西非下刚果盆地深水水道发育特征及沉积储层预测*

2016-06-09 08:58蔡露露刘春成廖计华朱石磊
中国海上油气 2016年2期
关键词:刚果水道砂体

蔡露露 刘春成 吕 明 王 颖 廖计华 朱石磊 赵 钊 薛 冬 肖 曦

(中海油研究总院 北京 100028)

西非下刚果盆地深水水道发育特征及沉积储层预测*

蔡露露 刘春成 吕 明 王 颖 廖计华 朱石磊 赵 钊 薛 冬 肖 曦

(中海油研究总院 北京 100028)

为了较为全面地描述西非下刚果盆地中新统水道的特征、成因、分布规律和砂体展布,将深水水道的描述参数归纳为几何参数、侵蚀能力、限制条件、发育期次、外部形态、内部结构和砂体情况等7类,将西非下刚果盆地深水水道分为轴部切谷充填水道、侵蚀型复合水道、侵蚀型单支水道、加积型堤岸水道和加积型朵叶化水道等5类。轴部切谷充填水道侵蚀能力最强,规模最大,含砂率高,是在切谷强限制条件下形成的多支多期复合水道群;侵蚀型复合水道发育最多、规模较大、侵蚀能力较强,含砂率较高、砂体分布较广,属限制条件下形成的水道复合体,是研究区的主要勘探目标;侵蚀型单支水道侵蚀能力相对变弱,属弱限制条件下形成的期次较少的水道,规模较小;加积型堤岸水道侵蚀能力较弱,加积作用较强,属弱限制条件下相对顺直的水道,规模较小;加积型朵叶化水道侵蚀能力最弱,是在非限制条件下形成的水道,其席状朵叶砂体含砂率较高、分布较广,是研究区的次要勘探目标。这5类水道分别发育于下刚果深水扇的不同部位,经历了不同的沉积演化阶段。在深水水道发育特征研究的基础上,对研究区东北部A区块SQ1—SQ7沉积相及储层进行了预测,并指出海平面变化和构造抬升是控制下刚果盆地深水沉积类型及分布的主控因素,钻前预测结果和钻探结果吻合度较高,证明了本文预测技术和研究思路的正确性和可行性。

下刚果盆地;深水水道;水道发育特征;沉积演化;沉积储层预测

世界深水油气资源丰富,20世纪80年代至今,深水勘探迅速成为科学研究的新领域。据2013年美国地质调查局和国际能源机构的评估结果,全球28个深水盆地的深水区累计发现油气可采储量达1 370亿桶,而下刚果盆地深水油气储量约195亿桶,占全球深水油气可采储量的14.3%,其中深水水道砂岩是最重要的油气储层。

水道作为深水沉积物输导的重要通道和储层的重要组成部分,前人的研究也比较成熟,研究区包括尼日尔三角洲深水扇、亚马逊扇、密西西比扇、下刚果扇、孟加拉扇、印度扇、罗讷深海扇和尼罗河深水扇等[1],研究内容涉及深水扇沉积成因模式[2]、深水成因机制[3]、深水储层预测方法[4-5]、水道的内部结构[6-12]、水道的特征[13-14]、水道的参数描述[15-17]、水道-天然堤的形成及结构[18]、水道与朵叶的结构和演化[19-21]等,还有对现代刚果扇和现代水道[22-25]的研究也较多,但从多口钻井出发较为全面地介绍水道特征、成因、分布规律和砂体展布的文章还很少。

本文通过对水道的宽度、深度、曲率、外部形态、内部结构、限制条件等因素的分析,将研究区水道进行分类,指出了研究区的主要水道类型,并分析了古刚果扇不同部位水道的规模和砂体情况,以此指导研究区东北部A区块SQ1—SQ7沉积相及储层的预测,同时分析了该区水道演化的主控因素。

1 区域概况

下刚果盆地位于非洲西海岸,是渐新世开始发育的被动大陆边缘盆地,该盆地发育世界上第二大规模的深水扇——刚果扇。刚果扇位于刚果—安哥拉近海,北侧由喀麦隆火山脊与加蓬盆地相隔,南侧由鲸鱼海岭与宽扎盆地相隔,从大陆坡开始,经刚果深海峡谷,一直延伸至深海平原,东西轴长800 km,面积达30万km2(图1)。

