西非塞內(nèi)加爾盆地北部次盆早白堊世Albian期沉積相類型及展布特征

李越哲， 殷 杰， 趙紅巖， 王振奇

( 1. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2. 中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司 勘探開發(fā)研究院，北京 100028 )

0 引言

塞內(nèi)加爾盆地位于非洲西北海域，是西非海岸最大的含油氣盆地。勘探前期僅發(fā)現(xiàn)小規(guī)模油氣，近五年陸續(xù)在深水區(qū)塊發(fā)現(xiàn)多個(gè)商業(yè)性油氣田，其中以北部次盆南部的F和S油田最為突出，兩個(gè)油田探明9.08×107t的石油儲(chǔ)量[1-2]。塞內(nèi)加爾盆地北部次盆下白堊統(tǒng)Albian階濁積砂巖是分布最廣的儲(chǔ)層類型，其油氣儲(chǔ)量約占油氣總儲(chǔ)量的23%[3-6]。

塞內(nèi)加爾盆地不同構(gòu)造單元內(nèi)的構(gòu)造特征差異明顯，北部次盆陸架具有明顯的“南寬北窄”特征，缺少毛里塔尼亞和卡薩芒斯次盆地常見的鹽底辟構(gòu)造[7]。在古塞內(nèi)加爾河和古岡比亞河供源的沉積背景下，陸架邊緣三角洲、碳酸鹽巖臺(tái)地及深水濁積砂體在塞內(nèi)加爾盆地北部次盆南、北部的發(fā)育及展布也存在明顯差異。BRUN M V L等利用重力、測(cè)井資料建立相關(guān)模型，用于解釋塞內(nèi)加爾盆地沉降歷史[8]；DEBENAY J P等根據(jù)水文和生物學(xué)模式恢復(fù)盆地古環(huán)境，為后續(xù)沉積相研究奠定地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[9]；MARTIN L等根據(jù)三維地震資料發(fā)現(xiàn)塞內(nèi)加爾盆地存在大型碳酸鹽巖臺(tái)地，以及與濁流相關(guān)的下切谷[10]。人們研究塞內(nèi)加爾盆地白堊紀(jì)地層特征和成藏條件，認(rèn)為陸坡經(jīng)歷臺(tái)地邊緣斜坡、同沉積斷坡及寬緩沉積斜坡等階段，主要發(fā)育三角洲及深水水道沉積，最有利的勘探目標(biāo)是北部次盆深水區(qū)的構(gòu)造—地層圈閉[11-13]。

由于相關(guān)資料不足，未進(jìn)一步分析塞內(nèi)加爾盆地北部次盆南、北部沉積特征的差異性及展布規(guī)律，因此，明確北部次盆沉積相分布特征及預(yù)測(cè)沉積儲(chǔ)層成為下一步勘探的重點(diǎn)。以單井、測(cè)井及二維地震資料為基礎(chǔ)，分析塞內(nèi)加爾盆地北部次盆南、北部在Albian期的沉積相類型及展布特征，揭示發(fā)育有利儲(chǔ)層的沉積相帶，為西非北部油氣勘探增儲(chǔ)及戰(zhàn)略選區(qū)提供參考和依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造特征

塞內(nèi)加爾盆地位于非洲西北海岸地區(qū)的巨型被動(dòng)大陸邊緣毛塞幾比盆地中部，包含陸上部分和海下部分，由北向南貫穿毛里塔尼亞、塞內(nèi)加爾和幾內(nèi)亞比紹[14]，面積約為9.5×104km2(見圖1)。塞內(nèi)加爾盆地由北向南以大型轉(zhuǎn)換斷層為分界，依次分為毛里塔尼亞次盆、北部次盆和卡薩芒斯次盆[15]?？碧街攸c(diǎn)及文中研究區(qū)域主要為塞內(nèi)加爾盆地中部的北部次盆。塞內(nèi)加爾盆地是早二疊世伴隨北大西洋裂開而形成的典型被動(dòng)大陸邊緣盆地，也是在局部二疊系—三疊系裂谷體系[16]上發(fā)展起來(lái)的中生界—新近系盆地。塞內(nèi)加爾盆地構(gòu)造演化主要經(jīng)歷裂陷(晚二疊世—早三疊世)、過(guò)渡(中三疊世—晚侏羅世)和漂移(早白堊世—現(xiàn)今)3個(gè)階段，各期構(gòu)造層序間發(fā)育重要的不整合界面(見圖2)。

