南海北部陸坡白云深水區(qū)淺層深水水道沉積

劉 軍，龐 雄，顏承志，柳保軍，李元平，胡 璉，鄭金云

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司研究院， 廣州 510240)

在過去的20多年，深水油氣勘探取得了極大發(fā)展，世界上各大型油公司都涉足深水勘探領(lǐng)域，全球深水油氣勘探的成功率由1995年之前的10%增加到現(xiàn)在的30%[1]，深水沉積也迅速成為研究的熱點。深水水道沉積受到石油工業(yè)界和研究人員關(guān)注的原因在于：1)在數(shù)個深水盆地(坎波斯盆地、西非、巴西、墨西哥灣北部等)獲得了水道砂體儲層的重大油氣發(fā)現(xiàn)，而水道砂體的儲集性能對后期開發(fā)決策起到關(guān)鍵性的作用；2)三維地震可以更清晰地表征水道沉積系統(tǒng)(尤其是彎曲水道)的內(nèi)部幾何特征；3)鉆井時預(yù)防鉆遇淺層水道溢流的需要[2]。

相對于淺水儲層而言，深水沉積的儲層是很難直接獲得、觀察和研究的。因此需要應(yīng)用現(xiàn)代海底的、淺層地震、深層地震勘探、巖心和露頭等各種資料進(jìn)行研究，而各種資料都有其局限性。通過高分辨率地震提取的地震屬性可以清晰地表現(xiàn)出水道的宏觀特征，但是低于地震分辨率的一些細(xì)節(jié)特征就很難識別出來；巖心由于極小的采樣量而有其局限性。同樣，露頭也有其不足之處，深海沉積巖石大多暴露于造山帶，構(gòu)造和變形作用常常使一些沉積特征復(fù)雜化或者不能保留，另外，有些露頭被植被所覆蓋，暴露的區(qū)域很小，很難達(dá)到類比深水沉積系統(tǒng)的要求。而淺層三維地震的應(yīng)用及儲層類比研究能得到不同重力流系統(tǒng)的高精度圖像(圖1)[3]，這些圖像與現(xiàn)代海底研究具有同一尺度，在國際上，應(yīng)用此種方法研究深水沉積已經(jīng)成為許多油公司的常規(guī)方法。

珠江口盆地白云深水區(qū)位于南海北部陸坡區(qū)，研究和勘探證實，白云深水區(qū)具有廣闊的油氣勘探前景[4-6]。本文應(yīng)用淺層3D高分辨率地震資料，對白云深水區(qū)淺層深水水道沉積系統(tǒng)進(jìn)行研究，這對于理解深水水道系統(tǒng)的形態(tài)、演化和沉積過程是非常必要的，對白云深水區(qū)的勘探具有指導(dǎo)意義。

1 深水水道的定義

在地質(zhì)界，深水水道沉積的含義存在著含糊的地方，有些是因為定義水道時對所用資料的來源缺少明確的說明(高分辨率海洋測深學(xué)、深層地震或者露頭等)，而這些資料來源對應(yīng)著不同的地質(zhì)背景(現(xiàn)代海底、儲層和露頭)。一般認(rèn)為，深水水道是由重力流流動形成的，具有伸長的負(fù)向地貌特征，它代表一個相對長期的沉積物搬運通道。濁流系統(tǒng)內(nèi)的水道形態(tài)和位置受沉積過程或侵蝕下切作用的控制，水道地貌可以是侵蝕或沉積成因，也可以是兩者兼而有之的復(fù)合[7]。

