裂谷盆地轉(zhuǎn)換帶淺水三角洲沉積特征與沉積模式

趙偉

摘要：東非裂谷Alberline地塹屬于典型裂谷盆地，也是世界上最年輕的裂谷含油氣盆地，目前油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在Albed湖北部轉(zhuǎn)換帶附近。由于處于勘探發(fā)現(xiàn)的早期，對(duì)于該地區(qū)沉積類型和沉積體系的研究較為薄弱。本文在層序地層格架建立的基礎(chǔ)上，從巖心、錄井、測(cè)井和地震等方面尋找證據(jù)，認(rèn)為在轉(zhuǎn)換帶油氣發(fā)現(xiàn)區(qū)主要發(fā)育淺水三角洲沉積，并根據(jù)其演化特征，建立了裂谷盆地轉(zhuǎn)換帶淺水三角洲沉積模式。

引言

淺水三角洲作為一種新的沉積類型，越來越受到人們的重視，其發(fā)育的領(lǐng)域也從常規(guī)的坳陷型盆地?cái)U(kuò)展到斷陷盆地，但在裂谷盆地典型裂谷期發(fā)育淺水三角洲的研究還很少見。

近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)淺水三角洲的形成動(dòng)力學(xué)、微相構(gòu)成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層特征以及與大型油氣藏的關(guān)系等多個(gè)方面的研究逐步深入。在松遼、四川、鄂爾多斯等大型拗陷湖盆內(nèi)均發(fā)現(xiàn)有典型的河控型淺水三角洲，已成為近年來研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域和巖性油氣藏勘探的重要目標(biāo)。根據(jù)淺水三角洲的定義和分類可以看出：淺水三角洲是河控三角洲的一種類型，主要發(fā)育在地勢(shì)平緩的淺海區(qū)、淺水湖盆或湖盆的淺水區(qū)。這也是目前我們?cè)陉懴嗟貙又邪l(fā)現(xiàn)的淺水三角洲主要集中在坳陷型湖盆內(nèi)的主要原因之一。

地處東非的Albertine地塹屬于典型裂谷盆地，在常規(guī)認(rèn)識(shí)中，裂谷盆地?cái)鄬佣钢?、?gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，水深坡陡是主要的特點(diǎn)，沉積以近源且快速沉積的沖積扇、近岸水下扇和扇三角洲等為主。但在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)，地塹轉(zhuǎn)換帶形成的大型寬緩斜坡為主發(fā)育了具備淺水三角洲特征的沉積體系，改變了傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和看法，對(duì)油氣的勘探和開發(fā)都有較大影響，值得進(jìn)行深入探討。本文將從該地區(qū)鉆井的沉積特征人手，尋找沉積相標(biāo)志，分析其沉積類型，確定沉積體系的展布，并討論其對(duì)勘探開發(fā)的影響。

1.區(qū)域地質(zhì)概況

Albertine地塹位于東非裂谷西支北段，烏干達(dá)和剛果（金）境內(nèi)，地塹全長(zhǎng)超過500km，平均寬45km，面積約2.6萬km2，呈典型的狹長(zhǎng)裂谷形態(tài)，沿北東-南西向展布。東西兩側(cè)受邊界斷層控制，地塹內(nèi)發(fā)育5個(gè)次盆，自北往南依次為Rhino Camp次盆、Pakwach次盆、Mbert次盆、Semliki次盆和Edward-George次盆，其間被調(diào)節(jié)帶及調(diào)節(jié)斷層分隔（圖1）。地塹從約8Ma以前進(jìn)入主裂谷期，裂谷肩大幅隆升，形成裂谷盆地，目前該地塹仍處于主裂谷期，兩側(cè)可見的邊界斷層斷距最大處可達(dá)300m以上。

