王光緒 吳偉 李全 周永勝 梁詩琴 劉惟慶 馮陣東

關(guān)鍵詞 深水水道；地震屬性；沉積演化；控制因素；深水Taranaki盆地；新西蘭

0 引言

深水水道是連接陸棚和深海平原的重要沉積物輸送通道，是深海沉積“源—渠—匯”體系的重要組成部分[1?3]。深水水道中砂體和細(xì)粒沉積形成了良好的油氣儲蓋組合，受到沉積學(xué)家和石油勘探家的廣泛關(guān)注，并在東非魯武馬盆地、西非下剛果盆地、英國北海盆地、墨西哥灣盆地、巴西坎波斯盆地、中國南海瓊東南盆地和西沙海槽盆地等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大型深水水道及相關(guān)沉積體的油氣富集成藏[4?12]。

深水水道沉積演化過程中，由于海底地形坡度、重力流性質(zhì)、海底底流改造作用等因素會形成復(fù)雜多變的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和多期次疊置的旋回特征[10，13?14]。砂泥為主的水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，富砂沉積物的分布規(guī)律十分復(fù)雜[9，15]，其側(cè)向物性變化很快，且不同旋回的含砂量變化很大，水道砂質(zhì)儲層分布的復(fù)雜性嚴(yán)重制約該類型油氣藏的精細(xì)勘探和高效開發(fā)[16?19]。探索深水水道沉積演化及其對儲層分布的控制機(jī)理具有重要的實(shí)踐價值。深水水道的遷移演化是探索深水水道沉積演化的基礎(chǔ)，加強(qiáng)水道遷移規(guī)律研究以及水道內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)解析，將有助于預(yù)測水道砂體內(nèi)部非均質(zhì)性變化，解決限制該類型油氣藏精細(xì)勘探和高效開發(fā)的難題。

深水水道具有多種遷移方式[15，20?24]：相對連續(xù)的遷移方式包括側(cè)向擺動遷移、垂向疊置遷移以及二者混合方式（側(cè)向擺動疊置遷移），遷移相對連續(xù)的水道是形成復(fù)合水道的基礎(chǔ)；不連續(xù)的遷移方式包括向下侵蝕遷移和空間跳躍遷移[1]，這些遷移形成了分隔復(fù)合水道的界面，是形成深水水道體系的基礎(chǔ)。許多研究探討了水道遷移的控制因素[10，24?27]，認(rèn)為水道遷移受地形坡度變化、下伏巖層性質(zhì)、沉積物性質(zhì)及搬運(yùn)速率、底流性質(zhì)及方向、水道自身限制能力等多種因素共同控制，這些因素之間相互影響形成了復(fù)雜的控制體系，在不同深水環(huán)境中對水道的影響差異巨大。

因此，筆者以新西蘭深水Taranaki盆地中新世水道體系為研究對象，利用高分辨率三維地震數(shù)據(jù)，采用地震屬性提取、沿層切片等多種適用于深水水道研究的地震解釋技術(shù)，探究深水水道的沉積演化規(guī)律及主控因素。

1 地質(zhì)背景

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)是新西蘭深水Taranaki盆地（圖1）的西北延伸，位于現(xiàn)今新喀里多尼亞海槽的東南方[28]。盆地內(nèi)沉積物供給主要來自新西蘭南島北部和北島西部[29]。盆地北部為西諾福克海嶺及Northland盆地，西北部為新喀里多尼亞盆地，西南部為Lord Howe隆起及Challenger 高原，南部為Taranaki 盆地，東部發(fā)育一系列小盆地[30]。目前，研究區(qū)域仍屬超深水前沿勘探新區(qū)，除了周邊海域存在淺層大洋鉆探井外無其他油氣資源鉆井，唯一的Romney-1井在鉆探期間未發(fā)現(xiàn)早于中新世的巖性樣品[31]。研究區(qū)內(nèi)三維地震數(shù)據(jù)覆蓋超過1 000 m水深的面積約1 700 km2，總體勘探程度較低[32]。

