新西蘭深水Taranaki盆地中新統(tǒng)深水水道遷移及沉積演化

王光緒 吳偉 李全 周永勝 梁詩琴 劉惟慶 馮陣東

關(guān)鍵詞 深水水道；地震屬性；沉積演化；控制因素；深水Taranaki盆地；新西蘭

0 引言

深水水道是連接陸棚和深海平原的重要沉積物輸送通道，是深海沉積“源—渠—匯”體系的重要組成部分[1?3]。深水水道中砂體和細粒沉積形成了良好的油氣儲蓋組合，受到沉積學(xué)家和石油勘探家的廣泛關(guān)注，并在東非魯武馬盆地、西非下剛果盆地、英國北海盆地、墨西哥灣盆地、巴西坎波斯盆地、中國南海瓊東南盆地和西沙海槽盆地等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大型深水水道及相關(guān)沉積體的油氣富集成藏[4?12]。

深水水道沉積演化過程中，由于海底地形坡度、重力流性質(zhì)、海底底流改造作用等因素會形成復(fù)雜多變的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和多期次疊置的旋回特征[10，13?14]。砂泥為主的水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，富砂沉積物的分布規(guī)律十分復(fù)雜[9，15]，其側(cè)向物性變化很快，且不同旋回的含砂量變化很大，水道砂質(zhì)儲層分布的復(fù)雜性嚴重制約該類型油氣藏的精細勘探和高效開發(fā)[16?19]。探索深水水道沉積演化及其對儲層分布的控制機理具有重要的實踐價值。深水水道的遷移演化是探索深水水道沉積演化的基礎(chǔ)，加強水道遷移規(guī)律研究以及水道內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)解析，將有助于預(yù)測水道砂體內(nèi)部非均質(zhì)性變化，解決限制該類型油氣藏精細勘探和高效開發(fā)的難題。

深水水道具有多種遷移方式[15，20?24]：相對連續(xù)的遷移方式包括側(cè)向擺動遷移、垂向疊置遷移以及二者混合方式（側(cè)向擺動疊置遷移），遷移相對連續(xù)的水道是形成復(fù)合水道的基礎(chǔ)；不連續(xù)的遷移方式包括向下侵蝕遷移和空間跳躍遷移[1]，這些遷移形成了分隔復(fù)合水道的界面，是形成深水水道體系的基礎(chǔ)。許多研究探討了水道遷移的控制因素[10，24?27]，認為水道遷移受地形坡度變化、下伏巖層性質(zhì)、沉積物性質(zhì)及搬運速率、底流性質(zhì)及方向、水道自身限制能力等多種因素共同控制，這些因素之間相互影響形成了復(fù)雜的控制體系，在不同深水環(huán)境中對水道的影響差異巨大。

因此，筆者以新西蘭深水Taranaki盆地中新世水道體系為研究對象，利用高分辨率三維地震數(shù)據(jù)，采用地震屬性提取、沿層切片等多種適用于深水水道研究的地震解釋技術(shù)，探究深水水道的沉積演化規(guī)律及主控因素。

1 地質(zhì)背景

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)是新西蘭深水Taranaki盆地（圖1）的西北延伸，位于現(xiàn)今新喀里多尼亞海槽的東南方[28]。盆地內(nèi)沉積物供給主要來自新西蘭南島北部和北島西部[29]。盆地北部為西諾?？撕X及Northland盆地，西北部為新喀里多尼亞盆地，西南部為Lord Howe隆起及Challenger 高原，南部為Taranaki 盆地，東部發(fā)育一系列小盆地[30]。目前，研究區(qū)域仍屬超深水前沿勘探新區(qū)，除了周邊海域存在淺層大洋鉆探井外無其他油氣資源鉆井，唯一的Romney-1井在鉆探期間未發(fā)現(xiàn)早于中新世的巖性樣品[31]。研究區(qū)內(nèi)三維地震數(shù)據(jù)覆蓋超過1 000 m水深的面積約1 700 km2，總體勘探程度較低[32]。

