李 全,吳 偉,康洪全,任世君，逄林安,楊 婷,蔡露露,劉小龍

[1.河南理工大學,河南 焦作 454000; 2.中海油研究總院,北京 100102; 3.油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249;4.中國石油 青海油田分公司采油三廠，青海 816400]

深水盆地沉積學研究是盆地動力學研究的關(guān)鍵問題之一[1],是當前全球油氣勘探與科學研究的前沿領(lǐng)域[2-3]。而深水水道體系是研究深水沉積學的主要對象,深水水道構(gòu)成、發(fā)育過程及其控制因素的研究是近年來深水水道體系研究的核心內(nèi)容[4-5]。深水水道體系是從陸架到深海沉積區(qū)“源-匯”系統(tǒng)的重要組成部分,是最主要的海底地貌要素,既作為陸源碎屑向深海輸送的主要通道,也是深水富砂體系沉積的主要場所[6-8]。其遷移的過程決定著水道復合體的整體沉積結(jié)構(gòu)[9-10]。水道發(fā)育過程中,垂向加積與橫向遷移程度的差異和多期的切割-充填組合形成了不同規(guī)模、不同形態(tài)的砂體復合體:側(cè)向遷移復合體,垂向加積復合體,復雜遷移復合體,這些疊置的復合體被認為是被動大陸邊緣盆地油氣勘探最重要的烴類儲層[11]。同時深水水道沉積包含著相鄰地區(qū)關(guān)鍵的沉積和氣候信息,因此,深水水道是油氣勘探家、沉積學家和古氣候?qū)W家長期關(guān)注的重點[12-15]。

近年來,隨著高分辨海底成像和高質(zhì)量三維地震數(shù)據(jù)體在深水沉積研究方面的應用,使得國內(nèi)外學者在深水水道-天然堤體系的充填演化,深水水道類型劃分、充填結(jié)構(gòu)、控制因素研究方面取得了顯著的進展[16-28]。Pirmez等研究表明深水水道為了達到平緩流暢、上凹水道形態(tài),需要不斷調(diào)整彎曲度、梯度、水道寬度和深度以響應流體流量和沉積物負載的變化,指出高彎曲水道梯度的變化與濁流流體強度的關(guān)系。Sylvester等開展了斜坡水道體系侵蝕界面與地貌演化、地層結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究,通過三維模擬提出海底水道-天然堤體系僅僅通過簡單的單一的水道侵蝕、遷移和疊加過程就能形成深水水道復合體系,這種單一水道多期遷移的充填-侵蝕過程不需要流體流量的變化[29]。鄭榮才等通過對白云凹陷珠江組深水扇砂質(zhì)碎屑流沉積學特征和識別標志分析,提出深水扇中廣泛發(fā)育的厚層塊狀砂巖主要屬于砂質(zhì)碎屑流沉積的新認識,建立了“源-渠-匯”耦合關(guān)系的深水扇砂質(zhì)碎屑流沉積模式[30]。Wu等通過對瓊東南盆地中央峽谷陵水段充填過程研究,識別出6類沉積要素,劃分5個演化階段,建立了完整的深水峽谷的沉積-充填序列,并探討了海平面變化、構(gòu)造活動、沉積供給對深水沉積結(jié)構(gòu)和沉積體系的控制作用[15]。陳宇航等探討了東非魯伍馬盆地漸新統(tǒng)深水水道-朵體沉積特征及控制因素,指出了水道、朵體等富砂深水沉積的受“冰室”氣候、物源供給等因素控制,著重分析了底流對漸新統(tǒng)水道-朵體沉積分布與演化的影響,建立了南極底流影響下的魯伍馬盆地漸新統(tǒng)深水水道-朵體的沉積模式[31]。

雖然近20年深水水道幾何形態(tài)識別,內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖,水道疊置關(guān)系及控制因素的研究成果豐富。但大量學者對深水水道沉積過程、沉積作用和沉積模式的理解還莫衷一是。由于水道下切,垂向加積,側(cè)向遷移長期交互錯綜復雜,形成深水系統(tǒng)形式多樣,目前還沒有單一相模式能夠解釋復雜深水環(huán)境下的所有變化[32]。因此我們需要對不同深水環(huán)境下沉積作用、充填過程和砂體分布進行精細研究,重構(gòu)水道的充填演化過程,尤其是水道復合體的形成過程,實現(xiàn)對深水砂巖儲層勘探的準確預測。