1.2 地層特征

新西蘭深水Taranaki盆地內(nèi)充填了白堊紀(jì)—第四紀(jì)的沉積地層（圖2），其中最老地層為晚白堊世Taniwha組的陸相層序[34]，其上為分布廣泛的Rakopi組陸相砂、煤系地層和North Cape組濱海沉積[35]；古新世—始新世，盆內(nèi)充填了Kapuni群的陸相—淺海相煤和陸源碎屑沉積[29]，分別代表次生油氣源和原生儲集巖[36]；漸新世—早中新世，盆內(nèi)充填了廣泛沉積的鈣質(zhì)泥、石灰?guī)r和少量Ngatoro群的碎屑巖[37]，指示海平面在不斷上升，研究區(qū)從淺海沉積過渡為半深海沉積；中中新世，盆內(nèi)充填以深海重力流和泥巖為主的碎屑沉積；晚中新世—現(xiàn)今，研究區(qū)海平面逐漸下降，形成以陸架—陸坡泥質(zhì)沉積、陸坡重力流沉積等為主的沉積組合，盆地東北部和中部的局部地層發(fā)育火山巖和火山碎屑沉積物[29]。

研究目的層段為中中新統(tǒng)，受澳大利亞—太平洋板塊轉(zhuǎn)換邊界的演化（阿爾卑斯斷裂）影響，中中新世盆內(nèi)陸源碎屑沉積物供給逐漸增加，陸架邊緣向西外擴(kuò)[38]，結(jié)束了先前不斷上升的海平面變化趨勢，海退層序開始，研究區(qū)開始發(fā)育大規(guī)模深水水道等重力流沉積。

1.3 研究數(shù)據(jù)及方法

本文研究數(shù)據(jù)為新西蘭Anadarko公司于2011年10月23日至12月6日期間獲得的三維地震勘探數(shù)據(jù)，并于2013 年2 月由ION 地球物理公司所處理（NZP&M石油報告可從www.nzpam.govt.nz獲?。?。該三維地震數(shù)據(jù)體的垂直采樣間隔為4 ms （TWT），處理面元為25 m×25 m，主頻近35 Hz，地震波傳播速度約為1 850 m/s，故垂直分辨率約為13 m[39]，能夠滿足此次研究的需要。

本研究利用沿層切片及地震屬性提取等地震解釋技術(shù)，追蹤并解釋了目的層段頂、底部連續(xù)性較好的地震同相軸，在頂、底界之間生成若干切片，并順層提取地震屬性（如RMS振幅屬性、方差屬性等）生成屬性平面圖像。綜合不同切片處剖面地震反射特征及平面形態(tài)變化特征，選定底界面之上40 ms、140 ms、220 ms 及280 ms 位置處的切片（記作Slice1-5，即S1～S5）作為本次研究的典型切片。方差屬性能清晰識別深水水道與周圍遠(yuǎn)洋沉積邊界，憑借沿層方差切片成像，刻畫水道的整體輪廓。由于本次研究缺少相關(guān)鉆測井資料，但結(jié)合現(xiàn)有研究，振幅屬性能較好反映水道充填沉積物的特征——振幅較強(qiáng)時反映偏砂相沉積，振幅較弱時反映偏泥相沉積[40]，故借此可分析目標(biāo)水道體系內(nèi)充填沉積物性質(zhì)，進(jìn)而分析其內(nèi)部流體特征。剖析不同區(qū)域的典型地震剖面，根據(jù)識別出的復(fù)合水道侵蝕界面，劃分水道發(fā)育期次，描述水道沉積特征。利用地震剖面與沿層屬性切片成像的交互顯示，刻畫各期復(fù)合水道平面形態(tài)特征，探究其沉積演化過程及主控因素。

2 深水水道體系的發(fā)育期次及沉積特征

新西蘭深水Taranaki盆地中中新統(tǒng)發(fā)育一套大型水道體系，分別在其上、中、下游區(qū)域各生成一條典型地震剖面，剖面中可識別水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并觀察到存在多期次切割—旋回疊置（圖1c、圖3）。

