西非下剛果盆地剛果扇A區(qū)塊中新統(tǒng)深水水道分類及演化

熊浩浩，王振奇，付 歡，鄭 勇，賀小林

（1中國(guó)石化西北油田分公司；2長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；3中國(guó)石油新疆油田公司重油開發(fā)公司）（4中國(guó)石化河南油田分公司研究院海外所；5中國(guó)石化河南油田分公司石油物探技術(shù)研究院）

隨著20世紀(jì)末期全球?qū)δ茉春陀嘘P(guān)礦產(chǎn)資源需求的急劇增長(zhǎng)，以及海洋勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高精度三維地震數(shù)據(jù)的應(yīng)用，海洋深水沉積以及深水水道成為了廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。本次研究利用高精度三維地震資料對(duì)西非下剛果盆地中新統(tǒng)剛果扇中的深水水道進(jìn)行了分類，并結(jié)合前人研究成果分析了其演化過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

下剛果盆地是西非被動(dòng)大陸邊緣裂谷盆地之一，北鄰加蓬盆地，南鄰寬扎盆地，東為剛果海岸，西為深水海盆（圖1）。盆地基底為前寒武系結(jié)晶基巖，上覆中新生界，本次研究的目的層為中新統(tǒng)。在漸新世—中新世期間，盆地主要沉積陸源硅質(zhì)碎屑巖，沉積速率很高，沉積厚度相當(dāng)大，最大可達(dá)4500m［1］。

下剛果盆地發(fā)育了世界上最大的海底扇之一——?jiǎng)偣龋@是西非沿岸漸新世—中新世的主要沉積中心之一［2-3］；按發(fā)育位置，剛果扇主要分為3個(gè)海底扇復(fù)合體：北部扇、南部扇和軸部扇，共包含80多個(gè)水道—天然堤復(fù)合體［4-5］。本次研究工區(qū)（三維地震A區(qū)塊）位于下剛果盆地東北部（圖1），陸架坡折以下，面積1 760 km2，水深為500～1 200 m，研究對(duì)象為北部扇復(fù)合體。

圖1 下剛果盆地與研究區(qū)位置

2 深水水道分類與特征

單個(gè)水道的形成演化可分為侵蝕期、充填期、溢出期和泥巖充填期，而單個(gè)水道演化過程的多次重復(fù)則可構(gòu)成多期復(fù)合水道［6］。前人關(guān)于深水水道的分類多是基于單因素的，如分別從水道的成因和截面的形態(tài)兩個(gè)方面所做的一些研究［7-8］?？紤]到多期水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)下剛果盆地深水水道的地震反射結(jié)構(gòu)，綜合水道成因和截面形態(tài)兩種因素，把研究區(qū)內(nèi)的深水水道從近物源至遠(yuǎn)物源方向分為三類九種（圖2）：（1）侵蝕型水道，包括峽谷、限制下切型水道、限制疊置水道和非限制遷移水道；（2）侵蝕加積型水道，包括限制疊置水道、限制遷移水道和限制加積水道；（3）加積型水道，包括孤立加積水道和遠(yuǎn)端朵葉。

上述分類反映的是，從近源至遠(yuǎn)源，隨著流體動(dòng)力條件逐漸減弱，水道呈現(xiàn)出限制性—非限制性—限制性—前端朵葉的演化過程，水道侵蝕性逐漸減弱，加積性逐漸增強(qiáng)，并且水道的寬深比逐漸變大。換句話說，近物源端主要為侵蝕水道，其原因在于該區(qū)域具有高坡降和低可容納空間，因而使流體具有較大的重力勢(shì)能和較高的流速，故主要表現(xiàn)為侵蝕性；由近物源端向遠(yuǎn)物源端，隨著坡度逐漸降低和可容納空間逐漸變大，流體流速和能量降低，故主要呈侵蝕加積水道；至遠(yuǎn)物源端，坡度趨于平緩，地勢(shì)開闊，流體動(dòng)力弱，流速緩慢，因此水道主要為加積水道。下面對(duì)剛果扇所發(fā)育的各種深水水道進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

