東非海岸盆地漸新世濁積體沉積特征及油氣勘探意義*

梁建設 孔令武 邱春光 李 華 何幼斌 賈 屾

(1. 中國海洋石油國際有限公司 北京 100028； 2. 長江大學地球科學學院 湖北武漢 430100)

東非海岸盆地天然氣資源豐富，是世界天然氣勘探的熱點地區。2010年到2014年，東非海岸魯伍馬盆地北部和坦桑尼亞盆地南部獲得一系列重大天然氣發現[1]，展現出東非海岸廣闊的天然氣勘探前景，掀起了東非海岸天然氣勘探的熱潮。這些大型天然氣藏的儲層為白堊系—古近系濁積砂巖。截至目前，前人對東非海岸盆地的研究主要集中在沉積特征及區域構造演化、烴源巖、儲層、油氣成藏規律等方面。如LIU X T等[1-2]從氣候和海平面變化角度分析了東非海岸現代深水沉積體系發育的體系域、氣候類型等；趙健、陳宇航 等[3-4]對東非海岸盆地儲層進行了分析，明確了儲層類型和成因等；孫海濤、溫志新、張光亞 等[5-7]通過對東非構造演化、成藏條件等方面的研究，分析了盆地油氣成藏的特征。而對于整個東非海岸盆地侏羅系至漸新統沉積演化特征缺少系統的分析，導致東非海岸盆地不同區域深水沉積特征尚不清楚，對白堊系—古近系濁積體的差異分布規律研究更少，這嚴重制約了東非海岸深水濁積砂巖天然氣藏的勘探。

本文立足于東非海岸的坦桑尼亞和魯伍馬兩大盆地，從東非海岸盆地的沉積演化特征分析入手，利用鉆井、測井及地震資料，對東非海岸的魯伍馬和坦桑尼亞盆地漸新統濁積體的類型和展布特征進行了分析，從“源—匯”系統的角度探討了大型濁積體差異分布的控制因素，為東非海岸天然氣藏的下一步的勘探提供可借鑒的思路。

1 地質概況

1.1 地理概況

東非海岸發育一系列中、新生代被動陸緣盆地，從北向南依次為索馬里盆地、拉姆盆地、坦桑尼亞盆地和魯伍馬盆地等盆地[8](圖1)。索馬里盆地、拉姆盆地的勘探程度很低，尚無重大油氣突破。截至目前，僅中部的坦桑尼亞和魯伍馬盆地獲得重大天然氣突破，為已證實的兩大富油氣盆地，但盆地勘探程度依然很低。坦桑尼亞盆地總面積為18.6×104km2，陸地面積約占30%，海域面積約占70%，陸上已鉆探井為28口、海域已鉆探井為26口，盆地共發現17個氣田，主要位于深水區，天然氣累計可采儲量為35 Tcf。魯伍馬盆地的面積約為9.0×104km2，陸上面積約占48%，海域面積約占52%，盆地共發現9個氣田，天然氣累計可采儲量為141 Tcf。

圖1 東非海岸盆地位置圖Fig .1 The location map of the East African coastal basins

1.2 地層及區域演化特征

東非海岸盆地的形成和演化與岡瓦納大陸解體密切相關[9-11]，基于板塊運動和盆地構造特征的分析，將東非海岸盆地構造演化劃分為4個階段，分別為裂陷期(二疊紀—三疊紀)、過渡期(早侏羅世)、走滑期(中侏羅世—早白堊世)和漂移期(晚白堊世—至今)，不同演化階段的構造和沉積特征既表現出一定繼承性，也呈現出明顯的差異性(圖2)。

圖2 東非海岸盆地構造演化階段劃分圖Fig .2 Tectonic evolution of the East African coastal basins

1.2.1裂陷期(二疊紀—三疊紀)

