瓊東南盆地中央峽谷西段鶯歌海組沉積演化及儲層預測①

黃 衛(wèi) 解習農(nóng) 何云龍，3 吳景富 趙志剛 王西杰

(1.中海油研究總院 北京 100028;2.中國地質(zhì)大學構造與油氣資源教育部重點實驗室 武漢 430074;3.中國地質(zhì)大學絲綢之路沿線地質(zhì)資源國際研究中心 武漢 430074;4.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

0 引言

深水峽谷廣泛發(fā)育于大陸邊緣，它不僅是沉積物向深海搬運的主要通道，還是深海粗粒碎屑沉積的主要場所［1-3］。人們對海底峽谷開展研究，一方面是因為大型海底峽谷記錄了豐富的古氣候、海平面變化和區(qū)域構造演化信息，另一方面也因為它常常蘊育著深水油氣的重要儲層［4-5］。南海北部的瓊東南盆地歷經(jīng)多年勘探，已證實了中央峽谷體系的存在，其主體位于盆地中央坳陷帶內(nèi)，與現(xiàn)今陸架坡折大致平行［6-7］。前人對中央峽谷體系已進行了多年的研究，取得了關于峽谷形態(tài)［8-10］、沉積充填［6，11-14］及成因演化［6，8］的諸多認識。Gong等［15］和李冬等［12］利用相關的三維地震資料和井資料對峽谷演化進行了較深入的研究，將其劃分為四個侵蝕—充填階段，并指出峽谷演化早期的鶯歌海組大量發(fā)育與濁流相關的富砂沉積。

盡管如此，前人尚未利用不同區(qū)段的三維工區(qū)對中央峽谷的沉積演化進行空間上的橫向對比;而且對中央峽谷早期的富砂沉積的沉積類型及空間展布刻畫得也不夠，而這對于系統(tǒng)、準確地認識中央峽谷的沉積演化及儲層分布極為必要。筆者基于錄井、測井、古生物資料和不同區(qū)段的高精度三維地震資料，結合剖面反射和平面屬性特征，劃分了峽谷西段鶯歌海組的內(nèi)部沉積期次，識別出峽谷充填的典型沉積類型，探討了各沉積期次的沉積構成及平面展布特征，進一步闡明了中央峽谷的西段的沉積演化歷史，在此基礎上還對研究區(qū)內(nèi)的有利儲層分布進行了預測。

圖1 瓊東南盆地構造區(qū)劃及中央峽谷展布示意圖Fig.1 Tectonic division of Qiongdongnan Basin and the distribution of Central Canyon

1 區(qū)域地質(zhì)

瓊東南盆地位于南海北部，整體呈NE向展布，總面積約4×104km2，是在中生代基底之上發(fā)育的一個大型新生代裂谷型大陸邊緣盆地［16-17］，可劃分為北部坳陷帶、中部隆起帶、中央坳陷帶和南部隆起帶4個一級構造單元。盆地的裂后沉降期始于早中新世，并于晚中新世進入到加速沉降期［18］。瓊東南盆地深水沉積體系即形成于加速沉降期［19-20］，并在盆地東西部形成不同的陸架—陸坡體系［20-21］。中央峽谷西起鶯歌海盆地，東至西沙海槽，整體呈“S”型NE向展布，其長約570 km，寬6～15 km，充填了厚達700 m的深海重力流沉積［6］，W1、W2、W3 三口探井均鉆遇了峽谷段沉積。本次研究的中央峽谷西段，為W、E兩個三維地震工區(qū)及之間的峽谷段，經(jīng)過樂東凹陷、陵水凹陷和松南低凸起［16］，全長約180 km，寬6～8 km。

2 沉積期次及沉積類型

目前，研究人員認為與濁流相關的濁積水道、天然堤、席狀砂和塊體流沉積是中央峽谷中主要的深水沉積類型。深水沉積體系的演化不僅包括濁流沉積、塊體流沉積及深海泥質(zhì)沉積等沉積類型，也包括沉積、過路不沉積以及侵蝕等地質(zhì)作用［22-23］。沉積類型的不同、地質(zhì)作用的交替極有可能導致地震波組特征的差異，因此可以根據(jù)峽谷充填的地震波組特征，并結合代表地質(zhì)作用的反射界面，來推測其演化歷史。