（1）峽谷（圖2a） 峽谷一般發(fā)育在大陸坡折帶區(qū)域，它將大陸架上大量的陸源碎屑沉積物運(yùn)輸至大陸坡和深海盆地。由于研究工區(qū)主要位于大陸坡，范圍較小，未能觀察到峽谷，圖2a中的峽谷是前人對(duì)剛果峽谷的刻畫，本文引用于此，在地震剖面上，峽谷一般呈明顯的V形，寬深比較小，具極強(qiáng)的侵蝕性。在剛果扇中，峽谷從大陸架一直延伸至大陸坡，至今仍活躍，寬深比大約為15，坡度5～12m/km［9］。

（2）限制下切水道（圖2b） 該類水道在地震剖面上主要表現(xiàn)為V形或U形，內(nèi)部充填雜亂，為連續(xù)性較差、中—強(qiáng)振幅反射。水道整體局限在U形內(nèi)，強(qiáng)振幅反射兩側(cè)一般伴生連續(xù)—不連續(xù)的弱振幅地震相，它們?yōu)閮?nèi)天然堤沉積［10］或水道滑塌沉積［11］。由于水道幾乎完全表現(xiàn)為侵蝕性，所以水道壁穩(wěn)定性較差，這些連續(xù)—不連續(xù)的弱振幅地震相更可能是水道滑塌沉積。該類型水道與峽谷相連接，一般不具有外天然堤，水道底部對(duì)下覆地層具有明顯的侵蝕性，同時(shí)會(huì)形成底部滯留沉積。該類水道多發(fā)育在上扇區(qū)域，侵蝕性很強(qiáng)。

（3） （侵蝕型）限制疊置水道（圖2c） 該類水道在地震剖面上主要表現(xiàn)為寬緩U形，為中—差連續(xù)性、中—強(qiáng)振幅反射。水道整體仍限制在U形之內(nèi)，但水道有較明顯的側(cè)向遷移現(xiàn)象，后一期水道疊置于前一期水道的側(cè)面，但仍以垂向疊置為主，側(cè)向遷移屬次。該類型水道侵蝕性很強(qiáng)，發(fā)育水道內(nèi)部滑塌沉積，同時(shí)伴生分支水道和決口扇沉積，一般發(fā)育于上扇中下部。

（4）非限制遷移水道（圖2d） 該類水道在地震剖面上主要表現(xiàn)為寬緩的U形，為中—差連續(xù)性、中—強(qiáng)振幅反射。水道側(cè)向遷移特征非常明顯，后一期水道側(cè)向疊置于前一期水道之側(cè)上方，并對(duì)前一期水道的一側(cè)有明顯的切割作用，主要表現(xiàn)為側(cè)向遷移性，垂向疊置性屬次。該類型水道主要發(fā)育在中扇，侵蝕性強(qiáng)，有時(shí)發(fā)育外天然堤沉積，但厚度相對(duì)較小，容易發(fā)育決口扇和廢棄水道等沉積。

（5） （侵蝕加積型）限制疊置水道（圖2e） 該類水道在地震剖面上表現(xiàn)為U形，水道內(nèi)部為中—差連續(xù)性、中—強(qiáng)振幅反射，它與前述的（侵蝕型）限制疊置水道有所不同。水道主要表現(xiàn)為疊置性，后一期水道疊置于前一期水道上方，水道遷移性不明顯，在水道的兩翼具明顯的外天然堤，呈楔狀，表現(xiàn)為中—好連續(xù)性、中—強(qiáng)振幅反射，水道內(nèi)部具有明顯的內(nèi)天然堤，位于水道軸部的強(qiáng)反射和外天然堤之間，表現(xiàn)為連續(xù)性較差的弱反射。該水道一般發(fā)育于中扇中下部，侵蝕性較強(qiáng)。

