蔡露露 劉春成 呂 明 王 穎 廖計華 朱石磊 趙 釗 薛 冬 肖 曦

(中海油研究總院 北京 100028)

西非下剛果盆地深水水道發(fā)育特征及沉積儲層預測*

蔡露露 劉春成 呂 明 王 穎 廖計華 朱石磊 趙 釗 薛 冬 肖 曦

(中海油研究總院 北京 100028)

為了較為全面地描述西非下剛果盆地中新統(tǒng)水道的特征、成因、分布規(guī)律和砂體展布，將深水水道的描述參數歸納為幾何參數、侵蝕能力、限制條件、發(fā)育期次、外部形態(tài)、內部結構和砂體情況等7類，將西非下剛果盆地深水水道分為軸部切谷充填水道、侵蝕型復合水道、侵蝕型單支水道、加積型堤岸水道和加積型朵葉化水道等5類。軸部切谷充填水道侵蝕能力最強，規(guī)模最大，含砂率高，是在切谷強限制條件下形成的多支多期復合水道群；侵蝕型復合水道發(fā)育最多、規(guī)模較大、侵蝕能力較強，含砂率較高、砂體分布較廣，屬限制條件下形成的水道復合體，是研究區(qū)的主要勘探目標；侵蝕型單支水道侵蝕能力相對變弱，屬弱限制條件下形成的期次較少的水道，規(guī)模較??；加積型堤岸水道侵蝕能力較弱，加積作用較強，屬弱限制條件下相對順直的水道，規(guī)模較小；加積型朵葉化水道侵蝕能力最弱，是在非限制條件下形成的水道，其席狀朵葉砂體含砂率較高、分布較廣，是研究區(qū)的次要勘探目標。這5類水道分別發(fā)育于下剛果深水扇的不同部位，經歷了不同的沉積演化階段。在深水水道發(fā)育特征研究的基礎上，對研究區(qū)東北部A區(qū)塊SQ1—SQ7沉積相及儲層進行了預測，并指出海平面變化和構造抬升是控制下剛果盆地深水沉積類型及分布的主控因素，鉆前預測結果和鉆探結果吻合度較高，證明了本文預測技術和研究思路的正確性和可行性。

下剛果盆地；深水水道；水道發(fā)育特征；沉積演化；沉積儲層預測

世界深水油氣資源豐富，20世紀80年代至今，深水勘探迅速成為科學研究的新領域。據2013年美國地質調查局和國際能源機構的評估結果，全球28個深水盆地的深水區(qū)累計發(fā)現油氣可采儲量達1 370億桶，而下剛果盆地深水油氣儲量約195億桶，占全球深水油氣可采儲量的14.3%，其中深水水道砂巖是最重要的油氣儲層。

水道作為深水沉積物輸導的重要通道和儲層的重要組成部分，前人的研究也比較成熟，研究區(qū)包括尼日爾三角洲深水扇、亞馬遜扇、密西西比扇、下剛果扇、孟加拉扇、印度扇、羅訥深海扇和尼羅河深水扇等[1]，研究內容涉及深水扇沉積成因模式[2]、深水成因機制[3]、深水儲層預測方法[4-5]、水道的內部結構[6-12]、水道的特征[13-14]、水道的參數描述[15-17]、水道-天然堤的形成及結構[18]、水道與朵葉的結構和演化[19-21]等，還有對現代剛果扇和現代水道[22-25]的研究也較多，但從多口鉆井出發(fā)較為全面地介紹水道特征、成因、分布規(guī)律和砂體展布的文章還很少。

本文通過對水道的寬度、深度、曲率、外部形態(tài)、內部結構、限制條件等因素的分析，將研究區(qū)水道進行分類，指出了研究區(qū)的主要水道類型，并分析了古剛果扇不同部位水道的規(guī)模和砂體情況，以此指導研究區(qū)東北部A區(qū)塊SQ1—SQ7沉積相及儲層的預測，同時分析了該區(qū)水道演化的主控因素。

