裂谷盆地高凝油藏扇三角洲沉積演化模式

楊小麗，房 磊，徐 偉，楊希濮，姜 彬

(中海油研究總院，北京 100028)

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裂谷盆地高凝油藏扇三角洲沉積演化模式

楊小麗，房 磊，徐 偉，楊希濮，姜 彬*

(中海油研究總院，北京 100028)

烏干達(dá)Albert裂谷盆地目前研究程度較低，為了明確盆地南部陡坡帶高凝油藏K油田沉積類型與演化模式，綜合利用巖心、測井、古生物等資料，結(jié)合盆地構(gòu)造演化特征，采用古生物學(xué)、沉積學(xué)、巖石學(xué)并結(jié)合構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等技術(shù)方法，系統(tǒng)分析了該油田儲層的沉積環(huán)境、物源特征、沉積微相及沉積演化模式。研究表明，該油田發(fā)育近物源為主的陸相沼澤—濱淺湖環(huán)境下中—粗砂巖扇三角洲沉積，牽引流為主控因素，前緣水下分流河道砂體為主要含油儲層，沉積模式具有高水位期和低水位期沉積演化特點(diǎn)。裂谷盆地陡坡帶發(fā)育牽引流主控的扇三角洲沉積，突破了傳統(tǒng)認(rèn)識，為深化Albert盆地沉積認(rèn)識、細(xì)化儲層研究提供了新思路，為高凝油田開發(fā)方案的編制及油田投產(chǎn)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

儲層地質(zhì)；扇三角洲；沉積學(xué)；牽引流；高凝油藏；Albert裂谷盆地

0 引 言

烏干達(dá)Albert湖盆南區(qū)新近系地層中含有豐富的石油資源，但關(guān)于這套砂巖的沉積成因機(jī)制一直存在異議，主要有河流、三角洲和扇三角洲等成因認(rèn)識[1-2]。國內(nèi)外學(xué)者還在不斷進(jìn)行研究和加深湖盆各區(qū)塊不同時(shí)期的沉積演化認(rèn)識。多年來，人們對扇三角洲沉積特征的認(rèn)識不斷加深，不再局限于常規(guī)認(rèn)為的在重力作用下高地推進(jìn)到穩(wěn)定水體形成扇體的觀點(diǎn)，其實(shí)，扇三角洲成因類型多樣，重力流的碎屑流、顆粒流及牽引流沉積均有發(fā)育[3]。沉積成因機(jī)制影響著對石油儲層的預(yù)測和下一步的石油勘探目標(biāo)的優(yōu)選。

在前人研究基礎(chǔ)上，在地震資料品質(zhì)較差的狀況下，運(yùn)用區(qū)域已鉆井及新鉆井資料，主要以Albert湖盆南區(qū)高凝油K油田砂巖儲層為研究目標(biāo)，對其儲層進(jìn)行精細(xì)的沉積環(huán)境和沉積相類型分析，認(rèn)為研究區(qū)K油田為牽引流成因特殊類型的扇三角洲沉積。此研究深化了K油田儲層認(rèn)識，對湖區(qū)精細(xì)油藏描述及開發(fā)方案編制及具有指導(dǎo)意義[4]。

1 地質(zhì)概況與構(gòu)造-沉積演化特征

Albert湖盆跨越烏干達(dá)和剛果境內(nèi)，位于東非裂谷西支北端，由一系列北東—南西向深斷裂所控制，構(gòu)造運(yùn)動以斷裂活動為主，湖盆長為570 km，寬為45 km，呈典型的狹長裂谷形態(tài)，沿北東—南西向展布，西側(cè)強(qiáng)烈下掉，東側(cè)相對平緩，為典型地塹結(jié)構(gòu)(Albertine地塹)。發(fā)育變質(zhì)巖基底，之上為風(fēng)化殼，上覆充填較厚的新生界碎屑巖地層[5]。近年來，Albert湖盆勘探前景良好，鉆探多口評價(jià)井，相繼于湖盆南區(qū)、北區(qū)均發(fā)現(xiàn)了新近系中新統(tǒng)—上新統(tǒng)優(yōu)質(zhì)油氣層。K油田發(fā)現(xiàn)于2006年(被列為2006年全球油氣十大發(fā)現(xiàn)之一)，位于Albert湖南區(qū)，主力儲層為下上新統(tǒng)下段砂巖儲層，構(gòu)造特征為邊界主斷層下降盤上的半背斜，并受控于盆地邊界主斷層，東側(cè)為變質(zhì)巖封堵，構(gòu)造向西傾覆。

