東非魯伍馬盆地深水沉積體系及油氣勘探意義

曹全斌，曹旭文，魯銀濤，陳宇航，閆春，許小勇，王朝鋒

1.中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023

2.自然資源部第二海洋研究所，杭州 310012

3.西安石油大學(xué)，西安 710065

深水沉積是指位于風(fēng)暴浪基面以下，在重力流和底流作用下沉積于陸坡到盆地底部的沉積物。20世紀(jì)80年代中期以來，隨著油氣勘探逐步向海洋深水區(qū)拓展，深水油氣勘探不斷升溫，國際上各大石油公司紛紛向深水進(jìn)軍[1-4]，深水領(lǐng)域亦成為地質(zhì)界和勘探界諸多學(xué)者研究的熱點(diǎn)[5-7]。目前，在北美墨西哥灣、南美巴西、西非大西洋沿岸、東非印度洋沿岸、東南亞若開海域和中國南海等深水區(qū)域發(fā)現(xiàn)了豐富的油氣資源[8-10]。在已有深水油氣發(fā)現(xiàn)中，部分是和陸上及淺水沉積環(huán)境相關(guān)，但也有不少油氣發(fā)現(xiàn)和深水沉積密切相關(guān)。比如西非的尼日爾三角洲盆地和下剛果-剛果扇盆地、東非的魯伍馬盆地和坦桑尼亞盆地、緬甸若開盆地等油氣發(fā)現(xiàn)均是在深水沉積環(huán)境中[11-13]，儲(chǔ)層主要為深水沉積中的水道和朵體濁積砂巖。由于深水沉積環(huán)境動(dòng)力機(jī)制和形成過程的復(fù)雜性，造成深水沉積結(jié)構(gòu)單元和沉積物類型呈現(xiàn)多樣性[14-15]，深水沉積體的識(shí)別與刻畫較為困難[16]。在深水沉積油氣勘探中，特別是在新項(xiàng)目獲取和區(qū)塊評(píng)價(jià)初期，在有限時(shí)間內(nèi)快速確定沉積結(jié)構(gòu)單元類型并初步判斷儲(chǔ)層物性等沉積特征尤為重要。

本文基于豐富的高精度三維地震和鉆、測(cè)井基礎(chǔ)資料，對(duì)東非魯伍馬盆地海上某區(qū)塊深水沉積進(jìn)行了系統(tǒng)研究。根據(jù)深水沉積地震相特征，對(duì)本區(qū)發(fā)育的深水沉積結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行識(shí)別，研究水道和朵體等儲(chǔ)層單元的電性、物性特征，結(jié)合油氣成藏條件研究，分析不同沉積結(jié)構(gòu)單元在油氣成藏和勘探中發(fā)揮的作用，以期為東非其他盆地或具有相似沉積環(huán)境的其他地區(qū)的油氣勘探提供一定的借鑒。

1 地質(zhì)背景

魯伍馬盆地是發(fā)育在東非海岸的一個(gè)被動(dòng)陸緣盆地，從坦桑尼亞東南部延伸到莫桑比克東北部，橫跨坦桑尼亞東南和莫桑比克東北海岸。盆地西部以莫桑比克褶皺帶（Mozambique Fold Belt）前寒武系基底露頭為邊界，北部以坦桑尼亞海岸盆地曼德瓦次盆（Mandawa Sub-basin）為界，向東以凱瑞巴斯盆地（Kerimbas Basin）為界，南部邊界為莫桑比克褶皺帶向東部最大延伸位置（圖1）。盆地面積約7×104km2，超過 50% 面積位于海上，發(fā)育寬約 5～30 km的狹窄大陸架。研究區(qū)位于魯伍馬盆地深水——超深水區(qū)域，最大水深超過2500 m。2006年，意大利埃尼（Eni）和美國安納達(dá)科（Anadarko）石油公司分別獲取了該區(qū)塊和相鄰區(qū)塊的勘探許可權(quán)，隨后開展了大量的地震勘探作業(yè)[17]。2010年以后的5年間，兩家石油公司在各自作業(yè)區(qū)塊累計(jì)鉆探30余口探井和評(píng)價(jià)井，在深水濁積砂巖中發(fā)現(xiàn)多個(gè)巨型天然氣田，鉆探成功率超過80%，獲得油氣勘探的巨大突破，東非魯伍馬盆地亦成為以深水沉積為勘探目標(biāo)的又一個(gè)典型的成功案例[18]。

該區(qū)沉積環(huán)境為深水濁流沉積，以砂泥巖沉積為主，物源為西部陸上魯伍馬三角洲沿陸坡向海底輸送的沉積物。區(qū)內(nèi)的主要油氣發(fā)現(xiàn)集中在古近系，但古近系以水道和朵體沉積為主，為了能夠涵蓋本區(qū)發(fā)育的所有沉積結(jié)構(gòu)單元類型，本文研究目的層包括古近系和新近系。

