中国近海盆地或凹陷油气分布极不均衡，既有富烃凹陷，又有油气勘探发现较少甚至没有商业发现的“贫烃凹陷”^[1-2]。随着中国近海富烃凹陷勘探程度的日益提高，拓展新区、新领域业已成为实现储量替代或油气勘探突破的必然趋势与重要途径之一^[3]。近年来，中国海油在南海北部的开平凹陷、阳江凹陷、顺德凹陷等多个以始新统半深湖—深湖相泥岩为主力烃源岩的新凹陷相继获得勘探突破^[3-4]，充分展示了新凹陷良好的勘探价值与资源前景。一个凹陷能否成为富烃凹陷，其核心问题在于是否发育规模性的优质烃源岩^[5-6]。然而，中国近海剩余的新凹陷普遍面积较小，勘探程度低，勘探潜力不明朗。因此，落实其优质烃源岩发育分布及规模是亟待解决的首要问题，具有重要油气勘探现实意义。

东海陆架盆地椒江凹陷自1986年勘探至今，共钻探了5口井，其中1口见油层，1口见油气显示；虽具备生烃潜力，但未获商业发现，尚处于勘探早期阶段。近40 年来，国内外学者主要基于有机地球化学、盆地数值模拟及区域地质研究对椒江凹陷烃源岩开展了诸多富有成效的研究^[7-10]，普遍认为下古新统月桂峰组湖相烃源岩为椒江凹陷主力供烃层系，进而开展了月桂峰组烃源岩特征及生排烃史分析，并探讨了其发育背景、主控因素及形成模式^{[9, 11]}。然而，受限于仅1口井钻揭月桂峰组、仅有稀疏的二维地震数据且品质较差，严重制约了对椒江凹陷月桂峰组湖相烃源岩的认识。本次研究基于新采集的三维地震、钻井、古生物及有机地球化学数据，遵循地质与地球物理紧密结合的整体思路，从断陷作用、古地貌背景、物源区母岩岩性、有机质丰度和类型等4方面开展椒江凹陷月桂峰组湖相优质烃源岩综合判识，并通过地震相类比分析，定量预测其平面分布及规模，以期为椒江凹陷下步油气勘探部署提供决策依据，并为中国近海其他低勘探程度区湖相烃源岩判识与预测提供借鉴。

1.   区域地质概况

椒江凹陷位于东海陆架盆地台北坳陷中西部^[12-13]（图1a），西邻闽浙隆起区，东以雁荡凸起与福州凹陷相隔，南北分别与丽水凹陷和钱塘凹陷相接，是在中生代残留盆地基础上发展形成的新生代地堑—半地堑区，整体呈NE-SW向展布，面积约3 500 km²，现今水深小于100 m。椒江凹陷内部具有两洼夹一凸的构造格局（图1b），由东至西可划分出椒江东洼、金华低凸起和椒江西洼3个次级构造单元，其中椒江东洼面积约2 400 km²，基底最大埋深为9 200 m，椒江西洼面积约为1 100 km²、基底最大埋深为6 800 m。

图  1  椒江凹陷区域构造位置及凹陷结构

Figure  1.  Tectonic background and structure of the Jiaojiang Sag

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区域研究表明，椒江凹陷构造演化经历了4个阶段^[13]：晚白垩世—古新世裂陷期（T_g—T₈₀）、始新世拗陷期（T₈₀—T₄₀）、始新世末—渐新世抬升剥蚀期（T₄₀—T₂₀）和新近纪—第四纪区域沉降期（T₂₀—现今）（图2），对应的沉积充填则经历了由陆相到海相的演变^[14-15]。裂陷期依次充填了上白垩统石门潭组陆相河流沉积、下古新统月桂峰组陆相三角洲-湖泊沉积、中—上古新统灵峰组和明月峰组三角洲-滨浅海相沉积；坳陷期依次充填了始新统瓯江组和温州组三角洲-滨浅海相沉积；受始新世末期的玉泉运动和渐新世末期的花港运动影响，区域上整体缺失了始新统平湖组和渐新统花港组；新近纪—第四纪大范围沉积了滨-浅海相或海陆过渡相的中新统龙井组、玉泉组、柳浪组以及上新统三潭组和更新统东海群。

图  2  丽水-椒江凹陷地层综合柱状图

Figure  2.  Comprehensive stratigraphic column of the Lishui-Jiaojiang Sag

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2021年中海油新采集处理了覆盖椒江凹陷椒江东洼的1 000 km²三维地震数据，且已钻5口井均位于金华低凸起和椒江东洼内，故本次研究以椒江东洼作为主要研究区。