1 區(qū)域概況

下剛果盆地位于非洲西海岸，是漸新世開始發(fā)育的被動大陸邊緣盆地，該盆地發(fā)育世界上第二大規(guī)模的深水扇——剛果扇。剛果扇位于剛果—安哥拉近海，北側由喀麥隆火山脊與加蓬盆地相隔，南側由鯨魚海嶺與寬扎盆地相隔，從大陸坡開始，經剛果深海峽谷，一直延伸至深海平原，東西軸長800 km，面積達30萬km2(圖1)。

下剛果深水扇與世界各地許多深水扇不同，其物源由富砂的剛果河經下切大陸架和大陸坡的深海峽谷直接輸送至海底形成富砂的下剛果扇，在河流入海位置并未形成大型的陸架邊緣三角洲，大型峽谷的通道運輸形成了下剛果扇樹枝狀發(fā)散的形態(tài)。剛果扇軸向運輸較遠，是一個典型的長軸深水扇，在扇體的不同部位發(fā)育不同的沉積類型。

研究區(qū)位于現今剛果扇的扇根部位，面積約1 770 km2(圖1)。早中新世—晚中新世，剛果河由南向北遷移，陸架坡折帶由陸向海方向推進，造成下剛果扇主體由東南向西北方向的遷移演化，研究區(qū)分別經歷了剛果扇的不同發(fā)育部位(扇根、扇中、扇北部邊緣)。截至2015年，研究區(qū)已鉆探10口井，目前主要勘探目標為中新統(tǒng)濁積水道砂體，其次為席狀朵葉砂體，目的層厚度1200～1500m，埋深1 500～3 500 m，工區(qū)現今水深350～1 200 m。

圖1 下剛果盆地及研究區(qū)位置

根據深水沉積成因和高分辨率層序地層學理論，借鑒河流相的“二元結構”特點，將下剛果盆地中新統(tǒng)劃分為7個三級層序，即發(fā)育7期深水沉積(圖2)。一個完整的深水沉積層序具有典型的雙層結構特點：層序下部為“異地沉積”，以大套砂夾薄層泥為主，包括塊體流、碎屑流、高密度濁流和低密度濁流；層序上部為“原地沉積”，以大套泥夾薄層砂巖為主[26]。下剛果盆地中新統(tǒng)局部可見侵蝕型濁積水道和較大規(guī)模的水道復合體(SQ1、SQ3、SQ4、SQ7)對下伏地層形成的不整合，SQ2、SQ5層序受到后期侵蝕切割，水道主體發(fā)育不完整，水道底部為中—弱振幅反射的滑塌和碎屑流沉積。

圖2 下剛果盆地中新統(tǒng)三級層序劃分

2 研究區(qū)深水水道發(fā)育特征

2.1 深水水道描述參數

深水水道特征的描述參數可歸納為幾何參數、侵蝕能力、限制條件、發(fā)育期次、外部形態(tài)、內部結構和砂體情況等7類(表1)。 這7類參數中，幾何參數是相對獨立的定量參數，其中曲率是描述水道的一個重要定量參數。Deptuck等[28]對西非水道曲率隨水道長度的變化統(tǒng)計結果顯示(圖3)：水道上游，曲率較高，為1.5～2.0；水道中上游，曲率達到最高，為2～5；水道中下游，曲率較低，為1.2～1.5；水道下游，曲率最低，接近于1。曲率的變化與水動力作用強度和地形坡度都有一定關系，一般來說水動力越強、坡度越陡，曲率越低；水動力越弱、坡度越緩，曲率越高。上游水道雖然曲率不是最高，但水動力作用和侵蝕能力較強，通常形成的水道規(guī)模都比較大，并且后期水道都是在前期形成的水道限制背景之下搬運沉積；中上游曲率最高，地形梯度約10 m/km，一般形成侵蝕性高彎水道；中下游水道，水動力作用減弱，曲率降低，通常形成弱侵蝕-加積型的水道和加積堤岸水道；水道下游，水動力作用減弱，曲率最低，約為1，地形梯度14～15 m/km，主要沉積加積作用為主的堤岸水道和朵葉化水道。