下刚果深水扇与世界各地许多深水扇不同,其物源由富砂的刚果河经下切大陆架和大陆坡的深海峡谷直接输送至海底形成富砂的下刚果扇,在河流入海位置并未形成大型的陆架边缘三角洲,大型峡谷的通道运输形成了下刚果扇树枝状发散的形态。刚果扇轴向运输较远,是一个典型的长轴深水扇,在扇体的不同部位发育不同的沉积类型。

研究区位于现今刚果扇的扇根部位,面积约1 770 km2(图1)。早中新世—晚中新世,刚果河由南向北迁移,陆架坡折带由陆向海方向推进,造成下刚果扇主体由东南向西北方向的迁移演化,研究区分别经历了刚果扇的不同发育部位(扇根、扇中、扇北部边缘)。截至2015年,研究区已钻探10口井,目前主要勘探目标为中新统浊积水道砂体,其次为席状朵叶砂体,目的层厚度1200~1500m,埋深1 500~3 500 m,工区现今水深350~1 200 m。

图1 下刚果盆地及研究区位置

根据深水沉积成因和高分辨率层序地层学理论,借鉴河流相的“二元结构”特点,将下刚果盆地中新统划分为7个三级层序,即发育7期深水沉积(图2)。一个完整的深水沉积层序具有典型的双层结构特点:层序下部为“异地沉积”,以大套砂夹薄层泥为主,包括块体流、碎屑流、高密度浊流和低密度浊流;层序上部为“原地沉积”,以大套泥夹薄层砂岩为主[26]。下刚果盆地中新统局部可见侵蚀型浊积水道和较大规模的水道复合体(SQ1、SQ3、SQ4、SQ7)对下伏地层形成的不整合,SQ2、SQ5层序受到后期侵蚀切割,水道主体发育不完整,水道底部为中—弱振幅反射的滑塌和碎屑流沉积。

图2 下刚果盆地中新统三级层序划分

2 研究区深水水道发育特征

2.1 深水水道描述参数

深水水道特征的描述参数可归纳为几何参数、侵蚀能力、限制条件、发育期次、外部形态、内部结构和砂体情况等7类(表1)。 这7类参数中,几何参数是相对独立的定量参数,其中曲率是描述水道的一个重要定量参数。Deptuck等[28]对西非水道曲率随水道长度的变化统计结果显示(图3):水道上游,曲率较高,为1.5~2.0;水道中上游,曲率达到最高,为2~5;水道中下游,曲率较低,为1.2~1.5;水道下游,曲率最低,接近于1。曲率的变化与水动力作用强度和地形坡度都有一定关系,一般来说水动力越强、坡度越陡,曲率越低;水动力越弱、坡度越缓,曲率越高。上游水道虽然曲率不是最高,但水动力作用和侵蚀能力较强,通常形成的水道规模都比较大,并且后期水道都是在前期形成的水道限制背景之下搬运沉积;中上游曲率最高,地形梯度约10 m/km,一般形成侵蚀性高弯水道;中下游水道,水动力作用减弱,曲率降低,通常形成弱侵蚀-加积型的水道和加积堤岸水道;水道下游,水动力作用减弱,曲率最低,约为1,地形梯度14~15 m/km,主要沉积加积作用为主的堤岸水道和朵叶化水道。

水道定性参数的独立性较弱,有些参数在一定程度可能表征相似的地质意义。例如:水道的侵蚀能力和限制条件可能具有一定的联系,在强限制条件下,可能会形成侵蚀能力强-加积作用弱的水道;而在弱限制-非限制条件下,形成的水道加积作用相对较强,侵蚀能力相对较弱。

2.2 深水水道差异性分析

发育在刚果扇不同位置的水道,其形态和规模差别很大,根据水道的几何参数、侵蚀能力、限制条件等参数的差异,将刚果扇水道分为轴部切谷充填水道、侵蚀型复合水道、侵蚀型单支水道、加积型堤岸水道和加积型朵叶化水道等5种类型。

