东非海岸盆地渐新世浊积体沉积特征及油气勘探意义*

梁建设 孔令武 邱春光 李 华 何幼斌 贾 屾

(1. 中国海洋石油国际有限公司 北京 100028； 2. 长江大学地球科学学院 湖北武汉 430100)

东非海岸盆地天然气资源丰富，是世界天然气勘探的热点地区。2010年到2014年，东非海岸鲁伍马盆地北部和坦桑尼亚盆地南部获得一系列重大天然气发现[1]，展现出东非海岸广阔的天然气勘探前景，掀起了东非海岸天然气勘探的热潮。这些大型天然气藏的储层为白垩系—古近系浊积砂岩。截至目前，前人对东非海岸盆地的研究主要集中在沉积特征及区域构造演化、烃源岩、储层、油气成藏规律等方面。如LIU X T等[1-2]从气候和海平面变化角度分析了东非海岸现代深水沉积体系发育的体系域、气候类型等；赵健、陈宇航 等[3-4]对东非海岸盆地储层进行了分析，明确了储层类型和成因等；孙海涛、温志新、张光亚 等[5-7]通过对东非构造演化、成藏条件等方面的研究，分析了盆地油气成藏的特征。而对于整个东非海岸盆地侏罗系至渐新统沉积演化特征缺少系统的分析，导致东非海岸盆地不同区域深水沉积特征尚不清楚，对白垩系—古近系浊积体的差异分布规律研究更少，这严重制约了东非海岸深水浊积砂岩天然气藏的勘探。

本文立足于东非海岸的坦桑尼亚和鲁伍马两大盆地，从东非海岸盆地的沉积演化特征分析入手，利用钻井、测井及地震资料，对东非海岸的鲁伍马和坦桑尼亚盆地渐新统浊积体的类型和展布特征进行了分析，从“源—汇”系统的角度探讨了大型浊积体差异分布的控制因素，为东非海岸天然气藏的下一步的勘探提供可借鉴的思路。

1 地质概况

1.1 地理概况

东非海岸发育一系列中、新生代被动陆缘盆地，从北向南依次为索马里盆地、拉姆盆地、坦桑尼亚盆地和鲁伍马盆地等盆地[8](图1)。索马里盆地、拉姆盆地的勘探程度很低，尚无重大油气突破。截至目前，仅中部的坦桑尼亚和鲁伍马盆地获得重大天然气突破，为已证实的两大富油气盆地，但盆地勘探程度依然很低。坦桑尼亚盆地总面积为18.6×104km2，陆地面积约占30%，海域面积约占70%，陆上已钻探井为28口、海域已钻探井为26口，盆地共发现17个气田，主要位于深水区，天然气累计可采储量为35 Tcf。鲁伍马盆地的面积约为9.0×104km2，陆上面积约占48%，海域面积约占52%，盆地共发现9个气田，天然气累计可采储量为141 Tcf。

图1 东非海岸盆地位置图Fig .1 The location map of the East African coastal basins

1.2 地层及区域演化特征

东非海岸盆地的形成和演化与冈瓦纳大陆解体密切相关[9-11]，基于板块运动和盆地构造特征的分析，将东非海岸盆地构造演化划分为4个阶段，分别为裂陷期(二叠纪—三叠纪)、过渡期(早侏罗世)、走滑期(中侏罗世—早白垩世)和漂移期(晚白垩世—至今)，不同演化阶段的构造和沉积特征既表现出一定继承性，也呈现出明显的差异性(图2)。

图2 东非海岸盆地构造演化阶段划分图Fig .2 Tectonic evolution of the East African coastal basins

1.2.1裂陷期(二叠纪—三叠纪)

