尼日利亞JDZ-2區(qū)塊海底地貌地質(zhì)特征及鉆探分析

程學(xué)峰

(1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

尼日利亞JDZ-2區(qū)塊海底地貌地質(zhì)特征及鉆探分析

程學(xué)峰1,2

(1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

利用尼日利亞JDZ-2區(qū)塊海上三維地震采集數(shù)據(jù)拾取海底反射時(shí)間，計(jì)算了海水深度，繪制了詳細(xì)的海底地形圖，分析了復(fù)雜的海底地形特征，對(duì)海底地貌類型及其分布進(jìn)行了分析。結(jié)合相鄰區(qū)塊的鉆探成果，利用三維地震資料，對(duì)淺層地層進(jìn)行層序劃分，在地震剖面上對(duì)4個(gè)層序進(jìn)行對(duì)比追蹤和地震解釋。根據(jù)地震地質(zhì)綜合研究結(jié)果，對(duì)整個(gè)區(qū)塊淺層地層的地質(zhì)災(zāi)害在平面上和縱向上進(jìn)行了探討，指出了對(duì)深海鉆探以及其他作業(yè)的危害性。對(duì)預(yù)選井位區(qū)域的海底地貌特征和淺層地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)一步分析，提出了潛在的地質(zhì)災(zāi)害，為第一口探井施工位置優(yōu)選和制定鉆進(jìn)過程中應(yīng)采取的防范措施提供了可靠依據(jù)，也為下一步油氣勘探開發(fā)提供了幫助。

地質(zhì)災(zāi)害；海底地貌；三角洲盆地；幾內(nèi)亞灣；尼日利亞

尼日爾三角洲盆地為一富含油氣的盆地，其陸上及淺海發(fā)現(xiàn)了一系列大型—超大型油氣田，近年來油氣勘探的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向深海領(lǐng)域，并取得了較好的勘探成果?！澳崛绽麃啞ザ嗝缆?lián)合開發(fā)區(qū)2號(hào)區(qū)塊(簡稱JDZ-2區(qū)塊)”深海油氣勘探由中國石化集團(tuán)公司作為作業(yè)者于2006年全面開展，經(jīng)過綜合地震地質(zhì)研究，落實(shí)了多個(gè)有利圈閉預(yù)進(jìn)行鉆探，但該區(qū)塊位于盆地的大陸斜坡上，海底地形起伏變化大、地形復(fù)雜，淺層存在多種地質(zhì)災(zāi)害，在鉆井等工程施工時(shí)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致海洋生態(tài)災(zāi)難。本文對(duì)區(qū)塊內(nèi)及所選施工區(qū)地形地貌和淺部地層潛在的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)價(jià)，為鉆井作業(yè)提供可靠的資料、作出相應(yīng)的防范措施，以期為下一步油氣勘探開發(fā)提供幫助。

1 JDZ-2區(qū)塊概況及地質(zhì)背景

該區(qū)塊位于非洲西部大西洋幾內(nèi)亞灣內(nèi)，面積692 km2，處于尼日爾三角洲盆地前端陸坡上，水深1400～2000m，平均水深1600m，距尼日利亞海岸線約150～200 km，屬深水、超深水區(qū)域。

尼日爾三角洲盆地位于幾內(nèi)亞灣內(nèi)，是一新生代富含油氣的大型三角洲盆地，也是世界上最大的海退型三角洲，總面積30×104km2。沉積蓋層包括白堊系、第三系和第四系，新生界地層由下而上分為Akata組、Agbata組及Benin組[1]。

尼日爾三角洲盆地內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，由陸向海分為3個(gè)構(gòu)造帶：(1)陸上的生長斷層及滾動(dòng)背斜發(fā)育帶；(2)陸上沿岸和淺海的背對(duì)背斷層與頂部塌陷構(gòu)造帶；(3)位于半深海—深海的泥巖穿刺與疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶。其中(1)和(2)屬于伸展構(gòu)造區(qū)。泥巖穿刺與疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶又細(xì)分為泥巖底辟區(qū)、內(nèi)褶皺沖斷區(qū)、滑脫褶皺區(qū)和外褶皺沖斷區(qū)，JDZ-2 區(qū)塊位于該構(gòu)造帶的前緣，構(gòu)造樣式主要是斷層轉(zhuǎn)折褶皺及其組成的逆沖疊瓦系列(圖1)，包含了內(nèi)褶皺沖斷帶、滑脫褶皺區(qū)、外褶皺沖斷帶[2]。該區(qū)特殊的構(gòu)造位置造成復(fù)雜多變的海底地形地貌和淺層多樣的構(gòu)造樣式[3]。