2 深水水道的沉積環(huán)境及分類

深水水道在白云深水區(qū)的淺層陸坡、陸坡底都有發(fā)育，隨著坡度的變化，水道由單一的深切供給水道變?yōu)樯哉蛏詫捫┑乃篮蜎]有限制的水道沉積組合。水道按成因可分為3類：1)侵蝕型(圖2)：侵蝕下伏地層(包括滑塌)，沒有或極少有溢岸—天然堤沉積；侵蝕水道多為成年期、長期活動的水道，侵蝕下伏的斜坡和盆地地層。大型侵蝕水道為點源沉積物通道，沉積物通過侵蝕水道從淺水搬運到深水。2)侵蝕/加積型(混合水道)：侵蝕和沉積作用共同作用形成。侵蝕—加積水道的定義有些混淆，因為所有的水道及其充填沉積在某種程度上都具有侵蝕和加積的特征；另外不同的人所用術(shù)語也不同，Mutti 和 Normark[8-9]認(rèn)為古代混合水道沉積表現(xiàn)為先有侵蝕特征后有加積特征，這種侵蝕/加積旋回在古代水道演化的不同時期可以重復(fù)出現(xiàn)。相反地，現(xiàn)代混合水道充填則先有沉積后有侵蝕(下切侵蝕以前的沉積地層)。而且，侵蝕水道在下傾方向會演變成為沉積水道，Clark 和 Pickering[10]指出，在斜坡內(nèi)盆地，具沉積特征的水道通過盆地內(nèi)的侵蝕水道相連接。因此，侵蝕—加積水道這個術(shù)語有很多用法。相對海平面變化周期的各個階段都可發(fā)育水道，相對多部分的水道發(fā)育于低位時期，水道攜帶大量粗粒沉積物侵蝕斜坡，并通過其搬運到海底形成盆底扇體。侵蝕水道使水道兩側(cè)失穩(wěn)，可導(dǎo)致沉積物形成滑動沉積在水道內(nèi)(圖3)。除了滑動塊的水道充填，相對海平面上升時期，沉積位置逐漸向陸遷移，很少有沉積物到達(dá)海底，此時水道被以懸浮為主的細(xì)粒沉積物所覆蓋。此外，高位時期沉積物向海的快速進(jìn)積和陸坡再調(diào)整作用[11]或者物理和生物過程的溯源侵蝕[12]均可形成大型海底峽谷。3)加積型：天然堤—溢岸地層不斷加積，形成介入性的低凹地形，水道和天然堤呈指狀交叉。

圖2 白云深水區(qū)中部從外陸架到陸坡現(xiàn)代海底相干屬性多數(shù)侵蝕水道為順直型Fig.2 Coherent attribute of present sea floor from outer shelf to slope, center of Baiyun deepwater region

圖3 白云凹陷鉆遇的深水水道砂巖巖心照片水道底部可見清晰的泥礫沉積。Fig.3 Photos of sandstone cores from deepwater channels in Baiyun Sag

侵蝕水道沉積有時指塊狀水道砂巖或者大型水道，加積水道有時指有堤水道或低幅的水道化的天然堤[13-14]。上傾方向的水道大多數(shù)為侵蝕水道，原因在于上傾方向具有高坡降和低容納空間，從而具有較高的流速。而在下傾方向，多為侵蝕—沉積水道或加積水道。

3 水道的形態(tài)

在白云深水區(qū)，淺層深水水道的幾何形態(tài)隨地形坡度的變化而變化，在上陸坡坡度較陡，發(fā)育單一的深切供應(yīng)水道(圖4a)；在坡度較緩的區(qū)域，早期形成的水道為沉積物提供了一個相對封閉的限制性環(huán)境，形成多個較寬淺的水道垂向疊加(圖4b)；而在盆底的非限制性環(huán)境，由于受海底地形的影響，可形成多個小型水道的側(cè)向遷移(圖4c)。總體來說，隨著坡度減小，從陸坡到盆底，水道寬厚比(水道寬度與厚度的比值)增大，從10∶1可增大到200∶1。

在平面上，白云深水區(qū)深水水道形態(tài)各異，類似于河流系統(tǒng)的辮狀分流水道和曲流河，既有伸長型、相對順直型(圖2)，也有彎曲型(圖5)。盡管彎曲水道的成因有所爭議，但與水道彎曲有關(guān)的因素包括海底的崎嶇程度、海底的坡度、沉積物的濃度、輸送系統(tǒng)的性質(zhì)(觸發(fā)性流體與非觸發(fā)性流體)、流量和流體穿過水道的頻率及速率等[15]。一般認(rèn)為水道的彎曲度與陸坡坡度呈反相關(guān)關(guān)系，低能量的水道比高能量粗粒沉積水道更容易彎曲。

圖4 白云深水區(qū)淺層深水水道隨地形坡度變化特征剖面及水道充填疊加樣式線描a.單個的侵蝕水道，深切下伏地層，寬厚比小，沉積物通道；b.限制環(huán)境，多個寬淺水道垂向疊置；c.非限制環(huán)境,水道側(cè)向遷移，形成多個水道側(cè)向疊加，寬厚比高Fig.4 Shallow deepwater channel changes in response to gradient as well as drawing of channel infilling and superposition in Baiyun deepwater region

圖5 白云凹陷西南部淺層深水水道系統(tǒng)均方根振幅Fig.5 Amplitude extraction map of shallow deepwater channels, southwest of Baiyun Sag

