尼日尔三角洲盆地过路朵叶体特征及发育模式

胡孝林，于 水，刘新颖

(中海石油研究总院，北京 100027)

尼日尔三角洲盆地过路朵叶体特征及发育模式

胡孝林，于 水，刘新颖

(中海石油研究总院，北京 100027)

选取尼日尔三角洲盆地某深水区块，通过钻井、地震反射特征及地形特征分析，揭示在陆坡内发育的过路朵叶沉积储层及结构特征，建立过路朵叶发育模式，明确地形特征及沉积物源供给对过路朵叶发育及演化的控制作用.结果表明，工区内过路朵叶具有块状充填的沉积特征，表现沉积时受低地形限制快速充填的特征；储层平面分布范围优于线性水道且具有优良的储集性能，其发育规模和平面分布主要受泥岩上拱形成的微型盆地控制，表现一个多期“充填—溢出”过程，可划分为原始地形、初始充填、后期充填、溢出、水道侵蚀等5个阶段，每个阶段沉积储层特征及平面展布特征都存在差异.此外，重力流流体密度、海平面变化对过路朵叶规模、发育位置也具有较大影响.

尼日尔三角洲盆地；深水扇；过路朵叶；沉积特征；发育模式

0 引言

对于深水扇沉积体系，石油工业界一般依据储层发育程度、平面分布及联通性质等，划分出深水水道(channel)、朵叶(lobe)、天然堤(levee)、溢岸(over bank)等沉积单元.其中朵叶与水道一起构成深水油气最主要的储集体.作为主要的深水油气储层之一，朵叶体在某些盆地中的重要性甚至超过深水水道的.如在墨西哥湾盆地北部深水区，60%的产量来自朵叶砂体，而来自深水水道砂体的产量只有25%[1].此外，在巴西海上、西非安哥拉海上、尼日利亚深水区等朵叶砂体为重要的油气储层[2-4].过路朵叶是朵叶的一种，指在深水水道过路过程中，局部低地形内重力流沉积物部分卸载，对局部低地形充填—溢出而形成的朵叶状或长条状沉积体[5]；通常，具有中等宽厚比(300∶1～500∶1)的块状充填及后期水道切割的特征.该类沉积体储层兼具水道砂体的较大垂向厚度及末端朵叶(席状砂)的平面延展及联通性，因而对于深水油气勘探具有重要意义.笔者以西非尼日尔三角洲盆地深水区为例，探讨该盆地主要深水油气储层——过路朵叶的基本特征及发育模式，以期对该地区或相似地区的深水油气勘探和开发提供指导.

1 地质概况

尼日尔三角洲盆地位于西非几内亚湾，盆地面积可达30×104km2，发育西南方向延展的新生代三角洲，盆地最大沉积厚度为12 km[6-7].作为世界上少有的在1 000×104a中形成的单体沉积体系和石油系统，自白垩纪开始，在尼日利亚三叉裂谷衰亡一支的基础上发育，为西非一系列被动大陆边缘盆地中最北段的一个，经历裂谷期、漂移期2个演化阶段[8].裂谷期发育于下白垩统阿尔布阶(Albian)—上白垩统三冬阶(Santonian)，主要为海进体系沉积的砂泥岩地层，局部发育碳酸盐岩沉积，下覆前寒武纪结晶基底(见图1).至晚白垩世坎潘期，盆地进入漂移阶段，至古新世，为浅海—深海相沉积地层.始新世后，伴随全球海平面下降及非洲大陆隆升，盆地物源供给充沛，在陆架至陆坡区域，发育大型浪控三角洲—深水扇沉积体系(见图1)，该套沉积也是盆地目前深水油气勘探的主要目的层系.根据岩性地层划分，盆地自下而上分别发育阿卡塔组(Akata)、阿格巴达组(Agbada)和贝宁组(Benin)等3个穿时地层单元[9](见图2).与典型西非被动大陆边缘盆地不同的是，尼日尔三角洲盆地内不发育盐岩沉积，下部活动地层以海相泥岩为主，泥岩的活动对盆地沉积体系发育及油气成藏作用的影响明显.按构造样式及泥岩活动特征，盆地由陆向海可依次划分为伸展带、转换过渡带和压缩带[10-11](见图2)，现今深水油气勘探活动主要集中在转换过渡带.

