毛塞几比盆地南部三角洲-深水扇沉积特征及勘探前景*

2022-06-30田立新赵红岩逄林安

中国海上油气 2022年3期

田立新赵红岩逄林安

(中国海洋石油国际有限公司北京 100028)

毛塞几比盆地是近年来西非乃至全球深水油气勘探热点盆地之一。2014年以来，多家国际石油公司在毛塞几比盆地的海域接连获得重大油气勘探新发现，尤其是在白垩系阿尔布阶三角洲-深水扇以及塞诺曼阶深水扇发现了大量的油气。其中盆地南部碳酸盐岩台地之上发育的阿尔布期冈比亚河三角洲和深水扇勘探取得了突破，而在相同背景下发育的热巴河三角洲及其深水扇尚无较大油气发现，研究表明砂岩储层的发育程度是制约深水区油气勘探的关键因素之一[1-5]。勘探实践揭示陡台缘背景发育的陆架边缘三角洲-古沟谷-深水扇沉积体系十分复杂，钻井证实冈比亚河三角洲沉积结构成熟度较高的砂岩，而在其下游由其繁衍而成的深水斜坡扇砂岩结构成熟度反而降低，砂岩厚度也较薄，其原因值得深入研究。由此联想到位于冈比亚河三角洲以南的热巴河三角洲，钻井揭示砂岩厚度大、含砂率高，其下游深水区发育盆底扇，砂岩结构和储层性质是类似还是好于冈比亚河三角洲衍生出的深水斜坡扇的砂岩，直接关系着热巴河深水区的油气勘探前景。

本文在充分调研最新勘探研究进展和前人认识的基础上，在“源-汇”理论[6-8]的指导下，利用地震、测井、岩心薄片等一手资料，对毛塞几比盆地南部阿尔布期冈比亚河和热巴河三角洲的沉积特征、物源、古沟谷和深水扇沉积特征开展比较系统深入的对比研究，探讨陡台缘背景下三角洲-深水扇的沉积特征与发育规律，旨在为本地区油气勘探提供技术指导，并为其他类似盆地的研究提供参考。

1 盆地概况

毛塞几比盆地位于西非北段，为典型的被动大陆边缘盆地[9-14]。盆地整体呈南北走向，自北向南横跨毛里塔尼亚、塞内加尔、冈比亚、几内亚比绍和几内亚5个国家。盆地总面积达91.6×104km2，其中陆地面积为31.1×104km2，海域面积为60.5×104km2(图1)。盆地北部以毛里塔尼亚北部盖·布朗斯走滑断裂带为界，南部以几内亚走滑断裂带为界，东部以古老的埃格拉格雷贝特山地盾及毛里塔尼亚褶皱带为界[15]，西部大致以5 000 m水深线为边界。

盆地油气勘探始于20世纪50年代，经历早期探索阶段(1950—2000年)、小规模发现阶段(2001—2013年)和重大突破阶段(2014—2021年)。累计钻井209口，其中探井156口，获得33个油气发现，累计油气可采储量106亿桶当量，其中天然气可采储量55 Tcf，石油可采储量14亿桶；重大突破阶段发现的油气可采储量占盆地已发现油气的92%。目前油气新发现主要分布在深水区，平面分布上呈现南部为油、中部为天然气、北部油气并存趋势(图1)。在层系上，油气发现主要集中在下白垩统阿尔布阶—上白垩统塞诺曼阶，其次为上白垩统坎潘阶—马斯特里赫特阶和中新统。从整体看，盆地勘探程度还比较低，据中石油(2021年)预测，毛塞几比盆地待发现石油可采资源量50亿桶，天然气74.6 Tcf，合计179亿桶当量，勘探潜力仍然较大。

2 构造演化与沉积充填

毛塞几比盆地位于西非被动陆缘盆地的西北部，盆地随着中大西洋扩张，经历了裂陷期、漂移早期和漂移晚期三期构造演化阶段[9](图2)。

1) 裂陷期(二叠纪—三叠纪)：晚二叠世，Pangaea大陆开始解体，非洲板块与北美板块开始分离，沿着北美东岸、非洲西北岸发育陆内断陷，形成一系列地堑或半地堑，以河、湖相沉积充填为主；裂陷末期盆地北部和南部局地发育盐岩沉积。