圖1 塞內(nèi)加爾盆地區(qū)域位置

(1)裂陷階段。二疊世末期，泛大陸開始解體，張裂活動(dòng)導(dǎo)致北美板塊向西北方向推移，非洲板塊與北美板塊分開，古中大西洋開始形成，塞內(nèi)加爾盆地以陸相河湖沉積充填為主。

(2)過(guò)渡階段。北美板塊和非洲板塊完全分離，裂陷作用減弱，塞內(nèi)加爾盆地處于開放式的沉積環(huán)境，海水開始大規(guī)模涌入，形成大范圍的碳酸鹽巖沉積，局部伴隨鹽巖沉積。

(3)漂移階段。自早白堊世至晚白堊世馬斯特里赫特期為塞內(nèi)加爾盆地漂移階段，沉積地層厚度大。塞內(nèi)加爾盆地具有典型的被動(dòng)大陸邊緣盆地特征，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變?nèi)?，缺乏大型擠壓構(gòu)造作用，主要發(fā)育鏟狀斷層和翹傾斷層，局部可見火成巖侵入及鹽侵入幕。Albian期屬于漂移階段的中早期，盆地大部分地區(qū)發(fā)生海侵，周邊物源供給充沛，具有發(fā)育大型三角洲、碳酸鹽巖臺(tái)地及深水重力流沉積體系的良好條件。

1.2 地層特征

三疊世中晚期，受中大西洋擴(kuò)展影響，西非大洋沿岸多發(fā)育NNE向半地塹，斷層與下伏的古生代地層構(gòu)造走向幾乎平行。受地塹控制，塞內(nèi)加爾盆地在裂陷階段初期主要發(fā)育河流—三角洲—湖泊沉積體系[17]；在裂陷階段后期，海水自東部的古特提斯洋及北部的原始大西洋進(jìn)入[18]，因物源區(qū)離塞內(nèi)加爾盆地較遠(yuǎn)而沉積巨厚的局限海鹽巖，并且一直持續(xù)到侏羅世中期(見圖2)。自中侏羅世開始，塞內(nèi)加爾盆地進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣階段，發(fā)育大量正斷層，以及與鹽底辟和火山運(yùn)動(dòng)相關(guān)的構(gòu)造。隨板塊張裂的進(jìn)行，塞內(nèi)加爾盆地規(guī)模不斷擴(kuò)張，沉積中心地層厚度約為10 km。Albian期位于漂移階段的中早期，盆地大部分區(qū)域出現(xiàn)海侵，南部(以卡薩芒斯次盆為主)陸架邊緣向陸地發(fā)育面積廣布的巨厚碳酸鹽巖沉積。雖然該時(shí)期北部次盆陸源供給充沛，但是碳酸鹽巖發(fā)育面積不大，陸架邊緣以西多發(fā)育粉砂質(zhì)泥巖及頁(yè)巖，陸架邊緣以東主要發(fā)育淺海相及河流相沉積。

圖2 塞內(nèi)加爾盆地綜合地層柱狀圖及含油氣系統(tǒng)事件(據(jù)文獻(xiàn)[7]修改)

1.3 被動(dòng)大陸邊緣特征

塞內(nèi)加爾盆地被動(dòng)大陸邊緣的古地貌是控制沉積相展布的重要因素[19-20]，盆地整體構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，地層整體表現(xiàn)為中部厚、向陸地超覆變薄，少見毛里塔尼亞和卡薩芒斯次盆廣布的鹽底辟構(gòu)造。北部次盆南北兩條橫向地質(zhì)剖面構(gòu)造(見圖3)顯示，北部陸架區(qū)域地層平緩，依次向基底上超，大型斷裂發(fā)育較少，整體表現(xiàn)為以達(dá)喀爾為分界的“南部寬陸架、北部窄陸架”的特征。陸坡區(qū)域地貌明顯變陡，具有“南部陡陸坡、北部緩陸坡”的特征，規(guī)模較大的底辟構(gòu)造并不多見。陸坡區(qū)域是潛在的三角洲相和淺海相向深海深水重力流沉積轉(zhuǎn)換的相變區(qū)域，陸坡之下地層平緩，斷裂及底辟構(gòu)造不發(fā)育，是深水重力流沉積發(fā)育的理想場(chǎng)所。