2 JDZ-2區(qū)塊海底地形地貌研究

2.1海底地形特征

本區(qū)位于大陸斜坡上，海底地形起伏變化較大，總體上從北向南、由西向東水深逐漸加大，水深總體在1 400～2 000 m之間，坡降一般在0.5%～0.84%，靠近區(qū)塊的南部及東南部地形變化比較復(fù)雜，海底山、洼地、槽溝、峽谷發(fā)育，并在東南角出現(xiàn)深水盆地。從西北向東南可將本區(qū)地形分為三部分：(1)在中部斷崖以西除海嶺及隆起地形外，呈略微下拗的平緩斜坡；(2)在中部斷崖與東部深水陡崖之間為起伏變化的斜坡地形帶；(3)東部深水陡崖以東為深水盆地區(qū)，水深大于2 000 m。

圖1 尼日爾三角洲盆地海上部分構(gòu)造帶劃分示意

2.2海底地貌類型及形態(tài)特征

本區(qū)位于大陸與大洋的過渡地帶，主要反映大陸坡的地貌特征。該區(qū)的總體地貌特征屬于斷褶型的陸坡斜坡，坡度較大，地形復(fù)雜，受重力構(gòu)造作用(如斷裂、穿刺及褶皺等)影響顯著(圖2)。

2.2.1 隆斷型陸坡斜坡

位于中部斷崖與東部深水陡崖之間，水深1 750～2 000 m。地形由西北向東南傾斜，起伏變化較大，平均坡降為1.65%。在該斜坡上海底峽谷、槽溝較為發(fā)育，NE向，同時(shí)小型洼地及麻坑也很發(fā)育，麻坑常常成群、成帶分布。此外，還存在有低緩的小型臺(tái)地、隆丘等地貌形體。

2.2.2 陸坡坳地

位于中部斷崖以西，水深一般在1 600～1 750 m。在坳地的中部偏北位置發(fā)育一條NW方向的海底峽谷，沿著峽谷還分布有眾多的麻坑或小洼地；在坳地的西部及中部小型洼地及麻坑等地貌形體極其發(fā)育，各個(gè)單體小洼地規(guī)模及深淺各不相同，常常以數(shù)十個(gè)組成群體，成片出現(xiàn)在坳地中部及西部。

2.2.3 海底隆起或海底山嶺

本區(qū)有2處，分別在北部邊緣和西南邊部。海嶺上存在橫切山嶺的深溝、峽谷或槽溝，這種現(xiàn)象是由于深部泥巖發(fā)生穿刺作用而上拱時(shí)，對(duì)地層發(fā)生側(cè)向推擠與重力下滑作用，導(dǎo)致海嶺斜坡下部的表層沉積發(fā)生揉皺而形成的淺槽與淺溝等微地貌現(xiàn)象。

2.2.4 深水盆地

位于本區(qū)東南角，水深大于2 200 m，與陸坡斜坡之間有一坡度達(dá)8.32°的陡崖過渡。深水盆地以3.13%的坡降向東傾斜，本區(qū)所見僅是深水盆地的一小部分。

2.2.5 海底峽谷

在本區(qū)范圍內(nèi)見有數(shù)處海底峽谷，主要分布于本區(qū)的中部，一般呈NE方向，落差一般50～80 m，寬200～300 m，長度數(shù)千米至數(shù)十千米。在一些峽谷中還發(fā)育一些麻坑。本區(qū)的海底峽谷成因比較復(fù)雜，除部分與海底水流侵蝕作用有關(guān)外，也有不少與構(gòu)造作用有關(guān)。

3 地層發(fā)育特征與海洋地質(zhì)災(zāi)害研究

3.1中淺部沉積地層層序特征

根據(jù)相鄰區(qū)塊JDZ-1的Obo-1井鉆探成果，本區(qū)的中淺部地層指的是海底面下1 000 m深度范圍內(nèi)的沉積地層，在這一深度內(nèi)潛在的地質(zhì)災(zāi)害因素比較多[4]。根據(jù)對(duì)三維地震資料的解釋成果，本區(qū)淺層地層內(nèi)存在有4個(gè)明顯的地震反射界面T1-T4，以這些反射界面為界，將本區(qū)的中淺部地層劃分成4個(gè)層序(圖3)。

