孟加拉扇上扇某區(qū)塊深水沉積體的特征及演化模式①

劉曾勤 王英民 呂 睿 龔承林 陶崇智 黃一洺 陳玲玲 吳嘉鵬

(1.中國石油大學資源與信息學院 北京 102249;2.油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學 北京 102249; 3.中國石油化工集團國際石油勘探開發(fā)有限公司 北京 10083;4.中國石油大慶油田公司第一采油廠 黑龍江大慶 163112)

孟加拉扇上扇某區(qū)塊深水沉積體的特征及演化模式①

劉曾勤1,2王英民1,2呂 睿3龔承林1,2陶崇智1,2黃一洺4陳玲玲1吳嘉鵬1,2

(1.中國石油大學資源與信息學院 北京 102249;2.油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學 北京 102249; 3.中國石油化工集團國際石油勘探開發(fā)有限公司 北京 10083;4.中國石油大慶油田公司第一采油廠 黑龍江大慶 163112)

利用高分辨率三維地震資料分析了孟加拉扇上扇某區(qū)塊的深水沉積體特征。發(fā)現了六種典型地震相:下切充填相、海鷗翼狀相、楔形發(fā)散相、透明相、強振幅平行相和弱振幅平行相。下切充填相代表粗粒的水道充填沉積;海鷗翼狀相代表水道-天然堤復合體;楔形發(fā)散相代表細粒的天然堤沉積;透明相代表塊體搬運沉積;強振幅平行相代表朵葉體沉積;弱振幅平行相代表深海披覆沉積。通過對典型地震剖面特征和平面屬性分布分析可知:上扇垂向上依次沉積了朵葉體、水道和堤岸、朵葉體、水道-天然堤復合體。

孟加拉扇 深水沉積單元 地震相 演化

近10年全球石油公司在新生代被動陸緣海底扇的勘探活動劇增,如巴西邊緣、墨西哥灣和西非陸坡,油氣勘探的重點從陸架淺水區(qū)轉向陸坡深水區(qū)[1]。目前在深水濁積巖和其相關的體系中發(fā)現超過了1 200個油氣田。這些深水碎屑巖體系將是未來油氣勘探的主要目標[1,2]。由于濁積巖體系在石油勘探中的巨大潛力,深水沉積過程及沉積體特征成為了深水研究領域的熱點和前沿。國外許多知名學者建立了典型的深水沉積模型,并指出水道充填物和沉積朵體都是潛在的油氣儲層[3～9]。

孟加拉扇與亞馬遜扇、密西西比扇等一樣都是了解沉積過程的良好場所。它們都位于被動大陸邊緣,均為細粒、富泥的扇體?？傮w來說,富泥扇分成上扇,中扇和下扇。在上扇發(fā)育大型的水道-天然堤體系,沿著斜坡搬運到中扇形成了更多彎曲的體系,最終在下扇形成了沉積朵體[6～9]。上扇頻繁的決口形成了中扇和下扇大量的水道-天然堤體系的垂向和側向疊置樣式[10,11]。重力流沿著水道-天然堤體系運動搬運沉積物。在搬運過程中,粗粒的砂體沉積了下來,細粒的物質溢出到堤岸沉積下來。粗粒的物質在水道和終端朵體里沉積,形成了兩種最重要的儲層[6]。因此,單個扇體和具體的構型單元的研究可以提高儲層預測的準確性[2,3,7,8]。

孟加拉扇是世界第一大扇,是研究上述問題的天然實驗室。但研究區(qū)內巖芯和露頭稀少,沉積體的刻畫需充分挖掘高分辨率的地震資料的信息[1]。本文利用研究區(qū)的高分辨率三維地震資料來研究孟加拉扇沉積單元的特征,以期建立研究區(qū)深水沉積單元的演化模式。

1 地質概況

孟加拉扇覆蓋了整個孟加拉灣,北至孟加拉國的大陸斜坡,西至印度東部的大陸斜坡,東至Sunda海溝和印緬山脈-安達曼尼科巴山脈之間的Sunda俯沖帶的增生楔(圖1)。孟加拉扇的沉積是從北部的早始新世開始的,扇體從此至今不斷向南進積。扇體起始于1 400 m水深的20°N,遠端邊界是水深5 000 m處的7°S。扇體的長度達2 800 km,寬度介于1 430 km(15°N)和830 km(6°N),在陸架坡折附近地層的最大厚度達到了16 km。孟加拉扇覆蓋的面積2.8 X 106～3.0 X 106km2,沉積物總量達到了12.5 X 106km3,是名副其實的世界第一大扇[10,11]。研究區(qū)主體位于孟加拉扇上扇區(qū),位于現今SONG峽谷右側(圖1a)。目前研究區(qū)水深均在1 000 m以上,屬于陸坡深水區(qū)。研究區(qū)的地層可以分為典型的四個層序,主要以海相沉積為主(圖1b)。

