which the former is obviously higher in genus-species diversity and quantity of individuals. Radiolarians in the surface sediments of Prydz Bay are low in diversity but high in abundance, which may reach 3.36×104ind/g (dry sample)on average. The distribution of abundance is in a descending order from the shelf zone, to the mouth of bay and to the front of ice shelf in general, and higher in the west but lower in the east, affected by such environmental factors as surface biological productivity, circulation pattern, sediment type and distribution of cold water mass. The Antarctissa group, mainly composed of Antarctissa strelkovi and Antarctissa denticulata, is the dominating assemblage in Prydz Bay, which may be as high as 42.43% on average depending upon water temperature.Therefore, the high percentage of this assemblage could be used as an indicator of cold water mass. The abundance of the assemblage is also affected by water circulation and subsurface topography. The typical assemblage, which is composed of Phormacantha hystrix, Plectacantha oikiskos and Rhizoplegma boreale, occupies 12.54% in samples. Its distribution pattern of abundance is an indicator to the mixing degree of water mass of concerned circulating currents, but not water depth or the distance to the coast in the bay.
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Keywords:
- surface sediment /
- radiolarian /
- dominant assemblage /
- characteristic assemblage /
- Prydz Bay
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东海盆地西湖凹陷历经40年的勘探，目前已钻探井100余口，天然气探明储量达数千亿方，证实了该凹陷巨大的勘探潜力[1]。西湖凹陷油气分布总体呈现西部斜坡带圈闭“小而散”[2]、中央反转构造带“大构造、小油气藏”[3]的特点，油气分布规律复杂，勘探难度较大。目前凹陷内已发现的大中型油气田较少，大中型油气田储量占整个凹陷总储量的四分之三以上，且主要分布在中央反转构造带。因此，在中央反转构造带上寻找大中型油气田是当前东海地区增储上产、建设华东地区清洁能源基地的重要保障。玉泉构造位于中央反转构造带中部，是东海盆地已发现的最大背斜构造，面积超过500 km2，是西湖凹陷寻找大中型油气田的最有利区带之一。自 1985 年至今，玉泉构造共钻探井5口，揭示天然气三级地质储量超 2500亿m3，但探明程度不到5%[3]。究其原因，是因为对该构造的油气成藏关键要素认识不够全面，对油气成藏关键要素间的动态时空匹配关系研究不够深入，从而制约了有利勘探目标的精准定位。
