尼日爾三角洲盆地深水區(qū)E油田重力流水道復合體沉積特征與內部期次解剖

張 旭，卜范青，段瑞凱，楊希濮，陳 筱，郜益華

1中海石油（中國）有限公司北京研究中心；2中海油國際有限公司

0 前言

深水重力流沉積體系是近年來油氣勘探開發(fā)的熱點之一，在全球多個海域尤其是大西洋兩岸的被動大陸邊緣古近系和新近系中已有大量油氣發(fā)現(xiàn)，因此關于深水重力流沉積體系的研究顯得尤為重要。作為深水重力流沉積的重要類型，重力流水道沉積有其獨特的復雜特點。在勘探開發(fā)較為成熟的區(qū)塊，重力流水道彎曲的形態(tài)通常能夠在基于三維地震的平面地震屬性圖上清晰地識別出來，但以此識別的水道一般為一套或幾套尺度較大的水道復合體。事實上，深水重力流水道沉積極其復雜，其復雜性首先表現(xiàn)在水道復合體一般不是單期沉積作用形成，而是經(jīng)歷了長期演化，其內部包含大量的細分水道，砂體無論在縱向上還是橫向上都可能快速相變；另外，復合體內部不同期水道之間常發(fā)生相互侵蝕疊加，導致深水重力流水道復合體內部結構復雜。深水重力流水道內幕結構的復雜性對油氣田開發(fā)井部署、實施以及生產都會產生重大影響。

國內外已有相關學者對深水重力流復合水道結構與級次細分等進行了相關研究。如林煜等［1]將深水重力流水道體系劃分為7級構型單元；趙曉明等［2]分水道體系、復合水道和單一水道3個層次對深水水道體系進行了構型研究；陳筱等［3]對深水重力流復合水道儲層連通模式進行了表征。雖然前人已經(jīng)取得了大量的研究成果，但關于深水重力流水道的研究仍存在一些不足，如目前的研究主要側重于剖面分析，空間分析存在不足，對于多期復合水道沉積的演化研究尚有待深入等。筆者以西非尼日爾三角洲盆地深水區(qū)E油田為例，基于巖心、測井、三維地震等資料，明確了深水水道復合體期次分級，總結了復合水道期次界面的主要類型及識別特征，并采用基于井-震聯(lián)合多級旋回對比的復合水道期次解剖方法完成目標油藏水道復合體內幕期次解剖，最后建立了基于成因分析的多期復合水道沉積演化模式。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)E油田位于西非尼日爾三角洲盆地深水區(qū)（圖1），北側距離哈科特港約200 km，水深1 400～1 500 m，現(xiàn)今仍處于被動大陸邊緣陸坡環(huán)境。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖Fig.1 Geographical location of the study area

1.1 構造與地層發(fā)育特征

尼日爾三角洲自始新世以來長期處于進積狀態(tài)［4]，隨著沉積物的不斷堆積，中新世開始尼日爾三角洲盆地受到重力滑動作用，從北至南形成3個區(qū)域構造帶［5-6]（圖2）：北側為拉伸構造帶，主要發(fā)育鏟狀斷層和滾動背斜；南側為擠壓構造帶，主要發(fā)育疊瓦狀逆沖斷層；中部為拉伸-擠壓構造轉換帶，同時可見逆沖斷層和正斷層［5]。研究區(qū)E油田發(fā)育在尼日爾三角洲構造轉換帶上。

圖2 研究區(qū)構造背景剖面示意圖（據(jù)文獻［5-6]）Fig.2 Profile showing structural background of the study area（cited from reference［5-6]）

尼日爾三角洲盆地自古新世以來發(fā)育3套進積地層，自下而上分別為：阿卡塔(Akata)組、阿格巴達(Agbada)組和貝寧(Benin)組［7]。其中阿卡塔組主要為巨厚的海相黑色頁巖，是研究區(qū)主要的生油層系，沉積厚度達2 000～7 000 m；上覆阿格巴達組為研究區(qū)目的層所在層位，該套地層靠近陸地方向發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣沉積，向海方向則過渡為海底扇和深海泥巖沉積，沉積總厚度達3 500 m［8]；貝寧組主要發(fā)育于靠近岸上地區(qū)，主要由河流及岸后沼澤沉積組成，地層厚度小于3 000 m［9]。

