趙曉明 葛家旺 譚程鵬 張文彪 陸文明

(1.天然氣地質四川省重點實驗室 四川成都 610500；2.西南石油大學地球科學與技術學院 四川成都 610500；3.中國石化石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083)

近年來，隨著地球物理技術和深海鉆探技術的不斷提高，人們對深海沉積的認識逐漸加深，在墨西哥灣[1-2]、西非[2-6]、巴西Campos盆地[7-8]、英國北海[9]、尼羅河三角洲盆地[10]、東非魯武馬盆地[11-12]、孟加拉灣[13-14]等地區(qū)的深海油氣勘探獲得了一系列突破，使得深海沉積成為當今油氣勘探的熱點之一[15]。我國于2006年之后在南海珠江口盆地白云凹陷、瓊東南盆地中央峽谷水道的深海油氣勘探也先后取得了突破[16-17]，最新公開資料顯示近5年南海海域發(fā)現(xiàn)的深海沉積油氣藏探明可采儲量達4.09×108t油當量[18]，有望成為全球深海油氣勘探的熱點區(qū)域之一。因此，深海沉積油氣田無疑是未來能源勘探開發(fā)的重要領域。

深海水道廣泛發(fā)育于陸坡、陸隆和深海平原上，是深海沉積體系最主要的沉積物運移通道和粗粒碎屑沉積場所[19-20]，也是陸架邊緣盆地主要的深海油氣儲層[21-22]。已發(fā)現(xiàn)的深海水道油氣藏儲層往往具有較高的孔隙度和滲透率，但它們的平面流動路徑、內部建筑結構均復雜多變[22-26]，即便是在數(shù)十公里的局部小范圍內其流動路徑也呈現(xiàn)較大的隨機性[27-28]，甚至是在幾公里的很短側向距離內其儲層厚度和連通性也會有較大變化[23,29-30]。然而，當前對深海水道這些構型特點的控制作用機理尚未認識清楚，這嚴重制約了該類油氣藏的高效開發(fā)[31-32]。因此，加強深海水道儲層構型成因機理研究，將有助于鉆前預判深海水道砂體的內部非均質性，降低鉆探風險，提高油氣藏開發(fā)方案設計的質量[21,33-34]，這是解決該類油氣藏高效開發(fā)的關鍵理論基礎。

數(shù)十年來，隨著墨西哥灣陸坡區(qū)深海油氣資源的大發(fā)現(xiàn)，許多學者圍繞不同地質背景下的深海水道，開展了一系列卓有成效的研究，構建了不同的深海水道沉積模式[8,20,35-43]，但這些研究主要針對水道對海平面升降、沉積物供給、區(qū)域盆地構造和氣候變化等大尺度因素的響應[12,44-56]。與之不同，深海水道儲層構型主要受控于近海底的小尺度構造活動[57-60]，其構型樣式較好地記錄了復雜變形區(qū)小時空尺度的構造抬升歷史[61-62]，這為恢復古海底地貌提供了詳細信息。然而，當前有關深海水道儲層構型對構造變形的響應機理研究較少，且理解不足[62-63]，塑性構造變形對深海水道儲層構型的控制機理至今仍然是個謎。因此，開展海底水道對泥巖底辟區(qū)同沉積構造的響應機理研究，不僅有助于預測深部差地震成像區(qū)的水道構型特征，提供深海沉積作用和構造變形作用之間的反饋效應，而且有助于反演泥巖底辟作用體系的演化階段，為恢復古海底地形及其歷史演化提供詳細約束，這對豐富和完善深海沉積學理論具有重要的學術價值。

本文以深海水道儲層構型及其對同沉積構造的響應機理為主線，結合筆者10年來從事深海油氣田開發(fā)地質研究的認識，系統(tǒng)梳理了全球水道體系、復合水道和單一水道儲層構型研究現(xiàn)狀，重點探討了水道流動路徑、疊置樣式和內部充填物對同沉積構造響應機理的研究進展，提出了今后深海水道儲層構型控制機理的重點理論研究方向，以期能夠為我國從事深海沉積學研究的廣大同仁提供參考或借鑒。

1 深海水道沉積構型單元

由于小級別的構型單元分布受控于大級別構型單元，因此層次劃分是進行深海水道沉積構型研究的前提。針對深海沉積體系，不同學者基于現(xiàn)代、古代濁積體系，提出了不同的構型級別(界面)劃分方案[64-66]，但無論哪種劃分方案，深海水道沉積構型單元均可由大往小歸結為水道體系、復合水道和單一水道等3個層次(圖1)。

