東非海域大型深水沉積體系及油氣成藏特征

史卜慶，丁梁波，馬宏霞，孫 輝，張 穎，許小勇，王紅平，范國章

（1.中國石油國際勘探開發有限公司，北京 100034；2.中國石油杭州地質研究院，杭州 310023）

0 引言

全球海洋油氣資源豐富，深水勘探潛力巨大。據IHS 數據庫統計，在2011—2020 年全球新發現的101 個大型油氣田中，深水、超深水油氣可采儲量約占67%；在深水油氣田中，深水沉積砂巖中儲集的油氣可采儲量達60%；2022 年全球十大油氣發現中有8 個來自深水沉積砂體。由此認為，大型深水沉積體系是未來油氣勘探的重要領域。2010 年之前，東非海域油氣勘探的主要目標是淺水區淺海三角洲砂巖，但一直未取得較大突破。據Woodmac數據庫統計，2010 年之前東非海域探明天然氣可采儲量累計僅2 606×108m3，一度被認為油氣勘探潛力有限。從2010 年開始，陸續在魯伍馬盆地和坦桑尼亞盆地白堊系—古近系深水濁積砂巖中獲得多個大型天然氣發現，累計探明天然氣可采儲量4.2×1012m3［1-2］，充分表明東非海域大型深水沉積體系的油氣勘探潛力巨大。因此，針對東非海域大型深水沉積體系及其油氣成藏條件的研究具有重要意義。

國內針對東非海域被動大陸邊緣盆地群的研究始于21 世紀。早期由于地質資料的限制，研究工作主要圍繞區域構造演化、沉積充填及油氣勘探前景等展開，明確了東非海域被動大陸邊緣盆地群的形成演化經歷了二疊紀—早侏羅世裂谷期、晚侏羅世—早白堊世漂移期和晚白堊世—第四紀被動大陸邊緣期三大構造演化階段，相應充填了3 套沉積地層［3-8］。魯伍馬盆地油氣勘探取得重大發現后，隨著地震和鉆井資料的增加，對盆地內古新統—漸新統深水沉積體系特征及油氣成藏條件均進行了較為深入的研究。陳宇航等［9-10］、孫輝等［11-14］、曹全斌等［15-16］建立了魯伍馬盆地水道、天然堤、朵體、塊體搬運沉積和凝縮段等典型深水沉積結構單元識別圖版；趙健等［17］、王敏等［18］深入分析了魯伍馬盆地古近系不同類型深水重力流砂巖沉積儲層特征和控制因素，明確了水道和朵體砂巖是主要的儲集體類型，等深流改造作用是規模優質儲層形成的重要因素之一［10-11，17］；張光亞等［2-3］、陳宇航等［9-10］、曹全斌等［15-16］系統分析了魯伍馬盆地油氣成藏條件，認為魯伍馬盆地古新統—漸新統油氣藏類型主要為構造背景下的巖性油氣藏，裂谷期—漂移期海相泥巖為盆地主力烴源巖，古近紀深水濁積砂體為規模優質儲層，漸新統末期廣泛分布的凝縮段泥巖是區域性蓋層，深水層間泥巖構成局部蓋層，盆地東部多期構造活動形成的斷裂對油氣藏的形成具有雙刃劍作用，中新世活動的斷裂溝通了烴源巖和儲層，晚期斷裂則對油氣藏具有一定的破壞作用。魯伍馬盆地的重大油氣發現使得贊比西坳陷等東非被動大陸邊緣盆地大型深水沉積體系成為油氣勘探和研究的熱點，但由于勘探程度低，資料有限，對其沉積體系特征及油氣成藏條件的研究仍十分薄弱。參考魯伍馬盆地深水沉積體系及其油氣成藏特征，結合區域地質研究成果，采用新獲取的二維地震資料，對贊比西坳陷上白堊統深水沉積體系進行研究，并將其油氣成藏條件與魯伍馬盆地進行類比分析，預測油氣成藏模式，以期為贊比西坳陷及東非海域其他大型深水沉積體系的油氣勘探提供一定理論支持。