2 孟加拉扇上扇沉積體的典型特征

2.1 上扇地震相類型

研究區(qū)內發(fā)育了六種典型地震相,分別對應于不同深水沉積單元。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Outline of the study area

(1)下切充填相(圖2a)呈亞平行狀、中-強振幅,反射特征明顯。地震剖面上其邊緣接觸呈U或V型。此地震相與楔形發(fā)散相緊密相連。相帶發(fā)育的地區(qū)一般位于沉降中心。相帶的橫向寬度變化很大,垂向上厚度高達400 ms。

水道發(fā)育早期,主要表現為侵蝕作用。水道內部的充填物通常為雜亂的強振幅反射,解釋為沉積物重力流的滯留性粗粒沉積或者水道壁滑塌體,其中也夾雜有深海泥等細粒沉積物,地震剖面上變現為U或V型.übscher[14]和Schwenk[15]通過對孟加拉扇的聲納和高分辨地震資料分析,認為本地區(qū)的下切充填相為水道充填沉積,故將研究區(qū)的下切充填相解釋為侵蝕水道。

(2)海鷗翼狀相(圖2b)以丘形、強-中振幅反射,中間具有微弱的下切特征,因極像海鷗的翅膀,故稱“海鷗翼狀相”。

Weimer定義水道-堤岸復合體為一個地層中所有水道、堤岸和溢岸的集合體[16]。本文采用Flood等的概念,系指一個水道及其對應堤岸的復合體[17]。加積型水道形成的時候由于沉積物供應充足,堤岸沉積非常發(fā)育,使得整個水道-堤岸體系呈丘形或“鷗翼形”,所以本文將海鷗翼狀相解釋水道-天然堤復合體。

(3)楔形發(fā)散相(圖2c)以傾斜、弱振幅為特征,一般下超在下伏地層上,有時呈波狀起伏的特征,通常發(fā)育在下切充填相的兩翼。地震振幅一般從底部向上變弱,意味著是從粗到細的正旋回序列。下部高密度粗粒濁流和上部低密度細粒濁流的分異沉積造成了堤岸的粒度變化。此類地震相解釋為細粒堤岸沉積。

圖2 研究區(qū)內地震相類型Fig.2 Seismic facies architectural elements in the study area,upper Bengal Fan

圖3 研究區(qū)內各沉積單元在E-W剖面上的疊置關系Fig.3 The vertical pattern of sedimentary elements along E-W profile

(4)透明相(圖2d)以弱反射、雜亂為特征,一般處于強振幅平行相的后方。濁流和碎屑流等術語被用來描述塊體搬運沉積物和滑塊的某些方面的特征。由于缺少巖芯和鉆井數據,對地震所反映出的沉積體避免使用具有過程意義(碎屑流和濁流)的術語,各種類型的滑塊(旋轉體、滑移體和推覆體)通常是可以接受的術語[18,19]。塊體搬運沉積由滑動、滑塌、碎屑流組成的塊體,通常具有強烈的變形,成層性差。在地震剖面上塊狀搬運沉積呈雜亂、弱振幅反射。透明相能有效地指示塊狀搬運沉積。

(5)強振幅平行相(圖2e)包括了很多平行、強振幅的反射同相軸。這些強振幅一般是與弱振幅平行相共生,甚至在研究區(qū)內全部呈強振幅平行狀。強振幅平行相解釋為朵體沉積,這與 Lopez[2]、Schwenk[15]的結論是不一樣的。他們的研究區(qū)強振幅平行反射一般上超在楔形發(fā)散相之上,意味著強振幅相是濁流從堤岸溢出在水道間的低洼處形成的沉積。而本研究區(qū)內,強振幅平行相一般與弱振幅平行相共生,意味著是濁流在分支水道末端卸載沉積的產物。

(6)弱振幅平行相(圖2f)以弱反射、平行-亞平行狀為特征。研究區(qū)內該地震相可以與海鷗翼狀相、強振幅平行相和楔形發(fā)散相共生,在研究區(qū)內廣泛分布,成層性好。解釋為深海披覆沉積,根據其弱振幅反射推測巖性為頁巖。

由于收入分配和公共資源分配的社會公平內涵基本相同，因此引進經濟學中的洛倫茲曲線法[34]，定義為一種反映老年人口累計比例p與對應占有的養(yǎng)老服務設施資源比例間的關系.完全平等線L(p)=p是通過(0，0)和(1，1)的斜率為1的線段，當老年人口和擁有的養(yǎng)老服務設施資源的比例為p時，養(yǎng)老服務設施資源是平等分配的.但在一般情況下，L(p)會位于完全平等線下方，離完全平等線越遠，則表示養(yǎng)老服務資源和人口分布之間的空間失配程度越高，區(qū)域不平等程度越大，反之越小.

