下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組湖相濁積巖特征及石油地質意義

余 燁，蔡靈慧，尹太舉，王 莉，張興強，徐吉豐

（1.湖南科技大學頁巖氣資源利用湖南省重點實驗室，湖南湘潭 411201；2.湖南科技大學資源環境與安全工程學院，湖南湘潭 411201；3.長江大學地球科學學院，武漢 430100）

0 引言

20 世紀50 年代，Kuenen 等［1］最先發現了濁流沉積，并指出濁流是遞變層理的成因，標志著濁流理論的形成；隨后，Bouma 等［2］建立了經典的鮑瑪序列，即5段式的濁流沉積序列，掀起了濁流研究的熱潮；Middleton 等［3］和Hampton［4］基于顆粒的支撐機理將沉積物重力流劃分為泥石流、顆粒流、液化流和濁流4 種類型；Lowe［5］按照沉積物的粒度、顆粒濃度以及沉積物支撐機理將濁流細分為低密度濁流、砂質高密度濁流和礫質高密度濁流3 種；Walker［6］基于濁流沉積理論提出了綜合水下扇模式，為全球深水勘探取得了大量成功實例；Shanmugam［7-8］認為高密度濁流是碎屑流，并將重力流分為滑動、滑塌、碎屑流和濁流4 個過程，同時提出了非水道體系和水道體系2 種深水沉積模式。上述濁流理論的發展及其相應沉積模式的建立，在海相盆地的研究中得到了廣泛的應用［9］，并在陸相湖盆的研究中不斷得到推廣［10］，陸續在鄂爾多斯盆地三疊系延長組［11-13］、松遼盆地白堊系嫩江組［14-15］、渤海灣盆地南堡凹陷東營組［16］和岐口凹陷沙河街組［17-18］以及下剛果盆地白堊系Djeno 組［19］等眾多地區的相關層位取得了重要突破，僅鄂爾多斯盆地和東營凹陷在湖相濁積巖系中探明的油氣資源量就達到了6 億t［20］。下剛果盆地在鹽上白堊系碳酸鹽巖以及古、新近系海相濁積扇砂巖的勘探程度較高，已探明石油地質儲量約310 億桶油氣當量，但鹽下白堊系勘探程度較低，雖在Djeno 組中發現了油氣，但尚未取得重大的勘探突破，對盆地下一步鹽下重點勘探層系尚不明確［19，21］。

筆者以下剛果盆地沉積構造背景為基礎，結合最新勘探的鉆測井資料，對下剛果盆地鹽下早白堊世Pointe Indienne 組湖相濁積巖特征及其石油地質意義進行探討與分析，建立Pointe Indienne 組大型濁積扇的發育模式，以期為該盆地下一步鹽下油氣的勘探開發指明方向。

1 區域地質概況

下剛果盆地位于西非海域含油氣盆地群的中段，面積約為15.7 萬km2，其中海域面積約為13 萬km2，北與加蓬盆地接壤，南與寬扎盆地相鄰，西部為廣袤的南大西洋，東部橫跨加蓬、剛果（布）、安哥拉（卡賓達）和剛果（金）4 個國家［圖1（a）］。該盆地自中生代晚侏羅世以來，伴隨南美洲和非洲板塊的分離以及南大西洋的開啟而形成一個疊合盆地，其構造演化主要經歷了裂陷期（斷坳轉換階段）、過渡期（準平原化階段）和漂移期（非洲板塊和南美洲板塊分離階段）3 個時期［19，22］。裂陷期發生在晚侏羅世至早白堊世Barremian 時期，岡瓦納陸塊解體，陸內裂谷作用發生，形成一系列平行海岸線呈NW—SE 向展布的裂谷盆地，發育了Vandji 組、Sialivakou組、Djeno 組等河湖相沉積和Pointe Noire 組、Pointe Indienne 組等湖相沉積［圖1（b）］，其中Pointe Noire組深湖相泥巖發育最厚，是該盆地一套重要的烴源巖。過渡期發生在早白堊世Aptian 時期，持續拉張導致陸塊裂開，海水開始進入裂谷盆地，發育了Chela 組河流相砂巖沉積和Loeme 組瀉湖相蒸發鹽巖沉積，其中Loeme 組瀉湖相蒸發鹽巖發育廣泛，沉積厚度達1 000 m 以上，是該盆地一套重要的區域蓋層。漂移期發生在早白堊世Albian 時期至現今，南大西洋開啟，海水不斷涌入，盆地進入海相沉積，發育了Sendji 組碳酸鹽臺地、局限海沉積，Likouala 組和Madingo 組的邊緣海、陸架、陸坡、局限海、開闊海沉積及Paloukou 組和Cirques 組的邊緣海、開闊海、剛果扇沉積［圖1（b）］。早白堊世Barremian 時期下剛果盆地快速裂陷，在盆地東北部發育多條NW—SE 走向的階梯式斷層，造成東北部地區NE—SW 向陡峭的地形，并形成水體較深的湖盆，同時該區緊鄰東部前寒武系基底花崗巖物源區［22-23］，這些地質條件有利于重力機制的濁流形成。