第Ⅰ層序位于海底—T1之間，為與海底面坡度一致的平行地震反射結(jié)構(gòu)，并顯示弱振幅特征，反射波的連續(xù)性好，反映一種低能沉積環(huán)境，巖性為一套柔軟的深?！肷詈Ｕ惩粱蜍浤郲5]。

第Ⅱ?qū)有蛭挥赥1-T2之間，為平行狀結(jié)構(gòu)及中—弱振幅的反射特征，反映中低能向低能過渡的較穩(wěn)定的沉積環(huán)境，為一套以深海—半深海泥質(zhì)為主、夾有粉砂或泥質(zhì)粉砂地層。

第Ⅲ層序位于T2-T3之間，反射振幅明顯比上覆層序增強(qiáng)，一般為中—強(qiáng)，反應(yīng)一種中、低能交互的沉積環(huán)境，以淺?！肷詈Ｏ嗌皫r與泥頁巖交互沉積為主。

圖3 尼日爾三角洲盆地JDZ-2區(qū)塊淺層地層巖性柱狀示意(過Bomu-1井)

第Ⅳ層序位于T3-T4之間，以亂崗狀反射結(jié)構(gòu)為主，代表中—高能水動(dòng)力條件下的不穩(wěn)定的多變的沉積環(huán)境，地層為一套砂、泥混雜的濁流沉積及滑塌沉積。

3.2中淺層內(nèi)部海洋地質(zhì)災(zāi)害特征分析

通過對(duì)二維高分辨率地震及三維地震資料的解釋以及綜合研究，參考Obo-1井(2006年鉆探，作業(yè)者ADDAX)、OML130區(qū)塊EGINA油田、EGINA SOUTH油田(作業(yè)者TOTAL)鉆探過程中得到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在該區(qū)塊發(fā)現(xiàn)以下地質(zhì)災(zāi)害類型(圖4)。

圖4 尼日爾三角洲盆地JDZ-2區(qū)塊地質(zhì)災(zāi)害分布

圖5 尼日爾三角洲盆地JDZ-2區(qū)塊F5斷層、層間斷層與氣煙囪地震反射

3.2.1 淺部斷層及裂縫

淺部地層中自海底至T4，斷裂與構(gòu)造裂縫非常發(fā)育，這些斷層大多為正斷層，少部分為逆沖斷層，個(gè)別為走滑斷層。F1走滑斷層是本區(qū)規(guī)模最大的一條，斜貫于本區(qū)中部，將本區(qū)的構(gòu)造一切為二。F1以西構(gòu)造走向一般以NW向?yàn)橹鳎糠譃镹E向，NW向斷層一般為傾向NE的正斷層，為反向斷層，這些斷層有很多都已斷至海底。根據(jù)國際原子能委員會(huì)關(guān)于活動(dòng)斷層的定義，該斷層應(yīng)屬于活動(dòng)斷層之列，使地表地層松動(dòng)，并形成溝谷及一系列的坍陷與麻坑現(xiàn)象，使地形復(fù)雜化，易造成海洋石油平臺(tái)基地傾斜垮塌。F1以東構(gòu)造線走向基本上為NE向。該斷層在海底地形與地貌上有非常清楚的顯示，并在一定程度上控制了本區(qū)構(gòu)造的發(fā)展歷史。

在廣泛發(fā)育的淺部斷裂中，有密集的層間斷層，它們主要存在于第Ⅲ沉積層序地層中，均為斷距較小的正斷層，部分?jǐn)鄬优c淺層氣藏相通，一旦鉆遇，將對(duì)鉆井工程構(gòu)成危害(圖5)。

3.2.2 海底不穩(wěn)定斜坡與滑坡

本區(qū)位于盆地前端，在地層深部泥巖穿刺活動(dòng)與上部重力作用下，大陸斜坡處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。滑坡是一種斜坡地質(zhì)災(zāi)害，是淺表層沉積物在重力作用下沿斜坡向下運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。本區(qū)的海底滑坡一般發(fā)生在現(xiàn)代海底沉積的表層幾十米至上百米深度范圍內(nèi)，海底地形坡度一般大于3°，地層巖性為柔軟的半深海粘土，滑坡附近斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，這些地質(zhì)因素的存在使本區(qū)具備了滑坡發(fā)育的條件。

