南海北部陆坡白云深水区浅层深水水道沉积

刘 军，庞 雄，颜承志，柳保军，李元平，胡 琏，郑金云

(中海石油(中国)有限公司 深圳分公司研究院， 广州 510240)

在过去的20多年，深水油气勘探取得了极大发展，世界上各大型油公司都涉足深水勘探领域，全球深水油气勘探的成功率由1995年之前的10%增加到现在的30%[1]，深水沉积也迅速成为研究的热点。深水水道沉积受到石油工业界和研究人员关注的原因在于：1)在数个深水盆地(坎波斯盆地、西非、巴西、墨西哥湾北部等)获得了水道砂体储层的重大油气发现，而水道砂体的储集性能对后期开发决策起到关键性的作用；2)三维地震可以更清晰地表征水道沉积系统(尤其是弯曲水道)的内部几何特征；3)钻井时预防钻遇浅层水道溢流的需要[2]。

相对于浅水储层而言，深水沉积的储层是很难直接获得、观察和研究的。因此需要应用现代海底的、浅层地震、深层地震勘探、岩心和露头等各种资料进行研究，而各种资料都有其局限性。通过高分辨率地震提取的地震属性可以清晰地表现出水道的宏观特征，但是低于地震分辨率的一些细节特征就很难识别出来；岩心由于极小的采样量而有其局限性。同样，露头也有其不足之处，深海沉积岩石大多暴露于造山带，构造和变形作用常常使一些沉积特征复杂化或者不能保留，另外，有些露头被植被所覆盖，暴露的区域很小，很难达到类比深水沉积系统的要求。而浅层三维地震的应用及储层类比研究能得到不同重力流系统的高精度图像(图1)[3]，这些图像与现代海底研究具有同一尺度，在国际上，应用此种方法研究深水沉积已经成为许多油公司的常规方法。

珠江口盆地白云深水区位于南海北部陆坡区，研究和勘探证实，白云深水区具有广阔的油气勘探前景[4-6]。本文应用浅层3D高分辨率地震资料，对白云深水区浅层深水水道沉积系统进行研究，这对于理解深水水道系统的形态、演化和沉积过程是非常必要的，对白云深水区的勘探具有指导意义。

1 深水水道的定义

在地质界，深水水道沉积的含义存在着含糊的地方，有些是因为定义水道时对所用资料的来源缺少明确的说明(高分辨率海洋测深学、深层地震或者露头等)，而这些资料来源对应着不同的地质背景(现代海底、储层和露头)。一般认为，深水水道是由重力流流动形成的，具有伸长的负向地貌特征，它代表一个相对长期的沉积物搬运通道。浊流系统内的水道形态和位置受沉积过程或侵蚀下切作用的控制，水道地貌可以是侵蚀或沉积成因，也可以是两者兼而有之的复合[7]。

2 深水水道的沉积环境及分类

深水水道在白云深水区的浅层陆坡、陆坡底都有发育，随着坡度的变化，水道由单一的深切供给水道变为稍窄或稍宽些的水道和没有限制的水道沉积组合。水道按成因可分为3类：1)侵蚀型(图2)：侵蚀下伏地层(包括滑塌)，没有或极少有溢岸—天然堤沉积；侵蚀水道多为成年期、长期活动的水道，侵蚀下伏的斜坡和盆地地层。大型侵蚀水道为点源沉积物通道，沉积物通过侵蚀水道从浅水搬运到深水。2)侵蚀/加积型(混合水道)：侵蚀和沉积作用共同作用形成。侵蚀—加积水道的定义有些混淆，因为所有的水道及其充填沉积在某种程度上都具有侵蚀和加积的特征；另外不同的人所用术语也不同，Mutti 和 Normark[8-9]认为古代混合水道沉积表现为先有侵蚀特征后有加积特征，这种侵蚀/加积旋回在古代水道演化的不同时期可以重复出现。相反地，现代混合水道充填则先有沉积后有侵蚀(下切侵蚀以前的沉积地层)。而且，侵蚀水道在下倾方向会演变成为沉积水道，Clark 和 Pickering[10]指出，在斜坡内盆地，具沉积特征的水道通过盆地内的侵蚀水道相连接。因此，侵蚀—加积水道这个术语有很多用法。相对海平面变化周期的各个阶段都可发育水道，相对多部分的水道发育于低位时期，水道携带大量粗粒沉积物侵蚀斜坡，并通过其搬运到海底形成盆底扇体。侵蚀水道使水道两侧失稳，可导致沉积物形成滑动沉积在水道内(图3)。除了滑动块的水道充填，相对海平面上升时期，沉积位置逐渐向陆迁移，很少有沉积物到达海底，此时水道被以悬浮为主的细粒沉积物所覆盖。此外，高位时期沉积物向海的快速进积和陆坡再调整作用[11]或者物理和生物过程的溯源侵蚀[12]均可形成大型海底峡谷。3)加积型：天然堤—溢岸地层不断加积，形成介入性的低凹地形，水道和天然堤呈指状交叉。

图2 白云深水区中部从外陆架到陆坡现代海底相干属性多数侵蚀水道为顺直型Fig.2 Coherent attribute of present sea floor from outer shelf to slope, center of Baiyun deepwater region

图3 白云凹陷钻遇的深水水道砂岩岩心照片水道底部可见清晰的泥砾沉积。Fig.3 Photos of sandstone cores from deepwater channels in Baiyun Sag

侵蚀水道沉积有时指块状水道砂岩或者大型水道，加积水道有时指有堤水道或低幅的水道化的天然堤[13-14]。上倾方向的水道大多数为侵蚀水道，原因在于上倾方向具有高坡降和低容纳空间，从而具有较高的流速。而在下倾方向，多为侵蚀—沉积水道或加积水道。