然而,由于常規(guī)地震資料分辨率的限制,傳統(tǒng)的地震解釋難以識別出多期次水道復合體空間充填演化的過程。雖然近年來,隨著地震采集技術(shù)的進步,地震分辨率不斷提高,加以地震地貌學的發(fā)展,深水水道的沉積要素和沉積細節(jié)被更加精細的刻畫出來[33-34],同時,水槽實驗和流體動力學模擬研究取得的進展,極大的改善了我們對于深水水道沉積充填過程和動力學機制的理解[35]。但是由于深水沉積不具備直接監(jiān)測和觀察的特點,實驗室的模擬無法完全反應深水沉積環(huán)境,因此重力流水道的侵蝕-充填過程響應、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成因機制一直是探討的熱點問題。

前人對下剛果盆地中新統(tǒng)深水水道開展過大量研究,進行了沉積體系識別、水道類型劃分和分類研究[36-37],但早期的研究工作基于三級層序地層格架內(nèi),沒有討論過在四級層序格架約束下應用3D地震資料研究深水水道復合體的沉積充填演化過程,而這一研究對于恢復深水水道復合體的發(fā)育過程和預測砂體至關(guān)重要。

本文綜合應用中海油剛果國家A區(qū)塊2 000 km2三維地震資料,3口深水鉆、測井資料建立了下剛果盆地中新統(tǒng)四級層序地層格架。在高精度層序格架內(nèi)識別深水沉積要素,劃分深水水道類型,分析深水水道沉積充填過程,最后探討不同類型深水水道沉積的過程和控制因素,進一步明確深水水道沉積體系與構(gòu)造、海平面變化、古氣候變化之間的關(guān)系,為深水水道沉積過程的研究提供借鑒與參考。

1 地質(zhì)背景

下剛果盆地是世界上最富產(chǎn)油氣的盆地之一。發(fā)育于前寒武系結(jié)晶基底之上,沉積地層為白堊系、古近系和新近系,局部發(fā)育侏羅系。盆地的北部以馬永巴高原為界,南部以安布里什高原為界,東部與前寒武系基底相鄰,西部與大陸邊緣相接,總面積約為68 000 km2。

下剛果盆地構(gòu)造演化與南大西洋的裂解密切相關(guān),可劃分為裂谷期、過渡期和漂移期3個階段,其中早白堊世早期紐康姆階—早白堊世中期巴列姆階為盆地裂陷階段,在東西向差異拉張力作用下,盆地從南向北裂解,充填河流和湖泊沉積體系。早白堊世晚期阿普特階為盆地過渡階段,發(fā)育局限潟湖環(huán)境,沉積了廣泛分布的鹽巖地層,鹽巖沉積指示從大陸環(huán)境向海相環(huán)境轉(zhuǎn)換。早白堊世晚期阿爾比階-漸新世早期漂移早期階段,隨著西非大陸的隆升和海平面的快速波動,在重力作用下形成了一系列鹽巖滑動構(gòu)造,在構(gòu)造作用下,沉積了碳酸鹽巖臺地、深海碎屑砂巖沉積。漸新世早期—第四紀為漂移期,由于海平面的迅速下降,構(gòu)造隆升和地層沉降,剛果河攜砂量劇增,大量陸源碎屑通過東西向的剛果峽谷輸送到深水盆地,形成厚度達6 000 m的剛果深水扇復合體[38](圖1)。

本文研究對象剛果扇是漸新世末期開始發(fā)育,位于西非大陸邊緣剛果(布)和安哥拉境內(nèi)的世界上最大的深水扇體之一。它由長約4 370 km剛果河點源供給,陸上匯水面積3.7×106km2,平均流量為42 800 m3/s[39],形成的深水扇體東西向延伸800～1 000 km,南北向最小寬度達400 km。研究區(qū)位于剛果扇西北部,面積約2 000 km2,現(xiàn)今水深500～1 200 m(圖1)。早中新世-晚中新世,剛果河由南向北遷移,造成剛果扇由東南向西北方向的遷移演化,研究區(qū)分別經(jīng)歷了剛果扇的不同發(fā)育部位。本次研究的主要目的層為中新統(tǒng),目的層厚度1 200～1 500 m,埋藏深度1 500～3 500 m,目的層段由粉砂巖、砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成,局部含有礫巖。整體上地層具有“泥包砂”的特征。