2001年開始，烏干達(dá)政府與多家國(guó)際能源公司合作，開始對(duì)位于其境內(nèi)的裂谷進(jìn)行油氣勘探工作，截至目前，已在Albert次盆周邊相繼發(fā)現(xiàn)多個(gè)油田，發(fā)現(xiàn)總的地質(zhì)儲(chǔ)量超過35億桶，主要含油氣層段位于上中新統(tǒng)一下上新統(tǒng)地層。目前油氣發(fā)現(xiàn)量的約80%集中在烏干達(dá)境內(nèi)的Albert次盆北部轉(zhuǎn)換帶，發(fā)現(xiàn)的油田規(guī)模較大、連片分布，具有極大的商業(yè)價(jià)值。

2.層序地層格架

根據(jù)識(shí)別出的層序界面可以建立起全區(qū)的層序地層格架，全區(qū)自下而上可以劃分為三個(gè)完整的層序和一個(gè)層序的低位域，分別為上中新統(tǒng)一下上新統(tǒng)為層序S1，對(duì)應(yīng)的地震層位為T0到T12；上上新統(tǒng)為層序S2，對(duì)應(yīng)的地震層位是T12到T32；下更新統(tǒng)到上更新統(tǒng)為層序S3，對(duì)應(yīng)的地震層位是T32到T50；全新世以來的地層對(duì)應(yīng)層序S4的低位體系域。

在此基礎(chǔ)上，針對(duì)該地區(qū)的主要目的層段上中新統(tǒng)一下上新統(tǒng)地層即層序S1進(jìn)行了層序單元的細(xì)分，整體來看該層序是一個(gè)完整的三分層序，包括低位、湖侵和高位體系域，并進(jìn)一步劃分為6個(gè)準(zhǔn)層序，其中低位體系域包含S1-6，湖侵體系域包含S1-5和S1-4，高位體系域包含S1-3、S1-2和SI-1三個(gè)準(zhǔn)層序。

從沉積環(huán)境上看，主要屬于河流及三角洲沉積體系，在低位域沉積時(shí)期以河流相為主，到湖侵和高位體系域主要發(fā)育三角洲相，包括三角洲前緣的河口壩和遠(yuǎn)砂壩等均較為常見。

在標(biāo)準(zhǔn)層序地層劃分方案確定以后，選取研究區(qū)已鉆井建立多條骨干連井剖面，進(jìn)行對(duì)比和閉合，確立全區(qū)的層序地層格架，再分別在不同構(gòu)造單元內(nèi)部建立次級(jí)連井剖面，劃分出不同構(gòu)造單元內(nèi)所有井的層序單元，建立了分層數(shù)據(jù)表。在等時(shí)層序格架基礎(chǔ)上進(jìn)行沉積體系的研究，能使研究結(jié)果更加可靠并符合實(shí)際。

3.裂谷轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造特征

Albertine地塹的油氣分布在裂谷轉(zhuǎn)換帶較為集中，與其特有的構(gòu)造特征有密切關(guān)系。轉(zhuǎn)換帶在裂谷盆地中普遍發(fā)育，它是盆地形成時(shí)的應(yīng)力及位移調(diào)節(jié)帶，直接影響了盆地水系的演化、沉積物的注入方式、沉積體系的特征、有機(jī)質(zhì)的保存及油氣的運(yùn)移方向等，世界上在裂谷盆地已發(fā)現(xiàn)的許多油田都位于轉(zhuǎn)換帶上。大陸裂谷通常受走滑應(yīng)力和拉張應(yīng)力的共同作用，形成陡直的邊界斷層和狹長(zhǎng)的裂谷地貌。這種邊界斷層往往規(guī)模較大、延伸較遠(yuǎn)，其斷距主要受應(yīng)力強(qiáng)弱的影響，一般在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的位置同樣對(duì)應(yīng)著應(yīng)力的方向或類型的轉(zhuǎn)變，斷層也多在此處發(fā)生終止或消失。

