西澳大陆架深水重力流砂体富集规律

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-05-31 矿业澳洲


随着科学技术的进步和人类对海洋石油认知水平不断地提高,油气勘探开发已经从陆地、浅海迈向了深海。从目前世界探明的深水油气来看,其储量有 80% 左右分布在 40 余个大型深水油气田,包括美国、巴西、安哥拉、尼日利亚、澳大利亚等国家,70% 以上分布在墨西哥湾北部、巴西东南部和西非三大深水区的近 10 个沉积盆地,天然气储量则集中在东南亚、地中海、挪威海及澳大利亚西北陆架等深水区。其中澳大利亚西北大陆架作为全球深水石油和天然气的主产区之一,吸引了大量国际石油公司,包括中国三大石油公司的目光。然而,由于对深水沉积的认识不清、砂体展布和富集规律的不了解,导致西澳的深水油气勘探陷入了僵局。


通过对澳大利亚西北大陆架的深水盆地沉积体系的精细刻画和砂体展布的深入研究,找准砂体的富集规律,探讨控制砂体发育的因素,对于澳西北大陆架的勘探开发,乃至世界深水盆地的油气勘探都具有十分重要的意义。


【区域地质概况】Vulcan 次盆是澳西北大陆架 4 个巨型盆地中勘探程度较高、油气资源较丰富的一个凹陷,在早侏罗世早白垩世期间由于澳大利亚西北大陆架的裂开而形成的,整体为一个北北东走向的克拉通内裂谷盆地。


根据构造特点,可将研究区分为 3 个构造带:

(1)北西区域的高地,包括 Ashmore 台地、Puffin 地垒;(2)中部的 Swan 地堑深凹区,其被 Vesta 盐隆分隔为南北两个地堑;(3)东南区域的外斜坡浅凹区。


从 Vulcan 次盆的整个形成和演化过程来看,可将其划分为 4 大阶段:(1)初始裂陷阶段(中石炭世 晚三叠世);(2)同生裂谷阶段(早侏罗世 早白垩世);(3)裂后热沉降 被动大陆边缘阶段(早白垩世 始新世);(4)碰撞挤压阶段(渐新世 现今)。



澳大利亚 Vulcan 次盆同生裂谷期构造纲要图


侏罗纪的 Vulcan 期是 Vulcan 次盆的同生裂谷阶段构造运动最为活跃的时期,次盆内广泛发育大套厚层的深海相泥岩和重力流砂体;且 Swan 地堑是 Vulcan 次盆的主要生烃洼陷,Vulcan 组和其上覆的 Echca Shoals 组有非常良好的封盖条件,Vulcan次盆在同生裂谷期具有非常好的勘探潜力,且下Vulcan 组也是本区主要的油气产层之一。



Vulcan 次盆侏罗系、白垩系地层综合柱状图


【沉积特征】Vulcan 次盆的上Vulcan 组、下Vulcan 组岩石样品的分析中发现有孔虫和各种古微生物,包括 Stensioeina Beccariformis、Glomospira Charoides、 Osangularia Mexicanus、Cibicidoides Hyphalus、Osangularia Cordieriana、Osangularia Utaturensis、 Osangularia Spp.、Nuttalides Spp.、Gyroidinoides Globosa、Glomospira Charoides、Pullenia Cretacea 和Stensioeina Granulata Group。根据海洋的古微生物种属分类及生物相的研究,可以确定研究区域和层位的沉积环境属于半深海 深海的环境。


研究区内钻井较少,有16口井钻遇下Vulcan组,其中,仅ES 2 井、E 2井和V 2井3口取芯井,取芯长度共86.75 m。3口井由于所处的构造部位不同,岩性有非常明显的差异。ES 2 井和 E 2井靠近 Swan 地堑东南部的边界断层,距离主物源区近,其岩芯整体表现为灰白色块状砂岩沉积;而V 2 井在Swan地堑中部的 Vesta 盐隆构造附近,处于Vulcan 次盆的沉降中心附近,整段岩芯以黑色泥岩为主,4 m 的岩芯中仅 25∼30 cm 的灰白色砂岩段。