晚中新世—早上新世，Albertine地塹邊界主斷層開始發(fā)育，初始裂谷形成古湖，范圍局限于南部湖區(qū)，東南邊界發(fā)育扇三角洲和少量沖積扇；晚上新世，地塹兩側(cè)裂谷抬升，構(gòu)造活動加劇，導(dǎo)致湖面擴(kuò)至北部，水體變深，東南部三角洲范圍縮小，東北和西北部有較大型三角洲發(fā)育；到更新世，南部魯文佐里山抬升，主構(gòu)造的產(chǎn)狀、古水流和沉積體走向發(fā)生改變，盆地內(nèi)以軸向沉積體為主[6]。

構(gòu)造背景決定沉積模式的多樣化和特殊性[7]。扇三角洲多位于湖盆短軸陡坡一側(cè)，且往往與湖盆邊界斷層相伴生，物源區(qū)距湖盆水體近，這種處于裂谷盆緣短軸邊界大斷層斜坡上的特定地形和構(gòu)造條件，是形成重力流常規(guī)扇三角洲沉積的有利因素。而且大坡降的古地貌是扇三角洲形成的先決條件[8]。

2 湖平面反復(fù)變化的淺水沉積環(huán)境

古生物是確定沉積環(huán)境的最直接標(biāo)志，并能反應(yīng)沉積時(shí)的水深變化，遺跡化石在解釋沉積環(huán)境方面也得到了廣泛應(yīng)用[9]。K油田古生物孢粉屬種主要為蕨類和藻類，既有水生生物，又有陸生生物，并且指示水深變化的葡萄藻和盤星藻類較發(fā)育。泥巖主要為灰色、灰綠色及紅棕色，代表弱氧化弱還原的水陸過渡沉積環(huán)境。進(jìn)一步分析古生物孢粉組合、生物蟲孔遺跡、泥巖及煤層發(fā)育特征，從下向上整體反映了由湖濱—濱淺湖—湖濱濕地沼澤—濱淺湖的湖平面變化的沉積環(huán)境。①上中新統(tǒng)地層，淡水藻類較少，以盤星藻為主，含有大量光面單縫孢屬，泥巖以紅棕色為主，向上灰色、灰綠色增多，反映湖濱沉積環(huán)境；②下上新統(tǒng)下段地層(主力儲層段)含大量淡水藻類，同時(shí)含有葡萄藻屬和盤星藻屬；蕨類孢子既有陸生的桫欏孢屬，也有水生—半水生的光面單縫孢屬，同時(shí)含有大量的真菌孢子菌絲，泥巖主要為灰色和灰綠色夾紅棕色，目的層段多處見垂直蟲孔遺跡及生物擾動，反映沉積環(huán)境為水動力相對較強(qiáng)的近岸濱淺湖環(huán)境；③下上新統(tǒng)中上段地層，淡水藻類含量降低，含棕櫚、沙草科、香蒲屬、光面單縫孢屬及真菌孢子菌絲，泥巖以灰色為主，其次為灰綠色，見少量紅棕色，含煤線及炭屑，為湖濱濕地沼澤沉積環(huán)境；④上上新統(tǒng)地層，含大量葡萄藻及粗肋孢屬，泥巖以灰色、棕色為主，含灰綠色，指示湖平面再次上升而水體變深，為濱淺湖環(huán)境(圖1)。

