西非塞內加爾盆地北部次盆早白堊世Albian期沉積相類型及展布特征

李越哲， 殷 杰， 趙紅巖， 王振奇

( 1. 長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100； 2. 中國海洋石油國際有限公司 勘探開發研究院，北京 100028 )

0 引言

塞內加爾盆地位于非洲西北海域，是西非海岸最大的含油氣盆地。勘探前期僅發現小規模油氣，近五年陸續在深水區塊發現多個商業性油氣田，其中以北部次盆南部的F和S油田最為突出，兩個油田探明9.08×107t的石油儲量[1-2]。塞內加爾盆地北部次盆下白堊統Albian階濁積砂巖是分布最廣的儲層類型，其油氣儲量約占油氣總儲量的23%[3-6]。

塞內加爾盆地不同構造單元內的構造特征差異明顯，北部次盆陸架具有明顯的“南寬北窄”特征，缺少毛里塔尼亞和卡薩芒斯次盆地常見的鹽底辟構造[7]。在古塞內加爾河和古岡比亞河供源的沉積背景下，陸架邊緣三角洲、碳酸鹽巖臺地及深水濁積砂體在塞內加爾盆地北部次盆南、北部的發育及展布也存在明顯差異。BRUN M V L等利用重力、測井資料建立相關模型，用于解釋塞內加爾盆地沉降歷史[8]；DEBENAY J P等根據水文和生物學模式恢復盆地古環境，為后續沉積相研究奠定地質學基礎[9]；MARTIN L等根據三維地震資料發現塞內加爾盆地存在大型碳酸鹽巖臺地，以及與濁流相關的下切谷[10]。人們研究塞內加爾盆地白堊紀地層特征和成藏條件，認為陸坡經歷臺地邊緣斜坡、同沉積斷坡及寬緩沉積斜坡等階段，主要發育三角洲及深水水道沉積，最有利的勘探目標是北部次盆深水區的構造—地層圈閉[11-13]。

由于相關資料不足，未進一步分析塞內加爾盆地北部次盆南、北部沉積特征的差異性及展布規律，因此，明確北部次盆沉積相分布特征及預測沉積儲層成為下一步勘探的重點。以單井、測井及二維地震資料為基礎，分析塞內加爾盆地北部次盆南、北部在Albian期的沉積相類型及展布特征，揭示發育有利儲層的沉積相帶，為西非北部油氣勘探增儲及戰略選區提供參考和依據。

1 區域地質背景

1.1 構造特征

塞內加爾盆地位于非洲西北海岸地區的巨型被動大陸邊緣毛塞幾比盆地中部，包含陸上部分和海下部分，由北向南貫穿毛里塔尼亞、塞內加爾和幾內亞比紹[14]，面積約為9.5×104km2(見圖1)。塞內加爾盆地由北向南以大型轉換斷層為分界，依次分為毛里塔尼亞次盆、北部次盆和卡薩芒斯次盆[15]。勘探重點及文中研究區域主要為塞內加爾盆地中部的北部次盆。塞內加爾盆地是早二疊世伴隨北大西洋裂開而形成的典型被動大陸邊緣盆地，也是在局部二疊系—三疊系裂谷體系[16]上發展起來的中生界—新近系盆地。塞內加爾盆地構造演化主要經歷裂陷(晚二疊世—早三疊世)、過渡(中三疊世—晚侏羅世)和漂移(早白堊世—現今)3個階段，各期構造層序間發育重要的不整合界面(見圖2)。

圖1 塞內加爾盆地區域位置

(1)裂陷階段。二疊世末期，泛大陸開始解體，張裂活動導致北美板塊向西北方向推移，非洲板塊與北美板塊分開，古中大西洋開始形成，塞內加爾盆地以陸相河湖沉積充填為主。

(2)過渡階段。北美板塊和非洲板塊完全分離，裂陷作用減弱，塞內加爾盆地處于開放式的沉積環境，海水開始大規模涌入，形成大范圍的碳酸鹽巖沉積，局部伴隨鹽巖沉積。

(3)漂移階段。自早白堊世至晚白堊世馬斯特里赫特期為塞內加爾盆地漂移階段，沉積地層厚度大。塞內加爾盆地具有典型的被動大陸邊緣盆地特征，構造運動變弱，缺乏大型擠壓構造作用，主要發育鏟狀斷層和翹傾斷層，局部可見火成巖侵入及鹽侵入幕。Albian期屬于漂移階段的中早期，盆地大部分地區發生海侵，周邊物源供給充沛，具有發育大型三角洲、碳酸鹽巖臺地及深水重力流沉積體系的良好條件。