從構(gòu)造規(guī)模來看，轉(zhuǎn)換帶可分為盆間轉(zhuǎn)換帶和盆內(nèi)轉(zhuǎn)換帶兩種類型。盆間轉(zhuǎn)換帶可以分割兩個(gè)不同的次盆，是裂谷邊界斷層應(yīng)力發(fā)生終止或方向轉(zhuǎn)變?cè)斐傻?。如在Albert次盆北部，控制盆地的邊界斷層至此受應(yīng)力減弱的影響，斷距減小，斷層連續(xù)性變差并逐漸消失。而轉(zhuǎn)換帶另一側(cè)的Pakwach次盆在與其近于平行的位置出現(xiàn)，但兩者之間并不直接連通，而是出現(xiàn)了一個(gè)位置上的錯(cuò)動(dòng)。

盆間轉(zhuǎn)換帶邊界斷層斷距減小或消失，因此其構(gòu)造面貌與裂谷主體區(qū)明顯不同，主要表現(xiàn)為一個(gè)寬緩的斜坡，坡度較緩，早期內(nèi)部斷層也不發(fā)育，隨裂谷的不斷發(fā)育持續(xù)緩慢沉降。因其表現(xiàn)出大型的敞口，盆間轉(zhuǎn)換帶往往是大型水系注入的優(yōu)勢(shì)地區(qū)，其本身的寬緩地形又有利于沉積物的大量堆積，且隨著裂谷的不斷演化持續(xù)沉積，形成大規(guī)模粗碎屑沉積，可以作為油氣的有利儲(chǔ)集空間。

盆內(nèi)轉(zhuǎn)換帶往往會(huì)形成盆內(nèi)低隆起，不分割湖盆，盆內(nèi)轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)仍屬于同一沉積環(huán)境，轉(zhuǎn)換帶內(nèi)部斷層較為發(fā)育，往岸上延伸可形成轉(zhuǎn)換斜坡，同樣也是物源有利的注入?yún)^(qū)。

從其構(gòu)造特征的分析可以看出，在裂谷盆地的盆間轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造特征有其自身的特點(diǎn)，由于邊界斷層的斷距減小、消失和位置變化，能夠形成大面積的寬緩斜坡，有利于物源的注入和粗碎屑的大規(guī)模沉積。

4.淺水三角洲識(shí)別標(biāo)志

裂谷盆地的盆間轉(zhuǎn)換帶的構(gòu)造特征具備了大型淺水三角洲沉積的基本條件，同樣在實(shí)際的勘探中也可以找到多個(gè)代表淺水三角洲的沉積標(biāo)志。

4.1巖心識(shí)別標(biāo)志

在Albert湖北部地區(qū)有4口取心井，位于油田的主體區(qū)，取芯連續(xù)且取芯質(zhì)量較好。從巖性上看，是以砂泥巖互層為主，少量礫巖；其中砂巖中一般砂質(zhì)較純凈，粉細(xì)砂居多，分選磨圓均較好；泥巖多呈灰綠色、雜色到灰褐色，反映了弱氧化一弱還原的淺水沉積環(huán)境。

砂巖中常見的沉積構(gòu)造有典型高角度雙向交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、波狀層理、生物擾動(dòng)構(gòu)造、截切面、沖刷面以及部分的滑塌變形構(gòu)造等。這都反映了沉積區(qū)充足的物源供給、強(qiáng)烈的波浪改造和較淺的沉積水體。以上沉積現(xiàn)象符合典型淺水三角洲的沉積特征。

4.2測(cè)井錄井識(shí)別標(biāo)志

研究區(qū)已有鉆井的測(cè)井錄井資料比較齊全，測(cè)井系列也比較完整。通過對(duì)目的層段測(cè)井錄井響應(yīng)特征上來看，多數(shù)井上自然伽馬和電阻率曲線均表現(xiàn)出多期明顯的反序特征，齒化現(xiàn)象明顯，縱向上相互疊加，部分井的上段有少量正序出現(xiàn)，代表著淺水三角洲沉積的不同沉積微相。

4.3地震識(shí)別標(biāo)志

從已有的地震剖面來看，整個(gè)湖區(qū)北部漸新統(tǒng)地層厚度總體變化不大，也未看到典型的三角洲前積反射，可見發(fā)散狀同相軸和部分下超充填，湖盆邊部有少量上超反射。

