东非鲁伍马盆地深水沉积体系及油气勘探意义

2021-04-16曹全斌曹旭文鲁银涛陈宇航闫春许小勇王朝锋

海洋地质与第四纪地质 2021年2期

曹全斌，曹旭文，鲁银涛，陈宇航，闫春，许小勇，王朝锋

1.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023

2.自然资源部第二海洋研究所，杭州 310012

3.西安石油大学，西安 710065

深水沉积是指位于风暴浪基面以下，在重力流和底流作用下沉积于陆坡到盆地底部的沉积物。20世纪80年代中期以来，随着油气勘探逐步向海洋深水区拓展，深水油气勘探不断升温，国际上各大石油公司纷纷向深水进军[1-4]，深水领域亦成为地质界和勘探界诸多学者研究的热点[5-7]。目前，在北美墨西哥湾、南美巴西、西非大西洋沿岸、东非印度洋沿岸、东南亚若开海域和中国南海等深水区域发现了丰富的油气资源[8-10]。在已有深水油气发现中，部分是和陆上及浅水沉积环境相关，但也有不少油气发现和深水沉积密切相关。比如西非的尼日尔三角洲盆地和下刚果-刚果扇盆地、东非的鲁伍马盆地和坦桑尼亚盆地、缅甸若开盆地等油气发现均是在深水沉积环境中[11-13]，储层主要为深水沉积中的水道和朵体浊积砂岩。由于深水沉积环境动力机制和形成过程的复杂性，造成深水沉积结构单元和沉积物类型呈现多样性[14-15]，深水沉积体的识别与刻画较为困难[16]。在深水沉积油气勘探中，特别是在新项目获取和区块评价初期，在有限时间内快速确定沉积结构单元类型并初步判断储层物性等沉积特征尤为重要。

本文基于丰富的高精度三维地震和钻、测井基础资料，对东非鲁伍马盆地海上某区块深水沉积进行了系统研究。根据深水沉积地震相特征，对本区发育的深水沉积结构单元进行识别，研究水道和朵体等储层单元的电性、物性特征，结合油气成藏条件研究，分析不同沉积结构单元在油气成藏和勘探中发挥的作用，以期为东非其他盆地或具有相似沉积环境的其他地区的油气勘探提供一定的借鉴。

1 地质背景

鲁伍马盆地是发育在东非海岸的一个被动陆缘盆地，从坦桑尼亚东南部延伸到莫桑比克东北部，横跨坦桑尼亚东南和莫桑比克东北海岸。盆地西部以莫桑比克褶皱带（Mozambique Fold Belt）前寒武系基底露头为边界，北部以坦桑尼亚海岸盆地曼德瓦次盆（Mandawa Sub-basin）为界，向东以凯瑞巴斯盆地（Kerimbas Basin）为界，南部边界为莫桑比克褶皱带向东部最大延伸位置（图1）。盆地面积约7×104km2，超过 50% 面积位于海上，发育宽约 5～30 km的狭窄大陆架。研究区位于鲁伍马盆地深水——超深水区域，最大水深超过2500 m。2006年，意大利埃尼（Eni）和美国安纳达科（Anadarko）石油公司分别获取了该区块和相邻区块的勘探许可权，随后开展了大量的地震勘探作业[17]。2010年以后的5年间，两家石油公司在各自作业区块累计钻探30余口探井和评价井，在深水浊积砂岩中发现多个巨型天然气田，钻探成功率超过80%，获得油气勘探的巨大突破，东非鲁伍马盆地亦成为以深水沉积为勘探目标的又一个典型的成功案例[18]。

该区沉积环境为深水浊流沉积，以砂泥岩沉积为主，物源为西部陆上鲁伍马三角洲沿陆坡向海底输送的沉积物。区内的主要油气发现集中在古近系，但古近系以水道和朵体沉积为主，为了能够涵盖本区发育的所有沉积结构单元类型，本文研究目的层包括古近系和新近系。

图1 研究区位置图Fig.1 Location map of the study area

2 地震相特征

基于地震相分析和地震属性分析等地震资料解释成果，系统总结本区发育的主要沉积结构单元地震识别特征，建立了地震识别图版（表1）。

2.1 峡谷

峡谷位于深水浊流沉积体系的上端，是沉积物向海底搬运的主要运输通道，研究区海底发育多个规模不等的峡谷，全新统发育有被水道-天然堤体系所充填的古代峡谷。地震上具有明显的“V”或“U”字外形，谷底部位有滞留沉积，表现为强反射特征。谷壁高而陡，宽度几百米至数千米不等，峡谷下切深度几十米至数百米，最深处超过500 m。峡谷对下覆地层有明显的侵蚀作用并呈角度不整合接触。