圖1 深海濁積水道不同層次構型單元間的構成關系[23]Fig.1 Compositive relationship between different hierarchy of architecture elements in deepwater turbidity channel deposits[23]

水道體系是由多期復合水道、天然堤、披覆物、滑塌物等組成，平面上可呈順直狀或彎曲狀，剖面上可充填粗粒儲集相和(或)細粒非儲集相[20,32,67-69]，其沉積構型樣式復雜多變，不同沉積體之間、同一沉積體內部不同位置處深海水道體系的沉積樣式迥異[1,22,32,40-42,69-74]，這受控于多種地質因素。早期觀點認為，水道體系沉積主要受控于海平面升降、沉積物類型及供給速率、區(qū)域盆地構造及氣候變化、濁流的成因機制等[44-45,75-76]。近期觀點指出，與塑性巖層流動有關的微盆地幾何形態(tài)對水道體系沉積構型及相應沉積物的分布具有重要影響[77-79]；并且進一步研究認為，相比海平面升降，局部構造特征對水道體系的儲層構型起了更重要的作用[29,80-82]。由此可見，水道體系沉積不僅保存了海平面升降、氣候變遷和沉積物供給等方面的記錄，而且也保存了與塑性巖層流動有關的構造變形記錄，而當前關于水道體系儲層構型對構造變形響應的研究剛剛起步，其對同沉積構造的響應機理更是需要認知。

復合水道是水道體系內部的構成單元，它是由多個單一水道遷移疊置而成。受近年來三維地震數(shù)據(jù)采集技術提高的影響，復合水道沉積構型研究日益增多。結果表明，不同復合水道間的空間疊置關系包括垂向疊置和側向疊置兩種[6,31-32,83-84]；垂向疊置模式表現(xiàn)為不同層復合水道在縱向上的接觸方式，反映層間砂體的接觸關系，包括孤立式、疊加式和切疊式等3種；側向疊置模式表現(xiàn)為同層不同位復合水道在橫向上的接觸方式，反映層內砂體的接觸關系，包括疊合式和分離式兩種[23,34,39,85]。不同復合水道之間的疊置模式可能與塑性巖層流動所引發(fā)的構造變形有關[86-87]，如Kane等[63]報道了尼羅河三角洲海域的一個更新世水道-天然堤體系，指出受巖鹽構造活動的影響，生長褶皺和生長斷層所引起的海底變形導致復合水道幾何形態(tài)復雜多變，僅在數(shù)千米距離內就會發(fā)生較大變化；Mayall等[58]進一步指出，受構造抬升的影響，不僅三級水道復合體會向著遠離生長構造的方向持續(xù)地偏移疊置，而且三級單元所限制的四級水道復合體也呈現(xiàn)出類似的偏移疊置。由此可見，復合水道間的空間遷移對同沉積構造變形有良好的響應，但目前關于響應機理鮮有報道。

單一水道是深海水道的基本成因單元，也是學者們在露頭上長期關注的對象。早期人們主要關注單一水道內部充填模式，根據(jù)充填的幾何形態(tài)將單一水道劃分為超覆型、束狀充填型、內部切疊型、側向加積型和塊狀充填型。近年來，為提高單一水道構型模式的預測性，人們的關注焦點變?yōu)楹５灼毡榘l(fā)育的彎曲水道演化機理[38,88-93]，指出水道彎曲度的演化受側向遷移與垂向加積綜合作用的控制[36,94-95]，側向遷移造成單一水道在側向上相互切疊，不同水道間可存在一定的高程差異；垂向加積造成單一水道在縱向上相互切疊，可使其砂體垂向上非均質性強[33-34,96]。單一水道間的遷移可受控于多種地質因素[97-98]，有學者認為水道的遷移受控于沉積物的下切速度，較高的下切速度可抑制水道的遷移[35]；也有學者認為，原始海底地貌和坡度是控制水道側向遷移的主要因素[94]；還有學者認為，復合水道的限制程度控制了單一水道間的遷移模式[33]；盡管單一水道間遷移的控制因素目前尚存爭議，但可以肯定的是，與構造變形同步或之后發(fā)育的單一水道，它們的遷移樣式可記錄同沉積構造變形的信息，其響應機制仍需要探索。

綜上所述，不同級次深海水道沉積構型單元均與同沉積構造變形有著密切關系，后者可控制前者的充填結構、沉積作用過程和演化。因此，需要重點梳理全球水道流動路徑、內部結構對同沉積構造響應機理的研究進展。

