深水濁積朵葉體構(gòu)型特征
——以愛爾蘭克萊爾盆地石炭系露頭為例

張磊夫 ，李易隆

（1. 國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心，河北廊坊 065007；2. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3. 中國石油非常規(guī)油氣重點實驗室，河北廊坊 065007）

0 引言

儲集層構(gòu)型是指不同級次儲集層構(gòu)成單元的形態(tài)、規(guī)模、方向及其疊置關(guān)系，它決定著儲集層的非均質(zhì)性與連通性，因此儲集層構(gòu)型研究對提高油氣采收率非常關(guān)鍵[1]。深水濁積巖是物性較好的沉積砂體，其內(nèi)部復雜的構(gòu)型特征與非均質(zhì)性直接控制著剩余油分布。近年來針對深水濁積巖的勘探開發(fā)取得了重要進展并發(fā)現(xiàn)了一系列巨型油田，深水區(qū)將是未來全球油氣資源重要戰(zhàn)略接替領(lǐng)域[2-3]。前人對深水濁積巖構(gòu)型特征做了大量工作，但相關(guān)研究多集中于濁積水道[4-5]，針對濁積朵葉體的構(gòu)型層次劃分與精細解剖仍然較少。本文通過對愛爾蘭克萊爾盆地（Clare Basin）石炭系濁積朵葉體露頭進行精細解剖，在垂向上進行構(gòu)型層次劃分，在側(cè)向上追蹤對比構(gòu)型單元的分布，建立深海濁積朵葉體沉積模式，以期為深海朵葉體儲集層勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于愛爾蘭西部Kilbaha Bay地區(qū)，研究層段為克萊爾盆地石炭系Ross Sandstone組（見圖1）?？巳R爾盆地石炭系沉積可劃分為下部的 Shannon群與上部的Central Clare群。早納繆爾期，整個盆地物源匱乏，沉積了黑色深海泥巖（Clare Shale組），之后發(fā)育了一套深水扇濁積巖（Ross Sandstone組，厚300～400 m）。隨著沉積物不斷充填，盆地逐漸變淺，以富泥的、不穩(wěn)定陸坡沉積為主（Gull Island組），并最終被陸相的河流—三角洲沉積物覆蓋（Tullig組）。在愛爾蘭西海岸，克萊爾盆地的深水—陸坡—河流三角洲沉積體系連續(xù)出露，且可與北美墨西哥灣的一系列含油氣盆地直接類比[6-9]，因此是沉積學界開展露頭研究的重點地區(qū)。研究區(qū)地層在沿大西洋海岸線分布的懸崖中有非常良好的出露，植被覆蓋較少且側(cè)向連續(xù)性良好，有利于精細解剖其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。本文選取10個觀察點并建立10～20 m厚的垂直剖面（見圖1），在準確追蹤標志層的基礎(chǔ)上，通過步行連續(xù)測量20余條重點層面，進行了精細的地層對比，建立的二維剖面能較好地反映各層次界面和構(gòu)型單元分布特征。

圖1 研究區(qū)地層分布及露頭位置示意圖（據(jù)文獻[8]修改）

2 濁積朵葉體巖相與成因單元

2.1 巖相類型

研究區(qū)出露地層主要為細砂巖、層狀頁巖與薄層粉砂巖。基于巖性、沉積構(gòu)造、粒度、韻律等特征，識別出7種巖相類型與3種成因單元（見圖2）。

①富棱菊石頁巖相（見圖2a）：水平層理頁巖，棱菊石化石發(fā)育，由遠洋細粒物質(zhì)緩慢懸浮沉降形成，在研究區(qū)剖面中僅出露1層，厚0.7 m，在整個盆地范圍可穩(wěn)定對比，是重要的標志層。

圖2 研究區(qū)露頭典型巖相

②薄層頁巖相（見圖2b）：水平層理頁巖，厚0.1～0.8 m，夾少量薄層砂巖、粉砂巖，棱菊石化石不發(fā)育，是朵葉狀濁流遠端的細粒物質(zhì)懸浮沉降的產(chǎn)物。