不同构造部位的取芯井也表现出了截然不同的沉积特征。位于陆架斜坡上的 ES 2 井发育厚层砂岩,可见明显的交错层理、冲刷面、定向排列的砂砾岩等水道化沉积特征。位于边界断层之下的E 2 井岩芯所表现出的沉积现象反映沉积物经历了快速堆积和后期变形,如截切构造、岩性突变面、砂岩侵入体、变形的原生构造、微断层、断层滑脱面等。而位于盆地中心的 V 2 井岩芯主要以大段暗色泥岩为主,夹薄层灰白色粉细砂岩,并发现小型冲刷面、岩性突变面、平行层理等现象,一般在深水背景下这种侵蚀冲刷主要为浊流形成;然而,V 2 井岩芯上还能观察到透镜状层理、小型波痕等,这些现象指示了一种牵引流的水动力条件,而非形成浊流的紊流环境。同时,V 2 井的岩矿分析含有少量变质岩和火成岩岩屑,斜长石以及粗粒的多晶石英,后两种矿物都是不稳定矿物,表明沉积物的搬运距离相对较近,或经过二次搬运。本段岩芯中还存在少量的海绿石、生物介壳碎片、亚水平状和垂直状的虫孔以及浮游生物和有孔虫。根据生物种属的鉴定和岩芯上各种特殊现象,结合取芯井在盆地中的分布部位,认为 V 2 井的岩芯为浊流沉积特征,并遭受深水底流改造。


Vulcan 次盆南部下 Vulcan 组岩芯照片


通过对 3 口井的取芯资料的详细分析和测井对比,在 16 口井中总结了 5 种测井曲线形态和 5种测井曲线组合。5 种测井曲线形态包括箱形、指形、钟形、漏斗形和齿化严重的线形。其中指形和线形比较常见,尤其是线形,在 Swan 地堑中往往厚达 1000 m,俗称“千米泥岩段”,这表明研究区大部分区域为泥质沉积,表现为贫砂富泥的特征;而箱形、钟形和漏斗形在靠近主物源方向的井中出现。一般厚度比较大的箱形、钟形和漏斗形的成因是由于三角洲或三角洲前缘的滑塌体形成,指形多为浊流或深水的底流改造沉积,线形是深海泥的测井响应。5 种测井曲线组合则反映了水动力的变化情况。



Vulcan 次盆 Vulcan 组测井相模板


【地震响应特征分析】Vulcan 次盆南部的地震属性分析表明其大部分地区为低值区,尤其是 Swan 地堑内部,基本无高值;高值区主要集中在控制 Swan 地堑的两个边界断层下降盘附近,在 Vesta 盐隆构造附近也能看到一些高值异常区。由于研究工区范围大,地震属性值分布区间广,且深水沉积在地震属性上的响应特征变化剧烈,以整个工区的地震属性归一化成图,局部区域的属性形态难免显示不清。因此对于整个工区内属性反映比较强烈的区域,单独提取地震属性以刻画具体的展布形态。



Vulcan 次盆南部同生裂谷期均方根振幅属性


Vulcan 次盆南部存在来自东南和北西两个方向的物源,其中东南方向为主要沉积物供给区,北西方向为次要物源方向,两侧的物源供给都比较欠缺。同生裂谷期,来自东南方向的三角洲在 Vulcan 次盆的东南部的断层处发生滑塌,在断层根部形成一些小的滑塌沉积,从地震剖面上能明显识别出滑塌体的演化,其厚度约 80∼210 m,展布宽度约为 500∼1000 m,延伸长度可达 1100∼1800 m。本区属于贫砂富泥型深水沉积,滑塌体前端的砂质碎屑流段规模较小或不发育,直接形成深水水道及水道前端的浊积体。在北西方向由于 Puffin 地垒高于基准面被剥蚀,剥蚀下的物质直接入海形成水下扇沉积。