2.2 水道

水道是本区发育广泛的深水沉积结构单元类型。根据其分布的部位和沉积特征差异，将本区发育水道分为限制性陆坡水道和侧向迁移水道。限制性陆坡水道沉积时受地形限制，主要发育在上新统以上，地震上表现为“V”字外形，底部对下伏地层有明显侵蚀作用，内部呈弱——强振幅反射，反映水道内部充填的复杂性，双侧均带有漫溢天然堤沉积。侧向迁移水道是该区最为常见的一种水道类型，在始新统——上新统均有发育。分析认为，相比前者，其在深水沉积体系中的位置更靠下，并且受地形限制的强度弱于陆坡水道，同时受底流改造影响，细粒沉积物向一侧漂移并沉积下来，形成“单侧带堤”的沉积特征[19]。由于底流“淘洗”作用，水道充填厚层纯砂岩，地震响应表现为强振幅反射，呈侧向迁移垂向叠置的复合体形式。

2.3 漫溢沉积

漫溢沉积指浊流沉积体系中临近主水道和横向分布范围较广的细粒、薄层沉积物，包括沿主水道边缘分布的天然堤和无地形起伏的远端漫溢沉积。与前面提到的两种主要水道类型对应，本区发育双侧天然堤和单侧不对称天然堤两种类型。前者和限制性陆坡水道相伴生，地震剖面上表现为中——弱振幅连续近平行反射，向两侧逐渐减薄，呈典型鸥翼状特征；后者和侧向迁移水道共生，仅在水道一侧发育明显，地震剖面上为弱振幅强连续近平行反射，内部有多个中等振幅反射界面，解释为多期水道-天然堤的沉积界面。远端漫溢沉积是摆脱地形限制的细粒沉积物，在远离水道、无地形起伏的地方沉积下来，其分布范围更广，常披覆于早期地层之上，远端漫溢沉积在研究区分布广泛。地震上表现为弱振幅平行反射或近于空白反射。

2.4 朵体

朵体常位于水道下倾斜坡处沉积区，与水道伴生组成水道-朵体沉积相组合。受地形坡度变缓等因素影响，水道趋于消亡，沉积物因脱离水道限制发生卸载形成朵体沉积。根据地震响应特征和井上沉积特征分析，研究区发育叠置型朵体和限制性朵体两种类型。前者较为常见，古近系均有发育。常由多个朵体在平面上部分叠置而成；单个朵体地震上表现为强振幅——中强连续反射特征，多呈透镜状反射，中间厚，向两端减薄。后者在地震剖面上表现为限制性水道的“V”字型特征，内部充填多个短轴状强反射，但钻井岩心缺乏对接触地层的侵蚀标志，地震上缺少对接触地层的侵蚀特征，该类朵体分布较为局限。

2.5 块体搬运沉积

块体搬运沉积（MTDs）是在构造运动等地质营力作用下，沉积物沿着大陆斜坡、峡谷/水道、隆起翼部及水道侧面产生的重力流，包括滑塌体、块体流、碎屑流、陆坡坍塌复合体、块状搬运复合体等[20]，常位于沉积层序下部的底部发生侵蚀，被水道和天然堤等沉积单元所覆盖。MTDs在本区发育较为普遍，规模不等。地震剖面上，其具有与围岩明显不同的地震响应，多呈楔形弱振幅杂乱反射特征，对侧向及下方接触地层有明显侵蚀作用。

2.6 凝缩段

凝缩段是在极低沉积速率下形成的由远洋——半远洋沉积物组成的薄层地层单元，在最大海侵期分布最为广泛，顶面对应于最大洪泛面。研究区古近系顶界发育一套泥岩凝缩段，地震上表现为强振幅强连续反射，披覆在下伏地层之上，全区基本上均有分布，局部被MTDs侵蚀。

3 沉积特征

3.1 沉积结构单元

鲁伍马盆地古近纪以来发育有多期深水浊流沉积体系，尽管研究区在一个完整的深水沉积体系中仅是局限的一部分，并且在不同的地质时期，其在沉积体系中所处的位置可能发生变化，但深水沉积体系中形成的沉积结构单元基本上在本区均有发育，地震剖面上能够清楚地识别出包括峡谷、水道、漫溢沉积（天然堤和远端漫溢）、朵体、块体搬运沉积（MTDs）和凝缩段等深水沉积结构单元（图2）。

3.2 岩性和电性特征

对已发现气藏进行解剖发现，本区主要发育砂岩和泥岩的碎屑岩沉积，储层是水道和朵体的浊积砂岩，盖层为海相泥岩。以具有代表性的Y1井为例，分析其岩性和电性特征。Y1井古近系自下而上发育3套砂体，砂体1解释为位于水道末端的朵体沉积，砂体总厚度 99 m，平均单层厚 5 m，最厚20 m，最薄 1 m，中间夹有 10 余层 1～8 m 泥岩。砂体2为朵体沉积，砂体总厚度145 m，平均单层厚12 m，最厚 36 m，最薄 1 m，中间夹有 3 层 1～2 m 的泥岩。砂体3为2期纵向叠置的水道沉积，砂体总厚度达265 m，其中下部早期水道砂体厚度118 m，中间夹有少许1～2 m的泥岩，上部晚期水道砂体厚度147 m，为厚层块状砂岩，两期水道中间发育一套厚约30 m的泥岩。

图2 研究区深水沉积结构单元地震解释剖面剖面位置见图1。Fig.2 Seismic interpretation of deep-water depositional architectural elements in the study area See Fig.1 for the section location.

