西非下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統深水水道體系沉積特征及演化

陳 華，林暢松，2，張忠民，張德民，朱奕璇，吳高奎，李 茗，徐 海，郭榮濤

(1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083；2.中國地質大學(北京) 海洋學院，北京 100083；3. 中國石化 石油勘探開發研究院，北京 102206)

深水水道體系，作為陸架邊緣沉積體系的重要類型，對大陸邊緣帶的地貌演化和沉積過程均有著顯著影響[1-5]。另外，全球近二十年的深水油氣勘探實踐表明，深水水道可構成深水油氣田的主要儲層[6-8]。因此，對深水水道加以研究具有重要的理論和生產意義，現已發展成為盆地分析和油氣勘探領域共同關注的熱點課題[9-12]。

西非下剛果—剛果扇盆地中新統發育有大規模的深水水道沉積且油氣勘探的前景廣闊，由此引發了國內外諸多學者圍繞其層序地層劃分、深水水道發育特征等方面開展了一系列研究[13-16]，但有關認識(如層序劃分方案、水道沉積單元構成類型等)目前并未統一。另外，下剛果—剛果扇盆地中新統深水水道沉積演化特征及其對控制因素的綜合響應關系，揭示還不夠系統。

近年來，隨著下剛果—剛果扇盆地油氣勘探工作的不斷深入，研究區增添了許多新的資料，包括A區塊4 760 km2高精度三維地震數據體、10余口測井及相關巖心等，為解決上述問題提供了扎實的基礎。本文正是基于對區內較為豐富的研究資料的綜合分析，建立了下剛果—剛果扇盆地中新統的層序地層格架，闡述了三級層序內部發育的深水水道體系的沉積單元構成，系統揭示了深水水道的發育、演化特征及其對古氣候—海平面變化、構造運動—物源供給和盆地古地貌等多種控制因素的響應關系，旨在為該盆地A區塊深水油氣勘探工作提供一定參考。

1 地質概況

研究區A區塊位于西非海岸下剛果—剛果扇盆地中部(圖1)，該盆地為典型被動陸緣盆地，油氣資源豐富，勘探潛力巨大，其北部以Casa Maria隆起為界，南部以Ambrizete隆起為界，東部與前寒武系基底相鄰，西部與大西洋洋殼相連(大約以3 km水深線為盆地西邊界)。

圖1 下剛果—剛果扇盆地構造單元劃分及研究區A區塊位置Fig.1 Tectonic units of Lower Congo-Congo Fan Basin and location of block A

下剛果—剛果扇盆地主要經歷了3個構造演化階段：(1)裂谷階段(紐康姆期—早巴雷姆期)，主要是發生陸內裂谷作用，同時形成了同裂谷期主力優質烴源巖；(2)拗陷階段(晚巴雷姆期—早阿爾布期)，主要是南大西洋的打開和阿普特期重要的區域性蒸發鹽層序的形成[17]；(3)被動陸緣階段(晚阿爾布期至今)，主要是晚白堊世坎潘期—馬斯特里赫特期富有機質海相頁巖的沉積和古近系深水濁積扇沉積，同時伴隨有大量鹽構造的活動[18]，中新世以后，受古剛果河影響，大量陸源碎屑物向盆地內部堆積并沿著海底峽谷向深海搬運沉積，導致盆內發育了巨厚的重力流沉積，最厚處達6 km，這些重力流沉積是剛果扇沉積體系的主要構成元素，其中中新統Malembo組厚約1 200～1 500 m，是盆地內最重要的儲集層和產油層。

下白堊統Loeme組廣泛發育的鹽巖作為構造滑脫層，將盆地劃分為鹽下裂谷和鹽上重力滑動等2個構造變形層。根據每個區域的主要鹽構造類型，盆地自東向西可劃分為白堊系鹽筏帶、第三系鹽筏帶、底辟帶、鹽蓬帶及厚層鹽巖帶(圖1)。