2.   洼陷结构与层序地层格架

基于井震联合标定及区域断裂、层序界面综合解释，构建了椒江东洼月桂峰组构造-层序地层格架（T₁₀₀—T₉₀）（图3）。在早古新世受区域拉张应力作用，椒江东洼发育一系列NE-SW向正断层，控制形成了整体呈狭长型的地堑-半地堑结构单元，控洼主断层椒东断裂位于洼陷东侧；其中椒江东洼南部呈现“双断”特征，为地堑-半地堑复合型结构，地层厚度中心位于椒东断裂下降盘（图3中AA’剖面）；椒江东洼北部则转变为“东断西超”箕状断陷结构，局部出现“双断”控制的地堑结构，地层整体成明显楔状特征（图3中BB’剖面）。月桂峰组在椒江东洼及金华低凸起广泛分布，仅发育单一的沉积厚度中心，紧邻椒东断裂下降盘分布，且整体展布与椒东断裂走向一致，表现出强烈的断控特征；月桂峰组最大沉积厚度为1 200 m，向西侧缓坡方向逐渐超覆减薄并披覆至金华低凸起之上。

图  3  椒江东洼洼陷结构特征

AAʹ、BBʹ剖面位置见图1。

Figure  3.  Structural characteristics of Jiaojiang Dong Subsag

See Fig.1 for the location of AA' and BB' profiles.

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截至目前，椒江东洼仅W4井揭示了月桂峰组，根据其岩性组合、古生物、测井曲线及地震波组特征可细分为月桂峰组下段（T₁₀₀—T₉₅）和月桂峰组上段（T₉₅—T₉₀）（图4）。月桂峰组下段（2 370～2 537 m）以棕黑色、深褐色和灰色泥岩夹薄粉细砂岩为主，泥岩岩屑呈椭球状、片状，泥地比为74.2%，单砂层厚度均小于5 m，无钙质，含有丰富的淡水绿藻类化石盘星藻，GR测井曲线呈指状或小型漏斗状组合，过井地震相下部为低频弱振幅较连续反射，上部为中频强振幅平行连续反射，推测整体为浅湖相沉积；月桂峰组上段（2 268～2 370 m）以厚层褐黑色、灰黑色泥岩为主，少量深灰色页岩、无钙质，泥岩岩屑呈片状，泥岩厚度为92 m，泥地比为97.8%，从井深2 355 m处往上，盘星藻含量从60%降至14.6%，浮游藻类主要类型为疑源类和球藻，海相沟鞭藻从2 370 m样品中开始出现，往上以低含量持续出现，至2 275 m样品中明显升高至5.7%，表明椒江东洼月桂峰组沉积晚期可能发生了海侵，GR测井曲线整体接近泥岩基线，过井地震相为低频强振幅连续平行反射，推测整体为半深湖相沉积。基于整个丽水-椒江凹陷区域沉积旋回对比，月桂峰组应为一个完整的三级层序，整体表现为“粗-细-粗”沉积旋回特征，其底部、顶部均可发育粗碎屑沉积，而该井月桂峰组仅残留“粗-细”两层结构，表明顶部粗碎屑沉积由于晚期抬升而发生剥蚀。

图  4  椒江东洼W4井月桂峰组古生物、沉积相及过井地震相特征

W4井位置见图1。

Figure  4.  Characteristics of paleontology, sedimentary facies, and seismic facies in the Yueguifeng Formation of Well W4 in Jiaojiang Dong Subsag

See Fig.1 for the location of Well W4.

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3.   半深湖—深湖相烃源岩发育综合分析

对椒江凹陷已钻井地球化学特征研究，结合对断陷作用、古地貌背景、物源区母岩岩性等半深湖—深湖相烃源岩发育影响因素的综合分析，是认识椒江凹陷月桂峰组湖相烃源岩发育规律并开展分布预测的基础。

3.1   有机质丰度和类型

有机质丰度和类型是衡量烃源岩生烃潜力的重要指标。W4井月桂峰组下段泥岩TOC为1.86%～2.65%，均值为2.31%，S₁+S₂为3.20～9.46 mg/g，均值为7.46 mg/g，整体为好—很好烃源岩（图5a）；氢指数为159～344 mg/g.TOC，以II₁-II₂型干酪根为主，偏II₂型（图5b）。W4井月桂峰组上段泥岩TOC为2.13%～3.75%，均值为2.82%，S₁+S₂为5.04～15.29 mg/g，均值为9.76 mg/g，整体为很好—优质烃源岩；氢指数为192～398 mg/g.TOC，以II₁-II₂型干酪根为主，偏II₁型。无论是月桂峰组下段和月桂峰组上段，干酪根显微组分中腐泥组占比均超50%，镜质组占比约30%，说明有机质来源是以低等水生生物为主且有陆生高等植物的贡献。