2 水道流動路徑對同沉積構造的響應機理

深海水道對同沉積構造的響應主要體現(xiàn)在流動路徑的轉向或決口。最新研究發(fā)現(xiàn)，在巖鹽流動有關的盆地中，很多深海水道并不總是沿著陸坡最陡的方向流動，而是平行于巖鹽底辟形成的構造樞紐，形成曲折的水道軌跡，導致水道體系流動路徑與地形坡度最陡的方向斜交[28]。這充分說明，與塑性巖層流動有關的構造變形，無論是先期存在的還是同沉積活動的，它們所形成的地貌可通過改變陸坡梯度[61,99]來制約水道化流體的流動路徑[21,59,100-105]，成為重力流流體流動的障礙，并持續(xù)促使深海水道轉向或偏移原流動方向，偏移的距離小則數(shù)百米，大則數(shù)公里、數(shù)十公里[58,61,101,106]。此外，公開文獻也證實塑性巖層活動也可導致水道發(fā)生決口，如安哥拉海域，隨著巖鹽底辟活動的增加，鹽丘生長所伴生的背斜范圍增加，進而使得水道產(chǎn)生一系列決口，形成多個新的沉積體[3]。由此可見，深海水道流動路徑對塑性巖層流動形成同沉積構造變形的響應特征顯著。已有最新研究證實[27-28,58,60-61]，在與塑性層(巖鹽、泥巖)有關的深海盆地中，深海水道流動路徑對同沉積構造的響應取決于構造生長速率/水道侵蝕能力、生長褶皺、生長斷層和構造低點等方面。

水道流動路徑對同沉積構造的響應可取決于構造生長速率與水道侵蝕能力之間的關系。Clark等[61]認為，在與巖鹽活動有關的盆地中，當褶皺生長或抬升速率超過水道侵蝕和加積速率時，深海水道將因褶皺阻礙而不能繼續(xù)向下游流動，其上游部分由于受回填和回流作用(構造阻擋引起的)影響，將形成一個平坦的地貌。Mayall等[58]進一步研究指出，當水道內部流體的侵蝕能力足夠強并能超過巖鹽構造生長速率時，水道能沿著原流動方向切穿生長構造后向下陸坡繼續(xù)流動；相反，若構造生長速率大于流體侵蝕能力，則水道會改變原流動方向，繞開生長構造后流向下陸坡。Jolly等[60]最新研究表明，當沉積速率大于構造生長速率時，同生沉積物會超覆于同沉積構造之上，此時水道能穿過同沉積褶皺的頂部；相反，當沉積速率小于構造生長速率時，同生沉積物會上超于同沉積構造之上，此時水道會繞過同沉積構造發(fā)生轉向。然而，與上述塑性流動性強的巖鹽底辟不同，與泥巖底辟有關的褶皺垂向生長速率小，其背翼更為寬緩，這勢必削弱了流動路徑對構造生長/水道侵蝕比值的響應，但目前未見相關報道。

水道流動路徑對同沉積構造的響應可取決于褶皺的形態(tài)學參數(shù)。Oluboyo等[27]以安哥拉下剛果盆地為研究對象，發(fā)現(xiàn)水道體系流動路徑受控于重力流流動方向與巖鹽底辟構造走向之間的夾角。當兩者之間的夾角較小時，沉積物的搬運路徑傾向平行于構造走向，即沿著微盆地的軸向流動，此時水道很少轉向或偏移，并很少從一個盆地溢出到另一個盆地；而當水道內流體流向方向與構造走向之間的夾角較大時，水道內部重力流容易發(fā)生微盆地間的溢出現(xiàn)象，此時水道容易發(fā)生轉向或偏移，其流動路徑的局部偏移受控于構造的長度，溢出點主要位于沿斷層、巖墻或巖鹽底辟區(qū)之間的構造低點。這一觀點被Zucker等[28]在同樣是巖鹽底辟的尼羅河三角洲Levent盆地證實。然而，需要指出的是，當水道流動方向與構造走向呈90°夾角時，水道流向是否受褶皺樞紐走向的影響目前出現(xiàn)爭議，Oluboyo等[27]認為此情況下水道將發(fā)生轉向，流動路徑將平行于樞紐走向；而Zucker等[28]認為此情況下水道將不發(fā)生轉向，直接越過褶皺樞紐向下陸坡流動。同時，Zucker等[28]的最新研究還發(fā)現(xiàn)，水道流動路徑還受控于巖鹽底辟有關的褶皺樞紐長度和排列間距，認為當水道流向與褶皺樞紐走向斜交時，單一樞紐的長度越長，水道偏離原流動方向的角度越大；單一樞紐之間的距離越大，水道偏離原流動方向的角度越?。环粗嗳?。然而，與上述巖鹽塑性流動形成的褶皺不同，Jolly等[60]對尼日爾三角洲外陸坡逆沖褶皺帶的研究發(fā)現(xiàn)，與泥巖塑性流動有關的褶皺樞紐寬度足以促使水道發(fā)生轉向。由此可見，受塑性流動性能的限制，泥巖底辟有關的褶皺形態(tài)可能異于巖鹽底辟，水道對兩者底辟褶皺的響應機制有待深入認知。