表1 深水水道描述参数(据文献[10,16-17,27]修改补充)

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

图3 水道曲率随水道长度的变化(据Deptuck等[28]修改)

1) 轴部切谷充填水道。

轴部切谷充填水道通常发育于深水扇的扇根和扇体轴向部位,是深水扇沉积物的重要疏通通道,因浊流侵蚀作用形成早期的限制背景,后经多期水道的侧向迁移和垂向叠置共同作用,形成规模较大的多支多期复合水道群。轴部切谷充填水道宽度7~10 km,深度200~500 m;水道外边界相对顺直,内部水道为高弯度,曲率大于1.5;水道外部呈U形,内部为中—高振幅、中频率、断续—杂乱反射特征(图4左)。W10井SQ4期钻井资料(图4右)显示,每一期水道GR曲线为钟形特征,多期水道复合体总厚度为216.6 m,其中21组砂层累计砂体厚度82.7 m,砂地比为38%。

2) 侵蚀型复合水道。

侵蚀型复合水道通常发育于深水扇的扇中,规模比轴部切谷充填水道小。水道平均宽度2~3 km,厚度80~200 m;水道外边界明显,一般呈U、V形特征;水道内部为中—高振幅、中—低频率、杂乱反射特征;限制条件相对较强,内部水道发育期次也较多(图5左)。W8井SQ7期水道是一个多期水道复合体,地层厚度180 m,18套砂岩总厚度89.2 m,砂地比为49.6%(图5中)。一般来说每一期水道从下到上表现为由粗变细的岩性正韵律旋回特征:下部为粒度较粗的砾岩和粗砂岩,属水道底部滞留沉积;向上粒度变细,从粗砂岩到细砂岩,再到粉砂岩,属水道砂坝沉积;水道顶部具水平纹理的泥岩,属天然堤-半深海泥岩沉积。岩心照片上所能识别出的一个旋回厚度约4 m(图5右),在录井图上表现为一套砂岩,在地震剖面上只是一个强反射轴。侵蚀型复合水道是研究区最重要的一类水道,其砂体规模大,砂地比高,连通性较好,是本区深水沉积最有利的勘探目标。

图4 SQ4期轴部切谷充填水道测井及地震响应特征

图5 SQ7期侵蚀型复合水道岩性组合及测井地震响应特征

3)侵蚀型单支水道。

侵蚀型单支水道一般发育在深水扇的下游。水道宽100~200 m,深20~30 m,宽深比3.3~10.0,平均曲率1.5;形成于弱限制条件下,水动力作用减弱,但还具有一定的侵蚀能力,水道发育期次较少;水道外形呈U形,两侧天然堤不发育;水道内部呈中—高振幅、中—低频率、连续性较好的地震反射特征(图6)。和侵蚀型复合水道相比,侵蚀型单支水道的规模较小,砂体总厚度较薄,但砂地比较高,由于受到规模的限制,很少有钻井将此类水道砂体作为主要目标储层,多是在钻探复合水道或席状朵叶砂储层时,兼顾或偶遇此类水道砂体。

图6 研究区侵蚀型单支水道地震响应特征

4)加积型堤岸水道。

加积型堤岸水道是水动力作用减小、水道侵蚀能力变弱、浊积体漫溢在水道两侧加积而产生的堤岸-水道体系。水道宽90~180 m,深18~30 m,曲率1.1~1.4,属于相对顺直的水道;水道主体为弱振幅反射,此类水道主体砂地比不高;水道内沉积物溢出形成两侧加积型天然堤,堤岸-水道体系外形呈海鸥翅膀状(鸥翼状)。堤岸主要为中—强振幅、中—低频率、连续性较好的反射特征,分布于水道两侧,并超覆于下部地层之上;近端天然堤砂地比相对较高,振幅较强,连续性较好;远端天然堤砂地比较低,主要以泥质为主,表现为弱振幅、中频率、连续性较好的反射特征(图7左)。W8井SQ7期水道顶部2套天然堤砂体,厚度分别为1.7 m和1.2 m,堤岸砂体相对水道主体砂体粒度较细,GR测井曲线较水道主体偏高(图7右)。

