孟加拉湾若开盆地D区块上新统异重流特征与沉积模式

周立宏，孙志华，汤戈，肖敦清，蔡铮，王海强，苏俊青，滑双君，葛维，陈长伟

（1.中国石油大港油田公司，天津 300280；2.中国石油天然气勘探开发公司，北京 100034）

0 引言

异重流（hyperpycnal flow）是一种由洪水河流直接注入湖（海）盆、因密度大于周围水体使碎屑物质沿湖（海）盆底部长距离运移的持续性流体[1]，其沉积物称为异重岩（Hyperpycnites）[2]。1953年，Bates通过观察洪水河流注入湖盆后情况，首次提出了异重流的概念[3]；1995年，Mulder据全球147条河流观测结果，完善了异重流的概念，明确异重流是受洪水河流和密度差异两大因素控制的重力流[1,4]，该成果获2014年国际沉积学大会Walther奖[5]，改变和完善了深水重力流沉积理论[6-9]。随着深海钻探取心、高精度三维地震、数值模拟等技术手段的应用，以及研究资料的不断丰富，越来越多证据表明，受季节性或突发性洪水控制的异重流成因砂体（洪水型重力流）是深水规模储集层发育的首要因素[10-13]。这种洪水成因流体可将碎屑物质向深水盆地搬运数百公里，形成厚层的碎屑岩沉积序列，具有发生频率高、持续时间长、输送距离远、沉积厚度大且分布稳定的特点[2,14-15]，资源潜力巨大[16-20]，是今后深水油气勘探的焦点[21-22]。

D区块位于孟加拉湾若开盆地东北海域，勘探面积约9 000 km2，已发现Shwe-Mya、Thalin等大型气田，勘探潜力大[23-26]（见图1）。2007年，中国石油天然气集团有限公司（以下简称CNPC）获得D区块的D2、D6及D8区块矿权，相继部署了3 700 km2的三维地震及近9 000 km二维地震，完钻的3口探井均因缺乏储集层而失利。如何精准预测砂体展布，落实突破井位目标，是该区块油气勘探亟需解决的科研难题。在充分吸收前人研究成果基础上，借鉴 Shwe-Mya、Thalin气田勘探经验，以异重流沉积理论为指导，立足D区块整体开展沉积体系研究，精细预测储集砂体展布，优化井位部署，于2018年获重大勘探突破，发现了 CNPC进入若开海域以来的首个大气藏。本文以D区块异重流沉积研究为例，系统阐述了异重流沉积过程、沉积模式及储集层预测等方面内容，总结了异重流特征及沉积模式，明确了储集砂体分布规律，建立异重流油气成藏模式，以期为深水砂体成因研究、储集层预测和油气勘探提供指导和借鉴。

1 区域地质背景

孟加拉湾若开盆地是一个在印度板块、欧亚板块及缅甸微板块碰撞背景下形成的新生代大陆边缘增生楔盆地，盆地的形成演化与古新世以来印度板块、欧亚板块及缅甸微板块的汇聚作用密切相关，并与之后增生楔向西迁移有紧密联系。自晚三叠世起，印度板块与冈瓦纳大陆分离并向北快速飘移，至早古新世时印度板块与欧亚大陆发生俯冲碰撞作用，北侧形成了板块碰撞造山带，西侧的增生楔也开始逐渐抬升；至早始新世时，北侧喜马拉雅山脉与西侧印缅增生楔山脉的迅速隆升，并经河流向孟加拉湾注入了大量的碎屑物质，形成了规模宏大的三角洲及深水重力流沉积体系[27-28]（见图1）。

图1 孟加拉湾若开盆地D区块区域位置图

D区块位于若开盆地东北部，现今海水深度为0～2 100 m，主要沉积白垩系—第四系，最大沉积厚度约为12 000 m。其中，白垩系为开阔海沉积环境，以海相泥岩沉积为主；古近系为半深海—深海沉积环境，岩性组合为厚层海相泥岩夹薄层砂岩特征；新近系为半深海—浅海沉积环境，是深水重力流沉积大规模发育的主要层段，岩性组合为块状细砂岩、细粉砂岩与深灰色泥岩互层特征，第四系主要沉积中厚层砂岩及灰色、深灰色泥岩地层（见图2）。

