西非下剛果盆地中新統(tǒng)深水重力流沉積特征與模式*

于 水

（中海油研究總院有限責任公司 北京 100028）

隨著深水油氣勘探技術和理論的發(fā)展，海洋油氣勘探開發(fā)已由淺海、半深海延伸到深海領域，并在墨西哥灣、西非、南美以及我國南海等地區(qū)不斷取得新發(fā)現(xiàn)［1］。深水重力流沉積作為深水沉積體系的一個重要組成部分，同時也是深水油氣田的主要儲層之一，近年來逐漸成為國內(nèi)外學者的研究熱點［2-9］。目前，關于深水重力流的研究主要利用高精度三維地震［10-15］、古代露頭［16-25］、測井、巖心以及水槽實驗等方面的資料來開展，尤其是高精度三維地震技術的運用使得深水重力流的研究獲得了快速發(fā)展。但是由于重力流沉積過程復雜，流體之間存在流體性質(zhì)轉換，在研究重力流沉積類型及鑒別其沉積特征等方面仍然存在許多問題。

經(jīng)勘探研究和實踐發(fā)現(xiàn)，西非下剛果盆地中新統(tǒng)重力流沉積發(fā)育，具有廣闊的油氣勘探前景。本文以西非下剛果盆地A區(qū)塊為例，利用高分辨率三維地震結合鉆井資料對中新統(tǒng)深水重力流沉積特征進行了系統(tǒng)、深入的研究，重新劃分了沉積單元，探討了沉積作用過程，并建立了沉積模式，對研究區(qū)今后的油氣勘探開發(fā)具有一定的指導意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

下剛果盆地位于非洲西海岸，北至馬永巴隆起，南接安布里什隆起，向東傾覆于前寒武系基底，西界為大陸邊緣，屬于被動大陸邊緣盆地，是西非主要的油氣富集區(qū)之一。該盆地構造演化可劃分為前裂陷階段、同裂陷階段、過渡階段及裂后漂移階段［26-28］，其中前裂陷階段形成了Walvis Ride火山巖帶；同裂陷階段發(fā)育了富有機質(zhì)的河湖相沉積；過渡階段沉積了蒸發(fā)巖鹽地層，代表著由陸相向海相轉換；裂后漂移階段海平面升降變化強烈，非洲大陸抬升傾斜，重力滑動作用下形成了巖鹽滑動構造樣式。盆地內(nèi)地層由下而上可以分為鹽下（晚侏羅紀—早阿普特期）、鹽巖層（阿普特期）和鹽上（晚白堊世—至今）等3個層系，其中鹽下地層主要為一套湖相沉積，鹽巖層是阿普特期沉積的一套蒸發(fā)鹽，鹽上地層主要為一套海相沉積。

研究表明，下剛果盆地在中新世氣候表現(xiàn)為干燥與濕潤交替變化（冰室期）［29-30］，海平面升降變化頻繁且幅度較大，在非洲大陸抬升或掀斜的觸發(fā)下產(chǎn)生大規(guī)模的重力滑動，發(fā)育了一套巨厚的重力流沉積。本文研究區(qū)（即A區(qū)塊）處于下剛果盆地西北部，位于陸架坡折帶以下，整體上屬于中下陸坡沉積，水深500～1 200 m，三維地震工區(qū)面積約為1 760 km2（圖1）。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

2 深水重力流沉積特征

2.1 塊體搬運沉積

塊體搬運沉積在世界范圍內(nèi)的深水盆地均有發(fā)現(xiàn)，多發(fā)生在外陸架—上陸坡，是由構造運動、海平面變化、可燃冰分解等因素觸發(fā)而形成的由滑動、滑塌、碎屑流等重力流沉積所組成沉積體。塊體搬運沉積順著陸坡方向在近端通常以滑動、滑塌沉積為主，遠端則以碎屑流沉積為主。

