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(xué),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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xué)研究是盆地動(dòng)力學(xué)研究的關(guān)鍵問題之一[1],是當(dāng)前全球油氣勘探與科學(xué)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(xué)的主要對(duì)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(fù)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(fù)合體:側(cè)向遷移復(fù)合體,垂向加積復(fù)合體,復(fù)雜遷移復(fù)合體,這些疊置的復(fù)合體被認(rèn)為是被動(dòng)大陸邊緣盆地油氣勘探最重要的烴類儲(chǔ)層[11]。同時(shí)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(xué)家和古氣候?qū)W家長期關(guān)注的重點(diǎn)[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(yīng)用,使得國內(nèi)外學(xué)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(jìn)展[16-28]。Pirmez等研究表明深水水道為了達(dá)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(yīng)流體流量和沉積物負(fù)載的變化,指出高彎曲水道梯度的變化與濁流流體強(qiáng)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(fù)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(duì)白云凹陷珠江組深水扇砂質(zhì)碎屑流沉積學(xué)特征和識(shí)別標(biāo)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(rèn)識(shí),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(duì)瓊東南盆地中央峽谷陵水段充填過程研究,識(shí)別出6類沉積要素,劃分5個(gè)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(dòng)、沉積供給對(duì)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(duì)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(shí)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(xué)者對(duì)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(cuò)綜復(fù)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(fù)雜深水環(huán)境下的所有變化[32]。因此我們需要對(duì)不同深水環(huán)境下沉積作用、充填過程和砂體分布進(jìn)行精細(xì)研究,重構(gòu)水道的充填演化過程,尤其是水道復(fù)合體的形成過程,實(shí)現(xiàn)對(duì)深水砂巖儲(chǔ)層勘探的準(zhǔn)確預(yù)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(shí)別出多期次水道復(fù)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(jìn)步,地震分辨率不斷提高,加以地震地貌學(xué)的發(fā)展,深水水道的沉積要素和沉積細(xì)節(jié)被更加精細(xì)的刻畫出來[33-34],同時(shí),水槽實(shí)驗(yàn)和流體動(dòng)力學(xué)模擬研究取得的進(jìn)展,極大的改善了我們對(duì)于深水水道沉積充填過程和動(dòng)力學(xué)機(jī)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(diǎn),實(shí)驗(yàn)室的模擬無法完全反應(yīng)深水沉積環(huán)境,因此重力流水道的侵蝕-充填過程響應(yīng)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成因機(jī)制一直是探討的熱點(diǎn)問題。

前人對(duì)下剛果盆地中新統(tǒng)深水水道開展過大量研究,進(jìn)行了沉積體系識(shí)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(jí)層序地層格架內(nèi),沒有討論過在四級(jí)層序格架約束下應(yīng)用3D地震資料研究深水水道復(fù)合體的沉積充填演化過程,而這一研究對(duì)于恢復(fù)深水水道復(fù)合體的發(fā)育過程和預(yù)測砂體至關(guān)重要。

本文綜合應(yīng)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(jí)層序地層格架。在高精度層序格架內(nèi)識(shí)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(jìn)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(gè)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(dòng),在重力作用下形成了一系列鹽巖滑動(dòng)構(gòu)造,在構(gòu)造作用下,沉積了碳酸鹽巖臺(tái)地、深海碎屑砂巖沉積。漸新世早期—第四紀(jì)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(dá)6 000 m的剛果深水扇復(fù)合體[38](圖1)。

本文研究對(duì)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(diǎn)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(dá)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(xué)是通過識(shí)別不整合面或與之可對(duì)應(yīng)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(shí)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(shí)別、對(duì)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(biāo)定,明確三、四級(jí)層序界面特征。三級(jí)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(qiáng)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(jí)層序界面通常是海平面相對(duì)下降導(dǎo)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(jí)層序內(nèi)體系域劃分難度較大,而初始水進(jìn)面具有明顯的特征,因此,在三級(jí)層序內(nèi)由初始水進(jìn)面分隔的次級(jí)單元定義為四級(jí)沉積旋回,對(duì)應(yīng)于四級(jí)層序。根據(jù)具有年代地質(zhì)意義的地震等時(shí)標(biāo)志同相軸的追蹤,建立四級(jí)等時(shí)的層序?qū)Ρ雀窦?。本文追蹤的四?jí)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(shí)別

2.1.1 侵蝕沖刷面——三級(jí)層序界面

Well A井-震標(biāo)定揭示,研究區(qū)深水環(huán)境中,三級(jí)層序的底界面定義為深水水道復(fù)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(fù)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(duì)比,研究區(qū)內(nèi)識(shí)別出8個(gè)三級(jí)層序界面(圖2b)。層序界面之上由中低頻、雜亂、強(qiáng)振幅地震反射構(gòu)成,不同規(guī)模的水道復(fù)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(jìn)面——四級(jí)層序界面

