尼日爾三角洲盆地過路朵葉體特征及發育模式

胡孝林，于 水，劉新穎

(中海石油研究總院，北京 100027)

尼日爾三角洲盆地過路朵葉體特征及發育模式

胡孝林，于 水，劉新穎

(中海石油研究總院，北京 100027)

選取尼日爾三角洲盆地某深水區塊，通過鉆井、地震反射特征及地形特征分析，揭示在陸坡內發育的過路朵葉沉積儲層及結構特征，建立過路朵葉發育模式，明確地形特征及沉積物源供給對過路朵葉發育及演化的控制作用.結果表明，工區內過路朵葉具有塊狀充填的沉積特征，表現沉積時受低地形限制快速充填的特征；儲層平面分布范圍優于線性水道且具有優良的儲集性能，其發育規模和平面分布主要受泥巖上拱形成的微型盆地控制，表現一個多期“充填—溢出”過程，可劃分為原始地形、初始充填、后期充填、溢出、水道侵蝕等5個階段，每個階段沉積儲層特征及平面展布特征都存在差異.此外，重力流流體密度、海平面變化對過路朵葉規模、發育位置也具有較大影響.

尼日爾三角洲盆地；深水扇；過路朵葉；沉積特征；發育模式

0 引言

對于深水扇沉積體系，石油工業界一般依據儲層發育程度、平面分布及聯通性質等，劃分出深水水道(channel)、朵葉(lobe)、天然堤(levee)、溢岸(over bank)等沉積單元.其中朵葉與水道一起構成深水油氣最主要的儲集體.作為主要的深水油氣儲層之一，朵葉體在某些盆地中的重要性甚至超過深水水道的.如在墨西哥灣盆地北部深水區，60%的產量來自朵葉砂體，而來自深水水道砂體的產量只有25%[1].此外，在巴西海上、西非安哥拉海上、尼日利亞深水區等朵葉砂體為重要的油氣儲層[2-4].過路朵葉是朵葉的一種，指在深水水道過路過程中，局部低地形內重力流沉積物部分卸載，對局部低地形充填—溢出而形成的朵葉狀或長條狀沉積體[5]；通常，具有中等寬厚比(300∶1～500∶1)的塊狀充填及后期水道切割的特征.該類沉積體儲層兼具水道砂體的較大垂向厚度及末端朵葉(席狀砂)的平面延展及聯通性，因而對于深水油氣勘探具有重要意義.筆者以西非尼日爾三角洲盆地深水區為例，探討該盆地主要深水油氣儲層——過路朵葉的基本特征及發育模式，以期對該地區或相似地區的深水油氣勘探和開發提供指導.

1 地質概況

尼日爾三角洲盆地位于西非幾內亞灣，盆地面積可達30×104km2，發育西南方向延展的新生代三角洲，盆地最大沉積厚度為12 km[6-7].作為世界上少有的在1 000×104a中形成的單體沉積體系和石油系統，自白堊紀開始，在尼日利亞三叉裂谷衰亡一支的基礎上發育，為西非一系列被動大陸邊緣盆地中最北段的一個，經歷裂谷期、漂移期2個演化階段[8].裂谷期發育于下白堊統阿爾布階(Albian)—上白堊統三冬階(Santonian)，主要為海進體系沉積的砂泥巖地層，局部發育碳酸鹽巖沉積，下覆前寒武紀結晶基底(見圖1).至晚白堊世坎潘期，盆地進入漂移階段，至古新世，為淺海—深海相沉積地層.始新世后，伴隨全球海平面下降及非洲大陸隆升，盆地物源供給充沛，在陸架至陸坡區域，發育大型浪控三角洲—深水扇沉積體系(見圖1)，該套沉積也是盆地目前深水油氣勘探的主要目的層系.根據巖性地層劃分，盆地自下而上分別發育阿卡塔組(Akata)、阿格巴達組(Agbada)和貝寧組(Benin)等3個穿時地層單元[9](見圖2).與典型西非被動大陸邊緣盆地不同的是，尼日爾三角洲盆地內不發育鹽巖沉積，下部活動地層以海相泥巖為主，泥巖的活動對盆地沉積體系發育及油氣成藏作用的影響明顯.按構造樣式及泥巖活動特征，盆地由陸向海可依次劃分為伸展帶、轉換過渡帶和壓縮帶[10-11](見圖2)，現今深水油氣勘探活動主要集中在轉換過渡帶.

