東非魯伍馬盆地深水沉積體系及油氣勘探意義

曹全斌，曹旭文，魯銀濤，陳宇航，閆春，許小勇，王朝鋒

1.中國石油杭州地質研究院，杭州 310023

2.自然資源部第二海洋研究所，杭州 310012

3.西安石油大學，西安 710065

深水沉積是指位于風暴浪基面以下，在重力流和底流作用下沉積于陸坡到盆地底部的沉積物。20世紀80年代中期以來，隨著油氣勘探逐步向海洋深水區拓展，深水油氣勘探不斷升溫，國際上各大石油公司紛紛向深水進軍[1-4]，深水領域亦成為地質界和勘探界諸多學者研究的熱點[5-7]。目前，在北美墨西哥灣、南美巴西、西非大西洋沿岸、東非印度洋沿岸、東南亞若開海域和中國南海等深水區域發現了豐富的油氣資源[8-10]。在已有深水油氣發現中，部分是和陸上及淺水沉積環境相關，但也有不少油氣發現和深水沉積密切相關。比如西非的尼日爾三角洲盆地和下剛果-剛果扇盆地、東非的魯伍馬盆地和坦桑尼亞盆地、緬甸若開盆地等油氣發現均是在深水沉積環境中[11-13]，儲層主要為深水沉積中的水道和朵體濁積砂巖。由于深水沉積環境動力機制和形成過程的復雜性，造成深水沉積結構單元和沉積物類型呈現多樣性[14-15]，深水沉積體的識別與刻畫較為困難[16]。在深水沉積油氣勘探中，特別是在新項目獲取和區塊評價初期，在有限時間內快速確定沉積結構單元類型并初步判斷儲層物性等沉積特征尤為重要。

本文基于豐富的高精度三維地震和鉆、測井基礎資料，對東非魯伍馬盆地海上某區塊深水沉積進行了系統研究。根據深水沉積地震相特征，對本區發育的深水沉積結構單元進行識別，研究水道和朵體等儲層單元的電性、物性特征，結合油氣成藏條件研究，分析不同沉積結構單元在油氣成藏和勘探中發揮的作用，以期為東非其他盆地或具有相似沉積環境的其他地區的油氣勘探提供一定的借鑒。

1 地質背景

魯伍馬盆地是發育在東非海岸的一個被動陸緣盆地，從坦桑尼亞東南部延伸到莫桑比克東北部，橫跨坦桑尼亞東南和莫桑比克東北海岸。盆地西部以莫桑比克褶皺帶（Mozambique Fold Belt）前寒武系基底露頭為邊界，北部以坦桑尼亞海岸盆地曼德瓦次盆（Mandawa Sub-basin）為界，向東以凱瑞巴斯盆地（Kerimbas Basin）為界，南部邊界為莫桑比克褶皺帶向東部最大延伸位置（圖1）。盆地面積約7×104km2，超過 50% 面積位于海上，發育寬約 5～30 km的狹窄大陸架。研究區位于魯伍馬盆地深水——超深水區域，最大水深超過2500 m。2006年，意大利埃尼（Eni）和美國安納達科（Anadarko）石油公司分別獲取了該區塊和相鄰區塊的勘探許可權，隨后開展了大量的地震勘探作業[17]。2010年以后的5年間，兩家石油公司在各自作業區塊累計鉆探30余口探井和評價井，在深水濁積砂巖中發現多個巨型天然氣田，鉆探成功率超過80%，獲得油氣勘探的巨大突破，東非魯伍馬盆地亦成為以深水沉積為勘探目標的又一個典型的成功案例[18]。

該區沉積環境為深水濁流沉積，以砂泥巖沉積為主，物源為西部陸上魯伍馬三角洲沿陸坡向海底輸送的沉積物。區內的主要油氣發現集中在古近系，但古近系以水道和朵體沉積為主，為了能夠涵蓋本區發育的所有沉積結構單元類型，本文研究目的層包括古近系和新近系。

圖1 研究區位置圖Fig.1 Location map of the study area

2 地震相特征

基于地震相分析和地震屬性分析等地震資料解釋成果，系統總結本區發育的主要沉積結構單元地震識別特征，建立了地震識別圖版（表1）。

2.1 峽谷

峽谷位于深水濁流沉積體系的上端，是沉積物向海底搬運的主要運輸通道，研究區海底發育多個規模不等的峽谷，全新統發育有被水道-天然堤體系所充填的古代峽谷。地震上具有明顯的“V”或“U”字外形，谷底部位有滯留沉積，表現為強反射特征。谷壁高而陡，寬度幾百米至數千米不等，峽谷下切深度幾十米至數百米，最深處超過500 m。峽谷對下覆地層有明顯的侵蝕作用并呈角度不整合接觸。