2 沉積相類型

西非塞內(nèi)加爾盆地勘探程度不高，鉆遇Albian階的井較少，地震資料以二維測(cè)線為主。根據(jù)北部次盆鉆遇Albian階的17口重點(diǎn)單井鉆井、測(cè)井及地震資料，識(shí)別碳酸鹽巖臺(tái)地、深水濁積扇及強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲沉積相。

圖3 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆地質(zhì)剖面

2.1 碳酸鹽巖臺(tái)地

北部次盆Albian期碳酸鹽巖臺(tái)地發(fā)育相對(duì)不廣泛，主要發(fā)育于達(dá)喀爾以南區(qū)域。由于陸架明顯變寬，遠(yuǎn)離陸地的區(qū)域受陸源供給相對(duì)匱乏的影響，沉積面積較小的三套碳酸鹽巖。碳酸鹽巖層段主要呈指狀低幅的GR曲線和齒狀低幅的DT曲線特征，與細(xì)砂巖和灰色泥巖互層(見圖4)。研究區(qū)主要發(fā)育臺(tái)地邊緣淺灘相和開闊臺(tái)地相，其中開闊臺(tái)地相以淺灰色、灰色顆?；?guī)r為主，夾薄層灰色泥巖；臺(tái)地邊緣淺灘相主要為泥晶顆?；?guī)r、泥晶灰?guī)r夾薄層泥巖及粉砂巖[21]，發(fā)育交錯(cuò)層理、平行層理和波痕等沉積構(gòu)造，呈厚層至塊狀。

2.2 深水濁積扇

北部次盆Albian期深水濁積扇主要被陸架及陸坡控制[22-25]。達(dá)喀爾以北陸架窄，Albian期陸源供給充足，當(dāng)三角洲直接延伸至陸坡附近后，受重力垮塌影響，形成中小型濁積扇群；達(dá)喀爾以南陸架明顯變寬，陸坡較陡，充沛的物源在寬陸架及海平面下降的背景下發(fā)育厚層大面積的三角洲前緣亞相，當(dāng)三角洲前緣亞相延伸至陸坡附近后，由于陸坡普遍很陡，陸坡處形成明顯的“U”型下切谷。下切谷作為沉積物搬運(yùn)通道，向中、下斜坡供源，形成遠(yuǎn)離海岸的濁積扇群。

內(nèi)扇亞相位于陸坡下切谷出口處，是濁積扇沉積物搬運(yùn)沉積的主要通道，巖石類型主要以灰黑色礫巖、中—粗砂巖為主。中扇亞相位于內(nèi)扇與外扇之間，主水道開始分汊并發(fā)育分支水道，以含礫砂巖、塊狀中—細(xì)砂巖為主。外扇亞相與中扇亞相之間無(wú)水道部分連接，地形平坦，主要發(fā)育外扇泥。研究區(qū)北部K井3 300～3 430 m段深水濁積扇沉積相識(shí)別內(nèi)扇、中扇、外扇亞相，以及主水道、分支水道、水道間漫溢、外扇泥等沉積微相，其中內(nèi)扇亞相主要巖石類型為塊狀灰色中粗砂巖，夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及泥晶灰?guī)r，自然伽馬曲線呈異常低幅微齒狀；中扇亞相巖石類型為灰色中—細(xì)砂巖、粉砂巖及灰黑色泥巖，可見平行層理及小型波狀層理，自然伽馬曲線呈低幅齒狀；外扇亞相巖石類型主要以灰黑色泥巖為主，夾薄層泥晶灰?guī)r(見圖5)。

圖4 研究區(qū)C井沉積相柱狀圖

圖5 研究區(qū)K井沉積相柱狀圖

2.3 強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲

在達(dá)喀爾南部的井中，研究區(qū)Albian期強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲較為典型，巖性主要以粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、灰色泥巖及灰黑色泥巖為主。研究區(qū)發(fā)育的強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲與陸架邊緣三角洲的常見模式[26-30]較為不同。由于Albian早期發(fā)生強(qiáng)制性海退，導(dǎo)致三角洲頂部沉積遭受剝蝕，頂積層上部的三角洲平原亞相與前緣亞相的中—粗砂巖被搬運(yùn)到三角洲前部，形成強(qiáng)制海退改造區(qū)，改造區(qū)呈灰黑色前三角洲泥與粗砂巖交替出現(xiàn)的特點(diǎn)，導(dǎo)致Y井垂向上整體呈正粒序。