图1 尼日尔三角洲盆地地层柱状图及深水扇发育概况(据IHS，2005年修改)Fig.1 Stratigraphic column and development of deep-water fan in Niger delta basin

图2 尼日尔三角洲盆地结构Fig.2 Tectonic structure of Niger delta basin

作为整个盆地主体的尼日尔三角洲形成于始新世，整体上向西南方向进积，至上新世、更新世时期进积幅度更大.伴随三角洲的不断进积，其前缘位置发育3个大型的深水扇沉积体系，从东向西依次为卡拉巴扇、尼日尔扇和艾文扇[12](见图1)，由陆坡上部发育的多条切谷体系同时供给物源[7](见图1)，具有线物源供给特征.切谷体系宽度一般在5 km以下，切深小于200 m，向海方向逐渐发育天然堤—水道体系，在陆坡中下部沉积多个末端朵叶，延伸长度可达700 km[10].陆坡上大量发育的泥岩相关构造，通过陆坡地形改变，对深水扇沉积相带及延展方向产生一定的控制作用.盆地内现今活动的切谷主要集中在盆地的西部及中部，与尼日尔三角洲主体进积方向的周期性迁移有关[13].

2 沉积特征

2.1 沉积背景

工区位于盆地陆坡中部.平面上位于艾文扇东侧(见图1)，水深为1.0～1.5 km，工区发育多个超压泥岩活动形成的泥拱构造，对工区地形改变及深水沉积体系沉积影响作用明显.工区内深水扇体系主要发育在中新世，根据中新统沉积相平面分析(见图3)，工区内深水扇体系沉积单元组成包括深水水道、天然堤—溢岸、过路朵叶、决口朵叶及末端朵叶等多种，平面展布方向呈现NNE-SSW或NE-SW向.工区过中新统过路朵叶发育，与工区超压泥岩活动及尼日尔河供给物源含砂量有密切关系.工区超压泥岩多期活动形成多个泥拱构造，对地形产生明显改造作用，在工区相邻泥拱的低洼部位，形成多个与泥活动相关的“微型盆地(Mini basin)”，在微型盆地内重力流流体的多次充填—溢出，为过路朵叶沉积提供基本的地形背景(见图1).此外，盆地主要物源供给河流——尼日尔河流域宽广，且植被较为发育，使该河流提供的物源砂质含量相对较低，加之部分碎屑物质沉积于盆地宽广的陆架，因而盆地深水扇体系表现出典型的“富泥扇”特征[14]，单次重力流流体密度较低，能量相对较弱，除在盆地陆坡上部重力流表现出明显的侵蚀下切特征外，至工区所在的陆坡中部，重力流流体以沉积卸载为主，对斜坡内小型盆地的侵蚀作用有限，有利于过路朵叶沉积的保存；同时，较低的重力流流体密度有利于深水扇沉积相带在纵向上的分异，且能够延伸较远，为沿物源方向分布的多个“微型盆地”的依次充填—溢出提供有利条件(见图3).此外，始新世以来长期海平面下降，盆地三角洲体系整体向海推近，为深水扇体系的沉积提供充足的物源保证，沉积物对工区微型盆地的填平补齐作用加剧，有利于过路朵叶的大量发育.