圖1 研究區位置（a）及下剛果盆地綜合地層柱狀圖（b）（據文獻［19，22］修改）Fig.1 Location of the study area（a）and integrated stratigraphic column of Lower Congo Basin（b）

研究區位于下剛果盆地東北部剛果（布）與安哥拉卡賓達交界的剛果（布）陸域境內［圖1（a）］，研究層位為裂陷晚期早白堊世Barremian 時期Pointe Indienne 組沉積的厚層疊置湖相濁積巖，該疊置濁積體在研究區鉆井證實厚度為162～188 m（Pointe Indienne 組地層厚度為650～719 m），主要集中在180 m 左右。

2 湖相濁積巖沉積特征

2.1 Pointe Indienne 組發育深湖相沉積環境

早白堊世Barremian 晚期，研究區發育厚層Pointe Indienne 組濁積砂巖，從古生物化石及已鉆探井的巖性特征可以證實，該濁積砂巖主要形成于深湖相沉積環境。Bate［24］通過對西非鹽下裂谷盆地非海相介形類化石種屬、亞種的豐度及分異度進行定量統計分析，并結合其指示古沉積環境的介形類化石組合特征，將早白堊世Brarremian 階劃分為AS6，AS7，AS8，AS9，AS10 等5 個介形化石帶，同時指出AS6 和AS7 介形化石帶（Pointe Noire 組）屬于低湖平面的鹽湖和淺水湖沉積環境，而AS8，AS9和AS10 介形化石帶（Pointe Indienne 組）屬于高湖平面的中深湖沉積環境。Poropat 等［25］通過對東巴西和西非早白堊世介形類生物地層的對比分析，進一步驗證了Bate 的觀點，認為下剛果盆地早白堊世Brarremian 期Pointe Indienne 組為深湖相沉積環境，并指出該時期發育優質的深湖相烴源巖。

鉆井證實Brarremian 期Pointe Indienne 組發育一套厚度約為710 m 的優質深湖相烴源巖，中部夾厚度約為180 m 的優質砂巖儲層。烴源巖以灰黑色泥巖、灰質泥巖為主，發育靜水環境下落淤沉積的水平層理［圖2（a）］，其TOC 質量分數為0.87%～2.17%（平均為1.6%），HI為225～374 mg/g（平均為301 mg/g），w（Pr）/w（Ph）為0.7～0.8（平均為0.75），反映了強還原環境的沉積特征［26］。砂巖儲層為灰褐色、棕褐色油侵中—細砂巖，砂巖中見塊狀層理、大型泥巖漂礫［圖2（b）］，扁平狀泥礫定向排列、泥巖侵入體［圖2（c）］，遞變層理、槽模構造［圖2（d）］和泥質條帶撕裂狀、泄水構造［圖2（e）］，這些特征反映了重力機制作用下濁流快速進入深水湖盆的沉積特征。

圖2 下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組巖性特征與沉積構造（a）灰色泥巖、泥頁巖，水平層理，A1 井，1 644.71 m；（b）灰色中—細砂巖，塊狀層理，夾直徑約10 cm 的灰黑色泥巖漂礫，A1 井，1 699.63 m；（c）灰褐色粉—細砂巖，扁平狀泥礫定向排列，軟沉積物變形構造泥巖侵入體，B1 井，1 686.72 m；（d）棕褐色中—細砂巖，發育遞變層理，底部見槽模構造，B1 井，1 718.77 m；（e）棕褐色中—細砂巖，發育泄水構造，見泥質條帶撕裂狀，B1 井，1 730.35 mFig.2 Lithologic characteristics and sedimentary structures of Early Cretaceous Pointe Indienne Formation in Lower Congo Basin