1 地質概況

魯伍馬盆地和贊比西坳陷均位于非洲東部中南段（圖1a），其形成演化均與岡瓦納破裂、印度洋形成及馬達加斯加從非洲分離等密切相關，可分為3 個演化階段［3，7-8］：①卡魯裂谷階段（晚石炭世—早侏羅世）。晚石炭世，受南部古太平洋板塊俯沖碰撞和北部新特提斯洋擴張作用產生的遠場應力影響，岡瓦納大陸東部開始發育卡魯陸內斷裂，主要為南北向和北東—南西向的走滑斷層，形成了大量長條狀裂谷盆地，發育地塹和半地塹，裂谷活動在三疊紀晚期逐漸減弱并結束。②馬達加斯加漂移階段（中侏羅世—早白堊世末）。中侏羅世起，東西岡瓦納開始分離并發生相對運動，馬達加斯加和南極板塊先后與東非分離，隨后印度板塊與南極板塊分離，馬達加斯加（連印度板塊和南極板塊）沿著戴維右行走滑斷裂帶向南移動，在馬達加斯加和非洲大陸之間形成一個數十萬米寬的海灣，海水自北向南灌入，南部盆地開始接受沉積。③被動大陸邊緣階段（晚白堊世至今）。晚白堊世初期，馬達加斯加海底停止擴張，東非大陸邊緣東南端基本定型，盆地進入被動大陸邊緣漂移階段且一直持續至今，該時期大部分區域沉沒在海平面之下，局部區域由于沉積物供給充足形成陸緣三角洲沉積體系，隨著南北印度洋貫通，形成了穩定的洋流系統，東非大陸邊緣形成了等深流-深水重力流共同作用的沉積體系。

圖1 贊比西坳陷和魯伍馬盆地位置（a）及巖性地層綜合柱狀圖（b）（據IHS 數據庫修改）Fig.1 Location（a）and stratigraphic column（b）of Zambezi Depression and Rovuma Basin

魯伍馬盆地和贊比西坳陷的形成演化具有一定的相似性，但也存在明顯不同。在東非大陸與印度板塊和南極板塊的不斷分離過程中，沿大陸邊緣方向出現明顯的構造分段性。按照運動方式的差異，將東非大陸邊緣分為右旋走滑剪切、右旋走滑拉張、左旋走滑剪切和斜向裂谷等盆地構造類型。魯伍馬盆地的構造形態與戴維斷裂帶的右旋剪切走滑密切相關，為右旋走滑剪切大陸邊緣盆地；贊比西坳陷在戴維斷裂帶和莫桑比克斷裂帶之間，為右旋走滑拉張大陸邊緣盆地［2，19-20］。根據構造活動的強弱，東非大陸邊緣盆地可分為構造適度改造區、構造相對穩定區和構造抬升破壞區三大構造區。魯伍馬盆地處于構造適度改造區，贊比西坳陷則位于構造相對穩定區［21］。按照盆地結構和沉積充填特征，東非大陸邊緣盆地可分為斷陷型、斷坳型和三角洲改造型等類型。魯伍馬盆地和贊比西坳陷均屬于三角洲改造型盆地［22-23］。

不同的構造演化背景導致了魯伍馬盆地和贊比西坳陷不同的地層充填序列（圖1b）。二疊紀—早侏羅世裂谷階段，魯伍馬盆地發育河流-三角洲-湖相沉積，巖性主要為砂礫巖、頁巖，受特提斯洋海侵影響，魯伍馬盆地下侏羅統以海陸過渡相沉積為主，局部發育潟湖相鹽巖；贊比西坳陷所在的非洲南部主要為陸內火山作用，僅局部發育裂谷沉積。中侏羅世—早白堊世漂移階段，古特提斯洋持續海侵，魯伍馬盆地沉積了淺海相頁巖和碳酸鹽巖，超覆于下伏裂谷沉積層序之上，這套富有機質海相泥頁巖形成了盆地最主要的一套烴源巖；早白堊世，東非南部與南極板塊分離，Senkans 等［24］認為這一時期贊比西坳陷總體為局限海環境，推測可能發育與魯伍馬盆地相似的局限海相烴源巖。被動大陸邊緣階段，東非大陸構造環境較為穩定，隨著全球性海侵的發生，海平面逐漸上升，魯伍馬盆地從海陸過渡相轉變為淺海、半深海相［2，7-9］；晚白堊世，隨著第一次南非隆升，贊比西坳陷一帶沉積物供給量大幅增加，沿陸架-陸坡產生重力流，穩定的洋流持續發育，贊比西坳陷深水區形成了等深流-重力流共同作用的大型深水沉積體系，推測為有利的油氣儲集體；古新世—始新世，陸源碎屑輸入量較小，魯伍馬盆地和贊比西坳陷均發育碳酸鹽巖沉積，贊比西坳陷深水區發育規模巨大的等深流漂積體；漸新世，來自于西部陸上魯伍馬三角洲充足的陸源碎屑通過峽谷和水道注入海洋，形成規模龐大的深水沉積體系，為魯伍馬盆地的巨型天然氣田提供了儲集空間（圖1b）。