水道流動路徑對同沉積構造的響應可取決于生長斷層的形態(tài)學參數(shù)。已有研究證實，斷層發(fā)育處深海水道普遍發(fā)生平面流動轉向，而這些轉向構成了水道彎曲的一部分[21,107-109]，如安哥拉巖鹽底辟海域的水道[110]。因此，與塑性巖層構造變形有關的斷層，無論是先期存在的還是同沉積活動的，它們所形成的地貌均影響了深海水道向下陸坡流動的路徑，并促使不同期水道平面流動形態(tài)發(fā)生明顯的時空演化[21,41,61,100,103,111-115]。然而，也有學者指出，盡管深海水道在斷層處存在局部轉向，但小斷層不能引起水道總體流向的較大偏轉[63]，故水道流動路徑對斷層的響應可取決于斷層規(guī)模的大小。需要說明的是，在塑性巖層活動引發(fā)的拉張和擠壓應力環(huán)境下，斷層可成組、成帶出現(xiàn)，其走向可平行、斜交、甚至垂直海底等深線，這勢必在一定程度上控制了水道的流動路徑，但當前關于水道對斷層走向、傾向和傾角的響應機制研究較少。

水道流動路徑對底辟構造變形的響應可取決于構造低點的空間位置和幾何形態(tài)。構造低點是重力流從一個微盆地流入另一個微盆地的溢出點[106,116-117]，如巖鹽底辟區(qū)沿斷層、巖墻或底辟區(qū)之間的構造低部位，它們的位置和幾何形態(tài)控制了深海水道在微盆地間的流動通道[27]。然而，目前已有研究主要關注水道對生長背斜、生長斷層等構造高部位的響應，缺乏水道沉積對構造低點的響應研究。

綜上所述，水道流動路徑受同沉積構造控制作用明顯，主要體現(xiàn)在構造生長速率/水道侵蝕能力、生長褶皺、生長斷層和構造低點等對水道流動路徑的控制。

3 水道儲層構型對同沉積構造的響應機理

盡管當前已有研究主要關注水道流動路徑對同沉積構造變形的響應，但隨著近年來研究的逐步深入，人們逐漸意識到不同層次深海水道儲層構型對生長褶皺、生長斷層等同沉積構造也具有顯著響應，具體歸納為以下3種情況。

1)水道對生長褶皺的響應可體現(xiàn)在復合水道間和(或)單一水道間的側向遷移。底辟構造變形可以促使深海水道發(fā)生側向遷移[59,86]，這可通過水道的側向增生來進行識別[21]。已有研究證實，隨著巖鹽活動引起的同沉積構造抬升，水道主流線位置會逐漸遠離抬升構造軸部，并占據(jù)新形成的低地形區(qū)[61,86]。Mayall等[58]進一步指出，構造抬升誘發(fā)的水道遷移主要發(fā)生在構造生長速率大于水道侵蝕能力的地方，此處三級復合水道及其內部限制的四級復合水道均會向著遠離生長構造的方向持續(xù)地偏移疊置。需要注意的是，在水道側向遷移處，構造生長速率不應過大于水道侵蝕能力，否則水道將發(fā)生轉向，而不是側向遷移[58]。然而，不管是水道的轉向、側向遷移，還是切穿構造沿原方向繼續(xù)流動，其幾何形態(tài)學特征均發(fā)生變化，但目前關于水道沉積對構造變形的幾何形態(tài)學響應研究不足。