从井-震对比分析来看，岩性、测井响应和地震响应具有很好的匹配关系（图3）。水道和朵体的顶底界面都是砂泥岩突变接触，地震上有清楚的反射界面，测井曲线有明显的台阶。砂岩具有低伽马（GR）和高电阻（RT）特征，泥岩为高GR和低RT特征，砂岩顶部含气段RT值明显高于下部含水段。厚层砂岩GR曲线呈“箱型”，而具有泥岩夹层的砂岩段呈叠加的“钟型”特点，泥岩段则呈平直的基线特征。

3.3 储层物性特征

对Y1井砂体2进行了岩心取样分析，该套储层为中——细粒长石岩屑质石英砂岩，分选程度中等，泥质含量很低，颗粒间以点-线接触，压实程度弱，主要发育原生粒间孔隙（图4）。对岩心密集取样并进行储层物性分析，孔隙度18%～30%，平均为23%，渗透率 26～1443 mD，平均为 475 mD，为中——高孔、中——高渗储层（图5），良好的储层物性为油气聚集提供了足够的储集空间，是本区巨型天然气藏形成的一个必要条件。

4 油气勘探意义

对研究区内已发现气藏分布规律和典型气藏进行对比（图6），结合深水沉积特征分析和该区成藏条件研究，认为不同的深水沉积结构单元对该区油气成藏及勘探具有不同的作用。

水道和朵体是主要的储层，由于该区浊积砂体在沉积过程中同时受到底流的改造影响，形成了砂质纯净、物性良好的优质储层，并且水道和朵体的侧向迁移与垂向叠置使得砂体规模大、厚度大，储层条件非常好。渐新统顶部发育的一套凝缩段沉积分布广泛，与披覆在储层之上的远端漫溢泥岩形成一套良好的区域性盖层。

MTDs可以作为储层，也可以作为侧向或顶部封堵的地层[21]，但对该区MTDs沉积特征分析认为其为富泥沉积，可以形成侧向封堵。天然堤沉积位于水道侧翼，主要由粉砂质泥岩或泥岩的细粒沉积物组成，渗透性差，也可以对气藏形成侧向封堵。总之，良好的储盖组合和侧向封堵条件是本区油气成藏的关键条件。

图3 过 Y1 井岩性、测井曲线与地震叠合剖面Fig.3 Superimposed section of lithology, logging curves and seismic data through well Y1

图4 Y1 井砂体 2 储层微观特征中——细粒长石岩屑质石英砂岩，中等分选，原生粒间孔隙，孔隙度26%。Fig.4 Microscopic characteristics of sand body 2 in well Y1

峡谷作为沉积物从陆地向海底搬运的运输通道，一方面为形成各种类型的深水沉积结构单元提供物质基础，对油气成藏具有积极的作用，另一方面，在沉积物搬运时由于受到水动力侵蚀，峡谷壁及邻近地层很容易垮塌，引发地质灾害。因此，在油气勘探的同时需要做好海底地质调查，特别是井位部署时尽量远离峡谷，避免地质灾害给油气勘探

图5 Y1 井砂体 2 储层孔-渗交会图Fig.5 Porosity versus permeability of sand body 2 in well Y1

和生产带来不利影响。

5 结论

（1）东非鲁伍马盆地古近系和新近系发育深水沉积体系，识别出峡谷、水道、漫溢沉积、朵体、MTDs和凝缩段等沉积结构单元，不同的沉积结构单元类型在本区油气成藏及勘探中具有不同的作用。

（2）本区水道和朵体砂体具有规模大、厚度大、物性好的特点，为形成巨型天然气藏提供了优质储层，渐新统顶部广泛分布的凝缩段及其下伏的漫溢海相泥岩沉积，为气藏成藏提供了良好的盖层条件，MTDs和发育在水道侧翼的天然堤可以形成侧向封堵，良好的储盖配置及侧向遮挡条件是本区油气成藏的关键条件。峡谷作为物源输送通道，为本区良好的成藏条件形成提供了物质基础，但靠近峡谷区域容易遭受侵蚀而形成地质灾害，要考虑由此对油气勘探和生产带来的影响。