二疊紀—三疊紀，伴隨著潘基亞聯合大陸的逐漸形成，在岡瓦納大陸東部(非洲、馬達加斯加、印度、澳大利亞、阿拉伯及南極洲板塊)發生強烈的“地幔柱”活動，造成了區域性的地殼隆升、斷裂和火山活動。東非海岸地區主要以區域伸展作用為主，發育北東-南西、近南北向和北西-南東向3組斷裂體系，岡瓦納古陸沿構造活動帶發生裂陷，形成陸內的地塹型裂谷。該時期為典型的陸源碎屑巖沉積，與下伏前寒武基底呈不整合接觸，主要發育湖相和三角洲相等沉積，巖性以陸相砂礫巖和泥、頁巖為主，厚度最大可達3 000 m。

1.2.2過渡期(早侏羅世)

早侏羅世，伴隨著岡瓦納大陸解體，東非海岸由北向南呈“V”字型逐漸拉開，全球海平面上升，古特提斯洋率先從北東方向侵入裂陷盆地。此時，海底擴張和漂移作用僅限于東非的中北部地區，而在東非的中南部地區(即現今的坦桑尼亞盆地和魯伍馬盆地)，非洲大陸和東部馬達加斯加地塊共同構成一個狹長的閉塞海灣，形成了局限海相沉積環境。該時期廣泛發育局限海沉積，以厚層的泥巖沉積為主，局部地區發育鹽巖。這為東非海岸盆地優質烴源巖發育提供了優越的沉積環境，形成了下侏羅統局限海相烴源巖，該套烴源巖是已發現天然氣藏的主力烴源巖[12]。

1.2.3走滑期(中侏羅世—早白堊世)

中侏羅世—早白堊世，馬達加斯加陸塊開始向南漂移，區域整體上以走滑應力場為主，Davie西斷層、Davie東斷層和Seagap斷層發生強烈走滑作用。中—晚侏羅世，三角洲及濱岸沉積發育，巖性以砂泥互層為主。同時，受控于Davie東斷層的活動，在Davie構造脊高部位發育大量條帶狀碳酸鹽巖臺地沉積。

1.2.4漂移期(晚白堊世—現今)

晚白堊世晚期，印度板塊加速向東北方向漂移同時逆時針旋轉，造成拉姆盆地和坦桑尼亞盆地局部出現巖漿拱張事件。此時，海平面持續上升，東非海岸各盆地三角洲規模縮小。晚始新世—漸新世，伴隨著東非裂谷系的發育，盆地西部邊緣再次發生抬升，局部地區抬升幅度高達2 000～3 000 m，并遭受強烈的剝蝕，陸上地層發育可識別削截特征。同時，構造抬升也造成了相對海平面的下降，進而導致陸架暴露面積增大，三角洲和濁積體較為發育。

2 深水濁積體沉積類型及特征

東非海岸盆地從晚白堊世到古近紀，廣泛發育河流—三角洲—濁積體沉積體系。漸新世，盆地深水區的大型濁積體達到鼎盛時期，是油氣重要儲集場所。本文以漸新世深水濁積體為例，對其沉積類型和特征進行系統分析。

2.1 沉積類型

東非海岸濁積體的沉積類型多樣，基于井震對比，以地震相特征為依據，按照其內部結構和外部形態等特征，將濁積體劃分為兩類5種不同的沉積類型，分別為水道和朵葉，其中水道又可劃分為復合型水道、側向遷移型水道、垂向加積型水道及孤立水道(表1)。

表1 東非海岸盆地濁積體沉積類型分類Table 1 Depositonal classification of submarine fan in the East African coast

復合型水道內部次級水道相互切割，侵蝕作用較強，地震反射特征為“U”形，中強振幅、中等—差連續，主要發育在上陸坡—下陸坡上部。側向遷移型水道具有明顯的遷移特征，常與較細粒的溢岸伴生，整體呈“鷗翼狀”，水道下切形態明顯，內部呈中強振幅、中等—差連續的地震反射特征，溢岸呈楔狀，弱振幅、連續性好，該類水道多發育在上陸坡下部—下陸坡上部。垂向加積型水道早期侵蝕，后期充填，規模大，強限制性，次級水道縱向疊置，以加積作用為主，內部呈中強振幅、中等—差連續的地震反射特征，主要發育在上陸坡上部。孤立型水道規模較小，侵蝕作用較弱，沉積作用顯著，多為弱振幅、雜亂—差連續的地震反射特征，主要發育在上陸坡。朵葉規模一般較大、橫向展布范圍廣，橫切面上表現出典型的“丘狀”外形特征，地震反射呈中強振幅、連續性較好，縱切面上可見疊瓦狀前積反射特征，且局部常發育次級水道，主要發育在陸坡—海底盆地。