圖1 尼日爾三角洲盆地地層柱狀圖及深水扇發育概況(據IHS，2005年修改)Fig.1 Stratigraphic column and development of deep-water fan in Niger delta basin

圖2 尼日爾三角洲盆地結構Fig.2 Tectonic structure of Niger delta basin

作為整個盆地主體的尼日爾三角洲形成于始新世，整體上向西南方向進積，至上新世、更新世時期進積幅度更大.伴隨三角洲的不斷進積，其前緣位置發育3個大型的深水扇沉積體系，從東向西依次為卡拉巴扇、尼日爾扇和艾文扇[12](見圖1)，由陸坡上部發育的多條切谷體系同時供給物源[7](見圖1)，具有線物源供給特征.切谷體系寬度一般在5 km以下，切深小于200 m，向海方向逐漸發育天然堤—水道體系，在陸坡中下部沉積多個末端朵葉，延伸長度可達700 km[10].陸坡上大量發育的泥巖相關構造，通過陸坡地形改變，對深水扇沉積相帶及延展方向產生一定的控制作用.盆地內現今活動的切谷主要集中在盆地的西部及中部，與尼日爾三角洲主體進積方向的周期性遷移有關[13].

2 沉積特征

2.1 沉積背景

工區位于盆地陸坡中部.平面上位于艾文扇東側(見圖1)，水深為1.0～1.5 km，工區發育多個超壓泥巖活動形成的泥拱構造，對工區地形改變及深水沉積體系沉積影響作用明顯.工區內深水扇體系主要發育在中新世，根據中新統沉積相平面分析(見圖3)，工區內深水扇體系沉積單元組成包括深水水道、天然堤—溢岸、過路朵葉、決口朵葉及末端朵葉等多種，平面展布方向呈現NNE-SSW或NE-SW向.工區過中新統過路朵葉發育，與工區超壓泥巖活動及尼日爾河供給物源含砂量有密切關系.工區超壓泥巖多期活動形成多個泥拱構造，對地形產生明顯改造作用，在工區相鄰泥拱的低洼部位，形成多個與泥活動相關的“微型盆地(Mini basin)”，在微型盆地內重力流流體的多次充填—溢出，為過路朵葉沉積提供基本的地形背景(見圖1).此外，盆地主要物源供給河流——尼日爾河流域寬廣，且植被較為發育，使該河流提供的物源砂質含量相對較低，加之部分碎屑物質沉積于盆地寬廣的陸架，因而盆地深水扇體系表現出典型的“富泥扇”特征[14]，單次重力流流體密度較低，能量相對較弱，除在盆地陸坡上部重力流表現出明顯的侵蝕下切特征外，至工區所在的陸坡中部，重力流流體以沉積卸載為主，對斜坡內小型盆地的侵蝕作用有限，有利于過路朵葉沉積的保存；同時，較低的重力流流體密度有利于深水扇沉積相帶在縱向上的分異，且能夠延伸較遠，為沿物源方向分布的多個“微型盆地”的依次充填—溢出提供有利條件(見圖3).此外，始新世以來長期海平面下降，盆地三角洲體系整體向海推近，為深水扇體系的沉積提供充足的物源保證，沉積物對工區微型盆地的填平補齊作用加劇，有利于過路朵葉的大量發育.

圖3 工區中新統沉積相Fig.3 Miocene sedimentary facies of study area

2.2 儲層特征

工區T1井鉆遇中新世過路朵葉.根據該井鉆井取心特征，過路朵葉由多個0.5～2.0 m厚的中—細砂巖組成，分選較好，垂向上可由多個向上變細的旋回構成，旋回底部砂巖含大量的泥礫和漂浮的石英顆粒，局部可見少量菱鐵礦碎屑和分選差的砂質角礫巖沉積的正旋回砂巖組成，主要為塊狀，局部可見正粒序層理，無明顯層理構造，顯示充填為主的特征，向上逐步過渡到發育水平層理、交錯層理的細砂巖—粉砂巖沉積.至頂部，由于鉆井位置不同，可見其頂部深水水道的侵蝕特征或水道邊部的天然堤沉積，其中巖性上表現出塊狀粗砂巖或礫巖夾大量泥礫，為水道底部侵蝕階段沉積物，以粉砂及細沙薄互層，發育大量波狀交錯層理的巖心段為天然堤沉積(見圖4).砂巖段間夾有薄層海相泥巖，說明在過路朵葉沉積過程中存在多期垂向疊置的特征.測井曲線表現為頂底突變的箱型、漏斗型和鐘型，齒化不明顯，說明過路朵葉相對連續的充填特征(見圖4).

