瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷沉積微相特征①

張道軍 王亞輝 王振峰 左倩媚 何衛(wèi)軍 趙鵬肖

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057;2.中海油能源發(fā)展鉆采工程研究院湛江實驗中心 廣東湛江 524057)

0 引言

深水區(qū)油氣勘探在巴西Campos、西非和墨西哥灣等深水盆地取得巨大成功之后成為當(dāng)前各國積極勘探的重要領(lǐng)域［1，2］。海底峽谷作為大陸向深海輸送物質(zhì)的重要通道，是深水區(qū)沉積的重要組成部分。峽谷內(nèi)的充填物和峽谷的天然堤系統(tǒng)的沉積物可以作為良好的儲層，因此，研究峽谷和天然堤系統(tǒng)的建造和演化對油氣勘探具有重要意義。對于峽谷以及與峽谷相關(guān)的天然堤系統(tǒng)的研究，Jeff Peakall等(2000)曾這樣形象的表述:“對于深水水道形態(tài)演化和相關(guān)沉積歷史的研究，最重要的是預(yù)測和解釋水道內(nèi)部的沉積建造”［3］。但是，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，峽谷內(nèi)部沉積單元因地而異，目前還沒有統(tǒng)一的沉積單元劃分方案，這可能與峽谷的構(gòu)造背景、形成機制、物源供給、海平面變化以及沉積區(qū)域地貌特征有關(guān)。

對深水水道體系的研究，最具有代表性的是Mayall等關(guān)于深水水道體系的演化模式［4］，水道自下而上由底部滯留沉積、滑塌和碎屑流沉積、低彎曲水道的水道砂疊置充填、高彎曲水道的水道—天然堤系統(tǒng)等垂向演化序列。針對不同的水道具有不同演化階段，沉積單元的定義也不同，EXXON石油公司Vitor Abreu等在研究安哥拉海域早中新世Green水道體系中提出了側(cè)向加積體(LAPs)術(shù)語［5］，且側(cè)向加積體為該區(qū)域的重要儲集體，按Mayall的模式，縱向上屬于水道體系演化的后期，高彎曲水道沉積產(chǎn)物。Henry W.Posamentier對Mexico灣深海盆地水道—天然堤體系各沉積單元進行了研究［6］，其縱向上屬于高彎曲水道，地貌上屬于陸架坡折之下深水扇的次級沉積單元。就目前發(fā)表的大量文獻來看，對深水彎曲水道各沉積單元研究得較多的均是高彎曲水道中水道—天然堤體系，并借助高分辨率三維地震的多種技術(shù)對水道內(nèi)部砂體的刻畫和演化進行了精細研究。

國內(nèi)許多學(xué)者對深水區(qū)水道體系亦進行了大量研究，對沉積單元的劃分和解釋上亦存在差異。吳嘉鵬、王英民等(2011)將珠江口盆地白云凹陷海底峽谷充填劃分為谷底沉積相、谷壁滑塌相［7］，李冬、王英民(2009)，袁圣強(2010)等根據(jù)地震相特征認為瓊東南盆地中央峽谷黃流組時期發(fā)育天然堤—溢岸沉積［8，9］，溢岸和決口扇為其主要儲集體。李俊良、左倩媚等(2011)也對中央峽谷沉積特征進行了研究［10］。截至目前，對瓊東南中央峽谷的研究主要是依據(jù)地震相特征研究其沉積模式。本文在前人研究基礎(chǔ)上，從中央峽谷內(nèi)最新增加的多口鉆井出發(fā)，結(jié)合高分辨率三維地震資料，對峽谷內(nèi)部充填進行刻畫，研究發(fā)現(xiàn)，瓊東南盆地中央峽谷黃流組時期充填受峽谷壁限制，為多期彎曲水道不斷改道而形成，可與國外限制性水道復(fù)合體相對比。其沉積過程類似于陸上曲流河沉積，其主要儲集體為點砂壩，國外許多作者稱為Point Bar。針對深水彎曲水道沉積的點砂壩與曲流河沉積的異同性已發(fā)表有大量文章［13～15］，分別從成因機制與流體性質(zhì)、充填類型及沉積構(gòu)造、幾何形態(tài)和充填樣式、水道遷移演化特征、地震特征、儲層特征等各方面進行了分析和總結(jié)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

