東非海岸盆地漸新世濁積體沉積特征及油氣勘探意義*

梁建設(shè) 孔令武 邱春光 李 華 何幼斌 賈 屾

(1. 中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司 北京 100028； 2. 長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北武漢 430100)

東非海岸盆地天然氣資源豐富，是世界天然氣勘探的熱點(diǎn)地區(qū)。2010年到2014年，東非海岸魯伍馬盆地北部和坦桑尼亞盆地南部獲得一系列重大天然氣發(fā)現(xiàn)[1]，展現(xiàn)出東非海岸廣闊的天然氣勘探前景，掀起了東非海岸天然氣勘探的熱潮。這些大型天然氣藏的儲(chǔ)層為白堊系—古近系濁積砂巖。截至目前，前人對(duì)東非海岸盆地的研究主要集中在沉積特征及區(qū)域構(gòu)造演化、烴源巖、儲(chǔ)層、油氣成藏規(guī)律等方面。如LIU X T等[1-2]從氣候和海平面變化角度分析了東非海岸現(xiàn)代深水沉積體系發(fā)育的體系域、氣候類型等；趙健、陳宇航 等[3-4]對(duì)東非海岸盆地儲(chǔ)層進(jìn)行了分析，明確了儲(chǔ)層類型和成因等；孫海濤、溫志新、張光亞 等[5-7]通過對(duì)東非構(gòu)造演化、成藏條件等方面的研究，分析了盆地油氣成藏的特征。而對(duì)于整個(gè)東非海岸盆地侏羅系至漸新統(tǒng)沉積演化特征缺少系統(tǒng)的分析，導(dǎo)致東非海岸盆地不同區(qū)域深水沉積特征尚不清楚，對(duì)白堊系—古近系濁積體的差異分布規(guī)律研究更少，這嚴(yán)重制約了東非海岸深水濁積砂巖天然氣藏的勘探。

本文立足于東非海岸的坦桑尼亞和魯伍馬兩大盆地，從東非海岸盆地的沉積演化特征分析入手，利用鉆井、測(cè)井及地震資料，對(duì)東非海岸的魯伍馬和坦桑尼亞盆地漸新統(tǒng)濁積體的類型和展布特征進(jìn)行了分析，從“源—匯”系統(tǒng)的角度探討了大型濁積體差異分布的控制因素，為東非海岸天然氣藏的下一步的勘探提供可借鑒的思路。

1 地質(zhì)概況

1.1 地理概況

東非海岸發(fā)育一系列中、新生代被動(dòng)陸緣盆地，從北向南依次為索馬里盆地、拉姆盆地、坦桑尼亞盆地和魯伍馬盆地等盆地[8](圖1)。索馬里盆地、拉姆盆地的勘探程度很低，尚無(wú)重大油氣突破。截至目前，僅中部的坦桑尼亞和魯伍馬盆地獲得重大天然氣突破，為已證實(shí)的兩大富油氣盆地，但盆地勘探程度依然很低。坦桑尼亞盆地總面積為18.6×104km2，陸地面積約占30%，海域面積約占70%，陸上已鉆探井為28口、海域已鉆探井為26口，盆地共發(fā)現(xiàn)17個(gè)氣田，主要位于深水區(qū)，天然氣累計(jì)可采儲(chǔ)量為35 Tcf。魯伍馬盆地的面積約為9.0×104km2，陸上面積約占48%，海域面積約占52%，盆地共發(fā)現(xiàn)9個(gè)氣田，天然氣累計(jì)可采儲(chǔ)量為141 Tcf。

圖1 東非海岸盆地位置圖Fig .1 The location map of the East African coastal basins

1.2 地層及區(qū)域演化特征

東非海岸盆地的形成和演化與岡瓦納大陸解體密切相關(guān)[9-11]，基于板塊運(yùn)動(dòng)和盆地構(gòu)造特征的分析，將東非海岸盆地構(gòu)造演化劃分為4個(gè)階段，分別為裂陷期(二疊紀(jì)—三疊紀(jì))、過渡期(早侏羅世)、走滑期(中侏羅世—早白堊世)和漂移期(晚白堊世—至今)，不同演化階段的構(gòu)造和沉積特征既表現(xiàn)出一定繼承性，也呈現(xiàn)出明顯的差異性(圖2)。