2 高精度層序格架的建立

經(jīng)典層序地層學是通過識別不整合面或與之可對應的整合面、海侵面、最大洪泛面等關(guān)鍵界面研究年代框架所限定的、具有成因聯(lián)系的地層組合關(guān)系[40]。但是在深水沉積體系中,由于“自旋回”和“它旋回”多種因素的控制與疊加作用,經(jīng)典層序中的關(guān)鍵界面和地層終止關(guān)系往往很難被識別和連續(xù)追蹤,這給深水層序格架的建立和沉積單元的識別、對比帶來了困難[41]。本文研究中,通過研究區(qū)內(nèi)Well A井和Well B井震標定,明確三、四級層序界面特征。三級層序界面為下切侵蝕不整合面或區(qū)域性明顯沖刷界面,界面上、下的沉積相發(fā)生突變,界面之上為強振幅、弱連續(xù)反射,界面之下為弱振幅、連續(xù)反射,局部形成一定規(guī)模的下切水道或下切谷充填。三級層序界面通常是海平面相對下降導致剝蝕作用、沉積物供給突變及沉積相明顯遷移的結(jié)果[42]。由于在研究區(qū)內(nèi),三級層序內(nèi)體系域劃分難度較大,而初始水進面具有明顯的特征,因此,在三級層序內(nèi)由初始水進面分隔的次級單元定義為四級沉積旋回,對應于四級層序。根據(jù)具有年代地質(zhì)意義的地震等時標志同相軸的追蹤,建立四級等時的層序?qū)Ρ雀窦?。本文追蹤的四級層序界面在研究區(qū)內(nèi)穩(wěn)定分布。

2.1 深水層序關(guān)鍵界面的識別

2.1.1 侵蝕沖刷面——三級層序界面

Well A井-震標定揭示,研究區(qū)深水環(huán)境中,三級層序的底界面定義為深水水道復合體的底界面。該界面是由區(qū)域構(gòu)造隆升或海平面下降期間,陸源供給充足情況下,多期重力流或濁流的底部反復侵蝕沖刷形成。該界面分隔了下部的深海原地沉積體系和上部的重力流沉積體系。

圖1 下剛果盆地地理位置示意圖(a)及地層綜合柱狀圖(b)Fig.1 Schematic diagram showing the location(a) and composite stratigraphic column(b) of Lower Congo Basin

通過追蹤對比,研究區(qū)內(nèi)識別出8個三級層序界面(圖2b)。層序界面之上由中低頻、雜亂、強振幅地震反射構(gòu)成,不同規(guī)模的水道復合體形成區(qū)域侵蝕沖刷不整合面,表現(xiàn)為高能沉積特征。界面之下由高頻、平行、弱振幅地震反射構(gòu)成,是典型的低能沉積特征。測井曲線上層序界面特征為巖性突變面,界面之上GR曲線表現(xiàn)為“鐘型”或“箱型”,指示砂巖組合沉積；界面之下表現(xiàn)為“微齒型”或“微指型”,指示深海泥巖沉積(圖2a)。

2.1.2 最大水退面/初始水進面——四級層序界面

高精度層序地層定義的四級層序地層單元是由海或湖泛面所限定的沉積旋回沉積體,即由三級層序內(nèi)四、五級沉積旋回所組成[43]。本文選取三級層序內(nèi)初始水進面作為四級層序界面,將三級層序進行了細分。Well A井揭示,該界面在研究區(qū)可大范圍追蹤對比(圖2a)。地震剖面上,初始水進面之下為連續(xù)性差、強振幅、高頻的地震反射特征為主,界面之上為高連續(xù)、弱振幅、中-低頻反射特征為主。測井曲線和巖性剖面揭示四級層序界面特征為巖性變化面,界面之上為深海原地泥質(zhì)沉積,界面之下為異地粗碎屑重力流/濁流沉積。兩者之間由最大水退面/初始水進面分隔。