目前针对西湖凹陷整体油气成藏规律研究主要存在塔式成藏[4]、超压控藏[5]、“储保耦合”控藏[2]等成藏理论，但缺乏对油气成藏关键要素发育史及其时空匹配关系的深入研究。对于西湖凹陷中央反转构造带油气成藏要素演化史，前人在反转背斜成因演变[6]、圈闭的递进式演变史[7]、生烃演化历史[8]等方面有一定的研究，对于油气充注史分析主要存在两种观点：一种认为中央反转构造带存在三期油气充注[9-10]且以后两期油气充注为主；另一种认为中央反转构造带存在两期油气充注[11-12]，但该两期的油气充注主次关系未明确。鉴于玉泉构造油气成藏要素演化史特别是油气充注史研究的薄弱，再加上各油气成藏要素间的联系不够密切，本文在西湖凹陷中央反转构造带挤压反转背景下，研究了玉泉构造演化史、断裂发育史、圈闭发育史、成岩史、生烃史与油气充注史的时空匹配关系并据此指出有利勘探方向，以期为下一步钻探评价及决策提供依据。
1. 区域地质背景
1.1 区域构造地层特征
西湖凹陷位于东海盆地东部大陆架东缘，呈NNE展布，南北长约400 km，东西宽约100 km，面积约为5.18× 104 km2[13]。西湖凹陷东部为钓鱼岛隆褶带，西部由北向南依次为长江凹陷、海礁隆起、钱塘凹陷和渔山东低隆起，南临钓北凹陷，凹陷自西向东依次可分为西部斜坡带、中央反转构造带和东部断阶带[14]。其中，中央反转构造带发育一系列反转背斜构造，其由北向南进一步划分为嘉兴反转带、宁波反转带和天台反转带，玉泉构造位于宁波反转带，与北部古珍构造均发育大型反转背斜构造样式，西侧紧邻印月构造（图1）。
参考前人地震层序划分[6-13, 15]，西湖凹陷主要划分出8个不同级别的地震反射界面（T0、T10、T20、T30、T40、T50、T100、Tg），分别代表着发育较齐全的西湖凹陷新生界，由老至新分别为：古新统（具体组段不详），始新统宝石组、平湖组，渐新统花港组，中新统龙井组、玉泉组、柳浪组，上新统三潭组，第四系东海群（图2）。本文研究主要目的层为龙井组和花港组，龙井组以T17地震反射界面为界分为龙井组上段和龙井组下段，花港组以T21地震界面为界分为上、下两段，花港组上段分为H1—H5五个砂层组，花港组下段分为H6—H10五个砂层组。
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图 2 西湖凹陷玉泉构造地层划分Figure 2. Chronostratigraphic division of the Yuquan Structure in Xihu Sag1.2 区域构造演化特征
运用平衡剖面技术结合地震剖面特征研究发现，西湖凹陷主要经历了古新统至宝石组沉积末期（约43.0 Ma）的断陷期、宝石组沉积末期至平湖组沉积末期（约32.0 Ma）的断拗转换期、平湖组沉积末期至龙井组沉积末期（约16.4 Ma）的拗陷期、龙井组沉积末期至玉泉组沉积末期（约13.0 Ma）的强反转期、玉泉组沉积末期至柳浪组沉积末期（约5.3 Ma）的弱反转期（拗陷-区域沉降转换）和柳浪组沉积末期至今的区域沉降期（图3），中央构造带于龙井运动时期经历了强烈构造反转，形成玉泉、古珍等背斜构造，同时，花港组上段及以浅层系晚期NWW向断层伴生背斜发育，表现为横张弱扭性质。
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图 3 西湖凹陷中部构造演化剖面图剖面位置见图1①。Figure 3. Structural evolution profile in the middle of the Xihu SagSee Fig.1① for profile location.2. 油气成藏关键要素发育史
在西湖凹陷中央构造带挤压反转背景下，以区域构造演化为基础，对玉泉构造断裂发育史、圈闭发育史、生烃史、油气充注史及成岩阶段进行综合分析，研究其油气成藏要素时空匹配关系，挖掘该构造的勘探潜力。
2.1 断裂演化阶段
玉泉构造断裂发育主要经历了3个阶段：前挤压反转期（龙井运动前）、挤压反转早期和挤压反转晚期（图4）。
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图 4 西湖凹陷玉泉构造断裂演化特征底图为H3断裂平面分布纲要图。Figure 4. Evolution characteristics of the faults of the Yuquan structure in Xihu SagThe background map is the outline of the H3 fault plane distribution.前挤压反转期：以花港组沉积末期（约23.3 Ma）为例，该期断裂活动弱，仅F1—F7断裂持续活动，多为NE—NNE，且F2、F6等断裂南北不连续（图4a）。