3.2.3 天然氣水合物

該三角洲油氣富集，同時(shí)天然氣水合物分布廣泛。在本區(qū)水合物的分布也很廣泛，特別在北部及西南部由泥巖穿刺隆起而形成的海嶺區(qū)，水深1 000 m以上，溫度與壓力均滿足水合物形成的條件。三維地震剖面中已發(fā)現(xiàn)大量的水合物特征反射波，是類冰狀固體水合物底部的標(biāo)志性反射，存在于海底面下約250～400 ms處，反射特征與海底反射近似平行，但反射極性相反，與沉積地層呈斜交關(guān)系。由于在海底下處于一種亞穩(wěn)定狀態(tài)(冰凍膠結(jié)狀態(tài))，在水合物穩(wěn)定帶的底部有一個(gè)低剪切強(qiáng)度的軟弱帶——游離氣帶，它在上覆重力負(fù)荷作用下或地震及構(gòu)造應(yīng)力的觸發(fā)之下，可以導(dǎo)致海底地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生[6]。

3.2.4 泥巖刺穿構(gòu)造與泥火山

本區(qū)刺穿構(gòu)造十分發(fā)育，幾乎每條地震剖面都可見到。從本區(qū)地震剖面中穿刺與地層的接觸關(guān)系分析，最晚一次穿刺的時(shí)代應(yīng)為晚第四紀(jì)[7]。同時(shí)從本區(qū)斷至海底的活動(dòng)斷層的時(shí)代分析，它與刺穿的活動(dòng)時(shí)期也是密切相關(guān)的，從而可以推斷本區(qū)在晚第四紀(jì)仍有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生，造成晚近地質(zhì)時(shí)期仍處于構(gòu)造不穩(wěn)定狀態(tài)下。

3.2.5 海底峽谷、槽溝及麻坑

本區(qū)海底峽谷與槽溝發(fā)育，同時(shí)麻坑大量出現(xiàn)(圖2)。有很多峽谷與槽溝因構(gòu)造斷裂作用而形成，它們的延伸方向與斷裂的走向一致，這些槽溝的形成以構(gòu)造成因?yàn)橹?，侵蝕作用為次。大量的麻坑常常成片、成帶出現(xiàn)，屬于海底微地貌現(xiàn)象，它是天然氣排出海底時(shí)形成的塌陷地貌，也對(duì)海洋石油鉆探造成一定的危害。

3.2.6 古河谷

本區(qū)古河谷較為發(fā)育，在各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期均有所見[8]。由于河谷中的新沉積層與谷坡上相對(duì)較老沉積層在特性上具有差異，會(huì)對(duì)插樁式海洋石油平臺(tái)產(chǎn)生影響，此外，常常會(huì)有油氣的聚集，一旦鉆遇易發(fā)生井噴。

另外，根據(jù)附近鉆井資料和該區(qū)地震資料做的壓力預(yù)測(cè)，海底至目的層段基本無壓力異常。

4 井場海底地形地貌分析及災(zāi)害評(píng)價(jià)

通過三維地震精細(xì)解釋和地質(zhì)綜合研究，優(yōu)選了2號(hào)構(gòu)造為該區(qū)塊首選預(yù)探目標(biāo)，在區(qū)塊構(gòu)造較高部位部署探井Bomu-1。首先以預(yù)選井位為中心，選擇一定評(píng)價(jià)范圍，對(duì)預(yù)選井場附近進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)，然后優(yōu)選井場位置。

4.1井場區(qū)海底地形地貌

4.1.1 海底地形特征

評(píng)價(jià)區(qū)域由東北向西南水深逐漸加深(圖2,6)，最淺處水深為1 600 m，最深約1 695 m，預(yù)選探井Bomu-1位置水深約1 667 m。井場區(qū)海底有一定的坡度，由東北角高點(diǎn)至西南低點(diǎn)總體坡降為1.6%，地形總體坡度變化不大。

圖6 尼日爾三角洲盆地Bomu-1井場海底高程

4.1.2 海底地貌特征

Bomu-1井附近地貌相對(duì)簡單，主要發(fā)育7個(gè)麻坑，其中3個(gè)麻坑規(guī)模及深度較大。位于預(yù)選井西北的麻坑距離井位約80 m，形狀近似圓形，直徑約260 m，下凹深度約15 m，麻坑下部在地震剖面上具有明顯的氣煙囪特征，證明該麻坑是由地層中的氣體溢出造成的，由于距離井位較近，對(duì)鉆井安全具有一定的影響。南部2個(gè)大的麻坑距井位1 650 m以上，對(duì)本次鉆井作業(yè)影響不大。

