龐 雄

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司）

對深水重力流沉積及其與層序地層結構關系的探討旨在構建南海北部白云深水區(qū)［1］深水沉積的層序地層格架，以此成為深水區(qū)沉積儲層識別和評價的理論基礎。本文“深水區(qū)”是指陸架坡折帶以外的陸坡和海盆，“深水重力流沉積”是指在重力流作用下沉積于風暴浪基面以下的陸坡到盆地部位的沉積物［2－3］。陸架坡折帶以外的陸坡深水區(qū)，由于坡度增大，陸源碎屑主要以重力流成因搬運和沉積，偶發(fā)的重力流沉積具有“沿坡而下，擇低而積，局限分布”的特點，與以河流、波浪、潮汐等牽引流作用為主的淺海沉積作用及其沉積物分布特征有著明顯的差別［3］。全球深水勘探經(jīng)驗表明，深水儲層以深水重力流沉積砂巖為主（占90%）［2］。因此，深水油氣勘探中碎屑巖儲層的沉積研究主要是對重力流的研究，包括重力流作用、成因機理、控制因素、搬運過程、流動形式、堆積形態(tài)、結構特征、沉積體結構關系、巖相分布、沉積模式等。在對深水重力流沉積體開展目標式精細研究之前，首先需要劃分出重力流沉積體的區(qū)域時空分布及與物源間的沉積作用關系，本文意在探討利用區(qū)域層序地層學理論研究深水重力流沉積體區(qū)域級別分布特征。

就陸架邊緣盆地而言，陸坡深水沉積一般為單邊物源，離陸源碎屑供應區(qū)更遠且以細粒沉積為主，砂巖沉積僅占很少比例，并且深水重力流沉積具有局限分布的特點，因此對深水沉積地層實施勘探，儲層的識別是關鍵。陸架邊緣盆地的另一個特點是海平面變化對沉積作用的控制明顯，海平面下降會使沉積作用更向海的方向遷移，三級層序的低位體系域更易于在深水區(qū)發(fā)育砂巖儲層。因此，對深水砂巖儲層分布的識別研究，更要求我們進行全巖地層分析，在全面認識整個地層沉積體系的基礎上，選擇可能發(fā)育潛在儲層的地質體。層序地層學為在時間格架內(nèi)對整個沉積體系的系統(tǒng)研究提供了有效的方法［2］，通過對地層沉積結構等時性的研究實現(xiàn)認識地層的目的。等時層序格架的建立和古地理沉積環(huán)境的恢復，意味著猶如觀察現(xiàn)代各種沉積相帶的展布一樣重塑地質歷史各個時期同時發(fā)生的各種沉積相帶展布和隨時間發(fā)生的演變關系，以此實現(xiàn)揭示各種沉積相帶及其相互聯(lián)系的目的［4－5］。

1 從具有開拓性的文獻中理解深水重力流沉積的控制因素

Vail等［6］對沉積體系研究的突出貢獻有：最先形成地震地層學和層序地層學的基本思想；強調(diào)用系統(tǒng)的方法和各種資料綜合分析問題；認識到海岸上超的突然向下轉移是重復發(fā)生的；首先認識到相對海平面變化與沉積作用的關系；深水重力流沉積體系與相對低海平面有關（海平面高位與低位變化控制沉積中心的分布，深水重力流沉積主要發(fā)育在海平面下降期間，沉積物穿越被下切的陸架區(qū)進入到深水區(qū)）。Pang Xiong等［4］首先描述了不同硅質碎屑巖沉積的地震特征，建立了學科間的聯(lián)系，因而有了多學科與多種資料的聯(lián)系，從而引導了沉積學思維形式的改變，也使沉積學得以向其它學科滲透。

