Albert湖盆北區(qū)退積型淺水三角洲沉積及儲(chǔ)層特征

楊小麗 胡光義 龐玉茂 徐 偉 房 磊

(中海油研究總院 北京 100028)

楊小麗，胡光義，龐玉茂，等.Albert湖盆北區(qū)退積型淺水三角洲沉積及儲(chǔ)層特征［J］.中國海上油氣，2015，27(5)：55-61，75.

三角洲沉積體系的研究始于Gilbert對Bonnevill湖更新世三角洲的描述，并指出了三角洲的三褶構(gòu)造特征［1］。此后，國內(nèi)外學(xué)者針對現(xiàn)代湖(海)相三角洲進(jìn)行了大量研究，尤其是在密西西比河大型復(fù)合三角洲研究的基礎(chǔ)上，建立了經(jīng)典三角洲沉積模式［2-4］，包含以下特征：①具有頂積層、前積層、底積層三層結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)進(jìn)積結(jié)構(gòu)特征；②分流作用和改造作用強(qiáng)烈的河口區(qū)為沉積主體區(qū)，河控三角洲以向上變粗的反粒序?yàn)橹?，河口壩作為三角洲的成因相必不可少，且?gòu)成三角洲主體。然而，當(dāng)湖盆水體較淺、盆緣廣闊平緩時(shí)，三角洲沉積特征與上述經(jīng)典三角洲模式存在較大差異［5-7］。

淺水三角洲研究最早是由Fisk于1961年提出，但直到21世紀(jì)初才引起關(guān)注，研究也逐步深入，取得的主要認(rèn)識(shí)為：淺水三角洲不發(fā)育Gilbert三層結(jié)構(gòu)，三角洲骨架砂體并非多級河口壩，而以平原分流河道砂體為主，且河口壩相對不發(fā)育等［8］；進(jìn)積及退積均可形成淺水三角洲沉積。目前，除Postma建立分類體系時(shí)提供的基本模式外［9］，尚沒有專門針對不同沉積背景條件下建立的淺水型三角洲模式。總體來看，淺水三角洲沉積模式及特征有待進(jìn)一步研究，尤其是各微相儲(chǔ)層特征仍缺乏系統(tǒng)總結(jié)。

我國陸相湖盆沉積極為發(fā)育，許多研究者對松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地等發(fā)育的淺水沉積體系進(jìn)行了研究，認(rèn)為淺水型三角洲廣泛發(fā)育于我國中、新生界，勘探前景廣闊［7，10-12］。近年來，東非裂谷西支北端Albert湖盆勘探前景良好，在湖盆東南區(qū)以及相對平緩的北區(qū)(即Albertine地塹長軸北端，圖1)等均發(fā)現(xiàn)了上新統(tǒng)優(yōu)質(zhì)油氣儲(chǔ)集層，其中北區(qū)已發(fā)現(xiàn)相當(dāng)規(guī)模的油田群，包括整個(gè)湖區(qū)儲(chǔ)量最大的油田。2010年，為了拓寬海外市場，中國海油與法國Total公司、英國Tullow公司聯(lián)合投資烏干達(dá)Albert湖盆北區(qū)區(qū)塊。因此，本文以東非裂谷西支北端Albert盆地北區(qū)為研究目標(biāo)，根據(jù)新近系沉積環(huán)境、相標(biāo)志、砂體成因及儲(chǔ)層特征等方面的類比分析，建立研究區(qū)淺水三角洲沉積模式，分析沉積體系與砂體展布特征，以期為該地區(qū)油藏儲(chǔ)層精細(xì)描述及開發(fā)方案編制提供地質(zhì)依據(jù)。

圖1 東非裂谷西支Albert湖盆區(qū)域概況及研究區(qū)位置圖Fig.1 Regional overview of Albert lacustrine basin，west branch of East African Rift，and location of research area