③具層理粉砂巖相（見圖2c）：粉砂巖中發(fā)育波狀層理、偶見平行層理，厚0.1～0.5 m，常與頁巖平行互層組成厚0.1～5.0 m的砂泥互層單元，整體砂地比小于50%，是朵葉狀濁流遠端卸載的產(chǎn)物。

⑤含泥礫中—細砂巖相（見圖2e）：由厚0.3～4.0 m的塊狀中—粗砂巖組成，內(nèi)部常見泥礫與高角度下切面，側(cè)向延伸數(shù)十米至數(shù)百米后轉(zhuǎn)化為砂泥薄互層，是侵蝕性很強的水道化濁流快速卸載的產(chǎn)物。

⑥滯留礫巖相（見圖 2f）：次棱角狀—棱角狀礫石，直徑0.05～0.50 m，與變形砂巖碎屑、泥巖交互，整體厚 0.4～2.0 m，是濁積水道底部和側(cè)翼滑塌的產(chǎn)物，下方為沖刷面。

⑦雜亂泥巖相：主要由雜亂泥巖組成，內(nèi)部可出現(xiàn)數(shù)米長的砂質(zhì)巖屑（見圖2g）；泥質(zhì)沉積物嚴重變形（見圖 2h），是局部滑動-滑塌作用的產(chǎn)物，該巖相在研究區(qū)僅有少量出露（見圖2i），受地表覆蓋影響，難以預測側(cè)向展布范圍。

2.2 濁積巖成因單元

研究區(qū)發(fā)育濁積朵葉體、濁積水道、滑動-滑塌 3種成因單元。

濁積朵葉體：在研究區(qū)占絕對主導，由巖相②、③、④組合而成。頂?shù)酌嬉话銥橐?guī)則平面，側(cè)向延伸數(shù)千米。巖相②、③、④分別指示濁積朵葉體的遠端、中部、近端沉積，自下而上組合形成多個向上變厚旋回（見圖2d），是多期濁流持續(xù)前積作用的產(chǎn)物。

濁積水道：主要由巖相③、⑤、⑥組合而成。在研究區(qū)識別出兩期濁積水道（見圖2e、圖2f、圖3），厚度分別為2 m和4 m，側(cè)向發(fā)育小于300 m。底面為小規(guī)模侵蝕面，下切程度較小。巖相⑤、⑥與巖相③自下而上組合形成向上變薄旋回（見圖3），解釋為朵葉體內(nèi)部的分支水道。

滑動-滑塌：由巖相⑦組成，在研究區(qū)僅局部出露，指示局部的高坡度不穩(wěn)定環(huán)境，滑動-滑塌沉積對下覆地層有較強的侵蝕與改造作用，給區(qū)域地層對比造成了一定困難。

為了明確sigma-1受體對于心臟缺血再灌注損傷的作用,首先檢測了使用sigma-1受體抑制劑后小鼠心臟缺血再灌注損傷的面積.經(jīng)過3 d的尾靜脈注射sigma-1受體抑制劑BD1047后發(fā)現(xiàn),接受了BD1047預處理后的小鼠心肌受損面積即梗死區(qū)與危險區(qū)比值(INF/AAR)要遠大于對照組,如圖1所示,圖中LV為左心室(left ventricle),***代表P＜0.01,n=6.

此外，前人在克萊爾盆地中發(fā)現(xiàn)了多套富棱菊石頁巖段（巖相①），厚0.5～20.0 m[6-9]，在盆地范圍連續(xù)發(fā)育，具有重要的等時意義。研究區(qū)僅出露1層0.7 m厚深海相頁巖，側(cè)向發(fā)育穩(wěn)定，是重要的對比標志層。

3 朵葉體構(gòu)型層次

針對深水濁積朵葉體的構(gòu)型層次，近年來學者們基于高分辨率地震資料與露頭表征提出了多種劃分方案[10-20]。參考已有方案，筆者通過對露頭的精細解剖，充分考慮濁積朵葉體沉積模式、構(gòu)型單元的規(guī)模、頂?shù)捉缑婕皟?nèi)部特征，提出了自紋層至濁積體系的 7級劃分方案（見表1）。