Mitchum［7－8］和 Mutti［9］最早提出了深水重力流沉積體系的層序地層綜合模式。Mitchum強調(diào)海底峽谷供給作用，深水重力流沉積體系包含一個沉積層序中地震相的垂向變化，指出位于扇下部的相是丘形的，是海底扇的富砂部分；這個單元上覆楔狀體由一個富泥的裙狀水道－天然堤復合體組成，并將濁積單元與相對海平面變化建立了聯(lián)系。Mutti定義了3個深水沉積基本單元：朵葉體、水道和天然堤。朵葉體位于層序界面之上、靠盆地的位置，有好的橫向連通性，向外緣變薄，朵葉體在層序內(nèi)深水沉積中最富砂巖（高N/G比）。水道和天然堤覆蓋在下部濁積單元之上，向陸上超于陸坡層序面之上。天然堤沉積以泥巖占優(yōu)勢（低N/G比），砂巖主要被限制在水道內(nèi)充填，水道－天然堤系統(tǒng)橫向巖性變化大，向下進入朵葉體沉積。Mutti認為層序內(nèi)深水沉積表現(xiàn)為退積的疊加模式。

Vail［10］在 Mitchum［7－8］的基礎上建立了他的模式，詳細論述了深水沉積的疊加模式和相關系，對不同深水系統(tǒng)的沉積與相對海平面變化建立了聯(lián)系，深水沉積主要發(fā)育在低位體系域內(nèi)，包括盆底扇、斜坡扇、進積楔。Vail模式是定義層序地層學特別是深水重力流系統(tǒng)劃時代的學說，但自身的局限性使其自從問世就被質疑，主要是忽略了以下內(nèi)容［2］：

（1）Vail模式僅反映一種端源的沉積作用，即有大河流體系供應的富砂沉積背景和相對海平面快速下降，但今天世界上許多在生產(chǎn)的深水系統(tǒng)都不存在這種背景；

（2）Vail模式僅圖解了點源供給的海底扇，但是沉積物輸送到盆地的方式是不相同的；

（3）Vail模式?jīng)]有提及盆地的構造背景，而許多深水盆地構造地貌控制了深水沉積的形態(tài)和疊加樣式；

（4）3D地震的廣泛應用證明了低位體系域內(nèi)不同組成之間的地層界面不如Vail模式描述的那樣易于識別，從水道化相到朵葉體或席狀沉積的轉化是連續(xù)發(fā)生而非先后出現(xiàn)；

（5）不是所有的深水重力流沉積都被限定在低位體系域內(nèi)，在一些盆地，沉積物源存在構造活動或窄陸架環(huán)境，相當大量的沉積物被傳送到盆地，結果是深水重力流沉積在高位、海進、低位體系域都有發(fā)育。

Posamentier與Vail［11］提出的碎屑巖沉積系統(tǒng)的層序地層格架概念與Vail［10］的術語有所不同，“低位扇”與“盆底扇”同義，“早期低位楔”相當于“斜坡扇”，“晚期低位楔”相當于“進積復合體”。

Galloway［12］提出了可供選擇的理想成因層序地層沉積模式，他強調(diào)把最大海泛面密集段作為主要的對比單元，認為海進期間陸坡底發(fā)育沉積物裙，這是陸架邊緣和上陸坡沉積物的再沉積。Galloway與Vail模式有以下不同［2］：沉積過程被解釋為自旋回作用（沉積物供應，陸坡坡度，構造作用，基準面變化）；混合的加積陸坡和前積的上陸坡相當于Vail模式的斜坡扇或進積楔；由于自旋回的結果，內(nèi)部不存在統(tǒng)一的地層面。Galloway解釋了海進期間陸坡沉積裙的重要沉積作用，使其成為可預測的海相上超楔狀沉積。相反，Vail模式中海進期陸坡沉積是薄的。

沉積物粒度和沉積輸送體系對深水沉積系統(tǒng)有明顯的影響，層序地層格架內(nèi)的沉積系統(tǒng)解釋中應該綜合這2個因素。以下幾位學者作了相關論述。

Posamentier等［13］提出了影響層序地層格架內(nèi)深水重力流沉積的2個重要因素：沿岸遷移的沉積物通過海底峽谷向深水陸坡輸送陸源碎屑；不同級別的三角洲與相對海平面下降導致的深水重力流的沉積響應作用。Posamentier等［13］通過對美國西海岸現(xiàn)代扇的觀察建立起沿岸遷移沉積與扇系統(tǒng)關系的模式，他們注意到不是河流而是沿岸沉積物向深水陸坡的扇體供應物質（圖1）。沿岸遷移作用使沉積物沿岸分布，高海平面期間沿岸沉積物被傳送到峽谷，隨后輸送到下方的扇體；相對低海平面期間海岸線和沿岸系統(tǒng)下移，結果是更多的峽谷捕獲更大量的沿岸沉積物進入深水［2］。

