應用陸坡形態—遷移軌跡組合法尋找大型富砂深水扇

陳亮，于水，胡孝林，趙紅巖，陳宇航，趙千慧

1.中海油研究總院，北京 100028 2.西安石油大學地球科學與工程學院，西安 710065 3.中國石油管道局工程有限公司國際事業部，河北廊坊 065000

0 引言

深水油氣勘探逐漸成為全球油氣勘探的熱點之一，具有十分廣闊的勘探前景。如今深水油氣勘探的主戰場集中在被動大陸邊緣盆地，幾乎所有的被動大陸邊緣均有共同的地貌特征，大陸架—大陸坡—深海平原。對于深水石油勘探而言，陸坡上的沉積至關重要，陸坡上的重力流沉積是深水油氣勘探的重要儲層[1]，深水扇作為深水重力流的重要產物，以其規模大、砂質含量高的顯著特點，已成為深水油氣勘探的優質目標，受到了學術界和工業界的日益關注[2- 3]。隨著高精度三維地震資料的廣泛使用，在層序格架內，綜合少量鉆測井資料，對深水扇進行精細刻畫已逐漸成為主流[4- 7]。近年來，隨著層序地層與深水沉積過程研究的不斷深入，陸坡遷移軌跡由于富含物源供給、相對海平面變化等多重信息受到了國內外學術界的廣泛關注。眾多學者開始研究陸坡遷移軌跡與深水重力流沉積尤其是深水扇的關系。

1 陸坡形態

針對陸坡形態，卓海騰等[8]通過定量數據對南海北部陸坡形態進行擬合，將陸坡形態劃分為三種類型，包括平直型、下凹型和S型，并綜合構造、沉積物供給、海流和內波、海平面變化等對造成陸坡形態差異的原因進行了探討；王海榮等[9]討論了南海陸坡形態與紅河物源供給及構造古地貌的關系；國外學者中，O'Gradyetal.[10]依據衛星采集的海底陸坡形態資料，把全球50余個被動大陸邊緣劃分為5類，分別為平緩—平滑型陸坡(Gentle and Smooth Margin)、S型陸坡(Sigmoid Margin)、陡峭—粗糙型陸坡(Steep and Rough Margin)、深—陡型陸坡(Deep and Steep Margin)、階梯型陸坡(Stepped Margin)。其中平緩型陸坡主要發育在物源供給充足、海底地形平緩的環境中。不同時期的陸坡形態對宏觀判斷物源供給強度具有一定的指示作用。Carvajaletal.[11]突出了物源對于陸坡形態的控制，認為物源是陸架邊緣生長的主動力，自層序地層學誕生以來，學者們往往過于強調海平面變化對于深水砂體沉積的控制作用，而忽視了物源供給的重要性。Carvajaletal.[11]把陸坡劃分為兩種類型，第一種陸坡高度小于1 000 m，陸架邊緣的進積速率小于60 km/My，加積速率小于270 m/My，陸坡形態較為平緩，陸坡上的盆地能快速充填；第二種陸坡高度大于1 000 m，陸架邊緣的進積速率小于40 km/My，加積速率小于2 500 m/My，陸坡形態陡峭，陸坡上的盆地充填較慢，常發育重力滑脫構造。

