尼日爾Term it盆地上白堊統(tǒng)M adam a組地震相識別與沉積相演化分析

劉若涵，姜在興，王旭影，湯望新，劉超，高藝

（中國地質大學（北京）能源學院）

尼日爾Term it盆地上白堊統(tǒng)M adam a組地震相識別與沉積相演化分析

劉若涵，姜在興，王旭影，湯望新，劉超，高藝

（中國地質大學（北京）能源學院）

以層序地層學及沉積學理論為指導，綜合運用測井、錄井以及地震資料，將尼日爾Termit盆地上白堊統(tǒng)Madama組劃分為一個三級層序（MS），并進一步識別出低位體系域、海侵體系域以及高位體系域。在等時層序地層格架內，識別出前積反射地震相、河道充填反射地震相、平行-亞平行反射地震相以及雜亂反射地震相等四種類型，并識別出辮狀河三角洲的沉積相類型。認為層序MS的低位體系域主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相，高位體系域則主要發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相。Madama組整體表現(xiàn)為一個海退的沉積演化過程。

尼日爾；Termit盆地；上白堊統(tǒng)；Madama組；沉積相；地震相；沉積演化

Termit盆地是中西非裂谷系中典型的中、新生代裂谷盆地［1］。受構造背景的影響，Termit盆地經歷了前裂谷期、同裂谷期和后裂谷期三個階段。其中，晚白堊世在熱沉降背景下，盆地中心最大沉積厚度超過12000m。早在1970年，一些石油公司就對該盆地進行了油氣勘探。目前工區(qū)內已部署二維地震約26 000 km、完鉆探井52口，勘探結果表明，在Termit盆地白堊系油氣顯示豐富。前人對Termit盆地的研究主要以古近系為目的層，且多注重分析研究區(qū)的區(qū)域構造演化與沉積背景、石油地質特征及油氣資源潛力等方面［2-9］。在層序地層劃分方面，前人認為上白堊統(tǒng)Madama組作為一個三級層序，幾乎只發(fā)育低位體系域，僅在Madama組頂部發(fā)育極薄的海侵體系域［10］；在沉積相認識方面，將Madama組整套地層簡單地歸結為辮狀河沉積，但尚未有系統(tǒng)的認識和論述［2-6］。Madama組作為白堊系烴源巖與古近系儲層的重要油氣通道［6］，但由于對其地層展布與沉積相類型上的認識局限性，制約了上白堊統(tǒng)有利砂體的預測以及進一步的勘探部署工作。

本文以層序地層學及沉積學的相關理論為指導，以錄井、測井以及地震相的分析為手段，試圖建立起Termit盆地上白堊統(tǒng)Madama組的等時層序地層格架，并系統(tǒng)地分析該層段沉積相的類型、平面分布及沉積演化特征，以期為有利砂體的展布預測及下一步的油氣勘探提供有利的依據。

1 區(qū)域地質概況

Termit盆地位于尼日爾的東南部（圖1a），向南可延伸至乍得［11］。北端以Agadez為界與Tefidet、Tenere、Grein、Kafra盆地相接，向南與Bornu盆地相鄰（圖1a）。盆地發(fā)育于前泛非期變質帶基底之上，呈NW—SE向延伸，南北長約300 km，東西寬最窄處(在北端)約60 km，在南端最寬處約110 km，面積約30 000 km2。結合構造演化特征與構造樣式差異，可以將Termit盆地劃分為十個構造單元［12］，分別為Termit西臺地、Dinga斷階、Dinga凹陷、Araga地塹、Termit東臺地、Yogou東斜坡、Fana低凸起、Moul凹陷、Trakes東斜坡及Soudana隆起（圖1b）。