（6）限制遷移水道（圖2f） 該類水道在地震剖面上呈寬緩的U形，水道內(nèi)部為中—差連續(xù)性或中—好連續(xù)性、中—強(qiáng)振幅反射。單期水道具疊置遷移現(xiàn)象，且遷移性為主，疊置性屬次，疊置遷移的現(xiàn)象不是很明顯，主要是由于規(guī)模較小。水道兩翼具較明顯的外天然堤，表現(xiàn)為較好連續(xù)性的中—強(qiáng)反射，但其厚度相對(duì)較小。該類水道一般發(fā)育于中扇與下扇的過渡區(qū)域，侵蝕性弱，加積性較強(qiáng)。

（7）限制加積水道（圖2g） 該類水道在地震剖面上主要表現(xiàn)為U形，為差—中連續(xù)性、中—強(qiáng)振幅反射，規(guī)模較小。單期水道依次向上疊加，幾乎沒有側(cè)向遷移現(xiàn)象，水道兩翼具有很明顯的外天然堤，表現(xiàn)為連續(xù)性好、中—強(qiáng)振幅反射，水道侵蝕性較弱，加積性明顯，主要發(fā)育于下扇中上部區(qū)域。

圖2 下剛果盆地海底扇深水水道分類與形態(tài)特征

（8）孤立加積水道（圖2h） 該類水道在地震剖面上表現(xiàn)為單一的U形，中—好連續(xù)性、中—強(qiáng)振幅反射。兩翼具有較明顯的天然堤，表現(xiàn)為連續(xù)性好的中—強(qiáng)振幅反射，該水道幾乎完全表現(xiàn)為加積性，規(guī)模很小，一般發(fā)育于下扇中下段區(qū)域。

（9）遠(yuǎn)端朵葉（圖2i） 遠(yuǎn)端朵葉又稱水道前端舌狀體［12］，它是水道在最前端的開闊區(qū)域?qū)⒓?xì)粒沉積物散開而形成的，范圍較廣，厚度較小，是水道的終止形式。嚴(yán)格地講，它不屬于水道一類，本文只是為了更好地描述水道分類及其變化，才將其歸為其中。遠(yuǎn)端朵葉在地震上表現(xiàn)為中—強(qiáng)振幅、連續(xù)性較好的反射結(jié)構(gòu)。

3 剛果扇深水水道變遷特征及演化模式

3.1 深水水道變遷特征

下剛果盆地中新統(tǒng)自下而上劃分為7個(gè)三級(jí)層序（對(duì)應(yīng)的層序底界面分別為SB1—SB7）［13］，為了分析每個(gè)層序內(nèi)水道的分布，對(duì)每個(gè)層序提取了自底界面向上100ms（分別用SB1′—SB7′表示）的均方根振幅屬性（圖3）。在圖3中，水道表現(xiàn)為中—強(qiáng)振幅，呈曲線長(zhǎng)條狀向前延伸，水道侵蝕性越強(qiáng)，振幅也越強(qiáng)；遠(yuǎn)端朵葉表現(xiàn)為中—弱振幅，平面呈扇狀向前發(fā)散。

SB1′全區(qū)主要表現(xiàn)為中—弱振幅，中部和南部以弱振幅為主，北部以中等強(qiáng)度振幅為主，且都以平面散開，主要發(fā)育朵葉沉積。

SB2′ 南部和中部主要表現(xiàn)為中—強(qiáng)振幅，且呈長(zhǎng)條狀延伸，主要發(fā)育水道沉積；北部主要表現(xiàn)為中—弱振幅，且呈平面散開，發(fā)育朵葉沉積。

SB3′ 中南部和中北部表現(xiàn)為中—強(qiáng)振幅，且都從長(zhǎng)條延伸轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫嫔㈤_，開始發(fā)育水道沉積，并向前延伸逐步發(fā)育朵葉沉積。

SB4′ 南部表現(xiàn)為中—弱振幅且呈平面散開，主要發(fā)育朵葉沉積；中部以中等振幅的長(zhǎng)條狀為主，主要發(fā)育水道沉積；北部表現(xiàn)為弱振幅且呈平面散開，發(fā)育朵葉沉積。