圖3 研究區(qū)17個3級構(gòu)型單元（LE1—LE 17）與3、4、5級構(gòu)型界面特征

表1 濁積朵葉體構(gòu)型層次劃分方案對比

河流相、濁積水道相沉積的各層次構(gòu)型單元通常具有較為明顯的不規(guī)則物理界面，如大型沖刷面等。本次露頭研究中，濁積朵葉體構(gòu)型單元的物理界面并不明顯，對于構(gòu)型層次的劃分是基于對構(gòu)型單元之間泥質(zhì)單元的識別。

本次研究共識別出2個5級構(gòu)型單元，6個4級構(gòu)型單元，17個3級構(gòu)型單元（見圖3、圖4）。5級構(gòu)型界面為厚0.7 m、富棱菊石化石遠洋泥巖（見圖2a），按懸浮沉降速度推斷其記錄了大約 1×105～1×106年的沉積間斷[6-9]。朵葉體復合體（5級）是本次研究中最高層次構(gòu)型單元，上部朵葉體復合體的頂界面與下部朵葉體復合體的底界面在研究區(qū)均未出露。5級構(gòu)型單元由多個朵葉體（4級）組成，4級朵葉體構(gòu)型界面為厚度0.25～1.00 m的層狀頁巖段，內(nèi)部含少量粉砂巖夾層，頁巖段的頂?shù)酌嫔僖娗治g沖刷（見圖 2b、圖 3、圖4）。研究區(qū)4級構(gòu)型界面?zhèn)认蚍€(wěn)定展布，可達數(shù)千米（見圖3、圖5），指示大型供給水道改道后引起的沉積間斷。

4級朵葉體內(nèi)部，發(fā)育多個厚0.02～0.50 m、側(cè)向展布幾百米至幾千米的頁巖段，夾薄層粉砂巖（見圖3、圖5）。這些頁巖段指示著朵葉體單元之間的沉積間斷，是朵葉體單元（3級）的界面（見圖5c、圖5d）。朵葉體單元由多個單砂層（2級）組成，單砂層之間發(fā)育頁巖隔層，頁巖厚度變化較大（0.01～0.30 m），側(cè)向展布數(shù)米至數(shù)百米。每一個單砂層指示著一次濁流沉積事件，沉積發(fā)生時間可能僅為數(shù)秒至數(shù)天。由于沉積速率較快，濁流的泥質(zhì)部分還未充分沉降就被新一期的濁流所侵蝕，因此單砂層之間頁巖厚度小、連續(xù)性差且常見突然尖滅，砂體融合頻繁出現(xiàn)，通過多期融合，可形成厚度大于3 m的無構(gòu)造砂巖層。

在垂向上，濁積朵葉體最顯著的構(gòu)型特征是粗粒/砂質(zhì)、厚層的構(gòu)型單元與細粒/泥質(zhì)、薄層的構(gòu)型界面的平行/類平行互層。各層次構(gòu)型界面形成了相應(yīng)構(gòu)型單元的主要滲流屏障。因此，準確識別不同層次的泥質(zhì)構(gòu)型界面是劃分構(gòu)型層次、研究砂體分布樣式與連通性的關(guān)鍵。濁積朵葉體構(gòu)型單元在剖面上一般呈“底平頂凸”的外形，但由于寬厚比較大（通常大于500∶1）[21-24]，頂界面的“凸起”并不明顯，而是呈現(xiàn)水平、板狀特征，侵蝕沖刷構(gòu)造發(fā)育較少。

圖4 研究區(qū)朵葉體的補償性疊置特征

圖5 研究區(qū)2—5級構(gòu)型單元及界面

4 濁積朵葉體砂體定量表征

研究區(qū)出露的2個5級構(gòu)型單元未見邊界，但前人[6-9]研究表明其在研究區(qū)均穩(wěn)定發(fā)育，預計側(cè)向展布可達數(shù)十千米，最大厚度分別約70 m與200 m。露頭可提供高分辨率的垂向資料，但對于構(gòu)型單元的側(cè)向尖滅特征的研究嚴重依賴于露頭質(zhì)量與出露范圍。前人研究表明研究區(qū)物源方向垂直于露頭的走向[6-9]，因此寬度可近似假設(shè)為真實寬度，可避免因測量角度引起的誤差。但是，本研究區(qū)并未見4級、3級構(gòu)型單元的側(cè)向邊界，同時，2級構(gòu)型單元融合程度較高，常出現(xiàn)突然尖滅（見圖 3、圖 4）。因此，本次研究并不能準確地記錄各構(gòu)型單元的寬度值，而只能基于前人研究估算寬度范圍。