2) 漂移早期(侏罗纪—早白垩世阿普特期)：中大西洋由北向南依次张裂，北美洲板块和非洲板块完全分离，洋壳开始产生。早侏罗世，洋壳形成初期，特提斯洋由北向南海侵，发育局限海-泻湖相沉积，为侏罗系-纽康姆阶烃源岩的形成提供了良好条件。该时期盆地南北部沉积背景明显不同，盆地北部陆架边缘为坡度较小的缓坡背景，由于陆源碎屑的持续注入，以碎屑岩沉积为主，碳酸盐岩台地欠发育；盆地南部陆架边缘为坡度较大陡坡背景，由于物源供给不足，发育大型碳酸盐岩台地建造和局限海深水陆棚沉积。

3) 漂移晚期(早白垩世阿尔布期—现今)：阿尔布时期，赤道大西洋段非洲板块和南美板块开始拉张，板块拉张导致的非洲板块陆内局部挤压作用，伴随陆内隆升，为盆地提供较充足的陆源碎屑供给。由塞内加尔河、冈比亚河和热巴河等河流携带陆源碎屑，在陆架边缘形成三角洲。早白垩世阿尔布期至中新世的陆架边缘三角洲前端沉积物在重力作用下向深水区输送形成了深水扇沉积。由于盆地南北陆架边缘的构造-沉积背景不同，深水区发育的深水扇沉积特征也有所不同。阿尔布末期，赤道大西洋的开启，洋壳增生作用对盆地南部形成挤压应力，导致盆地南部陆架边缘发生强烈的向陆一侧掀斜，由陆向海依次发育陆架内坳陷、陆架边缘隆起带和深水坳陷带，在陆架边缘隆起带发育大型角度不整合。

本文将重点针对盆地南部陡坡背景发育的阿尔布期冈比亚河和热巴河三角洲-深水扇沉积进行对比分析(图1)，探寻其异同性和油气勘探意义。

3 阿尔布期三角洲-深水扇沉积特征

3.1 三角洲发育特征

3.1.1三角洲沉积特征

从冈比亚河和热巴河两个三角洲的演化来看，冈比亚河在阿尔布期大规模发育，向海推进至陆架边缘(图3)；塞诺曼期三角洲的展布范围逐渐变小；土伦期随着全球海平面的持续升高，三角洲不断向陆退积。热巴河三角洲始于阿普特期，于阿尔布时期三角洲规模达到鼎盛时期，大量三角洲沉积物推进至陆架边缘；塞诺曼期三角洲规模急剧萎缩至现今海岸线附近，海域钻井揭示塞诺曼期为大套泥岩沉积为主，局部泥岩和泥晶灰岩互层沉积。

图3 毛塞几比盆地南部阿尔布期沉积相图Fig.3 The Albian sedimentary facies map in the southern of M.S.G.B.C basin

阿尔布早期到晚期，随着海平面的逐渐上升，冈比亚河三角洲和热巴河三角洲均为退积型三角洲，早期为河控三角洲、晚期为浪控三角洲，整体呈现“下粗上细”的沉积旋回。综合钻井和三维地震资料，可确定三角洲纵向识别特征、横向分布范围及沉积特征。

热巴河阿尔布期三角洲由东向西呈扇形展布，沉积厚度为1 200～1 600 m，平面展布范围可达2.1×104km2。多口钻井揭示砂岩厚度223.7～413.4 m，单砂体厚度3.3～21.1 m；砂地比35.2%～79.2%，平均57.1%。P-6井在2 082～2 458 m处揭示三角洲前缘水下分流河道微相(图4)，岩相为大套厚层细砂岩，发育交错层理，局部夹薄层泥岩和灰岩，砂岩累计厚度为337 m，单砂岩厚度5～82 m，平均21.1 m，含砂率为75.2%，伽马测井曲线呈箱形。伴随海平面总体上升和波动，阿尔布期由下至上可细分为早、中、晚三期(图5)。早期三角洲向西部海域推进，沉积物源以砂岩为主，推测夹有少量灰岩，地震相为平行强反射，伴有高角度的S形前积特征。中期，陆源碎屑持续注入，底部地震相为低角度S前积特征，顶部地震相为平行反射推测以泥岩为主。晚期，随着海平面进一步上升，三角洲向陆退积，地震相呈现楔状几何外形，内部可见平行反射特征。