2.2 高精度層序格架的建立

高精度層序地層格架是指以三級層序內(nèi)四、五級層序和體系域等為地層單元建立的等時地層格架[24]。本研究為了更精細的刻畫出層序格架內(nèi)的深水濁積水道復合體的充填過程,有必要對三級層序內(nèi)的可識別的、具有年代意義的等時高精度界面進行識別,建立高精度層序地層對比格架。在此基礎(chǔ)上進行地震沉積學研究,通過系列地層切片解釋深水沉積相和沉積體系的充填演化過程。根據(jù)研究區(qū)深水沉積旋回特征和識別的三、四級關(guān)鍵界面的追蹤對比,將下剛果盆地中新統(tǒng)地層劃分為“七期十四個階段”,分為7個三級層序和14個四級層序(圖2b)。其中三級層序SQ1—SQ5構(gòu)成下部二級層序,三級層序SQ6和SQ7構(gòu)成上部二級層序[37]。層序格架內(nèi)濁積水道的發(fā)育具有如下特征:SQ1和SQ2是下部二級層序內(nèi)水道發(fā)育的初始期,以發(fā)育具有天然堤的加積型水道為主。SQ3是下部二級層序內(nèi)水道發(fā)育的鼎盛時期,以發(fā)育不具天然堤的侵蝕型水道為主。SQ4是水道發(fā)育的衰退期,以混合型復合水道為主,SQ5是消亡期,以深海原地泥質(zhì)沉積或水道末端朵體沉積為特征。SQ6是上部二級層序水道發(fā)育初始期,以加積型水道為主。SQ7是上部二級層序水道發(fā)育鼎盛期,以大型侵蝕型復合水道發(fā)育為特征。每一個三級層序均由兩個四級層序構(gòu)成,以地震上可區(qū)域連續(xù)追蹤的界面為界(初始水進面),界面之下的四級層序代表深水水道供給的重力流(碎屑流、高密度濁流、低密度濁流)沉積,地震反射連續(xù)性差,層序內(nèi)部不存在可大范圍連續(xù)追蹤的界面。頂部四級層序代表深海泥質(zhì)沉積,振幅較弱,連續(xù)性中等。兩者之間的界面是從水退到水進的轉(zhuǎn)換面(最大水退面),因此以該界面作為四級層序界面。

圖2 下剛果盆地中新統(tǒng)井-震層序界面標定特征(a)及層序?qū)Ρ雀窦?b)Fig.2 Characteristics of sequence boundaries from well-to-seismic calibration(a) and sequence stratigraphic correlation framework(b) in the Miocene Lower Congo Basin

3 深水沉積單元

研究區(qū)水道復合體復雜的充填結(jié)構(gòu)表明水道沉積演化過程中多期下切-充填的過程。通過不同結(jié)構(gòu)要素的發(fā)育形態(tài)和關(guān)系研究可以揭示充填特征。地震剖面上依據(jù)內(nèi)部反射特征和外部反射形態(tài),平面上基于地震地貌學地層切片、“甜點和相干融合”屬性分析等技術(shù)手段確定的平面形態(tài),并結(jié)合井震標定和前人對深水地震相的分析劃分出以下幾種沉積要素:兩類侵蝕界面和水道充填、兩類天然堤、末端朵體、遠洋沉積和滑塌塊體沉積。

3.1 兩類侵蝕界面和水道充填

研究區(qū)存在兩類侵蝕界面,水道復合體底部大規(guī)模復合侵蝕面和單期水道局部侵蝕面。大規(guī)模的侵蝕界面發(fā)育在水道復合體的底部(圖3),侵蝕界面一般寬度為1.3～2.8 km,剖面上可見削截特征,平面上邊界具有“線性和齒狀”特征。該界面之上有兩類水道沉積充填,一類為疊瓦或斷續(xù)、強振幅反射特征,雖然研究區(qū)無井標定,但該特征與Abreu提出的深水水道側(cè)積體(LAP)特征相似[17],因此解釋為水道側(cè)向遷移(圖3a)。另一類為強振幅、連續(xù)反射特征,井震標定指示強振幅為砂巖沉積,并且該特征與Wu解釋的中央峽谷水道縱向充填特征相似,因此解釋為水道垂向疊加[15]；該侵蝕界面之上的弱振幅、雜亂充填,井震標定揭示這類反射特征為泥質(zhì)沉積,同時前人大量研究成果指示該特征為滑塌塊體沉積,因此研究區(qū)雜亂充填特征解釋為滑塌塊體(MTD)充填(圖3d)。

單期水道局部侵蝕面規(guī)模較小,單期侵蝕界面的寬度為200～350 m。發(fā)育在復合水道帶內(nèi)部或單期水道底部。地震剖面上表現(xiàn)為下切,界面之上為平行、弱振幅反射充填,解釋為廢棄水道充填(圖3f)。