1.2 地層特征

三疊世中晚期，受中大西洋擴展影響，西非大洋沿岸多發育NNE向半地塹，斷層與下伏的古生代地層構造走向幾乎平行。受地塹控制，塞內加爾盆地在裂陷階段初期主要發育河流—三角洲—湖泊沉積體系[17]；在裂陷階段后期，海水自東部的古特提斯洋及北部的原始大西洋進入[18]，因物源區離塞內加爾盆地較遠而沉積巨厚的局限海鹽巖，并且一直持續到侏羅世中期(見圖2)。自中侏羅世開始，塞內加爾盆地進入被動大陸邊緣階段，發育大量正斷層，以及與鹽底辟和火山運動相關的構造。隨板塊張裂的進行，塞內加爾盆地規模不斷擴張，沉積中心地層厚度約為10 km。Albian期位于漂移階段的中早期，盆地大部分區域出現海侵，南部(以卡薩芒斯次盆為主)陸架邊緣向陸地發育面積廣布的巨厚碳酸鹽巖沉積。雖然該時期北部次盆陸源供給充沛，但是碳酸鹽巖發育面積不大，陸架邊緣以西多發育粉砂質泥巖及頁巖，陸架邊緣以東主要發育淺海相及河流相沉積。

圖2 塞內加爾盆地綜合地層柱狀圖及含油氣系統事件(據文獻[7]修改)

1.3 被動大陸邊緣特征

塞內加爾盆地被動大陸邊緣的古地貌是控制沉積相展布的重要因素[19-20]，盆地整體構造較為簡單，地層整體表現為中部厚、向陸地超覆變薄，少見毛里塔尼亞和卡薩芒斯次盆廣布的鹽底辟構造。北部次盆南北兩條橫向地質剖面構造(見圖3)顯示，北部陸架區域地層平緩，依次向基底上超，大型斷裂發育較少，整體表現為以達喀爾為分界的“南部寬陸架、北部窄陸架”的特征。陸坡區域地貌明顯變陡，具有“南部陡陸坡、北部緩陸坡”的特征，規模較大的底辟構造并不多見。陸坡區域是潛在的三角洲相和淺海相向深海深水重力流沉積轉換的相變區域，陸坡之下地層平緩，斷裂及底辟構造不發育，是深水重力流沉積發育的理想場所。

2 沉積相類型

西非塞內加爾盆地勘探程度不高，鉆遇Albian階的井較少，地震資料以二維測線為主。根據北部次盆鉆遇Albian階的17口重點單井鉆井、測井及地震資料，識別碳酸鹽巖臺地、深水濁積扇及強制性海退陸架邊緣三角洲沉積相。

圖3 塞內加爾盆地北部次盆地質剖面

2.1 碳酸鹽巖臺地

北部次盆Albian期碳酸鹽巖臺地發育相對不廣泛，主要發育于達喀爾以南區域。由于陸架明顯變寬，遠離陸地的區域受陸源供給相對匱乏的影響，沉積面積較小的三套碳酸鹽巖。碳酸鹽巖層段主要呈指狀低幅的GR曲線和齒狀低幅的DT曲線特征，與細砂巖和灰色泥巖互層(見圖4)。研究區主要發育臺地邊緣淺灘相和開闊臺地相，其中開闊臺地相以淺灰色、灰色顆粒灰巖為主，夾薄層灰色泥巖；臺地邊緣淺灘相主要為泥晶顆粒灰巖、泥晶灰巖夾薄層泥巖及粉砂巖[21]，發育交錯層理、平行層理和波痕等沉積構造，呈厚層至塊狀。

2.2 深水濁積扇

北部次盆Albian期深水濁積扇主要被陸架及陸坡控制[22-25]。達喀爾以北陸架窄，Albian期陸源供給充足，當三角洲直接延伸至陸坡附近后，受重力垮塌影響，形成中小型濁積扇群；達喀爾以南陸架明顯變寬，陸坡較陡，充沛的物源在寬陸架及海平面下降的背景下發育厚層大面積的三角洲前緣亞相，當三角洲前緣亞相延伸至陸坡附近后，由于陸坡普遍很陡，陸坡處形成明顯的“U”型下切谷。下切谷作為沉積物搬運通道，向中、下斜坡供源，形成遠離海岸的濁積扇群。