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

2 地震相特征

基于地震相分析和地震屬性分析等地震資料解釋成果，系統(tǒng)總結(jié)本區(qū)發(fā)育的主要沉積結(jié)構(gòu)單元地震識(shí)別特征，建立了地震識(shí)別圖版（表1）。

2.1 峽谷

峽谷位于深水濁流沉積體系的上端，是沉積物向海底搬運(yùn)的主要運(yùn)輸通道，研究區(qū)海底發(fā)育多個(gè)規(guī)模不等的峽谷，全新統(tǒng)發(fā)育有被水道-天然堤體系所充填的古代峽谷。地震上具有明顯的“V”或“U”字外形，谷底部位有滯留沉積，表現(xiàn)為強(qiáng)反射特征。谷壁高而陡，寬度幾百米至數(shù)千米不等，峽谷下切深度幾十米至數(shù)百米，最深處超過500 m。峽谷對(duì)下覆地層有明顯的侵蝕作用并呈角度不整合接觸。

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2.2 水道

水道是本區(qū)發(fā)育廣泛的深水沉積結(jié)構(gòu)單元類型。根據(jù)其分布的部位和沉積特征差異，將本區(qū)發(fā)育水道分為限制性陸坡水道和側(cè)向遷移水道。限制性陸坡水道沉積時(shí)受地形限制，主要發(fā)育在上新統(tǒng)以上，地震上表現(xiàn)為“V”字外形，底部對(duì)下伏地層有明顯侵蝕作用，內(nèi)部呈弱——強(qiáng)振幅反射，反映水道內(nèi)部充填的復(fù)雜性，雙側(cè)均帶有漫溢天然堤沉積。側(cè)向遷移水道是該區(qū)最為常見的一種水道類型，在始新統(tǒng)——上新統(tǒng)均有發(fā)育。分析認(rèn)為，相比前者，其在深水沉積體系中的位置更靠下，并且受地形限制的強(qiáng)度弱于陸坡水道，同時(shí)受底流改造影響，細(xì)粒沉積物向一側(cè)漂移并沉積下來，形成“單側(cè)帶堤”的沉積特征[19]。由于底流“淘洗”作用，水道充填厚層純砂巖，地震響應(yīng)表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射，呈側(cè)向遷移垂向疊置的復(fù)合體形式。

2.3 漫溢沉積

漫溢沉積指濁流沉積體系中臨近主水道和橫向分布范圍較廣的細(xì)粒、薄層沉積物，包括沿主水道邊緣分布的天然堤和無地形起伏的遠(yuǎn)端漫溢沉積。與前面提到的兩種主要水道類型對(duì)應(yīng)，本區(qū)發(fā)育雙側(cè)天然堤和單側(cè)不對(duì)稱天然堤兩種類型。前者和限制性陸坡水道相伴生，地震剖面上表現(xiàn)為中——弱振幅連續(xù)近平行反射，向兩側(cè)逐漸減薄，呈典型鷗翼狀特征；后者和側(cè)向遷移水道共生，僅在水道一側(cè)發(fā)育明顯，地震剖面上為弱振幅強(qiáng)連續(xù)近平行反射，內(nèi)部有多個(gè)中等振幅反射界面，解釋為多期水道-天然堤的沉積界面。遠(yuǎn)端漫溢沉積是擺脫地形限制的細(xì)粒沉積物，在遠(yuǎn)離水道、無地形起伏的地方沉積下來，其分布范圍更廣，常披覆于早期地層之上，遠(yuǎn)端漫溢沉積在研究區(qū)分布廣泛。地震上表現(xiàn)為弱振幅平行反射或近于空白反射。

2.4 朵體

朵體常位于水道下傾斜坡處沉積區(qū)，與水道伴生組成水道-朵體沉積相組合。受地形坡度變緩等因素影響，水道趨于消亡，沉積物因脫離水道限制發(fā)生卸載形成朵體沉積。根據(jù)地震響應(yīng)特征和井上沉積特征分析，研究區(qū)發(fā)育疊置型朵體和限制性朵體兩種類型。前者較為常見，古近系均有發(fā)育。常由多個(gè)朵體在平面上部分疊置而成；單個(gè)朵體地震上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅——中強(qiáng)連續(xù)反射特征，多呈透鏡狀反射，中間厚，向兩端減薄。后者在地震剖面上表現(xiàn)為限制性水道的“V”字型特征，內(nèi)部充填多個(gè)短軸狀強(qiáng)反射，但鉆井巖心缺乏對(duì)接觸地層的侵蝕標(biāo)志，地震上缺少對(duì)接觸地層的侵蝕特征，該類朵體分布較為局限。