挤压反转早期：约玉泉组沉积末（约13.0 Ma），NWW向构造应力挤压与NE—NNE向断层南北活动差异背景下，构造开始发生反转，并在应力更强的中北区局部高点发育Ft1—Ft4等NWW向调节断层，向下延伸至T21界面附近，同时，油源断裂F1、F2南北连接，F3断层向南延伸（图4b）。
挤压反转晚期：约柳浪组沉积末期（约5.3 Ma），构造反转后地层沉降趋于稳定，Ft1—Ft4等NWW向调节断层大量发育于玉泉构造中北部局部高点。挤压反转晚期形成的EW向断层（向上断至玉泉组，向下多断至T20界面）发育于玉泉构造南部（图4c），该期构造总体断裂组合样式基本定型。
2.2 圈闭发育史
在上文断裂发育演化背景下，玉泉构造同样经历了前挤压反转期（龙井运动前）、挤压反转早期和挤压反转晚期3个圈闭发育阶段（图5）。
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图 5 西湖凹陷玉泉构造圈闭演化特征Figure 5. Evolution characteristics of traps in the Yuquan structure in Xihu Sag前挤压反转期：花港组沉积末期（约23.3 Ma），多条断层控制，南北连续性差。断层形态受到刚性基底边界影响（刚性地层相对塑性地层而言不易变形，盆地内Tg界面以上地层普遍相对较软，挤压力主要通过相对刚性盆地基底向上传递[6]）。该期圈闭基本不发育（图5a），但不排除局部背斜圈闭的形成，花港组在玉泉构造及周边构造普遍沉积。
挤压反转早期：玉泉组沉积末（约13.0 Ma），挤压反转过程中，多条断层控制多个背斜发育，背斜轴迹延伸方向多与断层走向平行，同时形成几个构造鞍部，由于SEE向应力的影响，断层伴生背斜之间多以NWW向的鞍部分隔（图5b）。该期花港组埋深约在1500～3400 m，龙井组下段埋深在400～1500 m，龙井组上段顶部及玉泉组被剥蚀（图3d）。
挤压反转晚期：柳浪组沉积末（约5.3 Ma），刚性基底嵌入段挤压持续增强，中块背斜持续抬高，分隔中-北块、中-南块的鞍部被抬高，多条断层伴生背斜连结形成巨型背斜，该期圈闭基本定型（图5c）。玉泉构造西北部两条通源断层F1、F2的分割使其与印月构造并未连结，刚性基底在构造北部的缺失导致玉泉构造北区的构造鞍部抬升并不明显，使古珍与玉泉构造分隔。该期花港组埋深1900～3800 m，龙井组下段深度约为800～1900 m，龙井组上段顶部被剥蚀后埋深约为350～800 m，柳浪组稳定沉积（图3e）。
2.3 生烃演化史
西湖凹陷中央反转构造带钻遇气层普遍为干气，始新统平湖组烃源岩在凹陷范围内大面积分布，且沉积厚度大，为西湖凹陷的主力烃源岩层系[16-19]。通过已钻井揭示的玉泉构造烃源岩厚度、埋深以及有机质丰度、氢指数、地温梯度等参数，利用Trinity软件进行模拟，认为该洼主要经历了两期大规模生烃期：第一期大规模生烃发生在约20～9 Ma，对应龙井组沉积中期至柳浪组沉积中期，从生排烃曲线斜率来看，该期生排烃强度最大；第二期大规模生烃发生在约5 Ma至今，对应柳浪组沉积末期至今，该期生排烃强度相对第一次较弱（图6）。值得注意的是，中央洼陷总排烃量为18.4万亿方天然气（换算石油约147亿t），相对总生烃量68.0万亿方天然气（换算石油约542亿t）来说排烃率仅为27%，这与平湖组泥岩厚度大及地层致密有较大的关系。
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图 6 西湖凹陷中央洼陷生排烃量统计Figure 6. Statistics of hydrocarbon generation and expulsion in central depression of Xihu Sag2.4 油气成藏史
由于玉泉构造样品分析化验资料较少，该构造已有的资料无法支撑准确厘定油气成藏史。而紧邻玉泉构造北部的古珍构造录井化验资料丰富，与玉泉构造在断裂发育史、圈闭发育史上相似度颇高，且二者均由中央洼陷平湖组供烃，古珍构造的油气充注史可以与玉泉构造进行有效类比。周心怀等[10]通过对古珍构造花港组盐水包裹体的研究，结合储层自生伊利石同位素测年技术，明确古珍构造油气有效成藏期次为两期：12～9 Ma和3 Ma至今。第一期成藏对应龙井运动时期，为构造大规模挤压抬升期，且处于第一次大规模生排烃期内，该期H7已经致密，H3孔隙演化基本定型；第二期成藏对应冲绳运动时期，表现为大面积的区域沉降和海水侵入，处于第二次大规模生排烃期内，该期H5砂层组以下普遍致密。据此认为玉泉构造同样经历了龙井运动时期和上新世以来的两次油气充注期，下面依据玉泉构造唯一具有包裹体资料的YQ-1井盐水包裹体均一温度结合埋藏地温史准确厘定玉泉构造的油气充注时间。