Termit盆地上白堊統(tǒng)自下而上發(fā)育Donga組、Yogou組以及Madama組，上覆古近系Sokor組（圖2）。其中,Donga組和Yogou組海相泥巖為研究區(qū)的主力烴源巖，古近系Sokor組為有效的蓋層。上白堊統(tǒng)沉積時期，Termit盆地經歷了短暫的裂谷作用，之后開始了長時間的熱沉降，斷裂活動較弱，總體上以坳陷作用為主。本次研究目的層Madama組沉積早期，研究區(qū)內的構造擠壓作用使盆地整體抬升，相對海平面下降，盆地沉積了厚層的Madama組砂巖。該層段層序發(fā)育較為穩(wěn)定，層序最大厚度位于Dinga凹陷及Moul凹陷，向盆地東西兩側逐漸減?。▓D2）。Madama組在鉆井中（如Dbl-1井，圖3）巖性粒度較粗，上部以中砂巖、礫巖為主，偶夾灰色的泥巖薄層；下部則以砂巖與泥巖的薄互層為主，偶夾薄層礫巖?？傮w上，自下而上呈粒度逐漸變粗的反序列旋回。

圖1 尼日爾Termit盆地位置及構造單元劃分（圖1a據文獻［11］修改，圖1b據文獻［2-3,12］修改）

圖2 尼日爾Termit盆地SW-NE向A-A′地層構造剖面圖剖面位置見圖1b

圖3 尼日爾Termit盆地Dbl-1井Madama組沉積相柱狀圖鉆井位置見圖1b

2 層序地層劃分方案

由于尼日爾Termit盆地處于勘探初期，巖心及分析化驗資料缺乏，故本次研究主要通過測井層序邊界和地震層序邊界的識別，并且通過井震結合，在地震剖面上進行層序劃分和對比，較為準確地識別出了研究區(qū)層序邊界所對應的層序地層界面，最終建立了層序地層格架。本文首先識別出了初次海泛面與最大海泛面，進而將Termit盆地上白堊統(tǒng)Madama組劃分為一個三級層序（MS），并將該三級層序進一步劃分出低位體系域（LST）、海侵體系域（TST）和高位體系域（HST）（圖2，圖3）。

3 沉積相標志

結合大的區(qū)域沉積背景，并通過分析該層段的巖性旋回及測井曲線特征，以及地震反射特征，識別出辮狀河三角洲的沉積相類型（且以辮狀河三角洲平原及辮狀河三角洲前緣亞相為主）。

3.1 辮狀河三角洲平原

辮狀河道巖性較粗，多以灰色中砂巖、粗砂巖以及砂礫巖為主，偶夾深灰色的泥巖薄層（圖4）。巖性組合在縱向上呈下粗上細的正旋回，指示河道沉積的特征，且底部礫石多表現(xiàn)為辮狀河道滯留沉積。測井響應多為箱狀結構。地震資料品質較差，同相軸多呈短連續(xù)、雜亂反射，有明顯的下切充填反射特征，地震剖面上呈透鏡狀，反映出一種高能水動力環(huán)境，以及多期辮狀河道疊加、頻繁改道遷移的特征。

圖4 尼日爾Termit盆地Madama組沉積相標志代表井位置見圖1b

心灘在河床突然加寬處，由于河水流速降低，在河底形成兩股相向的底流作用，向兩岸侵蝕，而在河床底部堆積，逐漸形成心灘。此沉積微相的巖性以中—細砂巖為主，砂體頂部一般有“落淤層”存在。沉積韻律性不明顯，但仍然可以識別出向上變細的正粒序。測井曲線以箱形、齒化箱形、箱形-鐘形疊加為主（圖4），電阻率曲線幅度差較大。地震剖面上表現(xiàn)為強振幅、同相軸穩(wěn)定、連續(xù)性較強的特征。

3.2 辮狀河三角洲前緣

主要分布在層序MS的低位體系域中，與辮狀河三角洲平原相比，該體系域粒度較細，泥巖含量增加。地震剖面上也表現(xiàn)為同相軸連續(xù)性增強，且在底界面處可清楚識別出前積反射結構，這也進一步證明了辮狀河三角洲前緣的發(fā)育，而非單一的辮狀河道沉積。辮狀河三角洲前緣主要發(fā)育水下分流河道、河口壩及分流河道間泥三種沉積微相。

