陶文芳,朱筱敏,范樂元,陳賀賀
(1.中國石油大學(北京)地球科學學院,北京102249;2.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣州510240;3.中國石油長城鉆探工程公司解釋研究中心,北京100100)
蘇丹穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡AG組—Tendi組沉積體系分析
陶文芳1,2,朱筱敏1,范樂元3,陳賀賀1
(1.中國石油大學(北京)地球科學學院,北京102249;2.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣州510240;3.中國石油長城鉆探工程公司解釋研究中心,北京100100)
利用古生物、巖心、測井及地震資料,分析了蘇丹穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡AG組—Tendi組的沉積體系類型及其演化。結果表明:受西部馬特里格隆起南段物源的影響,蘇丹穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡早白堊世早期、晚白堊世和始新世表現(xiàn)為斷陷湖盆沉積特征,自西向東依次發(fā)育三角洲與湖泊相沉積,早白堊世早期該區(qū)東部發(fā)育半深湖—深湖亞相沉積;早白堊世晚期、古新世和漸新世—上新世表現(xiàn)為坳陷湖盆沉積特征,河流沉積體系推進至該區(qū)西部,形成三角洲沉積體系,東部為濱淺湖亞相沉積。總之,穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡沉積充填受區(qū)域構造活動影響,沉積演化表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。
孢粉;地震相;沉積體系;白堊系;穆格萊德盆地
蘇丹穆格萊德盆地于20世紀70年代開展油氣勘探,截至目前,探明石油地質儲量超過2 000× 108m3[1]。前人對穆格萊德盆地構造特征及演化、沉積充填和油氣富集等方面進行了研究,認為烴源巖主要為盆地初始裂陷期形成的AG組湖泛泥巖,儲層為上覆三角洲砂體[2-5]。穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡是重要的勘探區(qū)塊之一,已發(fā)現(xiàn)了3個油氣田,探明油氣儲量約為250×108m3。為了挖掘X區(qū)西斜坡的油氣勘探潛力,擴大后備油氣儲量,保持其原油高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn),有必要加強各期沉積充填及演化特征和儲層分布等研究。筆者利用孢粉、鉆井、測井和地震等資料,以古生物學、層序地層學及沉積學等理論為指導,對AG組—Tendi組的沉積相類型及分布范圍進行分析,確定沉積體系的時空分布樣式,預測有利儲層發(fā)育的沉積相帶,以期為下一步油氣勘探提供地質依據(jù)。
穆格萊德盆地位于非洲板塊中部。中生代—新生代沉積期盆地受中非剪切帶右旋剪切應力場影響,形成被動裂谷盆地[1,6]。盆地北西側以東非斷裂帶為界,呈北西—南東向,南窄北寬,楔形展布,總面積約12×104km2[7-8]。
穆格萊德盆地X區(qū)由西向東依次為西部斜坡帶、中央凹陷帶(凱康凹陷為主)和U—H低隆起帶。地勢西高東低,地層西薄東厚,構造演化受3期斷/坳作用控制[1,8]。研究區(qū)位于盆地西部斜坡帶,面積約5 400 km2(圖1),基底之上發(fā)育的地層主要有AG組、Bentiu組、Aradeiba組、Zarqa組、Ghazal組、Baraka組、Amal組、Nayil組和Tendi組。