二叠纪—三叠纪，伴随着潘基亚联合大陆的逐渐形成，在冈瓦纳大陆东部(非洲、马达加斯加、印度、澳大利亚、阿拉伯及南极洲板块)发生强烈的“地幔柱”活动，造成了区域性的地壳隆升、断裂和火山活动。东非海岸地区主要以区域伸展作用为主，发育北东-南西、近南北向和北西-南东向3组断裂体系，冈瓦纳古陆沿构造活动带发生裂陷，形成陆内的地堑型裂谷。该时期为典型的陆源碎屑岩沉积，与下伏前寒武基底呈不整合接触，主要发育湖相和三角洲相等沉积，岩性以陆相砂砾岩和泥、页岩为主，厚度最大可达3 000 m。

1.2.2过渡期(早侏罗世)

早侏罗世，伴随着冈瓦纳大陆解体，东非海岸由北向南呈“V”字型逐渐拉开，全球海平面上升，古特提斯洋率先从北东方向侵入裂陷盆地。此时，海底扩张和漂移作用仅限于东非的中北部地区，而在东非的中南部地区(即现今的坦桑尼亚盆地和鲁伍马盆地)，非洲大陆和东部马达加斯加地块共同构成一个狭长的闭塞海湾，形成了局限海相沉积环境。该时期广泛发育局限海沉积，以厚层的泥岩沉积为主，局部地区发育盐岩。这为东非海岸盆地优质烃源岩发育提供了优越的沉积环境，形成了下侏罗统局限海相烃源岩，该套烃源岩是已发现天然气藏的主力烃源岩[12]。

1.2.3走滑期(中侏罗世—早白垩世)

中侏罗世—早白垩世，马达加斯加陆块开始向南漂移，区域整体上以走滑应力场为主，Davie西断层、Davie东断层和Seagap断层发生强烈走滑作用。中—晚侏罗世，三角洲及滨岸沉积发育，岩性以砂泥互层为主。同时，受控于Davie东断层的活动，在Davie构造脊高部位发育大量条带状碳酸盐岩台地沉积。

1.2.4漂移期(晚白垩世—现今)

晚白垩世晚期，印度板块加速向东北方向漂移同时逆时针旋转，造成拉姆盆地和坦桑尼亚盆地局部出现岩浆拱张事件。此时，海平面持续上升，东非海岸各盆地三角洲规模缩小。晚始新世—渐新世，伴随着东非裂谷系的发育，盆地西部边缘再次发生抬升，局部地区抬升幅度高达2 000～3 000 m，并遭受强烈的剥蚀，陆上地层发育可识别削截特征。同时，构造抬升也造成了相对海平面的下降，进而导致陆架暴露面积增大，三角洲和浊积体较为发育。

2 深水浊积体沉积类型及特征

东非海岸盆地从晚白垩世到古近纪，广泛发育河流—三角洲—浊积体沉积体系。渐新世，盆地深水区的大型浊积体达到鼎盛时期，是油气重要储集场所。本文以渐新世深水浊积体为例，对其沉积类型和特征进行系统分析。

2.1 沉积类型

东非海岸浊积体的沉积类型多样，基于井震对比，以地震相特征为依据，按照其内部结构和外部形态等特征，将浊积体划分为两类5种不同的沉积类型，分别为水道和朵叶，其中水道又可划分为复合型水道、侧向迁移型水道、垂向加积型水道及孤立水道(表1)。

表1 东非海岸盆地浊积体沉积类型分类Table 1 Depositonal classification of submarine fan in the East African coast

复合型水道内部次级水道相互切割，侵蚀作用较强，地震反射特征为“U”形，中强振幅、中等—差连续，主要发育在上陆坡—下陆坡上部。侧向迁移型水道具有明显的迁移特征，常与较细粒的溢岸伴生，整体呈“鸥翼状”，水道下切形态明显，内部呈中强振幅、中等—差连续的地震反射特征，溢岸呈楔状，弱振幅、连续性好，该类水道多发育在上陆坡下部—下陆坡上部。垂向加积型水道早期侵蚀，后期充填，规模大，强限制性，次级水道纵向叠置，以加积作用为主，内部呈中强振幅、中等—差连续的地震反射特征，主要发育在上陆坡上部。孤立型水道规模较小，侵蚀作用较弱，沉积作用显著，多为弱振幅、杂乱—差连续的地震反射特征，主要发育在上陆坡。朵叶规模一般较大、横向展布范围广，横切面上表现出典型的“丘状”外形特征，地震反射呈中强振幅、连续性较好，纵切面上可见叠瓦状前积反射特征，且局部常发育次级水道，主要发育在陆坡—海底盆地。