图4 P-6井(左)和J-1井(右)钻井沉积相综合柱状图Fig.4 The Comprehensive column of the drilling sedimentary facies for P-6 (left)and J-1 (right)well

图5 冈比亚河三角洲(左)和热巴河三角洲(右)底拉平地震剖面Fig.5 The flatten seismic section in Gamibia (left)and Geba (right)delta

冈比亚河阿尔布期三角洲由东向西呈朵形展布，沉积厚度为600～1 000 m，平面展布范围可达1.4×104km2。从已钻井揭示的三角洲含砂情况来看，冈比亚三角洲砂岩厚度82.3～428.4 m，单砂体厚度4.1～9.1 m，含砂率27.5%～46.6%，平均38.7%。J-1井在2 001～3 020 m钻遇三角洲前缘和前三角洲亚相沉积(图4)，砂岩累计厚度428.4 m，单砂层厚度0.8～31.6 m，平均 9.1 m，含砂率46.6%。下部三角洲前缘沉积，岩性以细砂—极细砂为主，夹粉砂岩和泥岩，局部可见灰岩，含砂率为56.7%，其中砂岩厚度为188.7 m，单砂层厚度2.6～26.5 m，平均9.9 m；粉砂岩厚度97.8 m，单砂层厚度6～31.6 m，平均14 m。中上部前三角洲沉积，岩性以极细砂岩和泥岩互层，上部见灰岩，含砂率为26%，其中砂岩厚度为133.5 m，单砂层厚度0.8～23.3 m，平均6.7 m。冈比亚河阿尔布期三角洲发育期次与热巴河三角洲相同，由早至晚也可划分为早、中、晚三期(图5)。早期三角洲规模最大，斜交型前积，缺失顶积层，大量沉积物不断向海输送，斜交层的角度由小变大，前积层越来越厚，反映该时期陆源碎屑供给十分充足。中期，陆源碎屑持续注入，但受海平面持续上升的影响，三角洲发生退积，可见斜交型前积，无论是厚度，还是平面延伸长度较早期明显变小。晚期，随着海平面进一步上升，三角洲继续向陆退积，以S型前积为主，反映此时的陆源供给强度有所明显减弱。

两个三角洲均推进至陆架边缘坡折处，为深水区深水扇的沉积提供了较充足的碎屑物源。

3.1.2三角洲物源分析

从古水系来看，在盆地南部发育冈比亚河和热巴河2个较大规模古水系，入海形成陆架边缘三角洲。从已钻井揭示的三角洲砂岩组分来看，冈比亚河三角洲砂岩中以石英和长石为主，岩屑含量较少，而热巴河三角洲砂岩中以石英和岩屑为主，长石含量较少。从三角洲砂岩的QFR三角图中可以看出(图6)，冈比亚河三角洲物源主要来自克拉通物源区，热巴河三角洲物源主要来自再旋回物源区，与两条河流的构造-沉积背景相一致。综合分析认为，冈比亚河母源区来自陆上毛里塔尼亚隆起带的克拉通物源区，热巴河来自早期沉积盆地隆升形成的再旋回物源区，即古生代海相沉积的热巴盆地和科鲁巴尔盆地。

图6 冈比亚河和热巴河三角洲砂岩QFR三角图Fig.6 The sandstone QFR triangle diagram of Gamibia and Geba delta