塊體搬運沉積主要發(fā)育在研究區(qū)的東北部，發(fā)育規(guī)模較小，這與研究區(qū)所處的中—下陸坡環(huán)境有關。在地震剖面上，塊體搬運沉積呈半透明背景下弱振幅、斑點狀的雜亂反射特征（圖2a），形態(tài)上為丘狀，這主要是由于塊體搬運沉積中發(fā)育大量的碎屑巖塊體與周圍的碎屑物（泥質(zhì)為主）形成較大的波阻抗差所造成的［31］；在平面上，由于其振幅相對較弱，因此在均方根振幅屬性圖上并不能很好地反映其平面形態(tài)特征。整體上，研究區(qū)塊體搬運沉積具有發(fā)育面積小、厚度大的特點，可能反映其發(fā)育場所為限定性的海底環(huán)境，該環(huán)境有利于塊體搬運沉積進一步形成為深水水道沉積。

圖2 研究區(qū)深水重力流沉積特征Fig.2 Sedimentary characteristics of deep water gravity flow in the study area

2.2 水道-堤岸沉積

深水水道沉積是研究區(qū)發(fā)育最為廣泛的重力流沉積單元［32］，而且絕大多數(shù)的水道兩側發(fā)育有堤岸沉積，二者關系密切。研究區(qū)高精度三維地震資料顯示，在地震剖面上水道沉積具有強振幅、亞平行的反射特征，與其周圍呈弱振幅、高連續(xù)的深海泥質(zhì)沉積具有明顯的差異，形態(tài)上多呈“U”或“V”字形（圖2b），水道下切較為明顯；在平面上，水道具有類似曲流河的形態(tài)特征，均呈高彎曲、蛇曲狀展布（圖2c），可能與其所處的中—下陸坡環(huán)境有關。Clark等［33］統(tǒng)計分析多條水道后發(fā)現(xiàn)，水道彎曲度隨著坡度減小表現(xiàn)為先增大后減小的特征，因此水道形態(tài)在近端多呈低彎度水道，在中部呈高彎度水道，而在遠端又呈低彎度水道的特征。研究區(qū)為中—下陸坡環(huán)境，整體上位于中部水道位置，因此水道呈現(xiàn)高彎度的特征。另外，研究區(qū)發(fā)育水道的規(guī)模大小不一，小者只有數(shù)百米寬，大者寬約數(shù)千米。

研究區(qū)水道兩側堤岸沉積較為發(fā)育，在地震剖面上具有向水道兩側收斂的楔狀外形，呈連續(xù)性較好、亞平行、中—強振幅的反射特征。該類沉積主要是由于重力流溢出水道而形成，通常近端堤岸沉積物粒度較粗、厚度較大，遠端粒度較細較薄，反映了重力流溢出水道后流體能量的衰減。堤岸沉積由近端到遠端厚度變薄，剖面上堤岸沉積的地震同相軸向水道兩側逐漸收斂，呈現(xiàn)出楔狀外形。一般而言，在水道的彎曲段由于重力流的慣性作用更易于溢出水道形成堤岸沉積。堤岸沉積的規(guī)模主要受水道規(guī)模的大小、可容空間、重力流的體積及載荷能力控制［34］。

2.3 朵體沉積

朵體沉積通常發(fā)育在水道末端，由于水道限制性環(huán)境的消失使得沉積物向周圍發(fā)散狀鋪開而形成朵狀沉積體。利用三維地震資料可以很好地刻畫朵體的形態(tài)特征，在地震均方根振幅屬性圖上呈扇狀、朵葉狀展布（圖3a），橫向連續(xù)性較好，規(guī)模幾千米到幾十千米不等。在地震剖面上，朵體主要呈丘狀外形，具有高連續(xù)性、平行亞平行、中—強振幅的反射特征（圖3b）。順著重力流流動方向切一條地震剖面，可見分支水道處砂體較厚，由近端朵體向遠端朵體整體上呈現(xiàn)出逐漸變薄、向前收斂至尖滅的趨勢，反映了重力流流體能量逐漸衰減，由近端朵體到遠端朵體沉積物粒度變細、層厚變?。▓D3c）。