3 水道的形态

在白云深水区，浅层深水水道的几何形态随地形坡度的变化而变化，在上陆坡坡度较陡，发育单一的深切供应水道(图4a)；在坡度较缓的区域，早期形成的水道为沉积物提供了一个相对封闭的限制性环境，形成多个较宽浅的水道垂向叠加(图4b)；而在盆底的非限制性环境，由于受海底地形的影响，可形成多个小型水道的侧向迁移(图4c)。总体来说，随着坡度减小，从陆坡到盆底，水道宽厚比(水道宽度与厚度的比值)增大，从10∶1可增大到200∶1。

在平面上，白云深水区深水水道形态各异，类似于河流系统的辫状分流水道和曲流河，既有伸长型、相对顺直型(图2)，也有弯曲型(图5)。尽管弯曲水道的成因有所争议，但与水道弯曲有关的因素包括海底的崎岖程度、海底的坡度、沉积物的浓度、输送系统的性质(触发性流体与非触发性流体)、流量和流体穿过水道的频率及速率等[15]。一般认为水道的弯曲度与陆坡坡度呈反相关关系，低能量的水道比高能量粗粒沉积水道更容易弯曲。

图4 白云深水区浅层深水水道随地形坡度变化特征剖面及水道充填叠加样式线描a.单个的侵蚀水道，深切下伏地层，宽厚比小，沉积物通道；b.限制环境，多个宽浅水道垂向叠置；c.非限制环境,水道侧向迁移，形成多个水道侧向叠加，宽厚比高Fig.4 Shallow deepwater channel changes in response to gradient as well as drawing of channel infilling and superposition in Baiyun deepwater region

图5 白云凹陷西南部浅层深水水道系统均方根振幅Fig.5 Amplitude extraction map of shallow deepwater channels, southwest of Baiyun Sag

4 内部充填特征

由于构造、气候和沉积物供给等因素的控制，白云深水区浅层发育的深水水道充填沉积物的岩性变化较大，有砾岩、砂岩、泥岩以及几种岩性的混合(图1)。水道充填物由各种沉积物重力流组成，有浊流、碎屑流和滑动块，以及相伴生的半远洋悬浮降落沉积。水道充填沉积的厚度各不相同，单层水道充填可能只有几米厚，而复合水道充填厚度可达几百米以上。水道充填厚度主要受控于水道活动时间、流经水道的水流体积,以及与水道是否决口还是保持主要的加积作用有关。根据白云凹陷高分辨率地震、岩心、测井等资料总结了白云深水区侵蚀/加积型水道垂向变化特征：粒度整体向上变细，底部为主水道，顶部为有堤水道(图6)；水道内部具有几种叠加样式，这取决于主水道的宽度和深度、水道内的位置和内在的沉积过程(图6,7)。

5 深水水道研究对勘探的指导意义

由于浅层地震分辨率高，能识别出更多的水道内部充填特征，浅层水道类型、形态、充填样式的研究更为清晰，有利于指导白云深水区具有同样沉积条件但分辨率下降的中深层水道的研究。深水水道的研究归纳起来有以下认识：限制性环境内发育的水道一般来说宽厚比低(30∶1到80∶1) 、砂泥比高( 75%～90%) ，此类水道砂体由块状砂岩及泥岩碎屑组成，砂岩底部由于侵蚀作用，厚度变化较大。对露头区遭受侵蚀的水道砂体的观察发现，水道底部的侵蚀可以提高水道砂体纵向上的连通性，但其横向连通性相对较差；在坡度较缓的非限制区域，侵蚀接触带很少，水道充填地层的宽厚比较高、砂泥比下降到65%～80%，由于水道侧向迁移，横向上连通性增加而纵向连通性相对较差。对于限制性水道，砂体的厚度会很大，而圈闭的面积可能比较小；而非限制环境内，圈闭面积很大而砂体的厚度会很小。不同形态和不同空间展布的水道砂体，其油井的产量、压力下降速度和产量下降速度、采收率等变化很大。这些都增加了深水水道砂岩勘探的复杂性，因此找到厚度大、横向和侧向连通好的水道砂岩至关重要。

图6 白云深水区浅层侵蚀/加积水道垂向充填横剖面左图为水道平面形态图(高弯度：水道—天然堤；低弯度：富砂水道充填)：a1-a2为地震剖面图及线描图；a3为水道充填序列的演化过程Fig.6 Cross section showing vertical infilling of shallow erosional/aggradational channels, Baiyun deepwater region

图7 白云深水区浅层深水水道垂向充填横剖面a1-a2.地震剖面图及线描图；b.多个水道砂岩充填和层间天然堤泥质沉积具有显著的非均质性，泥岩成为渗流屏障及隔板Fig.7 Cross section showing vertical infilling of shallow deepwater channels, Baiyun deepwater region

6 结论

南海北部白云深水区已经获得了重大的天然气发现，正逐渐成为全球深水油气勘探的热点区之一[16]，鉴于深水油气勘探的高投入和巨大风险，必须找到优质高效的深水砂岩储层，而深水水道砂岩无疑是最重要的储层之一，只有掌握深水水道系统的形态、演化和沉积过程，才能搞清楚砂体的分布、几何形态以及物性特征，增加钻前预测的可靠性，提高勘探成功率。本文通过对白云凹陷浅层深水水道的研究，以期达到类比中深层勘探层位的深水水道沉积的作用，增加对深水水道沉积的理解，指导白云深水区的勘探。

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