2.2 展布特征

基于上述对深水浊积体特征的分析，综合测井相和地震相特征，明确了渐新统沉积向展布特征(图3)。东非海岸坦桑尼亚盆地和鲁伍马盆地发育4个主要的深水重力流沉积体系，自南向北分别位于鲁伍马盆地北部(简称鲁北)、坦桑尼亚盆地南部(简称坦南)、坦桑尼亚盆地中部(简称坦中)和坦桑尼亚盆地北部(简称坦北)。相比而言，坦中和鲁北地区的深水浊积体最为发育，而坦北和坦南地区则相对较小。

图3 东非海岸渐新世沉积相及其发育模式Fig .3 Depositional facies and its development model of Oligocene in East African coast

连井对比分析表明，坦桑尼亚盆地W1井渐新统岩性以厚层砂岩夹薄层泥岩为主，向东W2井砂岩含量降低、泥岩含量增加，三角洲发育，W3、W4及W5井砂泥互层沉积，浊积体发育。其中，W3井发育复合型、垂向加积型水道及朵叶，W4井发育侧向迁移型水道及朵叶，W5井发育朵叶，水道少见(图4)。

图4 东非海岸盆地渐新统三角洲—深水浊积对比(剖面位置见图3)Fig .4 Depositional correlation of Oligocene delta-turbidite in East African coast(See Fig.3 for location)

鲁伍马盆地东部深水及超深水区以朵叶或朵叶复合体为主，具有与水道不同结构特征，其规模较大、横向展布范围广，横切面上表现出典型的“丘状”外形特征，地震反射呈中强振幅、连续性较好的特征(图5)。纵切面上可见叠瓦状前积反射特征，指示了沉积物不断向前推进的特征，且局部常发育水道，但水道侵蚀作用较弱(图6)。

图5 鲁伍马盆地北部大型浊积体横切面(剖面位置见图3)Fig .5 The cross-section of submarine fans in the north of Rovuma basin(See Fig.3 for location)

图6 鲁伍马盆地北部大型浊积体纵切面(剖面位置见图3)Fig .6 The profile of submarine fans in the north of Rovuma basin(See Fig.3 for location)

3 控制因素探讨

本文重点对鲁伍马及坦桑尼亚盆地浊积体的差异分布特征的控制因素进行对比研究。前人研究表明，研究区深水浊积体的发育受相对海平面、构造运动、物源供给及地形等多种因素的影响，对于同一时期、同一区域的深水浊积体来说，海平面升降、构造运动、古气候等对其影响程度基本相同，而沉积物源供给、陆架-陆坡地形(海底地形)在不同位置变化较大，对其影响程度不尽相同[13-14]。本次研究基于最新资料进行系统分析，认为物源供给及地形差异控制了研究区深水浊积体的分布规律(表2)。

表2 研究区河流-三角洲-浊积体沉积体系参数Table 2 Parameter of fluvial-delta-submarine fan system of the study area

3.1 物源体系

物源是深水浊积形成的物质基础，与浊积体的规模密切相关。物源体系的规模主要体现在陆上水系的河流数目、供源距离(长度)、垂向高差、流域面积等。不同地区的物源体系存在明显的差异，最大为坦中地区、其次为鲁北地区，而坦北和坦南地区则要远小于坦中和鲁北地区。

坦中地区为大型河流供给体系，陆上发育大型河流鲁菲吉河，供源距离1 050 km，垂向高差1 900 m，流域面积204 378 km2，三角洲面积为24 157 km2，深水区浊积体面积为23 838 km2，水道—朵叶延伸距离140～180 km。