3.2 天然堤

研究區(qū)發(fā)育兩類天然堤,內(nèi)天然堤(圖3f)和外天然堤(圖3b，f)。外天然堤限定水道復合體的發(fā)育規(guī)模。內(nèi)天然堤控制單期水道縱向發(fā)育的厚度。

外天然堤厚度150～270 m。地震反射表現(xiàn)為中-高振幅,強連續(xù)反射。隨著外天然堤的發(fā)育,天然堤地層的傾角越來越大。在下斜坡,外天然堤傾角從底部的0°～0.1°變化到頂部的0.2°～0.3°。外天然堤內(nèi)部有時也發(fā)育下超或上超的反射終止特征。

3.3 末端朵體

水道末端朵體是深水沉積重要的烴類儲層。地震剖面上表現(xiàn)為強振幅、高連續(xù)反射,小尺度朵體由1～2個同相軸構(gòu)成,平面上表現(xiàn)為朵葉形態(tài),發(fā)育在單期侵蝕能力較弱、下切深度小于40 m的水道末端(圖3c)。大尺度朵體發(fā)育在單期侵蝕能力強、下切深度大于 70 m的水道末端,由4～5個同相軸構(gòu)成,平面朵體寬度可達4 km,朵體之上可見多期的分支決口水道,分支水道的寬深比明顯低于供給水道(圖4)。

圖3 下剛果盆地中新統(tǒng)深水水道研究區(qū)沉積要素類型及地震相特征Fig.3 Types of sedimentary elements and corresponding characteristics of seismic facies in the Miocene deep-water channels in Lower Congo Basina.側(cè)向遷移水道反射特征；b.單期侵蝕水道及外天然堤反射特征；c.末端朵體反射特征；d.水道復合體侵蝕底面及深海泥巖反射特征；e.非限定性側(cè)向遷移復合水道內(nèi)侵蝕界面反射特征；f.限定性垂向疊加水道復合體內(nèi)廢棄水道及內(nèi)天然堤反射特征

圖4 下剛果盆地中新統(tǒng)深水末端朵體發(fā)育特征Fig.4 Developmental characteristics of deep-water terminal lobes in the Miocene Lower Congo Basina.深水沉積體平面展布；b.末端朵體地震反射特征剖面；c.朵體供給侵蝕水道反射特征剖面

3.4 遠洋沉積

三級層序頂部的四級層序內(nèi)(SQ1U，SQ2U，SQ3U，SQ4U，SQ5U，SQ6U，SQ7U)(圖2b),地震剖面上對應低-中振幅、中-高頻、平行連續(xù)反射特征(圖3d)。研究區(qū)鉆井Well A標定該地震反射為泥巖,井因此解釋為盆地“饑餓期”遠洋低能原地泥質(zhì)沉積(圖2a)。遠洋沉積分布范圍十分廣泛,是三級層序頂部四級層序的主要沉積特征。

3.5 滑塌塊體沉積(MTD)

滑塌塊體沉積(MTD)是深水盆地最重要的沉積體系之一[25]。在重力作用下形成的碎屑流、滑塌和滑移均是屬于MTD沉積。地震剖面上通過外部“底平頂凸”反射形態(tài)和內(nèi)部雜亂、斷續(xù)反射特征可以進行識別。研究區(qū)的MTD發(fā)育在水道復合體的底部,表現(xiàn)為弱振幅、斷續(xù)、雜亂反射。平面上被復合水道的外天然堤限定,推測可能為侵蝕水道兩岸侵蝕形成的滑塌沉積。水道底部的MTD沉積為泥質(zhì)碎屑流沉積(圖3d)。

4 深水水道沉積類型

4.1 單期水道沉積

研究區(qū)發(fā)育兩類單期水道類型(圖5):一類為以下切作用為主的水道,不發(fā)育天然堤;一類為以加積作用為主的水道,發(fā)育天然堤。兩種不同的水道特征反映了不同的水動力條件和沉積背景。

4.1.1 單期下切水道

單期下切型水道以四級層序SQ2L內(nèi)最為典型。平面上表現(xiàn)為高彎曲度的線狀形態(tài),平均曲率為1.5,水道寬度100～200 m,深20～30 m,寬深比3～10。振幅屬性揭示(圖5a),水道泓線為強振幅、高連續(xù)反射充填,地震剖面上后期差異壓實作用下導致的水道頂面上凸形態(tài),指示水道泓線高能砂質(zhì)充填特征。在高彎曲度段,水下水道的“截彎取直”指示流體的能量較高。