1.2 資料基礎

E油田資料豐富，為開展精細沉積研究提供了較好的條件。高精度三維地震數(shù)據(jù)平面處理面元為12.5 m×12.5 m，采樣間隔為2 ms，目的層段主頻為32 Hz，垂向分辨率為25 m，整體信噪比高，地質體成像清晰。E油田5口探井基礎資料豐富，累計取心達300 m，常規(guī)測井、分析化驗等資料齊全。此外開發(fā)井隨鉆測井等資料也可為油田沉積認識提供一定支持。

2 深水重力流復合水道沉積特征

E油田A油組發(fā)育典型的深水重力流復合水道，多期疊置特征明顯。下面分別從地震響應、巖心觀察及測井曲線等方面分析A油組深水重力流水道的宏觀沉積特征。

研究區(qū)高精度三維地震資料為A油組宏觀儲層特征識別奠定了良好的基礎。如圖3所示的A油組平面地震均方根振幅屬性，可清晰反映出A油組復合水道體系在平面上呈高彎度曲流形態(tài)，水道軸部（虛線內所示）地震反射能量強，為優(yōu)質儲層發(fā)育的主體部位；邊部振幅能量較弱，局部見斑塊狀中等能量區(qū)，主要為漫溢及天然堤響應。

圖3 尼日爾三角洲盆地E油田A油組平面地震屬性圖（均方根振幅）Fig.3 Seismic attribute map of Aoil layer in E Oilfield of Niger Delta Basin(RMS amplitude)

通過垂直水道走向的地震剖面（圖4）可以看出，重力流水道復合體地震響應具有如下特征：水道復合體軸部地震反射能量較強，并具有多套疊合地震反射同相軸。局部剖面顯示水道軸部呈現(xiàn)似“頂平底凸”的形態(tài)（圖4a黃色虛線所示），反映可能存在侵蝕下切作用；局部則表現(xiàn)出多期水道側向遷移的形態(tài)（圖4b黃色虛線所示）。水道復合體內部同相軸出現(xiàn)扭曲、中斷等現(xiàn)象，指示水道復合體內部存在復雜的水道期次關系。另外復合體頂部可識別出寬度較窄的廢棄水道（圖4綠色線所示）。

圖4 尼日爾三角洲盆地E油田A油組垂直水道走向的地震剖面（剖面位置見圖3）Fig.4 Seismic sections crossing Aoil layer perpendicularly to the channel axis in E Oilfield of Niger Delta Basin(section position is shown in Fig.3)

基于水道軸部W井（井位見圖3）的測井曲線特征分析（圖5），A油組水道復合體厚度近百米，可以劃分為多期復合的兩大沉積旋回。其中，下部旋回的巖性相對均質，包括下部單層塊狀砂巖和上部泥巖段，塊狀砂巖在GR測井曲線上表現(xiàn)為箱形或微齒化箱形特征；上部旋回為多套箱形或鐘形曲線組合，代表多期砂—泥的復合沉積，單期砂巖厚度為5～10 m。巖心分析顯示，A油組發(fā)育中厚層—厚層粗?！毩Ｉ皫r、粉砂質泥巖等巖性組合，一般以塊狀層理或正粒序層理為典型特征。厚層砂巖底部常見含礫砂巖或礫巖，向上漸變?yōu)閴K狀或正粒序中—粗砂巖，頂部常發(fā)育富含波紋層理的泥質細砂巖或粉砂巖。A油組沉積構造類型豐富，砂巖中常見正粒序層理、波紋層理、泄水構造、底部沖刷面等；泥巖一般發(fā)育水平層理，常見滑塌、揉皺等變形構造等。

圖5 尼日爾三角洲盆地E油田W井A油組綜合柱狀圖Fig.5 Comprehensive column of A oil layer in Well Win E Oilfield of Niger Delta Basin

綜上所述，A油組深水重力流水道復合體存在多期復合疊置的特點。油田方案實施過程中，深水重力流水道多期復合的特點為油田開發(fā)帶來一定難度。首先，油田開發(fā)早期多期復合水道的地質認識難以準確把握，可能造成開發(fā)井鉆前儲層預測不準，進而導致水平井砂體鉆遇長度不及預期；其次，多期復合水道期次認識不足還可能導致儲層發(fā)育模式認識不到位，進而造成井間連通性不明確、井網(wǎng)不完善等問題。因此，深水重力流水道復合體內部期次解剖對油田開發(fā)具有重大意義。