2.2 Pointe Indienne 組砂巖巖石類型

通過早白堊世Pointe Indienne 組厚層砂巖59個取心樣品的礦物成分分析，有21 個樣品數據顯示基質質量分數在15%以上，平均為19.5%，說明有大部分砂巖屬于雜砂巖。通過計算石英、長石和巖屑的相對含量，繪制出砂巖分類三角圖（圖3）。

圖3 下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組砂巖類型Ⅰ.石英砂巖；Ⅱ.長石質石英砂巖；Ⅲ.巖屑質石英砂巖；Ⅳ.長石巖屑質石英砂巖；Ⅴ.長石砂巖；Ⅵ.巖屑質長石砂巖；Ⅶ.長石質巖屑砂巖；Ⅷ.巖屑砂巖Fig.3 Sandstone classification of Early Cretaceous Pointe Indienne Formation in Lower Congo Basin

從圖3 可以看出，Pointe Indienne 組砂巖主要為長石巖屑質石英砂巖或雜砂巖，礦物成分成熟度為1.63～4.00，平均為2。巖屑以變質巖巖屑為主，其次為沉積巖巖屑和火成巖巖屑，同時可見大量片狀云母。顆粒以次圓狀為主，分選差—中等，風化蝕變程度中等，以孔隙式膠結類型為主，顆粒之間主要為點接觸方式。整體反映出Pointe Indienne 組濁積砂巖快速堆積、成分成熟度低及結構成熟度較差的沉積背景。

早白堊世Pointe Indienne 組濁積巖從粉砂巖到粗砂巖都有發育，主要為中—細砂巖。從砂巖粒度累積概率曲線［圖4（a）］可以看出，下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組砂巖與蘇格蘭奧陶紀、日本二疊紀和德國泥盆紀的典型濁流沉積的粒度累積概率圖相似，懸浮總體含量較大，分選相對較差，以“一段式”和“兩段式”為主［27］。“兩段式”的懸浮總體與跳躍總體的交截點在Φ為0.5～1.5，跳躍搬運總體占比一般低于10%，分選相對較好，表明濁積巖形成的過程中也存在少量牽引流的沉積特征［圖4（a）］。從Pointe Indienne 組砂巖的C-M圖［圖4（b）］上也可以看出，研究區砂巖具有典型的濁流沉積特征，其C值與M值的投點表現為平行于C=M的基線，反映了流速很快的高密度流、懸浮方式搬運沉積的特征［27］。

圖4 下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組砂巖粒度累積概率曲線（a）和C-M 圖（b）Fig.4 Grain size accumulation probability curve（a）and C-M chart（b）of sandstone of Early Cretaceous Pointe Indienne Formation in Lower Congo Basin

2.3 垂向沉積序列及組合

通過早白堊世Pointe Indienne 組厚層濁積砂巖巖心的觀察描述，在其內部識別了完整的鮑瑪序列ABCDE 段以及不完整的AB 段、ABCD 段、ABC段、BCDE 段、CDE 段（圖5）。A 段，厚度為0.05～0.20 m，巖性為灰褐色、棕褐色中—粗砂巖，底部常含礫巖，底面發育沖刷-充填構造和槽模、溝模構造，具明顯的正遞變層理，反映濁流能量從強到弱的遞變過程。B 段，厚度為0.05～0.30 m，巖性為灰褐色、棕褐色中—細砂巖，可見平行層理、塊狀層理，與下伏A 段遞變層理區分明顯，為高密度濁流沉積形成。C 段，厚度為0.05～0.20 m，巖性為灰褐色、棕褐色細砂—粗粉砂巖，發育波狀層理、沙紋層理等。D 段，厚度為0.03～0.15 m，巖性為灰色、灰黑色粉砂巖、泥質粉砂巖，發育水平層理，為低密度濁流沉積形成。E 段，厚度為0.03～0.10 m，巖性為灰黑色、暗色泥巖，常為塊狀層理，屬深水落淤沉積。