图  5  椒江东洼W4井月桂峰组烃源岩有机质丰度（a）和类型判别图（b）

Figure  5.  Organic matter abundance (a) and type (b) of the source rock in Yueguifeng Formation, Well W4 in Jiaojiang Dong Subsag

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在W4井月桂峰组m/z=217质量色谱图上检测到丰富的甾类化合物，除C₂₇、C₂₈、C₂₉规则甾烷外，还存在4-甲基甾烷（图6）。高丰度的4-甲基甾烷被作为藻类勃发的重要指标之一，在珠江口盆地文昌组和北部湾盆地流沙港组二段被作为半深湖—深湖相烃源岩的典型生物标志化合物而被大量报道^{[18, 27-28]}。进一步分析表明，从月桂峰组下段至月桂峰组上段，C₂₇/C₂₉比值增大、4-甲基甾烷含量明显增加，4-甲基甾烷/C₂₉参数与TOC含量正相关且均呈现上升趋势（图6），反映了月桂峰组上段较月桂峰组下段水生藻类对有机质贡献更大，并占据绝对优势。结合上述W4井岩性组合及测井相特征，推测W4井区月桂峰组下段泥岩为浅湖相好-很好烃源岩，月桂峰组上段泥岩为半深湖—深湖相很好—优质烃源岩，而深洼区半深湖—深湖相烃源岩规模应更大、品质应更优。

图  6  椒江东洼W4井月桂峰组烃源岩质谱图和4-甲基甾烷/C₂₉与TOC相关性图

Figure  6.  Mass spectrum of source rock in Yueguifeng Formation of Well W4 in Jiaojiang Dong Subsag and correlation between 4-methylsterane/C₂₉ and TOC

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3.2   断陷作用强度

强烈断陷有利于形成半深湖—深湖相沉积环境，从而利于形成稳定的水体分层、优越的有机质保存条件和优质湖相烃源岩^[16-18]。统计表明，中国近海及东部陆上发育优质湖相烃源岩的富烃凹陷在烃源岩发育期控凹断层活动速率均大于1 00 m/Ma，基底总沉降速率均大于200 m/Ma^[6]。本次利用断层活动速率法和回剥法，分别开展了椒江东洼月桂峰组沉积期椒东断裂活动速率分析和基底沉降速率分析。研究表明，椒东断裂月桂峰组沉积期断层活动速率为154～481 m/Ma，平均为287 m/Ma（图7a），基底总沉降速率最大为587 m/Ma，W4井点位置基底总沉降速率为239 m/Ma。进一步统计发现，W4井月桂峰组湖相泥岩Pr/Ph比值为1.51～2.32（图7b），平均为1.89，V/（V+Ni）比值为0.45～0.65，平均为0.52，指示为弱氧化—弱还原性水体环境；考虑到月桂峰组沉积期W4井区位于椒江东洼沉积中心边缘，其沉积水体深度相较于洼陷中心更浅、水体还原性更弱。据此分析，受控于强烈断陷作用，椒江东洼在月桂峰组沉积期可容纳空间增长速率大于沉积物供给速率，洼陷整体处于欠补偿状态，有利于半深湖—深湖相优质烃源岩的发育。

图  7  椒东断裂月桂峰组沉积期断层活动速率（a）与W4井Pr/Ph值统计（b）

Figure  7.  Fault activity rate of the Jiaodong Fault during the deposition period of Yueguifeng Formation (a), and Pr/Ph value statistics of Well W4 (b)

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3.3   古地貌背景

在强烈断陷期，受“隆高洼深”的古地貌背景控制，断陷湖盆陡坡带以季节性近源短程河流或阵发性水流为主，陆源粗碎屑经极短距离搬运甚至直接入湖，在凹陷边缘堆积形成厚度大、规模小、延伸短且零散分布的扇三角洲或近岸水下扇，而断陷湖盆缓坡带因地形相对平缓，易形成规模较大、延伸较远的辫状河三角洲或三角洲。对于处在盆地边缘的小型湖盆，在发育“沉砂池”等适度遮挡陆源碎屑的古地貌背景下，更利于凹陷中发育细粒泥质沉积物和形成优质湖相烃源岩^{[6, 18]}。例如渤海湾盆地秦南凹陷北洼^[6]，因邻近燕山褶皱带大型物源区而接受了大量陆源粗碎屑堆积，导致湖相烃源岩分布十分局限，油气勘探成效不理想；而与之形成鲜明对比的是，秦南凹陷南洼因远离盆外主物源区，来自燕山褶皱带的粗碎屑物源被北洼提前卸载，钻井揭示了沙三段、沙一段两套优质湖相烃源岩，勘探发现了大型油气田。