內扇亞相位于陸坡下切谷出口處，是濁積扇沉積物搬運沉積的主要通道，巖石類型主要以灰黑色礫巖、中—粗砂巖為主。中扇亞相位于內扇與外扇之間，主水道開始分汊并發育分支水道，以含礫砂巖、塊狀中—細砂巖為主。外扇亞相與中扇亞相之間無水道部分連接，地形平坦，主要發育外扇泥。研究區北部K井3 300～3 430 m段深水濁積扇沉積相識別內扇、中扇、外扇亞相，以及主水道、分支水道、水道間漫溢、外扇泥等沉積微相，其中內扇亞相主要巖石類型為塊狀灰色中粗砂巖，夾薄層泥質粉砂巖、泥巖及泥晶灰巖，自然伽馬曲線呈異常低幅微齒狀；中扇亞相巖石類型為灰色中—細砂巖、粉砂巖及灰黑色泥巖，可見平行層理及小型波狀層理，自然伽馬曲線呈低幅齒狀；外扇亞相巖石類型主要以灰黑色泥巖為主，夾薄層泥晶灰巖(見圖5)。

圖4 研究區C井沉積相柱狀圖

圖5 研究區K井沉積相柱狀圖

2.3 強制性海退陸架邊緣三角洲

在達喀爾南部的井中，研究區Albian期強制性海退陸架邊緣三角洲較為典型，巖性主要以粗砂巖、細砂巖、粉砂巖、灰色泥巖及灰黑色泥巖為主。研究區發育的強制性海退陸架邊緣三角洲與陸架邊緣三角洲的常見模式[26-30]較為不同。由于Albian早期發生強制性海退，導致三角洲頂部沉積遭受剝蝕，頂積層上部的三角洲平原亞相與前緣亞相的中—粗砂巖被搬運到三角洲前部，形成強制海退改造區，改造區呈灰黑色前三角洲泥與粗砂巖交替出現的特點，導致Y井垂向上整體呈正粒序。

根據巖心觀察，Y井目的層底部以厚層中—粗砂巖與灰黑色泥巖互層為主，上部砂巖粒度較細，為黃褐色細砂巖，且與灰色泥巖交互，同時發育小型交錯層理，局部可見沖刷面。測井曲線上，下部表現為指示泥巖的指狀高幅GR曲線與指示粗砂巖的指狀低幅GR曲線交替出現，上部以指狀和齒化箱型低幅GR曲線夾薄層高幅GR曲線為特征，整體呈正粒序，與經典三角洲的相悖(見圖6)。

結合過Y井地震剖面(見圖7)，強制性海退陸架邊緣三角洲沉積特征形成的主要原因：Albian期北部次盆發育多支古河流，物源供給充足；多期海平面次級旋回及基準面下降，形成強制性海退，陸架邊緣三角洲平原與前緣沉積受波浪改造及剝蝕作用影響，三角洲平原與前緣的砂巖被搬運到三角洲前緣并沉積于前方，形成厚層塊狀砂巖，并與前三角洲泥交互出現。Y井下部塊狀砂巖是前期三角洲前緣遭受剝蝕搬運形成的強制海退砂，中上部中—細砂巖與灰色泥巖交互是第四期三角洲前緣亞相沉積。

圖6 研究區Y井沉積相柱狀圖

圖7 研究區過Y井地震剖面及沉積發育樣式

3 沉積相展布特征

3.1 縱向展布特征

基于單井沉積相分析，利用連井和地震剖面(見圖8-9)，刻畫北部次盆沉積相縱向展布規律。

半深海—深海沉積相巖性為厚層泥巖，常具有中—弱振幅、連續—較連續、平行—亞平行的內部反射結構，是深水泥質沉積的典型地震相特征。碳酸鹽巖臺地沉積相的席狀披覆反射內部以中—強振幅、連續、平行的內部反射結構為主，是碳酸鹽巖臺地的典型地震相特征。深水濁積扇沉積相的丘狀—透鏡狀反射形態具有中—強振幅、較連續、前積反射的內部反射結構，發育于陸坡區域，前積角度小，前積結構不清晰；垂直于物源方向的地震剖面顯示丘狀—透鏡狀地震反射形態(見圖8(c))，主要表現為中部厚度大、向兩側尖滅、內部具有雙向下超的反射特征。強制性海退陸架邊緣三角洲沉積相的透鏡狀反射形態具有中—強振幅、較連續、前積反射的內部反射結構(見圖8(b))；受構造改造及海退侵蝕作用影響，透鏡狀反射形態往往保存不完整，發育于陸架區域，前積反射角度大，分布較為廣泛。下切谷和水道發育比較明顯的填充型地震相(見圖8(a))，內部反射特征為底部反射層序與下伏層序不連續，內部為上超式、發散式、前積式充填。由于小型水道規模小，其內部反射形態無法識別。