玉泉构造流体包裹体主要集中在H7、H3和龙井组下段，H1层存在少量流体包裹体，鉴于各层捕获包裹体深度差异较大，反映的均一温度不集中，取各层内具有代表性深度段（小于80 m）内的盐水包裹体统计其均一温度，结果表明H7均一温度主要在145～165 ℃之间，H3均一温度主要为114～133 ℃，龙井组下段均一温度主要为83～94 ℃。结合埋藏地温史分析玉泉构造各层油气充注时间，H7自17.9 Ma以来基本一直处于油气充注期内，可能与H7砂层组靠近平湖组烃源岩且上覆H6为一套巨厚泥岩层有关，该层成藏时间为13.0 Ma至今；H3主要经历了14.6～11.4 Ma和4.2 Ma至今两期油气充注，成藏时间为13.0～11.4 Ma和4.2 Ma至今两期；龙井组下段则为3.4 Ma至今晚期一期充注成藏（图7）。
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图 7 西湖凹陷玉泉构造盐水包裹体均一温度分布及油气充注史分析图Figure 7. Distribution of homogeneous temperature of the brine inclusion and analysis of hydrocarbon filling history in the Yuquan Structure3. 油气成藏要素时空匹配关系
对油气聚集成藏要素进行“六史”综合分析，能够明确成藏要素时空匹配关系、有效性及油气聚集程度。前文已分析在两次油气成藏期内H7砂层组埋深两次至3820 m以下处于致密状态，从现今成岩阶段来看，深度3820 m刚好处于中成岩A2期向中成岩B期转化的界线附近，3820 m以下为碱性成岩环境，原生孔大量减少，仅剩少量次生溶孔，深部储层致密后有利于油气向浅层运移。第一次大规模生烃阶段刚好处于玉泉构造挤压反转早期，NWW向断层于该期大量形成，背斜大量发育，对应油气第一期成藏；第二次大规模生排烃时期对应冲绳海槽运动期，为区域较稳定沉降期，该期断裂组合样式和圈闭基本定型，对应油气第二期成藏，玉泉构造油气成藏史与构造演化史、成岩史、生烃史、埋藏史、圈闭发育史“六史”耦合关系良好（图8）。
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图 8 西湖凹陷玉泉构造“六史”综合演化示意图Figure 8. Schematic diagram of geological evolution of the Yuquan structure, Xihu Sag第一期油气成藏期虽然供烃洼陷生排烃强度较大，但玉泉构造正经历构造反转期，背斜尚处于雏形和发育阶段，油气成藏规模并未成型，而第二次成藏期内断裂组合样式与圈闭均已定型且区域较稳定沉降，再加上现今油气分布以干气为主，与第二次大规模生烃期排烃类型相符，因此，晚期4.2 Ma以来的油气充注最为有利。综合来看，花港组下段H6—H7为晚期油气持续充注成藏，但储层物性较差；花港组上段为两期油气充注成藏且第二期为主要油气成藏期，成藏时间与两次大规模生烃期、挤压反转早期和晚期、中成岩阶段A期时空匹配关系良好，储层物性较好；龙井组及更浅层位整体为晚期一期规模成藏，与第二次大规模生烃期、挤压反转晚期、早成岩阶段B期时空匹配关系良好，储层物性最好。
4. 有利勘探方向预测
根据前文玉泉构造“六史”分析及其时空匹配关系研究，早期发育的NE向断层F1、F2、F3持续活动，沟通烃源岩，玉泉构造北部、古珍双向持续供烃，油气藏规模明显大于其他地区（图9）。晚期发育的NWW向断层多下断至花港组上段底部的H5砂层组，其活动时间与构造反转期、圈闭形成期及第一期油气充注时间相似，不利于油气的保存，对花港组上段气藏有较大的破坏作用，这是玉泉构造各井区花港组上段油气充满度明显低于古珍油气充满度的主要原因。同时，应该注意到，晚期发育的NWW向断层在破坏花港组上段油气藏的同时，油气沿断层运移至龙井组及更浅层位，在龙井组有利圈闭聚集成藏，如YQ-1井区龙井组下段顶部，探明天然气储量达30亿m3。另外，花港组下段虽然自13.0 Ma以来油气持续充注，油气成藏期与两次大规模生烃期及圈闭发育期耦合良好，但由于经历过深埋，处于中成岩阶段B期，储层物性较差，以当前技术水平来看，该段基本不具有经济开发价值。
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图 9 西湖凹陷玉泉构造近南北向气藏剖面图剖面位置见图5c②。Figure 9. The near N-S gas reservoir profile of Yuquan structure in Xihu SagSee Fig. 5c② for profile location.由此总结出玉泉构造乃至整个中央反转构造带寻找有利勘探目标的关键条件，对于花港组目标应具备以下条件：① 靠近早期发育的NNE油源断层；② 避开晚期NWW向调节断层；③ 以花港组上段为勘探主要目的层。对于龙井组及以浅层位的目标应具备条件：① 紧邻晚期NWW向调节断层；② NWW向调节断层向下切穿花港组H3—H5储层。