2.2 沉積單元的垂向分布特征

選取了研究區(qū)內南-北和東-西向的兩條地震剖面(圖1)進行解釋,在此基礎之上分析研究區(qū)內平面上各沉積單元的特征。

(1)E-W剖面(圖1)

E-W剖面含有六種地震相:下切充填相、海鷗翼狀相、楔形發(fā)散相、透明相、強振幅平行相和弱振幅平行相(圖3)。底部單元A具有厚達200 ms的朵體沉積(強振幅平行相),被上部單元B的水道(下切充填相)下切了10 ms左右,水道的堤岸沉積不明顯,很可能被后期的沉積侵蝕掉了。

圖4 研究區(qū)內各沉積單元在S-N剖面上的疊置關系Fig.4 The vertical pattern of sedimentary elements along S-N profile

剖面單元C的水道在下伏的泥質沉積上下切深達150 ms,堤岸沉積發(fā)育。堤岸沉積殘留厚度從100 ms到150 ms。因為單元C的堤岸受到了后來單元D的侵蝕。單元D發(fā)育水道和堤岸。水道下切在先前的單元B上;右側的堤岸下超在單元C的堤岸上,厚度變化范圍較大,從50 ms到250 ms;左側的堤岸厚度變化較小,基本在200 ms左右。

剖面中間的單元E約為150 ms的強振幅平行相,推測為朵體沉積。這就意味著單元E的沉積相帶與下伏地層有了巨大的變化,反映了海平面上升,水道發(fā)育位置靠近陸架方向。單元F直接覆蓋在單元E之上,厚度約為200 ms。單元F為塊體搬運沉積,侵蝕了下伏的地層,并還存在一些強振幅殘留沉積。單元G又是一期濁流沉積,水道口卸載形成的朵葉體覆蓋在單元F之上。單元G的厚度較薄,基本上都在50 ms之下。

圖5 地層的均方根振幅特征Fig.5 RMS amplitude characteristics of the studied formation

單元H為丘狀,推測為水道-堤岸復合體。中間厚度達150 ms,向兩側逐漸減薄尖滅。沉積體類型又一次發(fā)生了重大改變,推測當時海平面可能下降了,濁流長距離運動。位于剖面最上方右側的單元I在研究區(qū)內呈單翼狀楔形相,推測為另一支在研究區(qū)外,故解釋為水道-堤岸復合體,平均厚度100 ms左右。剖面最上面左側的體系J中央具有微弱的下切特征,兩翼逐漸由厚變薄,解釋為水道-堤岸復合體。

(2)S-N剖面

單元B為水道(下切充填相)和堤岸沉積(楔形發(fā)散相)。水道的下切能力強,深達300 ms,但未切穿單元B;右側的堤岸延伸到了研究區(qū)外,左側的堤岸殘留厚度平均200 ms左右。單元C的水道具有多期下切特征,但整體上下切的深度不大,約為100 ms;左側和右側的堤岸沉積交接在一起,整體厚度較小,從50 ms到100 ms;右側堤岸下超在體系B之上。

剖面中間左側的單元D覆蓋在單元C之上,厚度變化不大,250 ms左右。單元D為強振幅平行相的朵體沉積,與下伏的水道和堤岸沉積存在較大的差別,同時也印證了E-W剖面的推測,此時海平面處于上升期。右側的單元E下超在單元D之上。單元E的朵體沉積較薄,約為100 ms,意味著此時濁流發(fā)育的時間較短。

剖面最上面的單元F中間具有下切特征,向兩側沉積厚度減薄,解釋為水道-堤岸復合體。單元F與下伏地層沉積相的差異,也佐證了E-W剖面的結論。海平面下降,陸架暴露,峽谷中的濁流長距離流動。

2.3 沉積體平面特征

沉積體具有不同的振幅特征:水道和朵體沉積表現為強振幅特征;水道-堤岸復合體體現為中-強振幅;堤岸表現為中-弱振幅。明確沉積體特征之后,結合均方根振幅屬性的平面分布可以確定沉積單元的平面展布特征(圖5):SQ1研究區(qū)主體以朵體沉積為主,研究區(qū)西部發(fā)育水道和堤岸(圖5a);之后SQ2發(fā)育水道和堤岸體系(圖5b);SQ3以連續(xù)性較差的朵體沉積為主(圖5c);SQ4發(fā)育水道-堤岸復合體(圖5d)。