1 區(qū)域構(gòu)造-沉積演化特征

東非裂谷位于坦桑尼亞以北，分為東西2支，東支遍布火山噴發(fā)巖，西支發(fā)育一系列雁列狀湖盆。Albert湖盆位于東非裂谷西支北端，長570 km，寬45 km，面積2.5萬km2，現(xiàn)今最大水深約50 m。該盆地東西兩側(cè)發(fā)育NE—SW向邊界大斷層，西側(cè)強(qiáng)烈下掉，東側(cè)相對平緩，為典型地塹結(jié)構(gòu)(Albertine地塹)，基底發(fā)育寒武系變質(zhì)巖，之上為風(fēng)化殼及上覆沉積較厚的新近系。

前人研究認(rèn)為，Albert湖盆區(qū)域構(gòu)造-沉積演化可分為3個(gè)階段：①晚中新世—早上新世，Albertine地塹邊界主斷層開始發(fā)育，古Obweruka湖形成，Albert湖東南邊界發(fā)育扇三角洲和少量沖積扇；②晚上新世至早更新世，Ruwenzori山隆起，古Obweruka湖分割為Albert湖和Edward湖，期間Albert湖水體相對變深，東南部三角洲范圍縮小，東北和西北部有較大型三角洲發(fā)育，沉積了Albert湖盆北區(qū)主要儲(chǔ)集層，并在其頂部發(fā)育濱淺湖相泥巖區(qū)域蓋層；③晚更新世特別是更新世末期，在Katwe、Bunyaruguru地區(qū)火山開始活動(dòng)，盆內(nèi)以軸向區(qū)域沉積為主［13-14］。

2 退積型淺水三角洲沉積特征

2.1 古生物特征

不同地質(zhì)時(shí)期的地理環(huán)境中會(huì)存在表征地理、氣候、古環(huán)境等信息的植物群及其產(chǎn)生的特定孢粉，基于孢粉研究可以進(jìn)行地層劃分、對比以及古地理、古氣候恢復(fù)。基于前人對Albert湖盆的區(qū)域研究與認(rèn)識(shí)［15-17］，綜合利用 Albert湖盆北區(qū)最大油田J油田的J-2A、J-1、R-1井孢粉分析資料，劃分出了該地區(qū)垂向沉積環(huán)境序列，縱向分帶性明顯。以R-1井為例，Albert湖盆北區(qū)基底以上地層古生物特征從下向上可劃分為3期(圖2)。

1)晚上新世早期。井段470～650 m，孢粉屬收獲率高，470 m處為一條重要的孢粉屬界限，下部出現(xiàn)蕨類高峰，主要為水生、半水生蕨類孢子，可見部分盤星藻屬，指示為河口、三角洲平原、濱湖沉積環(huán)境。

2)晚上新世晚期—早更新世。井段300～470 m，高山松山孢屬在局部異常高，可能為其他物源加入。除此之外，主要發(fā)現(xiàn)淡水藻類中的葡萄藻屬，并發(fā)現(xiàn)極少盤星藻屬，指示水體變深，為明顯的濱淺湖或三角洲前緣過渡環(huán)境。

3)晚更新世。井段100～300 m，淡水藻類占據(jù)絕對優(yōu)勢，以葡萄藻屬與盤星藻屬為主，且交替占優(yōu)，蕨類孢子既有水生—半水生的光面單縫孢屬，也有水生的粗肋孢屬，指示濱湖—河口環(huán)境的多次更替，而且水體相對變淺。

圖2 A lbert湖盆北區(qū)古生物孢粉特征(R-1井)綜合分析圖Fig.2 Com prehensive analysis diagram about Palynology characteristics of W ell R-1 in north area of Albert lacustrine basin