瓊東南盆地位于南海盆地西北緣，夾于歐亞板塊、印支板塊和太平洋板塊之間，總體呈NE向延伸的新生代陸緣拉張性盆地［16］。以不整合面S60為界，分為上下兩個構(gòu)造層，下構(gòu)造層由早期斷陷作用形成，上構(gòu)造層由晚期坳陷作用形成，具有明顯的“下斷上坳”雙層結(jié)構(gòu)，下構(gòu)造層包括始新統(tǒng)崖城組和陵水組，上構(gòu)造層包括三亞組、梅山組、黃流組和鶯歌海組等地層。盆地構(gòu)造單元由北及南劃分為北部隆起帶、中央坳陷帶和南部隆起帶。瓊東南盆地深水區(qū)包括了中央坳陷帶和南部隆起帶，現(xiàn)今水深范圍300～3 000 m，面積約52 000 km2，其東部為西沙海槽的西端，水深最大，向西逐漸變淺，總體呈東深西淺的變化趨勢。中央峽谷位于深水區(qū)中央坳陷帶，為一大型軸向深海峽谷，整體呈“S”型，平行于陸架坡折帶，西起鶯歌海盆地中央凹陷帶，經(jīng)樂東凹陷、陵水凹陷、松濤凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷，向東延伸至西沙海槽，總長大于 425 km［17，18］，面積約 5 000 km2。

目前，中央峽谷體系內(nèi)已鉆遇了7口井，其中LS2井、YL2井為2010年、2011年在深水區(qū)鉆遇的新井(圖1)，古生物地層及地震層位追蹤閉合解釋成果表明中央峽谷存在不同的演化期次，沉積充填最早發(fā)生在黃流組一段沉積時期，具有分時代、分地段、多期充填的特點，中央峽谷濁積水道充填主要發(fā)生在黃流組一段。

2 鉆井相標志

2.1 巖礦特征

多口鉆井揭示，中央峽谷水道充填的巖性主要為大套淺灰色—灰白色細砂巖，夾薄層深灰色泥巖，局部可見灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層，砂巖以淺灰色、灰色、灰綠色為主，泥巖為灰色或深灰色為主?；揖G色可能與砂巖中含有海綠石有關(guān)，也可能是淺水氧化環(huán)境沉積物或者淺水沉積物的再沉積。灰色、深灰色指示沉積時為還原環(huán)境。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 The location of the study area

砂巖成分以石英為主，可見少量黑云母碎片、海綠石，極少碳質(zhì)碎片和結(jié)核;據(jù) LS2井，石英含量86% ～92%，平均88.1%;長石含量2% ～7%，平均5.0%;巖屑含量5% ～8%，平均7.0%。巖性以石英砂巖為主;膠結(jié)物以泥質(zhì)膠結(jié)為主，含少量菱鐵礦、碳酸鹽質(zhì)等膠結(jié)物;膠結(jié)類型為孔隙式，顆粒支撐結(jié)構(gòu)。峽谷內(nèi)部水道砂巖總體上表現(xiàn)為成分成熟度較高，分選磨圓中等—好，反映了沉積物搬運距離較遠，水動力較強等特點。

2.2 粒度特征

沉積巖的粒度受搬運介質(zhì)、搬運方式及沉積環(huán)境等因素控制，因此通過粒度特征來分析沉積環(huán)境和水動力條件也是沉積相分析的重要途徑［16］。瓊東南盆地LS2井中央峽谷內(nèi)水道砂巖的概率累積曲線特征主要表現(xiàn)為兩段式，由懸浮組分和跳躍組分組成(圖2)。其中懸浮組分占總組分的80%左右，斜率15°左右;跳躍組分占總組分的5%左右，斜率35°～40°。跳躍搬運的組分較細，分選較好，懸浮總體總量大，分選差，懸浮總體與跳躍總體之間的交截點在2.5～3.0Φ區(qū)間內(nèi)。缺少滾動組分，以濁流搬運為主。