高精度層序地層定義的四級(jí)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(jí)層序內(nèi)四、五級(jí)沉積旋回所組成[43]。本文選取三級(jí)層序內(nèi)初始水進(jìn)面作為四級(jí)層序界面,將三級(jí)層序進(jìn)行了細(xì)分。Well A井揭示,該界面在研究區(qū)可大范圍追蹤對(duì)比(圖2a)。地震剖面上,初始水進(jìn)面之下為連續(xù)性差、強(qiáng)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(jí)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(jìn)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(jí)層序內(nèi)四、五級(jí)層序和體系域等為地層單元建立的等時(shí)地層格架[24]。本研究為了更精細(xì)的刻畫出層序格架內(nèi)的深水濁積水道復(fù)合體的充填過程,有必要對(duì)三級(jí)層序內(nèi)的可識(shí)別的、具有年代意義的等時(shí)高精度界面進(jìn)行識(shí)別,建立高精度層序地層對(duì)比格架。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地震沉積學(xué)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(shí)別的三、四級(jí)關(guān)鍵界面的追蹤對(duì)比,將下剛果盆地中新統(tǒng)地層劃分為“七期十四個(gè)階段”,分為7個(gè)三級(jí)層序和14個(gè)四級(jí)層序(圖2b)。其中三級(jí)層序SQ1—SQ5構(gòu)成下部二級(jí)層序,三級(jí)層序SQ6和SQ7構(gòu)成上部二級(jí)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(jí)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(jí)層序內(nèi)水道發(fā)育的鼎盛時(shí)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(fù)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(jí)層序水道發(fā)育初始期,以加積型水道為主。SQ7是上部二級(jí)層序水道發(fā)育鼎盛期,以大型侵蝕型復(fù)合水道發(fā)育為特征。每一個(gè)三級(jí)層序均由兩個(gè)四級(jí)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(jìn)面),界面之下的四級(jí)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(jí)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(jìn)的轉(zhuǎn)換面(最大水退面),因此以該界面作為四級(jí)層序界面。

圖2 下剛果盆地中新統(tǒng)井-震層序界面標(biāo)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(fù)合體復(fù)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(xué)地層切片、“甜點(diǎn)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(biāo)定和前人對(duì)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(yuǎn)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(fù)合體底部大規(guī)模復(fù)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(fù)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(qiáng)振幅反射特征,雖然研究區(qū)無井標(biāo)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(qiáng)振幅、連續(xù)反射特征,井震標(biāo)定指示強(qiáng)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(biāo)定揭示這類反射特征為泥質(zhì)沉積,同時(shí)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(fù)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(fù)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(qiáng)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(shí)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(chǔ)層。地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、高連續(xù)反射,小尺度朵體由1～2個(gè)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(qiáng)、下切深度大于 70 m的水道末端,由4～5個(gè)同相軸構(gòu)成,平面朵體寬度可達(dá)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(fù)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(fù)合水道內(nèi)侵蝕界面反射特征；f.限定性垂向疊加水道復(fù)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(yuǎn)洋沉積

三級(jí)層序頂部的四級(jí)層序內(nèi)(SQ1U，SQ2U，SQ3U，SQ4U，SQ5U，SQ6U，SQ7U)(圖2b),地震剖面上對(duì)應(yīng)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(biāo)定該地震反射為泥巖,井因此解釋為盆地“饑餓期”遠(yuǎn)洋低能原地泥質(zhì)沉積(圖2a)。遠(yuǎn)洋沉積分布范圍十分廣泛,是三級(jí)層序頂部四級(jí)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(jìn)行識(shí)別。研究區(qū)的MTD發(fā)育在水道復(fù)合體的底部,表現(xiàn)為弱振幅、斷續(xù)、雜亂反射。平面上被復(fù)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(dòng)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(jí)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(qiáng)振幅、高連續(xù)反射充填,地震剖面上后期差異壓實(shí)作用下導(dǎo)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(jí)階段具備形成高彎度水道條件,其具體的水下動(dòng)力成因還需進(jìn)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(jí)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(duì)稱的中-強(qiáng)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(dòng)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(duì)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(fù)合水道沉積

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

由海平面上升導(dǎo)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(fù)合體砂體具有“厚而窄”的特征(圖6a)。由海平面下降導(dǎo)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(fù)合體砂體具有“寬而薄”的特征(圖6b)?？梢?海平面變化方式導(dǎo)致了這兩種端元水道的相互作用和遷移方式[44],進(jìn)而形成了不同形態(tài)的水道復(fù)合體。

4.2.1 垂向疊加型復(fù)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(dǎo)致局部可容納空間逐漸增大,發(fā)育垂向疊加型復(fù)合水道。多期水道垂向的充填和切割,形成了復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。四級(jí)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(qiáng)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(fù)合水道的寬度1.5～3 km,深度可達(dá)200 m。