5)加积型朵叶化水道。

朵叶的形成都伴随着加积型水道的发育,加积型朵叶化水道是水道与朵叶的复合体系。深水沉积类型中的朵叶包括水道过路朵叶和水道末端朵叶:水道过路朵叶是浊积水道途经海底洼地时,将所携带的沉积物填满洼地后再向前推进,形成砂地比较高、面积有限的砂体,这类朵叶形成于弱限制条件下,砂体的分布范围取决于水道通过的洼地范围,砂体边界呈超覆接触关系;水道末端朵叶是在水道侵蚀能力变弱,加积作用变强之时,在地势相对平坦的环境下形成的薄而广的砂体,砂体边界一般呈逐渐过渡关系,这类朵叶形成于非限制条件下,砂体的分布范围受浊积体的含砂量和地形等因素控制。在本研究区,水道过路朵叶通常比水道末端朵叶砂体厚,但其分布范围有限。

朵叶化水道在工区范围内分布有限,地震上表现为连续性较好的强振幅反射,GR测井曲线上表现为箱形特征,W3井SQ7期钻遇席状朵叶砂体,平均砂体厚度约10.9 m。地震资料能够识别的朵叶是多个朵叶单体所组成的复合体,以W3井SQ7期朵叶为例,地震平面图上表现为1期朵叶,但地震剖面至少可分为2期,GR测井曲线是具“双峰”的箱形特征,推测W3井朵叶复合体垂向上至少由2期朵叶单体组成(图8)。加积型朵叶化水道储层主要为分布较广的席状朵叶砂体,是本区深水沉积的次要勘探目标。

以上5种类型的水道特征汇总结果见表2。

图7 SQ7期加积型堤岸水道测井及地震响应特征

图8 SQ7期加积型朵叶化水道测井及地震响应特征

表2 下刚果盆地深水水道分类及特征

2.3 深水水道演化模式

5种类型的水道分别发育于深水扇的不同部位,分别经历了不同的演化阶段。轴部切谷充填水道复合体一般发育于扇体的根部或轴向部位,属于上游水道,在重力流水动力较强时下切下伏地层形成早期的限制背景,后经充填演化而成(图9,A位置)。侵蚀型复合水道多发育于扇体的中游,是多支多期水道经过迁移演化形成的水道复合体(图9,B位置)。侵蚀型单支水道发育于扇体中下游,此类水道如果物源供给充足,水动力作用继续保持较强状态,可能会演化为侵蚀型复合水道;如果物源供给不足,水动力作用减弱,延伸不远就会衰亡(图9,C位置)。加积型堤岸水道重力流作用减弱,开始由侵蚀变为加积作用,多出现在扇体下游(图9,D位置);此类水道再往下游,侵蚀作用将越发减弱,加积型堤岸水道演变为加积型朵叶化水道。加积型朵叶化水道是重力流水动力在最弱的时候形成的,通常发育于扇体的下游或扇体的外缘;虽然朵叶水动力较弱,但分布面积较广,而且砂体连通性较好,是深水扇中覆盖面积最广的沉积类型(图9,E位置)。

图9 下刚果盆地不同类型水道沉积模式

3 研究区沉积演化及储层预测

3.1 沉积相及储层预测

通过对比深水水道的差异性,指出每种水道发育的部位和砂体分布情况,结合实际钻井标定,利用地球物理属性融合技术和三维可视化技术,针对本区最具勘探意义的侵蚀型复合水道和加积型朵叶化水道(兼顾加积型堤岸水道)编制了研究区东北部A区块SQ1—SQ7沉积相及储层预测图(图10)。

SQ7是工区内侵蚀型复合水道发育范围最广的一期,其中还发育加积型朵叶化水道;其次是SQ3和SQ4,主要发育侵蚀型复合水道和加积型堤岸水道,在工区西南方向(图10未包含),SQ4还发育一支自东向西的轴部切谷充填水道并分叉(图4);SQ1、SQ2、SQ6侵蚀型复合水道较少,单支水道较发育;SQ5侵蚀型复合水道发育也较少,加积型堤岸水道最为发育。