2 層序地層格架

2.1 劃分方案

通過對區塊沉積背景分析、連井層序對比以及地震資料解釋等，識別出了SB1-SB5等5個層序界面，進而將中新統劃分為4個三級層序(SQ1-SQ4)，大體對應于下中新統、中中新統下段、中中新統上段及上中新統(圖2)。

2.2 界面特征

三級層序界面SB1為中新統、漸新統分界面(圖3)，GR測井曲線在SB1界面以上常表現為齒形或指形，底部多呈突變接觸。在地震剖面上(圖4)，SB1對應的地震反射軸連續性較差，界面之上顯示出中—強振幅、低頻、中低連續性的特征，界面之下表現為低振幅—中低連續性前積反射結構，另外，SB1界面之上可以看到上超現象，之下則表現為削截。

三級層序界面SB2位于中新統中下部(圖3)，GR曲線在該界面上方呈齒化箱形，界面下方為微齒化(可能是由于濁積水道形成初期產生泥質碎屑并沉積在水道的底部所致)；RD曲線在界面上下突變明顯，界面上方為高值、變化強烈，界面之下往往顯示出低振幅、較平穩的特點。在地震剖面上，層序界面SB2對應的反射軸連續性較差，其上顯示出中振幅、中頻、低連續性的特征，界面之下顯示出中振幅、低頻、中等連續性的特征，另外界面之上可見上超點，界面之下可見頂超點(圖4)。

圖2 下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Miocene in block A, Lower Congo-Congo Fan Basin

圖3 下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統層序地層劃分Fig.3 Sequence stratigraphic division of Miocene in block A, Lower Congo-Congo Fan Basin

三級層序界面SB3、SB4位于中新統中部(圖3)，界面之上GR曲線均呈指狀或齒化箱狀，界面之下往往呈現微齒化；RD曲線在界面SB3、SB4的上下變化明顯，界面以上表現為指狀，以下具有微齒化、低值特征。界面SB4在地震剖面上表現為一條連續性較好、中—強振幅的同相軸，其上顯示出弱振幅、高頻、中連續性的特征，下伏地層具有中—強振幅、低頻、低連續性的特征。

圖4 下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統深水水道沉積地震剖面特征 TC.重力流水道；TS.濁積席狀砂；SDF.泥石流垮塌；PM.深海泥巖；IV.下切谷Fig.4 Seismic profile of deep-water channel systems of Miocene in block A, Lower Congo-Congo Fan Basin

三級層序界面SB5為中新統頂界面(圖3)，界面處在研究區多次出現下切現象，界面之下GR曲線呈高值，為一段較厚的泥巖，反映水體加深過程；界面上部為較薄層的砂巖在下切溝谷中充填，相應GR曲線呈指狀。RD曲線在界面位置有突變，呈指狀。在垂直物源方向的地震剖面上，SB5界面剝蝕現象明顯，其對應的地震反射軸連續性好，界面之上顯示出中振幅、低頻、較高連續性的特征，界面之下在剖面上顯示出中—強振幅、高頻、中等連續性的特征，另外，SB5界面在某些區域是上覆地層的上超面，界面之下有頂超或削截現象。

3 沉積演化特征

3.1 沉積特征

3.1.1 巖性特征

巖心和薄片資料統計分析表明，研究區中新統深水水道沉積由砂、礫巖和泥巖組成，結構、成分成熟度均較低(次棱角—次圓狀磨圓，中等—差分選)。單個旋回底部可見礫石，多為泥礫，礫石大小不一，呈懸浮狀(圖5a)；中部為含泥質碎屑砂巖或不等粒砂巖(圖5b)，上部為粉砂巖—泥巖，變形層和砂巖侵入體較為常見，向上泥質含量增多，并過渡為泥巖沉積(圖5c)。整體構成正旋回，多個單旋回垂向疊置構成完整沉積序列。此外，研究區發育多期鮑馬序列，垂向不同部位鮑馬序列發育程度、組合類型存在一定的差異性。一般鮑馬序列發育不全，單井下部層段多為Ta-Tb段、Ta-Tb-Tc段；上部層段則多見Tb、Td-Te段，局部發育更為完整的鮑馬序列，可見Ta-Tb-Tc-Te段(圖5d)。