鲁北地区也为大型河流供给体系，陆上发育2条大型河流，其中，鲁伍马河规模大，为常年性河流，可持续提供物源，供源距离960 km，垂向高差900 m，流域面积162 807 km2。三角洲面积为13 362 km2，深水区浊积体面积为24 431 km2，水道—朵叶延伸距离为140～200 km。

坦北地区属于中型多源供给体系，西部陆上发育5条中型河流，供源距离220～920 km，垂向高差2 500 m，流域面积为80 093 km2，三角洲面积为9 488 km2，深水区浊积体面积为8 532 km2，水道—朵叶延伸距离60～140 km。

坦南地区发育小型多源供给体系，西部陆上发育3条小型河流，供源距离仅325 km，垂向高差800 m，流域面积约17 109 km2，物源供给有限，三角洲面积为1 911 km2，深水区浊积体以孤立型水道和朵叶为主，规模最小，面积仅为862 km2，水道—朵叶延伸距离小于50 km。

3.2 地形

地形控制了陆上物源体系进入深水区的比率和沉积类型，对沉积物起到调节、再分配的作用，本文所指地形主要包括陆架宽度和坡降。鲁北、坦南、坦中和坦北四大沉积体系的地形存在明显差异。

陆架地形控制了陆架区三角洲的规模，进而控制了物源体系进入深水区的比率，陆上物源体系进入深水区前，陆架区会“截留”一部分沉积物，形成三角洲沉积，这些三角洲也是深水重力流沉积的直接物质来源。根据物质分配和“源—汇”体系理论，物源体系总量(T)主要由陆架三角洲(A)、水道(B)、朵叶(C)三部分组成。深水区水道—朵叶的规模(B+C)受控于供源体系总量(T)与陆架三角洲规模(A)的差值，即B+C=T-A，即在物源体系总量(T)不变的情况下，陆架三角洲规模(A)和深水区沉积物(水道和朵叶)规模(B+C)呈“此消彼长”的关系(图7)。陆架地形控制了三角洲的展布和规模，窄陆架背景形成的三角洲相带较窄，陆架三角洲规模较小，有利于更多的物源进入深水区，形成大规模深水沉积体系，相反，宽陆架背景下形成的三角洲相带较宽，三角洲规模规模较大，深水沉积体系规模相对较小。

图7 物源体系分配示意图Fig .7 Schematic profile of sediment source system

采用(B+C)/A比值近似代表物源体系进入深水区的比率，该值越大表明进入深水区的物质越多，在物源体系的总量(T)相同的条件下，窄陆架背景的物源体系进入深水区的比率(B+C)/A要大于宽陆架背景。

选取物源体系规模基本相当的鲁北和坦中地区进行分析，说明地形对深水浊积体的影响。尽管鲁北地区的物源体系要略小于坦中地区，但由于地区地形差异，鲁北地区物源体系进入深水区的比率要高于坦中地区，造成鲁北地区深水浊积体规模要大于坦中地区。鲁北地区为窄陆架—陡陆坡特征，外陆架—上陆坡的宽度为44～56 km，河流入海后在陆架区形成的三角洲相带较窄(面积为13 362 km2)，使得更多的沉积物进入深水区，深水沉积比率(B+C)/A为1.49，而坦中地区为宽陆架-缓陆坡，外陆架-上陆坡的宽度为81～107 km，宽陆架沉积背景使得河流入海后形成的三角洲相带变宽，浅水区形成的三角洲的面积较大(面积为24 157 km2)，深水沉积比率(B+C)/A约为0.98。