2 异重流沉积特征

异重流是受洪水激发形成的深水流体，据 Mulder等实测计算地中海瓦尔峡谷中异重流的雷诺数值为（6.6～7.0）×107，表明异重流处于湍流状态，属于浊流范畴[29]，但异重流的流体类型、持续时间和所形成的沉积岩特征与砂质碎屑流、“触发型”浊流均具有明显差异。

图2 若开盆地D区块综合地层柱状图

异重流是一种准稳定流体，流体速度呈缓慢变化，洪峰期河流流量和流速最大，之后两者均缓慢减小，持续时间较长，一般持续几周以上，季节性洪水可达数月且发育多期洪峰，所形成的沉积体厚且分布广。砂质碎屑流或常规浊流则是典型的非稳定流体，在被触发后立即加速至最大，然后快速衰减，持续时间非常短，一般仅为几分钟，所形成的沉积体分布局限。同时，受流速变化与搬运距离控制，异重岩以细砂岩及粉砂岩为主，分选性与磨圆度极好，成对出现的逆粒序-正粒序层理是异重流的典型识别标志，正逆粒序之间可见洪峰期造成的微侵蚀面，常见水流推进形成的爬升层理、平行层理和交错层理现象。砂质碎屑流典型识别标志为泥质撕裂屑，整体呈正粒序特征，常见包卷层理、变形构造等侵入、揉皱现象；常规浊流以平行层理、交错层理现象为主[30]。

2.1 岩石学特征

薄片资料分析表明，区块上新统岩石类型主要为岩屑长石砂岩，石英含量一般为 55%～78%，平均为68.4%；长石含量一般为15%～21%，平均为19.8%；岩屑含量一般为8%～20%，平均为11.8%，岩石成分成熟度整体较高（见图3a）。薄片鉴定显示，碎屑颗粒分选性好，粒度较均一，以细砂颗粒为主，磨圆度较好，主要为次圆状—圆状，泥质含量极低，基本小于5%，体现了碎屑颗粒经历较长距离搬运和长时间海水淘洗作用（见图3b）。粒度概率曲线表现为二段式特征，颗粒分选较好，跳跃总体小于 10%，悬浮总体占10%～70%，粒度分布较集中在悬浮总体，显示异重流随搬运距离的推进搬运能力不断下降，高密度流逐渐向牵引流转换的特征（见图3c）。

图3 若开盆地D区块上新统岩石成分、薄片照片、粒度概率曲线及重矿物含量柱状图

Dickinson图解法可以直接反映物源区的构造环境[31]。Dickinson图解法研究表明，D区块碎屑物质主要来源于再旋回造山带—印缅增生楔山脉物源，部分受过渡大陆区—喜马拉雅山脉物源影响。D区块重矿物以稳定—超稳定为主，反映距物源较远。陆源矿物主要包括锆石、电气石、石榴石等稳定矿物，以及一定含量的白钛矿、磁铁矿、赤褐铁矿等不稳定矿物，指示母岩类型以变质岩、中酸性火山岩及基性火山岩为主[32]。自生矿物主要为黄铁矿和重晶石，且含量较高，这两类自生矿物的形成与热液作用相关[33]。这些证据说明D区块碎屑物质主要来源于东侧印缅增生楔山脉，少部分源至北侧喜马拉雅山脉（见图3d）。

2.2 沉积相标志

2.2.1 岩心相

异重岩岩性组合表现为夹持于厚层暗色泥岩中的中厚层细砂岩沉积，沉积序列整体呈正旋回特征，单砂层段内发育多组逆-正粒序变化特征[34]。泥岩颜色以深灰、灰黑色为主，显示沉积水体较深，砂岩以细砂岩为主，单层厚度一般为5～10 m，最大可达30 m，指示水动力强度大且较为稳定（见图4）。岩心精细描述显示，异重岩具有以下典型沉积构造特征：①发育一系列成对出现的逆粒序-正粒序，正粒序底见层内微侵蚀面；②常见持续发育的块状层理、平行层理沉积现象，表明水动力强且底床平坦；③发育明显爬升层理、交错层理现象，表明呈悬浮状态的碎屑物质丰富并在水体带动下不断前移；④见典型的包卷层理、滑塌变形构造等典型重力流沉积现象，但所占比例相对较少，指示沉积古地貌相对平坦，滑塌沉积作用少；⑤局部陆源有机质和植物碎片富集，生物扰动较少（见图4）。