水下分流河道辮狀河三角洲前緣亞相中，水下分流河道是三角洲平原河道在水下的延伸部分，也是辮狀河三角洲的主體之一，沉積物粒度較細，多以深灰色泥巖、灰色粉砂巖及細—中砂巖為主，其他沉積特征與辮狀河道極為相似。巖性整體向上粒度變細，單砂體厚度減薄，測井曲線上常表現(xiàn)為齒化的鐘形（圖4）。其中，測井曲線的正韻律指示河道沉積，并反映出向上水動力減弱的過程，多個鐘形疊加代表了水下分流河道的改道遷移。地震剖面上則呈底凹頂平的透鏡狀，或是多個透鏡狀的疊加，但規(guī)模較小。

河口壩粒度較辮狀河道細，主要為粉砂巖、細砂巖、細—中砂巖。底部為泥巖，頂部為砂巖。沉積韻律有向上變粗的反粒序和向上變細的正粒序，或是正粒序和反粒序的結合，研究區(qū)可見多期多層疊置或泥巖分隔。測井曲線以指狀或漏斗狀為主，或是二者的疊加（圖4）。地震剖面表現(xiàn)為強振幅、同相軸較連續(xù)的特征。河口壩位于水下分流河道的河口處，由于海水的沖刷和顛簸作用，使泥質物質被帶走，因此研究區(qū)的河口壩沉積物多由分選較好的細砂和粉砂組成。

分流河道間泥粒度較細，灰色泥巖，夾砂巖、粉砂巖薄層，炭質頁巖為此微相的典型特征。沉積韻律性不明顯。測井曲線以齒狀或指狀為主。地震剖面上，同相軸連續(xù)性好，呈平行反射特征。

2%氧化鑭溶液：稱取25 g氧化鑭(純度>99.99%)，加75 mL鹽酸于1000 mL容量瓶中，加去離子水稀釋至刻度。

4 典型地震相的識別

由于研究區(qū)鉆井較少，且多分布在凹陷區(qū)的邊緣，Dinga凹陷內部無井鉆穿，因此在等時層序地層格架內進行地震相的識別，對于進一步認識研究區(qū)發(fā)育的沉積相具有十分重要的意義。本次地震相識別過程中，嚴格遵循以下四個方面的原則［13］：（1）能量匹配原則，即代表高能環(huán)境的反射結構和外形，不能與代表低能環(huán)境的反射結構和外形匹配，反之亦然；（2）以巖心相為準：即進行地震相解釋時應盡可能結合鉆井資料，用鉆井的巖心相標定對應的地震相；（3）沉積體系匹配準則，包括沉積相類型的排列方式和沉積相排列的方向性兩個方面；（4）沉積演化史匹配準則，從一個層序（或亞層序）到另一個層序（或亞層序）的地震相分布應遵循沉積環(huán)境演化規(guī)律。同時以沉積環(huán)境和巖相意義較為明確的特殊地震相的識別為突破口，利用地震反射內部結構和外部形態(tài)來描述目的層段的地震相類型。通過地震相的分析，建立起了地震相與沉積相的對應關系，提高了沉積相識別的精度，為砂體的展布分析提供了有利依據。

圖5 尼日爾Termit盆地典型地震剖面解析剖面測線AD0928，位置見圖1b

圖6 尼日爾Termit盆地Madama組主要地震相類型地震測線位置見圖1b

本次研究認為，Termit盆地上白堊統(tǒng)Madama組主要發(fā)育前積反射地震相、河道充填地震相、平行-亞平行反射地震相以及雜亂反射地震相（圖5，圖6）。

4.1前積反射地震相

研究區(qū)發(fā)育S形前積反射地震相（圖6a），且根據拐點可以劃分出較薄的頂積層（水平狀）和底積層（水平狀），以及較厚的前積層（傾斜狀）。頂積層的發(fā)育表明在盆地邊緣有垂向加積作用，前積層及底積層的發(fā)育則表明在盆地的斜坡以及內部具有前積作用。

該類型的地震相類型主要發(fā)育于層序MS的低位體系域，從Dinga凹陷的東西兩側向Dinga凹陷內部均有明顯的前積反射特征，這也進一步說明研究區(qū)的物源分別來自于盆地的東西兩側，而并非單一的東部物源。

4.2 河道充填反射地震相

該地震相的典型標志是“頂平底凹”（圖6b），向下侵蝕充填于下伏地層之中。該類型的沉積相多發(fā)育于層序MS的高位體系域，地震剖面上有一個清楚的下凹底界，河道充填以短連續(xù)、弱振幅為主，研究區(qū)的河道充填地震相多呈北東—南西向展布。