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2.2 水道

水道是本區發育廣泛的深水沉積結構單元類型。根據其分布的部位和沉積特征差異，將本區發育水道分為限制性陸坡水道和側向遷移水道。限制性陸坡水道沉積時受地形限制，主要發育在上新統以上，地震上表現為“V”字外形，底部對下伏地層有明顯侵蝕作用，內部呈弱——強振幅反射，反映水道內部充填的復雜性，雙側均帶有漫溢天然堤沉積。側向遷移水道是該區最為常見的一種水道類型，在始新統——上新統均有發育。分析認為，相比前者，其在深水沉積體系中的位置更靠下，并且受地形限制的強度弱于陸坡水道，同時受底流改造影響，細粒沉積物向一側漂移并沉積下來，形成“單側帶堤”的沉積特征[19]。由于底流“淘洗”作用，水道充填厚層純砂巖，地震響應表現為強振幅反射，呈側向遷移垂向疊置的復合體形式。

2.3 漫溢沉積

漫溢沉積指濁流沉積體系中臨近主水道和橫向分布范圍較廣的細粒、薄層沉積物，包括沿主水道邊緣分布的天然堤和無地形起伏的遠端漫溢沉積。與前面提到的兩種主要水道類型對應，本區發育雙側天然堤和單側不對稱天然堤兩種類型。前者和限制性陸坡水道相伴生，地震剖面上表現為中——弱振幅連續近平行反射，向兩側逐漸減薄，呈典型鷗翼狀特征；后者和側向遷移水道共生，僅在水道一側發育明顯，地震剖面上為弱振幅強連續近平行反射，內部有多個中等振幅反射界面，解釋為多期水道-天然堤的沉積界面。遠端漫溢沉積是擺脫地形限制的細粒沉積物，在遠離水道、無地形起伏的地方沉積下來，其分布范圍更廣，常披覆于早期地層之上，遠端漫溢沉積在研究區分布廣泛。地震上表現為弱振幅平行反射或近于空白反射。

2.4 朵體

朵體常位于水道下傾斜坡處沉積區，與水道伴生組成水道-朵體沉積相組合。受地形坡度變緩等因素影響，水道趨于消亡，沉積物因脫離水道限制發生卸載形成朵體沉積。根據地震響應特征和井上沉積特征分析，研究區發育疊置型朵體和限制性朵體兩種類型。前者較為常見，古近系均有發育。常由多個朵體在平面上部分疊置而成；單個朵體地震上表現為強振幅——中強連續反射特征，多呈透鏡狀反射，中間厚，向兩端減薄。后者在地震剖面上表現為限制性水道的“V”字型特征，內部充填多個短軸狀強反射，但鉆井巖心缺乏對接觸地層的侵蝕標志，地震上缺少對接觸地層的侵蝕特征，該類朵體分布較為局限。

2.5 塊體搬運沉積

塊體搬運沉積（MTDs）是在構造運動等地質營力作用下，沉積物沿著大陸斜坡、峽谷/水道、隆起翼部及水道側面產生的重力流，包括滑塌體、塊體流、碎屑流、陸坡坍塌復合體、塊狀搬運復合體等[20]，常位于沉積層序下部的底部發生侵蝕，被水道和天然堤等沉積單元所覆蓋。MTDs在本區發育較為普遍，規模不等。地震剖面上，其具有與圍巖明顯不同的地震響應，多呈楔形弱振幅雜亂反射特征，對側向及下方接觸地層有明顯侵蝕作用。

2.6 凝縮段

凝縮段是在極低沉積速率下形成的由遠洋——半遠洋沉積物組成的薄層地層單元，在最大海侵期分布最為廣泛，頂面對應于最大洪泛面。研究區古近系頂界發育一套泥巖凝縮段，地震上表現為強振幅強連續反射，披覆在下伏地層之上，全區基本上均有分布，局部被MTDs侵蝕。

3 沉積特征

3.1 沉積結構單元

魯伍馬盆地古近紀以來發育有多期深水濁流沉積體系，盡管研究區在一個完整的深水沉積體系中僅是局限的一部分，并且在不同的地質時期，其在沉積體系中所處的位置可能發生變化，但深水沉積體系中形成的沉積結構單元基本上在本區均有發育，地震剖面上能夠清楚地識別出包括峽谷、水道、漫溢沉積（天然堤和遠端漫溢）、朵體、塊體搬運沉積（MTDs）和凝縮段等深水沉積結構單元（圖2）。

3.2 巖性和電性特征

對已發現氣藏進行解剖發現，本區主要發育砂巖和泥巖的碎屑巖沉積，儲層是水道和朵體的濁積砂巖，蓋層為海相泥巖。以具有代表性的Y1井為例，分析其巖性和電性特征。Y1井古近系自下而上發育3套砂體，砂體1解釋為位于水道末端的朵體沉積，砂體總厚度 99 m，平均單層厚 5 m，最厚20 m，最薄 1 m，中間夾有 10 余層 1～8 m 泥巖。砂體2為朵體沉積，砂體總厚度145 m，平均單層厚12 m，最厚 36 m，最薄 1 m，中間夾有 3 層 1～2 m 的泥巖。砂體3為2期縱向疊置的水道沉積，砂體總厚度達265 m，其中下部早期水道砂體厚度118 m，中間夾有少許1～2 m的泥巖，上部晚期水道砂體厚度147 m，為厚層塊狀砂巖，兩期水道中間發育一套厚約30 m的泥巖。

圖2 研究區深水沉積結構單元地震解釋剖面剖面位置見圖1。Fig.2 Seismic interpretation of deep-water depositional architectural elements in the study area See Fig.1 for the section location.