由此可見，Albert湖盆北區(qū)沉積環(huán)境是暴露的水上環(huán)境和相對穩(wěn)定的水下環(huán)境反復(fù)交替的水進(jìn)水退過程；主要目的層上上新統(tǒng)沉積時(shí)期是一個(gè)水進(jìn)過程，是從陸上的河口、三角洲平原向?yàn)I淺湖、三角洲前緣的過渡型環(huán)境，即典型淺水湖泊環(huán)境，而不是單一的河流沉積環(huán)境。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造研究，認(rèn)為Albert湖盆北區(qū)地勢極為平緩，是發(fā)育淺水三角洲的良好環(huán)境，并不具備發(fā)育扇三角洲的水動(dòng)力條件。

2.2 巖心相特征

北區(qū)J油田多口井累計(jì)巖心長度超過300 m，主要取心層段為上上新統(tǒng)，其泥巖相可劃分為三大類，即湖泥、前緣泥和平原泥(圖3)。湖泥主要分布于上上新統(tǒng)頂部，為灰褐色塊狀泥巖，分布穩(wěn)定，可作為本區(qū)區(qū)域地層對比的標(biāo)志層；前緣泥為灰綠色泥巖夾薄層砂，含植物碎片或碳屑，并有生物擾動(dòng)，分布局限；平原泥以淡白綠色泥巖為主，位于三角洲平原分流河道間的低洼區(qū)，植物繁茂，排水不良，為停滯的還原環(huán)境，多含碳屑、植物碎片或?yàn)楸∶合档貙?，層理不清，厚度不大，伴有自生黃鐵礦等還原環(huán)境類礦物，夾紋層狀粉砂巖。

根據(jù)北區(qū)J油田及周邊油田部分井資料分析，上上新統(tǒng)砂巖相主要為粗—中粒級的分流河道砂及部分細(xì)、粉砂級的堤岸砂，常見沖刷面及交錯(cuò)層理，正粒序多級疊加，分選較好，磨圓度為次棱狀—次圓狀，粒度概率累積曲線為典型兩段式，總體以跳躍為主，懸浮次之，分流河道砂體多期疊置，是研究區(qū)的主力儲(chǔ)集層。三角洲前緣發(fā)育的砂體規(guī)模較小，以中—細(xì)?；蚣?xì)—粉砂級砂為主，主要為水下分流河道砂、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂微相，河口壩沉積極少，整體顯示正粒序及反粒序交互特征，分選中等，磨圓度為次棱狀—次圓狀，生物擾動(dòng)及潛穴(垂向)較發(fā)育，多見植物根及碎片等，粒度概率累積曲線為兩段式，但部分具有明顯的過渡型S截點(diǎn)，顯示河口壩或遠(yuǎn)砂壩特征(圖3)。

總之，研究區(qū)上上新統(tǒng)從下向上發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣及前三角洲亞相，砂體微相主要為三角洲平原分流河道砂，其次為堤岸砂，極少前緣河口壩、遠(yuǎn)砂壩，顯示出淺水三角洲獨(dú)特的沉積特征。

圖3 研究區(qū)上上新統(tǒng)目的層巖心相分類綜合圖Fig.3 Comprehensive classification of core phases in upper Pliocene target formation of study area

2.3 測井曲線特征及沉積旋回

研究區(qū)上上新統(tǒng)中下部GR測井曲線具多期間斷性正旋回特征，各期次正旋回發(fā)育規(guī)模相當(dāng)，并垂向疊加，構(gòu)成上上新統(tǒng)儲(chǔ)集層主體；GR測井曲線形態(tài)以典型箱型、鐘型及組合型為主體，具有河道沉積的典型曲線形態(tài)特征，是以三角洲平原分流河道為主的沉積體系。此外，上上新統(tǒng)上部三角洲前緣相GR測井曲線可見少量漏斗型曲線形態(tài)，呈現(xiàn)反旋回特征，砂層較薄，砂巖百分含量較低，發(fā)育比較局限。整體上，研究區(qū)上上新統(tǒng)為正旋回的水進(jìn)退積型淺水三角洲相的沉積特點(diǎn)(圖4)，表現(xiàn)為單井相變頻繁、垂向連續(xù)性較差、存在多期間斷特征，但井間對比性較好，究其原因在于淺水湖泊地勢平坦，水面易于受氣候、構(gòu)造等事件影響而頻繁波動(dòng)。