4.2井場區(qū)淺層地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)評(píng)價(jià)

井場區(qū)位于泥巖穿刺與疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶內(nèi)，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)斷層、淺層氣、泥底辟、天然氣水合物等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。

(1)斷層：通過對(duì)井場區(qū)高分辨率地震剖面的解釋，發(fā)現(xiàn)眾多斷點(diǎn)，根據(jù)其斷層特征，組合了6條淺部斷裂，斷距10～20 m，多數(shù)與泥巖底辟有關(guān)，為油氣提供了運(yùn)移通道，也為鉆井作業(yè)制造了不安全因素。尤其F5，該斷層位于井的北部，整體走向近東西向。該斷層在井場區(qū)延伸長度約為4 500 m，距井位最近約130 m，為南傾正斷層，斷點(diǎn)最高位置斷至T4界面下方，斷距約8～17 m，斷層上部存在氣煙囪(圖5)，分析認(rèn)為是由于上部地層裂縫多，氣體經(jīng)裂縫噴出海底后形成麻坑。

(2)層間斷層帶：本井場區(qū)層間斷層十分發(fā)育，幾乎涵蓋了整個(gè)井場區(qū)，主要發(fā)育在第Ⅲ層組內(nèi)。從地震剖面上可以看到，層間斷層呈連續(xù)、密集狀分布，形成一個(gè)斷層發(fā)育帶。斷層帶內(nèi)的小斷層斷距一般在幾米至十幾米，最上部距離海底約150 m，下部最深處距海底約300 m。鉆井過程中如果鉆遇淺層氣藏，氣體將沿?cái)鄬訋蛏线\(yùn)移，造成淺層不穩(wěn)定，因此鉆井過程中應(yīng)重視。

(3)泥巖底辟：底辟構(gòu)造位于井場區(qū)的東北角，距離設(shè)計(jì)井位約1 200 m。泥底辟距離設(shè)計(jì)井位較遠(yuǎn)，對(duì)鉆井安全影響不大。

(4)天然氣水合物：井場區(qū)范圍內(nèi)也存在水合物，其分布于井場區(qū)的南部，但大部分區(qū)域超出井場區(qū)范圍，距離設(shè)計(jì)井位最近約2 160 m，對(duì)本井位的施工影響不大。

通過上述深入分析和綜合評(píng)價(jià)，最終確定了Bomu-1井位位置。

5 結(jié)論

JDZ-2區(qū)塊海底地形地貌復(fù)雜多變，中淺層地質(zhì)災(zāi)害多、類型樣式多，對(duì)鉆井等作業(yè)影響大。通過本次精細(xì)研究， 2010年在Bomu-1井場部署和鉆探過程中都充分考慮了海底地形地貌和各種潛在的地質(zhì)災(zāi)害因素，成功避免了各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，在目的層段鉆遇多套厚層油氣層，鉆達(dá)11 745 ft，順利完成了鉆井任務(wù)。目前正在利用該井及相鄰區(qū)塊研究成果對(duì)剩余圈閉進(jìn)行綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)，以部署新的井位，擴(kuò)大該區(qū)塊的儲(chǔ)量規(guī)模。

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(編輯徐文明)

GeologicfeaturesofabyssaltopographyanddrillingconditionsinblockJDZ-2,Nigeria

Cheng Xuefeng1,2

(1.SINOPECPetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,Beijing100083,China;2.ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

In block JDZ-2 of Nigeria, oceanic 3d seismic data have been applied to obtain the reflection time to seabed. The water depth is calculated, on the basis of which a detailed topography of seabed is drawn. The types and distribution of seabed topography are analyzed. Combined with the drilling results of adjacent blocks, by means of 3d seismic data, the sequences of shallow formation are divided. 4 sequences are traced and interpreted on seismic profiles. The underlying geologic disasters to drilling engineering in the shallow formation of the whole block are demonstrated. According to the abovementioned analysis, the fine research of topographic characteristics and potential shallow calamities in the planned area for drilling is completed. The first exploration well surface location is optimized and the countermeasures are established for drilling. The research would be guidable for further explorations.

geologic calamity; abyssal topography; Delta Basin; Guinea Gulf; Nigeria

TE5

A

1001-6112(2013)01-0060-05

10.11781/sysydz20130110

2012-12-01；

2012-12-23。

程學(xué)峰(1969—)，男，博士后，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事石油地質(zhì)研究工作。E-mail: xfcheng.sipc@sinopec.com。