根據(jù)地震剖面中識別出的復(fù)合水道侵蝕界面，目標(biāo)水道體系的發(fā)育可劃分為5期，即殘余部分沉積結(jié)構(gòu)的復(fù)合水道Ⅰ、橫向遷移運(yùn)動的復(fù)合水道Ⅱ、垂向疊置運(yùn)動的復(fù)合水道Ⅲ、富泥雜亂充填的復(fù)合水道Ⅳ及零散分布的復(fù)合水道Ⅴ（圖3）。復(fù)合水道Ⅰ為早期水道的殘留部分，其頂?shù)状嬖诿黠@侵蝕特征。復(fù)合水道Ⅱ以側(cè)向遷移為主，垂向上基本無運(yùn)動。復(fù)合水道Ⅲ以垂向疊置為主，伴隨著水道寬度增加和小幅度的偏移。復(fù)合水道Ⅳ與前3期水道存在差異，水道內(nèi)表現(xiàn)為弱反射侵蝕—充填結(jié)構(gòu)，且水道疊置和遷移特征不明顯，與早期水道發(fā)育位置相比發(fā)生明顯的深泓跳躍（圖3）。復(fù)合水道Ⅴ發(fā)育多條細(xì)小孤立分散水道，其流動軌跡已超出下切谷圍限。

3 深水水道體系的平面形態(tài)演化

各期次復(fù)合水道的平面形態(tài)差異較大，內(nèi)部單水道的遷移方式也有顯著不同。結(jié)合水道的沿層屬性切片（圖4，5）及不同區(qū)域的典型地震剖面（圖6），探究深水水道體系的平面形態(tài)演化過程（圖4～7）。

3.1 復(fù)合水道Ⅰ平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅰ遭后期水道破壞，目前僅殘存部分結(jié)構(gòu)（圖6）。通過方差屬性分析（圖4）和殘存水道拼接，恢復(fù)了復(fù)合水道Ⅰ未破壞前的平面形態(tài)，結(jié)果顯示復(fù)合水道Ⅰ平面形態(tài)相對順直且寬度變化不大（圖7a）。

3.2 復(fù)合水道Ⅱ平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅱ經(jīng)歷了對復(fù)合水道Ⅰ的侵蝕，深泓深度穩(wěn)定后水道以側(cè)向遷移擺動為主，其寬度不斷增加，整體呈高彎曲形態(tài)（圖4～7）。隨著單水道深泓線的橫向擺動，水道彎曲度逐漸增大，在方差屬性切片中可識別出多期單水道側(cè)向遷移（圖4b）。盡管復(fù)合水道Ⅱ以側(cè)向遷移為主，但研究區(qū)東部局部地區(qū)也存在單水道順?biāo)鞣较虻倪w移運(yùn)動（圖4b）。

3.3 復(fù)合水道Ⅲ平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅲ改變了先前單水道側(cè)向遷移的方式，整體以垂向加積疊置為主（圖4c），在水道高彎道處發(fā)生截彎取直作用，形成廢棄水道，而單水道寬度也由下向上逐漸增加，且彎曲度逐漸減小（圖6、圖7c）。

3.4 復(fù)合水道Ⅳ的平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅳ與前3期強(qiáng)反射復(fù)合水道不同，其內(nèi)部充填呈弱振幅反射，代表水道內(nèi)的充填沉積為偏泥相（圖5），且其平面形態(tài)相對順直（圖7d）。復(fù)合水道Ⅲ消亡后，其早期形成的沉積空間未被完全填平（圖3），當(dāng)新的低密度重力流活動時，重力流仍優(yōu)先流經(jīng)先存的低洼帶形成新的沉積物通道。

3.5 復(fù)合水道Ⅴ的平面形態(tài)

復(fù)合水道Ⅴ包括多條零散的細(xì)小單水道，發(fā)育于復(fù)合水道Ⅳ之上的深海泥質(zhì)沉積。復(fù)合水道Ⅴ整體不受先前沉積空間限制，單水道呈分布雜亂且形態(tài)各異的特征。方差屬性切片中識別出兩條形態(tài)較清晰且運(yùn)動方向不同的水道：水道Ⅴ-1呈相對順直的平面形態(tài)，水道Ⅴ-2呈高彎曲平面形態(tài)，且兩條單水道在水道體系的下游發(fā)生匯聚（圖7e）。