图4 若开盆地D区块D-1井上新统典型异重流岩心综合柱状图（据文献[23-26]修改）

2.2.2 测井相

异重岩是洪水期河流入海沿盆底经长距离运移，在深水区卸载形成的具条带状特征的沉积物综合体，可识别出侵蚀谷（供给水道）、水道复合体、分支水道、天然堤、无水道席状砂 5个微相类型，岩性组合整体呈正旋回特征。自然伽马（或电阻率）测井曲线一般为近平直的泥岩夹齿化严重的砂岩箱形、钟形、漏斗形、舌形或指形曲线，齿化严重的测井相特征反映了砂体沉积后受海水波动淘洗所造成的影响（见图5）。

2.2.3 地震相

在可容纳空间充足的沉积环境中，河流注入海盆后，水体高速通过陆架陆坡，形成不同程度的侵蚀谷（供给水道），并在陆坡的自然加速下，向深海平原远距离搬运，形成了类型丰富、极具特色的沉积现象，借助高精度三维地震可见多种典型的地震相特征。

图5 若开盆地D区块典型异重流典型岩心相-测井相-地震相及地质剖面示意图（部分据文献[23-26]修改）

泥质充填侵蚀谷地震反射呈低频连续性差的空白反射特征，与周边地层有明显切割分界线；砂质充填则表现为低频连续性差强振幅特征。水道复合体一般表现为低频连续性中差的强振幅反射特征，地层切片可见典型的多期高弯曲水道现象，这种高弯曲水道与陆相曲流河沉积特征类似，横切地震剖面则能识别出多期水道叠置发育的特征，这种多期叠置发育的高弯曲水道是深水区规模优质储集层发育的关键。分支水道以中低频连续性差的强振幅地震反射特征为主，具有下切水道的特征，但幅度相比复合水道小。越岸天然堤主要发育在水道侧翼以中频连续性差的中强地震反射特征为主，外部具有海鸥状楔形形态。无水道席状砂以高频连续中差的弱振幅地震反射特征为主，一般具有席状、丘状或叠置状形态（见图5）。

2.3 沉积体系

2.3.1 沉积亚相

异重流沉积体系可分为侵蚀谷、水道、越岸及朵叶体4个亚相类型，陆架与陆坡主要发育侵蚀谷亚相，可见多期次的侵蚀谷（供给水道）；深海平原是异重流沉积的主体，可见多期次、多分支的高弯曲水道及前端无水道席状砂。

2.3.1.1 侵蚀谷亚相

侵蚀谷亚相是异重流沉积格架中的“根部”，是洪水河流向深海盆地输送碎屑物质的供给水道，主要发育被后期泥质或砂质充填的侵蚀谷。洪水河流水体密度大、速度快，在陆架、陆坡处能形成深度较大的限制性侵蚀谷，研究区可见泥质充填侵蚀谷、砂质充填侵蚀谷两类。泥质充填侵蚀谷为快速水体通过陆坡后，激荡引起其中较轻的泥质上浮，水体静止后沉积形成泥质充填，厚度大但分布局限，一般发育在陆坡上段，自然伽马测井曲线为高值平直线型特征。随着陆坡坡度减小，洪水水动力强度不断下降，峡谷内逐渐出现少量砂质沉积，形成砂质充填侵蚀谷，自然伽马测井曲线呈平直泥岩基线突起中低幅度舌形曲线，一般发育在陆坡下段。

2.3.1.2 水道亚相

水道亚相是异重流沉积格架的“主干”，是水体经过陆坡加速后进入平缓的深海平原发生沉积作用的部分，研究区已发现水道可细分为水道复合体与分支水道2种微相类型。

水道复合体是水道亚相的主要枝干，是条带状沉积体的主要组成部分。垂向上呈多期叠置特征，累计厚度一般大于8 m，叠置砂岩内部极少见泥岩漂砾，砂岩底界呈常突变方式与下伏泥岩相接，常见块状层理、平行层理现象，偶见包卷层理，岩性以中—细砂岩为主，分选磨圆好，泥质含量低。测井相特征以高幅齿化箱形为主。