Vulcan 次盆南部 Vulcan 次盆南部深水滑塌体平面形态与剖面特征



Vulcan 次盆南部同生裂谷期古地貌及平面沉积相图


【Vulcan 组砂体富集规律】就 Vulcan 次盆 Vulcan 组而言,海平面经历了一个由升到降的旋回。在初期海平面位置相对较低,沉积物向海进积,在重力流的作用下形成了较多的滑塌体和浊积体;随着海平面的快速上升,底流,尤其是等深流对次盆深部的沉积物改造作用较显著,使得砂体沿着等深线(沿斜坡)分布,横向的连续性比较好。当海平面开始下降,沉积物再次向海推进,滑塌体和浊积体再度发育。


从 Vulcan 组的钻井情况来看,砂体主要富集在陆架坡折附近的滑塌体中,盆地内部的浊积体砂体较薄。由于深水滑塌体、浊积体等重力流沉积属于事件性沉积,砂体的富集往往受多种因素的综合控制,用单一因素很难找准砂体的主要富集区,因此,本文对控制 Vulcan 组深水砂体富集的因素做了详细分析。



Vulcan 次盆南部同生裂谷期沉积模式图


【Vulcan 组砂体富集主控因素分析】一般而言,盆地的构造运动、古气候的变迁及物源区的变化是砂体形成与分布的外部控制因素,砂体在盆内的分布主要受控于坡折、断裂体系和水深 3个重要因素。通过对研究区沉积体系的深入研究,Vulcan 次盆南部的深水成因砂体主要受控于构造、海平面、沉积底形、断层调节带和深水底流作用,表现为“四级五元”的控制特征。


【构造对深水砂体的控制作用】不同的构造特点决定了沉积体系的类型和砂体的堆积方式。北西方向的高地与中部的深凹区之间的断层倾角大,形成的坡度较陡,碎屑物质直接入海形成水下扇沉积,其规模小,呈扇群的形式出现,平面延伸范围短,但垂向厚度比较大;而东南方向由于多级断阶形成了倾角相对较小的缓坡带,且离物源区较远,砂体分选好,但颗粒之间的支撑点少,故稳定性相对较差,一个颗粒的移动可能会导致更多或者整体的滑动。因此,由于地震或断层的活动使先沉积的碎屑物质容易失稳,未完全固结的三角洲前缘砂体在重力的作用下顺斜坡向下滑动,在 Vulcan 次盆南部的缓坡带形成了大量的滑塌体。滑塌体的规模一般比较大,平面上表现为席状、舌状和扇状等,垂向上多为中厚层块状。Vulcan 次盆中部则由于水流能量的减弱、碎屑组分的减少和流体含量的不断增加,在斜坡下倾方向形成浊积水道和水道前端的朵体。同时由于其所处的构造部位较深,容易被等深流所改造,使得沉积的砂体平面分布范围变大,但此类砂体厚度小,一般以薄互层的形式沉积在大套泥岩中,其内部结构具有典型的正粒序,剖面形态为透镜状或条带状。


【海平面升降对深水砂体的控制作用】海平面的升降控制了层序的发育,同时也约束了砂体在纵向上的分布层位。层序的转换面附近,即海平面上升初期和下降末期是砂体的富集层位。这是由于海平面的上升初期和下降末期基准面较低,大陆架暴露地表接受侵蚀,大量的沉积物被水流搬运至坡折之下的深海平原和陆坡之上,在那里沉积速率快,形成了厚层的非固结的沉积物,当有外界因素触发时,原先未固结的沉积物就会在重力作用下向盆地深部滑动形成滑塌体。而且高沉积速率形成的非固结沉积物内部的孔隙水由于无法及时排出,使得孔隙流体压力增大,形成异常高压,更容易使沉积物失稳而滑塌。在海平面较高时,盆内的沉积物供给不足,远洋沉积成为 Vulcan 次盆内的主要沉积物类型。