4 深水水道體系的沉積演化

深水水道的沉積演化一直是深水沉積領(lǐng)域內(nèi)研究的重難點(diǎn)。McHargue et al.[41]提出水道—堤岸復(fù)合體存在4個演化階段，即水道下切侵蝕、低加積速度下以側(cè)向遷移為主的水道疊置運(yùn)動、中等加積速度下的無序演化及高加積速度下的有序演化。結(jié)合前文對目標(biāo)水道體系發(fā)育期次及平面形態(tài)的分析，認(rèn)為前4期復(fù)合水道是有序的演化過程，而復(fù)合水道Ⅴ則是無序演化。無論是有序或無序的水道演化，各期次復(fù)合水道的演化會經(jīng)歷初期下切侵蝕、中期充填沉積及末期填平消亡等3個階段（圖8）。

復(fù)合水道Ⅰ遭受后期復(fù)合水道Ⅱ的侵蝕破壞，僅殘余部分沉積結(jié)構(gòu)，因此無法了解其具體的運(yùn)動過程。通過識別殘余沉積結(jié)構(gòu)的地震反射特征，復(fù)合水道Ⅰ在初期下切侵蝕階段主要表現(xiàn)為水道深度的加深和寬度的增大，中期充填沉積階段則以底部強(qiáng)振幅沉積、頂部雜亂弱振幅沉積為主要特征。當(dāng)重力流活動停歇時，水道頂部逐漸沉積弱反射深海泥質(zhì)沉積。依據(jù)復(fù)合水道Ⅰ的侵蝕邊界與深海泥質(zhì)充填之間的位置關(guān)系（圖3，7），水道初期下切侵蝕階段形成的沉積空間已被填平，這也標(biāo)志著復(fù)合水道Ⅰ的消亡。

復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ是演化過程最為復(fù)雜的兩個期次，其初期下切侵蝕階段與復(fù)合水道Ⅰ類似，主要差異體現(xiàn)在中期充填沉積階段。復(fù)合水道Ⅱ以側(cè)向遷移運(yùn)動為特征，在中上游區(qū)域水道的側(cè)向移動距離較短、平面彎曲程度較小，而在下游區(qū)域內(nèi)水道側(cè)向移動距離較長且平面形態(tài)彎曲度增大（圖3～5）。復(fù)合水道Ⅲ則是以垂向疊置運(yùn)動為特征，在中上游區(qū)域內(nèi)水道表現(xiàn)為垂向疊置（圖3a，b），而下游區(qū)域的水道則表現(xiàn)為垂向偏移—疊置運(yùn)動，即存在向復(fù)合水道軸部方向偏移的趨勢（圖3c）。末期填平消亡階段，水道以充填深海泥質(zhì)沉積為特征，但由于復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ在初期下切侵蝕階段形成沉積空間規(guī)模較大，末期填平消亡階段所充填的沉積物無法填平該沉積空間，造成目標(biāo)水道體系仍具有負(fù)地形特征。

隨后發(fā)育的復(fù)合水道Ⅳ，將繼續(xù)沿著負(fù)地形運(yùn)動。據(jù)地震剖面中識別出的水道侵蝕界面（圖3），復(fù)合水道Ⅳ仍具備下切侵蝕能力。復(fù)合水道Ⅳ的內(nèi)部充填沉積在RMS振幅屬性沿層切片呈弱振幅反射特征，代表其內(nèi)部充填沉積物多為偏泥相（圖5d）。復(fù)合水道Ⅳ發(fā)育至末期填平消亡階段，大量深海泥質(zhì)沉積沉降，將早期形成的沉積空間填平，這也標(biāo)志著目標(biāo)水道體系負(fù)地形特征的消失。當(dāng)新一期重力流活動發(fā)育時，水道發(fā)育至最后期次——復(fù)合水道Ⅴ。由于負(fù)地形的消失，復(fù)合水道Ⅴ的運(yùn)動范圍相較前4期復(fù)合水道有所增大，并發(fā)育多條分布雜亂、形態(tài)各異的單水道（圖4，5）。這些單水道雖下切深度較淺、寬度較窄，整體規(guī)模較小，但仍表明單水道在發(fā)育初期具備下切侵蝕的能力。然而，受地震分辨率影響，對單水道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征難以進(jìn)行刻畫，但能夠觀察到單水道的剖面形態(tài)多呈“V”型或“U”型（圖3）。相較早期復(fù)合水道而言，這些單水道的形成意味著此時期重力流活動偏弱，會因后續(xù)重力流沉積物供給的不足而逐漸被深海泥質(zhì)沉積披覆，進(jìn)而消亡。