图10 研究区东北部沉积相图(SQ1—SQ7)

3.2 水道演化影响因素分析

SQ1—SQ3水道规模和分布范围逐渐变大,SQ4开始规模变小,至SQ5规模最小,SQ6开始规模变大,至SQ7水道规模和分布范围又达到最大。分析认为,SQ1—SQ3时期,一级海平面变化不大,但二级海平面在SQ3下降最低,造成SQ3水道规模较大,分布范围较广;SQ4—SQ7时期,海平面持续下降,在SQ6、SQ7期海平面下降到最低,但同时由于板块碰撞造成西非海岸构造抬升,抬升幅度在SQ7期达到最大,所以综合海平面变化和构造升降因素,SQ7期发育的水道规模和范围最大(图11)。综合分析认为,相对海平面变化和构造升降是控制下刚果盆地深水沉积类型及分布的直接因素。而中新世湿润的气候条件为刚果河提供丰富的物源条件,也是下刚果扇形成的重要因素。

3.3 预测效果分析

将预测结果(图10)与W9井钻后结果对比(图12):W9井位置SQ3钻前预测为侵蚀型复合水道主体部分,复合体宽度较大,发育多套砂体,砂地比较高;钻后结果显示复合水道总地层厚度为216 m,复合水道累计砂岩厚度为93.6 m,砂地比为43.3%。W9井位置SQ4钻前预测为复合水道的边界,砂体厚度并不大,地震剖面上表现为中强振幅、中低频率、断续反射的特征;钻后结果显示为6套浊积水道砂岩,总厚度35.4 m。W9井位置SQ7钻前预测为侵蚀型复合水道,且至少可分为3期;钻后结果显示复合水道总地层厚度180 m,复合水道累计砂岩厚度为89.2 m,砂地比49.6%。钻前预测结果和钻探结果吻合度较高,证明了预测技术和研究思路的正确性和可行性。

图11 西非海平面变化及构造抬升(SQ1—SQ7)

图12 W9井单井相与过井地震反射特征

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

4 结论

1) 将深水水道的描述参数归纳为几何参数、侵蚀能力、限制条件、发育期次、外部形态、内部结构和砂体情况等7类,将西非下刚果盆地深水水道分为轴部切谷充填水道、侵蚀型复合水道、侵蚀型单支水道、加积型堤岸水道和加积型朵叶化水道等5类,结合水道地震属性,对5种水道进行了差异性分析。从水道的宽度、深度、曲率等方面定量描述,结合水道的物源供给、充填情况、发育期次、内部结构、外部形态、侵蚀加积情况等方面定性描述,分析了每种水道的含砂率及分布等,并探讨了它们的沉积演化模式。其中,侵蚀型复合水道是研究区的主要勘探目标,加积型朵叶化水道是研究区的次要勘探目标。

2) 以深水水道发育特征研究为指导,对研究区东北部A区块SQ1—SQ7沉积相及储层进行预测,并指出海平面变化和构造抬升是控制下刚果盆地深水沉积类型及分布的主控因素。W9井位置SQ3、SQ4、SQ7钻前预测和实钻结果高度吻合,证明了预测技术和研究思路的正确性和可行性。

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(编辑:冯 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”国家科技重大专项“海洋深水区油气勘探关键技术(编号:2011ZX05025)”、中国海洋石油有限公司勘探部项目“勘探技术应用与发展项目-地层沉积技术应用与发展子项(编号:2013-KT-09)”部分研究成果。

蔡露露,男,工程师,2011年毕业于中国石油大学(北京)地质资源与地质工程专业,获博士学位,主要从事沉积储层研究工作。地址:北京市朝阳区太阳宫南街6号院1号楼(邮编: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,刘春成,吕明,等.西非下刚果盆地深水水道发育特征及沉积储层预测[J].中国海上油气,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.

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