水道定性參數的獨立性較弱，有些參數在一定程度可能表征相似的地質意義。例如：水道的侵蝕能力和限制條件可能具有一定的聯(lián)系，在強限制條件下，可能會形成侵蝕能力強-加積作用弱的水道；而在弱限制-非限制條件下，形成的水道加積作用相對較強，侵蝕能力相對較弱。

2.2 深水水道差異性分析

發(fā)育在剛果扇不同位置的水道，其形態(tài)和規(guī)模差別很大，根據水道的幾何參數、侵蝕能力、限制條件等參數的差異，將剛果扇水道分為軸部切谷充填水道、侵蝕型復合水道、侵蝕型單支水道、加積型堤岸水道和加積型朵葉化水道等5種類型。

表1 深水水道描述參數(據文獻[10,16-17,27]修改補充)

Table 1 Deep water channel description parameters(modified after references [10,16-17,27])

圖3 水道曲率隨水道長度的變化(據Deptuck等[28]修改)

1) 軸部切谷充填水道。

軸部切谷充填水道通常發(fā)育于深水扇的扇根和扇體軸向部位，是深水扇沉積物的重要疏通通道，因濁流侵蝕作用形成早期的限制背景，后經多期水道的側向遷移和垂向疊置共同作用，形成規(guī)模較大的多支多期復合水道群。軸部切谷充填水道寬度7～10 km，深度200～500 m；水道外邊界相對順直，內部水道為高彎度，曲率大于1.5；水道外部呈U形，內部為中—高振幅、中頻率、斷續(xù)—雜亂反射特征(圖4左)。W10井SQ4期鉆井資料(圖4右)顯示，每一期水道GR曲線為鐘形特征，多期水道復合體總厚度為216.6 m，其中21組砂層累計砂體厚度82.7 m，砂地比為38%。

2) 侵蝕型復合水道。

侵蝕型復合水道通常發(fā)育于深水扇的扇中，規(guī)模比軸部切谷充填水道小。水道平均寬度2～3 km，厚度80～200 m；水道外邊界明顯，一般呈U、V形特征；水道內部為中—高振幅、中—低頻率、雜亂反射特征；限制條件相對較強，內部水道發(fā)育期次也較多(圖5左)。W8井SQ7期水道是一個多期水道復合體，地層厚度180 m，18套砂巖總厚度89.2 m，砂地比為49.6%(圖5中)。一般來說每一期水道從下到上表現為由粗變細的巖性正韻律旋回特征：下部為粒度較粗的礫巖和粗砂巖，屬水道底部滯留沉積；向上粒度變細，從粗砂巖到細砂巖，再到粉砂巖，屬水道砂壩沉積；水道頂部具水平紋理的泥巖，屬天然堤-半深海泥巖沉積。巖心照片上所能識別出的一個旋回厚度約4 m(圖5右)，在錄井圖上表現為一套砂巖，在地震剖面上只是一個強反射軸。侵蝕型復合水道是研究區(qū)最重要的一類水道，其砂體規(guī)模大，砂地比高，連通性較好，是本區(qū)深水沉積最有利的勘探目標。

圖4 SQ4期軸部切谷充填水道測井及地震響應特征

圖5 SQ7期侵蝕型復合水道巖性組合及測井地震響應特征

3)侵蝕型單支水道。

侵蝕型單支水道一般發(fā)育在深水扇的下游。水道寬100～200 m，深20～30 m，寬深比3.3～10.0，平均曲率1.5；形成于弱限制條件下，水動力作用減弱，但還具有一定的侵蝕能力，水道發(fā)育期次較少；水道外形呈U形，兩側天然堤不發(fā)育；水道內部呈中—高振幅、中—低頻率、連續(xù)性較好的地震反射特征(圖6)。和侵蝕型復合水道相比，侵蝕型單支水道的規(guī)模較小，砂體總厚度較薄，但砂地比較高，由于受到規(guī)模的限制，很少有鉆井將此類水道砂體作為主要目標儲層，多是在鉆探復合水道或席狀朵葉砂儲層時，兼顧或偶遇此類水道砂體。