1.2 地層特征

新西蘭深水Taranaki盆地內(nèi)充填了白堊紀—第四紀的沉積地層（圖2），其中最老地層為晚白堊世Taniwha組的陸相層序[34]，其上為分布廣泛的Rakopi組陸相砂、煤系地層和North Cape組濱海沉積[35]；古新世—始新世，盆內(nèi)充填了Kapuni群的陸相—淺海相煤和陸源碎屑沉積[29]，分別代表次生油氣源和原生儲集巖[36]；漸新世—早中新世，盆內(nèi)充填了廣泛沉積的鈣質(zhì)泥、石灰?guī)r和少量Ngatoro群的碎屑巖[37]，指示海平面在不斷上升，研究區(qū)從淺海沉積過渡為半深海沉積；中中新世，盆內(nèi)充填以深海重力流和泥巖為主的碎屑沉積；晚中新世—現(xiàn)今，研究區(qū)海平面逐漸下降，形成以陸架—陸坡泥質(zhì)沉積、陸坡重力流沉積等為主的沉積組合，盆地東北部和中部的局部地層發(fā)育火山巖和火山碎屑沉積物[29]。

研究目的層段為中中新統(tǒng)，受澳大利亞—太平洋板塊轉(zhuǎn)換邊界的演化（阿爾卑斯斷裂）影響，中中新世盆內(nèi)陸源碎屑沉積物供給逐漸增加，陸架邊緣向西外擴[38]，結(jié)束了先前不斷上升的海平面變化趨勢，海退層序開始，研究區(qū)開始發(fā)育大規(guī)模深水水道等重力流沉積。

1.3 研究數(shù)據(jù)及方法

本文研究數(shù)據(jù)為新西蘭Anadarko公司于2011年10月23日至12月6日期間獲得的三維地震勘探數(shù)據(jù)，并于2013 年2 月由ION 地球物理公司所處理（NZP&M石油報告可從www.nzpam.govt.nz獲?。?。該三維地震數(shù)據(jù)體的垂直采樣間隔為4 ms （TWT），處理面元為25 m×25 m，主頻近35 Hz，地震波傳播速度約為1 850 m/s，故垂直分辨率約為13 m[39]，能夠滿足此次研究的需要。

本研究利用沿層切片及地震屬性提取等地震解釋技術(shù)，追蹤并解釋了目的層段頂、底部連續(xù)性較好的地震同相軸，在頂、底界之間生成若干切片，并順層提取地震屬性（如RMS振幅屬性、方差屬性等）生成屬性平面圖像。綜合不同切片處剖面地震反射特征及平面形態(tài)變化特征，選定底界面之上40 ms、140 ms、220 ms 及280 ms 位置處的切片（記作Slice1-5，即S1～S5）作為本次研究的典型切片。方差屬性能清晰識別深水水道與周圍遠洋沉積邊界，憑借沿層方差切片成像，刻畫水道的整體輪廓。由于本次研究缺少相關(guān)鉆測井資料，但結(jié)合現(xiàn)有研究，振幅屬性能較好反映水道充填沉積物的特征——振幅較強時反映偏砂相沉積，振幅較弱時反映偏泥相沉積[40]，故借此可分析目標水道體系內(nèi)充填沉積物性質(zhì)，進而分析其內(nèi)部流體特征。剖析不同區(qū)域的典型地震剖面，根據(jù)識別出的復(fù)合水道侵蝕界面，劃分水道發(fā)育期次，描述水道沉積特征。利用地震剖面與沿層屬性切片成像的交互顯示，刻畫各期復(fù)合水道平面形態(tài)特征，探究其沉積演化過程及主控因素。

2 深水水道體系的發(fā)育期次及沉積特征

新西蘭深水Taranaki盆地中中新統(tǒng)發(fā)育一套大型水道體系，分別在其上、中、下游區(qū)域各生成一條典型地震剖面，剖面中可識別水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并觀察到存在多期次切割—旋回疊置（圖1c、圖3）。