图3 工区中新统沉积相Fig.3 Miocene sedimentary facies of study area

2.2 储层特征

工区T1井钻遇中新世过路朵叶.根据该井钻井取心特征，过路朵叶由多个0.5～2.0 m厚的中—细砂岩组成，分选较好，垂向上可由多个向上变细的旋回构成，旋回底部砂岩含大量的泥砾和漂浮的石英颗粒，局部可见少量菱铁矿碎屑和分选差的砂质角砾岩沉积的正旋回砂岩组成，主要为块状，局部可见正粒序层理，无明显层理构造，显示充填为主的特征，向上逐步过渡到发育水平层理、交错层理的细砂岩—粉砂岩沉积.至顶部，由于钻井位置不同，可见其顶部深水水道的侵蚀特征或水道边部的天然堤沉积，其中岩性上表现出块状粗砂岩或砾岩夹大量泥砾，为水道底部侵蚀阶段沉积物，以粉砂及细沙薄互层，发育大量波状交错层理的岩心段为天然堤沉积(见图4).砂岩段间夹有薄层海相泥岩，说明在过路朵叶沉积过程中存在多期垂向叠置的特征.测井曲线表现为顶底突变的箱型、漏斗型和钟型，齿化不明显，说明过路朵叶相对连续的充填特征(见图4).

由于泥拱多期活动，工区中新世过路朵叶的先成沉积地形很难恢复，选取工区受泥岩活动影响较小的更新世过路朵叶说明沉积时地形及平面展布特征.工区中部，由于受到西部、东部及南部3个泥拱、泥底辟的共同影响，形成一长轴近南北向展布的微型盆地，盆地南北长约为15 km，东西宽约为7 km，地震剖面上最大时间深度为100 ms，在其内沉积盆地长轴方向展布的过路朵叶面积约为60 km2.2条近南北向深水水道切穿其上，为该微型盆地供给砂质碎屑沉积物，汇合后从微型盆地东南方向开口处流出(见图5).在地震剖面上该过路朵叶以中低频、中强振幅连续相为主，内部表现为丘状、杂乱或强振幅连续充填特征(见图6)，上部被后期水道侵蚀切割.

工区钻测井分析表明，过路朵叶具有较好的孔深及储集性能，单个过路朵叶沉积砂体厚度一般在20.0 m以上，最大的为31.9 m，含砂率为25.21%～86.22%，说明该类型沉积体砂体较为发育.砂岩单层厚度多数在1.0～3.0 m之间，最大的可到24.0 m，工区钻遇过路朵叶沉积砂体层数一般较少，多数在4层以下，表明其厚层充填的特征.岩心分析表明，在上覆地层厚度约为2 km的情况下，其孔隙度分布在21%～30%之间，平均可达25%，渗透率分布较广，在(200.00～2 160.16)×10-3μm2之间，平均高达829.53× 10-3μm2，多数样品点大于500.00×10-3μm2(见图7)，根据取心分析数据，过路朵叶沉积砂体具有优良的孔渗特征.

2.3 过路朵叶与末端朵叶区别

过路朵叶沉积原理与末端朵叶具有相似性，两者是线性重力流流体由地形变化引起能量卸载的沉积产物.由于沉积位置及地形条件差异，两者在沉积产物特征方面存在较大差异.首先，过路朵叶更靠近沉积物源，根据工区模式(见图8)，其发育时期更靠近海平面下降最低期，因而，沉积时沉积物源供给更为充足、能量更强，在遇到地形突然变化时沉积物卸载速率更快，表现为过路朵叶沉积时的快速块状充填特征，储层单层厚度大，最大可达20 m以上；而末端朵叶倾向于表现为缓慢层状沉积特征，储层单层厚度相对较小，多数在1～3 m之间.其次，两者沉积时地形条件有巨大的差别，过路朵叶沉积于局限地形，多数是由于泥岩或盐岩活动形成的小型斜坡盆地，局限地形在一定程度上加剧沉积物在垂向上的堆积特征，使过路朵叶表现出厚层砂岩叠合的特征；末端朵叶沉积于深水扇体系的最前端，为非限制或限制不明显的地形条件，因而过路朵叶平面分布范围往往受限于斜坡盆地的大小.第三，根据工区研究实例，多数过路朵叶面积在100 km2以下；而末端朵叶由于沉积于开阔地形，只受控于海平面升降影响下的沉积物供给量及供给速率，因而能够形成较大平面分布范围，即使在工区靠近陆坡中部的区域，也能达300 km2.同时，开阔体系条件下，末端朵叶单次沉积厚度一般较薄，加之2次重力流流体之间沉积的薄层海相泥岩，表现出砂泥薄互层沉积特征.