圖2 中央峽谷軸向剖面沉積期次劃分(剖面位置見圖1)Fig.2 Depositional sets on the axial profile of Central Canyon(profile location is shown in Fig.1)

圖3 鉆井—地震標定及沉積類型(過井剖面位置見圖1)Fig.3 Seismic-well tie and depositional types(the well-pass profile locations are shown in Fig.1)

上新世以來瓊東南盆地進入加速沉降階段，海平面整體呈現(xiàn)上升趨勢，共經(jīng)歷了4期長期海平面升降旋回，鶯歌海組沉積(S30～S29)對應于第一期海平面升降旋回［12，15］。中央峽谷西段發(fā)育于上新世早期，在短期海平面變化、盆地加速沉降、物源供給充足的綜合控制下［6］，峽谷內(nèi)部的鶯歌海組發(fā)育了一系列次級沉積旋回，并整體表現(xiàn)為下細上粗的粒序特征。大量剖面顯示峽谷西段的鶯歌海組存在多個侵蝕界面，這些界面所限定的地質(zhì)體普遍存在水道的下切侵蝕和垂向疊置，波組特征差異顯著，代表了不同的沉積類型和演化歷史。據(jù)此，在S30和S29之間，我們主要依據(jù)界面的侵蝕特征，將峽谷充填自下而上劃分為五個沉積期次 DS1、DS2、DS3、DS4、DS5，各期次頂界面分別為 S1、S2、S3、S4、S29(圖2)。瓊東南盆地中央峽谷充填主要包括濁積水道、濁積席狀砂、天然堤及越岸沉積、塊體流及深海泥質(zhì)沉積等沉積類型［10］。

通過結合區(qū)內(nèi)兩口鉆井的錄井、測井、古生物資料和過井剖面的反射特征，認為本區(qū)主要發(fā)育水道復合體、水道—天然堤、濁積席狀砂及塊體流沉積這4種沉積類型。水道復合體沉積在W3井巖性上表現(xiàn)為砂泥巖頻繁互層，伽馬曲線上表現(xiàn)為起伏較大的鋸齒形，剖面上對應著一套連續(xù)性中等的強振幅反射。水道—天然堤沉積兩口井均鉆遇，巖性為大套砂巖夾薄層泥巖，伽馬曲線具有明顯齒化箱型的特征，剖面上表現(xiàn)為與水道復合體類似的強振幅反射，但連續(xù)性相對更好。W3井鉆遇了多套夾在厚層泥巖中的薄層濁積席狀砂，厚度為1～10 m，剖面上表現(xiàn)為雜亂—空白反射背景下的中—強振幅反射，連續(xù)性好，測井上表現(xiàn)為平緩背景下的尖凸起。塊體流沉積是在峽谷充填中占比最高的沉積類型，W2、W3井均有鉆遇。由于塊體流沉積富含泥質(zhì)，因此伽馬曲線上表現(xiàn)為平緩的低值背景，這與深海泥巖的特征類似。深水塊體流沉積是重力失穩(wěn)的產(chǎn)物，具有曲型的剖面特征:雜亂—空白反射或疊瓦狀逆沖構造或強振幅的殘余塊體。在合成地震記錄的基礎上，對W2、W3井進行了期次界面的精細標定，并綜合分析了各沉積期次的沉積類型。通過反射特征對比和平面屬性研究發(fā)現(xiàn):沉積期次1主要為水道復合體，沉積期次2和3主要為水道—天然堤，沉積期次4主要為塊體流和水道—天然堤，沉積期次5主要為塊體流和濁積席狀砂。