2 大型深水沉積體系

2.1 魯伍馬盆地古新統—漸新統深水沉積體系

2.1.1 沉積結構單元

魯伍馬盆地古新統—漸新統深水沉積砂巖儲集體中已發現多個巨型天然氣田，圍繞這些天然氣田油公司采集了高分辨率三維地震資料和豐富的測井、錄井資料。根據地震和鉆井地質資料，可識別出水道、天然堤、朵體、塊體搬運沉積和凝縮層等典型深水沉積結構單元，其中，水道和朵體砂巖是魯伍馬盆地巨型天然氣田的主要儲集體。

水道可識別出限制性水道復合體和側向遷移水道復合體。限制性水道復合體在地震剖面上具有U形或V 形結構，與兩側天然堤和下伏地層均呈侵蝕不整合接觸，內部包含多個復合水道，以短軸狀強振幅反射為主，且頂部地震反射連續性增強［11-16，22］。側向遷移水道復合體在地震剖面上為多個U 形或V 形復合水道的側向遷移，晚期水道復合體對早期水道復合體具有明顯的侵蝕作用（圖2）。復合水道砂巖主要為多期疊置的塊狀細砂巖、含礫粗砂巖，測井響應特征為箱形—鐘形，因水道沉積時間或位置差異而不同，水道充填塊狀砂巖，厚度一般為20～60 m。

圖2 魯伍馬盆地典型側向遷移水道復合體測井響應特征（a）、地震響應特征（b）Fig.2 Wire-line logging facies（a）and seismic facies（b）of typical lateral migrated channels in Rovuma Basin

朵體/朵體復合體頂面在地震剖面上表現為連續強反射地震同相軸，內部連續性較差，地震屬性分析可看出其平面分布呈朵葉狀或近朵葉狀［15，22］。朵體/朵體復合體砂巖主要由多期疊置中—粗粒無構造塊狀砂巖組成，測井響應特征為箱形-微漏斗形，厚度為40～150 m（圖3）。

圖3 魯伍馬盆地典型朵體復合體測井響應特征（a）、地震響應特征（b）及剖面解釋模型（c）Fig.3 Wire-line logging facies（a），seismic facies（b）and interpreted model（c）of typical lobe composite in Rovuma Basin

天然堤位于水道復合體側翼，地震剖面上表現為連續性好的中—弱振幅反射特征，向水道外側減薄，呈典型的鷗翼狀特征［15，22］。近水道端天然堤發育薄層粉砂巖，遠水道端則主要為泥質沉積。

塊體搬運沉積在地震剖面上表現為明顯異于圍巖的地震反射特征，內部主要為中等—弱振幅雜亂反射或空白反射特征，可見擠壓褶皺變形，與下伏地層呈侵蝕不整合接觸［15，22］，主要為混雜泥質沉積。

凝縮層是由遠洋—半遠洋沉積物組成的薄層地層單元，地震剖面上表現為大范圍連續分布的單軸強反射特征。研究區凝縮段之下發育1 套空白反射泥巖，凝縮段之上則表現為連續性較差的強振幅反射特征［15］。