圖1 圖解沿岸遷移沉積系統(tǒng)隨海平面變化的響應［13］

圖2 圖解不同沉積供給體系與相對海平面變化的差異

Posamentier等［13］提出的另一個概念是不同河流－三角洲級別是如何響應相對海平面下降的（圖2）。高位期間，2條沉積物供應量大小不同的河流在陸架區(qū)發(fā)育三角洲，當海平面下降，河流系統(tǒng)深切，大的河流有更大的三角洲，并比小河流更快地前積到達陸架邊緣，大河三角洲下方的陸坡首先發(fā)育深水沉積系統(tǒng)，此時小河流仍在陸架區(qū)發(fā)育三角洲沉積；隨著海平面繼續(xù)下降，小河流下方也發(fā)育扇系統(tǒng)，此時大河流下方的扇體仍然接受沉積。顯然，相對海平面變化是多因素影響的結果，在不同的沉積體系中不具有絕對的等時性，當一個沉積體系處于相對海平面下降發(fā)育低位扇期間，另一個沉積體系的陸架區(qū)可能仍然具有沉積空間發(fā)育高位期的陸架三角洲沉積。

Muntingh和 Brown［14］與 Brown 等［15］研究了南非海上白堊紀Orange盆地高位體系域沉積中心與低位體系域的關系，他們注意到陸架沉積粒度和組構與下方深水沉積的富砂或富泥性具有對應關系，因此提出對低位體系域扇體的研究需要認識物源上方高位的濱岸沉積物的分布，特別的在高位傾向供給河流軸線下方產(chǎn)生一個富砂的深水系統(tǒng)，這與Vail模式一致；相反，其它的岸線在海平面相對下降時產(chǎn)生了不同的深水沉積類型。基于上述觀察結果，Muntingh和Brown［14］提出了2個關鍵性的建議：

（1）為了預測深水沉積砂巖，應重建前一層序陸架淺海區(qū)沉積中心的古地理和沉積相分布。古地理重建將使沉積物供給的前一層序高位體系域與后一層序的低位體系域的扇體沉積建立聯(lián)系，這一方法在后期沉積變形較弱的盆地是可以施行的。

（2）為了深水目標而建立的古地理圖應該同時考慮前期的高位體系域和后期的低位體系域，而不是為2個層序界面間的地層構建的。

Reading 和 Richards［16］與 Richards 和 Bowman［17］提出了以粒度和供應體系為參照的深水重力流系統(tǒng)的綜合分類，基于不同粒度劃分出富礫、富砂、砂泥混合、富泥等4種扇類型，并基于不同供給體系劃分出點源海底扇、多源斜坡積、線源斜坡裙3種扇類型，綜合得到12種成因類型扇模式。這些模式的關鍵點在于不同系統(tǒng)的儲層組構有相當大的不同，這些沉積終端單元顯示了不同的相分布和砂巖凈毛比；這種分類的特點是均為靜態(tài)模式，沒有考慮海平面的變化、沉積的疊加樣式，以及對深水重力流系統(tǒng)的沉積地貌變化的考慮［2］。

構造作用控制了沉積區(qū)的古地貌，因此影響了深水沉積的疊加樣式，特別是同沉積構造——鹽丘、泥丘、斷裂，是許多在勘探開發(fā)的深水沉積盆地突出的特征。

Mitchum等［18］對3個鉆探過的斷塊進行了巖石學和生物地層對比：低位域的盆底扇和斜坡扇發(fā)育在斷層的下降盤的低部位，生物地層指示屬半深海沉積，上升盤沒有相對應的相帶；進積復合體（三角洲和相關沉積）、海進和高位體系域出現(xiàn)在所有的斷塊。Mitchum等［19］將此歸結為海平面波動和同沉積斷裂共同控制沉積作用，海平面的低位期，沉積物穿越淺海區(qū)進入陸坡環(huán)境，上中陸坡同時期活動的斷裂控制深水系統(tǒng)沉積的位置；另一重要觀點是，深水系統(tǒng)陸坡內(nèi)盆地的疊加樣式以加積為特征，并受控于單個斷層，厚的斜坡扇終止于向陸一側的斷層，明顯不同于Vail的退積疊加樣式。