由于泥拱多期活動，工區中新世過路朵葉的先成沉積地形很難恢復，選取工區受泥巖活動影響較小的更新世過路朵葉說明沉積時地形及平面展布特征.工區中部，由于受到西部、東部及南部3個泥拱、泥底辟的共同影響，形成一長軸近南北向展布的微型盆地，盆地南北長約為15 km，東西寬約為7 km，地震剖面上最大時間深度為100 ms，在其內沉積盆地長軸方向展布的過路朵葉面積約為60 km2.2條近南北向深水水道切穿其上，為該微型盆地供給砂質碎屑沉積物，匯合后從微型盆地東南方向開口處流出(見圖5).在地震剖面上該過路朵葉以中低頻、中強振幅連續相為主，內部表現為丘狀、雜亂或強振幅連續充填特征(見圖6)，上部被后期水道侵蝕切割.

工區鉆測井分析表明，過路朵葉具有較好的孔深及儲集性能，單個過路朵葉沉積砂體厚度一般在20.0 m以上，最大的為31.9 m，含砂率為25.21%～86.22%，說明該類型沉積體砂體較為發育.砂巖單層厚度多數在1.0～3.0 m之間，最大的可到24.0 m，工區鉆遇過路朵葉沉積砂體層數一般較少，多數在4層以下，表明其厚層充填的特征.巖心分析表明，在上覆地層厚度約為2 km的情況下，其孔隙度分布在21%～30%之間，平均可達25%，滲透率分布較廣，在(200.00～2 160.16)×10-3μm2之間，平均高達829.53× 10-3μm2，多數樣品點大于500.00×10-3μm2(見圖7)，根據取心分析數據，過路朵葉沉積砂體具有優良的孔滲特征.

2.3 過路朵葉與末端朵葉區別

過路朵葉沉積原理與末端朵葉具有相似性，兩者是線性重力流流體由地形變化引起能量卸載的沉積產物.由于沉積位置及地形條件差異，兩者在沉積產物特征方面存在較大差異.首先，過路朵葉更靠近沉積物源，根據工區模式(見圖8)，其發育時期更靠近海平面下降最低期，因而，沉積時沉積物源供給更為充足、能量更強，在遇到地形突然變化時沉積物卸載速率更快，表現為過路朵葉沉積時的快速塊狀充填特征，儲層單層厚度大，最大可達20 m以上；而末端朵葉傾向于表現為緩慢層狀沉積特征，儲層單層厚度相對較小，多數在1～3 m之間.其次，兩者沉積時地形條件有巨大的差別，過路朵葉沉積于局限地形，多數是由于泥巖或鹽巖活動形成的小型斜坡盆地，局限地形在一定程度上加劇沉積物在垂向上的堆積特征，使過路朵葉表現出厚層砂巖疊合的特征；末端朵葉沉積于深水扇體系的最前端，為非限制或限制不明顯的地形條件，因而過路朵葉平面分布范圍往往受限于斜坡盆地的大小.第三，根據工區研究實例，多數過路朵葉面積在100 km2以下；而末端朵葉由于沉積于開闊地形，只受控于海平面升降影響下的沉積物供給量及供給速率，因而能夠形成較大平面分布范圍，即使在工區靠近陸坡中部的區域，也能達300 km2.同時，開闊體系條件下，末端朵葉單次沉積厚度一般較薄，加之2次重力流流體之間沉積的薄層海相泥巖，表現出砂泥薄互層沉積特征.

圖4 T1、T2井中新統過路朵葉巖心描述Fig.4 Core description of Miocene transient lobe，well T1 and T2

3 發育模式

根據過路朵葉沉積儲層特征分析，過路朵葉具有明顯的塊狀特征，表現出沉積體沉積時的快速充填特征.根據平面分布特征，過路朵葉主要發育在具有局限地形條件的中部陸坡，一般呈拉長的朵葉狀或線狀(見圖3和圖5)，發育特征及分布位置受局限地形的控制，是一個復雜的“充填—溢出”過程.演化階段可以劃分為5個階段(見圖9)，每個階段沉積儲層發育特征及平面展布特征都存在一定差異.

第一階段為原始地形的形成階段，局限地形盆地必須具有一定深度和寬度，才能對上傾方向的物源產生截留作用(圖9)，直接決定過路朵葉儲層的總體厚度及分布面積，是過路朵葉沉積儲層形成的先決條件；但局限地形盆地深度和寬度也不能過大，過大的局限地形內部直接形成末端朵葉體系.根據工區實例，這些局限盆地的寬度一般在4～15 km之間，深度在150 m以下.在西非地區該類局限地形形成的原因主要是與泥巖活動相關的構造活動.

