深水水道沉積構型單元分級與結構樣式

趙曉明 劉飛 葛家旺 馮瀟飛 張喜 張文彪 楊寶泉 楊莉

關鍵詞 深水水道；沉積構型；構型單元；構型級次；構型界面

0 引言

深水（深海、深湖）水道是深水沉積體系最主要的沉積物（含有機質、污染物、塑料等）運移通道，也是粗粒碎屑沉積場所，為全球重要深水油氣儲集層[1?3]?？v觀已發現深水水道油氣藏，即便其有較高的孔隙度和滲透率，但受沉積結構復雜多變的影響，其儲層連通性在側向較短的幾千米距離內也會有較大變化，這極大限制了該類油氣藏的高效開發和采收率的提高[4?6]?！俺练e構型”是研究儲層非均質性的先進理論和技術手段，也是當今油氣田開發地質學的研究熱點和難點。

深水沉積構型的概念最早由Mutti和Normark于1987年提出[7]，之后國內外學者先后基于野外露頭、現代沉積和地球物理數據等不同研究資料提出了相應的深水水道級次劃分方案[7?16]，筆者對全球主要深海水道沉積構型分級方案進行了梳理和級次對應（表1）。雖然人們對深水水道構型系統的理解不斷深入，但不同構型級次劃分方案存在較大差異，各構型單元級次亦存在不對應性。如Pickering et al.[9]基于現代和古代沉積，提出了7級級次劃分方案，并指出不是所有的構型級次都會出現在深海沉積體系中；Prather et al.[10]基于地震資料將深海水道劃分為7級，包括4個地震可識別級次和3個亞地震級次（低于傳統地震分辨率的級次）；Mayall et al.[15]以限制性水道為研究對象，開展3～5級沉積構型要素研究，與其他學者不同，他強調每條水道及其內部充填物的獨特性；Pickering et al.[16]根據內部相組合、構型幾何形態及其束縛界面，提出了由紋層到水道體系的8級構型單元劃分方案，尺度涵蓋了地震到巖心或露頭。

上述深水水道沉積構型單元級次劃分方案存在爭議的原因可歸納為：一方面與研究所用數據有關，這種數據資料的分辨率差異性和解釋多解性，勢必導致研究尺度、研究結果迥異[17]。另一方面取決于深水沉積體系的復雜性，不同海底扇沉積體系，受海平面升降、沉積物供給和構造運動等大尺度因素影響，水道構型樣式可存在一定差異[18?19]；同時，受地形地貌、重力流流體性質等小尺度因素影響，同一水道體系不同平面位置，其沉積構型樣式也會存在差異[2，20?22]。此外，當前人們對深水沉積體結構的認識仍不全面、不深入。這些因素均可導致不同學者對深水水道構型級次的劃分存在差異。

現有構型級次劃分方案的差異性，使得深水水道難以實現露頭與地下數據、現代沉積與古代沉積的類比。為此，筆者綜合利用野外露頭、淺層高頻地震、深層油氣藏井震聯合資料、薄片等多維度、多時間域、多尺度信息，基于沉積體形態、規模及疊置樣式分析，系統提出了一種深水水道沉積體構型單元分級方案，詳細揭示了不同水道級次沉積單元的成因及其儲層內部非均質性。

1 水道型沉積體構型分級的新方案

針對當前深水水道構型級次研究存在的問題，結合深水沉積環境特點，綜合利用地質、地球物理等多種信息，提出了11級深水水道沉積構型分級新方案（表2）。方案充分厘定了構型單元的級次、類型、成因、形成時間跨度、結構樣式、非均質性、界面規模及其地下識別資料分辨性等，并將其與Vail etal. [23]、Cross[24] 和米蘭科維奇旋回[25] 進行了統一和對比。