图4 T1、T2井中新统过路朵叶岩心描述Fig.4 Core description of Miocene transient lobe，well T1 and T2

3 发育模式

根据过路朵叶沉积储层特征分析，过路朵叶具有明显的块状特征，表现出沉积体沉积时的快速充填特征.根据平面分布特征，过路朵叶主要发育在具有局限地形条件的中部陆坡，一般呈拉长的朵叶状或线状(见图3和图5)，发育特征及分布位置受局限地形的控制，是一个复杂的“充填—溢出”过程.演化阶段可以划分为5个阶段(见图9)，每个阶段沉积储层发育特征及平面展布特征都存在一定差异.

第一阶段为原始地形的形成阶段，局限地形盆地必须具有一定深度和宽度，才能对上倾方向的物源产生截留作用(图9)，直接决定过路朵叶储层的总体厚度及分布面积，是过路朵叶沉积储层形成的先决条件；但局限地形盆地深度和宽度也不能过大，过大的局限地形内部直接形成末端朵叶体系.根据工区实例，这些局限盆地的宽度一般在4～15 km之间，深度在150 m以下.在西非地区该类局限地形形成的原因主要是与泥岩活动相关的构造活动.

图5 研究区更新世过路朵叶均方根振幅属性(T1—T2井)(位置见图3)Fig.5 The RMS attribute map of Pleistocene transient lobe(The Location in Fig.3)

图6 更新世过路朵叶时间域地震剖面Fig.6 The seismic profile of Pleistocene transient lobe

第二阶段为过路朵叶对局限地形的初始充填阶段.该阶段来自上部水道或者滑塌重力流沉积物开始充填局限地形，在局部地区，可能见到过路朵叶对局限地形底部的冲刷侵蚀作用.该阶段海平面较高，物源供给不充足，同时存在上部局限地形对沉积物的截留作用，因此在钻井上过路朵叶底部砂体厚度往往较薄(见图9).在该阶段结束后，伴随一个短暂的海平面升高过程，局限地形内部充填一定厚度的海相泥岩(见图9).

图7 T1井中新统过路朵叶岩心物性分析交会图Fig.7 Reservoir properties of Miocene transient lobe，well T1

图8 尼日尔三角洲盆地深水沉积单元垂向发育模式(据刘新颖修改，2013年)Fig.8 Evolution model of deep-water sedimentary，Niger delta basin

第三阶段为后期充填阶段.该阶段随海平面的降低，深水扇体系物源充足，物源开始剧烈充填局限地形，砂质沉积物不断卸载沉积，密度较小的泥质沉积物伴随重力流越过局限地形的溢出点向深海平面搬运，直到将整个局限地形填满(见图9).该阶段后期沉积物对局限地形内的砂体和海相泥岩产生一定的侵蚀作用，使过路朵叶沉积体的整体含砂率提高.由于具有充足的物源供给和适中的海平面变化条件，该阶段是过路朵叶储层形成的主要时期；砂体单层厚度一般较大且物性优异，使整个过路朵叶体储层呈现“下薄上厚”的特点(见图9).

第四阶段为过路朵叶的溢出阶段.由于前2个阶段的充填，局限地形被填平，沉积空间不断减小，伴随海平面的继续降低，重力流沉积物不断向深海进积，砂质沉积物逐渐越过局限地形的下端溢出点，向深海平面或下部局限地形搬运，并在下部局限地形中沉积新的过路朵叶沉积体.该阶段在局限地形的上倾方向存在一定的沉积空间，部分沉积物卸载在这个位置(见图9)，使整个过路朵叶沉积体上倾方向储层厚度加大，同时在平面上加大过路朵叶储层的面积.