3.2 古沟谷发育特征

3.2.1古沟谷特征

从冈比亚河和热巴河两个三角洲向深水区输送物源的通道来看，在陆架边缘识别出多个古沟谷。

通过对古沟谷几何学特征和平面展布特征的分析，可深入解析沉积物的输送机制及其对深水扇形成的影响。

早期碳酸盐岩台地快速建造在陆架边缘形成陡台缘的沉积背景，之后的沉积侵蚀作用在陆架边缘形成一系列的古沟谷。依据地震资料可识别和确定古沟谷的长度、深度和宽度等特征参数。基于典型切谷的特征参数统计(表1)，冈比亚河陆架边缘切谷为宽浅型、坡度较陡的切谷，反映碎屑物搬运动力和下切能力相对弱；热巴河陆架边缘切谷为窄深型、坡度较缓的切谷，反映碎屑物搬运动力和下切能力相对强。

表1 典型切谷的特征参数统计Table 1 The characteristic parameters of typical valleys

3.2.2古沟谷类型划分

古沟谷好比“滑梯”一样，将陆源碎屑输送到深水区形成深水扇。砂岩颗粒经过沟谷进入海底的能量取决于搬运速度V，在初始速度基本相当的情况下，V主要取决于古沟谷坡度，即古沟谷坡度越大动能也就越大，砂岩颗粒在坡底的搬运速度越大，侵蚀能力越强，搬运距离也越远，亦即古斜坡的高程差和长度可以反映重力流的搬运能力。同时，基于沉积学原理，古坡面长度越大，砂岩颗粒在古沟谷中的机械沉积分异越充分，砂岩成份成熟度和结构成熟度越高，更有利于发育优质深水扇砂岩储层。

V=V0+V1

(1)

(2)

式(1)(2)中：V为砂岩颗粒在坡底的速度，m/s；V0为砂岩颗粒在坡顶的初始速度，m/s；V1为砂岩颗粒由重力势能转化的速度，m/s；g为重力加速度，m/s2；h为古斜坡的高程差,m。

基于古斜坡的高程差和坡面长度两个维度，建立了古沟谷类型的相对象限划分方案(图7)，可划分为4种：当古斜坡的高程差越大、坡面长度越长，则定义为高远型；反之，高程差越小、长度越短，则定义为矮短型；介于两者之间的，则定义为高短型和矮远型。

图7 古沟谷类型划分图Fig.7 The paleo-valleys type diagram

研究表明，冈比亚河切谷的深度为1.2～1.4 km，坡面长度为7.6～10.0 km；热巴河切谷的深度为2.0～2.5 km，坡面长度为16.5～29.5 km。按照上述古沟谷类型的划分方案，相对而言，冈比亚河切谷属于矮短型，热巴河切谷属于高远型(图7)。

进一步研究发现，冈比亚河和热巴河切谷在平面上成群发育，形成多点物源供给。根据古沟谷平面上组合样式，可划分为单沟谷、离散式沟谷和汇聚式沟谷。单沟谷是在沉积物堆积范围内仅发育一条古沟谷向盆地内输送陆源形成深水扇；离散式沟谷是由多个近平行或发散状的沟谷组成，譬如冈比亚河陆架边缘切谷；汇聚式沟谷是由多个收敛或汇聚样式的沟谷组成，譬如热巴河陆架边缘切谷。

综合前述两种古沟谷的性质和样式，可将古沟谷划分为12类(图8)：分别为单一式高远型沟谷、汇聚式高远型沟谷、离散式高远型沟谷，单一式高短型沟谷、汇聚式高短型沟谷、离散式高短型沟谷，单一式矮远型沟谷、汇聚式矮远型沟谷、离散式矮远型沟谷，单一式矮短型沟谷、汇聚式矮短型沟谷、离散式矮短型沟谷。据此统计分析冈比亚河和热巴河切谷类型，结果表明北部冈比亚河陆架边缘古沟谷主要为离散式矮短型，南部热巴河陆架边缘古沟谷为汇聚式高远型。