根據(jù)地震剖面中識別出的復(fù)合水道侵蝕界面，目標水道體系的發(fā)育可劃分為5期，即殘余部分沉積結(jié)構(gòu)的復(fù)合水道Ⅰ、橫向遷移運動的復(fù)合水道Ⅱ、垂向疊置運動的復(fù)合水道Ⅲ、富泥雜亂充填的復(fù)合水道Ⅳ及零散分布的復(fù)合水道Ⅴ（圖3）。復(fù)合水道Ⅰ為早期水道的殘留部分，其頂?shù)状嬖诿黠@侵蝕特征。復(fù)合水道Ⅱ以側(cè)向遷移為主，垂向上基本無運動。復(fù)合水道Ⅲ以垂向疊置為主，伴隨著水道寬度增加和小幅度的偏移。復(fù)合水道Ⅳ與前3期水道存在差異，水道內(nèi)表現(xiàn)為弱反射侵蝕—充填結(jié)構(gòu)，且水道疊置和遷移特征不明顯，與早期水道發(fā)育位置相比發(fā)生明顯的深泓跳躍（圖3）。復(fù)合水道Ⅴ發(fā)育多條細小孤立分散水道，其流動軌跡已超出下切谷圍限。

3 深水水道體系的平面形態(tài)演化

各期次復(fù)合水道的平面形態(tài)差異較大，內(nèi)部單水道的遷移方式也有顯著不同。結(jié)合水道的沿層屬性切片（圖4，5）及不同區(qū)域的典型地震剖面（圖6），探究深水水道體系的平面形態(tài)演化過程（圖4～7）。

3.1 復(fù)合水道Ⅰ平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅰ遭后期水道破壞，目前僅殘存部分結(jié)構(gòu)（圖6）。通過方差屬性分析（圖4）和殘存水道拼接，恢復(fù)了復(fù)合水道Ⅰ未破壞前的平面形態(tài)，結(jié)果顯示復(fù)合水道Ⅰ平面形態(tài)相對順直且寬度變化不大（圖7a）。

3.2 復(fù)合水道Ⅱ平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅱ經(jīng)歷了對復(fù)合水道Ⅰ的侵蝕，深泓深度穩(wěn)定后水道以側(cè)向遷移擺動為主，其寬度不斷增加，整體呈高彎曲形態(tài)（圖4～7）。隨著單水道深泓線的橫向擺動，水道彎曲度逐漸增大，在方差屬性切片中可識別出多期單水道側(cè)向遷移（圖4b）。盡管復(fù)合水道Ⅱ以側(cè)向遷移為主，但研究區(qū)東部局部地區(qū)也存在單水道順水流方向的遷移運動（圖4b）。

3.3 復(fù)合水道Ⅲ平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅲ改變了先前單水道側(cè)向遷移的方式，整體以垂向加積疊置為主（圖4c），在水道高彎道處發(fā)生截彎取直作用，形成廢棄水道，而單水道寬度也由下向上逐漸增加，且彎曲度逐漸減?。▓D6、圖7c）。

3.4 復(fù)合水道Ⅳ的平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅳ與前3期強反射復(fù)合水道不同，其內(nèi)部充填呈弱振幅反射，代表水道內(nèi)的充填沉積為偏泥相（圖5），且其平面形態(tài)相對順直（圖7d）。復(fù)合水道Ⅲ消亡后，其早期形成的沉積空間未被完全填平（圖3），當新的低密度重力流活動時，重力流仍優(yōu)先流經(jīng)先存的低洼帶形成新的沉積物通道。

3.5 復(fù)合水道Ⅴ的平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅴ包括多條零散的細小單水道，發(fā)育于復(fù)合水道Ⅳ之上的深海泥質(zhì)沉積。復(fù)合水道Ⅴ整體不受先前沉積空間限制，單水道呈分布雜亂且形態(tài)各異的特征。方差屬性切片中識別出兩條形態(tài)較清晰且運動方向不同的水道：水道Ⅴ-1呈相對順直的平面形態(tài)，水道Ⅴ-2呈高彎曲平面形態(tài)，且兩條單水道在水道體系的下游發(fā)生匯聚（圖7e）。