圖5 下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組濁積巖沉積序列（a）灰褐色粗砂巖過渡到灰黑色泥巖，A1 井，1 690.70～1 691.13 m；（b）灰褐色中砂巖過渡到灰色泥質粉砂巖，A1 井，1 685.60～1 685.98 m；（c）棕褐色粗砂巖過渡到暗色泥巖，B1 井，1 715.37～1 715.77 m；（d）棕褐色中砂巖過渡到灰黑色泥質粉砂巖，B1 井，1 726.67～1 727.02 m；（e）棕褐色中砂巖過渡到棕褐色粉砂巖，B1 井，1 729.01～1 729.31 m；（f）灰褐色細砂巖過渡到暗色泥巖，再由灰褐色粉砂巖過渡到暗色泥巖，B1 井，1686.84～1687.09 m；（g）棕褐色中砂巖過渡到棕褐色細砂巖，再由棕褐色中砂巖過渡到棕褐色細砂巖，B1 井，1 720.65～1 720.85 mFig.5 Sedimentary succession of turbidite of Early Cretaceous Pointe Indienne Formation in Lower Congo Basin

圖6 下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組濁積巖沉積序列組合Fig.6 Sedimentary succession combination of turbidite of Early Cretaceous Pointe Indienne Formation in Lower Congo Basin

鮑瑪序列ABCDE 段垂向上呈現多種組合形式，根據砂體發育厚薄可總結為厚層塊狀濁積巖和薄層或微層濁積巖2 種組合類型（圖6）。厚層塊狀濁積巖巖性主要為粗砂巖、中砂巖、細砂巖及粉砂巖，頂部可見少量薄層泥巖；砂巖底部具有明顯的突變接觸，見沖刷-充填構造及重荷模、槽模構造；砂巖中主要發育遞變層理、塊狀層理、平行層理、沙紋層理或水平層理，整體表現為下粗上細的粒序沉積序列，表現為ABCDE 段、BCDE 段、ABCD 段、ABC段及AB 段的鮑瑪序列組合，反映了濁積扇內扇和中扇的特征；AB 段組合主要發育在內扇主水道沉積環境，以粗砂巖、含礫砂巖為主，測井曲線表現為微齒化箱型；ABC 段組合主要發育在中扇辮狀水道沉積環境，以中—細砂巖、粉砂巖為主，測井曲線表現為鐘型或箱型-鐘型的組合特征；厚層濁流主要為ABCDE 段、BCDE 段或BC 段的組合特征，以細砂巖、粉砂巖為主，夾薄層泥巖段。薄層或微層濁積巖主要由細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂和上部粉砂質泥和泥巖組成；底面一般不平整，與下伏巖層通常呈突變接觸，發育小型槽模、溝模及火焰狀構造；鮑瑪序列多為不完整的CDE 段、DE 段或E 段的組合形式，A 段、B 段通常不發育，且E 段靜水條件下落淤沉積發育的比較厚，反映了濁積扇前端外扇沉積環境的特征（圖6）；薄層濁流沉積一般為CD段、CDE 段組合，以粉砂巖、粉砂質泥巖為主，測井曲線表現為指狀；深湖泥則主要為灰黑色、暗色泥巖組成，以靜水落淤的E段沉積組成。

3 Pointe Indienne 組濁積巖成因模式探討

研究區位于下剛果盆地陸域地區，勘探程度較低，且受區域巖鹽構造分布的影響，地震分辨率較低，因此，目前對早白堊世Pointe Indienne 組湖相濁積巖的成因模式還不清楚。筆者通過已掌握的井資料信息，結合區域構造沉積背景，并參考前人在下剛果盆地鹽上漸新世—中新世所建立的剛果水道-濁積扇沉積模式［21，28］，對該套厚層疊置濁積巖的成因進行了探討。