图8 不同组合样式的古沟谷类型划分Fig.8 The different combinations of the paleo-valleys type

3.2.3古沟谷的“渠-汇”地质响应

不同类型和不同组合样式的古沟谷具有不同的“渠”和“汇”沉积响应特征。

对于不同组合样式的高远型古沟谷而言，单一式高远型沟谷为单渠供源，陆源碎屑经过高远型“渠”的助力，具有能量强、沉积分异好的特点，从而在深水区形成了沉积分异更好的远岸型单一盆底扇。汇聚式高短型沟谷为多条汇聚型沟谷输送物源，在深水区交汇形成沉积分异更好的远岸复合盆底扇，如果在物源供给基本相当的背景下，该类型古沟谷形成的深水扇砂岩储层最为发育。离散式高短型沟谷为多条近平行或发散状沟谷输送物源，在深水区形成沉积分异更好的散布式盆底扇群；如果在物源供充足和沟谷较密集的情况，不同沟谷形成的盆底扇随着可容纳空间的减少，横向散布的深水扇也会形成交汇叠置，有利于砂岩相对富集。

对于不同组合样式的高近型古沟谷而言，单一式高近型沟谷为单渠供源，碎屑物经过高近型的“渠”，虽然搬运能量强，但搬运距离近，在深水区形成了沉积分异差的单一盆底扇。汇聚式高近型沟谷提供的物源，在深水区汇聚形成沉积分异差的复合盆底扇，盆底扇规模较大，砂岩相对富集。离散式高近型沟谷提供的碎屑物质，在深水区形成沉积分异差的散布式盆底扇群，单个扇体规模中等至较大，砂岩主要集中在单个扇体内。

对于不同组合样式的矮远型古沟谷而言，单一式矮远型沟谷为单渠供源，碎屑物经过矮远沟谷搬运，具有能量弱、沉积分异较好的特点，在深水区形成了沉积分异中等的单一斜坡扇。汇聚式矮远型沟谷输送的碎屑物，在深水区汇聚形成沉积分异中等的复合斜坡扇。离散式矮远型沟谷输送的碎屑物，在深水区形成沉积分异中等的散布式斜坡扇群。

对于不同组合样式的矮短型古沟谷而言，单一式矮短型沟谷为单渠供源，碎屑物经由低高程差、短坡面的单一沟谷输送，具有能量弱、沉积分异差的特点，在深水区形成了沉积分异差的低能斜坡扇。汇聚式矮短型沟谷提供的汇聚物源，在深水区聚集形成沉积分异差的复合斜坡扇。离散式矮短型沟谷提供的物源分散，在深水区形成沉积分异差的散布式斜坡扇群，扇体展布范围往往较小。

3.3 深水扇沉积特征

冈比亚河和热巴河深水扇的勘探程度较低，仅冈比亚河深水扇有GF-1和GF-22口井钻遇，而热巴河深水扇尚无钻井揭示。

基于上述古沟谷对“渠”“汇”的响应分析，预测冈比亚河发育沉积分异差的散布式斜坡扇群。从斜坡扇展布特征来看[16](图9)，一个古沟谷对应发育一个斜坡扇，斜坡扇呈“朵”状展布，扇根处下切水道不发育。斜坡扇受近平行的古沟谷控制而呈现散布式展布，扇体之间基本无叠置。斜坡扇向深水区延伸的长度为21～27 km，展布面积为207～283 km2。在地震剖面上，冈比亚河深水斜坡扇具有平行—亚平行连续、中强振幅的单同相轴反射特征，无下切特征，反映斜坡扇的能量整体较弱。GF-1井钻遇阿尔布期斜坡扇，累计揭示砂岩厚度87.7 m，单砂层平均厚度14.6 m，含砂率25.8%。据砂岩的薄片分析，从粘土杂基含量的统计看，GF-1井揭示砂岩的粘土杂基含量平均为19%；从砂岩的结构成熟度看，石英颗粒呈棱角—次棱角状，磨圆较差，石英颗粒大小混杂，分选差，反映出低能斜坡扇的沉积特点。

图9 冈比亚河陆架边缘古沟谷-深水扇展布特征Fig.9 The paleo-valleys to deep-water fan feature on the shelf margin of Gambia river