LD3井水道砂巖25個巖心樣品C-M圖(圖3)總體呈現(xiàn)出兩部分，第一部分C值較大，大于1 000 μm，C值變化較小，M值有明顯變化，由于樣品數(shù)量少，很難精確判斷，因此，滾動和懸浮搬運都有可能。第二部分圖形分布區(qū)平行C=M線，屬于遞變懸浮沉積，總體反映出以懸浮搬運為主，具有濁流沉積特征。

圖2 瓊東南盆地中央峽谷LS2井概率累積曲線圖Fig.2 Probability accumulative curve of Well LS2，the Central canyon of the Qiongdongnan Basin

圖3 瓊東南盆地中央峽谷LD3井C-M圖Fig.3 C-M map of Well LD3，the Central canyon of the Qiongdongnan Basin

圖4 沉積構(gòu)造組合圖Fig.4 Sedimentary structure association

2.3 沉積構(gòu)造

在中央峽谷內(nèi)鉆遇的7口井中，水道內(nèi)部獲取巖心的井有LD3、YC3、壁心的井有深水鉆井YL2井和LS2井，并對LS2井峽谷內(nèi)水道砂巖獲取了地層微成像(OBMI)測井?dāng)?shù)據(jù)資料。通過對巖心、壁心及成像測井圖(OBMI)的分析，峽谷內(nèi)水道砂巖主要發(fā)育塊狀層理、正粒序?qū)永?、少量交錯層理和泥質(zhì)條帶(圖4)，塊狀砂巖之上發(fā)育深灰色、灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，具有小型交錯層理。

2.4 古生物特征

為了明確深水區(qū)地層時代及古環(huán)境，古生物方面對有孔蟲、超微、孢粉等微體古生物進行了鑒定，尤其是對有孔蟲四大類型(浮游、底棲有孔鈣質(zhì)、無孔鈣質(zhì)和粘合質(zhì))進行了定量統(tǒng)計，從而對沉積環(huán)境及地層時代進行準確的分析。

LS2井黃流組地層由有孔蟲化石Gr.merotumida＆G.plesiotumida＆G.margaritae primitiva末現(xiàn)面和Gq.dehiscens末現(xiàn)面確定。在中央峽谷內(nèi)3 465 m～3 495 m:＞0.25 mm浮游有孔蟲比例0～83.33%，＞0.25 mm總豐度6～7枚，＞0.25 mm浮游有孔蟲豐度0～5枚，分異度1～4，由于豐度、分異度極低，反映了沉積時水體較淺;鈣質(zhì)超微定量分析也反映了該套沉積物沉積時期水體較淺，而該套沉積物的上下化石含量豐富，結(jié)合巖礦、粒度等資料，推測黃流組水道充填屬于淺水異地再搬運而來的重力流沉積。

2.5 測井相分析

在本次研究工作中，以區(qū)域沉積背景為依托，首先對巖屑錄井中巖石顏色、成分、巖石類型組合、沉積構(gòu)造、微觀粒度特征、古生物特征等進行了分析，確定沉積微相;然后結(jié)合地震相特征，將沉積微相與測井曲線進行對比，總結(jié)出研究區(qū)的測井曲線特征(表1)。