3.1.2 沉積構造特征

區內中新統可見重力流相關沉積構造，如泄水構造、碟狀構造、負載構造等。此外，可見爬升沙紋層理、生物擾動構造等(圖6)。

泄水構造多見于極細—細砂巖(圖6a)，局部密集出現，大小不一，長度一般小于10 cm。碟狀構造多為變形或傾斜狀，呈5°～50°向下傾斜(圖6b)。負載構造均見于砂泥巖界面處，因強烈變形，局部呈火焰狀(圖6c)。變形層多見于粉砂巖—泥巖層內，常與砂巖侵入體伴生(圖5c)。爬升沙紋層理見于鮑馬層序Tc段(圖5d)，頂部見削截現象。生物擾動構造在富泥層段常見。此外，可見Zoophycos，Planolites，Thalassinoides，Chondrites等生物遺跡。

圖5 下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統深水水道沉積巖性特征

a.單旋回底部泥礫(mc)，礫石分選磨圓差，呈懸浮狀； b.單旋回中部細—中砂巖，局部含泥質碎屑；c.單旋回上部泥巖和粉砂巖互

層，下部可見變形層(df)和砂巖侵入體(inj)，向上泥質含量增多；d.可見鮑馬序列Tb-Tc-Te段，Tb-Tc段，上部發育泥礫層(mc)

Fig.5 Lithologic characteristics of deep-water channel deposits of Miocene in block A, Lower Congo-Congo Fan Basin

圖6 下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統重力流沉積構造特征

a.細砂巖內泄水構造(dw，紅色箭頭所示)；b.泄水構造(dw，紅色箭頭所示)和傾斜碟狀構造(ds，藍色箭頭所示)，此外底部可見傾斜泥礫侵入體(inj，黑色箭頭所示)；c.生物擾動構造(bt，黃色箭頭所示)和負載構造(ls，橙色箭頭所示)，還可見砂巖侵入

體(inj，黑色箭頭所示)，紋層狀泥巖(lm)，鮑馬序列a段(Ta)

Fig.6 Gravity-flow sedimentary structures of Miocene in block A, Lower Congo-Congo Fan Basin

3.1.3 沉積單元

關于深水水道體系或重力流沉積體系的構成單元，不同學者分類不盡相同，一般包括塊體搬運、水道、堤岸/溢流、朵葉體及泥質沉積等[19-20]，區內主要識別出水道、天然堤—溢岸、末端朵體和塊體搬運沉積等單元，其中水道在地震剖面上多呈W型、U型或V型，水道堤岸復合體在地震剖面上呈海鷗翼狀反射(圖4)，末端朵體在地震剖面上多呈平行—亞平行反射特征或丘型反射特征。塊狀搬運沉積一般以雜亂、透明狀反射為主，通常簡稱透明相，而與之伴生的深海泥巖在地震剖面上則多以高頻、低振幅、平行—亞平行反射特征為主。

(1)重力流水道

據組合樣式，將區內重力流水道分為單一水道和復合水道(圖4)。其中單一水道形成可分為侵蝕期、充填期、溢出期和泥巖充填期，而復合水道的形成則為上述過程的多次重復。

單一水道底部為粗砂巖(偶見礫石，圖5a)，內部以細砂—粉砂巖為主，夾泥質薄層，粒度總體較細(圖7)。復合水道沉積為多期單一水道垂向疊置，沉積粒度較粗，多以塊狀砂巖為主，常見礫巖碎屑、角礫混雜。

(2)天然堤—溢岸

天然堤—溢岸沉積主要分布于水道兩側，由泥質和薄層砂巖組成，其沉積亞環境包括近端、遠端天然堤、溢岸、滑塌體等。天然堤形成于水道重力流越岸或溢流，當高速重力流沖垮水道堤岸時，由于粗粒碎屑不能越過天然堤，其仍在河道中被搬運到遠端，而細粒沉積物則越過河岸，沉積于天然堤環境，所以天然堤近端沉積厚度較大，遠端沉積厚度較小，呈楔狀(圖4)，巖性上表現為極細砂—細砂巖與泥巖互層(圖5c)。