圖8 塞內加爾盆地北部次盆典型地震相標志

圖9 塞內加爾盆地北部次盆典型沉積體地震剖面(剖面位置見圖1)

達喀爾南部過Y—S2—J井的連井剖面(見圖10)顯示，剖面平行于物源方向，Albian期發育強制性海

退陸架邊緣三角洲沉積。根據巖心、測井曲線，可識別三角洲前緣和前三角洲亞相，以及水下分流河道、支流河口砂壩、支流間灣、遠砂壩、前三角洲泥、強制海退砂6種沉積微相。砂體在剖面上的連續性較好，下部以中粗砂巖、灰黑色泥巖為主，中上部以中粗砂巖、細砂巖、泥質粉砂巖和灰色泥巖為主，粗砂巖、中細砂巖分布由東向西逐漸減少。

Albian早期，Y、S2、J井發育前三角洲泥，并與剝蝕搬運形成的強制海退砂形成互層。隨海平面下降，前三角洲沉積逐步演化為強制性海退陸架邊緣三角洲前緣沉積，三角洲前緣沉積以水下分流河道為主，局部發育支流間灣。隨持續的水退進積，巖性向上逐漸變為黃褐色中粗砂巖、細砂巖及灰色泥巖，砂體連通性較好，表現為穩定的水下分流河道沉積微相。總體上，整個Albian期水位下降，沉積物供應量增加，砂體向西不斷進積，強制性海退陸架邊緣三角洲沉積范圍擴大。

3.2 平面展布特征及沉積模式

根據研究區118條二維地震測線，編制塞內加爾盆地北部次盆Albian期典型沉積體地震平面展布圖(見圖11)。早白堊世Albian期以來，非洲大陸周圍地殼隆起，發生強烈的侵蝕作用，岡比亞河、塞內加爾河等水系為塞內加爾盆地提供充足的物源供給(見圖12(a))。塞內加爾盆地北部次盆南部陸架較寬、陸坡陡，在供源充沛的條件下，首先形成陸架三角洲，并發育早期碳酸鹽巖臺地；同時受海平面下降因素控制，不斷向海遷移進積，演化為強制性海退陸架邊緣三角洲；經歷強烈的濁流侵蝕后，在陸坡處形成明顯的“U”型下切谷(見圖12(c)；隨強制性海退陸架邊緣三角洲的不斷進積，沉積物通過下切谷搬運到下陸坡和深海平原，形成規模較大的下切谷供源的深水水道及朵體沉積體系，深水沉積通過下切谷與強制性海退陸架邊緣三角洲連通。塞內加爾盆地北部次盆北部陸架稍窄、陸坡緩，強制性海退陸架邊緣三角洲前緣已進積到中下陸坡，不利于下切谷形成，只在強制性海退陸架邊緣三角洲前端發育三角洲水道供源的海底扇群；同時，由于陸坡較緩，平均陸坡角度僅為2°，深水濁積扇遠離陸架邊緣，主要分布在塞內加爾河與達喀爾之間，碳酸鹽巖臺地不發育(見圖12(b))。

圖11 塞內加爾盆地北部次盆Albian期典型沉積體地震平面展布

圖12 塞內加爾盆地北部次盆沉積相平面展布及沉積模式

4 結論

(1)西非塞內加爾盆地北部次盆Albian期識別強制性海退陸架邊緣三角洲、碳酸鹽巖臺地及深水濁積扇三類沉積相。其中，強制性海退陸架邊緣三角洲相包括三角洲前緣亞相、前三角洲亞相；碳酸鹽巖臺地主要發育臺地邊緣淺灘相和開闊臺地相；深水濁積扇相包括內扇、中扇及外扇亞相。

(2)研究區早期發生強制性海退，導致三角洲頂部沉積遭受剝蝕，頂積層上部的三角洲平原相與前緣亞相的中粗砂巖被剝蝕搬運到三角洲前部，形成灰黑色前三角洲泥與粗砂巖交替出現的特征。

(3)塞內加爾盆地北部次盆南部為“寬陸架、陡陸坡”，沉積相類型以強制性海退陸架邊緣三角洲、碳酸鹽巖臺地及下切谷供源的深水濁積扇為主；次盆北部為“窄陸架、緩陸坡”，主要發育強制性海退陸架邊緣三角洲及三角洲水道供源的、遠離陸架的深水濁積扇群，碳酸鹽巖臺地不發育。