2)水道對生長斷層的響應體現(xiàn)在復合水道間和(或)單一水道間的空間疊置。與深海水道同期的生長斷層，可促使水道在側向上遷移擺動和(或)垂向上切疊、加積[63,111,113,118]。已有研究證實：①在較大斷層錯斷和(或)間斷性流體供給情況下，水道會在斷層上盤下傾方向決口，決口的幅度取決于變形的速率和規(guī)模，此時水道砂體間的垂向和側向連通性均較差；②在小規(guī)模斷層錯斷和(或)較短或連續(xù)性流體供給的情況下，水道會逐漸向上盤傾斜方向遷移，此時水道會形成席狀砂體，砂體間橫向連通性好，垂向連通性可能比情況①好；③當斷層持續(xù)錯斷時，斷層上盤傾斜角度大于順陸坡傾斜角度，水道會長期在斷層上盤向斜位置處，此時水道會長期持續(xù)垂向加積，導致垂向連通性好。因此，水道空間疊置對斷層的響應取決于斷層的錯斷距離和持續(xù)活動時間。然而，斷層錯動速率與水道侵蝕能力之間的關系，也勢必影響了水道的空間分布和疊置樣式，但目前相關研究鮮有報道。

3)水道對生長背斜的響應可體現(xiàn)在水道內部的充填相(儲集相)。深海水道內部巖石相類型多樣[22,85,119-121]，可將其歸納為儲集相和非儲集相兩大類。同步發(fā)生的塑性巖層構造變形可促使水道發(fā)生側向遷移[21]，這使得高凈毛比的水道軸部通常發(fā)育在偏離構造的位置處，而其上傾方向多充填水道邊緣細粒沉積，此時水道底部粗粒滯留沉積側向相互疊置和連通[58,86,122]。同樣，在構造生長速率低于水道侵蝕能力的區(qū)域，水道在切穿流過生長構造前后，其內部充填相(儲集相)也會發(fā)生顯著變化，這些水道性質的變化可能是為了平衡構造生長和水道侵蝕能力[58]。這說明，水道內部充填相對塑性巖層流動引發(fā)的構造變形具有良好響應，但具體響應機制仍需探索，以提高水道儲層分布的預測性。

綜上所述，盡管人們已意識到水道疊置樣式和內部充填相(儲集相)對同沉積構造變形有響應，但具體響應機理仍是未解之謎。

4 研究展望

從國內研究進展看，圍繞南海北部大陸邊緣盆地、尼日爾三角洲盆地、下剛果盆地、東非魯武馬盆地和孟加拉灣若開盆地等，我國學者近年來開展了一系列深海水道的識別和描述，并分析了水道的成因及沉積演化，論證了相對海平面升降、物源屬性、構造升降運動和地形地貌等大尺度因素對深海沉積體系的控制作用，這些研究不僅有力地推進了我國深海沉積學的快速發(fā)展，而且有效指導了深海沉積油氣田的勘探。然而，隨著今后我國及海外權益水道油氣藏的陸續(xù)大量開發(fā)，急需開展有關水道構型機理方面的開發(fā)地質基礎研究。從國外研究進展看，在與塑性巖層有關的深海盆地中，針對深海水道對同沉積構造的響應，盡管近年來在巖鹽底辟區(qū)已有一些研究成果，但有關泥巖底辟區(qū)水道沉積對同沉積構造響應的研究報道相對較少，特別是水道儲層構型方面的響應研究更少。鑒于此，本文提出下一步亟待解決的科學問題包括以下2個方面。

問題一：深海水道流動路徑對同沉積構造的響應機理。巖鹽、泥巖等沉積物的塑性流動會形成具有一定起伏的同沉積構造，這勢必影響深海水道的流動路徑，增加水道儲層分布預測的難度，但目前關于深海水道流動路徑對同沉積構造的響應機理研究鮮有報道。因此，有必要從定量角度理解水道流動路徑參數(shù)與同沉積構造幾何特征參數(shù)之間的耦合和關聯(lián)，進而查明水道流動路徑對同沉積構造的響應機理，這是高效開發(fā)該類油氣藏的地質理論基礎。

問題二：深海水道構型樣式和內部儲集相對同沉積構造的響應機理。由巖鹽、泥巖塑性流動引發(fā)的同沉積構造活動會持續(xù)改變原有的地形地貌，這勢必引起同期深海水道平衡面的再調整，進而使得同沉積構造周圍水道構型樣式和內部充填相(儲集相)呈現(xiàn)復雜化和多樣性，這正是造成水道儲層非均質性的根本，但目前缺乏水道構型樣式及其內部充填相對同沉積構造響應的研究。因此，有必要從儲層構型角度揭示水道對同沉積構造運動學參數(shù)的響應機理，這是該類油氣藏高效開發(fā)和提高采收率的關鍵。