圖6 研究區(qū)侵蝕型單支水道地震響應特征

4)加積型堤岸水道。

加積型堤岸水道是水動力作用減小、水道侵蝕能力變弱、濁積體漫溢在水道兩側加積而產生的堤岸-水道體系。水道寬90～180 m，深18～30 m，曲率1.1～1.4，屬于相對順直的水道；水道主體為弱振幅反射，此類水道主體砂地比不高；水道內沉積物溢出形成兩側加積型天然堤，堤岸-水道體系外形呈海鷗翅膀狀(鷗翼狀)。堤岸主要為中—強振幅、中—低頻率、連續(xù)性較好的反射特征，分布于水道兩側，并超覆于下部地層之上；近端天然堤砂地比相對較高，振幅較強，連續(xù)性較好；遠端天然堤砂地比較低，主要以泥質為主，表現為弱振幅、中頻率、連續(xù)性較好的反射特征(圖7左)。W8井SQ7期水道頂部2套天然堤砂體，厚度分別為1.7 m和1.2 m，堤岸砂體相對水道主體砂體粒度較細，GR測井曲線較水道主體偏高(圖7右)。

5)加積型朵葉化水道。

朵葉的形成都伴隨著加積型水道的發(fā)育，加積型朵葉化水道是水道與朵葉的復合體系。深水沉積類型中的朵葉包括水道過路朵葉和水道末端朵葉：水道過路朵葉是濁積水道途經海底洼地時，將所攜帶的沉積物填滿洼地后再向前推進，形成砂地比較高、面積有限的砂體，這類朵葉形成于弱限制條件下，砂體的分布范圍取決于水道通過的洼地范圍，砂體邊界呈超覆接觸關系；水道末端朵葉是在水道侵蝕能力變弱，加積作用變強之時，在地勢相對平坦的環(huán)境下形成的薄而廣的砂體，砂體邊界一般呈逐漸過渡關系，這類朵葉形成于非限制條件下，砂體的分布范圍受濁積體的含砂量和地形等因素控制。在本研究區(qū)，水道過路朵葉通常比水道末端朵葉砂體厚，但其分布范圍有限。

朵葉化水道在工區(qū)范圍內分布有限，地震上表現為連續(xù)性較好的強振幅反射，GR測井曲線上表現為箱形特征，W3井SQ7期鉆遇席狀朵葉砂體，平均砂體厚度約10.9 m。地震資料能夠識別的朵葉是多個朵葉單體所組成的復合體，以W3井SQ7期朵葉為例，地震平面圖上表現為1期朵葉，但地震剖面至少可分為2期，GR測井曲線是具“雙峰”的箱形特征，推測W3井朵葉復合體垂向上至少由2期朵葉單體組成(圖8)。加積型朵葉化水道儲層主要為分布較廣的席狀朵葉砂體，是本區(qū)深水沉積的次要勘探目標。

以上5種類型的水道特征匯總結果見表2。

圖7 SQ7期加積型堤岸水道測井及地震響應特征

圖8 SQ7期加積型朵葉化水道測井及地震響應特征

表2 下剛果盆地深水水道分類及特征

2.3 深水水道演化模式

5種類型的水道分別發(fā)育于深水扇的不同部位，分別經歷了不同的演化階段。軸部切谷充填水道復合體一般發(fā)育于扇體的根部或軸向部位，屬于上游水道，在重力流水動力較強時下切下伏地層形成早期的限制背景，后經充填演化而成(圖9，A位置)。侵蝕型復合水道多發(fā)育于扇體的中游，是多支多期水道經過遷移演化形成的水道復合體(圖9，B位置)。侵蝕型單支水道發(fā)育于扇體中下游，此類水道如果物源供給充足，水動力作用繼續(xù)保持較強狀態(tài)，可能會演化為侵蝕型復合水道；如果物源供給不足，水動力作用減弱，延伸不遠就會衰亡(圖9，C位置)。加積型堤岸水道重力流作用減弱，開始由侵蝕變?yōu)榧臃e作用，多出現在扇體下游(圖9，D位置)；此類水道再往下游，侵蝕作用將越發(fā)減弱，加積型堤岸水道演變?yōu)榧臃e型朵葉化水道。加積型朵葉化水道是重力流水動力在最弱的時候形成的，通常發(fā)育于扇體的下游或扇體的外緣；雖然朵葉水動力較弱，但分布面積較廣，而且砂體連通性較好，是深水扇中覆蓋面積最廣的沉積類型(圖9，E位置)。

