南海北部陸坡白云深水區淺層深水水道沉積

劉 軍，龐 雄，顏承志，柳保軍，李元平，胡 璉，鄭金云

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司研究院， 廣州 510240)

在過去的20多年，深水油氣勘探取得了極大發展，世界上各大型油公司都涉足深水勘探領域，全球深水油氣勘探的成功率由1995年之前的10%增加到現在的30%[1]，深水沉積也迅速成為研究的熱點。深水水道沉積受到石油工業界和研究人員關注的原因在于：1)在數個深水盆地(坎波斯盆地、西非、巴西、墨西哥灣北部等)獲得了水道砂體儲層的重大油氣發現，而水道砂體的儲集性能對后期開發決策起到關鍵性的作用；2)三維地震可以更清晰地表征水道沉積系統(尤其是彎曲水道)的內部幾何特征；3)鉆井時預防鉆遇淺層水道溢流的需要[2]。

相對于淺水儲層而言，深水沉積的儲層是很難直接獲得、觀察和研究的。因此需要應用現代海底的、淺層地震、深層地震勘探、巖心和露頭等各種資料進行研究，而各種資料都有其局限性。通過高分辨率地震提取的地震屬性可以清晰地表現出水道的宏觀特征，但是低于地震分辨率的一些細節特征就很難識別出來；巖心由于極小的采樣量而有其局限性。同樣，露頭也有其不足之處，深海沉積巖石大多暴露于造山帶，構造和變形作用常常使一些沉積特征復雜化或者不能保留，另外，有些露頭被植被所覆蓋，暴露的區域很小，很難達到類比深水沉積系統的要求。而淺層三維地震的應用及儲層類比研究能得到不同重力流系統的高精度圖像(圖1)[3]，這些圖像與現代海底研究具有同一尺度，在國際上，應用此種方法研究深水沉積已經成為許多油公司的常規方法。

珠江口盆地白云深水區位于南海北部陸坡區，研究和勘探證實，白云深水區具有廣闊的油氣勘探前景[4-6]。本文應用淺層3D高分辨率地震資料，對白云深水區淺層深水水道沉積系統進行研究，這對于理解深水水道系統的形態、演化和沉積過程是非常必要的，對白云深水區的勘探具有指導意義。

1 深水水道的定義

在地質界，深水水道沉積的含義存在著含糊的地方，有些是因為定義水道時對所用資料的來源缺少明確的說明(高分辨率海洋測深學、深層地震或者露頭等)，而這些資料來源對應著不同的地質背景(現代海底、儲層和露頭)。一般認為，深水水道是由重力流流動形成的，具有伸長的負向地貌特征，它代表一個相對長期的沉積物搬運通道。濁流系統內的水道形態和位置受沉積過程或侵蝕下切作用的控制，水道地貌可以是侵蝕或沉積成因，也可以是兩者兼而有之的復合[7]。

2 深水水道的沉積環境及分類

深水水道在白云深水區的淺層陸坡、陸坡底都有發育，隨著坡度的變化，水道由單一的深切供給水道變為稍窄或稍寬些的水道和沒有限制的水道沉積組合。水道按成因可分為3類：1)侵蝕型(圖2)：侵蝕下伏地層(包括滑塌)，沒有或極少有溢岸—天然堤沉積；侵蝕水道多為成年期、長期活動的水道，侵蝕下伏的斜坡和盆地地層。大型侵蝕水道為點源沉積物通道，沉積物通過侵蝕水道從淺水搬運到深水。2)侵蝕/加積型(混合水道)：侵蝕和沉積作用共同作用形成。侵蝕—加積水道的定義有些混淆，因為所有的水道及其充填沉積在某種程度上都具有侵蝕和加積的特征；另外不同的人所用術語也不同，Mutti 和 Normark[8-9]認為古代混合水道沉積表現為先有侵蝕特征后有加積特征，這種侵蝕/加積旋回在古代水道演化的不同時期可以重復出現。相反地，現代混合水道充填則先有沉積后有侵蝕(下切侵蝕以前的沉積地層)。而且，侵蝕水道在下傾方向會演變成為沉積水道，Clark 和 Pickering[10]指出，在斜坡內盆地，具沉積特征的水道通過盆地內的侵蝕水道相連接。因此，侵蝕—加積水道這個術語有很多用法。相對海平面變化周期的各個階段都可發育水道，相對多部分的水道發育于低位時期，水道攜帶大量粗粒沉積物侵蝕斜坡，并通過其搬運到海底形成盆底扇體。侵蝕水道使水道兩側失穩，可導致沉積物形成滑動沉積在水道內(圖3)。除了滑動塊的水道充填，相對海平面上升時期，沉積位置逐漸向陸遷移，很少有沉積物到達海底，此時水道被以懸浮為主的細粒沉積物所覆蓋。此外，高位時期沉積物向海的快速進積和陸坡再調整作用[11]或者物理和生物過程的溯源侵蝕[12]均可形成大型海底峽谷。3)加積型：天然堤—溢岸地層不斷加積，形成介入性的低凹地形，水道和天然堤呈指狀交叉。