1.1 構型單元級次及類型

構型級次劃分是開展沉積（儲層）構型研究的關鍵。國際上構型級次劃分方式通常為正序或倒序兩種，此次采用正序方案，即數字越大，構型單元級別越大[26]。方案將深水水道儲層構型單元級次劃分為11級，按照規模由小到大依次為：微觀開發尺度（1～3級）、宏觀開發尺度（4～9級）和勘探尺度（10～11級）。因此，該構型單元級次劃分能夠做到宏觀構型與微觀構型的融合，實現地面露頭與地下沉積體之間的類比，確保構型單元級次的完整性。

構型單元類型是開展沉積（儲層）構型研究的基礎。受沉積機制類型多變性的影響，深水水道儲層結構復雜多變，加上目前深水水道儲層構型研究缺乏系統性，導致同一構型單元類型存在多種術語，不同構型單元類型可能用同一術語表述，個別術語用詞存在無法反映其構型內涵的問題。根據國內外經典沉積學教材和通用行業標準，明確深水水道各級次儲層結構所對應的構型單元類型（圖1），確保構型單元術語的規范性和統一性。所述構型單元類型具體如下。

（1） 微觀開發尺度

1級單元為紋層內部顆粒、填隙物、孔隙及喉道等相似的微米級區域；2級單元為紋層，為沉積物粒級、成分和顏色相似的毫米級層；3級單元為巖層中均質段，為沉積物顆粒大小或沉積構造變化段，對應鮑馬序列某一段（如鮑馬序列Ta，Tb或Tc段[27]），或高密度濁流段（如Lowe序列S1，S2或R1段[28]），其往往難以在塊狀沉積單元（如礫巖和碎屑流）內識別，其內部儲層均質性相對較好。

（2） 宏觀開發尺度

4級單元為巖層，是由多個組分、結構和沉積構造相似的均質層段組成，內部沉積物粒度大小可為均質的，也可為非均質的；5級單元為巖層組，由多個組分、結構和沉積構造相似的粗粒巖層垂向疊置而成，其間可夾有細粒泥巖層；6級單元為次級水道單元，由多套垂向上疊置、成因相連的巖層序列構成，流動路徑相同，本身呈水道形態；7級單元為單一水道，由多個垂向疊置的次級水道單元組成，是短期海平面變化或構造活動的響應結果，記錄了侵蝕、過路、充填和廢棄（或溢出）的沉積過程；8級單元為復合水道，由多個單一水道組成，主要記錄了局部地形地貌對水道沉積過程的控制，復合水道邊界可發育大型侵蝕面；9級單元為復合水道系列，由多個復合水道組成，主要記錄了局部構造運動（如底辟引發的斷層活動或褶皺形成）等小規模異旋回作用對水道沉積過程的控制。

（3） 宏觀勘探尺度

10級單元為水道體系，由多個復合水道系列組成，主要記錄了相對海平面長期變化、區域構造運動等大規模異旋回作用對水道沉積過程的控制；11級單元為水道體系系列，由多個水道體系組成，記錄了2級海平面變化、區域構造運動等大規模異旋回作用對水道沉積過程的控制。

1.2 構型單元成因及形成時間跨度

（1） 構型單元成因

理清各級次構型單元成因是確保級次劃分科學性的關鍵。基于深水水道沉積動力學和層序地層學原理，揭示了各級次構型單元的成因，具體如下。

1級單元為相同水動力條件下沉積物顆粒均勻堆積的產物；2級單元是單一重力流流體類型中相同水動力條件流態產物；3級單元是單次沉積事件中單一重力流流體類型的產物；4級單元是單次沉積事件的產物；5級單元是流體能量總體相似的一系列沉積事件的產物[8]；6級單元是流體能量規律性變化（增強或減弱）的一系列沉積事件的產物；7級單元是流體能量漸進式變化（一般先增強后減弱）的一系列沉積事件的產物；8級單元以自旋回事件成因為主；9級單元以異旋回事件成因為主[13]；10級單元是異旋回事件成因[15]；11 級單元是區域性構造— 地層旋回成因[7]。