5 控制因素分析

5.1 早期水道結(jié)構(gòu)對后期水道發(fā)育環(huán)境限制程度的影響

復(fù)合水道Ⅰ為目標(biāo)水道體系中發(fā)育最早的一期水道，在復(fù)合水道Ⅰ進(jìn)入消亡階段后，頂部沉積了較厚層的深海泥質(zhì)沉積物（圖3，8），充填了先前下切侵蝕形成的負(fù)地形。因此，復(fù)合水道Ⅰ對后期水道發(fā)育環(huán)境的限制程度基本未造成影響。

后期發(fā)育的復(fù)合水道Ⅱ?qū)υ缙趶?fù)合水道Ⅰ產(chǎn)生強(qiáng)烈的侵蝕破壞，在地震剖面中僅能識別出復(fù)合水道Ⅰ的部分殘余結(jié)構(gòu)，復(fù)合水道Ⅰ、Ⅱ之間也可識別出明顯的侵蝕界面（圖3，8）。由于復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ的強(qiáng)下切侵蝕所形成的大規(guī)模沉積空間，使水道整體處于強(qiáng)限制性環(huán)境中，重力流被限制在水道內(nèi)部，流體溢岸沉積等基本不發(fā)育。

復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ消亡之后，早期形成的沉積空間并沒有充填足夠的沉積物使其被完全填平（圖3、8），目標(biāo)水道體系仍具有負(fù)地形特征，其發(fā)育環(huán)境的限制性僅由強(qiáng)變?nèi)酢Ｘ?fù)地形的存在使后期的復(fù)合水道Ⅳ繼續(xù)沿著低洼地帶運(yùn)動，根據(jù)RMS振幅屬性沿層切片，推測復(fù)合水道Ⅳ內(nèi)重力流沉積物多為偏泥相，并具有一定的下切侵蝕強(qiáng)度，在地震剖面中也能識別出復(fù)合水道Ⅳ的侵蝕界面（圖3）。復(fù)合水道Ⅳ消亡后，在其頂部識別出的大量深海泥質(zhì)沉積已將早期沉積空間填平，使目標(biāo)水道體系的發(fā)育環(huán)境由限制性轉(zhuǎn)變?yōu)榉窍拗菩浴ｋS后的復(fù)合水道Ⅴ發(fā)育在非限制性環(huán)境中，新一期重力流的橫向活動范圍大大增加，形成了多條下切深度相對較淺的單水道，并具有雜亂分布、平面形態(tài)各異的特征。

5.2 重力流規(guī)模及能量的變化

深水水道發(fā)育過程中，沉積物重力流會對水道的沉積演化、幾何形態(tài)變化產(chǎn)生重要影響，重力流規(guī)模及能量的變化會造成水道的規(guī)模及形態(tài)差異。本文目標(biāo)水道體系受到重力流規(guī)模及能量變化影響，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是在復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ的發(fā)育過程中，水道高彎道位置處發(fā)生了截彎取直作用，其平面形態(tài)由高彎曲轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬樦?；二?期復(fù)合水道的規(guī)模存在較大差異。

前文在刻畫水道平面形態(tài)變化時，發(fā)現(xiàn)在復(fù)合水道Ⅱ和Ⅲ的發(fā)育過程中，一個高彎度的水道彎道處發(fā)生截彎取直作用，原先的高彎道被廢棄（圖4，5）。結(jié)合前人研究成果，造成該現(xiàn)象的原因除了受水道彎道自身彎曲度過大影響之外，重力流規(guī)模及能量在高彎道處發(fā)生突然變化可能也是造成該現(xiàn)象的原因[42]。