圖2 東非海岸盆地構(gòu)造演化階段劃分圖Fig .2 Tectonic evolution of the East African coastal basins

1.2.1裂陷期(二疊紀(jì)—三疊紀(jì))

二疊紀(jì)—三疊紀(jì)，伴隨著潘基亞聯(lián)合大陸的逐漸形成，在岡瓦納大陸東部(非洲、馬達(dá)加斯加、印度、澳大利亞、阿拉伯及南極洲板塊)發(fā)生強(qiáng)烈的“地幔柱”活動(dòng)，造成了區(qū)域性的地殼隆升、斷裂和火山活動(dòng)。東非海岸地區(qū)主要以區(qū)域伸展作用為主，發(fā)育北東-南西、近南北向和北西-南東向3組斷裂體系，岡瓦納古陸沿構(gòu)造活動(dòng)帶發(fā)生裂陷，形成陸內(nèi)的地塹型裂谷。該時(shí)期為典型的陸源碎屑巖沉積，與下伏前寒武基底呈不整合接觸，主要發(fā)育湖相和三角洲相等沉積，巖性以陸相砂礫巖和泥、頁(yè)巖為主，厚度最大可達(dá)3 000 m。

1.2.2過渡期(早侏羅世)

早侏羅世，伴隨著岡瓦納大陸解體，東非海岸由北向南呈“V”字型逐漸拉開，全球海平面上升，古特提斯洋率先從北東方向侵入裂陷盆地。此時(shí)，海底擴(kuò)張和漂移作用僅限于東非的中北部地區(qū)，而在東非的中南部地區(qū)(即現(xiàn)今的坦桑尼亞盆地和魯伍馬盆地)，非洲大陸和東部馬達(dá)加斯加地塊共同構(gòu)成一個(gè)狹長(zhǎng)的閉塞海灣，形成了局限海相沉積環(huán)境。該時(shí)期廣泛發(fā)育局限海沉積，以厚層的泥巖沉積為主，局部地區(qū)發(fā)育鹽巖。這為東非海岸盆地優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育提供了優(yōu)越的沉積環(huán)境，形成了下侏羅統(tǒng)局限海相烴源巖，該套烴源巖是已發(fā)現(xiàn)天然氣藏的主力烴源巖[12]。

1.2.3走滑期(中侏羅世—早白堊世)

中侏羅世—早白堊世，馬達(dá)加斯加陸塊開始向南漂移，區(qū)域整體上以走滑應(yīng)力場(chǎng)為主，Davie西斷層、Davie東斷層和Seagap斷層發(fā)生強(qiáng)烈走滑作用。中—晚侏羅世，三角洲及濱岸沉積發(fā)育，巖性以砂泥互層為主。同時(shí)，受控于Davie東斷層的活動(dòng)，在Davie構(gòu)造脊高部位發(fā)育大量條帶狀碳酸鹽巖臺(tái)地沉積。

1.2.4漂移期(晚白堊世—現(xiàn)今)

晚白堊世晚期，印度板塊加速向東北方向漂移同時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，造成拉姆盆地和坦桑尼亞盆地局部出現(xiàn)巖漿拱張事件。此時(shí)，海平面持續(xù)上升，東非海岸各盆地三角洲規(guī)?？s小。晚始新世—漸新世，伴隨著東非裂谷系的發(fā)育，盆地西部邊緣再次發(fā)生抬升，局部地區(qū)抬升幅度高達(dá)2 000～3 000 m，并遭受強(qiáng)烈的剝蝕，陸上地層發(fā)育可識(shí)別削截特征。同時(shí)，構(gòu)造抬升也造成了相對(duì)海平面的下降，進(jìn)而導(dǎo)致陸架暴露面積增大，三角洲和濁積體較為發(fā)育。

2 深水濁積體沉積類型及特征

東非海岸盆地從晚白堊世到古近紀(jì)，廣泛發(fā)育河流—三角洲—濁積體沉積體系。漸新世，盆地深水區(qū)的大型濁積體達(dá)到鼎盛時(shí)期，是油氣重要儲(chǔ)集場(chǎng)所。本文以漸新世深水濁積體為例，對(duì)其沉積類型和特征進(jìn)行系統(tǒng)分析。