4 內(nèi)部充填特征

由于構(gòu)造、氣候和沉積物供給等因素的控制，白云深水區(qū)淺層發(fā)育的深水水道充填沉積物的巖性變化較大，有礫巖、砂巖、泥巖以及幾種巖性的混合(圖1)。水道充填物由各種沉積物重力流組成，有濁流、碎屑流和滑動塊，以及相伴生的半遠(yuǎn)洋懸浮降落沉積。水道充填沉積的厚度各不相同，單層水道充填可能只有幾米厚，而復(fù)合水道充填厚度可達(dá)幾百米以上。水道充填厚度主要受控于水道活動時間、流經(jīng)水道的水流體積,以及與水道是否決口還是保持主要的加積作用有關(guān)。根據(jù)白云凹陷高分辨率地震、巖心、測井等資料總結(jié)了白云深水區(qū)侵蝕/加積型水道垂向變化特征：粒度整體向上變細(xì)，底部為主水道，頂部為有堤水道(圖6)；水道內(nèi)部具有幾種疊加樣式，這取決于主水道的寬度和深度、水道內(nèi)的位置和內(nèi)在的沉積過程(圖6,7)。

5 深水水道研究對勘探的指導(dǎo)意義

由于淺層地震分辨率高，能識別出更多的水道內(nèi)部充填特征，淺層水道類型、形態(tài)、充填樣式的研究更為清晰，有利于指導(dǎo)白云深水區(qū)具有同樣沉積條件但分辨率下降的中深層水道的研究。深水水道的研究歸納起來有以下認(rèn)識：限制性環(huán)境內(nèi)發(fā)育的水道一般來說寬厚比低(30∶1到80∶1) 、砂泥比高( 75%～90%) ，此類水道砂體由塊狀砂巖及泥巖碎屑組成，砂巖底部由于侵蝕作用，厚度變化較大。對露頭區(qū)遭受侵蝕的水道砂體的觀察發(fā)現(xiàn)，水道底部的侵蝕可以提高水道砂體縱向上的連通性，但其橫向連通性相對較差；在坡度較緩的非限制區(qū)域，侵蝕接觸帶很少，水道充填地層的寬厚比較高、砂泥比下降到65%～80%，由于水道側(cè)向遷移，橫向上連通性增加而縱向連通性相對較差。對于限制性水道，砂體的厚度會很大，而圈閉的面積可能比較?。欢窍拗骗h(huán)境內(nèi)，圈閉面積很大而砂體的厚度會很小。不同形態(tài)和不同空間展布的水道砂體，其油井的產(chǎn)量、壓力下降速度和產(chǎn)量下降速度、采收率等變化很大。這些都增加了深水水道砂巖勘探的復(fù)雜性，因此找到厚度大、橫向和側(cè)向連通好的水道砂巖至關(guān)重要。

圖6 白云深水區(qū)淺層侵蝕/加積水道垂向充填橫剖面左圖為水道平面形態(tài)圖(高彎度：水道—天然堤；低彎度：富砂水道充填)：a1-a2為地震剖面圖及線描圖；a3為水道充填序列的演化過程Fig.6 Cross section showing vertical infilling of shallow erosional/aggradational channels, Baiyun deepwater region

圖7 白云深水區(qū)淺層深水水道垂向充填橫剖面a1-a2.地震剖面圖及線描圖；b.多個水道砂巖充填和層間天然堤泥質(zhì)沉積具有顯著的非均質(zhì)性，泥巖成為滲流屏障及隔板Fig.7 Cross section showing vertical infilling of shallow deepwater channels, Baiyun deepwater region

6 結(jié)論

南海北部白云深水區(qū)已經(jīng)獲得了重大的天然氣發(fā)現(xiàn)，正逐漸成為全球深水油氣勘探的熱點區(qū)之一[16]，鑒于深水油氣勘探的高投入和巨大風(fēng)險，必須找到優(yōu)質(zhì)高效的深水砂巖儲層，而深水水道砂巖無疑是最重要的儲層之一，只有掌握深水水道系統(tǒng)的形態(tài)、演化和沉積過程，才能搞清楚砂體的分布、幾何形態(tài)以及物性特征，增加鉆前預(yù)測的可靠性，提高勘探成功率。本文通過對白云凹陷淺層深水水道的研究，以期達(dá)到類比中深層勘探層位的深水水道沉積的作用，增加對深水水道沉積的理解，指導(dǎo)白云深水區(qū)的勘探。

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