圖2 白云深水區中部從外陸架到陸坡現代海底相干屬性多數侵蝕水道為順直型Fig.2 Coherent attribute of present sea floor from outer shelf to slope, center of Baiyun deepwater region

圖3 白云凹陷鉆遇的深水水道砂巖巖心照片水道底部可見清晰的泥礫沉積。Fig.3 Photos of sandstone cores from deepwater channels in Baiyun Sag

侵蝕水道沉積有時指塊狀水道砂巖或者大型水道，加積水道有時指有堤水道或低幅的水道化的天然堤[13-14]。上傾方向的水道大多數為侵蝕水道，原因在于上傾方向具有高坡降和低容納空間，從而具有較高的流速。而在下傾方向，多為侵蝕—沉積水道或加積水道。

3 水道的形態

在白云深水區，淺層深水水道的幾何形態隨地形坡度的變化而變化，在上陸坡坡度較陡，發育單一的深切供應水道(圖4a)；在坡度較緩的區域，早期形成的水道為沉積物提供了一個相對封閉的限制性環境，形成多個較寬淺的水道垂向疊加(圖4b)；而在盆底的非限制性環境，由于受海底地形的影響，可形成多個小型水道的側向遷移(圖4c)。總體來說，隨著坡度減小，從陸坡到盆底，水道寬厚比(水道寬度與厚度的比值)增大，從10∶1可增大到200∶1。

在平面上，白云深水區深水水道形態各異，類似于河流系統的辮狀分流水道和曲流河，既有伸長型、相對順直型(圖2)，也有彎曲型(圖5)。盡管彎曲水道的成因有所爭議，但與水道彎曲有關的因素包括海底的崎嶇程度、海底的坡度、沉積物的濃度、輸送系統的性質(觸發性流體與非觸發性流體)、流量和流體穿過水道的頻率及速率等[15]。一般認為水道的彎曲度與陸坡坡度呈反相關關系，低能量的水道比高能量粗粒沉積水道更容易彎曲。

圖4 白云深水區淺層深水水道隨地形坡度變化特征剖面及水道充填疊加樣式線描a.單個的侵蝕水道，深切下伏地層，寬厚比小，沉積物通道；b.限制環境，多個寬淺水道垂向疊置；c.非限制環境,水道側向遷移，形成多個水道側向疊加，寬厚比高Fig.4 Shallow deepwater channel changes in response to gradient as well as drawing of channel infilling and superposition in Baiyun deepwater region

圖5 白云凹陷西南部淺層深水水道系統均方根振幅Fig.5 Amplitude extraction map of shallow deepwater channels, southwest of Baiyun Sag

4 內部充填特征

由于構造、氣候和沉積物供給等因素的控制，白云深水區淺層發育的深水水道充填沉積物的巖性變化較大，有礫巖、砂巖、泥巖以及幾種巖性的混合(圖1)。水道充填物由各種沉積物重力流組成，有濁流、碎屑流和滑動塊，以及相伴生的半遠洋懸浮降落沉積。水道充填沉積的厚度各不相同，單層水道充填可能只有幾米厚，而復合水道充填厚度可達幾百米以上。水道充填厚度主要受控于水道活動時間、流經水道的水流體積,以及與水道是否決口還是保持主要的加積作用有關。根據白云凹陷高分辨率地震、巖心、測井等資料總結了白云深水區侵蝕/加積型水道垂向變化特征：粒度整體向上變細，底部為主水道，頂部為有堤水道(圖6)；水道內部具有幾種疊加樣式，這取決于主水道的寬度和深度、水道內的位置和內在的沉積過程(圖6,7)。

5 深水水道研究對勘探的指導意義

由于淺層地震分辨率高，能識別出更多的水道內部充填特征，淺層水道類型、形態、充填樣式的研究更為清晰，有利于指導白云深水區具有同樣沉積條件但分辨率下降的中深層水道的研究。深水水道的研究歸納起來有以下認識：限制性環境內發育的水道一般來說寬厚比低(30∶1到80∶1) 、砂泥比高( 75%～90%) ，此類水道砂體由塊狀砂巖及泥巖碎屑組成，砂巖底部由于侵蝕作用，厚度變化較大。對露頭區遭受侵蝕的水道砂體的觀察發現，水道底部的侵蝕可以提高水道砂體縱向上的連通性，但其橫向連通性相對較差；在坡度較緩的非限制區域，侵蝕接觸帶很少，水道充填地層的寬厚比較高、砂泥比下降到65%～80%，由于水道側向遷移，橫向上連通性增加而縱向連通性相對較差。對于限制性水道，砂體的厚度會很大，而圈閉的面積可能比較小；而非限制環境內，圈閉面積很大而砂體的厚度會很小。不同形態和不同空間展布的水道砂體，其油井的產量、壓力下降速度和產量下降速度、采收率等變化很大。這些都增加了深水水道砂巖勘探的復雜性，因此找到厚度大、橫向和側向連通好的水道砂巖至關重要。