圖4 Albert湖盆北區(qū)J油田J-2A井測井曲線特征及沉積相劃分Fig.4 Logging curves feature and sedimentary facies classification of Well J-2A in J oilfield in north area of Albert lacustrine basin

2.4 地震反射特征

研究區(qū)北東—南西向三維地震剖面(圖5)具不明顯的前積反射結(jié)構(gòu)，難于辨識(shí)出正常三角洲所具有的三層結(jié)構(gòu)(頂積層、前積層、底積層)，更不具有扇三角洲雜亂楔形的反射特征；內(nèi)部可見上超充填的河道砂體反射現(xiàn)象，反射同相軸表現(xiàn)為頂平底凸，內(nèi)部反射雜亂較弱，說明平面上河道存在遷移擺動(dòng)現(xiàn)象。

圖5 Albert湖盆北區(qū)過R-1井NE—SW向地震剖面Fig.5 NE—SW seism ic section acrossWell R-1 in north of Albert lacustrine basin

2.5 沉積模式

Albert湖盆北區(qū)退積型淺水三角洲沉積模式具有以下主要特征(圖6)：①湖盆水體相對較淺，湖水位線周期性擴(kuò)展，淺水三角洲平原近湖方向受湖水影響顯著，淺水沼澤相較發(fā)育；②淺水三角洲具有廣闊的平原相帶，加之坡度較緩，利于砂體沉積，空間展布上占據(jù)絕對優(yōu)勢，而前緣部分所占比重較低甚至不發(fā)育；③平原區(qū)分流河道彎曲度較大，必然導(dǎo)致河道遷移擺動(dòng)頻繁，造成砂體疊置連片；④自下向上依次發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲沉積類型。這種退積型沉積模式與區(qū)域性構(gòu)造-沉積演化密切相關(guān)，即晚上新世至早更新世Ruwenzori山隆起之后，Albert湖形成，水體不斷變深擴(kuò)大，在此背景之上在湖盆東北和西北部有較大型退積型三角洲發(fā)育，沉積了Albert湖北區(qū)主要儲(chǔ)集層，并在其頂部發(fā)育濱淺湖泥巖相區(qū)域蓋層(圖6)。

圖6 A lbert湖盆北區(qū)淺水三角洲沉積相平面分布及模式圖Fig.6 Plane distribution and deposition model of shallow water delta in north area of A lbert lacustrine basin

3 退積型淺水三角洲儲(chǔ)層特征

3.1 以平原分流河道砂為主體儲(chǔ)層

Albert湖盆北區(qū)可見典型的疊加河道砂體、孤立河道砂體、薄透鏡狀前緣砂體等，可以與其成因相似野外露頭類比。結(jié)合地震剖面中識(shí)別出的頂平底凸、內(nèi)部反射雜亂的河道砂，該區(qū)退積型淺水三角洲儲(chǔ)層特征表現(xiàn)為上上新統(tǒng)儲(chǔ)層主體為三角洲平原垂向疊置河道砂，單砂層厚度一般為10 m左右，最厚可達(dá)20 m，且存在相互切割改造作用，橫向?qū)Ρ容^好；其次為孤立單期河道砂體，而目的層頂部三角洲前緣河口壩或席狀砂等前緣砂體垂向?qū)颖?，平面連續(xù)性差(圖7)。