4.3 平行—亞平行反射地震相

該反射結構以反射層平行或微微起伏為主要特征（圖6c），多代表一種穩(wěn)定勻速的沉積背景。研究區(qū)內該地震相類型發(fā)育較少，僅在層序MS的低位體系域及海侵體系域中發(fā)育，如在水體最深的Dinga凹陷中部。

4.4 雜亂反射地震相

研究區(qū)內該地震相表現(xiàn)為弱—中振幅、差連續(xù)，反射同相軸呈雜亂狀（圖6d）。雜亂地震相可以是地層受到劇烈變形、破壞了連續(xù)性之后造成的，也可以是在變化不定、相對高能環(huán)境下沉積體的反映。在本研究區(qū)內，雜亂地震相多發(fā)育于層序MS的高位體系域及低位體系域中靠近物源的兩側，多在辮狀河三角洲平原所處的高能環(huán)境下沉積形成。

5 沉積相展布及演化

低位體系域時期（圖7），在層序MS中水體相對較深，此時來自于盆地東北和西南兩個方向的物源［12，14］，不斷向盆地內部推進。此時盆地兩側發(fā)育辮狀河三角洲沉積，且主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相?？拷璧貎炔?，水體逐漸加深，依次發(fā)育半深海相和深海相沉積（圖7，圖8a）。并推測在Dinga凹陷的中心，可能發(fā)育海底扇沉積，同時在其他區(qū)域可發(fā)育濁積巖沉積（圖7）。

圖7 尼日爾Termit盆地Madama組低位體系域沉積相平面圖

海侵體系域時期（圖9），水體進一步加深。此時盆地兩側的辮狀河三角洲發(fā)生退積，規(guī)模減小。研究區(qū)大部分區(qū)域以半深海沉積為主（圖9，圖8b），Dinga凹陷中心一線發(fā)育深海相（圖9）。

高位體系域時期（圖10），海水幾乎完全退出研究區(qū)。此時來自東北方向的物源不斷向盆地內部推進。沉積物粒度較粗，沉積厚度較大，且該時期已基本將Dinga凹陷填平。研究區(qū)大部分區(qū)域以辮狀河三角洲平原亞相為主（圖10，圖8c），僅在西南側發(fā)育較小規(guī)模的濱淺海沉積（圖10）。

6 結論

（1）尼日爾Termit盆地Madama組整體可以劃分為一個三級層序（MS），并可進一步識別出低位體系域、海侵體系域和高位體系域。

（2）在研究區(qū)內識別出了辮狀河三角洲平原亞相和辮狀河三角洲前緣亞相，其中辮狀河三角洲平原亞相多分布在層序MS的高位體系域，發(fā)育辮狀河道和心灘兩種沉積微相；辮狀河三角洲前緣多分布在層序MS的低位體系域，發(fā)育水下分流河道、河口壩以及分流河道間泥三種沉積微相。

圖8 尼日爾Termit盆地Madama組沉積演化模式圖

圖9 尼日爾Termit盆地Madama組海侵體系域沉積相平面圖

圖10 尼日爾Termit盆地Madama組高位體系域沉積相平面圖

（3）通過全區(qū)二維地震測線識別出了四種地震相，分別是：前積反射地震相、河道充填反射地震相、平行-亞平行反射地震相以及雜亂反射地震相。

（4）研究區(qū)Madama組整體表現(xiàn)為一個海退的過程。低位體系域時期水體較深，發(fā)育辮狀河三角洲前緣、半深海以及深海沉積；至高位體系域時期，海水幾乎完全退出研究區(qū)，全區(qū)覆蓋辮狀河三角洲平原沉積。

［1］Guiraud R,Binks R M,Fairhead JD.Chronology and geodynamic setting of Cretaceous-Cenozoic rifting in West and Central Africa［J］.Tectonophysics,1992,213(1/2):227-234.

［2］劉邦，潘校華，萬侖坤，等.東尼日爾盆地海侵的微體古生物和地球化學證據［J］.現(xiàn)代地質，2011，25(5):995-1006.