圖1 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡區(qū)域位置圖Fig.1Location map of the western slope in X block, Muglad Basin
AG組沉積于區(qū)域初始裂陷期,沉積厚度受斷裂作用控制明顯。研究區(qū)AG組最大厚度為2 000 m,西部斜坡帶因剝蝕嚴重,殘留厚度約500 m。該組巖性下段多為砂泥巖互層,中段以大套較純的湖泊相泥巖為主,上段剝蝕嚴重,砂巖較發(fā)育。Bentiu組沉積期,盆地構造由裂陷階段向坳陷階段轉化,湖盆可容納空間變小,湖平面下降,河流流入研究區(qū),沉積中—粗砂巖。北部為沉積中心,地層厚度為1 700 m,其余地區(qū)地層厚度約900 m。
第二裂谷期裂陷作用下沉積充填的地層為Aradeiba組、Zarqa組、Ghazal組及Baraka組,各組厚度均為300~400 m,僅靠近凱康凹陷南東部Aradeiba組厚度約為1 200 m,且Aradeiba組、Zarqa組和Ghazal組巖性均以三角洲前緣砂巖為主,遠端見粒度相對更細的沉積物。Baraka組沉積末期粒度變粗,三角洲平原砂體發(fā)育。坳陷作用下沉積充填的地層為Amal組,巖性以三角洲平原砂體及河道砂體為主,厚度為300 m,研究區(qū)西緣稍薄而東部略厚。
第三裂谷期斷陷作用下沉積充填的地層為Nayil組,呈現(xiàn)“東西凸、中間凹”的沉積樣式,沉積厚度為中部洼陷大而東、西斜坡區(qū)小。南東部地層厚度約800 m,西緣斜坡因剝蝕作用僅殘存約200 m。湖盆面積及水深均較大,沉積巖粒度較細。斷/坳轉換期沉積充填的地層為Tendi組,粒度較粗,繼承性發(fā)育,東、西殘余厚度約為200 m,洼陷北部為沉積中心,地層厚度約800 m。
2.1 孢粉組合帶劃分
根據(jù)巖石樣品孢粉分析,確定各層段生物群落和數(shù)量,識別其演化趨勢,建立孢粉組合,以此恢復不同地層單元的沉積古氣候特征[9-12]。
按照孢粉分布范圍和出現(xiàn)頻率,可以將穆格萊德盆地白堊紀—新近紀劃分為10個孢粉組合帶,分別對應不同的巖石地層單元(圖2),每個孢粉組合帶均具有各自典型的孢粉組合和優(yōu)勢類別。
依據(jù)孢粉譜和孢粉母體植物的生態(tài)特征,可以半定量地劃分穆格萊德盆地白堊系—新近系各巖石地層單元沉積時的植被類型和干濕度類型(表1、表2)。偏濕潤古氣候主要對應3期構造裂陷期,植被類型以常綠闊葉林及灌草叢為主;相對干燥古氣候主要對應3期構造坳陷期,植被以針葉林、闊葉林及疏林為主。

圖2 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡巖石地層與孢粉組合Fig.2Lithostratigraphy and sporopollen in the western slope of X block,Muglad Basin

表1 穆格萊德盆地白堊紀—新近紀孢粉植被類型劃分Table 1Cretaceous-Paleogene sporopollen vegetation types in Muglad Basin

表2 穆格萊德盆地白堊紀—新近紀干濕度類型劃分Table 2The humidity type classification of Cretaceous-Paleogene in Muglad Basin
2.2 孢粉相與沉積環(huán)境分析
孢粉分析可用于研究分散于沉積物中的顆粒狀有機質,被稱為孢粉相分析。鏡下鑒定對象包括有機壁微體化石、植屑和無定形有機質[13]。筆者結合干酪根組分特征和孢粉沉積環(huán)境意義,確定了7種孢粉相類型(表3)。

表3 穆格萊德盆地白堊紀—古近紀烴源巖干酪根顯微組分及孢粉相統(tǒng)計Table 3Cretaceous-Paleogene kerogene types and sporopollen of the source rocks in Muglad Basi
有機質物源性質是控制有機質沉積作用的重要因素。穆格萊德盆地受3期斷陷作用控制,有機質物源主要為三角洲—湖泊混源母質相;在盆地坳陷作用階段,有機質物源主要為河流—三角洲混源母質相。綜上所述,根據(jù)孢粉相推斷盆地斷陷階段主要為三角洲—湖泊沉積環(huán)境,坳陷階段主要為河流—三角洲沉積環(huán)境。
在孢粉相沉積環(huán)境分析的基礎上,主要依據(jù)下列步驟開展沉積體系分析:①利用關鍵井巖心特征及測井曲線形態(tài)確定不同沉積相類型;②建立多條連井剖面,分析井間沉積相展布特征;③根據(jù)地震反射波組外部形態(tài)和內(nèi)部結構等解釋地震相,建立其與沉積相的關系[14-17];④確定不同時期沉積體系展布特征。
3.1 巖心沉積相分析
本次研究共描述9口井巖心(心長164.67 m)。取心層段包括AG組、Bentiu組、Aradeiba組、Zarqa組和Nayil組。巖心資料提供了巖性、沉積構造、沉積序列、沉積水動力和沉積相帶等信息。
圖3(a)為D-W-2井Bentiu組辮狀河河道巖心序列及鏡下照片,巖性為淺灰色砂質粗礫—巨礫巖,磨圓和分選均差,發(fā)育大型楔狀交錯層理等沉積構造,二元結構中上部單元不太發(fā)育。圖3(b)為B-3井Zarqa組辮狀河三角洲前緣水下分流河道巖心序列及鏡下照片,該組下部為淺灰色中—粗砂巖,中上部為中—細砂巖,顆粒定向排列,磨圓和分選均較好。圖3(c)為H-2井Zarqa組辮狀河三角洲前緣水下分流間灣巖心序列及鏡下照片,該組以灰色—黑色泥巖為主,夾粉砂巖,見水平層理。巖心沉積相分析表明研究區(qū)主要發(fā)育河流和三角洲相沉積。