2.6 鉆井微相劃分

瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷陵南低凸起上鉆遇了YL2井(圖5)，水深1 908 m。巖性主要以淺灰色—灰色細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰色—深灰色泥巖不等厚互層;自下而上可以劃分出多個由細砂巖—粉砂巖—泥質(zhì)粉砂巖—泥巖組成的正韻律沉積旋回，細砂巖呈厚層塊狀。壁心見粒度為極細粒至細粒，石英顆粒棱角狀，分選較好，見磨圓度較好的海綠石顆粒，白云母及暗灰色碳質(zhì)顆粒，含長石、鐵鎂質(zhì)礦物、黃鐵礦和碳質(zhì)碎片等。泥巖呈塊狀—次團塊狀或無定形，性中等—硬，部分黏土質(zhì)，常輕微—較輕微含鈣質(zhì);微量黑色斑點，常見粗糙黃鐵礦顆粒以及化石鑄模。粒度概率曲線呈兩段式，跳躍次總體小于10%，懸浮次總體為主，推測重力流搬運占絕對優(yōu)勢。測井曲線總體上呈箱型、鐘型;幅度向上逐漸減小，表現(xiàn)出正韻律特征。結(jié)合地震相、地震切片技術(shù)等，將中央峽谷水道劃分為點砂壩、天然堤、泥質(zhì)水道等沉積微相。

(1)點砂壩:是中央峽谷水道的主要沉積單元，系峽谷充填早期水道受到側(cè)壁限制作用不斷側(cè)向遷移和沉積物垂向加積的結(jié)果，巖性上主要為塊狀厚層的細砂巖，測井曲線形態(tài)以箱型為主。

(2)天然堤:巖性上以粉砂、泥質(zhì)粉砂與泥巖薄互層為主，縱向上疊置于塊狀砂巖之上;測井曲線表現(xiàn)為低幅齒型，在平面形態(tài)上位于水道側(cè)緣。

表1 中央峽谷水道測井相標志Table 1 Electrofacies characteristics of channel in the Central canyon

圖5 YL2井沉積微相劃分圖Fig.5 Sedimentary microfacies of Well YL2

(3)泥質(zhì)水道:成因上為水道遷移改道后被泥質(zhì)充填，夾于水道充填內(nèi)部點砂壩之間，厚度較小，區(qū)別于上覆大套厚層深海泥巖。

3 地震特征

利用高分辨率三維地震數(shù)據(jù)，基于地震層位的精細解釋，利用地震屬性技術(shù)、多種切片技術(shù)以及空間三維立體顯示等手段對中央峽谷內(nèi)部彎曲水道沉積特征進行研究。綜合分析了沉積微相平面展布特征。

3.1 充填特征

中央峽谷水道在瓊東南盆地不同位置發(fā)育的水道形態(tài)、充填特征不同，推測與沉積時古地形、海平面變化、物源供給能力等有關(guān)。研究區(qū)內(nèi)水道呈“U”、“V”、“W”及復(fù)合型等多種類型，峽谷深約900 m，寬度約1～2 km，內(nèi)部具有不同的充填反射特征。

圖6a反映了黃流組時期中央峽谷充填，以“V”字型為主，反映了下切深度較大，沖刷、削截特征明顯，內(nèi)部自下而上大體可劃分出三類地震相:第一類屬于滯留沉積，位于峽谷底部，具有明顯的強振幅、雜亂反射，第二類屬于碎屑流沉積時期，位于峽谷中部為中—弱振幅、較連續(xù)反射，第三類為黃流組時期峽谷充填的頂部，為彎曲水道充填，呈強振幅、低頻、連續(xù)的反射特征，同時，還明顯可見地震同相軸具有明顯的側(cè)向加積特征(如圖6a虛線箭頭所示);圖6b為峽谷的沉積剖面。LS2井已揭示黃流組頂部的彎曲水道沉積砂體，發(fā)育大套淺灰色—灰白色細砂巖，夾薄層深灰色泥巖。測井GR曲線呈齒化箱形，高電阻率;