(3)末端朵體

朵體，呈朵葉狀，寬厚比較高(>500∶1)，粒度分布窄，侵蝕特點少，砂體側向連續性好，在地震剖面上表現為平行強反射(圖4)。據外部形態，朵體沉積有塊狀和層狀兩種類型，其中塊狀多位于朵體近端，砂地比高；層狀多位于遠端，砂地比低；平面上和縱向上，兩種形態可相互過渡。巖性上多表現為薄層泥巖、粉砂巖互層，發育水平層理(圖6c)。

(4)塊體搬運沉積

塊狀搬運沉積是由超壓引起沉積物再搬運而成，常呈丘形，地震相變化較大，有平行、逆沖、旋轉塊、雜亂、丘狀反射，連續性差且振幅多變[21]。作為深水沉積重要組成部分，塊體搬運沉積包括滑塌、滑塊、塊體流、碎屑流、坡身失穩復合體、塊體復合體等，巖性上常以泥質為主，多直接發育于層序界面之上，對下伏地層侵蝕明顯，頂部被水道—堤岸沉積物覆蓋，其與濁流沉積形成的濁積巖和砂質碎屑流形成的沉積區別明顯(圖5c)。

圖7 下剛果—剛果扇盆地A區塊單一水道沉積特征及巖心照片Fig.7 Sedimentary characteristics and core photographs of single channel in block A, Lower Congo-Congo Fan Basin

3.2 發育演化

基于區內高品質的三維地震數據體，利用均方根振幅(RMS)地震屬性分析，對中新統各三級層序(SQ1-SQ4)深水水道體系的發育演化特征進行了刻畫。

3.2.1 早中新世(SQ1沉積時期)

深水水道體系主要發育在研究區東部(靠近陸緣一側)且在中東部最為發育，表現為多個“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”沉積，相互之間的發育規模有所差異，軸向均呈北西—南東向，而研究區西部(遠離陸緣一側)則以海相泥質充填為主，偶見小型重力流水道繞過鹽構造向前推進，但其推進距離有限、發育規模較小(圖8a)。

3.2.2 早中新世(SQ1沉積時期)

中中新世初(SQ2沉積時期)，重力流沉積遍布整個研究區且類型多樣，可見“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”、廢棄水道、“弱受限侵蝕—加積型水道”以及“受限侵蝕型復合水道”等沉積，其中“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”沉積主要發育在靠近陸緣的中東部、東南部地區，廢棄水道沉積偶見發育，而“弱受限侵蝕—加積型水道”沉積最為發育，其在地震屬性圖上呈現出“寬度窄、彎曲度高”的平面特征并向陸過渡為“受限侵蝕型復合水道”沉積，寬度變大且更為平直(圖8b)。

3.2.3 中中新世末(SQ3沉積時期)

重力流沉積在整個研究區大規模發育，包括：占據了研究區中東、中西部的大面積“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”沉積，僅在研究區中部發育的小規模“弱受限侵蝕—加積型水道”沉積以及分布在研究區中東部及北部的大型“受限侵蝕型復合水道”沉積等。值得一提的是，研究區中部存在一條發育較為完整的重力流水道，自東向西，可見其從“受限侵蝕型復合水道”，分化出3條“弱受限侵蝕—加積型水道”并最終演變成“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”(圖8c)。

3.2.4 晚中新世(SQ4沉積時期)

區內重力流沉積的發育規模整體一般且主要表現為“過路侵蝕型孤立水道”，具體包括：2條近“北西—南東”走向、演化較為完整的重力流水道沉積以及研究區東北角發育的2條“過路侵蝕型孤立水道”。其中，2條重力流水道沉積均具有以靠近陸緣的多條窄長而平直的“過路侵蝕型孤立水道”西向匯聚成一條寬且短的“受限侵蝕型復合水道”并繼續向前推進、最終演化成“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”的特征(圖8d)。