圖3 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡不同沉積背景下的巖心及鏡下照片F(xiàn)ig.3Core and microscopical characteristics of coring wells in different depositional settings in the western slope of X block,Muglad Basin
3.2 測井相分析
利用自然伽馬(GR)、聲波時差(AC)、深側向電阻率(RLLd)、高分辨率深電阻率(RHLLd)、淺電阻率(Rs)和深電阻率(Rd)等多種測井曲線,確定研究區(qū)發(fā)育箱形或齒化箱形、鐘形、漏斗形或齒化漏斗形、指形和復合型等5種測井相。依據(jù)取心段巖心特征刻度測井曲線,進行測井相與沉積相對應關系分析。圖4(a)為辮狀河河道測井曲線響應,顯示為典型的箱形,該段巖心巖性序列表現(xiàn)為缺少頂部細粒沉積的不對稱二元結構,辮狀河河道沉積特征顯著。圖4(b)的測井曲線形態(tài)表現(xiàn)為鋸齒形且見反旋回特征,巖心巖性為泥質粉砂巖,上段見灰綠色粉砂質泥巖,底部發(fā)育深灰色泥巖,對應辮狀河三角洲前緣沉積。
多井測井曲線組合形態(tài)及變化趨勢反映了地層的旋回性和沉積韻律特征(圖5)。由圖5可看出,Z-1,C-SE-1及R-E-1井發(fā)育第一裂谷期后期Bentiu組,且Z-1與C-SE-1井以箱形及齒化箱形測井曲線形態(tài)為主,R-E-1井為齒化箱形及指形測井曲線形態(tài)。結合相序定律,研究區(qū)河流相與三角洲前緣亞相之間發(fā)育三角洲平原亞相。第二裂谷期湖盆發(fā)生大規(guī)模水進,Z-1與C-SE-1井測井曲線形態(tài)為齒化箱形,見反旋回,T-1與R-E-1井測井解釋泥質含量上升,發(fā)育濱淺湖亞相。對各條聯(lián)井剖面進行沉積相解釋,可確定沉積體系的展布。

圖4 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡巖心-測井響應關系Fig.4The core-logging calibration in the western slope of X block,Muglad Basin

圖5 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡連井剖面沉積體系分布Fig.5Well-tie section of sedimentary facies in the western slope of X block,Muglad Basin
3.3 地震相分析
利用地震反射內(nèi)部結構和外部形態(tài),可以劃分不同的地震相單元,建立地震相與沉積相之間的對應關系,確定沉積體系類型及其空間分布規(guī)律[18-20]。研究區(qū)可識別出5種地震相類型:下切—充填地震相、低角度S型或斜交前積地震相、平行—亞平行地震相、亂崗席狀地震相及丘形反射地震相。以斜交前積地震相為例,在地震剖面上,相對于其頂部或底部層面,表現(xiàn)為同相軸傾斜并依次排列的特征(圖6)。