在月桂峰组沉积期，椒江凹陷西北部为整个东海陆架盆地的边缘，紧邻闽浙隆起大型物源区，而该时期椒江西洼和金华低凸起共同为椒江东洼构筑了一道天然屏障，可以截留或阻挡大量来自闽浙隆起的由北西向注入的陆源粗碎屑。此外，金华低凸起因规模小，能够为椒江东洼缓坡带提供的陆源碎屑十分有限，而椒江东洼陡坡带主要发育零散分布的小型扇三角洲或近岸水下扇，向洼陷中心延伸较短；据此推测，因椒江西洼和金华低凸起对闽浙隆起物源的适度遮挡效应，椒江东洼月桂峰组具备发育规模性细粒泥质沉积物的古地貌背景，为半深湖—深湖相优质烃源岩的发育创造了有利条件。

3.4   物源区母岩岩性

营养盐是湖泊生产力的核心和物质基础^{[5-6, 19]}，而河流和火山活动是中国近海湖盆浮游藻类生长所需营养物质的主要来源。研究表明，河流流经的火成岩母岩区含有丰富的生物生长所需的Ca、Mg、Fe、P等常量元素及Cu、Mn、Ni等微量元素^[20]。结合区域构造背景、钻井及地震反射特征，椒江东洼在月桂峰组沉积期存在3个物源区，即东部的雁荡凸起北段、北部的金华低凸起和西部的闽浙隆起区。

位于雁荡凸起中段的WZ33-1-1、FZ2-1-1和MYF-1井揭示基底岩性均为花岗岩，其中MYF-1井基底花岗岩K-Ar法同位素定年为113 Ma^[21]；雁荡凸起北段基底岩性目前无钻井直接揭示，而马国庆等^[22]基于丽水-椒江凹陷基底重磁异常特征研究，指出雁荡凸起北段基底主要为白垩纪；高顺莉等^[23]基于紧邻椒东断裂下降盘的W6井上古新统明月峰组碎屑锆石研究，指出其具有典型岩浆岩特征，U-Pb锆石年龄集中在140～90 Ma、主峰值年龄为110～114 Ma，据此推测，雁荡凸起北段基底应与其中段相似，主要为白垩纪火成岩。对于北部的金华低凸起，W3井揭示基底岩性为花岗岩，目前无定年数据，据基底重磁异常特征推测为白垩纪^[22]。对于西部的闽浙隆起区，现今东部沿海所出露的主要为变质岩、侵入岩和火山岩，其中侵入岩几乎均为早白垩世－晚白垩世形成的花岗岩，锆石年龄为102.5～86 Ma^{[15, 24-25]}，中生代火山岩以酸性火山岩为主，而变质岩被中生代火山岩覆盖，仅在少数地方出露。W4井揭示月桂峰组重矿物组合为赤褐铁矿（51.4%）+锆石（30.6%）+白钛矿（5.6%）+磁铁矿（4.9%）+石榴石（3.5%），ZTR指数为87，岩浆锆石含量占比高且磨圆度中等（2 514～2 523 m），U-Pb年龄测试峰值为111 Ma^[26]，指示母岩主要为中生界中酸性火成岩，存在变质岩母岩的贡献，并以较长距离搬运为主。由于W4井区位于椒江东洼缓坡一侧，东部雁荡凸起的陆源碎屑无法横跨椒江东洼搬运至此，其月桂峰组的主要母岩区应为西部闽浙隆起带。

丽水-椒江凹陷月桂峰组烃源岩发育期处于半湿润－湿润南亚热带型气候^[11]。在该气候背景下，有利于雁荡凸起北段、金华低凸起及闽浙隆起的中生代中酸性火成岩母岩区的化学风化作用并释放出大量营养元素，不仅能为椒江东洼沉积分散体系的发育提供物质基础，而且陆源碎屑中所携带的陆生有机质和营养元素被搬运到湖泊中聚集形成富营养水体，从而为水生浮游藻类的繁盛创造良好条件，有利于月桂峰组半深湖—深湖相优质烃源岩的发育。