2.1.2 等深流沉積的影響

魯伍馬盆地古新統—漸新統深水水道和朵體砂巖具有厚度大、分布廣、泥質含量少、儲層物性好等特征［10，13，15］，為巨型天然氣田提供了極好的油氣儲層空間。以往研究認為，漸新世末期東非大陸抬升及魯伍馬盆地窄陸架-陡陸坡的古地貌背景對規模優質深水砂巖儲層的形成具有重要影響［9，23］。近年來，海底等深流對于重力流砂體的改造作用逐漸受到研究人員的關注。東非大陸邊緣普遍存在自南向北的南極洲等深流，推測對魯伍馬盆地內自西向東的重力流具有明顯的改造作用。從魯伍馬盆地典型水道地震剖面（圖2）上可看出，天然堤僅在水道一側發育，表現為單邊發育的非對稱樣式，與典型對稱特征的鷗翼狀水道-天然堤建造具有明顯差別，這種外形特征的形成很可能是受到了等深流的影響。魯伍馬盆地自西向東的重力流頂部的低密度泥質沉積物相對更容易受到自南向北的等深流影響，在水道北側堆積形成側向漂積體，而水道南側的天然堤不發育，從而形成水道兩側的不對稱天然堤建造。鉆井巖心照片顯示，魯伍馬盆地水道充填砂巖中發育平行層理（圖4），這也從另外一個角度說明了水道內的重力流沉積砂巖受到了等深流的改造。淘洗改造后，重力流頂部的細粒沉積物被帶走，剩下中粗粒砂巖，最終形成魯伍馬盆地古新統—漸新統深水水道和朵體砂巖。

圖4 魯伍馬盆地古近系原始巖心掃描照片（a）及層理構造解釋（b）Fig.4 Core scanning photos（a）and sand core with bedding（b）of Paleogene in Rovuma Basin

2.2 贊比西坳陷上白堊統深水沉積體系

基于二維地震剖面（圖5），贊比西坳陷可識別出3 期大型等深流漂積體，分別位于下白堊統上部、上白堊統和古近系。3 期等深流漂積體橫向遷移疊置發育，具有明顯向東遷移的特征，且規模越來越大。下白堊統和古近系漂積體分別對應Thieblemont 等［25］和Ponte 等［26］研究的貝拉漂積體（Beira Drift）和贊比西漂積體（Zambezi Drift）。上白堊統漂積體披覆在早期強反射富砂沉積之上，規模相對較小，推測與這一時期重力流相對發育有關。根據魯伍馬盆地的勘探實踐可知，等深流對重力流的淘洗改造有利于形成泥質含量少、儲層物性好的優質砂巖儲集體，故推測贊比西坳陷上白堊統可能發育泥質含量少、儲層物性好的深水朵體和水道砂巖。

圖5 贊比西坳陷深度域二維地震剖面及解釋方案（剖面位置見圖1a）Fig.5 Depth domain seismic section and stratigraphic interpretation in Zambezi Depression

贊比西坳陷深水區目前無鉆井，基于高品質深度域二維地震資料，參考深水沉積結構單元典型地震響應特征，在上白堊統識別出水道、斜坡扇、塊體搬運等典型深水沉積結構單元。在贊比西坳陷北西—南東向二維深度域地震剖面上（圖6），上白堊統上部和下部分別有1 套毛厚度約400 m 的地震強反射波組，局部可識別出U 形或V 形下切特征，解釋為多期遷移疊置的復合水道充填沉積，復合水道寬5～10 km，下切深度為200～300 m，因受限于地震資料分辨率，水道內部結構難以識別。在2 套地震強反射波組之間主要為空白地震反射，推測以深?！肷詈Ｄ鄮r沉積為主。下部地震強反射波組向陸一側連續性變好，推測為斜坡扇沉積，向海一側連續性更好，推測為早期發育的朵體沉積。在下部地震強反射波組之下，發育一套弱振幅雜亂地震反射，頂底和兩側邊界清晰易識別，解釋為塊體搬運沉積。

圖6 贊比西坳陷過上白堊統深水沉積體系二維地震剖面及地質解釋（剖面位置見圖1a）Fig.6 Depth domain seismic section and geologic interpretation of Upper Cretaceous deep-water depositional system in Zambezi Depression

3 油氣成藏條件類比分析

魯伍馬盆地獲得了巨型天然氣發現，其優越的天然氣成藏條件已得到證實。雖然尚未有鉆井揭示魯伍馬盆地的烴源巖，但以往研究認為侏羅系裂谷期烴源巖貢獻最大［3，27］。受等深流改造的古新統—漸新統深水沉積復合水道和朵體砂巖在縱向上疊置發育，鉆井揭示砂體平均厚度大于40 m，局部大于200 m，漸新統砂巖孔隙度為19%～23%，滲透率為700～2 000 mD，為油氣聚集提供了規模優質儲集體［17］。高位體系域發育的深海泥巖為優質的區域蓋層，深水天然堤泥巖為局部蓋層［16］。魯伍馬盆地位于東非大陸邊緣北段，屬于構造適度改造區，盆地東部主要發育3 期斷裂系統［16，28］，裂谷期活動的斷裂控制了烴源巖的分布，中新世活動的斷裂對于溝通烴源巖和儲層具有重要作用，中新世之后的斷裂活動則對油氣保存具有一定的破壞作用。由于物源多來自西部或西南部，砂體分布自西向東延伸，魯伍馬盆地上陸坡發育的逆沖推覆帶對油氣具有良好的側向遮擋作用，這也是漸新統上部圈閉形成和成藏的重要條件（圖7）。