2.1 沉積類型

東非海岸濁積體的沉積類型多樣，基于井震對(duì)比，以地震相特征為依據(jù)，按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)等特征，將濁積體劃分為兩類5種不同的沉積類型，分別為水道和朵葉，其中水道又可劃分為復(fù)合型水道、側(cè)向遷移型水道、垂向加積型水道及孤立水道(表1)。

表1 東非海岸盆地濁積體沉積類型分類Table 1 Depositonal classification of submarine fan in the East African coast

復(fù)合型水道內(nèi)部次級(jí)水道相互切割，侵蝕作用較強(qiáng)，地震反射特征為“U”形，中強(qiáng)振幅、中等—差連續(xù)，主要發(fā)育在上陸坡—下陸坡上部。側(cè)向遷移型水道具有明顯的遷移特征，常與較細(xì)粒的溢岸伴生，整體呈“鷗翼狀”，水道下切形態(tài)明顯，內(nèi)部呈中強(qiáng)振幅、中等—差連續(xù)的地震反射特征，溢岸呈楔狀，弱振幅、連續(xù)性好，該類水道多發(fā)育在上陸坡下部—下陸坡上部。垂向加積型水道早期侵蝕，后期充填，規(guī)模大，強(qiáng)限制性，次級(jí)水道縱向疊置，以加積作用為主，內(nèi)部呈中強(qiáng)振幅、中等—差連續(xù)的地震反射特征，主要發(fā)育在上陸坡上部。孤立型水道規(guī)模較小，侵蝕作用較弱，沉積作用顯著，多為弱振幅、雜亂—差連續(xù)的地震反射特征，主要發(fā)育在上陸坡。朵葉規(guī)模一般較大、橫向展布范圍廣，橫切面上表現(xiàn)出典型的“丘狀”外形特征，地震反射呈中強(qiáng)振幅、連續(xù)性較好，縱切面上可見疊瓦狀前積反射特征，且局部常發(fā)育次級(jí)水道，主要發(fā)育在陸坡—海底盆地。

2.2 展布特征

基于上述對(duì)深水濁積體特征的分析，綜合測(cè)井相和地震相特征，明確了漸新統(tǒng)沉積向展布特征(圖3)。東非海岸坦桑尼亞盆地和魯伍馬盆地發(fā)育4個(gè)主要的深水重力流沉積體系，自南向北分別位于魯伍馬盆地北部(簡(jiǎn)稱魯北)、坦桑尼亞盆地南部(簡(jiǎn)稱坦南)、坦桑尼亞盆地中部(簡(jiǎn)稱坦中)和坦桑尼亞盆地北部(簡(jiǎn)稱坦北)。相比而言，坦中和魯北地區(qū)的深水濁積體最為發(fā)育，而坦北和坦南地區(qū)則相對(duì)較小。

圖3 東非海岸漸新世沉積相及其發(fā)育模式Fig .3 Depositional facies and its development model of Oligocene in East African coast

連井對(duì)比分析表明，坦桑尼亞盆地W1井漸新統(tǒng)巖性以厚層砂巖夾薄層泥巖為主，向東W2井砂巖含量降低、泥巖含量增加，三角洲發(fā)育，W3、W4及W5井砂泥互層沉積，濁積體發(fā)育。其中，W3井發(fā)育復(fù)合型、垂向加積型水道及朵葉，W4井發(fā)育側(cè)向遷移型水道及朵葉，W5井發(fā)育朵葉，水道少見(圖4)。

圖4 東非海岸盆地漸新統(tǒng)三角洲—深水濁積對(duì)比(剖面位置見圖3)Fig .4 Depositional correlation of Oligocene delta-turbidite in East African coast(See Fig.3 for location)