4 深水水道體系的沉積演化

深水水道的沉積演化一直是深水沉積領(lǐng)域內(nèi)研究的重難點。McHargue et al.[41]提出水道—堤岸復(fù)合體存在4個演化階段，即水道下切侵蝕、低加積速度下以側(cè)向遷移為主的水道疊置運動、中等加積速度下的無序演化及高加積速度下的有序演化。結(jié)合前文對目標水道體系發(fā)育期次及平面形態(tài)的分析，認為前4期復(fù)合水道是有序的演化過程，而復(fù)合水道Ⅴ則是無序演化。無論是有序或無序的水道演化，各期次復(fù)合水道的演化會經(jīng)歷初期下切侵蝕、中期充填沉積及末期填平消亡等3個階段（圖8）。

復(fù)合水道Ⅰ遭受后期復(fù)合水道Ⅱ的侵蝕破壞，僅殘余部分沉積結(jié)構(gòu)，因此無法了解其具體的運動過程。通過識別殘余沉積結(jié)構(gòu)的地震反射特征，復(fù)合水道Ⅰ在初期下切侵蝕階段主要表現(xiàn)為水道深度的加深和寬度的增大，中期充填沉積階段則以底部強振幅沉積、頂部雜亂弱振幅沉積為主要特征。當重力流活動停歇時，水道頂部逐漸沉積弱反射深海泥質(zhì)沉積。依據(jù)復(fù)合水道Ⅰ的侵蝕邊界與深海泥質(zhì)充填之間的位置關(guān)系（圖3，7），水道初期下切侵蝕階段形成的沉積空間已被填平，這也標志著復(fù)合水道Ⅰ的消亡。

復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ是演化過程最為復(fù)雜的兩個期次，其初期下切侵蝕階段與復(fù)合水道Ⅰ類似，主要差異體現(xiàn)在中期充填沉積階段。復(fù)合水道Ⅱ以側(cè)向遷移運動為特征，在中上游區(qū)域水道的側(cè)向移動距離較短、平面彎曲程度較小，而在下游區(qū)域內(nèi)水道側(cè)向移動距離較長且平面形態(tài)彎曲度增大（圖3～5）。復(fù)合水道Ⅲ則是以垂向疊置運動為特征，在中上游區(qū)域內(nèi)水道表現(xiàn)為垂向疊置（圖3a，b），而下游區(qū)域的水道則表現(xiàn)為垂向偏移—疊置運動，即存在向復(fù)合水道軸部方向偏移的趨勢（圖3c）。末期填平消亡階段，水道以充填深海泥質(zhì)沉積為特征，但由于復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ在初期下切侵蝕階段形成沉積空間規(guī)模較大，末期填平消亡階段所充填的沉積物無法填平該沉積空間，造成目標水道體系仍具有負地形特征。

隨后發(fā)育的復(fù)合水道Ⅳ，將繼續(xù)沿著負地形運動。據(jù)地震剖面中識別出的水道侵蝕界面（圖3），復(fù)合水道Ⅳ仍具備下切侵蝕能力。復(fù)合水道Ⅳ的內(nèi)部充填沉積在RMS振幅屬性沿層切片呈弱振幅反射特征，代表其內(nèi)部充填沉積物多為偏泥相（圖5d）。復(fù)合水道Ⅳ發(fā)育至末期填平消亡階段，大量深海泥質(zhì)沉積沉降，將早期形成的沉積空間填平，這也標志著目標水道體系負地形特征的消失。當新一期重力流活動發(fā)育時，水道發(fā)育至最后期次——復(fù)合水道Ⅴ。由于負地形的消失，復(fù)合水道Ⅴ的運動范圍相較前4期復(fù)合水道有所增大，并發(fā)育多條分布雜亂、形態(tài)各異的單水道（圖4，5）。這些單水道雖下切深度較淺、寬度較窄，整體規(guī)模較小，但仍表明單水道在發(fā)育初期具備下切侵蝕的能力。然而，受地震分辨率影響，對單水道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征難以進行刻畫，但能夠觀察到單水道的剖面形態(tài)多呈“V”型或“U”型（圖3）。相較早期復(fù)合水道而言，這些單水道的形成意味著此時期重力流活動偏弱，會因后續(xù)重力流沉積物供給的不足而逐漸被深海泥質(zhì)沉積披覆，進而消亡。