圖5 研究區更新世過路朵葉均方根振幅屬性(T1—T2井)(位置見圖3)Fig.5 The RMS attribute map of Pleistocene transient lobe(The Location in Fig.3)

圖6 更新世過路朵葉時間域地震剖面Fig.6 The seismic profile of Pleistocene transient lobe

第二階段為過路朵葉對局限地形的初始充填階段.該階段來自上部水道或者滑塌重力流沉積物開始充填局限地形，在局部地區，可能見到過路朵葉對局限地形底部的沖刷侵蝕作用.該階段海平面較高，物源供給不充足，同時存在上部局限地形對沉積物的截留作用，因此在鉆井上過路朵葉底部砂體厚度往往較薄(見圖9).在該階段結束后，伴隨一個短暫的海平面升高過程，局限地形內部充填一定厚度的海相泥巖(見圖9).

圖7 T1井中新統過路朵葉巖心物性分析交會圖Fig.7 Reservoir properties of Miocene transient lobe，well T1

圖8 尼日爾三角洲盆地深水沉積單元垂向發育模式(據劉新穎修改，2013年)Fig.8 Evolution model of deep-water sedimentary，Niger delta basin

第三階段為后期充填階段.該階段隨海平面的降低，深水扇體系物源充足，物源開始劇烈充填局限地形，砂質沉積物不斷卸載沉積，密度較小的泥質沉積物伴隨重力流越過局限地形的溢出點向深海平面搬運，直到將整個局限地形填滿(見圖9).該階段后期沉積物對局限地形內的砂體和海相泥巖產生一定的侵蝕作用，使過路朵葉沉積體的整體含砂率提高.由于具有充足的物源供給和適中的海平面變化條件，該階段是過路朵葉儲層形成的主要時期；砂體單層厚度一般較大且物性優異，使整個過路朵葉體儲層呈現“下薄上厚”的特點(見圖9).

第四階段為過路朵葉的溢出階段.由于前2個階段的充填，局限地形被填平，沉積空間不斷減小，伴隨海平面的繼續降低，重力流沉積物不斷向深海進積，砂質沉積物逐漸越過局限地形的下端溢出點，向深海平面或下部局限地形搬運，并在下部局限地形中沉積新的過路朵葉沉積體.該階段在局限地形的上傾方向存在一定的沉積空間，部分沉積物卸載在這個位置(見圖9)，使整個過路朵葉沉積體上傾方向儲層厚度加大，同時在平面上加大過路朵葉儲層的面積.

第五階段稱為水道侵蝕或沉積物過路階段.由于海平面持續降低，重力流流體能量開始增強，過路朵葉沉積位置由沉積充填作用逐步過渡到過路—侵蝕作用，后期沉積物線性侵蝕先期過路朵葉沉積體，并從溢出點溢出(見圖9)，使過路朵葉頂部往往可以見到水道侵蝕階段的底部滯留或滑塌充填巖相，如工區鉆井巖心上可以明顯地看出這個現象(見圖4).該階段對過路朵葉的影響體現在對先期沉積砂體的線性減薄作用，尤其是對第四階段上傾方向沉積物的侵蝕作用最為顯著.同時，水道線狀切割砂體減弱部分過路朵葉砂體平面聯通性質.侵蝕過路作用帶走的先期砂體部分或繼續在下部局限地形中沉積，形成新的過路朵葉，或直接供給至末端朵葉沉積體系.

圖9 過路朵葉形成模式及儲層垂向演化Fig.9 Development Model and reservoir evolution of transient lobe

局限地形對過路朵葉多期的充填—溢出過程的影響非常顯著，控制過路朵葉儲層的發育特征.在這個過程中不能忽視海平面變化因素的影響，只有在海平面持續降低，沉積物供給充足的條件下，過路朵葉才能完成多期充填—溢出的沉積過程；如果海平面變化突然下降，造成沉積物供給不充分，過路朵葉儲層的發育可能“夭折”于后期充填或溢出階段，從而在垂向上和縱向上改變過路朵葉儲層的發育特征.

4 結論

(1)過路朵葉沉積物以塊狀砂巖為主，無明顯層理構造，整體表現為對斜坡低部局限地形快速充填及被后期水道侵蝕的特征，主要發育在盆地陸坡中部，具有單層砂巖厚度大、平面連續性好的特點，兼具線性水道的單層厚度及末端朵葉平面連續性的優點，且具有優良的孔滲性能，是尼日爾三角洲盆地重要的深水油氣儲層類型之一.

(2)盆地超壓泥巖活動形成的微型盆地是過路朵葉沉積的先決條件，為過路朵葉沉積提供局限地形，直接決定過路朵葉的厚度及分布面積.這些盆地深度一般小于150 m，寬度一般在4～15 km之間.其中微型盆地面積對過路朵葉形成影響更大，過大的微型盆地由于地形對重力流沉積物的限定不明顯，易于直接形成末端朵葉體系.