2 陸坡遷移軌跡

對于陸坡遷移軌跡，Carvajaletal.[12- 13]以詳實的井資料論證了陸坡遷移軌跡與深水扇規模的關系。文中陸坡遷移軌跡主要有平直型、小角度上升型和高角度上升型。三種遷移軌跡對應的陸坡上均發育深水扇沉積，但深水扇沉積的規模具有明顯不同，其中平直型和小角度上升型遷移軌跡所對應的深水扇規模更大(圖1)。如圖1所示，L代表C7沉積時期陸坡的最大進積距離，H代表該時期的地層加積厚度。通過數據統計認為陸坡進積/加積的比值越大(或陸坡最大進積距離越大)，深水扇的規模越大(圖2)。陸坡進積/加積的比值越大(或陸坡最大進積距離越大)，意味著陸架上更多的陸源碎屑被搬運到了陸坡上，物源供給充足，因而更易形成大型深水扇。小角度上升型和平直型遷移軌跡的陸坡進積/加積的比值明顯大于高角度遷移軌跡，故深水扇的規模更大。Helland- Hansenetal.[14]， Henriksenetal.[15]，Bullimoreetal.[16]討論了陸坡遷移軌跡與相對海平面升降之間的關系(圖3)，上升型遷移軌跡和下降型遷移軌跡主要是在相對海平面上升和下降階段形成，相對海平面上升速率越快，上升型陸坡遷移軌跡的角度越大；平直型遷移軌跡是在海平面穩定或微微下降階段所形成。Bullimoreetal.[17]的研究對于分析相對海平面變化以及深水層序地層演化具有一定的指導意義。

3 陸坡形態與遷移軌跡組合法

通過筆者對于陸坡形態和遷移軌跡的調研發現，現今國內外的研究只針對陸坡形態或陸坡遷移軌跡單個層面，并沒有把兩者結合起來系統研究。在此筆者探索性地提出利用陸坡形態—遷移軌跡組合法尋找大型富砂深水扇沉積。

首先，若要在深水中獲得具有經濟效益的油氣發現，必須尋找大型深水砂體。以2D/3D地震資料為基礎，可以通過對不同時期陸坡遷移軌跡的研究尋找大規模深水扇的有利分布區。一般而言，平直型、下降型和小角度上升型遷移軌跡的陸坡最大進積距離(或進積/加積)更大，物源供給更為充足，其下部更易發育大型深水扇沉積[12]。對于深水扇而言，僅僅規模大還不夠，深水扇的儲集物性也極為重要。深水扇不等于砂巖儲集層[18]，從巖性上來看，深水扇可分為富礫、富砂和富泥型深水扇[19- 20]。深水扇的儲集物性一方面與陸架上的物源供給類型具有密切關系，另一方面與陸坡形態也緊密相關。Shanmugam[21]認為，深水重力流的平面演化依次經歷了滑移、滑塌、碎屑流和濁流四個階段(圖4)。從重力流的流變過程來看，重力流作為一種突發性的事件流和密度流，在其流動過程中由初始的滑動、滑塌、變形形成粗細混雜的碎屑流，到流動過程中不斷被混進的海水稀釋、液化、黏性降低、流態發生變化，由碎屑流逐漸轉變為了濁流。砂泥混合的重力流需要經歷砂泥分異過程才能析出優質砂巖儲集層，未經分異的水道復合體及來不及分異就“凍結”的深水扇都難以形成優質儲集層[18]。坡度緩、寬度大的陸坡形態更有利于重力流的砂泥分異從而較易形成儲集物性好的碎屑流和濁流沉積；而坡度較陡的陸坡(以直線型陸坡為主)上，重力流多以滑移滑塌為主，快速堆積在坡底，形成滑塌體沉積，儲集物性一般較差[8](物源為高含砂率的三角洲或濱岸沉積除外)(圖5)。因此可以通過不同歷史時期的陸坡形態來宏觀判斷富砂深水扇的有利分布區。通過以上分析，將同一時期大型深水扇與富砂深水扇的有利分布區相疊合，重疊區域即為大型富砂深水扇的有利發育區。該方法操作簡單，效率較快，結合陸架物源類型分析，尤其適用于勘探程度較低，缺乏深水鉆井資料、地震資料以二維為主的海外選區研究階段。

圖1 不同類型陸坡遷移軌跡與深水扇規模的關系(據文獻[12]修改)Fig.1 Relationships between different types of shelf- edge trajectories and scale of deepwater fan (modified from the reference[12])

圖2 陸坡進積/加積、最大進積距離與深水扇規模的關系(據文獻[12]修改)Fig.2 Relationships between slope progradation/aggradation, maximum progradational distance and scale of deepwater fan (modified from the reference[12])