魯伍馬盆地東部深水及超深水區(qū)以朵葉或朵葉復(fù)合體為主，具有與水道不同結(jié)構(gòu)特征，其規(guī)模較大、橫向展布范圍廣，橫切面上表現(xiàn)出典型的“丘狀”外形特征，地震反射呈中強(qiáng)振幅、連續(xù)性較好的特征(圖5)?？v切面上可見疊瓦狀前積反射特征，指示了沉積物不斷向前推進(jìn)的特征，且局部常發(fā)育水道，但水道侵蝕作用較弱(圖6)。

圖5 魯伍馬盆地北部大型濁積體橫切面(剖面位置見圖3)Fig .5 The cross-section of submarine fans in the north of Rovuma basin(See Fig.3 for location)

圖6 魯伍馬盆地北部大型濁積體縱切面(剖面位置見圖3)Fig .6 The profile of submarine fans in the north of Rovuma basin(See Fig.3 for location)

3 控制因素探討

本文重點(diǎn)對(duì)魯伍馬及坦桑尼亞盆地濁積體的差異分布特征的控制因素進(jìn)行對(duì)比研究。前人研究表明，研究區(qū)深水濁積體的發(fā)育受相對(duì)海平面、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、物源供給及地形等多種因素的影響，對(duì)于同一時(shí)期、同一區(qū)域的深水濁積體來(lái)說(shuō)，海平面升降、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、古氣候等對(duì)其影響程度基本相同，而沉積物源供給、陸架-陸坡地形(海底地形)在不同位置變化較大，對(duì)其影響程度不盡相同[13-14]。本次研究基于最新資料進(jìn)行系統(tǒng)分析，認(rèn)為物源供給及地形差異控制了研究區(qū)深水濁積體的分布規(guī)律(表2)。

表2 研究區(qū)河流-三角洲-濁積體沉積體系參數(shù)Table 2 Parameter of fluvial-delta-submarine fan system of the study area

3.1 物源體系

物源是深水濁積形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，與濁積體的規(guī)模密切相關(guān)。物源體系的規(guī)模主要體現(xiàn)在陸上水系的河流數(shù)目、供源距離(長(zhǎng)度)、垂向高差、流域面積等。不同地區(qū)的物源體系存在明顯的差異，最大為坦中地區(qū)、其次為魯北地區(qū)，而坦北和坦南地區(qū)則要遠(yuǎn)小于坦中和魯北地區(qū)。

坦中地區(qū)為大型河流供給體系，陸上發(fā)育大型河流魯菲吉河，供源距離1 050 km，垂向高差1 900 m，流域面積204 378 km2，三角洲面積為24 157 km2，深水區(qū)濁積體面積為23 838 km2，水道—朵葉延伸距離140～180 km。

魯北地區(qū)也為大型河流供給體系，陸上發(fā)育2條大型河流，其中，魯伍馬河規(guī)模大，為常年性河流，可持續(xù)提供物源，供源距離960 km，垂向高差900 m，流域面積162 807 km2。三角洲面積為13 362 km2，深水區(qū)濁積體面積為24 431 km2，水道—朵葉延伸距離為140～200 km。

坦北地區(qū)屬于中型多源供給體系，西部陸上發(fā)育5條中型河流，供源距離220～920 km，垂向高差2 500 m，流域面積為80 093 km2，三角洲面積為9 488 km2，深水區(qū)濁積體面積為8 532 km2，水道—朵葉延伸距離60～140 km。

坦南地區(qū)發(fā)育小型多源供給體系，西部陸上發(fā)育3條小型河流，供源距離僅325 km，垂向高差800 m，流域面積約17 109 km2，物源供給有限，三角洲面積為1 911 km2，深水區(qū)濁積體以孤立型水道和朵葉為主，規(guī)模最小，面積僅為862 km2，水道—朵葉延伸距離小于50 km。

3.2 地形

地形控制了陸上物源體系進(jìn)入深水區(qū)的比率和沉積類型，對(duì)沉積物起到調(diào)節(jié)、再分配的作用，本文所指地形主要包括陸架寬度和坡降。魯北、坦南、坦中和坦北四大沉積體系的地形存在明顯差異。