同时，陆坡地形控制了深水沉积的类型，陆坡坡降越大，沉积物的重力势能越大，沉积物由陆架坡折进入陆坡后，动能变大，流速变快，能量变强，上陆坡受到深水重力流的强烈侵蚀，易形成弯曲度较小的限制性水道。相反，陆坡的坡降越小，深水重力流的流速相对较小，能量也相对变弱，越易形成限制性较弱的水道。鲁北、坦南、坦中和坦北四个不同地区的陆坡地形具有明显的差异(图3、表2)。坦南地区和鲁北地区整体为陡陆坡，坦南地区陆坡坡降为4.59°～5.72°，重力流流速快、能量强，陆坡区域发育多个呈深“V”字型的窄陡切谷，由于该区物源体系规模较小，水道的规模也相对较小，主要以限制性的孤立水道为主，水道的末端形成的朵叶的规模也较小，鲁北地区的陆坡坡降为2.1°～3.3°，但该区的物源体系的规模大，使得水道规模较大，类型较多，在上陆坡发育复合型水道，向下陆坡逐渐转换为迁移性水道，水道末端形成的朵叶沉积规模比较大。坦中地区和坦北地区整体为缓陆坡，坦中地区坡降为1.12°～1.53°，物源体系较大，主要发育复合型、垂向加积型、侧向迁移型水道和朵叶沉积，规模大，面积为23 838 km2，坦北地区陆坡坡降为1.00°～1.43°，深水区主要发育复合型、侧向迁移型水道和朵叶沉积，规模为中等。

综合以上分析，大型物源体系是深水区形成大型浊积砂岩的基础，陆架—陆坡地形控制了沉积物进入深水区的比率和深水沉积的类型。受物源体系和陆架—陆坡地形因素的控制，鲁北和坦中地区深水浊积体规模最大、其次为坦北、坦南地区最小，且鲁北和坦中地区的深水浊积类型更加丰富，而坦南地区类型则相对单一。

4 天然气勘探中的意义

东非海岸鲁伍马等盆地烃源岩为下侏罗统海相烃源岩[15-16]，天然气藏的主力储层为白垩系—古近系浊积砂体，圈闭为大型浊积体形成的岩性圈闭或构造-岩性圈闭，烃源岩和圈闭之间隔着厚层泥岩，下侏罗统烃源岩生成的天然气沿大型伸展断裂垂向运移至上白垩统—古近系浊积砂中聚集成藏(图8)，大型伸展断裂和深水浊积体的有效配置控制鲁伍马等盆地天然气聚集成藏[12]。

图8 鲁伍马盆地天然气成藏模式Fig .8 Large extentional faults controlling accumulation model in the Ruvuma basin

浊积砂体是东非海岸天然气藏的重要储集类型，也是岩性或构造-岩性圈闭形成的基础，其规模决定了天然气藏的大小，寻找大型浊积砂体是东非海岸大型天然气藏勘探的关键。鲁北地区的浊积体规模大于坦南地区，因此鲁北地区单个天然气藏的平均储量高达7.99 MMboe，而坦南地区仅为1.43 MMboe。 坦中地区发育大型浊积体，砂体规模大，分布范围广，且发育大型走滑断裂，断裂起到沟通下侏罗统烃源岩和上部浊积砂体的作用，该区与鲁北地区具有类似的油气成藏条件，具备发现巨型或大型天然气藏的潜力，是未来天然气勘探的重点关注区。

5 结论

1) 浊积体是东非海岸鲁伍马等盆地深水油气勘探的重要对象，可划分为复合型、孤立型、侧向加积型、垂向加积型水道和朵叶。鲁北和坦中地区发育大型的河流—三角洲—浊积体体系，坦北地区次之，坦南因地区三角洲及浊积体规模较小。

2) 物源供给及地形综合作用导致东非海岸南北浊积体发育规模明显不同。在物源体系总量相同的条件下，宽缓陆架背景的三角洲相带较宽，进入深水区的沉积物相对较少，浊积体发育规模较小，而窄陆架背景的三角洲相带较窄，进入深水区的沉积物相对较多，浊积体发育规模较大。

3) 深水浊积砂体规模控制了天然气藏的规模，坦中地区发育大规模深水浊积砂体是未来天然气勘探的重点关注区。