3 峽谷沉積演化

3.1 期次1(S30～S1)沉積特征

沉積期次1位于峽谷底部，是峽谷演化早期的產(chǎn)物。在E工區(qū)的剖面上，該期次內(nèi)部普遍可以見到水道的標志性反射特征——“眼球狀”強振幅反射，寬度約700 m，時間厚度約100 ms;測井曲線上表現(xiàn)為多個“鐘型”的垂向疊加形態(tài)(圖3)。為了研究該期次在平面上的展布特征，在E工區(qū)內(nèi)拾取了3 928 ms、3 904 ms、3 872 ms的方差體時間切片，顯示期次內(nèi)部發(fā)育有3期疊置的水道，構成了圖中所示的水道復合體(圖4d)。W工區(qū)內(nèi)，該沉積期次在地震剖面上主要表現(xiàn)為低頻、中等連續(xù)的強振幅反射，可見沿峽谷軸向側向遷移的水道形態(tài)(圖4a，c)。W3井揭示的沉積期次1位于水道復合體的凸岸，表現(xiàn)為大套的砂泥巖互層，其中砂巖均厚約5 m，凈厚度近100 m(圖2)，推測為水道邊灘沉積。綜合可知，水道復合體在W工區(qū)和E工區(qū)的沉積期次1都普遍發(fā)育，且該沉積期次為軸向物源控制的富砂沉積。

圖4 沉積期次1反射剖面及地震切片特征Fig.4 Characteristics of DS1 on reflection profile and seismic slice

3.2 期次2和期次3(S1～S3)沉積特征

沉積期次2在地震剖面上均表現(xiàn)為一套連續(xù)性好的中—強振幅反射，普遍存在典型的“海鷗翼”狀(圖4a)反射特征，解釋為沿峽谷軸向展布的水道—天然堤沉積。E工區(qū)內(nèi)W3井揭示了期次2的大套砂巖，在測井上呈現(xiàn)出典型的箱型特征，更進一步證實了水道體系的存在。然而，W工區(qū)內(nèi)的W2井在期次2僅鉆遇了一套泥巖，這可能是井位過于靠近峽谷邊坡，天然堤的細粒沉積逐漸過渡為泥巖導致的。綜合而言，W工區(qū)和E工區(qū)的沉積期次2均普遍發(fā)育富砂的水道—天然堤沉積，同樣為軸向物源控制。

沉積期次3在剖面上整體表現(xiàn)為低頻、連續(xù)性好的強振幅反射(圖5)。CC’剖面中，期次3呈現(xiàn)出與期次2類似的“海鷗翼”狀反射，指示該期次同樣為水道—天然堤沉積。因此，AA’、BB’剖面中S3界面的“侵蝕凹槽”可能代表著具有侵蝕作用的水道。W2井位于水道北側的強振幅區(qū)域，揭示了天然堤沉積為大套的砂巖夾薄層泥巖，砂巖總厚146 m，平均砂地比高達84.3%。這套天然堤沉積在伽馬曲線表現(xiàn)為典型的齒化箱型特征(圖3)，說明砂體純凈、分選好。通過提取W工區(qū)內(nèi)期次3的RMS屬性(圖5)，發(fā)現(xiàn)水道為沿峽谷軸向展布的弱振幅條帶，寬度可達2 500 m;天然堤沉積呈片狀分布于水道兩側，邊界清晰，中—強振幅。由于W2井證實了期次2的天然堤沉積富砂，因此其余具有相似反射特征的6塊沉積體可能同樣富含砂質(zhì)。自西向東，剖面上期次3的厚度逐漸加大，天然堤沉積體的振幅能量也逐漸增強，據(jù)此推測自西向東，水道逐漸由侵蝕為主轉向沉積為主。在E工區(qū)，期次3在工區(qū)西部往往具有與W工區(qū)類似的剖面反射特征，表現(xiàn)為水道—天然堤沉積;而在東部則漸變?yōu)殡s亂—空白反射，表現(xiàn)為塊體流沉積。E工區(qū)內(nèi)W3井由于遠離水道主體，因此揭示的期次3為大套泥巖，剖面上表現(xiàn)為雜亂反射，測井曲線上為低幅鋸齒狀(圖3)。

3.3 期次4(S3～S4)沉積特征

圖5 W工區(qū)沉積期次3反射剖面及層間RMS屬性特征Fig.5 Characteristics of reflection profile and interval RMS attributes for DS3 in W survey