综上，认为YQ-3井区北部、YQ-1井区北部花港组上段与YQ-3井区NWW向断层上盘龙井组、YQ-1井区龙井组上段为有利勘探区（图5c、图9）。
5. 结论
（1）玉泉构造断裂发育主要经历了前挤压反转期、挤压反转早期和挤压反转晚期3个阶段，NWW向调节断层在挤压反转早期发育于构造局部高点，在挤压反转晚期断层活动趋于稳定，同时挤压反转早期和挤压反转晚期也是圈闭发育和圈闭定型的重要阶段。
（2）玉泉构造花港组下段H6—H7自13.0 Ma以来油气持续充注成藏至今，但储层物性较差；花港组上段为13.0～11.4 Ma和4.2 Ma至今两期油气充注成藏且第二期为主要油气成藏期，成藏时间与两次大规模生烃期、挤压反转早期和晚期、中成岩阶段A期时空匹配关系良好，储层物性较好；龙井组及更浅层位整体为3.4 Ma至今一期充注成藏，与第二次大规模生烃期、挤压反转晚期、早成岩阶段B期时空匹配关系良好，储层物性最好。
（3）玉泉3井区北部、玉泉1井区北部花港组上段与玉泉3井区NWW向断层北翼龙井组、玉泉1井区龙井组上段为玉泉构造的有利勘探区。
致谢: 本研究在样品采集和处理过程中得到了中国第18、21、24、25、27和29次南极科学考察队全体队员、雪龙船船员的帮助，在实验和论文撰写过程中得到了本实验室刘小涯、于培松、扈传昱、孙维萍、江志兵、汤燕滨等人的帮助和支持，在此一并表示感谢; 特别感谢同济大学海洋地质国家重点实验室王汝建教授及其课题组在样品处理、薄片制备和镜下鉴定等过程中给予的无私帮助。 -
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图 2 普里兹湾表层沉积物中放射虫多样性的分布特征
a.简单分异度S; b.复合分异度H (S)
Figure 2. Distribution of radiolarian diversity in surface sediments of Prydz Bay
a. shows the simple diversity S; b. shows complex diversity H (S)
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图 3 普里兹湾表层沉积物中放射虫的丰度分布特征(单位：万枚/g)
Figure 3. Distribution of radiolarian abundance in surface sediments of Prydz Bay (×104ind/g)
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图 4 普里兹湾表层沉积物中优势种的分布特征
a.优势种的丰度(万枚/g); b.优势种的百分含量(%)
Figure 4. Distribution of dominating assemblage in surface sediments of Prydz Bay
a. shows the abundance of dominating assemblage (×104ind/g); b. shows the percentage of dominating assemblage(%)
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图 5 普里兹湾表层沉积物中特征种的分布特征
a.特征种的丰度(千枚/g); b.特征种的百分含量(%)
Figure 5. Distribution of characteristic assemblage in surface sediments of Prydz Bay
a.shows the abundance of characteristic assemblage (×103ind/g); b. shows the percentage of characteristic assemblage(%)
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图版Ⅰ 普里兹湾表层沉积物中的优势种和特征种放射虫显微照片