圖7 魯伍馬盆地油氣成藏模式（據文獻［16］修改）Fig.7 HydrocarbonaccumulationmodelofRovumaBasin

贊比西坳陷在地理位置上與魯伍馬盆地相鄰，其形成演化也與岡瓦納破裂相關，白堊世以來發育大型重力流-等深流深水沉積體系，沉積構造背景與魯伍馬盆地具有一定的相似性。贊比西坳陷位于東非大陸邊緣南段，早期強烈的區域抬升隆起和火山作用限制了海水侵入，裂谷期層序大范圍缺失，裂谷層序僅局部分布（圖8），推測裂谷期烴源巖分布局限，生烴潛力有限。根據盆地恢復研究，早白堊世南北印度洋尚未貫通，贊比西坳陷為局限海環境［8，24］，大洋科學鉆探ODP113 航次在其共軛的南極海域鉆探揭示下白堊統海相烴源巖平均TOC值達到10%，因此贊比西坳陷在這一時期的局限海相頁巖可能具有良好的生烴潛力，按照地層埋深和區域地溫梯度推測這套烴源巖已進入生氣階段。

圖8 贊比西坳陷預測油氣成藏模式Fig.8 Predicted hydrocarbon accumulation model of Zambezi Depression

贊比西坳陷晚白堊世陸緣碎屑較豐富，大型深水重力流沉積體系發育。根據二維地震資料可知，在上白堊統可識別出水道、朵體、斜坡扇等富砂沉積，且經過相對穩定的等深流改造，有可能形成類似魯伍馬盆地古近系的規模優質深水砂巖儲層，此外，砂體上傾方向尖滅，可形成良好的巖性圈閉。與魯伍馬盆地類似，贊比西坳陷高位體系域發育的深海泥巖可形成良好的區域蓋層，深水沉積的天然堤和塊體搬運泥巖可形成局部蓋層。

斷裂是油氣垂向運移的主要路徑，也是油氣溢散的通道。贊比西坳陷處于戴維斷裂帶和莫桑比克斷裂帶之間［26］，為構造相對穩定區，斷裂不發育，所以該坳陷垂向運移路徑不明確但油氣不容易溢散，所以可推測贊比西坳陷油氣保存條件較好。

綜上所述，贊比西坳陷上白堊統具備形成大型巖性油氣藏的基本條件，下白堊統局限海相烴源巖中形成的天然氣就近運移至上白堊統深水沉積水道和朵體砂巖中聚集，廣泛分布的高位體系域泥巖阻止油氣進一步向上運移，砂體上傾方向尖滅形成良好的巖性圈閉，是東非海域未來重要的油氣勘探領域之一。

4 結論

（1）魯伍馬盆地古新統—漸新統發育水道、天然堤、朵體、塊體搬運沉積和凝縮層等典型深水沉積結構單元，其中水道和朵體砂巖是魯伍馬盆地巨型天然氣田的主要儲集體。等深流改造作用是規模優質儲層形成的重要影響因素之一。

（2）贊比西坳陷深水區上白堊統發育大型深水沉積體系，可識別出水道、朵體、斜坡扇、塊體搬運沉積和漂積體等典型沉積結構單元，推測水道、朵體、斜坡扇富砂，穩定發育的等深流有利于形成泥質含量少、儲層物性好的優質砂巖儲集體。

（3）贊比西坳陷上白堊統深水沉積砂巖具備良好的油氣成藏條件。下白堊統局限海相泥巖為潛在的主力烴源巖，油氣就近運移至上白堊統深水沉積砂體中聚集，被高位體系域泥巖封蓋，砂巖向北西方向上傾尖滅形成巖性圈閉，是東非海域未來重要的油氣勘探領域之一。