3 深水重力流水道復合體系期次解剖

針對E油田A油組水道復合體多期疊置的特點，利用巖心、測井、地震等資料，分別從水道復合體系內部級次、期次界面識別及井-震聯(lián)合的復合水道旋回對比等角度進行了深入研究，進而實現(xiàn)了A油組重力流水道復合體系的期次細分及層位追蹤解釋。

3.1 復合水道體系內部級次

要對深水水道復合體系期次進行解剖，首先要理清水道的內部級次。前人對深水重力流復合水道級次細分已做了一定研究，總體來說，深水重力流復合水道體系由細到粗可以劃分為單一水道、復合水道和水道體系3個級次［1,2]。整個A油組屬于一套水道體系，因此關于水道體系在此不再贅述，需要討論的關鍵在于單一水道和復合水道。

單一水道是復合水道內部的基本成因單元，由于尺度較小，稀井網(wǎng)條件下往往難以準確分辨［2]。據(jù)前人研究，單一水道厚度一般為10～30 m［2]。從E油田巖心資料來看，如圖6所示，在3.5 m長的連續(xù)巖心段內部至少可識別出4期旋回，因此單一水道亦可能包含多個沉積旋回；再加上單一水道之間一般具有侵蝕或疊加關系，導致多期單一水道交疊，進而導致水道橫向變化快，空間刻畫難以實現(xiàn)。

圖6 尼日爾三角洲盆地E油田S井深水重力流水道巖心旋回性分析Fig.6 Sedimentary cycle analysis of deep water gravity flow channel for cores of Well S in E Oilfield of Niger Delta Basin

復合水道由多期單一水道構成，代表相對穩(wěn)定沉積背景條件下形成的水道沉積。不同期次復合水道之間一般存在泥巖、泥質碎屑流等非儲層類型沉積，代表中長期的物源供給不足或大規(guī)模的泥質碎屑流沉積事件等。復合水道一般具有較大的規(guī)模，條件較好的情況下可以利用地震資料進行追蹤研究。前人研究顯示復合水道厚度可介于10～50 m［2]?；诒敬窝芯繉油田A油組水道復合體期次的分析，A油組可細分為4期復合水道，單期復合水道沉積體厚度在25～35 m之間。從油氣田開發(fā)的角度來講，相比單一水道變化較快的特點，復合水道可在開發(fā)單元范圍內穩(wěn)定追蹤，沉積體厚度與開發(fā)單元厚度較為契合，因此復合水道期次的解剖更具有實際應用價值。

3.2 復合水道體系期次界面識別

沉積界面是水道期次細分的重要依據(jù)，深水重力流復合水道體系由于其獨特的深水沉積環(huán)境，其沉積界面具有特有的典型特征及成因。基于巖心、測井曲線等資料，在E油田A油組水道復合體中識別出4種復合水道期次界面標志，并分別總結每種界面類型的成因與識別方式（表1）。

表1 尼日爾三角洲盆地E油田A油組深水重力流復合水道體系主要期次界面標志、成因解釋及識別方式Table 1 Key interface markers and their genetic explanations and identification methods of the deep water gravity flow channel system of A oil layer in E Oilfield of Niger Delta Basin

泥質巖—砂巖突變面 代表水道砂質沉積物直接覆蓋在下部泥質沉積上。在深水重力流水道中，泥質巖主要有深海懸浮沉積泥巖、水道內低密度粉砂質泥巖或泥質粉砂巖等，砂巖與泥巖呈整合或侵蝕接觸，通過測井和巖心資料均可識別。此類界面可代表單一水道界面，也可代表水道內的單次重力流沉積事件，具有一定的多解性。而對于水道復合體而言，其沉積一般發(fā)生在較長期的沉積“饑餓期”或較大規(guī)模的泥質碎屑流沉積之后，上下可形成較厚的泥巖層，因此部分情況下該類界面可通過地震資料追蹤。

砂體內部粒度突變面 是水道砂體疊加的位置，可伴生沖刷面，代表晚期高能水道下切沉積于早期水道砂體之上，常見于復合水道級次內部。此類界面識別主要通過巖心觀察，在粒度變化較大的情況下孔隙度測井曲線可表現(xiàn)出跳變特征，但多數(shù)情況下測井難以識別。此類界面說明上下兩期沉積間隔時間較短，上下兩期沉積物幾乎完全融合，在水道期次對比中一般予以合并。