（2） 構型單元形成時間跨度

受成因差異性的影響，各級別構型單元的形成時間跨度也會存在差異?；谏钏罉嬓蛦卧梢蚣s束，明確了各級次構型單元的形成時間跨度，具體如下。

1級單元形成于數秒—數分鐘內；2級單元時間跨度為數分鐘到數十分鐘；3級單元為數分鐘到數小時；4級單元常在數天內形成；5級單元時間跨度可達數天到數年[8]；6級單元形成時間區間為十年到一百年；7級單元時間跨度為一百年到一千年；8級單元多在一萬年內形成；9級單元則為一萬年到十萬年[13]；10級單元形成時間基本在十萬年到一百萬年內[15]；11級單元時間跨度則可以達到數百萬年[7]。

依據上述深水水道構型單元成因分類和形成時間跨度標準，可反推各級次構型單元的沉積演變過程以及所經歷的各級地質事件，此外還可根據地下地層實際測定時間推測構型單元級次，以及反推各級沉積體形成時間跨度，實現現代沉積與古代沉積之間的類比，從而確保構型單元級次劃分的科學性。

1.3 構型單元結構樣式及非均質性

構型單元結構樣式決定了各級沉積體的滲流屏障和滲流差異空間分布，其對油氣成藏條件、油氣藏高效開發和提高采收率具有重要實際意義?；谇笆龅亩嗑S度、多時間域和多尺度綜合信息，厘定了1～11級深水水道分級次構型單元結構樣式。

1級單元根據巖石結構和礦物特征差異引起的孔隙規模非均質性，可分為孔隙非均質性、顆粒非均質性和填隙物非均質性，表現為巖石礦物顆粒大小、分選及磨圓特征、膠結物和填隙物類型以及生物化石碎屑差異等（圖2）。

2級單元根據紋層形態特征，可分為平直狀、波狀、彎曲狀、透鏡狀、不規則狀等（圖3b，c），其內部宏觀非均質性相對極弱，但微觀非均質性強。

3級單元根據流體能量變化情況，可將其對應為鮑馬序列[27]（中粒濁積巖）、Low序列[28]（粗粒濁積巖）、Stow序列[29]（細粒濁積巖）的某一段，如Ta，Tb或Tc（圖3a，b），其內部宏觀非均質性較弱。

4級單元依據沉積事件及重力流成因類型，可分為滑塌相、砂質碎屑流相、超高密度流相、高密度濁流相、低密度濁流相和深水半遠洋—遠洋沉積等（圖4），對應鮑馬序列[27]（中粒濁積巖）、Lowe序列[28]（粗粒濁積巖）、Stow序列[29]（細粒濁積巖）的完整或部分沉積序列，其內部儲層非均質性弱。

5級單元依據成因類型，可分為兩類（圖5）：1）多個單一韻律或（和）塊狀砂體（以厚層、中層為主）垂向疊置，其間可夾有薄層泥巖，主要位于水道主體部位。2）多個單一韻律或塊狀砂體（以中層、薄層為主）與泥巖互層，多發育在水道邊緣；其內部儲層非均質性相對弱。該級次單元可由單個或多個沉積序列組成，不同沉積序列之間存在較為明顯的沉積顆粒突變界面，沖刷面等明顯沉積界面少見。

6 級單元依據成因類型，可分為兩類（圖6）：1）透鏡體型，由流體通過垂向加積作用形成的水平層狀巖層系列疊置而成，水道邊緣砂體以超覆或收斂狀尖滅。2）楔形體型，由流體通過側向加積或垂向加積作用形成的巖層系列疊置而成，下部一般為滲透性的砂體，上覆泥質細粒沉積或泥礫巖等非滲透巖層。不同沉積環境下，非滲透巖層厚度不一，可被后續流體侵蝕殆盡；內部巖相由水道軸部向邊緣、由水道底部向頂部可呈規律性漸變，儲層平面非均質性強。