圖3 陸坡遷移軌跡與海平面的關系(據文獻[7]修改)Fig.3 Relationships between shelf- edge trajectories and sea level (modified from the reference[7])

4 應用實例

4.1 應用陸坡遷移軌跡尋找大型深水扇

以A盆地為例，該盆地為西非北段典型的被動大陸邊緣盆地，勘探程度極低，僅有稀疏的、分辨率較差的二維地震資料，無深水鉆井資料。在該資料基礎上，通過對陸坡遷移軌跡的研究預測大型深水扇的有利發育區。

A盆地發育3種陸坡遷移軌跡類型，分別為上升型、下降型和平直型陸坡遷移軌跡，三種遷移軌跡的發育時期分別為漸新世—全新世和土倫—三冬期， 最大進積距離分別為3.5 km、8.6 km、9.7 km，進積速率分別為0.15 km/Ma、0.86 km/Ma、0.97 km/Ma(表1)?？梢娖街毙汀陆敌完懫逻w移軌跡所對應的陸坡進積距離更大，因此在土倫—三冬期，平直—下降型遷移軌跡所對應的陸坡上，更易發育大型深水扇沉積。該時期平直—下降型遷移軌跡主要分布在盆地的西部和東部拐角地帶，因此該區域更有利于形成大型深水扇沉積(圖6A)。

圖4 深水重力流演化的四個階段(據文獻[10]修改)Fig.4 Four stages of deep- water gravity flow evolution (modified from the reference[10])

圖5 陸坡形態與深水重力流沉積(據文獻[8]修改)Fig.5 Slope geometries and deep- water gravity flow deposits (modified from the reference[8])

圖6 A盆地陸坡形態—遷移軌跡組合法成果圖a.大型深水扇分布圖；b.陸坡形態分布圖；c.大型富砂深水扇分布圖Fig.6 Combination of slope geometries and shelf- edge trajectories result diagram of A Basin

4.2 應用陸坡形態尋找富砂深水扇

對于深水扇而言，除了規模其儲集物性也是至關重要的。由于陸坡形態與深水重力流沉積過程有直接聯系，因此可以通過對陸坡形態的研究對深水扇的儲集物性進行宏觀分析。若被動陸緣漂移期的構造演化較為簡單，早期的陸坡形態與現今陸坡形態類似，則可采用將今論古的思路，通過對現今陸坡的研究類比古陸坡，從而宏觀分析富砂深水扇的有利發育區。

以A盆地為例，陸坡形態可分為上凸型陸坡(2°～3°)、下凹型陸坡(3°左右)、坡坪型陸坡(8°～17°左右)和直線型陸坡(4°～11°)(表2)。陸架邊緣至坡腳(坡度接近0°)皆為陸坡范圍，本次研究將陸坡寬度進行三等分，分別為上陸坡、中陸坡、下陸坡。陸坡坡度向海方向逐漸降低，陸架破折到坡腳連線的坡度為陸坡的整體坡度。上凸型陸坡在四種陸坡類型中規模最大，坡度最緩，呈現向上凸的形態特征。其中上陸坡坡度2.68°，總體2.3°，陸坡寬度55.4 km，陸架與陸坡間較為平滑，陸架坡折不易識別。下凹型陸坡上陸坡坡度7.3°，下陸坡2.3°，上陸坡坡度較大，向下坡度逐漸變緩，總體為2.97°左右，陸坡寬度49.3 km，較上凸型陸坡而言，下凹型陸坡坡度增大，寬度減小，陸架坡折形態明顯。坡坪型陸坡形態上與坡坪型斷層較為相似，縱向上可分為三段，上陸坡坡度16.7°，中陸坡5.7°，下陸坡15.1°，整體8.0°，陸坡寬度僅為38.4 km。直線型陸坡整體形態近于直線，上陸坡坡度10.7°，整體4.26°，陸坡寬度較窄，僅35.2 km，陸架坡折非常突兀(圖7)。四種陸坡類型中，上凸型陸坡坡度小，寬度大，更有利于深水重力流的砂泥分異，從而有利于發育富砂深水扇，下凸型陸坡次之，而直線型和坡坪型陸坡坡度大，寬度小，一般情況下，不利于富砂深水扇的發育。以2D地震資料為基礎，研究表明上凸型陸坡僅在A盆地的東部拐角地帶小范圍分布，下凹型陸坡主要分布在盆地的東部和西部(圖6B)。上凸型陸坡和下凹型陸坡分布的區域更有利于發育富砂深水扇沉積。