［3］劉邦，潘校華，萬侖坤，等.東尼日爾盆地Tenere坳陷上白堊統(tǒng)海相烴源巖評價及勘探潛力［J］.海相油氣地質，2012，17(1): 29-34.

［4］劉邦，潘校華，萬侖坤，等.東尼日爾Termit盆地疊置裂谷的演化:來自構造和沉積充填的制約［J］.現(xiàn)代地質，2012，26（2）: 317-325.

［5］劉邦，潘校華，萬侖坤，等.東尼日爾Termit盆地構造演化及古近系油氣成藏主控因素［J］.石油學報，2012，33(3):394-403.

［6］薛良清，萬侖坤，毛鳳軍，等.東尼日爾盆地Termit坳陷油氣富集規(guī)律及Dibeilla-1井發(fā)現(xiàn)的意義［J］.中國石油勘探，2012，10(4):53-59.

［7］呂明勝，薛良清，蘇永地，等.裂谷作用對層序地層充填樣式的控制——以西非裂谷系Termit盆地下白堊統(tǒng)為例［J］.吉林大學學報:地球科學版，2012，42(3):647-656.

［8］付吉林，孫志華，劉康寧.尼日爾Agadem區(qū)塊古近系層序地層及沉積體系研究［J］.地學前緣，2012，19(1):58-67.

［9］付吉林，康榮，姜在興，等.尼日爾Agadem區(qū)塊中—新生代儲層微觀特征分析［J］.河南理工大學學報：自然科學版，2013，32 (3):285-292，297.

［10］劉康寧.尼日爾Termit拗陷白堊系層序地層、沉積體系與有利儲層預測研究［D］.北京:中國地質大學(北京)，2012:1-127.

［11］Genik G J.Petroleum geology of Cretaceous-Teriary rift basins in Niger,Chad,and Central African Republic［J］.AAPG Bulletin, 1993,77(8):1405-1434.

［12］毛鳳軍，劉若涵，劉邦，等.尼日爾Termit盆地及其周緣晚白堊世古地理演化［J］.地學前緣，2016，23(3):186-197.

［13］劉震，張功成，呂睿，等.南海北部深水區(qū)白云凹陷漸新世晚期多物源充填特征［J］.現(xiàn)代地質，2010，24(5):900-909.

［14］Genik G J.Regional framework,structural and petroleum aspects of rift basins in Niger,Chad and the Central African Republic(C.A.R)［J］.Tectonophysics,1992,213(1/2):169-185.

編輯：黃革萍

Seism ic Facies Identification and Sedimentary Facies Analysis in Upper Cretaceous M adama Formation, Term it Basin,Niger

Liu Ruohan，Jiang Zaixing，Wang Xuying，Tang Wangxin，Liu Chao，Gao Yi

On the basis of logging data and seism ic data,the Madama Formation of Upper Cretaceous in Term it Basin in Niger was interpretated as a third-order sequence,w hich includes a low stand system tract(LST),a transpressive system tract(TST)and a highstand system tract(HST).In this study,fourmajor seism ic facies (progradational seismic facies,channel filling seismic facies,parallel to subparallel reflection seismic facies and clutter reflection seism ic facies)and one sedimentary facies(braided river delta)have been identified.The LST mainly developed the braided river delta front,the HST mainly developed the braided river delta plain,and the sedimentary evolution of Madama Formation is a regressive process as awhole.

Upper Cretaceous;Madama Formation;Sedimentary facies;Seismic facies;Sedimentary evolution; Term it Basin;Niger

TE121.3

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.02.008

1672-9854(2017)-02-0059-08

2016-01-08；改回日期：2016-12-25

本文受“十二五”國家科技重大專項“重點油氣勘探新領域儲層地質與評價”（編號：2011ZX05009-002）資助

劉若涵：女，1990年生，在讀博士研究生，從事層序地層學及沉積學方面的研究。通訊地址：100083北京市海淀區(qū)學院路29號中國地質大學（北京）；E-mail：lrhsuper@163.com

Liu Ruohan：PhD degree in progress at School of Energy Resources,China University of Geosciences(Beijing). Add:29 Xueyuan Rd.,Haidian Distict,Beijing,100083,China