7級單元根據充填形態特征，可分為五類：1）層狀充填型（圖7a1），水道內部由垂向上相互平行的次級水道單元疊置而成，水道整體表現出一定的正韻律特征。內部沉積的次級水道單元多以厚層或塊狀砂巖為主（圖7a2），不同次級單元之間的接觸面常充填細粒沉積物。2）束狀充填型（圖7b1），整體沉積特征與層狀充填型水道相似，水道主體為相互平行的塊狀或厚層砂巖，邊緣則呈束狀收束（圖7b2）。3）側積型，主要為水道內部次級單元側向加積沉積形成，根據側積體間的細粒沉積物充填特征，可分為連通型（圖7c1）、半連通型（圖7c3）與非連通型（圖7c5）。4）切疊型（圖7d1）。5）塊狀充填型（圖7e1）。7級構型單元內部巖相由水道軸部向邊緣、由水道底部向頂部可呈規律性漸變，儲層垂向非均質性較強，巖層層間滲流差異大。

8級單元根據內部單一水道的疊置樣式，可分為離散型、拼接型和緊湊型三大類（圖8）。離散型水道內部單一水道之間常充填以深海泥巖或小規模天然堤細粒沉積物，在地震剖面上表現為明顯的弱振幅，水道整體形態特征較易識別。拼接型水道單一水道間可能發育規模較小的侵蝕面，指示單一水道形成時間以及遷移方向。緊湊型水道內部單一水道間相互切疊，邊界處發育大型侵蝕面，在地震剖面上為明顯弱振幅條帶。單元內部單一水道拼接處發育的侵蝕面，可存在滲流屏障或滲流差異，儲層垂向非均質性強。

9級單元根據內部復合水道的疊置樣式，也可分為離散型、拼接型和緊湊型三類（圖9）。沉積構型特征與復合水道類似，但在沉積規模上差異明顯，表現為地震剖面上明顯的強弱振幅分布及水道邊界的包絡面特征。在單元內部單一復合水道拼接處，可存在滲流屏障或滲流差異，儲層非均質性強。

10級單元根據限制程度，可細分為如圖10所示限制性、半限制性和非限制性三類[5]。內部儲層非均質性強，即便在數百米范圍內，孔隙度和滲透率亦可發生較大變化。

11級單元可根據構造活動及物源供給能力等，分為富砂型、富泥型和砂泥混雜型水道體系系列，水道體系之間被厚層泥巖隔擋。

1.4 構型單元界面特征及規模

構型單元規模是確定地下油氣藏勘探開發各階段研究目標的重要依據。基于全球范圍內有文獻記載且出露較好的26 處深水水道野外露頭沉積規模[36]，以及地下油藏的實際構型解剖結果[37?38]，明晰了深水水道各級構型單元的厚度及寬度，具體如下。

1 級單元為微觀構型，屬微米級尺度（圖2）。2級單元厚度大小不一，常介于數毫米到數厘米，側向寬度一般介于數厘米到數米（圖3c）。3級單元厚度介于數厘米到數十厘米，側向寬度一般介于數十米到數百米（圖3a，b）。4級單元頂底被小型侵蝕面或加積面約束，厚度變化區間較大，可為小于十厘米薄層，也可為大于一百厘米的厚層，側向寬度介于數十米到數百米（圖4）。5級單元頂底被小型侵蝕面或加積面約束，厚度數米級，側向寬度介于數十米到數百米（圖5）。6級單元頂底通常被侵蝕面或加積面約束，其厚度數米到數十米，側向寬度介于數十米到數百米（圖6）。7級單元底部通常被大型侵蝕面約束，頂部在未被侵蝕的情況下多發育泥質細粒沉積，對應Cross的超短期旋回[24]（歲差周期），其厚度數米到數十米，一般以10～50 m 居多，側向寬度介于數十米到數百米，一般以100～500 m居多（圖7）。8級單元底部可發育大型侵蝕面，對應Vail的5 級層序[23]和Cross 的短期旋回[24]（偏心率短周期），厚度數十米，以20～80 m 為主，側向寬度介于數百米到數千米，一般以500～1 000 m居多（圖8）。9級單元底部通常發育大型侵蝕面，頂部為厚層深水細粒沉積物，表明水道體系活動性暫時停止，該級單元可直接與一個沉積層序的低位體系域相比較，對應Vail的4級層序[23]和Cross的中期旋回[24]（偏心率長周期）；厚度數十米到百余米，以40～100 m為主，側向寬度介于數百米到數千米，一般為1 000～5 000 m（圖9）。10 級單元底部通常發育巨型侵蝕面（不整合面），頂部發育厚層深水細粒沉積物，為海侵或高位體系域產物，對應Vail 的3 級層序[23]和Cross 的長期旋回[24]；其厚度數十米到數百米，以100～300 m為主，側向寬度一般為數千米，可在盆地范圍內進行追蹤對比（圖10）。11級單元頂/底部通常發育大面積的不整合面（削截），對應Vail的2級層序[23]和Cross的超長期旋回[24]，其厚度數百米，側向寬度數千米到數萬米，可在盆地范圍內進行追蹤對比。