分支水道是异重流水道能量减弱开始分叉形成多条细小分支水道的部分，是水道复合体的前端延伸部分，垂向上也具多期叠覆特征，砂体厚度一般在5～8 m，岩性主要为细砂岩，分选磨圆好，常见块状层理及粒序层理现象，测井相常见中高幅齿化钟形和箱形特征。

2.3.1.3 越岸亚相

越岸亚相分布于各类水道两侧，主要发育越岸天然堤微相。天然堤微相主要沉积细砂岩及粉砂岩，颗粒相对较细，砂体厚度为3～5 m，包裹于水道复合体或分支水道砂岩之间，岩心见爬升层理、沙纹交错层理及脉状层理等，测井相表现为中—高幅度渐变齿化舌形特征，其中爬升层理在深水沉积中极为少见，是异重流沉积有别于其他深水重力流沉积的典型标志。

2.3.1.4 朵叶体亚相

朵叶体亚相是异重流沉积格架中的“末梢”，主要发育水道前端的无水道席状砂微相。无水道席状砂微相沉积砂体薄且分布广泛，包裹于厚层的泥岩之中，岩性以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，砂体厚度一般小于1 m，测井曲线为低幅度凸起舌形特征，岩心见透镜状层理、水平层理现象。

2.3.2 沉积体系展布

以“源-汇”系统理论为指导，从物源区分析、沉积物搬运方式及最终沉积物堆积样式展开分析[35-37]，研究表明D区块上新统主要受东侧印缅增生楔山脉物源控制，发育多支异重流沉积体，具有“多期次发育、远距离搬运、条带状富砂”的展布规律。

岩石学分析表明，区块物源主要来自东部的印缅增生楔山脉，由洪水河流直接控制，向区块注入了大量的碎屑物质。北部喜马拉雅山脉物源仅提供少量碎屑供给。东北部D6区内可识别出多个东南向大型下切侵蚀谷，是奈夫河与梅宇河洪水期侵蚀陆架—陆坡，向盆内输送碎屑物质的可靠通道。三维工区上新统均方根振幅地震属性及二维工区地震相特征研究表明（见图6），区块上新统发育8支条带状异重流沉积体，其中①—⑥号异重流沉积体规模较大，延伸距离达上百公里，砂体广泛分布；⑦⑧号异重流在区块内仅发现末端水道与无水道席状砂沉积体（见图7）。多期次、多支异重流水道在推进过程中不可避免的会形成交叉，在交叉区沉积厚层的异重流砂岩，②③号异重流在推进过程中发生了交叉，使得D-1井至E-2井区内发育厚层异重流水道砂岩。随着异重流体在推进过程中水动力的不断减弱，水道前端分叉形成多支分支水道，沉积厚度为5～8 m的细砂岩。随着流体浓度和流速的进一步降低，在分支水道前端形成大面积分布的朵叶体，沉积薄层无水道席状细粉砂岩。

图6 若开盆地D区块三维区内上新统均方根振幅与相干属性叠合图（工区范围见图1）

图7 若开盆地D区块及周边区块上新统沉积体系图

2.3.3 异重流沉积模式

图8 异重流沉积模式图

根据区块上新统异重流沉积体系的展布规律，建立“洪水物源控制、多期多级发育、条带叠置富砂”的异重流沉积模式（见图8）区块主要受发源于东侧印缅增生楔山脉的奈夫河、梅宇河物源控制，在季节性或突发性洪水控制下，向盆内注入了大量碎屑物质，形成了规模极大的异重流沉积体。单期次洪水河流形成的水体快速注入海盆，以极快的速度通过陆架及陆坡，形成了多个侵蚀峡谷后注入深海平原，并在通过陆坡时受重力影响获得一定加速，形成了水动力极强的异重流水道，将大量碎屑物质输送至深海平原。在深海平原的近陆坡区，异重流水道水动力极强，侵蚀早期沉积地层，形成了限制性水道，在水道侧翼形成少量的越岸天然堤沉积，水道内则沉积少量滞留砂岩。随水道不断推进，水动力减弱，限制性水道逐渐变为非限制性水道，开始分叉、交叉，形成多个次级水道，次级水道也可分叉、交叉，形成三级水道，依此类推可形成多支异重流水道，最终随着流体浓度和速度的减弱形成了分支水道，并在分支水道前端会发散形成朵扇状朵叶。平面上，多源多支的异重流水道和朵叶体逐级衍生出来，形成长距离推进的建设性异重流深水沉积体；纵向上，不同期次、不同世代的异重流沉积体会相互叠置，形成连续式叠置发育的叠覆扇体。这种多源、多期、多支异重流水道和朵叶的空间叠合，形成了分布广、厚度大、储集物性优越的异重流沉积砂岩，为深水的油气富集成藏奠定了坚实的基础。