該層序內(nèi)部高彎度的單期下切水道發(fā)育特征說明在高能濁流發(fā)育初級階段具備形成高彎度水道條件,其具體的水下動力成因還需進一步研究。

4.1.2 單期加積水道

單期加積水道發(fā)育以四級層序SQ5L內(nèi)最為典型(圖5b),平面上表現(xiàn)出低曲率特征,曲率1.1～1.5,水道寬度90～180 m,深度18～30 m。地震剖面上,泓線為弱振幅、連續(xù)充填,兩側(cè)的天然堤為不對稱的中-強振幅、中-低頻率、連續(xù)性好的反射充填,具有典型的“海鷗”外形,在地震主頻40 Hz條件下,揭示天然堤加積高度介于15～30 m。

該類水道發(fā)育特征表明水動力條件較弱,下切能力弱,以加積作用為主,天然堤的發(fā)育約束水道形態(tài),以相對順直水道為主要特征。

圖5 下剛果盆地中新統(tǒng)單期下切水道(a)和單期加積水道(b)發(fā)育特征Fig.5 Characteristics of single-incised channel(a) and single-aggradation channel(b) in the Miocene Lower Congo Basin

4.2 復合水道沉積

前人將復合水道的類型劃分為限制型和非限制型兩大類[36]。本文進一步考慮了復合水道的發(fā)育特征、疊加樣式和控制因素進行了分類。

由海平面上升導致的可容納空間增大有利于不同期次水道的垂向疊加,無論是限制環(huán)境還是非限制環(huán)境,形成水道復合體砂體具有“厚而窄”的特征(圖6a)。由海平面下降導致的可容納空間減小有利于多期水道的側(cè)向遷移,形成的水道復合體砂體具有“寬而薄”的特征(圖6b)。可見,海平面變化方式導致了這兩種端元水道的相互作用和遷移方式[44],進而形成了不同形態(tài)的水道復合體。

4.2.1 垂向疊加型復合水道

在盆地沉降的高峰期或海平面緩慢上升期,由于水下均衡剖面的調(diào)整,導致局部可容納空間逐漸增大,發(fā)育垂向疊加型復合水道。多期水道垂向的充填和切割,形成了復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。四級層序SQ7L內(nèi)(圖6a),地震剖面上表現(xiàn)為一定的遷移,但以疊加作用為主。強振幅反射被后期侵蝕水道切割,整體上具有平行疊置的樣式。SQ7L內(nèi)疊加型復合水道的寬度1.5～3 km,深度可達200 m。

4.2.2 側(cè)向遷移型復合水道

這里的側(cè)向遷移水道不包括高彎水道的點壩側(cè)積體。點壩側(cè)積體在地震剖面上往往表現(xiàn)為中-高等角度疊瓦狀反射特征,以弱振幅充填的水道廢棄結(jié)束標志,是單支水道逐漸遷移的結(jié)果。點壩側(cè)積體常常發(fā)育在地形坡度較緩,水體能量較穩(wěn)定的環(huán)境下,屬于自旋回因素占主導形成的沉積類型。

側(cè)向遷移復合水道是由于晚期水道橫向遷移,侵蝕早期水道形成的橫向疊合體,沒有明顯的水道廢棄特征。圖6b可見,在四級層序SQ7L內(nèi),水道充填在地震剖面上表現(xiàn)為水平疊加、強振幅“臺階式”的反射特征。水道為多期、單向遷移,側(cè)向遷移作用導致后期水道侵蝕前期局部水道,形成多期殘余水道疊置復合體。該類復合水道常常發(fā)育在地形坡度比較大,水體能量較強的區(qū)域。單期水道寬度僅有150 m,疊加水道帶寬度可達1.5 km。單井鉆遇該類砂體厚度很薄40～100 m。

5 深水水道充填演化過程

三級層序底部的四級層序(SQ1L，SQ2L，SQ3L，SQ4L，SQ5L，SQ6L，SQ7L)是水道復合體最發(fā)育的部位,同時,也是砂體主要沉積時期,深水儲層發(fā)育的關(guān)鍵時期。下面以四級層序SQ7L為例,探討復合水道的演化過程。SQ7L四級層序的底界面也是三級層序的底界面,對應區(qū)域性的大規(guī)模海底侵蝕事件[21]。SQ7L四級層序頂界面是水進面,是可以連續(xù)追蹤的界面。