5 控制因素分析

5.1 早期水道結(jié)構(gòu)對后期水道發(fā)育環(huán)境限制程度的影響

復(fù)合水道Ⅰ為目標水道體系中發(fā)育最早的一期水道，在復(fù)合水道Ⅰ進入消亡階段后，頂部沉積了較厚層的深海泥質(zhì)沉積物（圖3，8），充填了先前下切侵蝕形成的負地形。因此，復(fù)合水道Ⅰ對后期水道發(fā)育環(huán)境的限制程度基本未造成影響。

后期發(fā)育的復(fù)合水道Ⅱ?qū)υ缙趶?fù)合水道Ⅰ產(chǎn)生強烈的侵蝕破壞，在地震剖面中僅能識別出復(fù)合水道Ⅰ的部分殘余結(jié)構(gòu)，復(fù)合水道Ⅰ、Ⅱ之間也可識別出明顯的侵蝕界面（圖3，8）。由于復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ的強下切侵蝕所形成的大規(guī)模沉積空間，使水道整體處于強限制性環(huán)境中，重力流被限制在水道內(nèi)部，流體溢岸沉積等基本不發(fā)育。

復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ消亡之后，早期形成的沉積空間并沒有充填足夠的沉積物使其被完全填平（圖3、8），目標水道體系仍具有負地形特征，其發(fā)育環(huán)境的限制性僅由強變?nèi)?。負地形的存在使后期的?fù)合水道Ⅳ繼續(xù)沿著低洼地帶運動，根據(jù)RMS振幅屬性沿層切片，推測復(fù)合水道Ⅳ內(nèi)重力流沉積物多為偏泥相，并具有一定的下切侵蝕強度，在地震剖面中也能識別出復(fù)合水道Ⅳ的侵蝕界面（圖3）。復(fù)合水道Ⅳ消亡后，在其頂部識別出的大量深海泥質(zhì)沉積已將早期沉積空間填平，使目標水道體系的發(fā)育環(huán)境由限制性轉(zhuǎn)變?yōu)榉窍拗菩浴ｋS后的復(fù)合水道Ⅴ發(fā)育在非限制性環(huán)境中，新一期重力流的橫向活動范圍大大增加，形成了多條下切深度相對較淺的單水道，并具有雜亂分布、平面形態(tài)各異的特征。

5.2 重力流規(guī)模及能量的變化

深水水道發(fā)育過程中，沉積物重力流會對水道的沉積演化、幾何形態(tài)變化產(chǎn)生重要影響，重力流規(guī)模及能量的變化會造成水道的規(guī)模及形態(tài)差異。本文目標水道體系受到重力流規(guī)模及能量變化影響，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是在復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ的發(fā)育過程中，水道高彎道位置處發(fā)生了截彎取直作用，其平面形態(tài)由高彎曲轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬樦?；二?期復(fù)合水道的規(guī)模存在較大差異。

前文在刻畫水道平面形態(tài)變化時，發(fā)現(xiàn)在復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ的發(fā)育過程中，一個高彎度的水道彎道處發(fā)生截彎取直作用，原先的高彎道被廢棄（圖4，5）。結(jié)合前人研究成果，造成該現(xiàn)象的原因除了受水道彎道自身彎曲度過大影響之外，重力流規(guī)模及能量在高彎道處發(fā)生突然變化可能也是造成該現(xiàn)象的原因[42]。