陸架地形控制了陸架區(qū)三角洲的規(guī)模，進(jìn)而控制了物源體系進(jìn)入深水區(qū)的比率，陸上物源體系進(jìn)入深水區(qū)前，陸架區(qū)會(huì)“截留”一部分沉積物，形成三角洲沉積，這些三角洲也是深水重力流沉積的直接物質(zhì)來(lái)源。根據(jù)物質(zhì)分配和“源—匯”體系理論，物源體系總量(T)主要由陸架三角洲(A)、水道(B)、朵葉(C)三部分組成。深水區(qū)水道—朵葉的規(guī)模(B+C)受控于供源體系總量(T)與陸架三角洲規(guī)模(A)的差值，即B+C=T-A，即在物源體系總量(T)不變的情況下，陸架三角洲規(guī)模(A)和深水區(qū)沉積物(水道和朵葉)規(guī)模(B+C)呈“此消彼長(zhǎng)”的關(guān)系(圖7)。陸架地形控制了三角洲的展布和規(guī)模，窄陸架背景形成的三角洲相帶較窄，陸架三角洲規(guī)模較小，有利于更多的物源進(jìn)入深水區(qū)，形成大規(guī)模深水沉積體系，相反，寬陸架背景下形成的三角洲相帶較寬，三角洲規(guī)模規(guī)模較大，深水沉積體系規(guī)模相對(duì)較小。

圖7 物源體系分配示意圖Fig .7 Schematic profile of sediment source system

采用(B+C)/A比值近似代表物源體系進(jìn)入深水區(qū)的比率，該值越大表明進(jìn)入深水區(qū)的物質(zhì)越多，在物源體系的總量(T)相同的條件下，窄陸架背景的物源體系進(jìn)入深水區(qū)的比率(B+C)/A要大于寬陸架背景。

選取物源體系規(guī)?；鞠喈?dāng)?shù)聂敱焙吞怪械貐^(qū)進(jìn)行分析，說(shuō)明地形對(duì)深水濁積體的影響。盡管魯北地區(qū)的物源體系要略小于坦中地區(qū)，但由于地區(qū)地形差異，魯北地區(qū)物源體系進(jìn)入深水區(qū)的比率要高于坦中地區(qū)，造成魯北地區(qū)深水濁積體規(guī)模要大于坦中地區(qū)。魯北地區(qū)為窄陸架—陡陸坡特征，外陸架—上陸坡的寬度為44～56 km，河流入海后在陸架區(qū)形成的三角洲相帶較窄(面積為13 362 km2)，使得更多的沉積物進(jìn)入深水區(qū)，深水沉積比率(B+C)/A為1.49，而坦中地區(qū)為寬陸架-緩陸坡，外陸架-上陸坡的寬度為81～107 km，寬陸架沉積背景使得河流入海后形成的三角洲相帶變寬，淺水區(qū)形成的三角洲的面積較大(面積為24 157 km2)，深水沉積比率(B+C)/A約為0.98。

同時(shí)，陸坡地形控制了深水沉積的類型，陸坡坡降越大，沉積物的重力勢(shì)能越大，沉積物由陸架坡折進(jìn)入陸坡后，動(dòng)能變大，流速變快，能量變強(qiáng)，上陸坡受到深水重力流的強(qiáng)烈侵蝕，易形成彎曲度較小的限制性水道。相反，陸坡的坡降越小，深水重力流的流速相對(duì)較小，能量也相對(duì)變?nèi)酰揭仔纬上拗菩暂^弱的水道。魯北、坦南、坦中和坦北四個(gè)不同地區(qū)的陸坡地形具有明顯的差異(圖3、表2)。坦南地區(qū)和魯北地區(qū)整體為陡陸坡，坦南地區(qū)陸坡坡降為4.59°～5.72°，重力流流速快、能量強(qiáng)，陸坡區(qū)域發(fā)育多個(gè)呈深“V”字型的窄陡切谷，由于該區(qū)物源體系規(guī)模較小，水道的規(guī)模也相對(duì)較小，主要以限制性的孤立水道為主，水道的末端形成的朵葉的規(guī)模也較小，魯北地區(qū)的陸坡坡降為2.1°～3.3°，但該區(qū)的物源體系的規(guī)模大，使得水道規(guī)模較大，類型較多，在上陸坡發(fā)育復(fù)合型水道，向下陸坡逐漸轉(zhuǎn)換為遷移性水道，水道末端形成的朵葉沉積規(guī)模比較大。坦中地區(qū)和坦北地區(qū)整體為緩陸坡，坦中地區(qū)坡降為1.12°～1.53°，物源體系較大，主要發(fā)育復(fù)合型、垂向加積型、側(cè)向遷移型水道和朵葉沉積，規(guī)模大，面積為23 838 km2，坦北地區(qū)陸坡坡降為1.00°～1.43°，深水區(qū)主要發(fā)育復(fù)合型、側(cè)向遷移型水道和朵葉沉積，規(guī)模為中等。