2.2 展布特征

基于上述對深水濁積體特征的分析，綜合測井相和地震相特征，明確了漸新統沉積向展布特征(圖3)。東非海岸坦桑尼亞盆地和魯伍馬盆地發育4個主要的深水重力流沉積體系，自南向北分別位于魯伍馬盆地北部(簡稱魯北)、坦桑尼亞盆地南部(簡稱坦南)、坦桑尼亞盆地中部(簡稱坦中)和坦桑尼亞盆地北部(簡稱坦北)。相比而言，坦中和魯北地區的深水濁積體最為發育，而坦北和坦南地區則相對較小。

圖3 東非海岸漸新世沉積相及其發育模式Fig .3 Depositional facies and its development model of Oligocene in East African coast

連井對比分析表明，坦桑尼亞盆地W1井漸新統巖性以厚層砂巖夾薄層泥巖為主，向東W2井砂巖含量降低、泥巖含量增加，三角洲發育，W3、W4及W5井砂泥互層沉積，濁積體發育。其中，W3井發育復合型、垂向加積型水道及朵葉，W4井發育側向遷移型水道及朵葉，W5井發育朵葉，水道少見(圖4)。

圖4 東非海岸盆地漸新統三角洲—深水濁積對比(剖面位置見圖3)Fig .4 Depositional correlation of Oligocene delta-turbidite in East African coast(See Fig.3 for location)

魯伍馬盆地東部深水及超深水區以朵葉或朵葉復合體為主，具有與水道不同結構特征，其規模較大、橫向展布范圍廣，橫切面上表現出典型的“丘狀”外形特征，地震反射呈中強振幅、連續性較好的特征(圖5)。縱切面上可見疊瓦狀前積反射特征，指示了沉積物不斷向前推進的特征，且局部常發育水道，但水道侵蝕作用較弱(圖6)。

圖5 魯伍馬盆地北部大型濁積體橫切面(剖面位置見圖3)Fig .5 The cross-section of submarine fans in the north of Rovuma basin(See Fig.3 for location)

圖6 魯伍馬盆地北部大型濁積體縱切面(剖面位置見圖3)Fig .6 The profile of submarine fans in the north of Rovuma basin(See Fig.3 for location)

3 控制因素探討

本文重點對魯伍馬及坦桑尼亞盆地濁積體的差異分布特征的控制因素進行對比研究。前人研究表明，研究區深水濁積體的發育受相對海平面、構造運動、物源供給及地形等多種因素的影響，對于同一時期、同一區域的深水濁積體來說，海平面升降、構造運動、古氣候等對其影響程度基本相同，而沉積物源供給、陸架-陸坡地形(海底地形)在不同位置變化較大，對其影響程度不盡相同[13-14]。本次研究基于最新資料進行系統分析，認為物源供給及地形差異控制了研究區深水濁積體的分布規律(表2)。

表2 研究區河流-三角洲-濁積體沉積體系參數Table 2 Parameter of fluvial-delta-submarine fan system of the study area

3.1 物源體系

物源是深水濁積形成的物質基礎，與濁積體的規模密切相關。物源體系的規模主要體現在陸上水系的河流數目、供源距離(長度)、垂向高差、流域面積等。不同地區的物源體系存在明顯的差異，最大為坦中地區、其次為魯北地區，而坦北和坦南地區則要遠小于坦中和魯北地區。