2.5 塊體搬運(yùn)沉積

塊體搬運(yùn)沉積（MTDs）是在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)營力作用下，沉積物沿著大陸斜坡、峽谷/水道、隆起翼部及水道側(cè)面產(chǎn)生的重力流，包括滑塌體、塊體流、碎屑流、陸坡坍塌復(fù)合體、塊狀搬運(yùn)復(fù)合體等[20]，常位于沉積層序下部的底部發(fā)生侵蝕，被水道和天然堤等沉積單元所覆蓋。MTDs在本區(qū)發(fā)育較為普遍，規(guī)模不等。地震剖面上，其具有與圍巖明顯不同的地震響應(yīng)，多呈楔形弱振幅雜亂反射特征，對(duì)側(cè)向及下方接觸地層有明顯侵蝕作用。

2.6 凝縮段

凝縮段是在極低沉積速率下形成的由遠(yuǎn)洋——半遠(yuǎn)洋沉積物組成的薄層地層單元，在最大海侵期分布最為廣泛，頂面對(duì)應(yīng)于最大洪泛面。研究區(qū)古近系頂界發(fā)育一套泥巖凝縮段，地震上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅強(qiáng)連續(xù)反射，披覆在下伏地層之上，全區(qū)基本上均有分布，局部被MTDs侵蝕。

3 沉積特征

3.1 沉積結(jié)構(gòu)單元

魯伍馬盆地古近紀(jì)以來發(fā)育有多期深水濁流沉積體系，盡管研究區(qū)在一個(gè)完整的深水沉積體系中僅是局限的一部分，并且在不同的地質(zhì)時(shí)期，其在沉積體系中所處的位置可能發(fā)生變化，但深水沉積體系中形成的沉積結(jié)構(gòu)單元基本上在本區(qū)均有發(fā)育，地震剖面上能夠清楚地識(shí)別出包括峽谷、水道、漫溢沉積（天然堤和遠(yuǎn)端漫溢）、朵體、塊體搬運(yùn)沉積（MTDs）和凝縮段等深水沉積結(jié)構(gòu)單元（圖2）。

3.2 巖性和電性特征

對(duì)已發(fā)現(xiàn)氣藏進(jìn)行解剖發(fā)現(xiàn)，本區(qū)主要發(fā)育砂巖和泥巖的碎屑巖沉積，儲(chǔ)層是水道和朵體的濁積砂巖，蓋層為海相泥巖。以具有代表性的Y1井為例，分析其巖性和電性特征。Y1井古近系自下而上發(fā)育3套砂體，砂體1解釋為位于水道末端的朵體沉積，砂體總厚度 99 m，平均單層厚 5 m，最厚20 m，最薄 1 m，中間夾有 10 余層 1～8 m 泥巖。砂體2為朵體沉積，砂體總厚度145 m，平均單層厚12 m，最厚 36 m，最薄 1 m，中間夾有 3 層 1～2 m 的泥巖。砂體3為2期縱向疊置的水道沉積，砂體總厚度達(dá)265 m，其中下部早期水道砂體厚度118 m，中間夾有少許1～2 m的泥巖，上部晚期水道砂體厚度147 m，為厚層塊狀砂巖，兩期水道中間發(fā)育一套厚約30 m的泥巖。

圖2 研究區(qū)深水沉積結(jié)構(gòu)單元地震解釋剖面剖面位置見圖1。Fig.2 Seismic interpretation of deep-water depositional architectural elements in the study area See Fig.1 for the section location.

從井-震對(duì)比分析來看，巖性、測(cè)井響應(yīng)和地震響應(yīng)具有很好的匹配關(guān)系（圖3）。水道和朵體的頂?shù)捉缑娑际巧澳鄮r突變接觸，地震上有清楚的反射界面，測(cè)井曲線有明顯的臺(tái)階。砂巖具有低伽馬（GR）和高電阻（RT）特征，泥巖為高GR和低RT特征，砂巖頂部含氣段RT值明顯高于下部含水段。厚層砂巖GR曲線呈“箱型”，而具有泥巖夾層的砂巖段呈疊加的“鐘型”特點(diǎn)，泥巖段則呈平直的基線特征。

3.3 儲(chǔ)層物性特征

對(duì)Y1井砂體2進(jìn)行了巖心取樣分析，該套儲(chǔ)層為中——細(xì)粒長石巖屑質(zhì)石英砂巖，分選程度中等，泥質(zhì)含量很低，顆粒間以點(diǎn)-線接觸，壓實(shí)程度弱，主要發(fā)育原生粒間孔隙（圖4）。對(duì)巖心密集取樣并進(jìn)行儲(chǔ)層物性分析，孔隙度18%～30%，平均為23%，滲透率 26～1443 mD，平均為 475 mD，為中——高孔、中——高滲儲(chǔ)層（圖5），良好的儲(chǔ)層物性為油氣聚集提供了足夠的儲(chǔ)集空間，是本區(qū)巨型天然氣藏形成的一個(gè)必要條件。