圖9 下剛果盆地不同類型水道沉積模式

3 研究區(qū)沉積演化及儲層預測

3.1 沉積相及儲層預測

通過對比深水水道的差異性，指出每種水道發(fā)育的部位和砂體分布情況，結合實際鉆井標定，利用地球物理屬性融合技術和三維可視化技術，針對本區(qū)最具勘探意義的侵蝕型復合水道和加積型朵葉化水道(兼顧加積型堤岸水道)編制了研究區(qū)東北部A區(qū)塊SQ1—SQ7沉積相及儲層預測圖(圖10)。

SQ7是工區(qū)內侵蝕型復合水道發(fā)育范圍最廣的一期，其中還發(fā)育加積型朵葉化水道；其次是SQ3和SQ4，主要發(fā)育侵蝕型復合水道和加積型堤岸水道，在工區(qū)西南方向(圖10未包含)，SQ4還發(fā)育一支自東向西的軸部切谷充填水道并分叉(圖4)；SQ1、SQ2、SQ6侵蝕型復合水道較少，單支水道較發(fā)育；SQ5侵蝕型復合水道發(fā)育也較少，加積型堤岸水道最為發(fā)育。

圖10 研究區(qū)東北部沉積相圖(SQ1—SQ7)

3.2 水道演化影響因素分析

SQ1—SQ3水道規(guī)模和分布范圍逐漸變大，SQ4開始規(guī)模變小，至SQ5規(guī)模最小，SQ6開始規(guī)模變大，至SQ7水道規(guī)模和分布范圍又達到最大。分析認為，SQ1—SQ3時期，一級海平面變化不大，但二級海平面在SQ3下降最低，造成SQ3水道規(guī)模較大，分布范圍較廣；SQ4—SQ7時期，海平面持續(xù)下降，在SQ6、SQ7期海平面下降到最低，但同時由于板塊碰撞造成西非海岸構造抬升，抬升幅度在SQ7期達到最大，所以綜合海平面變化和構造升降因素，SQ7期發(fā)育的水道規(guī)模和范圍最大(圖11)。綜合分析認為，相對海平面變化和構造升降是控制下剛果盆地深水沉積類型及分布的直接因素。而中新世濕潤的氣候條件為剛果河提供豐富的物源條件，也是下剛果扇形成的重要因素。

3.3 預測效果分析

將預測結果(圖10)與W9井鉆后結果對比(圖12)：W9井位置SQ3鉆前預測為侵蝕型復合水道主體部分，復合體寬度較大，發(fā)育多套砂體，砂地比較高；鉆后結果顯示復合水道總地層厚度為216 m，復合水道累計砂巖厚度為93.6 m，砂地比為43.3%。W9井位置SQ4鉆前預測為復合水道的邊界，砂體厚度并不大，地震剖面上表現為中強振幅、中低頻率、斷續(xù)反射的特征；鉆后結果顯示為6套濁積水道砂巖，總厚度35.4 m。W9井位置SQ7鉆前預測為侵蝕型復合水道，且至少可分為3期；鉆后結果顯示復合水道總地層厚度180 m，復合水道累計砂巖厚度為89.2 m，砂地比49.6%。鉆前預測結果和鉆探結果吻合度較高，證明了預測技術和研究思路的正確性和可行性。

圖11 西非海平面變化及構造抬升(SQ1—SQ7)