目標(biāo)水道體系在發(fā)育過程中所形成的5期復(fù)合水道，其規(guī)模由大至小分別為：復(fù)合水道Ⅱ、復(fù)合水道Ⅲ、復(fù)合水道Ⅰ、復(fù)合水道Ⅳ、復(fù)合水道Ⅴ（圖3）。各期次復(fù)合水道的沉積演化過程可分為初期下切侵蝕、中期充填沉積及末期填平消亡等3 個階段（圖8）。深水水道初期下切侵蝕階段，往往是重力流最活躍的時期，復(fù)合水道內(nèi)物源供給充足，重力流規(guī)模及能量均處于最大值，其內(nèi)部流體以下切侵蝕作用為主，可強(qiáng)烈破壞下伏地層，此階段重力流可能發(fā)生過路不留；而水道發(fā)育至中期充填沉積及末期填平消亡等階段，重力流的規(guī)模及能量減弱，從而導(dǎo)致水道內(nèi)粗粒沉積物開始沉降，直至水道頂部沉積深海泥質(zhì)沉積物而消亡。重力流規(guī)模及能量的變化可能是導(dǎo)致不同期次復(fù)合水道寬度、下切深度等差異的主要因素。重力流的規(guī)模大、能量強(qiáng)時，此時會發(fā)育Ⅰ、Ⅱ期復(fù)合水道，復(fù)合水道的下切深度及寬度較大，易形成強(qiáng)限制性的水道發(fā)育環(huán)境；當(dāng)重力流對下伏地層的侵蝕能力變?nèi)鯐r，此時會發(fā)育Ⅲ、Ⅳ期復(fù)合水道，水道發(fā)育環(huán)境的限制性由強(qiáng)變?nèi)?，以加積作用為主，水道內(nèi)部碎屑物質(zhì)開始大量沉降；當(dāng)重力流活動發(fā)育在非限制環(huán)境中時，此時會發(fā)育Ⅴ期復(fù)合水道，由于水道的運(yùn)動范圍不受限制，所形成的多條單水道在空間上分布較為雜亂，并且不同單水道間的形態(tài)差異較大。

6 結(jié)論

（1） 根據(jù)地震剖面中識別出的復(fù)合水道侵蝕界面，目標(biāo)水道體系可劃分為5個發(fā)育期次，即殘余部分結(jié)構(gòu)的復(fù)合水道Ⅰ、側(cè)向擺動的復(fù)合水道Ⅱ、垂向疊置的復(fù)合水道Ⅲ、富泥充填的復(fù)合水道Ⅳ及零散分布的復(fù)合水道Ⅴ。

（2） 通過沿層屬性切片及地震剖面分析，復(fù)合水道Ⅰ、Ⅳ整體呈相對順直的平面形態(tài)；復(fù)合水道Ⅱ多為橫向遷移運(yùn)動，并表現(xiàn)出高彎曲的平面形態(tài)；復(fù)合水道Ⅲ多為垂向疊置運(yùn)動，水道依舊表現(xiàn)為彎曲平面形態(tài)；復(fù)合水道Ⅴ發(fā)育多條零散的單水道，空間上分布零散且形態(tài)各異。

（3） 各期次復(fù)合水道的沉積演化過程可劃分為3個階段，即水道的初期下切侵蝕、中期充填沉積及末期填平消亡。復(fù)合水道在初期下切侵蝕階段表現(xiàn)為水道下切深度增大及寬度的增加，末期填平消亡階段表現(xiàn)為深海泥質(zhì)沉積的沉降，但在中期充填沉積階段各期次復(fù)合水道的沉積特征差異最大。

（4） 深水水道沉積演化過程受多種因素的綜合控制。早期水道沉積結(jié)構(gòu)會控制后期水道發(fā)育環(huán)境的限制性，復(fù)合水道Ⅰ～Ⅳ整體處于限制性環(huán)境中，其演化是一個有序的過程，而復(fù)合水道Ⅴ處于非限制性環(huán)境中，經(jīng)歷了一個無序的演化過程。另外，重力流規(guī)模及能量的變化會影響各期次復(fù)合水道的發(fā)育規(guī)模。