根據(jù)巖心觀察，Y井目的層底部以厚層中—粗砂巖與灰黑色泥巖互層為主，上部砂巖粒度較細(xì)，為黃褐色細(xì)砂巖，且與灰色泥巖交互，同時(shí)發(fā)育小型交錯(cuò)層理，局部可見沖刷面。測(cè)井曲線上，下部表現(xiàn)為指示泥巖的指狀高幅GR曲線與指示粗砂巖的指狀低幅GR曲線交替出現(xiàn)，上部以指狀和齒化箱型低幅GR曲線夾薄層高幅GR曲線為特征，整體呈正粒序，與經(jīng)典三角洲的相悖(見圖6)。

結(jié)合過(guò)Y井地震剖面(見圖7)，強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲沉積特征形成的主要原因：Albian期北部次盆發(fā)育多支古河流，物源供給充足；多期海平面次級(jí)旋回及基準(zhǔn)面下降，形成強(qiáng)制性海退，陸架邊緣三角洲平原與前緣沉積受波浪改造及剝蝕作用影響，三角洲平原與前緣的砂巖被搬運(yùn)到三角洲前緣并沉積于前方，形成厚層塊狀砂巖，并與前三角洲泥交互出現(xiàn)。Y井下部塊狀砂巖是前期三角洲前緣遭受剝蝕搬運(yùn)形成的強(qiáng)制海退砂，中上部中—細(xì)砂巖與灰色泥巖交互是第四期三角洲前緣亞相沉積。

圖6 研究區(qū)Y井沉積相柱狀圖

圖7 研究區(qū)過(guò)Y井地震剖面及沉積發(fā)育樣式

3 沉積相展布特征

3.1 縱向展布特征

基于單井沉積相分析，利用連井和地震剖面(見圖8-9)，刻畫北部次盆沉積相縱向展布規(guī)律。

半深海—深海沉積相巖性為厚層泥巖，常具有中—弱振幅、連續(xù)—較連續(xù)、平行—亞平行的內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)，是深水泥質(zhì)沉積的典型地震相特征。碳酸鹽巖臺(tái)地沉積相的席狀披覆反射內(nèi)部以中—強(qiáng)振幅、連續(xù)、平行的內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)為主，是碳酸鹽巖臺(tái)地的典型地震相特征。深水濁積扇沉積相的丘狀—透鏡狀反射形態(tài)具有中—強(qiáng)振幅、較連續(xù)、前積反射的內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)，發(fā)育于陸坡區(qū)域，前積角度小，前積結(jié)構(gòu)不清晰；垂直于物源方向的地震剖面顯示丘狀—透鏡狀地震反射形態(tài)(見圖8(c))，主要表現(xiàn)為中部厚度大、向兩側(cè)尖滅、內(nèi)部具有雙向下超的反射特征。強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲沉積相的透鏡狀反射形態(tài)具有中—強(qiáng)振幅、較連續(xù)、前積反射的內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)(見圖8(b))；受構(gòu)造改造及海退侵蝕作用影響，透鏡狀反射形態(tài)往往保存不完整，發(fā)育于陸架區(qū)域，前積反射角度大，分布較為廣泛。下切谷和水道發(fā)育比較明顯的填充型地震相(見圖8(a))，內(nèi)部反射特征為底部反射層序與下伏層序不連續(xù)，內(nèi)部為上超式、發(fā)散式、前積式充填。由于小型水道規(guī)模小，其內(nèi)部反射形態(tài)無(wú)法識(shí)別。

圖8 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆典型地震相標(biāo)志

圖9 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆典型沉積體地震剖面(剖面位置見圖1)

達(dá)喀爾南部過(guò)Y—S2—J井的連井剖面(見圖10)顯示，剖面平行于物源方向，Albian期發(fā)育強(qiáng)制性海

退陸架邊緣三角洲沉積。根據(jù)巖心、測(cè)井曲線，可識(shí)別三角洲前緣和前三角洲亞相，以及水下分流河道、支流河口砂壩、支流間灣、遠(yuǎn)砂壩、前三角洲泥、強(qiáng)制海退砂6種沉積微相。砂體在剖面上的連續(xù)性較好，下部以中粗砂巖、灰黑色泥巖為主，中上部以中粗砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和灰色泥巖為主，粗砂巖、中細(xì)砂巖分布由東向西逐漸減少。