4.2.2 側(cè)向遷移型復(fù)合水道

這里的側(cè)向遷移水道不包括高彎水道的點(diǎn)壩側(cè)積體。點(diǎn)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(biāo)志,是單支水道逐漸遷移的結(jié)果。點(diǎn)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(dǎo)形成的沉積類型。

側(cè)向遷移復(fù)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(jí)層序SQ7L內(nèi),水道充填在地震剖面上表現(xiàn)為水平疊加、強(qiáng)振幅“臺(tái)階式”的反射特征。水道為多期、單向遷移,側(cè)向遷移作用導(dǎo)致后期水道侵蝕前期局部水道,形成多期殘余水道疊置復(fù)合體。該類復(fù)合水道常常發(fā)育在地形坡度比較大,水體能量較強(qiáng)的區(qū)域。單期水道寬度僅有150 m,疊加水道帶寬度可達(dá)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(jí)層序底部的四級(jí)層序(SQ1L，SQ2L，SQ3L，SQ4L，SQ5L，SQ6L，SQ7L)是水道復(fù)合體最發(fā)育的部位,同時(shí),也是砂體主要沉積時(shí)期,深水儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期。下面以四級(jí)層序SQ7L為例,探討復(fù)合水道的演化過程。SQ7L四級(jí)層序的底界面也是三級(jí)層序的底界面,對(duì)應(yīng)區(qū)域性的大規(guī)模海底侵蝕事件[21]。SQ7L四級(jí)層序頂界面是水進(jìn)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(fù)合水道(a)與側(cè)向遷移為主復(fù)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(yīng)用地震沉積學(xué)地層屬性切片技術(shù)[45],揭示出相距1.5 km的南、北兩支復(fù)合水道在四級(jí)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(fù)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(fù)合水道(南水道和北水道),南部水道復(fù)合體寬度1 000～2 800 m,北部復(fù)合水道寬度300～800 m。平面和剖面揭示南部水道復(fù)合體的規(guī)模和持續(xù)時(shí)間均大于北部的水道復(fù)合體。

圖7a為復(fù)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(qiáng),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(fù)合體的強(qiáng)振幅砂體沉積在水道的南部,北部水道復(fù)合體的強(qiáng)振幅砂體充填在水道的北部。

圖7b—e揭示了同一四級(jí)層序格架內(nèi)兩支相鄰水道復(fù)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(dǎo)致后期重力流優(yōu)先選擇可容納空間較大的南部負(fù)地貌單元推進(jìn),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(dòng),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(fù)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(dǎo)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(dǎo)致下游北部水道的突然衰退。相反,在階段e,南部復(fù)合水道砂巖沉積充填的規(guī)模達(dá)到最大。

圖7f是南部復(fù)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(fù)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(yùn)動(dòng)、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(shí),地震和海嘯等突發(fā)性事件也會(huì)引起陸架沉積物搬運(yùn)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(jìn)而導(dǎo)致復(fù)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(jí)層序(SQ6L)內(nèi)復(fù)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(fù)合體發(fā)育初始階段；b—e.水道復(fù)合體發(fā)展階段；f.水道復(fù)合體衰退階段；g.水道復(fù)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(dāng)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(fù)載密度越大,流體的速度就越大,進(jìn)而流體的侵蝕的能力就越強(qiáng)[49]。陡斜坡對(duì)流體加速作用,形成強(qiáng)大的侵蝕能力,進(jìn)而形成可容納空間較大的限制性水道體系。緩斜坡對(duì)初始流體流速改變較弱,導(dǎo)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(shí)期,海平面波動(dòng)、構(gòu)造活動(dòng)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(shí),冰期氣候條件剛果河充足的物源供給也對(duì)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(duì)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(jí)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(diǎn),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(shí)期板塊碰撞導(dǎo)致的構(gòu)造抬升,至SQ7時(shí)期達(dá)到最大,同時(shí)物源供給在SQ7時(shí)期達(dá)到高峰,形成了SQ7大規(guī)模的復(fù)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(diǎn),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(duì)比格架。中新統(tǒng)劃分7個(gè)三級(jí)層序和14個(gè)四級(jí)層序。每一個(gè)三級(jí)層序由下部的砂質(zhì)重力流四級(jí)層序和上部的深海泥質(zhì)沉積四級(jí)層序構(gòu)成。三級(jí)層序下部的四級(jí)層序是有利儲(chǔ)層的富集部位。

2) 基于鉆井和地震相特征,識(shí)別出復(fù)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(yuǎn)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(fù)合水道、側(cè)向遷移復(fù)合水道4種基本水道類型。其中在一個(gè)四級(jí)層序內(nèi)垂向加積復(fù)合水道和側(cè)向遷移復(fù)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(yīng)用地震沉積學(xué)分析方法,在四級(jí)層序內(nèi)描述了復(fù)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(fù)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(shí)指出構(gòu)造隆升是形成深水富砂水道體系的原動(dòng)力,西非海平面變化控制著三級(jí)層序的發(fā)育,制約著深水水道復(fù)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(jí)層序發(fā)育部位。