據上述深水水道沉積結構樣式、構型界面特征和規模，一方面可為判定構型單元級次歸屬提供了標準（包括地面露頭和地下油氣藏研究），另一方面也為深水水道各級儲層非均質性研究提供參考。這有助于厘清油氣藏各勘探開發階段的研究目標體，以及實現地面露頭與地下油氣藏、現代沉積與古代沉積之間的類比，確保了構型單元級次的實用性。

2 構型分級方案適用性分析

縱觀現有深水水道沉積構型劃分方案，由于不同學者的研究方法及劃分依據差異，致使不同沉積構型單元在規模尺度、勘探開發及實現方法等方面難以統一和對比。鑒于此，可綜合不同構型單元識別資料以及地下深水油藏實際應用，對新劃分方案的適用性展開分析。

2.1 構型單元識別資料適用性

不同級別的構型單元在沉積規模上存在較大尺度差異，故新構型分級方案在實際應用過程中往往需要不同的研究數據對其進行識別；同時在進行野外露頭、地下數據分析時，受資料分辨率的限制，其識別不同級別構型單元能力存在差異。為此，新的構型方案基于構型單元規模約束，結合不同數據資料探測能力和分辨率，厘清了地下油氣藏范圍內不同級次深水水道儲層結構識別資料依據，包括巖心、測井、三維地震等，同時，實現了本構型單元級次化分系統在地上和地下、古代和現代沉積體之間的類比。不同級次沉積單元所適用研究資料具體如下。

1級單元為微觀尺度，主要針對礦物、基質類型、孔隙和微裂縫等，僅能在顯微鏡鏡下（光學、電子、偏光）研究；2～3級單元尺度相對較小，可借助放大鏡或者肉眼進行識別，其研究對象主要為巖心以及野外露頭；4級單元一般通過巖心及野外露頭進行識別，或當厚度大于0.5 m時，在測井曲線上有一定的響應特征，可用測井資料識別；5～6級單元在地震尺度上相對較小，常規地震資料（主頻小于30 Hz）往往難以識別，一般通過測井資料、鉆井取心以及一些野外露頭進行識別；7級單元為地震資料可分辨的最小構型單元，一般可用高頻地震資料（主頻大于30 Hz）識別；8級單元可用常規地震資料開展表征，但地震資料需進行預處理前分辨該級次單元；9～11級單元一般可用深層油藏范圍常規地震資料開展表征。

2.2 地下應用實例

為進一步展示本方案在地下油氣藏中的實際應用，特以西非尼日爾三角洲盆地陸坡區X油藏水道儲層為例，闡述新的構型劃分方案在油氣勘探開發方面的適用性。

X油藏位于西非尼日爾三角洲盆地陸坡區，構造上位于拉張帶與擠壓帶過渡區域，水深1 300～1 500 m，目的層為中新統阿格巴達組，整體沉積環境為海退下的三角洲前緣，沉積相以深海水道及朵葉沉積體為主[39?40]。基于新的構型分級方案指導，綜合三維地震、測井信息、鉆井取心及鏡下薄片資料，對研究區進行如圖11所示的沉積構型單元級次劃分[41]。