濁積朵葉體砂體的定量構(gòu)型特征如表 2所示，2級至 5級構(gòu)型單元的厚度統(tǒng)計位于不同區(qū)間，構(gòu)型層次越高，厚度越大（見圖6）。

表2 濁積朵葉體定量構(gòu)型特征

圖6 研究區(qū)單砂層厚度分布（a）與2—5級構(gòu)型單元厚度統(tǒng)計（b）

朵葉體（4級）的最大厚度變化較大，6個朵葉體的平均厚度為3.17 m。單個朵葉體內(nèi)部的朵葉體單元（3級）數(shù)量變化較大，如朵葉體5中可識別出6個朵葉體單元，而朵葉體4僅由1個朵葉體單元組成（見圖 3）。此外，朵葉體單元的寬度變化較大并可出現(xiàn)相互融合（“l(fā)obe element amalgamation”，見圖3）。朵葉體單元的平均厚度為1.34 m。

2級構(gòu)型單元厚度值變化較大（0.02～3.00 m），寬數(shù)米至數(shù)百米不等，對10個觀察點中280多個單砂層的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：單砂層的平均厚度為0.32 m（中位數(shù)0.15 m），多數(shù)單砂層厚度一般為0.05～0.50 m（見圖6a）。單砂層厚度可達3 m，甚至更大，應(yīng)是發(fā)育在濁積朵葉體的中心部分，可能由多個較薄的單砂層相互融合而成。對露頭的側(cè)向追蹤表明，厚層砂巖向兩側(cè)變薄，常“分裂”為多個薄層砂巖與頁巖的交互層。

5 討論

5.1 濁積朵葉體沉積模式

對研究區(qū)詳細地層對比表明：在兩期 5級構(gòu)型單元內(nèi)部，從老至新，4級構(gòu)型單元呈現(xiàn)厚度逐漸變小的趨勢（朵葉體1—4；朵葉體5—6，見圖3、圖4），這可能反映了可容空間/沉積物供給（A/S）比值持續(xù)增加，直至最終沉積停止。此外，相鄰朵葉體之間顯示補償性疊置（compensational stacking）特征，即上覆朵葉體的最厚位置（近端環(huán)境）一般發(fā)育于下伏朵葉體最薄位置（遠端環(huán)境）之上（見圖 4），因為較新的濁流事件總是傾向于先填補較老的濁流事件沉積所形成的地形較低處，從而不斷“補償”已有地形。經(jīng)過持續(xù)的“補償性”作用，最終的沉積物呈現(xiàn)平行、板狀特征，即前人所形容的“濁積席狀砂”。相鄰朵葉體之間的泥質(zhì)單元發(fā)育穩(wěn)定，少見沖刷、侵蝕構(gòu)造（見圖3、圖 4、圖 5），指示低能沉積環(huán)境，亦證明朵葉體的相互疊置以補償性疊置為主。

本次研究識別的17個朵葉體單元（3級構(gòu)型單元）在垂向上均顯示向上變厚的旋回特征（見圖2d、圖7），由 3部分組成（見圖 2、圖 8）：底部的薄層頁巖（巖相②）；中部的砂泥薄互層（巖相③）；頂部的厚層無構(gòu)造砂巖（巖相④）。因此，朵葉體（4級）在垂向上表現(xiàn)為多個“向上變厚”反旋回（3級）的重復疊置（見圖7d、圖8），這與幾十年來沉積學家對于濁積朵葉體的認識一致[17-18,20]。對于朵葉體單元而言，在呈現(xiàn)“向上變厚”的同時，砂質(zhì)含量、砂巖融合程度、侵蝕程度也向上增大，指示由下至上、由老至新，流體能量的持續(xù)增加，由朵葉體內(nèi)部持續(xù)的前積作用形成。