4.   半深湖—深湖相烃源岩识别与分布预测

椒江凹陷W4井钻井揭示月桂峰组上段半深湖—深湖相主要表现为低频强振幅连续平行的地震反射特征。对中国近海钻遇半深湖—深湖相地震特征进行研究发现，珠江口盆地文昌组和北部湾盆地流沙港组半深湖—深湖相沉积在地震剖面上也表现为低频连续强振幅平行反射^{[18, 28]}。因此，采用地震相的类比分析，发现椒江东洼深洼区月桂峰组典型地震响应特征表现为明显的低频连续强振幅平行反射（图8），而靠近缓坡带则主要为中高频差连续弱振幅反射，到了椒东断裂下降盘则变为杂乱弱振幅反射或空白反射，指示了沉积相带从缓坡带到陡坡带发育滨浅湖-半深湖—深湖-扇三角洲/近岸水下扇的组合特征；进一步基于地震正演模拟分析，由不同泥质含量背景下的月桂峰组地震正演模拟结果可知，当泥质含量为90%时，洼陷内表现为典型低频连续强振幅平行反射地震响应，地震主频为17 Hz，与其实际的地震反射特征十分吻合，从而验证了椒江东洼洼陷内月桂峰组发育规模性半深湖—深湖相沉积。

图  8  椒江东洼月桂峰组典型地震相-沉积相组合

Figure  8.  Typical combination of seismic facies and sedimentary facies of Yueguifeng Formation in Jiaojiang Dong Subsag

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综上所述，强烈断陷作用、适度遮挡的古地貌背景、洼陷周缘火成岩母岩区共同控制了椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩的发育；其整体为好—优质烃源岩，以II₁-II₂型干酪根为主，有机质来源以低等水生生物为主且有陆生高等植物的贡献，典型地震相表现为低频连续强振幅平行反射特征；受凹陷结构控制，椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩主要发育在洼陷中心及陡坡带一侧。

基于新三维地震数据，利用Petrel软件平台提供的多属性神经网络深度学习模块，对椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩空间展布及规模开展精细刻画。在层序格架与沉积相模式约束下，将深洼区月桂峰组低频连续强振幅平行反射设置为半深湖—深湖相的种子点，基于种子点的多种地震属性聚类分析（图9），优选出能有效识别半深湖—深湖相的敏感地震属性；通过神经网络对敏感地震属性的深度学习及自动追踪识别，可以实现在三维空间内对半深湖—深湖相烃源岩的面积、体积进行定量预测。

图  9  基于神经网络深度学习的椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相自动识别

Figure  9.  Automatic recognition of semi-deep and deep lake facies in the Yueguifeng Formation of Jiaojiang Dong Subsag by neural network deep learning

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从椒江东洼多属性神经网络深度学习结果来看，该方法可以有效地将半深湖—深湖相进行空间识别。基于机器学习的预测结果（图10），椒江东洼月桂峰组下段半深湖—深湖相面积为116 km²、体积为49 km³；月桂峰组上段半深湖—深湖相面积为294 km²，体积为60 km³；由此可知，椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩最大面积为294 km²，总体积为109 km³。前人生烃模拟研究认为^{[7, 10]}，椒江东洼深洼区月桂峰组湖相烃源岩整体处于成熟—高熟阶段，生烃能力强，且生油率大于生气率，主要生烃时期在古新世晚期至始新世。综合认为，椒江东洼月桂峰组发育规模性半深湖—深湖相烃源岩，生烃潜力强，具有良好的油气资源潜力与勘探前景。

图  10  椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩分布与规模预测

Figure  10.  Distribution and scale prediction of semi-deep and deep lake facies source rock in Yueguifeng Formation in Jiaojiang Dong Subsag

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5.   结论

（1）强烈断陷作用、适度遮挡的古地貌背景、洼陷周缘火成岩母岩区共同控制了椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩的发育；其整体为好—优质烃源岩，以II₁-II₂型干酪根为主，有机质来源以低等水生生物为主且有陆生高等植物的贡献，典型地震相表现为低频连续强振幅平行反射特征；受凹陷结构控制，椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩主要发育在洼陷中心及陡坡带一侧。

（2）基于多属性神经网络深度学习技术，预测椒江东洼月桂峰组下段半深湖—深湖相烃源岩面积为116 km²，体积为49 km³，月桂峰组上段半深湖—深湖相烃源岩面积为294 km²，体积为60 km³。由此可知，椒江东洼月桂峰组半深湖—深湖相烃源岩最大面积为294 km²，总体积为109 km³。综合认为，椒江东洼具有良好的油气资源潜力与勘探前景。