沉積期次4在W、E工區(qū)內(nèi)都有發(fā)育，但其頂界面S4在W2井附近及井眼以西被部分削截(圖4a)，因此W2井未鉆遇S4界面。E工區(qū)以虛線為界，西部強振幅廣泛分布，東部則以弱振幅為主。W3井位于E工區(qū)東部，鉆遇了期次4的一套厚層泥巖，頂部發(fā)育薄砂層。根據(jù)過井剖面的“海鷗翼”形態(tài)可知，這是該期次末期發(fā)育的富砂的水道—天然堤沉積(圖4b)。實際上，被W3井鉆遇的水道—天然堤在整個E工區(qū)都是發(fā)育的，RMS屬性圖顯示該期水道自西向東橫貫E工區(qū)，寬度約1 500 m(圖6)。在E工區(qū)的西部，該水道為多期復合水道，表現(xiàn)為平面上相互交叉的強振幅條帶;水道復合體兩側還分布有天然堤，表現(xiàn)為平面上不規(guī)則片狀強振幅;在水道的凸岸，還發(fā)育有3個“鳥爪狀”的決口扇朵體，也表現(xiàn)為強振幅。在E工區(qū)東部，峽谷底S30時間地貌上可以清晰看到北部陸坡上存在多處滑塌痕，指示了下方發(fā)育有大量滑塌堆積(圖6)。屬性圖上顯示的大片弱振幅反射緊鄰北部陸坡分布，與滑塌痕有著良好的對應關系。結合剖面上的雜亂反射特征(圖4b)以及滑塌痕和弱振幅的對應關系推測，E工區(qū)東部主要發(fā)育塊體流沉積。W工區(qū)的期次4也有類似的特征，剖面上主要表現(xiàn)為來自北部陸坡的雜亂反射，向南逐漸過渡為強振幅反射。綜合可知，沉積期次4主要為塊體流沉積和水道—天然堤，其中塊體流主要來自北部陸坡，水道—天然堤依然為峽谷軸向物源供給。

圖6 E工區(qū)沉積期次4層間RMS屬性—沉積解釋圖Fig.6 Sedimentary explanation of interval RMS attribute for DS4 in E survey

3.4 期次5(S4～S29)沉積特征

W、E工區(qū)內(nèi)的沉積期次5均被鉆井揭示，為大套泥巖夾薄層砂巖。根據(jù)剖面特征和測井曲線形態(tài)，將大套泥巖解釋為塊體流，其中夾雜的薄層砂巖則解釋為濁積席狀砂。圖7a顯示，W工區(qū)內(nèi)期次5主要由多期塊體流組成，峽谷南坡發(fā)育有少量濁積席狀砂。塊體流的雜亂反射表現(xiàn)為北厚南薄、向南逐漸尖滅的特點，而且塊體流與席狀砂呈突變接觸關系，說明塊體流來自北部陸坡，可能在向南運動的過程中侵蝕了早期沉積的席狀砂。同樣的，E工區(qū)內(nèi)期次5也主要由塊體流組成，少量席狀砂覆蓋在塊體流之上表現(xiàn)為層狀中—強反射;塊體流也表現(xiàn)為北厚南薄的特點，說明其來自北部陸坡。綜合而言，在期次5的充填過程中，塊體流來自北部陸坡，而且逐步取代軸向物源成為峽谷充填的主要控制因素。期次5中的塊體流可能只是中央峽谷塊體流發(fā)育演化的序幕，后期規(guī)模巨大的塊體流自北部陸坡向南運動，在塊體流趾部形成了壯觀的疊瓦狀逆沖構造(圖7)。

3.5 中央峽谷西段東西部沉積差異性

雖然中央峽谷西段的沉積演化在東、西兩個工區(qū)之間具有一致性，但同時也表現(xiàn)出一定的差異性。首先，水道體系類型東、西有別:西部主要表現(xiàn)為侵蝕型水道，東部主要表現(xiàn)為過渡型—沉積型水道。最具代表性的是期次3，W工區(qū)剖面上錯斷的同相軸和屬性圖中清晰的強弱振幅邊界指示了西部強烈的水道侵蝕作用(圖5)，而東部E工區(qū)剖面上水道—天然堤的“海鷗翼”特征普遍，指示沉積作用占據(jù)主導地位。蘇明等［6］指出中央峽谷是隨著陸坡的向西遷移而逐漸向西上溯形成的。那么西側作為水道體系上游，其侵蝕能力要強于東側，這種侵蝕—沉積能力的相對變化可能是導致本區(qū)西側偏侵蝕、東側偏沉積的重要原因。其次，塊體流的發(fā)育規(guī)模在東部要大于西部。峽谷演化晚期(期次4～期次5)塊體流非常發(fā)育并逐漸占據(jù)主導地位。E工區(qū)內(nèi)期次4、期次5在剖面上普遍顯示為大套的雜亂反射(圖4b)，這說明本區(qū)東部的塊體流分布更為廣泛。圖5，圖6顯示峽谷北坡在E工區(qū)也更為陡峭，滑塌痕也更為普遍，這可能是造成東、西部塊體流發(fā)育規(guī)模差異的原因之一。