4 油氣勘探意義

對(duì)研究區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)氣藏分布規(guī)律和典型氣藏進(jìn)行對(duì)比（圖6），結(jié)合深水沉積特征分析和該區(qū)成藏條件研究，認(rèn)為不同的深水沉積結(jié)構(gòu)單元對(duì)該區(qū)油氣成藏及勘探具有不同的作用。

水道和朵體是主要的儲(chǔ)層，由于該區(qū)濁積砂體在沉積過程中同時(shí)受到底流的改造影響，形成了砂質(zhì)純凈、物性良好的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，并且水道和朵體的側(cè)向遷移與垂向疊置使得砂體規(guī)模大、厚度大，儲(chǔ)層條件非常好。漸新統(tǒng)頂部發(fā)育的一套凝縮段沉積分布廣泛，與披覆在儲(chǔ)層之上的遠(yuǎn)端漫溢泥巖形成一套良好的區(qū)域性蓋層。

MTDs可以作為儲(chǔ)層，也可以作為側(cè)向或頂部封堵的地層[21]，但對(duì)該區(qū)MTDs沉積特征分析認(rèn)為其為富泥沉積，可以形成側(cè)向封堵。天然堤沉積位于水道側(cè)翼，主要由粉砂質(zhì)泥巖或泥巖的細(xì)粒沉積物組成，滲透性差，也可以對(duì)氣藏形成側(cè)向封堵?？傊?，良好的儲(chǔ)蓋組合和側(cè)向封堵條件是本區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵條件。

圖3 過 Y1 井巖性、測(cè)井曲線與地震疊合剖面Fig.3 Superimposed section of lithology, logging curves and seismic data through well Y1

圖4 Y1 井砂體 2 儲(chǔ)層微觀特征中——細(xì)粒長石巖屑質(zhì)石英砂巖，中等分選，原生粒間孔隙，孔隙度26%。Fig.4 Microscopic characteristics of sand body 2 in well Y1

峽谷作為沉積物從陸地向海底搬運(yùn)的運(yùn)輸通道，一方面為形成各種類型的深水沉積結(jié)構(gòu)單元提供物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)油氣成藏具有積極的作用，另一方面，在沉積物搬運(yùn)時(shí)由于受到水動(dòng)力侵蝕，峽谷壁及鄰近地層很容易垮塌，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。因此，在油氣勘探的同時(shí)需要做好海底地質(zhì)調(diào)查，特別是井位部署時(shí)盡量遠(yuǎn)離峽谷，避免地質(zhì)災(zāi)害給油氣勘探

圖5 Y1 井砂體 2 儲(chǔ)層孔-滲交會(huì)圖Fig.5 Porosity versus permeability of sand body 2 in well Y1

和生產(chǎn)帶來不利影響。

5 結(jié)論

（1）東非魯伍馬盆地古近系和新近系發(fā)育深水沉積體系，識(shí)別出峽谷、水道、漫溢沉積、朵體、MTDs和凝縮段等沉積結(jié)構(gòu)單元，不同的沉積結(jié)構(gòu)單元類型在本區(qū)油氣成藏及勘探中具有不同的作用。

（2）本區(qū)水道和朵體砂體具有規(guī)模大、厚度大、物性好的特點(diǎn)，為形成巨型天然氣藏提供了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，漸新統(tǒng)頂部廣泛分布的凝縮段及其下伏的漫溢海相泥巖沉積，為氣藏成藏提供了良好的蓋層條件，MTDs和發(fā)育在水道側(cè)翼的天然堤可以形成側(cè)向封堵，良好的儲(chǔ)蓋配置及側(cè)向遮擋條件是本區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵條件。峽谷作為物源輸送通道，為本區(qū)良好的成藏條件形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，但靠近峽谷區(qū)域容易遭受侵蝕而形成地質(zhì)災(zāi)害，要考慮由此對(duì)油氣勘探和生產(chǎn)帶來的影響。

圖6 深水沉積結(jié)構(gòu)單元與氣藏垂向分布示意圖Fig.6 Vertical distribution of deep water depositional architectural elements and gas reservoirs

（3）對(duì)本區(qū)深水沉積結(jié)構(gòu)單元的識(shí)別及其沉積特征分析，對(duì)東非其他盆地及具有相似沉積背景的其他區(qū)域的油氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義。

致謝：在本文撰寫過程中，中國科學(xué)院深海所王大偉研究員對(duì)本文提出了建設(shè)性建議，在此表示衷心感謝！