1-3. Antarctissa denticulata(1-2. IS-A站，3. IS-12站); 4. Antarctissa cylindrica(M3-old站); 5-6. Antarctissa sp.(5.P4-09，6. P6-10站); 7-10. Plectacant haoikiskos(7. IV-10站，8. IS-06站，9-10. P6-10站); 11-14. Phormacantha hystrix(11. IS-06站，12-14. P6-10站); 15-18. Antarctissa strelkovi(15. IS-A，16. IS-04站，17. IS-A站，18. P4-12站); 19. Antarctissa denticulate var.cylindrica(IS-A站); 20-21. Rhizoplegma boreale(20. IS-01站，21. P6-10站)
图版Ⅰ. Radiolaria photomicrographs of dominant species and characteristic species in surface sediments of Prydz Bay
表 1 普里兹湾表层样的站位位置及水深
Table 1 Location and water depth of sampling sites in Prydz Bay
航次 站位 位置 水深/m 环境分区 18 IV-10 67.49°S，73.00°E 587 陆架区 18 IV-08 66.85°S，72.99°E 510 湾口区 21 Ⅲ-13 68.00°S，73.12°E 658 陆架区 21 IS-04 68.90°S，74.08°E 678 冰架前缘 24 IS-02 69.27°S，74.98°E 870 冰架前缘 24 P3-14 67.99°S，72.85°E 647 陆架区 24 P4-11 67.96°S，75.38°E 491 陆架区 24 P4-12 68.47°S，75.32°E 640 陆架区 25 IS-A 68.37°S，72.49°E 828 冰架前缘 27 IS-01 69.20°S，75.31°E 730 冰架前缘 27 IS-06 68.59°S，73.94°E 717 冰架前缘 27 IS-12 68.42°S，72.95°E 748 冰架前缘 27 P3-15 67.49°S，72.94°E 575 陆架区 27 P4-09 67.53°S，75.47°E 421 陆架区 29 M3-old 67.18°S，73.24°E 527 湾口区 29 P6-10 68.00°S，75.57°E 594 陆架区 
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表 2 普里兹湾表层沉积物中主要放射虫属种百分含量的最大、最小和平均值
Table 2 Maximum, minimum and average percentages of radiolarian species in surface sediments of Prydz Bay
属种名称 最大值/% 最小值/% 平均值/% Antarctissa strelkovi 27.65 13.13 18.86 Antarctissa denticulata 22.32 7.06 14.99 Phormacantha hystrix 9.60 2.53 5.80 Plectacantha oikiskos 10.45 0.00 5.72 Lithomelissa setosa 6.88 2.25 4.42 Antarctissa cylindrica 6.75 1.21 4.07 Arachnocorallium calvata 6.11 1.08 3.80 Eucecryphalus sp. 4.69 0.54 3.22 Antarctissa sp. 6.34 0.85 3.11 Lithomelissa hystrix 4.46 0.63 2.64 Corythospyris sp. 6.02 0.00 2.27 Lithomelissa sp. 3.32 0.32 2.19 Clathrospyris sandellae 3.95 0.96 2.16 Plectacantha sp. 4.26 0.00 2.08 Lithomelissa laticeps 3.92 0.33 1.63 Antarctissa denticulate var. cylindrica 3.57 0.00 1.39 Acrosphaera？labrata 3.41 0.00 1.37 Clathrospyris vogti 3.57 0.27 1.22 Plectacantha group 3.32 0.00 1.06
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