4 中央峽谷西段演化特征及有利儲層預測

中央峽谷西段充填了厚達700 m的重力流沉積，并總體表現(xiàn)為下部濁流沉積為主，上部塊體流沉積為主的格局。期次1至期次3均為水道體系，其中的水道充填和天然堤在峽谷軸向大剖面上表現(xiàn)為側向連續(xù)性較好的強振幅反射(圖2)，這說明軸向水道體系在峽谷早期是廣泛發(fā)育的。剖面上表現(xiàn)為高連續(xù)、強振幅的水道充填和天然堤已被W2、W3井證實為大套的砂質(zhì)沉積(圖3)，平均孔隙度25%以上，物性良好。另外，峽谷頭部的W1井在峽谷下部鉆遇了大套的水道沉積，自下而上表現(xiàn)為中細礫巖—砂巖—粉砂巖的沉積序列，這進一步證實了峽谷早期(期次1～期次3)軸向物源供給充分且為富砂背景，具備發(fā)育大量優(yōu)質(zhì)砂巖儲層的潛力。因此在本區(qū)尋找有利儲層的應該著眼于水道充填、天然堤這類富砂的濁流沉積類型。中央峽谷下部的期次1至期次3與濁流演化密切相關，而濁流受重力的驅動，通常沉積于海底的低洼地帶，整體形態(tài)也受其控制［24］。因此，在綜合優(yōu)勢沉積類型的前提下，要優(yōu)選地勢低洼處的高連續(xù)、強振幅區(qū)域。

對有利儲層的選擇，還應該考慮到塊體流的影響。一方面，塊體流在其運動的過程中會對下伏地層造成強烈的侵蝕，破壞原始地層的內(nèi)部結構。在瓊東南盆地深水區(qū)發(fā)育有大規(guī)模的塊體流沉積［25］，其對中央峽谷內(nèi)部發(fā)育海底扇的侵蝕，使得扇體原始沉積物遭到破壞，并導致后期地質(zhì)流體在侵蝕部位發(fā)生逸散［26］，研究區(qū)內(nèi)，北部陸坡塊體流對峽谷頂部的濁積席狀砂就造成了強烈的侵蝕作用(圖7)。另一方面，塊體流的厚層泥巖也可作為有效的局部甚至區(qū)域蓋層，與下伏的砂質(zhì)儲層構成良好的儲蓋組合。所以在對中央峽谷內(nèi)部發(fā)育有利儲集體進行評價時，還應當關注上覆塊體流沉積的影響。

5 結論

(1)瓊東南盆地中央峽谷西段鶯歌海組的內(nèi)部充填包括5個沉積期次，自下而上依次為:水道復合體(DS1)、水道—天然堤(DS2～DS3)、水道天然堤和塊體流(DS4)、塊體流和濁積席狀砂(DS5)，整體表現(xiàn)為下部濁流沉積為主，上部塊體流沉積為主的二元結構。

(2)峽谷充填早期(DS1～DS3)主要受軸向物源控制，表現(xiàn)為富砂的濁流沉積;峽谷充填晚期(DS4～DS5)軸向物源的控制作用減弱，北部陸坡物源控制作用增強，主要表現(xiàn)為富泥的塊體流沉積。

(3)峽谷充填早期的水道充填和天然堤是峽谷內(nèi)的優(yōu)質(zhì)砂巖儲層，剖面上表現(xiàn)為高連續(xù)、強振幅反射特征，因此尋找有利儲層的關鍵是找到水道體系中具類似反射特征的區(qū)域，同時還要注意上覆塊體流沉積侵蝕前期濁積砂體而形成的不整合面對于油氣保存的不利影響。

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