目標水道體系在發(fā)育過程中所形成的5期復(fù)合水道，其規(guī)模由大至小分別為：復(fù)合水道Ⅱ、復(fù)合水道Ⅲ、復(fù)合水道Ⅰ、復(fù)合水道Ⅳ、復(fù)合水道Ⅴ（圖3）。各期次復(fù)合水道的沉積演化過程可分為初期下切侵蝕、中期充填沉積及末期填平消亡等3 個階段（圖8）。深水水道初期下切侵蝕階段，往往是重力流最活躍的時期，復(fù)合水道內(nèi)物源供給充足，重力流規(guī)模及能量均處于最大值，其內(nèi)部流體以下切侵蝕作用為主，可強烈破壞下伏地層，此階段重力流可能發(fā)生過路不留；而水道發(fā)育至中期充填沉積及末期填平消亡等階段，重力流的規(guī)模及能量減弱，從而導(dǎo)致水道內(nèi)粗粒沉積物開始沉降，直至水道頂部沉積深海泥質(zhì)沉積物而消亡。重力流規(guī)模及能量的變化可能是導(dǎo)致不同期次復(fù)合水道寬度、下切深度等差異的主要因素。重力流的規(guī)模大、能量強時，此時會發(fā)育Ⅰ、Ⅱ期復(fù)合水道，復(fù)合水道的下切深度及寬度較大，易形成強限制性的水道發(fā)育環(huán)境；當重力流對下伏地層的侵蝕能力變?nèi)鯐r，此時會發(fā)育Ⅲ、Ⅳ期復(fù)合水道，水道發(fā)育環(huán)境的限制性由強變?nèi)酰约臃e作用為主，水道內(nèi)部碎屑物質(zhì)開始大量沉降；當重力流活動發(fā)育在非限制環(huán)境中時，此時會發(fā)育Ⅴ期復(fù)合水道，由于水道的運動范圍不受限制，所形成的多條單水道在空間上分布較為雜亂，并且不同單水道間的形態(tài)差異較大。

6 結(jié)論

（1） 根據(jù)地震剖面中識別出的復(fù)合水道侵蝕界面，目標水道體系可劃分為5個發(fā)育期次，即殘余部分結(jié)構(gòu)的復(fù)合水道Ⅰ、側(cè)向擺動的復(fù)合水道Ⅱ、垂向疊置的復(fù)合水道Ⅲ、富泥充填的復(fù)合水道Ⅳ及零散分布的復(fù)合水道Ⅴ。

（2） 通過沿層屬性切片及地震剖面分析，復(fù)合水道Ⅰ、Ⅳ整體呈相對順直的平面形態(tài)；復(fù)合水道Ⅱ多為橫向遷移運動，并表現(xiàn)出高彎曲的平面形態(tài)；復(fù)合水道Ⅲ多為垂向疊置運動，水道依舊表現(xiàn)為彎曲平面形態(tài)；復(fù)合水道Ⅴ發(fā)育多條零散的單水道，空間上分布零散且形態(tài)各異。

（3） 各期次復(fù)合水道的沉積演化過程可劃分為3個階段，即水道的初期下切侵蝕、中期充填沉積及末期填平消亡。復(fù)合水道在初期下切侵蝕階段表現(xiàn)為水道下切深度增大及寬度的增加，末期填平消亡階段表現(xiàn)為深海泥質(zhì)沉積的沉降，但在中期充填沉積階段各期次復(fù)合水道的沉積特征差異最大。

（4） 深水水道沉積演化過程受多種因素的綜合控制。早期水道沉積結(jié)構(gòu)會控制后期水道發(fā)育環(huán)境的限制性，復(fù)合水道Ⅰ～Ⅳ整體處于限制性環(huán)境中，其演化是一個有序的過程，而復(fù)合水道Ⅴ處于非限制性環(huán)境中，經(jīng)歷了一個無序的演化過程。另外，重力流規(guī)模及能量的變化會影響各期次復(fù)合水道的發(fā)育規(guī)模。