2.4 研究區(qū)內上扇的沉積演化特征

圖6 孟加拉扇上扇沉積演化特征Fig.6 The evolution of depositional system in the upper Bengal fan

雖然E-W剖面(A、B、C、D、E、F、G、H、I、J)和S-N剖面沉積體(A、B、C、D、E、F)的沉積樣式和發(fā)育的期次不同,但它們都揭示了共同的疊置關系。均方根振幅屬性的平面分布進一步確定了沉積體的分布規(guī)律.Q1以強振幅平行相的朵葉沉積為主,濁流發(fā)育時間長,厚度大(圖6a).Q2以下切充填相的水道和楔形發(fā)散相的堤岸沉積為主。水道變化為多期遷移的特征,從工區(qū)的東南向西北方向遷移(圖6b).Q3以強振幅平行相的朵葉體沉積為主,偶加滑動、滑塌和碎屑流形成的塊體搬運沉積(圖6c).Q4以海鷗翼狀相的水道-堤岸復合體沉積為主(圖6d)。

3 結論

通過對孟加拉上扇研究區(qū)的地震相及沉積體分析,獲得了以下結論:

(1)基于研究區(qū)內的高分辨率地震資料,在孟加拉扇上扇部位識別了6種地震相:下切充填相、海鷗翼狀相、楔形發(fā)散相、透明相、強振幅平行相和弱振幅平行相。

(2)依據地震相結構同時結合深水沉積體特征,下切充填相為水道充填沉積;海鷗翼狀相為水道-天然堤復合體;楔形發(fā)散相為堤岸;透明相為塊體搬運沉積;強振幅平行相為朵葉體;弱振幅平行相為深海披覆沉積。水道和朵葉體的強振幅特征表明巖性是粗粒的砂體,有可能是良好的油氣儲層。

(3)在垂向上,SQ1以朵葉體沉積為主,濁流發(fā)育時間長,厚度大.Q2以水道和堤岸沉積為主。主要發(fā)育兩期水道,從工區(qū)的東南向西北方向遷移.Q3以朵葉體沉積為主,偶加滑動、滑塌和碎屑流形成的塊體搬運沉積.Q4以水道-堤岸復合體沉積為主。

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The Architecture and Evolution of Deepwater Sedimentary Elements in One Study Area w ithin Upper Bengal Fan

LIU Zeng-qin1,2WANG Ying-min1,2LüRui3GONG Cheng-lin1,2TAO Chong-zhi1,2HUANG Yi-ming3CHEN Ling-ling1,2WU Jia-peng1,2
(1.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249; 3.International Corporation of Petroleum Exploration and Development.SINOPEC,Beijing 100083; 4.The First Production Factory,Daqing Oilfield Corporation,PetroChina,Daqing,Heilongjiang 163112)

Like Amaon fan and Mississippi fan,Bengal fan is a favorable field for investigating sedimentary process in deepwater.Considering lacking coring and well data,high-resolution 3D seismic data from the study area was analyzed to study the architecture and evolution of sedimentary elements on the upper Bengal Fan.the area of interestbelonged to deep-water region,and stratigraphy was formed in marine deposition.Six typical seismic facies have been identified,which were incised channel fill facies,gullwing-shaped facies,wedge-shaped divergent facies,transparent facies,high-amplitude parallel facies and low-amplitude parallel facies.Seismic Facies 1 was interpreted as coarsegrained deposits of abandoned channels.Seismic Facies 2 represented channel-levee complex.Seismic Facies 3 was interpreted as fine-grained levee sediments.Seismic Facies 4 represented mass transport deposits.Seismic Facies 5 was interpreted as lobes,which was different from sheet sand interpreted by predecessors.Seismic Facies 6 represented hemipelagic drapes and fills.On seismic profile lobex and channels display high amplitude,which means coarse lithology deposition,and may be good reservoirs.Through analysis of S-N and E-W seismic profiles reflection charateristics,seismic attribute planeform,we revealed the sedimentary evolution:during the period of SQ1,lobes were deposited,and turbidute flow tansported sediments far into basin;main deep-water elements of SQ2 were channels and levees,with channelmigrating from SE to NW;Sedimentary elements of SQ3 were lobes,locally MTDs originated from slides,slumps and debris flow;channel-leveed complexmainly dominated the stratigraphy of SQ4.

Bengal fan;deepwater sedimentary elements;seismic facies;vertical pattern

劉曾勤 男 1985年出生 碩士 層序地層學 E-mail:luckhappyboy@163.om

P512.2

A

1000-0550(2012)01-0084-08

①國家重點基礎研究規(guī)劃項目(編號:2009CB219407);國家自然科學基金項目(批準號:40572067)資助。

2010-11-05;收修改稿日期:2011-01-15