圖3 研究區(qū)朵體沉積特征Fig.3 Lobe sedimentary characteristics in the study area

3 流體性質(zhì)轉換

重力流從形成、發(fā)展到最終形成沉積物經(jīng)歷了多個流體階段，不同流體之間存在著流體性質(zhì)的轉換［35］。由研究區(qū)順著塊體搬運方向所切的地震剖面（圖4）可以看出，地震反射特征由斑點狀的雜亂反射變?yōu)檫B續(xù)性較好的中強地震反射（圖4e），說明流體性質(zhì)發(fā)生了改變，即由碎屑流沉積轉換為濁流沉積。同時，在垂直重力流流動方向上所切的地震剖面中可以看出碎屑流沉積較為發(fā)育，圖4b中右側的中強地震反射為碎屑流旁側發(fā)育的一條水道沉積；由圖4c中在斑點狀雜亂地震反射中間出現(xiàn)一小團中強振幅的地震反射，具有明顯的水道形態(tài)特征；圖4d中水道形態(tài)特征更加明顯，規(guī)模也變大，說明該處不僅存在著重力流流體性質(zhì)的轉換，深水重力流沉積體系也發(fā)生了轉換，由塊體搬運沉積體系完全轉變?yōu)樯钏莱练e體系。也就是說，當塊體搬運沉積遇到類似峽谷或者水道等負地形的時候可以轉換為深水水道沉積體系。

4 沉積模式

深水重力流沉積形成的控制因素多樣，主要有相對海平面變化、構造活動、古氣候、風暴浪、火山爆發(fā)等因素，而且不同地區(qū)、不同時間的主控因素也存在差異。研究區(qū)自始新世晚期古氣候由溫室期轉變?yōu)楸移冢移跉夂蛑饕憩F(xiàn)為干旱和潮濕氣候頻繁交替，加劇了陸表侵蝕作用，為深水重力流的形成提供了豐富物源；研究區(qū)中新世時期非洲板塊處于擠壓階段［30］，非洲西海岸不斷抬升，構造運動頻繁，成為觸發(fā)重力流沉積形成的一個重要因素。重力流一經(jīng)觸發(fā)到最終形成沉積體依次可經(jīng)歷滑動、滑塌、碎屑流、濁流等4個搬運階段，反映了重力流搬運過程中流體性質(zhì)發(fā)生轉換，每個流態(tài)之間不是截然分開，沒有明顯的界線，而是呈逐漸過渡關系。如圖5所示，研究區(qū)深水重力流沉積模式為：在陸架邊緣及上陸坡，通常發(fā)育滑動、滑塌、碎屑流沉積；在中—下陸坡環(huán)境，通常深水水道—堤岸沉積較為發(fā)育，一般水道具有較高的彎曲度，局部可見少量的塊體搬運沉積及朵體沉積；在深水盆地環(huán)境，朵體沉積較為發(fā)育，可見部分分支水道沉積，水道的彎曲度較低。當塊體搬運沉積遇到峽谷或者水道時，可轉換為深水水道沉積體系。

圖4 研究區(qū)碎屑流沉積轉換為濁流沉積Fig.4 Transformation of debris flow into turbidity in the study area

圖5 研究區(qū)深水重力流沉積模式Fig.5 Sedimentary model of deep water gravity flow in the study area

5 結論

1）根據(jù)地震反射特征識別出西非下剛果盆地A區(qū)塊中新統(tǒng)發(fā)育的深水重力流沉積單元主要有塊體搬運沉積、水道-堤岸沉積以及朵體沉積。

2）重力流流體性質(zhì)可以轉換，在研究區(qū)地震剖面上可見清晰的碎屑流轉換為濁流的地震相變化特征。深水重力流沉積體系也存在轉換，在研究區(qū)存在著塊體搬運沉積體系轉換為深水水道沉積體系的沉積演化過程。

3）研究區(qū)重力流沉積的形成主要受控于古氣候與構造運動。在陸架邊緣及上陸坡，多發(fā)育塊體搬運沉積；在中—下陸坡，多發(fā)育具高彎度的水道-堤岸沉積；在深水盆地，多發(fā)育朵體沉積。