Satterfield和Behrens［20］首先提出現(xiàn)代陸坡內(nèi)盆地的充填和溢出過程。Prather等［21］定義了3種可容空間類型：①堰塘盆地是由于鹽丘撤退形成的迷你盆地；②斜坡可容空間是梯級斜坡形成的沉積空間；③愈合型斜坡空間是更低一級的梯級面。每一種可容空間有其特征的沉積和地震相，沉積過程中，地形梯度（局部傾斜）局部變化的影響比陸坡總體坡度更為重要，因此理解沉積地貌是重要的。

沉積盆地的沉積作用是以不同級別海平面變化旋回疊加為特征，已經(jīng)認識到不同頻度的5個旋回級別［5，22－24］。Mitchum 等［25］總結了疊加旋回及其對勘探開發(fā)的作用?？碧诫A段的層序地層學研究更強調(diào)二級和三級旋回層序沉積，開發(fā)階段的層序地層學研究則聚焦在目的層的四級和五級層序。

Mitchum和 Van Wagoner［26］注意到一個理想的三級層序有數(shù)個不連續(xù)的四級層序沉積，貫穿于低位、海進、高位體系域中。如在三級層序的低位體系域中，扇體由一系列四級層序組成。四級層序的扇體能夠相互疊加，以高頻的密集段分隔，這些密集段能夠影響儲層流體的初始分布或成為開發(fā)階段的流體隔層。

Brown［15］認為最發(fā)育砂巖儲層的是二級和三級層序界面疊置的低位體系域，三級海平面下降期的四級下降時期是盆底扇發(fā)育最有利的時期。

2 深水重力流沉積層序地層學研究需要注意問題的討論

國外深水勘探實踐表明，深水區(qū)主要儲層以深水重力流成因為主［2］，研究深水砂巖儲層應首先研究重力流沉積。

低海平面期間沉積作用向海遷移，更易于在深水區(qū)形成粗粒陸源碎屑的重力流沉積，因此主要的深水沉積體系與相對低海平面有關，深水層序地層學研究應以揭示低位體系域及其重力流沉積體分布為主要目的。

陸架坡折帶、層序界面和低位體系域是界定深水重力流沉積區(qū)域時空分布的重要元素。

影響深水重力流沉積有以下因素：相對海平面變化（盆地構造作用、沉積物供應、全球海平面升降的綜合反映）、沉積物粒度、沉積物供應體系的形式、沉積古地貌（地理地貌或構造地貌等）。

相對海平面變化是多因素影響的結果，除海平面變化具有全球一致性外，其它因素對于不同沉積體系和同一沉積體系的不同部位的影響可能不一樣，因此不同沉積體系間的沉積作用難以存在等時性，特別是深水重力流沉積底面和時間會有差異，這會導致層序地層解釋過程中層序界面的等時性追蹤對比出現(xiàn)混亂；例如，在一個沉積體系處于相對海平面下降的低位扇發(fā)育期，而另一個沉積體系的陸架區(qū)仍然具有沉積空間發(fā)育陸架三角洲沉積（圖2）。通常，根據(jù)沉積物輸送體系內(nèi)的沉積結構和接觸關系對等時層序界面進行界定的方法優(yōu)于不同沉積體系間界面的橫向對比。

層序格架內(nèi)沉積相之間具有時空聯(lián)系。低位體系域內(nèi)不同組成之間的沉積體系是相互聯(lián)系的，如水道－天然堤與朵葉體平面分布關系；因此，垂向上的疊加樣式難以劃分，但是可以定義平面上的沉積結構單元，如朵葉體、水道和天然堤等，這些沉積結構單元反映了重力流沉積作用，具有地震反射可識別的結構形態(tài)關系，并且代表了不同的砂巖儲層特征意義。深水重力流沉積的地震特征（沉積體的外觀反射結構形態(tài)、內(nèi)幕結構、接觸關系、振幅、波形、頻率、連續(xù)性以及組合關系等）是深水儲層預測的基礎。