圖6 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡Araderiba組前積地震相(測線gn00-001)Fig.6Seismic facies of progradation of Aradeiba Formation in the western slope of X block,Muglad Basin
對研究區(qū)二維地震(剖面長度6 500 km)和三維地震(面積710 km2)資料進行地震相解釋后,用取心井巖心刻度地震相,建立地震相與沉積相之間的對應關系。
3.4 沉積相劃分及其類型分析
綜合分析孢粉、鉆井與測井資料,將研究區(qū)地震相解釋成果轉化為沉積相,確定研究區(qū)沉積相類型及沉積體系展布[21-22]。研究區(qū)沉積體系主要為河流、三角洲及湖泊相。受區(qū)域構造演化作用的控制和3次斷/坳轉換的影響,湖盆多期次擴張與收縮,沉積體系在時空分布上具有繼承性和差異性。
3.4.1 早白堊世沉積體系
早白堊世初,穆格萊德盆地受區(qū)域構造應力裂陷成盆,沉積充填了AG組地層,但研究區(qū)處于斜坡帶,地層充填較薄,可劃分為上、中和下共3段。AG組下段沉積期,盆地初始裂陷,主要發(fā)育三角洲相及濱湖亞相沉積[圖7(a)],物源主要來自西部馬特里格隆起,研究區(qū)西部的三角洲沉積體系平行于湖岸分布,面積約為研究區(qū)塊面積的1/2,約2 700 km2。在裂陷作用最劇烈階段(AG組中段沉積期),湖盆擴張,發(fā)育大面積深湖亞相泥巖,構成現(xiàn)今最有利的烴源巖層。研究區(qū)西部三角洲沉積體系規(guī)模縮小[圖7(b)],約1 000 km2,呈朵葉狀展布;研究區(qū)東部靠近凱康凹陷發(fā)育半深湖亞相沉積體系,面積與三角洲沉積體系相當。AG組上段沉積期,第一裂谷期裂陷作用減弱,物源相對充足,三角洲沉積體系向湖盆推進[圖7(c)]。AG組沉積末期,盆地斷/坳轉換作用使湖盆西部斜坡遭受明顯的剝蝕,地震剖面上可見削蝕現(xiàn)象。現(xiàn)今為殘留沉積,以高位域三角洲前緣大范圍分布為特征。

圖7 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡AG組沉積體系分布Fig.7The distribution of depositional system of AG Formation in the western slope of X block in Muglad Basin
第一裂谷期坳陷階段沉積充填的地層為Bentiu組。研究區(qū)早期主要表現(xiàn)為三角洲沉積,占總面積的80%,約4 400 km2,其中三角洲平原亞相約占三角洲沉積體系的1/3。晚期三角洲繼承性向東推進,研究區(qū)西部邊緣見河流相分布,Sham-1井見箱形測井曲線,地震剖面上下切充填形態(tài)明顯,河流沉積體系呈條帶狀分布于湖盆西部斜坡,面積約1 500 km2,河流推進方向上發(fā)育三角洲沉積體系,兩者幾乎覆蓋全區(qū),僅在研究區(qū)北東部見約500 km2的濱淺湖亞相沉積。
3.4.2 晚白堊世沉積體系
第二裂谷期裂陷階段發(fā)生于晚白堊世,裂陷作用強度較第一裂谷期弱。研究區(qū)自下而上沉積充填的地層為Aradebia組、Zaraqa組、Ghazal組及Baraka組,主要發(fā)育三角洲與湖泊相沉積。由于不同時期構造活動強弱不同,導致三角洲沉積體系分布范圍各異。Baraka組沉積晚期,三角洲向湖盆推進,地震剖面上表現(xiàn)為前積地震反射。晚白堊世沉積體系發(fā)育的4組地層中三角洲相—濱淺湖亞相分別占各自總面積的1/2以上,差別在于Aradebia組三角洲沉積體系南、北2個朵葉體獨立發(fā)育;Zaraqa組三角洲沉積體系范圍略大,指示河流作用強于湖泊作用;Ghazal組沉積期,研究區(qū)南西部三角洲朵葉體變小,而北西部朵葉體范圍變大,三角洲面積較Zaraqa組縮小,與Aradebia組相當;Baraka組沉積早期,湖盆開始斷/坳轉換,水體變淺,三角洲沉積體系分布廣,到Baraka組沉積末期,三角洲沉積體系約占總面積的5/6,南端見約500 km2的三角洲平原亞相,研究區(qū)發(fā)育大范圍的高位域三角洲前緣亞相。
3.4.3 古近系—新近系沉積體系
古近系沉積期,第二裂谷期斷陷作用減弱,基底整體抬升,沉積水體快速變淺,起源于西部隆起區(qū)的河流向東推進,沉積范圍廣;Amal組沉積期,在研究區(qū)東部僅可見三角洲平原及部分三角洲前緣沉積[圖8(a)],測井曲線形態(tài)以典型箱形為特征。此時期以河流沉積體系為主體,三角洲相僅占1/5,約1 100 km2。
第三裂谷期斷陷階段沉積充填的地層為Nayil組,坳陷階段沉積充填的地層為Tendi組。斷陷階段構造作用使可容納空間增大的速度大于湖盆內(nèi)沉積物的沉積速度,水體加深明顯,北西部和西部物源供給充足,三角洲朵葉發(fā)育[圖8(b)],面積約3 600 km2。坳陷階段可容納空間逐漸變小,三角洲持續(xù)向湖盆中心推進,邊緣相帶可見河流沉積[圖8(c)],面積約200 km2。濱淺湖亞相僅發(fā)育于凱康凹陷,研究區(qū)內(nèi)僅零星分布,面積約500 km2,三角洲相為沉積主體。