泥礫巖或含泥礫粗砂巖等特殊巖性層 為部分水道早期充填物，其中泥質礫石尺寸可達5～10 cm（圖5照片C），并具有一定的磨圓度，沉積厚度一般為0.5～3 m。該類沉積一般見于水道底部，屬于滯留沉積，主要由大規(guī)模重力流沉積事件伴隨泥質滑塌作用而形成，是水道期次解剖的重要依據(jù)。巖心觀察是識別此類特殊巖性層的主要方式，測井資料也表現(xiàn)出一定的識別特征，但因其與砂泥薄互層沉積具有相似的測井響應特征而具有多解性。

泥質碎屑流及塊體搬運沉積層 為深水常見的沉積類型［10-13]，兩者均與上游陸坡局部失穩(wěn)導致的滑塌作用有關?；贓油田的實際資料分析，在初期水道砂體沉積之前常發(fā)生泥質碎屑流及塊體搬運沉積。例如W井2 840 m以下井段以泥巖為主（圖5），但發(fā)育大量揉皺、變形構造，解釋為泥質碎屑流，而之上沉積了厚層水道充填砂巖。因此深水重力流水道中的泥質碎屑流和塊體搬運沉積層可作為水道期次的識別標志。不排除泥質碎屑流及塊體搬運沉積單獨成期的可能性，但這與前述結論并不矛盾。

3.3 井-震聯(lián)合的復合水道期次對比解釋

基于水道期次界面識別特征，分別從巖心、測井、地震尺度對目標油組的水道期次進行對比分析（圖7a）。通過巖心觀察，在A油組內部識別出多個沉積期次，反映水道沉積內部結構極其復雜。每一期界面底部的識別標志見圖7a中“巖心界面標志”一欄的詳細標注。值得注意的是，W井2 770～2 773 m井段為高G R的泥質響應特征，常規(guī)做法一般會將其作為沉積旋回末期的低能泥質沉積，而基于本文的研究，認為該段是泥質碎屑流沉積，為復合水道早期沉積物。由于巖心尺度水道期次過多、厚度過薄，為了實現(xiàn)水道空間尺度的識別劃分，需要在此基礎上，對A油組16期水道旋回進行對比組合。組合思路為在繼承巖心期次識別結果的基礎上，考慮不同期次間沉積界面類型、泥質巖厚度及巖性旋回，并參考測井曲線特征將巖心識別期次組合為厚度較大、數(shù)量較少的期次，最后通過過井地震剖面對比，以界面可追蹤為前提，合并為地震尺度可識別的期次。不同尺度水道期次厚度以及水道期次合并的依據(jù)見表2。A油組水道復合體巖心尺度水道期次最后組合為5期測井尺度水道期次，井-震聯(lián)合最終確定為4期復合水道期次。

表2 W井不同尺度水道期次規(guī)模及期次合并依據(jù)Table 2 Thickness statistics of channels in different scale phase of Well Wand the basis of phase combination

圖7 復合水道期次井-震聯(lián)合對比解釋Fig.7 Phase dividing for composite channels with seismic and well data

如圖7b所示，4期復合水道可通過地震剖面追蹤解釋（為清晰表述期次，僅標注了復合水道底面）。各期水道底面分布疊合圖見圖8。各期復合水道在空間上具有一定組合關系：位于沉積體底部的復合水道Ⅰ屬于早期的獨立沉積，其與上覆水道之間發(fā)育厚度達15 m的穩(wěn)定泥巖。上覆的復合水道Ⅱ、復合水道Ⅲ和復合水道Ⅳ沉積具有繼承性，整體屬于另一期大的沉積序列。

各期復合水道的地震響應特征具有一定差異。相比上覆各期復合水道，底部復合水道Ⅰ的沉積寬度更大（近2 000 m）（圖8），而且基本不發(fā)育天然堤。深水沉積一般受到海底地形的影響［14-16]。復合水道Ⅰ橫剖面具有典型的中間厚兩邊薄的特征，推測是由于水道沉積早期目標區(qū)域的可容空間大，水道砂快速堆積在較寬的海底地形而形成。上部旋回復合水道Ⅱ、復合水道Ⅲ在剖面上呈寬扁“U”形，兩者之間頻繁發(fā)生交切侵蝕（圖9），導致局部期次劃分存在一定困難，但交切侵蝕作用可能導致兩者縱向連通性較好。復合水道Ⅱ和復合水道Ⅲ外圍發(fā)育扁平的天然堤沉積，局部發(fā)育砂質漫溢沉積，導致遠離水道主體部位出現(xiàn)斑塊狀中—弱反射。復合水道Ⅳ為末期沉積，寬度較窄（200～300 m），深度較大（25～40 m），呈“U”字形廢棄水道，水道邊緣形成高幅的鷗翼狀的天然堤（圖7b）。廢棄水道具有較強的侵蝕下切能力，導致其下的復合水道Ⅲ被嚴重改造（圖9）。