圖7 典型露頭中各構(gòu)型層級單元與界面（露頭為階梯狀斷崖，由于仰拍角度，圖b與圖c存在一定差異；剖面位置見圖3，A）

值得注意的是，垂向上的“向上變厚”旋回僅出現(xiàn)在朵葉體單元（3級構(gòu)型單元）級別。當朵葉體（4級構(gòu)型單元）由多個朵葉體單元組成時，在朵葉體內(nèi)部，單砂層的整體垂向疊置特征沒有特定規(guī)律，并不呈現(xiàn)“向上變厚”的特征（見圖8），在實際工作中應(yīng)引起注意。

平面上，各層次構(gòu)型單元均呈朵葉狀（見圖7b）。以朵葉體為例，在濁積水道口或水道-朵葉過渡區(qū)的下方，富砂的重力流流體快速向四周散開，流體體積與流體速度由中心往邊緣呈輻射狀減弱。與此對應(yīng)，朵葉體沉積物自近端、中部、遠端分別表現(xiàn)為厚層砂巖、砂泥薄互層、厚層頁巖，砂地比與砂巖融合程度逐漸變小，泥質(zhì)含量持續(xù)變高，泥巖的連續(xù)性與保存程度逐漸增加。

3級朵葉體單元通常顯示向上變厚旋回（見圖9），其頂部（即最上方無構(gòu)造砂巖的頂面）可見一種特殊的沖刷構(gòu)造（見圖9e、圖9g）：巨型槽痕（megaflute[6-7]）。本文的解釋是：濁流經(jīng)過水道的搬運，持續(xù)向遠端前積推進；在卸載沉積朵葉體單元（向上變厚的旋回）之后，由于沉積-地形的動態(tài)變化，水道發(fā)生改道，在新水道口的下方，重力流被釋放至平緩的地形，因此將經(jīng)歷突然加速的過程。相應(yīng)地，在靠近新一期供給水道的位置，高速的重力流沖刷較老的沉積物，導致巨型槽痕的形成（見圖 9e、圖 9g）。之后，隨著濁流的持續(xù)前積，在巨型槽痕的上方形成新一期的向上變厚旋回。

3級構(gòu)型界面的保存程度比4級構(gòu)型界面差，前者可被局部侵蝕，例如，朵葉體 5中最下部的兩個朵葉體單元LE10與LE11相互融合（見圖10）。上部LE11對下部LE10的下切面僅0.2 m，且兩期砂體粒度一致，屬于④型融合面[22]，意味著兩期砂體之間沉積間隔極短。LE11在研究區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，垂向上呈現(xiàn)向上變厚特征，頂?shù)酌婢鶠槠叫?、板狀，寬度大? km，與具有明顯下切面、寬度為數(shù)百米的分支水道沉積相比具有顯著差異，與巨型槽痕亦存在差異。朵葉體單元的相互融合導致了相鄰砂體的直接接觸，是重要的滲流通道，也導致朵葉體單元在局部出現(xiàn)向上變薄、或是無規(guī)則的垂向疊置特征。因此，筆者認為，朵葉體單元之間的融合應(yīng)作為一種特殊的侵蝕特征看待，應(yīng)引起一定重視。

圖8 研究區(qū)點典型露頭綜合柱狀圖（剖面位置見圖3，露頭9、10）

5.2 構(gòu)型與砂體連通性

前人對濁積朵葉體露頭的研究[11,14,25]發(fā)現(xiàn)，在朵葉體（4級構(gòu)型單元）的近源部分，發(fā)育侵蝕沖刷構(gòu)造（水道-朵葉體轉(zhuǎn)換帶，channel-lobe transition zone），4級構(gòu)型界面可被局部侵蝕，導致 4級構(gòu)型單元之間的相互融合（類似河道的“切疊”）。本次研究識別的 4級構(gòu)型界面發(fā)育穩(wěn)定，6個4級構(gòu)型單元均被穩(wěn)定展布的頁巖隔擋，并未相互連通。3級構(gòu)型界面保存程度有所降低，在研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)兩處朵葉體單元（3級構(gòu)型單元）之間直接連通。在朵葉體單元內(nèi)部，2級構(gòu)型界面保存程度更差，單砂層之間發(fā)育頻繁的融合現(xiàn)象。