圖8 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡古近系—新近系沉積體系分布Fig.8The distribution of depositional system of Neogene-Paleogene in the western slope of X block,Muglad Basin
綜合分析古生物、沉積構造和多種相標志,確定穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡裂陷時期古氣候相對濕潤,湖平面相對較高,主要發(fā)育三角洲及湖泊相沉積體系[圖9(a)];坳陷階段古氣候相對干燥,湖平面相對較低,主要發(fā)育河流及三角洲相沉積體系[圖9(b)]。

圖9 穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡沉積模式Fig.9The sedimentary model in the western slope of X block,Muglad Basin
(1)蘇丹穆格萊德盆地白堊紀—新近紀沉積體系演化受控于區(qū)域構造背景,斷陷階段主要發(fā)育三角洲及湖泊相,坳陷階段主要發(fā)育河流及三角洲相。
(2)穆格萊德盆地古氣候經(jīng)歷半干旱—半濕潤—濕潤的交替轉換,對應發(fā)育河流—三角洲—湖泊沉積體系。
(3)穆格萊德盆地X區(qū)西斜坡構造/沉積耦合作用明顯,構造作用控制著沉積體系的展布。斷陷階段沉積充填地層厚度較大,坳陷階段東、西部沉積厚度差異較小,較斷陷階段沉積速度變緩。
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(本文編輯:李在光)
Sedimentary system of Tendi Formation to AG Formation in the western slope of X block,Muglad Basin
TAO Wenfang1,2,ZHU Xiaomin1,F(xiàn)AN Leyuan3,CHEN Hehe1
(1.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangzhou 510240,China;3.Geoscience Center,Greatwall Drilling Company,CNPC,Beijing 100100,China)
Based on the paleontology,cores,logs and seismic data,this paper analyzed the types and evolution of sedimentary systems from Tendi Formation in Tertiary to AG Formation in Cretaceous in the western slope of X block in Muglad Basin.The result shows that influenced by the source of the south part of western Matelige uplift,the study area is with rift lake basin sedimentary characteristics in Early Cretaceous,Late Cretaceous,and Eocene;the distribution fromdelta facies to shallow lake facies extends fromwest to east;in addition,(semi-)deep lake facies develops in the eastern part of the study area in the early stage of Early Cretaceous.The depression lacustrine deposition is manifested in the late period of Early Cretaceous,Paleocene and Oligocene-Pliocene.The fluvial facies promotes to the west of the study area and comes into being delta,and a small range of shallow lake occurs in the east of the study area. In conclusion,the regional tectonic activities significantly control the sedimentary filling in the western slope of X block in Muglad Basin,and the sedimentary evolution shows obvious regularity.
sporopollen;seismic facies;sedimentarysystems;Cretaceous;Muglad Basin
TE121.3
A
1673-8926(2014)03-0051-08
2014-01-10;
2014-03-22
陶文芳(1988-),女,碩士,工程師,主要從事地震相解釋與儲層預測方面的研究工作。地址:(510240)廣東省廣州市海珠區(qū)江南大道中168號海洋石油大廈1510室。電話:(020)84262167。E-mail:taowf@cnooc.com.cn。