3 有利储集砂体

3.1 储集物性

物性数据分析表明，异重岩厚度较大，具有较好的储集性能，孔隙度最高可达33.4%，平均值为19.7%，渗透率最高可达 653×10-3μm2，几何平均值为 84.6×10-3μm2。不同微相砂体储集物性差异明显，水道复合体与分支水道微相砂体厚度大、储集物性最好，孔隙度平均为 25%左右，渗透率为（73.3～653.0）×10-3μm2；天然堤微相砂体厚度中等、储集物性较好，孔隙度大于15%，渗透率为（8.0～79.4）×10-3μm2；无水道席状砂微相砂体厚度小、储集物性较差，孔隙度基本小于20%，渗透率大部分小于26×10-3μm2（见表1）。构造、成岩等条件相似的环境中，沉积微相是控制砂体储集性能的主要因素。水道复合体与分支水道微相砂体厚度大，颗粒分选好，泥质含量低，粒度以中—细砂岩为主，储集物性较好；天然堤微相砂体厚度中等，粒度以粉细砂为主，储集物性中等；无水道席状砂微相砂体厚度相对较小，粒度变细，以粉砂为主，储集物性相对较差。

3.2 有利储集砂体预测

水道复合体与分支水道微相是优质储集砂岩发育相区，但海底水道的沉积构型样式复杂多变，如何识别该类沉积砂体是深水油气勘探的关键。本次研究在异重流沉积模式指导下，针对重点目标区⑤号异重流沉积体，利用地震反射结构、频谱波形特征、切片与属性融合研究，对水道复合体与分支水道微相开展精细预测。

表1 若开盆地D区块上新统不同沉积微相储集物性特征表

水道复合体砂体厚度大，泥质含量低，地震反射特征呈明显的中低频强振幅中连续的透镜状反射结构。水道复合体前段发育分支水道，砂岩厚度中等，较非限制性水道厚度小，地震反射呈中频中强振幅连续反射特征。无水道席状砂位于分支水道前端，砂岩厚度小，地震反射以高频弱振幅连续渐变席状反射结构为主。在水道侧翼发育越岸天然堤微相，砂体厚度中等，岩性相对较细，一般以粉砂岩为主，地震剖面可见明显水道侧向迁移形成的砂坝，越岸天然堤一般以中频强振幅连续反射的斜向透镜状反射结构为主。

在频谱波形特征分析与地震反射结构解析同时，可利用地震切片与属性融合针对目标区的目标层进行分析。⑤号异重流沉积体地震属性上可见连续条带状分布的强振幅带（见图9a），切片上可见明显多期次弯曲水道叠合特征（见图9b），典型剖面分析表明为水道复合体微相（见图9c）；侧翼发育地震属性呈弯月状分布的中弱振幅区（见图9a），地震剖面明显呈海鸥翼状特征，为越岸天然堤微相特征；前端发育树枝状交叉的中强振幅区（见图9a），为分支水道微相；分支水道间或侧翼发育呈具扇状分布的弱振幅区（黑灰色），地震剖面呈席状、丘状反射特征，为无水道席状砂微相（见图9d）。

综合地震反射结构解析、频谱波形特征分析、切片与属性融合研究结果，最终刻画出⑤号异重流沉积微相展布（见图9e），准确预测了水道复合体与分支水道微相的平面分布规律，为勘探井位目标优选提供了支撑。

4 油气成藏潜力

与砂质碎屑流、常规浊流等相比，异重流受季节性或突发性洪水控制，无需碎屑物质的大量堆积和一定触发机制[38-40]，具有普遍多发性，并能将碎屑物质远距离输送至深水盆地，形成大规模发育的、夹持于烃源岩之中的优质储集砂体，油气地质条件优越，成藏潜力巨大。