圖8 尼日爾三角洲盆地E油田A油組4期復合水道底面疊合圖Fig.8 Superposition map of the bottom surfaces of the 4 phases composite channels of A oil layer in E Oilfield of Niger Delta Basin

圖9 尼日爾三角洲盆地E油田A油組復合水道地震剖面解釋（剖面位置見圖8）Fig.9 Seismic interpretation of composite channels of A oil layer in E Oilfield of Niger Delta Basin(section position is shown in Fig.8)

3.4 基于成因分析的復合水道沉積演化模式

基于以上認識可以看出，研究區(qū)水道復合體沉積不僅具有期次性，而且其形成過程具有連續(xù)性。綜合考慮不同復合水道界面標志、期次間泥質成因、水道充填物類型等因素，建立了研究區(qū)的深水重力流復合水道體系沉積模式（圖10）。

水道沉積作用發(fā)生之前，研究區(qū)處于可容空間較大狀態(tài)（圖10a），由于滑塌等大規(guī)模重力流事件等，陸坡區(qū)物源方向發(fā)生水道改道進而導致研究區(qū)發(fā)育復合水道Ⅰ，水道沉積物迅速充填古構造低部位，形成寬泛且較為均質的砂質水道沉積（圖10b）。之后由于海平面升降等原因，物源供給出現(xiàn)較長時間的中斷，研究區(qū)整體沉積了穩(wěn)定的深海泥巖（圖10c）。隨著上游發(fā)生滑塌等事件，以底部的砂質泥礫巖沉積為標志，研究區(qū)開始沉積復合水道Ⅱ（圖10d），其上發(fā)育多個旋回的富砂單一水道。復合水道局部侵蝕作用強，外圍發(fā)育低平天然堤。隨著物源供應減弱，復合水道Ⅱ末期發(fā)育泥質粉砂巖等低密度濁流沉積。復合水道Ⅲ以泥質碎屑流為開端，進而沉積泥礫砂巖、中粗砂巖等水道充填沉積（圖10e），由于水道的縱向侵蝕和側向擺動，其對復合水道Ⅱ改造較強，兩者間存在明顯的侵蝕交切現(xiàn)象。之后再次出現(xiàn)物源供給減弱，在復合水道Ⅲ頂部的低密度濁流沉積之上沉積了復合水道Ⅳ（圖10f），以侵蝕性較強的廢棄水道和幅度較高的天然堤為主，廢棄水道最終被泥質充填。

圖10 尼日爾三角洲盆地E油田深水重力流水道復合體沉積演化模式Fig.10 Sedimentary evolution model of deep water gravity flow composite channels in E Oilfield of Niger Delta Basin

E油田開發(fā)井實鉆結果證實，A油組復合水道期次解剖結果可為開發(fā)井復合水道砂體預測提供有力支持，也證實了期次劃分的可靠性。

4 結論

（1）通過對地震資料、測井曲線、巖心等資料的分析，探討了深水重力流水道復合體期次解剖的級次問題。復合水道級次一般在油田范圍能夠穩(wěn)定追蹤，沉積體厚度與開發(fā)單元尺度更為契合，復合水道期次的解剖在油氣田開發(fā)中具有較高的實用價值。

（2）提出井-震聯(lián)合多級旋回對比的復合水道期次解剖方法。首先總結深水重力流復合水道的期次界面標志，以E油田A油組為例，識別出泥質巖—砂巖突變、砂體內部粒度突變、特殊巖性層和泥質碎屑流或塊體搬運沉積層4種主要的水道期次界面類型；其次以巖心資料為基礎劃分巖心尺度水道期次，并結合測井資料確定測井尺度復合水道期次；最后井-震聯(lián)合確定地震尺度的復合水道期次，并進行追蹤解釋。在總結成因認識的基礎上，建立了深水復合水道沉積演化模式。