坦中地區為大型河流供給體系，陸上發育大型河流魯菲吉河，供源距離1 050 km，垂向高差1 900 m，流域面積204 378 km2，三角洲面積為24 157 km2，深水區濁積體面積為23 838 km2，水道—朵葉延伸距離140～180 km。

魯北地區也為大型河流供給體系，陸上發育2條大型河流，其中，魯伍馬河規模大，為常年性河流，可持續提供物源，供源距離960 km，垂向高差900 m，流域面積162 807 km2。三角洲面積為13 362 km2，深水區濁積體面積為24 431 km2，水道—朵葉延伸距離為140～200 km。

坦北地區屬于中型多源供給體系，西部陸上發育5條中型河流，供源距離220～920 km，垂向高差2 500 m，流域面積為80 093 km2，三角洲面積為9 488 km2，深水區濁積體面積為8 532 km2，水道—朵葉延伸距離60～140 km。

坦南地區發育小型多源供給體系，西部陸上發育3條小型河流，供源距離僅325 km，垂向高差800 m，流域面積約17 109 km2，物源供給有限，三角洲面積為1 911 km2，深水區濁積體以孤立型水道和朵葉為主，規模最小，面積僅為862 km2，水道—朵葉延伸距離小于50 km。

3.2 地形

地形控制了陸上物源體系進入深水區的比率和沉積類型，對沉積物起到調節、再分配的作用，本文所指地形主要包括陸架寬度和坡降。魯北、坦南、坦中和坦北四大沉積體系的地形存在明顯差異。

陸架地形控制了陸架區三角洲的規模，進而控制了物源體系進入深水區的比率，陸上物源體系進入深水區前，陸架區會“截留”一部分沉積物，形成三角洲沉積，這些三角洲也是深水重力流沉積的直接物質來源。根據物質分配和“源—匯”體系理論，物源體系總量(T)主要由陸架三角洲(A)、水道(B)、朵葉(C)三部分組成。深水區水道—朵葉的規模(B+C)受控于供源體系總量(T)與陸架三角洲規模(A)的差值，即B+C=T-A，即在物源體系總量(T)不變的情況下，陸架三角洲規模(A)和深水區沉積物(水道和朵葉)規模(B+C)呈“此消彼長”的關系(圖7)。陸架地形控制了三角洲的展布和規模，窄陸架背景形成的三角洲相帶較窄，陸架三角洲規模較小，有利于更多的物源進入深水區，形成大規模深水沉積體系，相反，寬陸架背景下形成的三角洲相帶較寬，三角洲規模規模較大，深水沉積體系規模相對較小。

圖7 物源體系分配示意圖Fig .7 Schematic profile of sediment source system

采用(B+C)/A比值近似代表物源體系進入深水區的比率，該值越大表明進入深水區的物質越多，在物源體系的總量(T)相同的條件下，窄陸架背景的物源體系進入深水區的比率(B+C)/A要大于寬陸架背景。

選取物源體系規模基本相當的魯北和坦中地區進行分析，說明地形對深水濁積體的影響。盡管魯北地區的物源體系要略小于坦中地區，但由于地區地形差異，魯北地區物源體系進入深水區的比率要高于坦中地區，造成魯北地區深水濁積體規模要大于坦中地區。魯北地區為窄陸架—陡陸坡特征，外陸架—上陸坡的寬度為44～56 km，河流入海后在陸架區形成的三角洲相帶較窄(面積為13 362 km2)，使得更多的沉積物進入深水區，深水沉積比率(B+C)/A為1.49，而坦中地區為寬陸架-緩陸坡，外陸架-上陸坡的寬度為81～107 km，寬陸架沉積背景使得河流入海后形成的三角洲相帶變寬，淺水區形成的三角洲的面積較大(面積為24 157 km2)，深水沉積比率(B+C)/A約為0.98。