Albian早期，Y、S2、J井發(fā)育前三角洲泥，并與剝蝕搬運(yùn)形成的強(qiáng)制海退砂形成互層。隨海平面下降，前三角洲沉積逐步演化為強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲前緣沉積，三角洲前緣沉積以水下分流河道為主，局部發(fā)育支流間灣。隨持續(xù)的水退進(jìn)積，巖性向上逐漸變?yōu)辄S褐色中粗砂巖、細(xì)砂巖及灰色泥巖，砂體連通性較好，表現(xiàn)為穩(wěn)定的水下分流河道沉積微相。總體上，整個(gè)Albian期水位下降，沉積物供應(yīng)量增加，砂體向西不斷進(jìn)積，強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲沉積范圍擴(kuò)大。

3.2 平面展布特征及沉積模式

根據(jù)研究區(qū)118條二維地震測(cè)線，編制塞內(nèi)加爾盆地北部次盆Albian期典型沉積體地震平面展布圖(見圖11)。早白堊世Albian期以來(lái)，非洲大陸周圍地殼隆起，發(fā)生強(qiáng)烈的侵蝕作用，岡比亞河、塞內(nèi)加爾河等水系為塞內(nèi)加爾盆地提供充足的物源供給(見圖12(a))。塞內(nèi)加爾盆地北部次盆南部陸架較寬、陸坡陡，在供源充沛的條件下，首先形成陸架三角洲，并發(fā)育早期碳酸鹽巖臺(tái)地；同時(shí)受海平面下降因素控制，不斷向海遷移進(jìn)積，演化為強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲；經(jīng)歷強(qiáng)烈的濁流侵蝕后，在陸坡處形成明顯的“U”型下切谷(見圖12(c)；隨強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲的不斷進(jìn)積，沉積物通過(guò)下切谷搬運(yùn)到下陸坡和深海平原，形成規(guī)模較大的下切谷供源的深水水道及朵體沉積體系，深水沉積通過(guò)下切谷與強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲連通。塞內(nèi)加爾盆地北部次盆北部陸架稍窄、陸坡緩，強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲前緣已進(jìn)積到中下陸坡，不利于下切谷形成，只在強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲前端發(fā)育三角洲水道供源的海底扇群；同時(shí)，由于陸坡較緩，平均陸坡角度僅為2°，深水濁積扇遠(yuǎn)離陸架邊緣，主要分布在塞內(nèi)加爾河與達(dá)喀爾之間，碳酸鹽巖臺(tái)地不發(fā)育(見圖12(b))。

圖11 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆Albian期典型沉積體地震平面展布

圖12 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆沉積相平面展布及沉積模式

4 結(jié)論

(1)西非塞內(nèi)加爾盆地北部次盆Albian期識(shí)別強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲、碳酸鹽巖臺(tái)地及深水濁積扇三類沉積相。其中，強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲相包括三角洲前緣亞相、前三角洲亞相；碳酸鹽巖臺(tái)地主要發(fā)育臺(tái)地邊緣淺灘相和開闊臺(tái)地相；深水濁積扇相包括內(nèi)扇、中扇及外扇亞相。

(2)研究區(qū)早期發(fā)生強(qiáng)制性海退，導(dǎo)致三角洲頂部沉積遭受剝蝕，頂積層上部的三角洲平原相與前緣亞相的中粗砂巖被剝蝕搬運(yùn)到三角洲前部，形成灰黑色前三角洲泥與粗砂巖交替出現(xiàn)的特征。

(3)塞內(nèi)加爾盆地北部次盆南部為“寬陸架、陡陸坡”，沉積相類型以強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲、碳酸鹽巖臺(tái)地及下切谷供源的深水濁積扇為主；次盆北部為“窄陸架、緩陸坡”，主要發(fā)育強(qiáng)制性海退陸架邊緣三角洲及三角洲水道供源的、遠(yuǎn)離陸架的深水濁積扇群，碳酸鹽巖臺(tái)地不發(fā)育。