砂巖融合面并不是一個簡單的連續(xù)面。朵葉體單元5中，其底部的LE5-1層段自西向東由0.6 m厚砂巖（見圖9d、圖9e）變?yōu)? m厚砂巖，向東突然“分裂”為3段砂巖層夾2段泥巖層的砂-泥薄互層單元（見圖9c），之后再向東轉(zhuǎn)變?yōu)? m厚的砂巖（見圖9g）。LE5-2層段自西向東由1 m厚砂巖轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬由澳鄮r交互的薄互層單元（見圖 9d—圖 9g），在頻繁、不連續(xù)地砂巖融合下，薄層泥巖段側(cè)向展布不連續(xù)，常出現(xiàn)突然尖滅。整體而言，構(gòu)型層次越高，構(gòu)型單元之間的相互融合程度越低，構(gòu)型界面越完整、連續(xù)，這與前人基于全球不同濁積朵葉體的統(tǒng)計分析結(jié)果相同[18,22]。

對露頭的構(gòu)型解剖表明，在垂向上，濁積朵葉體在各層次均表現(xiàn)為富砂的構(gòu)型單元被富泥的構(gòu)型界面所隔擋，后者成為前者的滲流屏障。這些泥質(zhì)構(gòu)型界面厚度較小，一般為厘米—米級，在地震剖面幾乎上難以識別，但受多級構(gòu)型層次控制，分布十分復雜且側(cè)向展布范圍較大。定量記錄不同層次泥質(zhì)隔夾層的分布特征、并在儲集層隨機模型中進行精細表征是近年來深水沉積學與深水儲集層建模的熱點與難點[24-26]。近期的儲集層建模研究表明[22]：砂體融合比（sandstone amalgamation ratio）可定量描述砂巖單層的融合程度，是控制砂體連通性的最主要因素。類似地，可采用相同的方法定量表征更高構(gòu)型層次砂體之間的相互接觸關(guān)系，如朵葉體單元融合比（lobe element amalgamation ratio）、朵葉體融合比（lobe amalgamation ratio），可定義為相鄰朵葉體單元/朵葉體相互融合的長度占總長度的百分比?？傮w而言，濁積朵葉體每一層次構(gòu)型單元在橫向上均有較好的連續(xù)性，連通性好；在垂向上相變較快，連通性較差。垂向非均質(zhì)性大于橫向非均質(zhì)性，垂向連通性小于橫向連通性。

圖9 典型露頭中單砂層構(gòu)型單元的側(cè)向融合特征（剖面位置見圖3，B）

圖10 朵葉體5內(nèi)部朵葉體單元的融合現(xiàn)象（露頭相對位置見圖4，位于觀測點10東側(cè)）

6 結(jié)論

通過對愛爾蘭石炭系 Ross Sandstone組深海相濁積朵葉體露頭的精細解剖，識別了富棱菊石頁巖相、薄層頁巖相、具層理粉砂巖相、無構(gòu)造細砂巖相、含泥礫中—細砂巖相、滯流礫巖相、雜亂泥巖相等 7種巖相，劃分了濁積朵葉體、濁積水道、滑動-滑塌3種成因單元。提出了深水濁積朵葉體自濁積體系至紋層的7級構(gòu)型層次，研究區(qū)露頭可劃分為朵葉體復合體、朵葉體、朵葉體單元、單砂層 4個構(gòu)型層次。各層次構(gòu)型單元與對應(yīng)的構(gòu)型界面具有截然不同的特征，其中朵葉體表現(xiàn)出明顯的補償性疊置，朵葉體單元呈現(xiàn)“向上變厚”的反旋回特征，單砂層之間頻繁融合。濁積朵葉體沉積整體上表現(xiàn)為板狀、平行/類平行的砂泥二元互層，由中心的厚層、高砂地比、高砂巖融合比的無構(gòu)造砂巖向側(cè)向和遠端轉(zhuǎn)變?yōu)楸?、低砂地比、低砂巖融合比的砂泥薄互層。

致謝：感謝愛爾蘭都柏林大學Tom Manzocchi教授與Peter Haughton教授的指導和幫助。