綜上所述，研究區(qū)湖平面升降變化頻繁，整體水體淺，從沉積環(huán)境上看，可能形成扇三角洲或淺水三角洲過渡相沉積[10]，結(jié)合構(gòu)造演化及古地貌特征，發(fā)育湖濱濕地沼澤與濱淺湖環(huán)境下湖平面反復(fù)變化的扇三角洲沉積。主力儲層沉積于早上新世早期濱淺湖環(huán)境(圖1)。

圖1 K-1井古生物孢粉組合與沉積環(huán)境演化特征

3 沉積物源與沉積成因分析

3.1 古水系分析

Albert地塹周邊物源豐富，體系復(fù)雜，從上述構(gòu)造演化上看，更新世時(shí)期，由于南部Ruwenzori山抬升，形成了塞姆利基水系，開始發(fā)育并形成廣泛分布的塞姆利基平原。也就是說早上新世目的層沉積于魯文佐里山隆起之前，推測當(dāng)時(shí)并沒有南北軸向河流水系，而是在晚中新世—早上新世期間，斷層剛開始活動，湖盆范圍受限，可能是一個(gè)淺湖，或幾個(gè)小型湖泊湖[11]，湖區(qū)南部K油田周緣古水系主要應(yīng)為臨近的東南向垂直斷層入湖的小規(guī)模季節(jié)性水系為主，也可能有東南區(qū)較遠(yuǎn)源古卡夫河(現(xiàn)今恩庫西河)注入。但是此階段并沒有大規(guī)模軸向遠(yuǎn)源河流水系匯入，而是斷崖被小規(guī)模水流沖蝕形成小型沖溝，溝谷能起到匯聚碎屑流的作用，牽引流攜帶碎屑入湖形成相對近源的以砂質(zhì)為主的扇三角洲沉積(圖2)。加之氣候溫暖濕潤，植被較茂盛，也不易形成大規(guī)模的泥石流及粗碎屑沉積。

3.2 重礦物組合特征

K油田5口井重礦物分布差異不大，主要重礦物有石榴石、磁鐵礦、赤褐鐵礦、白鈦礦、鋯石和綠簾石等，以及少量電氣石、十字石、紅簾石、綠泥石、榍石和金紅石等，自生礦物見菱鐵礦和黃鐵礦等，超穩(wěn)定礦物鋯石、電氣石及金紅石含量低。ZTR指數(shù)分布在1.8%～13.6%，K-1井為13.6%、K-2井為4.0%、K-3井為4.5%、K-3A井為1.8%、K-4井為2.2%，平均為5.3%，指示近物源特征[12]。

圖2 K油田古水系物源分析

3.3 巖石成分與結(jié)構(gòu)特征

主力儲層主要巖石類型為中—粗粒長石砂巖、巖屑長石砂巖與長石巖屑砂巖，少部分含礫砂巖。填隙物中泥質(zhì)普遍存在，含量相對較高，主要為10%～17%。顆粒分選中等—差，磨圓度為次圓—次棱狀。較粗粒級、較高泥質(zhì)充填及較低的結(jié)構(gòu)成熟度，反映具有相對近源的扇三角洲沉積特征，而不是遠(yuǎn)源常規(guī)三角洲或相對遠(yuǎn)源的辮狀河三角洲沉積[13]。

3.4 牽引流機(jī)制粒度特征

K油田主力儲層砂層組粒度呈正偏態(tài)特征，主要集中于中—粗粒，粒度概率累積曲線由懸浮、跳躍及牽引總體組成，以懸浮和跳躍兩段式為主，部分為三段式，代表牽引流的(水下)分流河道沉積特征。C-M圖具有Q—R—S段特征，具有遞變和均勻懸浮，同樣代表牽引流的沉積特征(圖3)。

綜合古水系、重礦物組合特征及巖石特征，結(jié)合古地貌及沉積環(huán)境分析認(rèn)為，K油田目的層及上下地層的沉積物源方向?yàn)榇怪边吔鐢鄬拥哪蠔|向，在季節(jié)性水流沖蝕斷崖作用下，在陡坡帶相對平緩期(裂谷初期)淺水環(huán)境形成牽引流中—粗砂巖扇三角洲沉積。扇三角洲中的牽引流同樣起著重要作用。