5.三角洲沉積演化

根據(jù)對(duì)單井和連井沉積相分析和對(duì)地震屬性的提取，可以大致確定三角洲的分布范圍，進(jìn)一步可以恢復(fù)三角洲的整個(gè)沉積演化過程。

準(zhǔn)層序S1-6，處于湖盆低位域，湖泊面積小，分隔成南北兩個(gè)次級(jí)湖盆，研究區(qū)主體區(qū)發(fā)育河流相，主物源分成南北兩支，進(jìn)入湖盆后由于水體較淺，仍然以分流河道為主，延伸較遠(yuǎn)，但河口壩砂體分布局限。

準(zhǔn)層序S1-5沉積時(shí)期，湖水加深，湖盆面積有所擴(kuò)大，兩個(gè)次級(jí)湖盆連成一體，主物源分成南北兩個(gè)方向，其中以南向?yàn)橹?，沉積體系以分流河道和分流河口砂壩沉積為主，砂體的展布明顯受物源控制。

準(zhǔn)層序S1-4沉積時(shí)期，湖水進(jìn)一步加深，湖盆面積也進(jìn)一步擴(kuò)大，三角洲受湖水的控制作用增強(qiáng)。主物源仍然分為南北兩支，三角洲在向南的方向上表現(xiàn)為退積，向北的方向物源供給略有增強(qiáng)。砂體的分布范圍受河流和湖水的共同控制，沉積體系以分流河口砂壩為主。

準(zhǔn)層序S1-3沉積時(shí)期，到達(dá)最大湖泛面上方，湖盆水體最深，湖盆面積也最大，相對(duì)來講三角洲的沉積范圍最小，三角洲砂體的展布受湖水波浪的控制作用明顯，發(fā)育河口壩砂體為主，平面上呈現(xiàn)扇形的形態(tài)，三角洲的沉積范圍較局限。

準(zhǔn)層序S1-2沉積時(shí)期，湖盆水位有所下降，湖盆的范圍也略有減小，三角洲仍然分為南北兩支，不過南支明顯減弱而北支明顯增強(qiáng)，水下分流河道和河口壩砂體發(fā)育。

SI-1沉積時(shí)期，水位有所下降，湖盆面積也有所減小，但物源供給在這個(gè)時(shí)期明顯減弱，因此三角洲的沉積范圍不大，以河口壩砂體沉積為主。

6.沉積模式

根據(jù)以上沉積特征和沉積演化分析，建立起了裂谷盆地轉(zhuǎn)換帶淺水三角洲沉積模式。由于裂谷盆地的斷層轉(zhuǎn)換作用，在裂谷盆地的轉(zhuǎn)換帶可以形成較大面積的寬緩斜坡，且在裂谷的演化過程中較為穩(wěn)定。同時(shí)，攜帶大量碎屑物質(zhì)的河流在轉(zhuǎn)換帶附近入湖，形成淺水三角洲沉積體系，砂巖儲(chǔ)層物性較好，單砂層厚度較薄但延伸較遠(yuǎn)，可作為油氣富集的有利儲(chǔ)集空間。

結(jié)論

1.Albertine地塹沉積地層可劃分為4個(gè)層序單元，主要目的層段又可以劃分為6個(gè)準(zhǔn)層序，對(duì)應(yīng)于三個(gè)體系域。

2.裂谷盆地轉(zhuǎn)換帶可以發(fā)育大型寬緩斜坡，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，同時(shí)又是物源注入的有利地區(qū)。

3.Albert湖北部的轉(zhuǎn)換帶發(fā)育有較典型的淺水三角洲沉積體系，橫向上沉積地層厚度變化不大，沉積物以粉細(xì)砂巖為主。

4.裂谷轉(zhuǎn)換帶發(fā)育的大型淺水三角洲沉積體系，可以作為油氣富集的有利地區(qū)。