圖12 W9井單井相與過井地震反射特征

Fig .12 Single well facies of Well 9 and cross-borehole seismic characteristics

4 結論

1) 將深水水道的描述參數歸納為幾何參數、侵蝕能力、限制條件、發(fā)育期次、外部形態(tài)、內部結構和砂體情況等7類，將西非下剛果盆地深水水道分為軸部切谷充填水道、侵蝕型復合水道、侵蝕型單支水道、加積型堤岸水道和加積型朵葉化水道等5類，結合水道地震屬性，對5種水道進行了差異性分析。從水道的寬度、深度、曲率等方面定量描述，結合水道的物源供給、充填情況、發(fā)育期次、內部結構、外部形態(tài)、侵蝕加積情況等方面定性描述，分析了每種水道的含砂率及分布等，并探討了它們的沉積演化模式。其中，侵蝕型復合水道是研究區(qū)的主要勘探目標，加積型朵葉化水道是研究區(qū)的次要勘探目標。

2) 以深水水道發(fā)育特征研究為指導，對研究區(qū)東北部A區(qū)塊SQ1—SQ7沉積相及儲層進行預測，并指出海平面變化和構造抬升是控制下剛果盆地深水沉積類型及分布的主控因素。W9井位置SQ3、SQ4、SQ7鉆前預測和實鉆結果高度吻合，證明了預測技術和研究思路的正確性和可行性。

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(編輯：馮 娜)

The development characteristics of deep water channel and sedimentary reservoir prediction in Lower Congo basin, West Africa

Cai Lulu Liu Chuncheng Lyu Ming Wang Ying Liao Jihua Zhu Shilei Zhao Zhao Xue Dong Xiao Xi

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

In order to describe the characteristics, origin, distribution, and sand body distribution of deep water channel in Miocene in Lower Congo basin, West Africa, the deep water channel description parameters are divided into 7 classes, respectively is: geometrical parameters, erosion ability, confined conditions, development period, external morphology, internal structure and sand body condition. The deep water channels in Lower Congo basin can be divided into 5 types, respectively is: axial valley-fill channel, erosional complex channel, erosional single channel, aggradational leveed channel and aggradational lobed channel. Among them, the axial valley-fill channel erosion ability is strongest, scale is largest, and sand content is highest. It is a multi-branch and multi-period channel group formed under strongest confined conditions. The erosion complex channel is widely developed, scale is larger, erosion ability is stronger, sand content is higher, sand body is widely distributed. It is a complex channel formed under strong confined conditions, which is the main exploration target in the study area. The erosion ability of erosional single channel is relatively weak, and it is less-period and smaller channel formed under weaker confined conditions. Aggradational leveed channel has the weaker erosion ability and stronger aggrading action. It is a relatively straight channel formed under weaker confined conditions. Aggradational lobed channel has the weakest erosion ability, and it is formed under non-confined conditions. The sheet lobe sand is higher sand content ratio and widest distribution, and it is the second exploration target in the study area. These 5 types of channels are developed in different parts of Congo deep water fan, and have experienced different stages of sedimentary evolution. On the basis of the research of deep water channel development characteristics, the sedimentary facies and reservoir are predicted in northeast of the study area (A block). It is pointed out that the sea level change and tectonic uplift are the main controlling factors for the types and distribution of deep water sedimentary in Lower Congo basin. Pre-drilling prediction results and drilling results are coincident, which proves the correctness and feasibility of this prediction techniques and research ideas.

Lower Congo basin; deep water channel; channel development characteristics; sedimentary evolution; sedimentary reservoir prediction

*“十二五”國家科技重大專項“海洋深水區(qū)油氣勘探關鍵技術(編號：2011ZX05025)”、中國海洋石油有限公司勘探部項目“勘探技術應用與發(fā)展項目-地層沉積技術應用與發(fā)展子項(編號：2013-KT-09)”部分研究成果。

蔡露露，男，工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學(北京)地質資源與地質工程專業(yè)，獲博士學位，主要從事沉積儲層研究工作。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院1號樓(郵編：100028)。E-mail：caill2@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)02-0060-11

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.007

TE121

A

2015-10-08 改回日期：2016-01-29

蔡露露,劉春成，呂明，等.西非下剛果盆地深水水道發(fā)育特征及沉積儲層預測[J].中國海上油氣，2016,28(2)：60-70.

Cai Lulu,Liu Chuncheng,Lyu Ming,et al.The development characteristics of deep water channel and sedimentary reservoir prediction in Lower Congo basin, West Africa[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(2):60-70.