GF-1和GF-2井分别钻遇两个不同古沟谷提供物源形成的斜坡扇。GF-1井钻遇的斜坡扇由1个古沟谷输送物源，形成单一斜坡扇，古沟谷的平均宽度为3.7 km；而GF-2井钻遇的深水扇由1个大型复合古沟谷输送物源，复合古沟谷内包含2个次级古沟谷向深水区提供物源，复合古沟谷的平均宽度为7.4 km，形成大型复合斜坡扇。由于不同类型古沟谷提供补给，形成不同类型的斜坡扇，钻井证实其含砂率明显不同，GF-2井揭示的复合斜坡扇含砂率达50%，几乎为GF-1井的2倍。

热巴河深水扇虽无井钻遇，但从地震资料刻画的深水扇特征看，系由多个古沟谷提供补给，在深水区汇聚形成一个大型复合盆底扇(图10)，由下切水道和水道化朵叶构成，扇根处发育多支下切水道，向深水区随着搬运能量的逐渐减弱，逐步演变为中扇的朵叶化水道和外扇的水道化朵叶。研究区中识别出的复合深水扇，最大可向深水区延伸的长度大于40 km，展布面积大于568 km2。地震剖面显示，热巴河深水扇具有明显的“V”型下切水道，内部具有弱杂乱-连续、中强振幅的反射特征；水道化朵叶具有丘状外形，内部具有连续、中强振幅的反射特征。综合热巴河发育含砂率较高的陆架边缘三角洲和汇聚式高远型切谷，预测热巴河深水区发育富砂的高能深水扇。

图10 热巴河陆架边缘古沟谷-深水扇特征Fig.10 The paleo-valleys to deep-water fan feature on the shelf margin of Geba river

4 两大水系的洲-扇沉积体系对比及勘探潜力分析

冈比亚河和热巴河三角洲、古沟谷和深水扇沉积特征的比较分析表明，虽然二者均发育在盆地南部陡台地边缘的背景，但在三角洲-深水扇沉积体系方面存在明显不同。

1) 在物源方面，冈比亚河来自陆上毛里塔尼亚隆起带的克拉通物源区，热巴河来自早期沉积盆地隆升形成的再旋回物源区，再旋回物源区的风化、淋滤和剥蚀速率明显优于克拉通物源区，因此在相同时间内提供的物源更充足，但碎屑质量不及冈比亚河物源区。

2) 在三角洲沉积特征方面，冈比亚河三角洲和热巴河三角洲均为退积型三角洲，整体呈现“下粗上细”的沉积旋回，由早至晚分为三期。但受物源区性质和供给能力影响，热巴河三角洲的厚度和展布范围要大于冈比亚河三角洲，钻井揭示热巴河三角洲更加富砂，但砂岩成分成熟度不及冈比亚河三角洲。

3) 在向深水区输送物源的古沟谷方面，冈比亚河陆架边缘发育离散式矮短型古沟谷，热巴河陆架边缘发育汇聚式高远型古沟谷。冈比亚河深水扇2口钻井的对比证实，高远型沟谷可向深水区提供能量强、沉积分异好的陆源碎屑，汇聚式沟谷更能为深水区提供更加充足的陆源碎屑形成大型复合深水沉积体。由此推测，热巴河陆架边缘的古沟谷更加有利于深水区形成高能富砂扇体。

4) 在深水扇发育特征方面，冈比亚河深水扇形成于近岸陡坡背景，扇体具有平行连续、无下切的地震反射特征，钻井证实这类扇体含砂率不高。热巴河深水扇形成于远岸盆底背景，扇体具有典型下切水道特征和丘状外形的水道化朵叶复合体，与冈比亚河深水扇相比，更具高能富砂特点，含砂率理应较高。

综上所述，陆架边三角洲和深水扇是毛塞几比盆地有利的砂岩沉积区和油气勘探领域，冈比亚河三角洲-深水扇已经获得勘探突破。热巴河的陆架边缘三角洲比冈比亚河三角洲更发育，砂岩含量更高，由其衍生出的深水扇在高远型古沟谷体系的输送下形成高能富砂的大型水道-水道化朵叶复合体，更具油气勘探潜力。