早白堊世Pointe Indienne 組濁積巖沉積時期為該盆地裂陷活動的晚期，此時該盆地斷陷期結束并轉為坳陷沉積階段，為該盆地發育深湖古地理環境創造了條件。由于受早期NNW—SSE 向正斷層或中高角度斷層及產狀斷層持續的影響，晚期坳陷盆地繼承了早期裂谷盆地結構樣式呈NNW—SSE 向展布，造成中央隆起帶（現今下剛果盆地的中部）和北東方向盆地邊緣的相對隆升，在NE—SW 方向形成呈地塹式坳陷盆地［21］。研究區位于下剛果盆地陸域地區靠近北東方向盆地邊緣，因此其物源主要來自北東方向（圖7）。鑒于此，Pointe Indienne 組湖相濁積巖主要受北東方向河流或河流三角洲物源的供給，在早期裂陷期階梯狀正斷層發育機制的控制下，由于重力機制作用的影響，碎屑沉積物從北東方向重力搬運或少量以牽引流方式搬運至坳陷湖泊深處，依次發育濁積扇的內扇、中扇及外扇，其中內扇以塊狀濁積巖為主，中扇發育厚層濁積巖和少量薄層濁積巖，外扇則以薄層濁積巖為主。

圖7 下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組濁積巖發育模式Fig.7 Development model of turbidite of Early Cretaceous Pointe Indienne Formation in Lower Congo Basin

4 Pointe Indienne 組濁積巖石油地質意義

湖相濁積巖作為一種較優質的儲集層與油氣成藏具有非常密切的關系，在鄂爾多斯盆地、東營凹陷等陸相盆地已得到了證實［20，29］。下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組形成于裂陷活動晚期湖盆鼎盛發育期，沉積了一套半深湖—深湖相厚層烴源巖。該套烴源巖分布面積較廣，累積厚度較大，其中Pointe Indienne 組下段達到120 m、上段甚至厚達400 m（圖8），富含浮游生物和藻類，有機質豐度較高，總有機碳質量分數為0.87%～2.17%，平均為1.6%［26］。這些厚度大、豐度高的烴源巖為研究區油氣成藏奠定了雄厚的物質基礎，具備大型油氣藏形成的基礎條件。

作為儲層發育的Pointe Indienne 組中段的濁積巖深入半深湖—深湖的腹地，可與源巖的Pointe Indienne 組下段、上段直接接觸，并充分獲取烴源巖不斷釋放的油氣，再加上Pointe Indienne 組上段泥巖蓋層的封堵，因此，在Pointe Indienne 組中具有良好的生、儲、蓋組合（圖8）。這些濁積巖儲層砂體與湖相泥頁巖伴生，常呈疊置的濁積扇發育而尖滅于湖相泥頁巖之中，可形成良好的巖性圈閉。而且，該砂巖儲層的上部、下部都發育較厚的烴源巖，可形成上生下儲或下生上儲的油氣藏組合，上部烴源巖既可生成油氣，又可封堵油氣向上逸散，成為良好的蓋層。濁積砂體一般非均質性較強，但疊置的厚層濁積扇砂體物性相對較好，研究區濁積扇砂體儲層孔隙度為11.2%～20.5%（平均為15.9%），滲透率為0.22～12.92 mD（平均為1.17 mD），屬中孔、低滲儲層，結合現有的壓裂開采技術，具有很好的勘探前景，是下剛果盆地鹽下油氣下一步重點勘探的層系。

圖8 下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組生儲蓋組合Fig.8 Source-reservoir-cap assemblages of Early Cretaceous Pointe Indienne Formation in Lower Congo Basin

5 結論

（1）下剛果盆地早白堊世Pointe Indienne 組屬深湖相沉積環境，其中段沉積的疊置砂巖具有典型的濁流沉積特征，發育典型的鮑瑪序列及特征沉積構造。

（2）濁積巖為長石巖屑質石英砂巖或雜砂巖，其成分成熟度低、結構成熟度較差，以懸浮搬運機制為主，沉積于構造活動較活躍的沉積環境。

（3）砂巖內部識別出了多套完整和不完整的鮑瑪序列，并依據其組合形式及測井曲線形態將濁積扇劃分為內扇、中扇、外扇3 個亞相和主水道、辮狀水道、厚層濁流、漫溢沉積、薄層濁流、深湖泥6 個微相。

（4）儲層物性較好，屬中孔、低滲儲層，且與上部、下部發育較厚的優質烴源巖直接接觸，具備形成大中型油氣藏的條件，是下剛果盆地鹽下油氣下一步勘探的重點。