綜合以上分析，大型物源體系是深水區(qū)形成大型濁積砂巖的基礎(chǔ)，陸架—陸坡地形控制了沉積物進(jìn)入深水區(qū)的比率和深水沉積的類型。受物源體系和陸架—陸坡地形因素的控制，魯北和坦中地區(qū)深水濁積體規(guī)模最大、其次為坦北、坦南地區(qū)最小，且魯北和坦中地區(qū)的深水濁積類型更加豐富，而坦南地區(qū)類型則相對(duì)單一。

4 天然氣勘探中的意義

東非海岸魯伍馬等盆地?zé)N源巖為下侏羅統(tǒng)海相烴源巖[15-16]，天然氣藏的主力儲(chǔ)層為白堊系—古近系濁積砂體，圈閉為大型濁積體形成的巖性圈閉或構(gòu)造-巖性圈閉，烴源巖和圈閉之間隔著厚層泥巖，下侏羅統(tǒng)烴源巖生成的天然氣沿大型伸展斷裂垂向運(yùn)移至上白堊統(tǒng)—古近系濁積砂中聚集成藏(圖8)，大型伸展斷裂和深水濁積體的有效配置控制魯伍馬等盆地天然氣聚集成藏[12]。

圖8 魯伍馬盆地天然氣成藏模式Fig .8 Large extentional faults controlling accumulation model in the Ruvuma basin

濁積砂體是東非海岸天然氣藏的重要儲(chǔ)集類型，也是巖性或構(gòu)造-巖性圈閉形成的基礎(chǔ)，其規(guī)模決定了天然氣藏的大小，尋找大型濁積砂體是東非海岸大型天然氣藏勘探的關(guān)鍵。魯北地區(qū)的濁積體規(guī)模大于坦南地區(qū)，因此魯北地區(qū)單個(gè)天然氣藏的平均儲(chǔ)量高達(dá)7.99 MMboe，而坦南地區(qū)僅為1.43 MMboe。 坦中地區(qū)發(fā)育大型濁積體，砂體規(guī)模大，分布范圍廣，且發(fā)育大型走滑斷裂，斷裂起到溝通下侏羅統(tǒng)烴源巖和上部濁積砂體的作用，該區(qū)與魯北地區(qū)具有類似的油氣成藏條件，具備發(fā)現(xiàn)巨型或大型天然氣藏的潛力，是未來(lái)天然氣勘探的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)。

5 結(jié)論

1) 濁積體是東非海岸魯伍馬等盆地深水油氣勘探的重要對(duì)象，可劃分為復(fù)合型、孤立型、側(cè)向加積型、垂向加積型水道和朵葉。魯北和坦中地區(qū)發(fā)育大型的河流—三角洲—濁積體體系，坦北地區(qū)次之，坦南因地區(qū)三角洲及濁積體規(guī)模較小。

2) 物源供給及地形綜合作用導(dǎo)致東非海岸南北濁積體發(fā)育規(guī)模明顯不同。在物源體系總量相同的條件下，寬緩陸架背景的三角洲相帶較寬，進(jìn)入深水區(qū)的沉積物相對(duì)較少，濁積體發(fā)育規(guī)模較小，而窄陸架背景的三角洲相帶較窄，進(jìn)入深水區(qū)的沉積物相對(duì)較多，濁積體發(fā)育規(guī)模較大。

3) 深水濁積砂體規(guī)模控制了天然氣藏的規(guī)模，坦中地區(qū)發(fā)育大規(guī)模深水濁積砂體是未來(lái)天然氣勘探的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)。