圖8 下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統各三級層序(SQ1-SQ4)深水道體系發育和演化特征的RMS地震屬性解釋 IC.過路侵蝕型孤立水道; RC.受限侵蝕型復合水道; WRC.弱受限侵蝕—加積型水道; SL.弱受限—不受限加積型水道/末端朵體; AC.廢棄水道; S.巖體Fig.8 Interpretation of root mean square (RMS ) amplitude seismic slice at the base of SQ1-SQ4, showing the development and evolution characteristics of the Miocene deep-water channel systems in block A, Lower Congo-Congo Fan Basin

綜上可見，區內中新統重力流沉積大體經歷了4個演化階段(圖6，8)：(1)早中新世，主要發育“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”；(2)中中新世初，以發育“弱受限的侵蝕型—加積型水道”為主；(3)中中新世末，“受限侵蝕型水道”的發育占據主導；(4)晚中新世，多見“孤立侵蝕型過路水道”。

4 控制因素討論

研究區內中新統重力流沉積的發育、演化，受到了構造運動—物源供給、古氣候—海平面變化以及盆地古地貌(如坡度及鹽構造)的綜合控制。

4.1 構造運動—物源供給

漸新世—上新世，西非下剛果地區的熱沉降作用較弱，撓曲隆升作用卻呈現出加強趨勢[21]，意味著區域性構造擠壓背景的整體持續性存在并影響了物源供給：漸新世末(約23 Ma)，非洲大陸板塊與伊比利亞板塊發生碰撞擠壓[21]，到早中新世末—中中新世初(約14 Ma)，造山作用達到高潮，相應的陸緣抬升速率一度高達5 m/My[22]，致使西非陸緣抬升暴露、遭受剝蝕，為下中新統重力流沉積體系的發育提供了充足的物源，下剛果—剛果扇盆地的沉積速率逐漸增大，在早中新世末高達75×104kg/My證實了這一點[22]；進入中中新世，西非陸緣的抬升速率有所降低，從5 m/My逐漸降至1 m/My，表明物源區繼續發生抬升和暴露剝蝕，為下剛果—剛果扇盆地物源充足并發生快速沉積(沉積速率一度超過了10×105kg/My)提供了可能[22]，從而在一定程度上控制了研究區中中新統深水重力流水道的多期復合、疊置；晚中新世，西非海岸進一步發生抬升，抬升速率4 m/My，隆升高度約300 m[23]，同樣造成了一定物源向深水盆地推進而發育重力流沉積[14]。

4.2 古氣候—海平面變化

深海鉆探有孔蟲δ13C、δ18O記錄研究結果[24-25]表明，始新世—漸新世(約34 Ma)，全球古氣候條件開始從溫室期向冰期轉變，至早中新世末—中中新世初(約14 Ma)，冰期完全建立并持續到了3.4 Ma[26]。冰期氣溫過低、海平面變化頻繁且幅度較大(整體表現為大幅度下降)等一系列環境因素[27]，極大程度上限制了區內碳酸鹽巖沉積，使得大量陸緣碎屑得以向深水盆地搬運而發育大規模深水重力流沉積體系[28]。而單從海平面變化[29]的角度來說：早中新世(約23～16 Ma)，海平面早期發生下降，后期又出現回升，整體仍處于高位期，這可能是研究區SQ1主要發育“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”沉積的重要原因；中中新世(約16～11 Ma)，前期(約16～14 Ma)海平面下降幅度較低，而中中新世“冷氣候”發生后(約14 Ma)，海平面大幅度下降(超過100 m)，可能是研究區SQ2、SQ3分別發育弱受限的侵蝕—沉積型水道和受限的侵蝕型復合水道的重要因素；晚中新世(約11～5 Ma)，海平面整體進一步下降(約20 m)，一定程度上可能控制了SQ4主要發育孤立侵蝕型過路水道。