4.1 生储盖配置好

异重岩是季节性或突发性洪水所形成的深水沉积产物，其综合沉积序列为深海泥岩-异重岩-深海泥岩，可形成配置条件良好的生储盖组合。异重流所沉积的厚层砂岩经历长距离搬运，成熟度高，砂泥比适中（30%～50%），储集物性良好，可作为优质储集层；在洪水流体的大规模注入下，异重流不但携带了大量碎屑物质，也能将陆源有机质带入汇水盆地，形成了富含有机质的岩层，提高了烃源岩的品质，使得大规模发育的优质储集砂体包裹于优质烃源岩之中，形成了良好的生储盖层配置关系，为油气的富集成藏奠定了基础。

4.2 岩性圈闭发育

区域构造研究表明，D区块晚期构造活动强烈，形成了多个南北向分布的褶皱带，控制了油气的宏观运聚方向，与褶皱带匹配的厚层异重流水道复合体微相砂岩是大规模油气富集成藏的关键。

已发现 Shwe-Mya等气藏解剖表明，构造背景下的岩性圈闭是若开盆地的主要油气藏类型，并在此指导下发现了Thalin气田，证实D区块具有巨大的岩性油气藏勘探潜力。异重流独特的沉积过程也易于形成多类型的岩性圈闭。水道复合体微相两侧主要为越岸天然堤微相沉积，向外则以深海泥质沉积为主，一旦水道复合体被晚期泥质充填水道切割，易形成封闭性良好的岩性圈闭。而异重流泥质水道中滞留沉积砂岩也是另一种有效的岩性圈闭[41]。同时，D区块已识别出典型的气烟囱现象，深部生成的生物气或天然气可沿气烟囱带向上输运，在气烟囱两翼或顶部的优质储集层中聚集成藏，形成与气烟囱相关的油气藏。受天然气充注影响，气烟囱带地震波速度下降，地震同相轴会出现明显下拉现象，使气烟囱两翼和顶部地层具有亮点和平点显示[42]。目前D区块已发现多个岩性圈闭及与气烟囱相关的圈闭类型，显示出较好的油气勘探潜力（见图10）。

4.3 资源潜力大

据构造精细解释与储集砂体预测成果，针对⑤号异重流沉积砂体所部署的 H-1探井，在更新统钻遇气柱高度60 m，识别纯气层10 m，在上新统钻遇气柱高度45 m，识别纯气层16 m，单井试油获日产150×104m3的高产气流，初步估算气藏资源规模超 500×108m3，成为 CNPC进入若开海域以来的首个重大勘探突破，也是若开海域的第 3大油气发现。该发现不但展示了深水异重流砂体的良好勘探前景，也带动了整个D区块乃至若开盆地的油气勘探进程，推测整个若开盆地异重流砂体形成的气藏规模约在（3 700～13 300）×108m3。据Mulder等对全球147条河流观察统计[1]，其中71%的河流可形成异重流沉积，此次异重流油气藏的发现对全球深水砂体成因研究、储集层精细预测及油气勘探具有重要的理论和现实意义，将极大推动全球深水油气勘探的进程。

图9 ⑤号异重流沉积微相精细刻画（剖面位置见图7）

图10 D区块油气成藏模式图（剖面位置见图7）

5 结论

若开盆地D区块上新统具东北高、西南低的古地貌特征，物源主要来自东部印缅山脉，少量来源于北部喜马拉雅山脉，碎屑供给充沛，在季节性或突发性洪水的带动下，形成了多分支、多世代、多期次发育的深水异重流沉积，宏观上具有“多期次发育、远距离搬运、条带状富砂”的特征，形成了平面呈条带状分布、纵向叠置发育的深水优质储集砂体；异重流输送机制与沉积微相类型是深水优质储集层发育的主控因素，砂体厚度大、分选磨圆好、泥质含量低的水道复合体微相是最有利的勘探相区；异重流沉积模式指导下，利用地震反射结构解析、频谱波形特征分析、切片与属性融合研究精细刻画水道复合体微相分布，结合宏观构造特征分析，明确了勘探有利区带与井位目标，有效指导了区块的勘探部署，钻探获得规模性高产气藏。若开盆地D区块深水优质异重流储集砂体的发现，将为中国未来深水储集层预测和油气勘探提供借鉴。