圖6 下剛果盆地中新統(tǒng)加積為主復合水道(a)與側(cè)向遷移為主復合水道(b)充填與平面特征Fig.6 Sedimentary filling and planar distribution of the channel complexes dominated by vertical aggradation(a) and dominated by lateral migration(b) in the Miocene Lower Congo Basin

通過應用地震沉積學地層屬性切片技術(shù)[45],揭示出相距1.5 km的南、北兩支復合水道在四級層序內(nèi)的發(fā)生、發(fā)展、衰退和消亡演化過程。分析發(fā)現(xiàn),同一層序格架內(nèi),不同位置的水道復合體發(fā)育程度和遷移方式存在著差異。

如圖7所示,研究區(qū)內(nèi)發(fā)育兩條近似平行的復合水道(南水道和北水道),南部水道復合體寬度1 000～2 800 m,北部復合水道寬度300～800 m。平面和剖面揭示南部水道復合體的規(guī)模和持續(xù)時間均大于北部的水道復合體。

圖7a為復合水道形成初始期,南北兩支水道形成的限制性地貌規(guī)模不同。南部濁積體侵蝕能力強,形成限制性地貌規(guī)模大,北部水道侵蝕能力較弱,形成限制性地貌規(guī)模較小。這一階段,主要的沉積體為水道底部的滑塌塊體沉積和滯留沉積。從初始期充填特征可見,南部水道復合體的強振幅砂體沉積在水道的南部,北部水道復合體的強振幅砂體充填在水道的北部。

圖7b—e揭示了同一四級層序格架內(nèi)兩支相鄰水道復合體不同演化過程,南部初始下切規(guī)模較大的限制性地貌可容納空間明顯大于北部初始下切規(guī)模較小的限制性地貌形成的可容納空間。這種初始地貌差異必然導致后期重力流優(yōu)先選擇可容納空間較大的南部負地貌單元推進,因此,流體的體積和流量南水道均優(yōu)于北水道,南支水道雖然在外天然堤的限定下,頻繁擺動,但是總體上趨向于縱向加積。北支水道,地貌限定性較弱,可容納空間較小,流體的流量和體積較小,水道更趨向于橫向遷移或形成新的侵蝕水道。

南部復合水道內(nèi)多期水道的切割-充填,縱向加積,形成了厚度較大的高振幅沉積砂體。北部水道由于可容納空間的限制,向可容納空間較大的一側(cè)定向遷移,但由于重力流供給的體積和規(guī)模越來越小,導致水道在階段e突然衰退,但沒有發(fā)育廢棄水道,該特征表明后期的濁流很可能在上游匯聚到了南部水道,導致下游北部水道的突然衰退。相反,在階段e,南部復合水道砂巖沉積充填的規(guī)模達到最大。

圖7f是南部復合水道發(fā)育的衰退期。完整的保留了最后一期高彎曲度濁積水道形態(tài),水道的發(fā)育不受天然堤限制,為單期侵蝕型水道,內(nèi)部充填高振幅屬性砂體。

圖7g是復合水道的消亡階段,南北水道均被原地深海泥質(zhì)沉積覆蓋,水道消失。

6 深水水道演化控制因素

深水碎屑流沉積由自旋回和它旋回因素共同控制,包括海平面變化、構(gòu)造運動、沉積物類型、氣候變化、物源供給速率、源區(qū)與沉積區(qū)距離、母巖的類型、地形坡度變化等。同時,地震和海嘯等突發(fā)性事件也會引起陸架沉積物搬運到深海沉積[46-47]。這些因素不同程度的疊加引起了深水水道侵蝕能力的差異,進而導致復雜的、多樣的砂體疊置關(guān)系。

圖7 下剛果盆地中新統(tǒng)四級層序(SQ6L)內(nèi)復合水道演化過程Fig.7 The evolution of deep-water channel complexes in the fourth-order sequence(SQ6L) in the Miocene Lower Congo Basina.水道復合體發(fā)育初始階段；b—e.水道復合體發(fā)展階段；f.水道復合體衰退階段；g.水道復合體消亡階段