圖6 峽谷充填特征Fig.6 The filling characterics of the canyon

3.2 充填特征及均方根振幅屬性分析

為了進一步對峽谷水道砂體的刻畫，圖7a是圖6a中T30上下5 ms時窗最小振幅屬性圖，根據(jù)已鉆井的巖石物理性質(zhì)分析以及深水環(huán)境總體為富泥背景，強振幅反射是富砂粗粒的指示，弱振幅反射是富泥細粒的指示。屬性圖顯示:弱反射反映了深海背景或半深海背景泥質(zhì)沉積，峽谷總體呈彎曲特征，中間存在一條低彎度的弱振幅反射的泥質(zhì)水道;水道兩側(cè)發(fā)育規(guī)模不等的振幅異常體，已鉆井證實屬于大套的箱狀砂巖。根據(jù)水平切片(圖7b，為圖6a中3 720 ms)和地震剖面綜合研究認為水道兩側(cè)的振幅異常體屬于點砂壩沉積體，具有明顯疊瓦狀前積反射結(jié)構(gòu)，形態(tài)類似于曲流河的邊灘，平面上點砂壩為多期水道縱向上演化結(jié)果;天然堤復(fù)合體位于泥質(zhì)水道兩側(cè)，范圍較窄，反射較弱，根據(jù)平面圖和鉆井巖性組合特征較易識別，而根據(jù)地震剖面反射特征很難識別。

圖7 最小振幅屬性(a)與水平切片(b)Fig.7 The minimum amplitude attribute(a)and horizontal slice(b)

4 沉積模式及控制因素

從圖6地震剖面表現(xiàn)出的強振幅代表富砂沉積的點砂壩分布在中央峽谷水道內(nèi)部不同位置?？傮w上陵水段和松南段更發(fā)育點砂壩，長昌段點砂壩規(guī)模較小。點砂壩的分布規(guī)律和沉積規(guī)模，受控于物源供給能力、重力流流體能量、古地形等多種因素。因此，通過構(gòu)造控制古地貌、古地貌控制水動力條件、進而控制沉積砂體展布的研究思路分析該區(qū)沉積模式及控制因素。

古地貌控制了沉積體系的發(fā)育位置:如圖8a所示，T40時期是全球海平面大幅下降的時期，在瓊東南盆地陸架坡折之下平行于陸坡位置發(fā)育了具有切割較深、規(guī)模較大的大型峽谷。峽谷水道具有一定的曲率，水道砂體總體上傾方向偏西，彎曲水道沉積的水道—天然堤體系受峽谷壁的限制作用，使得峽谷水道在時空上不斷側(cè)向遷移和加積，形成水道—天然堤沉積體系，將沉積相圖與古地貌圖相疊合，圖8b可見點砂壩分布與水道彎曲的凹岸和凸岸有一定的對應(yīng)關(guān)系，在水道的彎曲處即凸岸處更發(fā)育。圖8c為過井點砂壩的刻畫，砂體自下而上發(fā)育規(guī)模較大，上下疊置關(guān)系較好，且單個點砂壩面積約8～20.5 km2。據(jù)鉆井LS2井砂巖厚度較大，單層厚度最大有40.2 m，孔隙度16.8% ～32.2%，平均孔隙度27.15%，總體來講，儲層物性較好，具有良好的勘探前景。

圖8 中央峽谷水道三維可視化沉積模式圖Fig.8 Sedimentary model of channel in central canyon

5 結(jié)論

(1)瓊東南盆地中央峽谷水道內(nèi)部發(fā)育多期水道—天然堤體系，以點砂壩微相為主，巖性上主要為塊狀厚層的細砂巖，粒度分析表明具有濁流沉積特征，測井曲線形態(tài)以箱型為主。

(2)在地震剖面上水道總體呈“U”、“V”、“W”及復(fù)合型等多種類型，內(nèi)部發(fā)育多期水道充填，點砂壩表現(xiàn)為疊瓦狀前積的地震反射結(jié)構(gòu)，具有強振幅、連續(xù)、低頻特征。

(3)屬性圖及切片顯示:弱反射反映了深海或半深海泥質(zhì)沉積，在峽谷中間為一條低彎度的弱振幅泥質(zhì)水道;天然堤復(fù)合體位于水道兩側(cè)，范圍較窄，反射較弱;點砂壩分布于水道兩側(cè)，振幅強，平面上呈透鏡狀或長條狀。

(4)中央峽谷水道沉積受構(gòu)造、古地貌、水動力條件以及物源供給等多因素綜合控制，點砂壩是峽谷水道發(fā)育的骨架砂體，縱向上多套疊置，據(jù)鉆井也證實砂巖厚度較大，儲層物性較好，具有良好的勘探前景。

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