深水沉積的物源供給系統(tǒng)有多種，包括來自河流三角洲的直接供給和沿岸流供給，以及陸架邊緣潰決垮塌的供給等，直接的河流三角洲供給是最顯而易見的，也是Vail［10］模式的主要依據(jù)，沿岸流的供給不可忽視。例如南海北部東南季風造成沿岸流沉積發(fā)育，在高位晚期岸線推進到陸架坡折帶附近，沿岸流沉積將會成為深水扇的主要供源體之一。

源－渠－匯的沉積脈絡關系分析方法［5］是在等時界面控制下分析沉積體系的系統(tǒng)化思維與方法。陸架沉積粒度、組構和分布與下方深水沉積的富砂或富泥性既然具有對應關系，為了預測低位扇砂巖，就有必要認識物源方向前期高位體系域沉積物的分布。古地理重建和等時界面的地貌成像將使得沉積物供給的前一層序高位體系域與后一層序的低位體系域扇體沉積建立起聯(lián)系。連接淺水和深水的成因系統(tǒng)應該是跨層序界面的。

以地震反射結構為主要信息的深水層序地層學研究的關鍵內(nèi)涵包括：理解重力流的成因和搬運沉積機制（偶發(fā)而動、沿坡搬運、下切成溝、擇低而積、局限分布等是深水重力流的典型特征）；低海平面期間陸架坡折帶以外深水區(qū)低位體系域最易于發(fā)育粗陸源碎屑重力流沉積；建立三級層序格架——恢復沉積等時面上的沉積體系分布和相互關系，明確陸架坡折帶和低位體系域分布；層序界面是研究深水沉積作用和過程的最重要的界面；確認陸架坡折帶——界定低位體系域發(fā)育的區(qū)域，明確陸架坡折帶對重力流沉積作用的控制。

3 南海北部白云深水區(qū)重力流沉積層序地層學研究的目的和思路

基于以上對深水重力流沉積控制因素的分析，深水重力流沉積的層序地層學研究之主要目的是，通過對區(qū)域上沉積結構時空關系的理解，揭示整個地層的沉積過程和沉積體系的成因聯(lián)系，預測低位體系域分布及其重力流沉積體、沉積結構形態(tài)及相互聯(lián)系，預測深水沉積儲層的區(qū)域時空分布。

南海北部陸緣具有廣闊的淺海陸架區(qū)，海平面的升降控制了珠江三角洲沉積中心在陸架區(qū)的分布［3－4，27］，實際上也控制了粗粒碎屑物質以重力流的形式向陸坡深水區(qū)的搬運。相對海平面下降期間，海岸線到達外陸架至陸架坡折帶附近，從而有更豐富的陸源碎屑沉積物（特別是粗粒的砂質沉積物）被以重力流的形式搬運到陸架坡折帶以外的深水區(qū)。因此，層序地層學研究適用于揭示具有寬陸架背景的白云深水區(qū)主要的深水重力流沉積體系。相對海平面下降期間，在外陸架—陸坡—海盆形成了具有相互關聯(lián)的、可識別的沉積表征和記錄。這些沉積表征和記錄可以是沉積幾何結構，也可以是反映巖相的物理屬性。淺海陸架區(qū)高位和海進體系域主要為河流、波浪和潮汐等營力作用為主的沉積，遵循牽引流的沉積理論。陸坡到海盆深水區(qū)的低位體系域主要以滑塌、碎屑流、顆粒流、濁流等重力流的作用形式搬運和沉積，遵循重力流的沉積原理。因此，南海北部深水重力流沉積層序地層學研究的主要思路是，利用層序地層學的基本原理圈劃出低位體系域，控制主要的深水重力流砂巖分布；通過識別和描述這些相互聯(lián)系的沉積結構和反映巖相的屬性特征，理解其脈絡關系，分析沉積機理，發(fā)現(xiàn)和揭示深水重力流砂巖儲層的分布。對于深水沉積重力流砂巖儲層的研究，識別上方陸架邊緣沉積物與下方深水沉積體及其結構聯(lián)系特征是有效方法，即，層序界面之下陸架區(qū)高位體系域頂部沉積物的沉積幾何結構，層序界面之上陸坡－海盆低位體系域的重力流沉積體的沉積幾何結構，以及相互間有聯(lián)系的沉積結構脈絡關系。一般而言，具有粗粒陸源碎屑沉積的陸架邊緣高位沉積的下方陸坡－海盆的深水扇容易發(fā)育深水沉積砂巖儲層。