從井-震對比分析來看，巖性、測井響應和地震響應具有很好的匹配關系（圖3）。水道和朵體的頂底界面都是砂泥巖突變接觸，地震上有清楚的反射界面，測井曲線有明顯的臺階。砂巖具有低伽馬（GR）和高電阻（RT）特征，泥巖為高GR和低RT特征，砂巖頂部含氣段RT值明顯高于下部含水段。厚層砂巖GR曲線呈“箱型”，而具有泥巖夾層的砂巖段呈疊加的“鐘型”特點，泥巖段則呈平直的基線特征。

3.3 儲層物性特征

對Y1井砂體2進行了巖心取樣分析，該套儲層為中——細粒長石巖屑質石英砂巖，分選程度中等，泥質含量很低，顆粒間以點-線接觸，壓實程度弱，主要發育原生粒間孔隙（圖4）。對巖心密集取樣并進行儲層物性分析，孔隙度18%～30%，平均為23%，滲透率 26～1443 mD，平均為 475 mD，為中——高孔、中——高滲儲層（圖5），良好的儲層物性為油氣聚集提供了足夠的儲集空間，是本區巨型天然氣藏形成的一個必要條件。

4 油氣勘探意義

對研究區內已發現氣藏分布規律和典型氣藏進行對比（圖6），結合深水沉積特征分析和該區成藏條件研究，認為不同的深水沉積結構單元對該區油氣成藏及勘探具有不同的作用。

水道和朵體是主要的儲層，由于該區濁積砂體在沉積過程中同時受到底流的改造影響，形成了砂質純凈、物性良好的優質儲層，并且水道和朵體的側向遷移與垂向疊置使得砂體規模大、厚度大，儲層條件非常好。漸新統頂部發育的一套凝縮段沉積分布廣泛，與披覆在儲層之上的遠端漫溢泥巖形成一套良好的區域性蓋層。

MTDs可以作為儲層，也可以作為側向或頂部封堵的地層[21]，但對該區MTDs沉積特征分析認為其為富泥沉積，可以形成側向封堵。天然堤沉積位于水道側翼，主要由粉砂質泥巖或泥巖的細粒沉積物組成，滲透性差，也可以對氣藏形成側向封堵。總之，良好的儲蓋組合和側向封堵條件是本區油氣成藏的關鍵條件。

圖3 過 Y1 井巖性、測井曲線與地震疊合剖面Fig.3 Superimposed section of lithology, logging curves and seismic data through well Y1

圖4 Y1 井砂體 2 儲層微觀特征中——細粒長石巖屑質石英砂巖，中等分選，原生粒間孔隙，孔隙度26%。Fig.4 Microscopic characteristics of sand body 2 in well Y1

峽谷作為沉積物從陸地向海底搬運的運輸通道，一方面為形成各種類型的深水沉積結構單元提供物質基礎，對油氣成藏具有積極的作用，另一方面，在沉積物搬運時由于受到水動力侵蝕，峽谷壁及鄰近地層很容易垮塌，引發地質災害。因此，在油氣勘探的同時需要做好海底地質調查，特別是井位部署時盡量遠離峽谷，避免地質災害給油氣勘探

圖5 Y1 井砂體 2 儲層孔-滲交會圖Fig.5 Porosity versus permeability of sand body 2 in well Y1

和生產帶來不利影響。

5 結論

（1）東非魯伍馬盆地古近系和新近系發育深水沉積體系，識別出峽谷、水道、漫溢沉積、朵體、MTDs和凝縮段等沉積結構單元，不同的沉積結構單元類型在本區油氣成藏及勘探中具有不同的作用。

（2）本區水道和朵體砂體具有規模大、厚度大、物性好的特點，為形成巨型天然氣藏提供了優質儲層，漸新統頂部廣泛分布的凝縮段及其下伏的漫溢海相泥巖沉積，為氣藏成藏提供了良好的蓋層條件，MTDs和發育在水道側翼的天然堤可以形成側向封堵，良好的儲蓋配置及側向遮擋條件是本區油氣成藏的關鍵條件。峽谷作為物源輸送通道，為本區良好的成藏條件形成提供了物質基礎，但靠近峽谷區域容易遭受侵蝕而形成地質災害，要考慮由此對油氣勘探和生產帶來的影響。

圖6 深水沉積結構單元與氣藏垂向分布示意圖Fig.6 Vertical distribution of deep water depositional architectural elements and gas reservoirs

（3）對本區深水沉積結構單元的識別及其沉積特征分析，對東非其他盆地及具有相似沉積背景的其他區域的油氣勘探具有一定的指導意義。

致謝：在本文撰寫過程中，中國科學院深海所王大偉研究員對本文提出了建設性建議，在此表示衷心感謝！