根據沉積層序框架約束以及水道體系在外部形態、內部結構和地震響應特征差異，可確定水道沉積體頂底面和包絡面范圍，根據其沉積特征及形態規?？纱_定X油田最大規模為水道體系級次（10級單元）；根據水道體系形成演化階段和地震響應特征，在水道體系內部識別出2 期復合水道系列（9 級單元）；根據井震標定的復合水道砂體垂向疊置關系，可將復合水道系列垂向上細分出若干期復合水道（8級單元）；利用井震模式擬合方法[6]，通過平剖互動構型解剖，識別出地震可分辨的最小沉積單元——單一水道（7級單元）；以此為基礎，通過巖心觀察與描述，對單一水道內部充填的沉積物分析，將相同或相似的沉積韻律組合劃分為一個次級水道單元（6級單元），其底部可存在小型侵蝕面，在測井和巖心上表現出一定的正韻律變化趨勢；次級單元內部沉積的單個沉積物韻律組為一個巖層組（5級單元），在測井和巖心上表現出明顯的正韻律特征；根據巖層組內部沉積物巖性差異及其對應的測井曲線突變界面，劃分出不同的巖層（4級單元），其為測井資料可識別的最小沉積單元；進而，將巖層中具有相同沉積構造特征的段稱為均質段（3級單元），如層理發育段及塊狀沉積段等；層理發育段內的單個層理為一個紋層段（2級單元），在塊狀沉積巖層段，對應的紋層段為毫米級沉積層段；通過鏡下薄片觀察，可識別出紋層段沉積物礦物、孔隙及膠結物類型，對應紋層內部顆粒（1級單元）。

相對于深水水道沉積構型現有劃分方案，新方案充分結合三維地震、測井、鉆井取心、野外露頭及鏡下薄片等資料，實現了深水水道更為完整且系統的從宏觀到微觀逐級劃分，并厘定了不同級次單元水道沉積體的沉積特征及相互空間疊置樣式，豐富完善了深水水道沉積構型理論系統；同時基于不同構型級次單元沉積特征及深水油藏開發模式，方案劃分出宏觀勘探、宏觀開發與微觀開發三個尺度構型單元組合，賦予方案一定的勘探開發意義，并在深水水道型油藏開發中得到良好應用，有效指導了該類型油藏的高效開發。

3 結論與建議

（1） 基于沉積體規模、成因及時間跨度等，提出了深水水道沉積體11級構型分級方案，從小到大依次為微觀開發尺度：1級沉積顆粒段、2級紋層段、3級巖層內均質段；宏觀開發尺度：4級巖層、5級巖層組、6級次級水道單元、7級單一水道、8級復合水道、9級復合水道系列；勘探尺度：10級水道體系、11級水道體系系列。

（2） 不同構型級次單元在成因及時間跨度上存在差異，1級單元為數分鐘下沉積顆?？焖俪练e產物，2～3級單元為數小時內單一重力流事件產物，4～7級單元為數百年內不同規模沉積事件產物，8級單元為數千年內自旋回事件產物，9～10級單元為單個百萬年內不同規模異旋回事件產物，11級單元為數百萬年內構造—地層旋回事件產物。

（3） 根據沉積規模及特征差異，不同構型單元所適用研究資料不同：1級單元為鏡下薄片資料，2～3級單元為巖心資料，4～6級單元為測井資料，7～11級單元為地震資料，確保不同構型單元適用性的同時，實現了露頭與地下數據、現代沉積與古代沉積的類比。

（4） 此次深水水道沉積體構型劃分方案基本概括了現階段所關注的所有構型級次單元，但受深水水道沉積構型樣式復雜性及沉積環境限制程度影響，實際發育的水道沉積體中可能不會出現所有的構型單元級次。