【沉积底形对深水砂体的控制作用】沉积底形对 Vulcan 次盆南部砂体控制作用主要体现在其对深水滑塌体和浊积体的搬运方向和沉积位置的影响。它对三角洲砂体的控制作用较小,因为三角洲在沉积的过程中总是不断填平海平面与沉积底形之间的可容纳空间,除构造产生的同沉积构造外,沉积底形对三角洲沉积的影响作用相对较小。但对于三角洲前缘的滑塌体和浊积体而言,沉积底形将会对重力流成因的滑塌体和浊积体外观有着重要的影响。沉积底形坡度的存在,为滑塌体的形成提供了动力和空间。若沉积底形无坡度或坡度较小,重力作用就比较弱,滑塌体在重力和惯性的作用下不会发生大距离的搬运,形成的沉积物往往缺少动力,前端会突然冷凝而停止继续向下移动,也很难出现浊流沉积。另外,沉积物搬运方向上的局部隆起也会阻碍滑塌体的向前运移。


【调节带对深水砂体的控制作用】Vulcan 期断层的平面组合形成了 4 种调节带类型,分别为同向平行型、同向共线型、对向平行型和同向叠覆型。同向平行型调节带是由两条或多条断面产状相同的断层平行叠覆排列形成的多级同向断阶,沉积物被水流作用逐级向下搬运,并在每一级断阶上形成朵体、扇状形态。同向共线型是两条或多条断面产状相同的断层在平面上的同一条直线上排列分布,断层与断层之间的连接处就是砂体的富集区域。对向平行型是两条断面产状相反的断层平行排列,沉积物多富集在与物源方向相对的断层下降盘。同向叠覆型调节带是由两条断面产状相同的断层横向错落叠覆排列形成的,它控制了沉积物进入盆地的位置和展布方向,使砂体由两条断层之间的低势区向盆内汇集。这 4 种断层调节带控制了 Vulcan 次盆南部砂体的宏观分布,但无论这些断层以何种组合形式存在,其对砂体的控制作用主要体现在砂体进入 Vulcan 次盆的部位和展布方向,砂体的富集区域一般都集中在同生断层的下降盘。



调节带对深水砂体的控制作用


【深水底流对深水砂体的控制作用】深水底流对沉积物具有强大的侵蚀作用和再次改造能力。一般来说,底流包括内潮汐、内波、等深流、风驱动的流体等,从本次研究的取芯井中能看到比较典型的底流改造现象。不同类型的底流对沉积物的作用机理和改造方式不同,等深流使砂体沿着斜坡分布,内波、内潮汐使砂体顺着斜坡分布;且不同的发育时期、海平面的升降对深水的作用机制也有很大的影响,在高纬度的冰川大陆边缘,大陆冰川在冰期向海推进,深水环境以重力流作用和顺斜坡向下的流体作用为主;反之,在间冰期,海平面相对上升,重力流作用下降,等深流、内波、内潮汐的地位相对突出。


【结语】砂体的形成和分布一般是在某一主要因素的控制下,其他多种因素相互影响共同作用造成的,且不同的控制因素,其控制的级别、层次都有所差异。Vulcan 次盆南部的储集砂体与本区的构造样式、海平面变化、层序格架、调节带和深水底流等有着密切的关系,体现出了“四级五元”的控制特点。在东南部的缓坡带形成了规模较大的海相三角洲沉积,其前缘受 Swan 地堑的边界断层活动影响,形成了滑塌体和浊积体;北西方向的陡坡区形成了水下扇。从垂向上看,砂体主要集中在层序的转换面,也就是海平面上升初期和下降的末期;从平面上看,研究区东南部的缓坡带及同生断层的下降盘是砂体集中发育的区域。


——杨帆博士,中国石油勘探开发研究院;于兴河,中国地质大学(北京)能源学院


——西南石油大学学报(自然科学版),基金项目:国家科技重大专项(2011ZX05001 003)。


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