圖3 烏干達(dá)湖盆南區(qū)K油田C-M圖

4 扇三角洲沉積微相特征及沉積模式

從扇三角洲發(fā)育的特有沉積背景來看，其具有多種識別標(biāo)志[14]。通過各種相標(biāo)志分析，研究區(qū)目的層下上新統(tǒng)下段地層濱淺湖沉積環(huán)境下發(fā)育扇三角洲前緣沉積(圖1)，由水下分流河道、漫溢沉積、河口壩及分流間灣組成。其中水下分流河道為主力儲層，規(guī)模較大，砂體較厚，而河口壩不發(fā)育，不同于正常三角洲沉積特征。

主力儲層以大套中—粗砂巖為主，部分含礫砂巖，分選較差，沉積構(gòu)造發(fā)育槽狀、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、斜層理及遞變層理，層理方向多變，生物擾動明顯，含少量植物根莖及泥礫，砂巖底部發(fā)育沖刷面，反映扇三角洲水下分流河道沉積構(gòu)造特點(diǎn)，僅局部見河口砂壩和堤岸沉積。測井曲線GR為高幅鐘型、齒狀箱型及指型，粒序表現(xiàn)為明顯的正韻律[14]，頂?shù)拙鶠橥蛔兘佑|，缺少三角洲沉積具有過渡相的特點(diǎn)。由下向上粒度變細(xì)，層理規(guī)模減小，也反映扇三角洲前緣水下分流河道沉積特點(diǎn)。巖心分析孔隙度為20.0%～30.0%，平均為24.6%，滲透率為100.0×10-3～2 000.0×10-3μm2，平均為1 553.4×10-3μm2，屬于中高孔滲型儲層。

綜合沉積地貌、沉積環(huán)境演化及湖平面變化特點(diǎn)以及牽引流作用下扇三角洲沉積相及微相特征分析，K油田所發(fā)育的扇三角洲沉積不是一種沉積模式，而是有高水位期和低水位期2種沉積模式特點(diǎn)[15](圖1)，這也是研究區(qū)特殊扇三角洲沉積類型的體現(xiàn)。低水位期研究區(qū)物源供應(yīng)較充足，以扇三角洲平原為主，在湖濱濕地沼澤環(huán)境下分流河道延伸較遠(yuǎn)，砂體分布范圍較廣，在主力儲層上下層段發(fā)育。高水位期物源供應(yīng)能力相對減弱，在濱淺湖沉積環(huán)境下以扇三角洲前緣為主，扇三角洲平原不發(fā)育，以水下分流河道為主要儲層(圖1、4)。

圖4 K油田牽引流扇三角洲沉積模式

5 結(jié) 論

(1) 研究結(jié)論證實(shí)扇三角洲沉積成因機(jī)制復(fù)雜，類型多樣，裂谷初期斷層陡坡帶下降盤坡度較緩、水體淺，是形成牽引流扇三角洲沉積模式的構(gòu)造地形和環(huán)境條件。

(2) 油田發(fā)育近物源為主的陸相沼澤—濱淺湖環(huán)境下牽引流沉積的中—粗砂巖扇三角洲，沉積模式有高水位期和低水位期沉積演化特點(diǎn)，前緣水下分流河道砂體較厚，規(guī)模較大，為主要含油儲層。

(3) Albert湖盆南區(qū)K油田牽引流沉積扇三角特征的突破性認(rèn)識，對深化盆地沉積認(rèn)識、儲層精細(xì)描述、高凝油田開發(fā)方案的優(yōu)化及開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

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編輯 張 雁

20151019；改回日期：20151228

國家科技重大專項(xiàng)“西非、亞太及南美典型油氣田開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究” (2011ZX05030-005)

楊小麗(1963-) ，女，高級工程師，1987年畢業(yè)于西北大學(xué)巖石礦物學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事海外油田開發(fā)地質(zhì)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.005

TE121.1

A

1006-6535(2016)02-0018-04

* 參加該研究的還有劉鈞1，張新葉1。