(3)過路朵葉發育表現出多期充填—溢出的過程，可劃分為原始地形、初始充填、后期充填、溢出、水道侵蝕5個主要階段，各階段沉積物充填及儲層發育特征各有差異，其中初始充填、后期充填是過路朵葉發育的主要時期，溢出及后期侵蝕階段對過路朵葉沉積儲層的平面分布有改造作用.多期充填—溢出過程使過路朵葉往往沿水道延展方向呈串珠狀分布.

(4)除受局限地形的影響外，海平面升降及深水重力流流體密度對過路朵葉的形成也具有重要影響.其中海平面持續下降是過路朵葉沉積的有利時期，上期海平面上升減少重力流沉積物的供給，易導致過路朵葉儲層的“夭折”.此外，尼日爾三角洲盆地物源體系表現出“富泥”特征，單次重力流流體密度及能量相對較小，也有利于深水沉積體系的平面分異及過路朵葉的保存.

[1] Lawrence D T，Bosman-Smits D F.Exploring deep water technical challenges in the Gulf of Mexico[C]∥Global Deepwater Reservoirs：Gulf Coast Section-SEPM Bob F.Perkins 20th Annual Research Conference，2000：473-477.

[2] Posamentier H W，Kolla V.Seismic geomorphology and stratigraphy of depositional elements in deep-water settings[J].Journal of Sedimentary Research，2003，73(3)：367-388.

[3] Weimer P，Slatt R M.Global overview of deepwater exploration and production[C]∥Weimer P，Slatt R M.Petroleum systems of deepwater settings.Distinguished Instructor Series No.7，Tulsa：SEG，2004：21-39.

[4] Bruhn C H L，Gomes J A T，Lucchese C D，et al.Campos basin：reservoir characterization and management：Historical overview and future challenges[C].OTC Proceedings Contribution，2003：12.

[5] Adedayo A A，Timothy R M，Stephan A G.Transient fan architecture and depositional controls from near-surface 3-D seismic data，Niger delta continental slope[J].AAPG Bulletin，2005，89(3)：627-643.

[6] Mosto O K.Structural features of Nigeria's coastal margin：An assessment based on age data from wells[J].Journal of African Earth Sciences，1999，29(3)：485-499.

[7] Mitchum R M，Wach G.Niger delta pleistocene leveed channel fans：Models for offshore reservoirs[C]∥Sequence stratigraphic models for Exploration and production：SEPM Bob F.Perkins 22nd Annual Research Conference，2002：713-728.

[8] 侯高文，劉和甫，左勝杰.尼日爾三角洲盆地油氣分布特征及控制因素[J].石油與天然氣地質，2005，26(3)：374-378.

Hou Gaowen，Liu Hefu，Zuo Shengjie.A study of distribution characteristics of petroleum in Niger delta basin and their controlling factors[J].Oil&Gas Geology，2005，26(3)：374-378.

[9] Cohen H A，McClay K.Sedimentation and shale tectonics of the northwestern Niger delta front[J].Marine and Petroleum Geology，1996，13(3)：313-328.

[10] Damuth J E.Neogene gravity tectonics and depositional processes on the deep Niger delta continental margin[J].Marine and Petroleum Geology，1994，11(3)：320-346.

[11] Corredor F，Shaw J H，Bilotti F.Structural styles in the deep-water fold and thrust belts of the Niger delta[J].AAPG Bulletin，2005，89(6)：753-780.

[12] Tuttle M L，Charpentier R R，Brownfield M E.The niger delta petroleum system：Niger delta province，Nigeria，Cameroon，and equatorial guinea，Africa[R].Open-File Report 99-50-H，1999：1-65.

[13] 劉新穎.西非第三系深水扇沉積特征及發育演化規律[J].東北石油大學學報，2013，37(3)：24-31.

Liu Xinying.Depositional characteristics and evolution of the tertiary deep-water fan in west Africa[J].Journal of Northeast Petroleum University，2013，37(3)：24-31.

[14] Reading H G，Richards M.Turbidite systems in deep-water basin margins classified by grain size and feeder system[J].AAPG Bulletin，1994，78(6)：792-822.

TE121.1

A

2095-4107(2014)05-0031-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.05.005

2014-09-15；編輯關開澄

“十二五”國家科技重大專項(2011ZX05030-003)

胡孝林(1969-)，男，碩士，高級工程師，主要從事石油地質方面的研究.