同時，陸坡地形控制了深水沉積的類型，陸坡坡降越大，沉積物的重力勢能越大，沉積物由陸架坡折進入陸坡后，動能變大，流速變快，能量變強，上陸坡受到深水重力流的強烈侵蝕，易形成彎曲度較小的限制性水道。相反，陸坡的坡降越小，深水重力流的流速相對較小，能量也相對變弱，越易形成限制性較弱的水道。魯北、坦南、坦中和坦北四個不同地區的陸坡地形具有明顯的差異(圖3、表2)。坦南地區和魯北地區整體為陡陸坡，坦南地區陸坡坡降為4.59°～5.72°，重力流流速快、能量強，陸坡區域發育多個呈深“V”字型的窄陡切谷，由于該區物源體系規模較小，水道的規模也相對較小，主要以限制性的孤立水道為主，水道的末端形成的朵葉的規模也較小，魯北地區的陸坡坡降為2.1°～3.3°，但該區的物源體系的規模大，使得水道規模較大，類型較多，在上陸坡發育復合型水道，向下陸坡逐漸轉換為遷移性水道，水道末端形成的朵葉沉積規模比較大。坦中地區和坦北地區整體為緩陸坡，坦中地區坡降為1.12°～1.53°，物源體系較大，主要發育復合型、垂向加積型、側向遷移型水道和朵葉沉積，規模大，面積為23 838 km2，坦北地區陸坡坡降為1.00°～1.43°，深水區主要發育復合型、側向遷移型水道和朵葉沉積，規模為中等。

綜合以上分析，大型物源體系是深水區形成大型濁積砂巖的基礎，陸架—陸坡地形控制了沉積物進入深水區的比率和深水沉積的類型。受物源體系和陸架—陸坡地形因素的控制，魯北和坦中地區深水濁積體規模最大、其次為坦北、坦南地區最小，且魯北和坦中地區的深水濁積類型更加豐富，而坦南地區類型則相對單一。

4 天然氣勘探中的意義

東非海岸魯伍馬等盆地烴源巖為下侏羅統海相烴源巖[15-16]，天然氣藏的主力儲層為白堊系—古近系濁積砂體，圈閉為大型濁積體形成的巖性圈閉或構造-巖性圈閉，烴源巖和圈閉之間隔著厚層泥巖，下侏羅統烴源巖生成的天然氣沿大型伸展斷裂垂向運移至上白堊統—古近系濁積砂中聚集成藏(圖8)，大型伸展斷裂和深水濁積體的有效配置控制魯伍馬等盆地天然氣聚集成藏[12]。

圖8 魯伍馬盆地天然氣成藏模式Fig .8 Large extentional faults controlling accumulation model in the Ruvuma basin

濁積砂體是東非海岸天然氣藏的重要儲集類型，也是巖性或構造-巖性圈閉形成的基礎，其規模決定了天然氣藏的大小，尋找大型濁積砂體是東非海岸大型天然氣藏勘探的關鍵。魯北地區的濁積體規模大于坦南地區，因此魯北地區單個天然氣藏的平均儲量高達7.99 MMboe，而坦南地區僅為1.43 MMboe。 坦中地區發育大型濁積體，砂體規模大，分布范圍廣，且發育大型走滑斷裂，斷裂起到溝通下侏羅統烴源巖和上部濁積砂體的作用，該區與魯北地區具有類似的油氣成藏條件，具備發現巨型或大型天然氣藏的潛力，是未來天然氣勘探的重點關注區。

5 結論

1) 濁積體是東非海岸魯伍馬等盆地深水油氣勘探的重要對象，可劃分為復合型、孤立型、側向加積型、垂向加積型水道和朵葉。魯北和坦中地區發育大型的河流—三角洲—濁積體體系，坦北地區次之，坦南因地區三角洲及濁積體規模較小。

2) 物源供給及地形綜合作用導致東非海岸南北濁積體發育規模明顯不同。在物源體系總量相同的條件下，寬緩陸架背景的三角洲相帶較寬，進入深水區的沉積物相對較少，濁積體發育規模較小，而窄陸架背景的三角洲相帶較窄，進入深水區的沉積物相對較多，濁積體發育規模較大。

3) 深水濁積砂體規模控制了天然氣藏的規模，坦中地區發育大規模深水濁積砂體是未來天然氣勘探的重點關注區。