4.3 盆地古地貌

4.3.1 古地貌坡度

早中新世，大幅度構造隆升、強烈剝蝕，物源供給充足(沉積速率較大)，冰期氣候(一直延續到3.4 Ma)等有利于發育重力流沉積，但由于海平面先下降后回升，致使相對海平面相對較高，研究區可能位于下陸坡—盆底，相應的地貌坡度過小且重力流作用很弱，進而控制了SQ1主要發育“弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體”(圖4，8a)。中中新世，小幅度構造隆升、持續剝蝕，物源充足(沉積速率很大)，冰期氣候致使海平面前期緩慢下降，后期急劇下降，相對海平面整體表現為持續下降，研究區逐漸向下陸坡—中陸坡過渡：前期可能位于下陸坡，地貌坡度較小且重力流作用不夠強烈，相應控制了SQ2主要發育弱受限的侵蝕—沉積型水道(圖4，8b)；后期可能位于中陸坡，地貌坡度變大且重力流作用強烈，相應控制了SQ3主要發育受限的侵蝕型水道(圖4，8c)。晚中新世，再次大幅度構造隆升、強烈剝蝕，具備一定物源條件(搬運方向轉向西北，區內沉積速率較低)，冰期氣候致使海平面進一步下降，相應的相對海平面進一步下降，研究區最終位處上陸坡，重力流作用比較強烈，從而控制了SQ4主要發育孤立侵蝕型過路水道(圖4，8d)。

總體而言，中新世持續性構造隆升與剝蝕、充足物源，冰期氣候以及海平面變化等因素，共同導致了相對海平面的整體持續性下降。相應地，研究區的地貌位置可能由下陸坡—盆底先后退到了下陸坡、中陸坡和上陸坡，而坡度的變化也影響了重力流作用的強弱并控制了深水水道體系的發育、演化[20]。

4.3.2 鹽構造活動

作為典型的含鹽被動陸緣盆地，下剛果—剛果扇盆地鹽構造活動強烈[30]，對重力流沉積的發育具有重要的改向、限制、封堵(圖8d)、遷移或破壞作用：水道發育過程中，遭遇沉積前鹽構造(構成了正向地貌單元、但已停止活動的鹽體)時，會優先改向以繞過鹽構造而繼續向前推進，如水道推進路徑的兩側均有鹽構造發育，水道將被限制在鹽構造構成的縫隙間穿行，如鹽構造規模過大而無法繞過或通行，水道即被封堵而就地堆積[31]；水道發育過程中，遭遇同沉積鹽構造(正在活動的鹽構造)時，如鹽構造隆升速率較快、水道侵蝕速率小，水道(軸部)將朝構造低部位部發生側向遷移，反之，水道將憑借侵蝕作用而穿過鹽構造[32]；如水道形成后發生鹽構造活動，水道沉積可能因抬升、剝蝕而被破壞[33]。

5 結論

(1)下剛果—剛果扇盆地A區塊中新統可劃分為4個三級層序(SQ1-SQ4)，大體對應于下中新統、中中新統下段、中中新統上段及上中新統，所發育的深水水道體系巖性上以砂巖為主，可見鮑馬序列以及泄水、碟狀構造、負載構造等變形構造，沉積單元主要包括水道、天然堤—溢岸、末端朵體和塊體搬運沉積等。

(2)區內中新統重力流沉積大體經歷了4期發育、演化階段：早中新世，以發育弱受限—不受限的加積型水道或末端朵體為主；中中新世初，主要發育弱受限的侵蝕型—加積型水道；中中新世末，受限侵蝕型水道的發育占據主導；晚中新世，多見孤立侵蝕型過路水道。

(3)構造運動—物源供給、古氣候—海平面變化以及盆地古地貌(如坡度及鹽構造)共同控制了區內中新統重力流沉積的發育、演化：構造隆升與剝蝕、冰期氣候以及海平面變化等因素，為重力流沉積的發育提供了充足物源并可能致使研究區的地貌位置由下陸坡—盆底先后退到了下陸坡、中陸坡和上陸坡；坡度變化影響了重力流作用的強弱，從而控制了重力流沉積的發育和演化；鹽構造活動對重力流沉積的發育具有重要的改向、限制、封堵、遷移或破壞作用。