層序格架的建立要求必須是等時界面，深水沉積體系圖卻需要反映穿時間、跨層序、跨體系域的沉積體系分布關系。因此，關鍵的深水沉積體系圖件是跨層序界面沉積結構關系圖，把陸架區(qū)前一層序高位體系域頂部的沉積體系和陸坡區(qū)后一層序低位體系域的沉積體系展現(xiàn)在同一幅圖上，以此展示沉積體系在時間上的前因后果和空間上的結構脈絡關系。該圖件對于揭示深水儲層分布是最具有指導價值的圖件——以此實現(xiàn)對儲層分布的區(qū)域定位。本文稱之為“跨層序界面沉積結構關系圖”（圖3、4）。該圖件是基于源－渠－匯的重力流沉積淵源和脈絡關系的沉積體系研究思維形成的，具有跨層序界面、跨體系域及穿時性的特點，與傳統(tǒng)的沉積體系圖件有本質的差別，是沉積成因研究的具體表現(xiàn)。

圖3 南海北部白云深水區(qū)跨層序界面沉積結構關系圖

圖4 白云深水區(qū)層序界面上下沉積結構關系剖面圖（剖面位置見圖3）

應該特別指出的是，層序格架的各界面除了用于分析反映各沉積體系的沉積結構關系外，在陸架區(qū)和陸坡深水區(qū)的應用還有所不同。陸架區(qū)的主要砂體分布在高位和海進體系域，并且這2個體系域的砂體由于牽引流沉積作用相對連片分布，指示高位頂面的層序界面和海進體系域頂面的最大海泛面都具有界定砂巖頂面的重要作用，而且這2個層面構造形態(tài)具有為油氣勘探提供重要構造圈閉的意義。然而，深水沉積砂巖卻以相互孤立的形式散布于層序界面和首次海泛面之間的低位體系域內(nèi)，并且砂巖儲層的有限分布使之易于形成潛在巖性圈閉或復合圈閉，因此，在深水陸坡區(qū)，層序界面和首次海泛面僅有反映沉積體系相互聯(lián)系和沉積地貌的作用，其構造圖沒有指示圈閉存在與否的作用（圖5）。

圖5 白云深水區(qū)典型的低位體系域及其深水沉積砂巖在層序格架內(nèi)的分布關系模式圖

4 幾點認識

深水重力流砂巖的沉積機制和分布規(guī)律從根本上影響了深水油氣勘探的儲層、圈閉等成藏條件，因此深水沉積儲層的研究主要是對深水重力流的研究。

層序地層學研究方法適用于揭示具有寬陸架背景的白云深水區(qū)主要的深水重力流沉積體系。

陸架坡折帶、三級層序界面和低位體系域共同控制主要的重力流沉積。

深水沉積層序地層學研究應該強調(diào)在三級層序界面等時性解釋的基礎上，展開穿時性、跨層序界面的沉積結構脈絡聯(lián)系的研究，三級層序界面上下沉積結構脈絡關系研究是深水沉積層序地層學研究的重要的思路和分析方法。

深水沉積儲層研究應以深水重力流沉積理論為指導，以構建三級層序地層格架為基礎，以識別共同控制主要深水沉積砂巖儲層區(qū)域分布的陸架坡折帶、三級層序界面、低位體系域等結構單元為研究思路，在建立區(qū)域層序格架基礎上，通過對等時地層結構的解釋來預測深水沉積的分布，明確深水沉積模式，對陸架坡折帶以外的低位體系域應充分考慮沉積物物源、輸送體系與沉積體的響應關系，進行跨層序界面、跨體系域和穿時性的沉積結構脈絡關系研究，即，淺海區(qū)的前一層序陸架區(qū)高位體系域沉積物組成，陸坡區(qū)層序界面上的峽谷水道，低位體系域扇體的形態(tài)和古沉積地貌等源－溝－扇的脈絡關系，以及深水扇系統(tǒng)內(nèi)的沉積體結構響應和過程的研究。

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