第五阶段称为水道侵蚀或沉积物过路阶段.由于海平面持续降低，重力流流体能量开始增强，过路朵叶沉积位置由沉积充填作用逐步过渡到过路—侵蚀作用，后期沉积物线性侵蚀先期过路朵叶沉积体，并从溢出点溢出(见图9)，使过路朵叶顶部往往可以见到水道侵蚀阶段的底部滞留或滑塌充填岩相，如工区钻井岩心上可以明显地看出这个现象(见图4).该阶段对过路朵叶的影响体现在对先期沉积砂体的线性减薄作用，尤其是对第四阶段上倾方向沉积物的侵蚀作用最为显著.同时，水道线状切割砂体减弱部分过路朵叶砂体平面联通性质.侵蚀过路作用带走的先期砂体部分或继续在下部局限地形中沉积，形成新的过路朵叶，或直接供给至末端朵叶沉积体系.

图9 过路朵叶形成模式及储层垂向演化Fig.9 Development Model and reservoir evolution of transient lobe

局限地形对过路朵叶多期的充填—溢出过程的影响非常显著，控制过路朵叶储层的发育特征.在这个过程中不能忽视海平面变化因素的影响，只有在海平面持续降低，沉积物供给充足的条件下，过路朵叶才能完成多期充填—溢出的沉积过程；如果海平面变化突然下降，造成沉积物供给不充分，过路朵叶储层的发育可能“夭折”于后期充填或溢出阶段，从而在垂向上和纵向上改变过路朵叶储层的发育特征.

4 结论

(1)过路朵叶沉积物以块状砂岩为主，无明显层理构造，整体表现为对斜坡低部局限地形快速充填及被后期水道侵蚀的特征，主要发育在盆地陆坡中部，具有单层砂岩厚度大、平面连续性好的特点，兼具线性水道的单层厚度及末端朵叶平面连续性的优点，且具有优良的孔渗性能，是尼日尔三角洲盆地重要的深水油气储层类型之一.

(2)盆地超压泥岩活动形成的微型盆地是过路朵叶沉积的先决条件，为过路朵叶沉积提供局限地形，直接决定过路朵叶的厚度及分布面积.这些盆地深度一般小于150 m，宽度一般在4～15 km之间.其中微型盆地面积对过路朵叶形成影响更大，过大的微型盆地由于地形对重力流沉积物的限定不明显，易于直接形成末端朵叶体系.

(3)过路朵叶发育表现出多期充填—溢出的过程，可划分为原始地形、初始充填、后期充填、溢出、水道侵蚀5个主要阶段，各阶段沉积物充填及储层发育特征各有差异，其中初始充填、后期充填是过路朵叶发育的主要时期，溢出及后期侵蚀阶段对过路朵叶沉积储层的平面分布有改造作用.多期充填—溢出过程使过路朵叶往往沿水道延展方向呈串珠状分布.

(4)除受局限地形的影响外，海平面升降及深水重力流流体密度对过路朵叶的形成也具有重要影响.其中海平面持续下降是过路朵叶沉积的有利时期，上期海平面上升减少重力流沉积物的供给，易导致过路朵叶储层的“夭折”.此外，尼日尔三角洲盆地物源体系表现出“富泥”特征，单次重力流流体密度及能量相对较小，也有利于深水沉积体系的平面分异及过路朵叶的保存.

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TE121.1

A

2095-4107(2014)05-0031-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.05.005

2014-09-15；编辑关开澄

“十二五”国家科技重大专项(2011ZX05030-003)

胡孝林(1969-)，男，硕士，高级工程师，主要从事石油地质方面的研究.