圖6 白云深水區淺層侵蝕/加積水道垂向充填橫剖面左圖為水道平面形態圖(高彎度：水道—天然堤；低彎度：富砂水道充填)：a1-a2為地震剖面圖及線描圖；a3為水道充填序列的演化過程Fig.6 Cross section showing vertical infilling of shallow erosional/aggradational channels, Baiyun deepwater region

圖7 白云深水區淺層深水水道垂向充填橫剖面a1-a2.地震剖面圖及線描圖；b.多個水道砂巖充填和層間天然堤泥質沉積具有顯著的非均質性，泥巖成為滲流屏障及隔板Fig.7 Cross section showing vertical infilling of shallow deepwater channels, Baiyun deepwater region

6 結論

南海北部白云深水區已經獲得了重大的天然氣發現，正逐漸成為全球深水油氣勘探的熱點區之一[16]，鑒于深水油氣勘探的高投入和巨大風險，必須找到優質高效的深水砂巖儲層，而深水水道砂巖無疑是最重要的儲層之一，只有掌握深水水道系統的形態、演化和沉積過程，才能搞清楚砂體的分布、幾何形態以及物性特征，增加鉆前預測的可靠性，提高勘探成功率。本文通過對白云凹陷淺層深水水道的研究，以期達到類比中深層勘探層位的深水水道沉積的作用，增加對深水水道沉積的理解，指導白云深水區的勘探。

參考文獻:

[1] Pettingill H S, Weimer P. World-wide deepwater exploration and production: Past, present and future[M]//Fillon R H, Rossen N C, Weimer P, et al, eds. Petroleum systems of deep-water basins：Global and gulf of Mexico experience. Houston: SEPM, 2001:1-22.

[2] Paul W, Roger M S. Introduction to the petroleum geology of deepwaters settings [J].AAPG studies in geology, 2006, 57: 171-175.

[3] Arthur S, Ken W, Fransiskus S, et al. Characteristics of Pleistocene deep-water fan lobes and their application to an upper Miocene reservoir model, offshore East Kalimantan, Indonesia [J]. AAPG Bulletin, 2008, 92(7)：919-949.

[4] 龐雄,申俊,袁立忠,等. 南海珠江深水扇系統及其油氣勘探前景[J]. 石油學報,2006,27 (3)：11-15.

[5] 龐雄,陳長民,朱明,等. 南海北部陸坡白云深水區油氣成藏條件探討[J]. 中國海上油氣,2006,18(3):145-149.

[6] 龐雄,陳雋,代一丁,等. 珠江口盆地白云西—開平凹陷油氣聚集及勘探目標研究[J]. 中國海上油氣(地質),1995,9(4):237-245.

[7] Mutti E, Normark W R. An integrated approach to the study of turbidite systems[C]//Weimer P, Link M H, eds. Seismic facies and sedimentary processes of submarine fans and turbidite systems. New York: Springer-Verlag, 1991: 75-106.

[8] Mutti E, Normark W R. Comparing examples of modern and ancient turbidite systems: problems and concepts[C]// Leggett J K, Zuffa G G, eds. Marine clastic sedimentology. London: Graham and Trotman, 1987:1-38.

[9] Mutti E, Normark W R. An integrated approach to the study of turbidite systems[C]// Weimer P, Link M H, eds. Seismic facies and sedimentary processes of submarine fans and turbidite systems. New York: Springer-Verlag, 1991:75-106.

[10] Clark J D, Pickering K T, Submarine channels: processes and architecture [M]. London: Vallis Press, 1996:231.

[11] Ross W C, Halliwell B A, May J A, et al. Slope readjustment: A new model for the development of submarine fans and aprons [J]. Geology, 1994, 22(6):511-514.

[12] May J A, Warme J E. Bounding surfaces, lithologic variability, and sandstone connectivity within submarine-canyon outcrops, Eocene of San Diego, California[C]// Weimer P, Slatt R M, Coleman J L, et al, eds. Global deep-water reservoir: Gulf Coast Section-SEPM Foundation 20th annual Research Conference in Deep reservoir of the world. Perkins Research Conference, 2000:556-577.

[13] Saller A H, Noah J T, Ruzuar A P, et al. Linked lowstand delta to basin-floor deposition, offshore Indonesia: An analog for deepwater reservoir systems[J]. AAPG Bulletin, 2004, 88(1):21-46.

[14] Clark J D, Pickering K T. Submarine channels: processes and architecture [M]. London: Vallis Press,1996:231.

[15] Mayall M, Stewart I. The architecture of turbidite slope channels[C]//Weimer P, Slatt R M, Coleman J L, et al, eds. Global deep-water reservoirs: Gulf Coast Section-SEPM Foundation 20th Annual Research Conference in Deep reservoir of the world. Perkins Research Conference, 2000:578-586.

[16] 朱偉林. 南海北部深水區油氣勘探關鍵地質問題[J].地質學報, 2009,83 (8):1059-1064.