表2A盆地陸坡形態分類

Table2ClassificationofslopegeometriesinAbasin

圖7 陸坡形態分類a.上凸型陸坡；b.下凹型陸坡；c.坡坪型陸坡；d.直線型陸坡(剖面位置見圖6B)Fig.7 Classification of slope geometries

4.3 應用組合法確定大型富砂深水扇有利發育區

綜合以上研究成果，將土倫—三冬階大型深水扇與富砂深水扇的有利分布區相疊合，重合區域即為大型富砂深水扇的有利分布區，主要集中在A盆地的東部拐角地帶和西部區域(圖6C)。該方法在低勘探程度、二維地震資料為主的資料背景下，宏觀預測出大型富砂深水扇的有利分布區，為A盆地的海外戰略選區提供了一定的技術支撐。

4.4 應用組合法分析盆地沉積演化模式

應用組合法還可宏觀分析被動大陸邊緣漂移期的沉積演化模式。以A盆地為例，土倫—三冬期，相對海平面下降，物源供給充足，此階段發育平直及下降型陸坡遷移軌跡，在下凹和上凸型陸坡上，發育大型深水扇沉積，在直線和坡坪型陸坡上易發育滑塌沉積(圖8a)；漸新世之后相對海平面迅速上升，物源供給不足，此階段以高角度上升型陸坡遷移軌跡為主，上凸和下凹型陸坡上主要發育小規模的退積扇體，由于陸坡變陡，滑塌沉積較為發育(圖8b)。

圖8 A盆地沉積演化模式a.土倫期—三冬期；b.中新世—全新世Fig.8 Sedimentary evolution model in A Basin

5 結論

(1) 應用陸坡形態—遷移軌跡組合法快速宏觀尋找大型富砂深水扇的有利發育區。首先平直型—下降型遷移軌跡所對應的陸坡上更有利于發育大型深水扇；其次坡度緩、寬度長的陸坡上有利于重力流的砂泥分異，從而發育富砂深水扇；通過組合法，把盆地同一時期二者的分布區域相疊合，重疊區即為該時期大型富砂深水扇的有利分布區。以A盆地為例，A盆地發育上升型、平直型、下降型三種陸坡遷移軌跡類型，其中土倫—三冬期所發育的平直—下降型遷移軌跡對應的陸坡遷移速率更快，更有利于大型深水扇沉積；同時A盆地發育上凸型、下凹型、直線型和坡坪型四種陸坡類型，上凸型與下凹型陸坡的坡度更緩，寬度更大，有利于發育富砂深水扇沉積。將同一時期的大型、富砂深水扇的有利分布區相疊合，重疊區域即為該時期大型富砂深水扇的有利發育區，主要位于A盆地東部拐角帶與盆地西部。

(2) 應用組合法可研究盆地漂移期的沉積演化模式。如A盆地，土倫—三冬期，相對海平面下降，物源供給充足，陸坡遷移速率較快，以平直及下降型陸坡遷移軌跡為主，在下凹和上凸型陸坡上，發育大型深水扇沉積，在直線和坡坪型陸坡上發育滑塌沉積；漸新世之后相對海平面迅速上升，物源供給減弱，陸坡遷移速率減慢，以高角度上升型陸坡遷移軌跡為主，在下凹和上凸型陸坡上，發育小型退積深水扇沉積，在直線和坡坪型陸坡上發育滑塌沉積。

致謝 審稿人對本文給予了肯定并提出了寶貴的建議，本刊編輯給予了具體的修改意見，在此一并表示由衷的感謝！

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