3.2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)巖石學(xué)特征分析，碎屑物以石英為主，其次為長石，巖屑極少量，成分成熟度較高；儲(chǔ)集層巖石類型主要為石英砂巖、亞長石砂巖、長石砂巖。填隙物主要為泥質(zhì)(雜基和自生粘土)，含量為2% ～30%，平均13.5%，泥質(zhì)填隙物在目的層砂巖中普遍存在，成分主要為高嶺石及蒙脫石，少量綠泥石、伊利石、云母；其次為碳酸鹽，主要為泥晶菱鐵礦和結(jié)晶方解石，含量比泥質(zhì)高，但是僅存在于個(gè)別層段砂巖中。其他成巖自生礦物有少量黃鐵礦、重晶石、石膏及不發(fā)育的石英加大。儲(chǔ)層埋深淺，具弱壓實(shí)及弱固結(jié)特征，以原生粒間孔為主，含少量顆粒溶蝕孔、膠結(jié)物內(nèi)孔，儲(chǔ)層下部孔隙更發(fā)育。

圖7 Albert湖盆北區(qū)三角洲平原及前緣相連井剖面圖Fig.7 Connected wells'profile of delta plain and front in north area of Albert lacustrine basin

3.3 儲(chǔ)層相帶物性差異分析

根據(jù)研究區(qū)4口井巖心物性分析，上上新統(tǒng)儲(chǔ)層發(fā)育的平原分流河道砂物性好，屬于特高孔滲類儲(chǔ)層，孔隙度普遍在30% ～40%，最高可達(dá)45%，滲透率普遍在2 000 mD以上，最高達(dá)40 000 mD；而前緣河口壩、遠(yuǎn)砂壩或席狀砂及水下分流河道砂孔隙度為20% ～35%，滲透率最高為1 200 mD，最低僅為0.1 mD。在非均質(zhì)程度上，平原相相對較均質(zhì)，變異系數(shù)在0.5左右，突進(jìn)系數(shù)2.5以下，級差普遍在10以下；而前緣砂體存在較大非均質(zhì)性，變異系數(shù)在1.5以上，突進(jìn)系數(shù)可達(dá)4.2，級差可達(dá)17 000。

綜合分析認(rèn)為，填隙物成分、含量變化是不同相帶儲(chǔ)層物性差異的主要原因。以J-2A井為例，填隙物含量與滲透率之間相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.86。研究區(qū)4口井巖心樣品填隙物平均值為16.91%，最高達(dá)48.2%，平原相砂體填隙物含量最低，一般在8%以下，所以平原相分流河道儲(chǔ)層物性最好；堤岸砂填隙物雜基相對升高，物性變差；三角洲前緣的河口壩、遠(yuǎn)砂壩或席狀砂及水下分流河道泥質(zhì)含量及泥晶碳酸鹽普遍增高，儲(chǔ)層物性整體變差。但是整體來看，研究區(qū)目的層填隙物主要為泥質(zhì)雜基顆粒，而非泥質(zhì)膠結(jié)物充填，所以物性整體較好。

此外，砂巖粒度及分選也是影響儲(chǔ)層物性的因素。研究區(qū)目的層段砂巖粒度具有下粗上細(xì)特征，即平原分流河道以粗—中砂巖為主，前緣河口壩、遠(yuǎn)砂壩或席狀砂及水下分流河道以中—細(xì)砂、細(xì)—粉砂為主，這也是造成平原相儲(chǔ)層物性優(yōu)于前緣相的原因之一。

4 結(jié)論

1)Albert湖盆北區(qū)地勢平緩，物源相對較遠(yuǎn)，古生物孢粉及巖心特征分析表明該區(qū)為淺水三角洲沉積環(huán)境，并具有典型退積型特征，其測井旋回以多期正旋回為主，單井相變頻繁、垂向連續(xù)性較差、存在多期間斷特征，地震反射特征難以辨識(shí)出正常三角洲的三層結(jié)構(gòu)及扇三角洲的雜亂楔形反射特征。

2)Albert湖盆北區(qū)退積型淺水三角洲儲(chǔ)層以分流河道砂體為主體，垂向多期疊置，河口壩不發(fā)育。其中，分流河道砂體物性極好，而河口壩砂體物性相對較差，其差異性主控因素為填隙物成分及含量。

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