它旋回在海平面高位期控制現(xiàn)象更明顯,自旋回在海平面低位期更明顯[48]。當海平面下降期,充足的陸源供給形成的異地砂體供給體系可以形成各種類型的水道。相反,在海平面上升期,沉積物供給減少,濁流水道發(fā)育規(guī)模降低,以泥巖體系沉積為主。通常情況下,離物源區(qū)越近,地形坡度越陡,海平面下降幅度越大,沉積物的供給越充足,沉積物負載密度越大,流體的速度就越大,進而流體的侵蝕的能力就越強[49]。陡斜坡對流體加速作用,形成強大的侵蝕能力,進而形成可容納空間較大的限制性水道體系。緩斜坡對初始流體流速改變較弱,導致侵蝕能力較弱,易于形成可容納空間較小的非限制性水道體系。研究區(qū)中新世沉積地層發(fā)育時期,海平面波動、構(gòu)造活動和氣候變化控制著水道形態(tài)和砂體富集部位(圖8)。流體密度和體積、沉積物粒度、斜坡坡度可能控制著道的充填結(jié)構(gòu)水和類型。

漸新世—早中新世,非洲板塊和Iberia板塊碰撞、隆升,形成大面積剝蝕區(qū),大陸架暴露和侵蝕,大量陸源碎屑在斜坡背景下輸送到深海盆地,形成了廣泛發(fā)育的中新世深水重力流水道體系。同時,冰期氣候條件剛果河充足的物源供給也對多旋回深水水道體系發(fā)育起到重要的控制作用。圖8所示,根據(jù)前人建立的西非海平面變化曲線對比分析[50],在SQ3有一次大幅度下降,可能是形成了SQ3下部四級層序(SQ3L)深水水道的大規(guī)模分布的主要原因。SQ6海平面下降到最低點,該事件與全球10.5Ma海平面下降事件一致。SQ7緩慢上升,但由于SQ6時期板塊碰撞導致的構(gòu)造抬升,至SQ7時期達到最大,同時物源供給在SQ7時期達到高峰,形成了SQ7大規(guī)模的復合水道體系。

δ18O揭示,漸新世以來,西非氣候由溫室轉(zhuǎn)變?yōu)楸?溫濕氣候條件下,海平面變化表現(xiàn)為低幅高頻特點,而冰室氣候條件下海平面轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l高幅變化,干燥與潮濕的氣候環(huán)境交替變化。冰室氣候?qū)е鲁练e物供給幕式變化,形成深水砂質(zhì)沉積層序(SQ1L，SQ2L，SQ3L，SQ4L，SQ5L，SQ6L，SQ7L)與泥質(zhì)沉積層序(SQ1U，SQ2U，SQ3U，SQ4U，SQ5U，SQ6U，SQ7U)交互的深水沉積系統(tǒng)。

圖8 西非海平面變化、構(gòu)造抬升和氧同位素變化特征[50]Fig.8 The sea level fluctuation,tectonic uplifting and oxygen isotope changes in West Africa[50]

7 結(jié)論

1) 建立了下剛果盆地中新統(tǒng)深水沉積高精度地層對比格架。中新統(tǒng)劃分7個三級層序和14個四級層序。每一個三級層序由下部的砂質(zhì)重力流四級層序和上部的深海泥質(zhì)沉積四級層序構(gòu)成。三級層序下部的四級層序是有利儲層的富集部位。

2) 基于鉆井和地震相特征,識別出復合侵蝕和單期侵蝕兩類侵蝕界面、水道充填、內(nèi)天然堤、外天然堤、末端朵體、遠洋沉積和滑塌塊體沉積(MTD)等多種深水沉積單元。其中侵蝕水道充填和末端朵體是砂體富集單元。

3) 根據(jù)深水水道形態(tài)和遷移樣式,將中新統(tǒng)深水水道劃分為單期下切型水道、單期加積型水道、垂向加積復合水道、側(cè)向遷移復合水道4種基本水道類型。其中在一個四級層序內(nèi)垂向加積復合水道和側(cè)向遷移復合水道具有不同的演化過程,說明“自旋回”因素的控制作用。

4) 應用地震沉積學分析方法,在四級層序內(nèi)描述了復合水道發(fā)生、發(fā)展、衰退和消亡的演化過程,指出同一層序格架內(nèi),不同位置的水道復合體發(fā)育程度、充填過程和遷移方式的差異受可容納空間變化的控制。同時指出構(gòu)造隆升是形成深水富砂水道體系的原動力,西非海平面變化控制著三級層序的發(fā)育,制約著深水水道復合體的整體發(fā)育規(guī)模。西非氣候由溫室轉(zhuǎn)變?yōu)楸医惶孀兓刂屏松钏百|(zhì)重力流沉積和深海泥質(zhì)沉積的四級層序發(fā)育部位。