SB5′ 北部表現(xiàn)為中—強(qiáng)振幅且呈平面散開，發(fā)育朵葉沉積；中部為中等振幅的長(zhǎng)條狀，發(fā)育水道沉積；南部為中等振幅的散開狀，發(fā)育朵葉沉積。

SB6′南部發(fā)育弱振幅的長(zhǎng)條狀，中北部發(fā)育中等振幅的長(zhǎng)條狀，全區(qū)主要發(fā)育水道沉積。

圖3 下剛果盆地剛果扇A區(qū)塊中新統(tǒng)各層序均方根振幅（RMS）屬性

SB7′ 南部水道和朵葉均不發(fā)育，中北部表現(xiàn)為中—強(qiáng)振幅，并且有長(zhǎng)條狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫嫔㈤_狀，表明開始發(fā)育水道沉積，然后逐漸演變?yōu)槎淙~沉積。

從上述各層序水道和朵葉的發(fā)育特征可見，各層序自下而上整體表現(xiàn)為朵葉沉積向水道沉積的轉(zhuǎn)變，水道沉積整體從南向北遷移，由此表明了物源由南向北遷移。各層序均方根振幅圖上，從下至上水道振幅變得越來越強(qiáng)，說明了振幅較弱、侵蝕性弱、加積性強(qiáng)的遠(yuǎn)端朵葉、孤立加積水道沉積逐步向振幅強(qiáng)、侵蝕性強(qiáng)、加積性弱的限制下切、限制疊置等水道沉積轉(zhuǎn)變，即由加積型向侵蝕加積型再向侵蝕型的轉(zhuǎn)變，這也表明了剛果扇深水水道不斷地向盆地方向進(jìn)積。

3.2 剛果扇中新世演化模式

根據(jù)上述分析，結(jié)合前人研究，本文建立了剛果扇中新世的演化模式（圖4）。

（1）早中新世，下剛果盆地發(fā)育的水道朵葉沉積主要位于南部。

（2）中中新世，南部安哥拉陡崖抬升，使得南部地勢(shì)增高；北部同生鏟式斷層發(fā)育，使得北部地勢(shì)降低，總體形成南高北低的地形［14］。同時(shí)海平面下降，使得水道和朵葉沉積向盆地方向進(jìn)積，并向北遷移，這與前述的物源由南向北遷移對(duì)應(yīng)。

（3）晚中新世，安哥拉陡崖抬升幅度減小，海平面整體保持長(zhǎng)期下降［1］，這使得剛果扇水道朵葉沉積不斷向盆地方向進(jìn)積，并進(jìn)一步向北遷移。

圖4 剛果扇中新世演化模式

4 結(jié) 論

根據(jù)水道成因和水道形態(tài)兩個(gè)屬性，將研究區(qū)發(fā)育的水道從近物源至遠(yuǎn)物源方向分為三類九種：侵蝕型水道包括峽谷、限制下切水道、限制疊置水道和非限制遷移水道；侵蝕加積型水道包括限制疊置水道、限制遷移水道和限制加積水道；加積型水道包括孤立加積水道和遠(yuǎn)端朵葉。從近源至遠(yuǎn)源，流體動(dòng)力條件逐漸減弱，水道的演化過程包括：由限制性向非限制性演化，再向限制性演化，最后以前端朵葉散開；水道寬深比和彎曲度均逐漸變大。

對(duì)剛果扇中新統(tǒng)7個(gè)三級(jí)層序的均方根振幅分析表明，自下而上，剛果扇水道朵葉沉積不斷由南向北遷移且向盆地方向進(jìn)積，這導(dǎo)致了中新統(tǒng)自下而上、由南向北整體由孤立加積水道和遠(yuǎn)端朵葉沉積向侵蝕加積水道、侵蝕下切水道沉積的轉(zhuǎn)變。

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