西非下刚果盆地中新统深水重力流沉积特征与模式*

于 水

（中海油研究总院有限责任公司 北京 100028）

随着深水油气勘探技术和理论的发展，海洋油气勘探开发已由浅海、半深海延伸到深海领域，并在墨西哥湾、西非、南美以及我国南海等地区不断取得新发现［1］。深水重力流沉积作为深水沉积体系的一个重要组成部分，同时也是深水油气田的主要储层之一，近年来逐渐成为国内外学者的研究热点［2-9］。目前，关于深水重力流的研究主要利用高精度三维地震［10-15］、古代露头［16-25］、测井、岩心以及水槽实验等方面的资料来开展，尤其是高精度三维地震技术的运用使得深水重力流的研究获得了快速发展。但是由于重力流沉积过程复杂，流体之间存在流体性质转换，在研究重力流沉积类型及鉴别其沉积特征等方面仍然存在许多问题。

经勘探研究和实践发现，西非下刚果盆地中新统重力流沉积发育，具有广阔的油气勘探前景。本文以西非下刚果盆地A区块为例，利用高分辨率三维地震结合钻井资料对中新统深水重力流沉积特征进行了系统、深入的研究，重新划分了沉积单元，探讨了沉积作用过程，并建立了沉积模式，对研究区今后的油气勘探开发具有一定的指导意义。

1 区域地质概况

下刚果盆地位于非洲西海岸，北至马永巴隆起，南接安布里什隆起，向东倾覆于前寒武系基底，西界为大陆边缘，属于被动大陆边缘盆地，是西非主要的油气富集区之一。该盆地构造演化可划分为前裂陷阶段、同裂陷阶段、过渡阶段及裂后漂移阶段［26-28］，其中前裂陷阶段形成了Walvis Ride火山岩带；同裂陷阶段发育了富有机质的河湖相沉积；过渡阶段沉积了蒸发岩盐地层，代表着由陆相向海相转换；裂后漂移阶段海平面升降变化强烈，非洲大陆抬升倾斜，重力滑动作用下形成了岩盐滑动构造样式。盆地内地层由下而上可以分为盐下（晚侏罗纪—早阿普特期）、盐岩层（阿普特期）和盐上（晚白垩世—至今）等3个层系，其中盐下地层主要为一套湖相沉积，盐岩层是阿普特期沉积的一套蒸发盐，盐上地层主要为一套海相沉积。

研究表明，下刚果盆地在中新世气候表现为干燥与湿润交替变化（冰室期）［29-30］，海平面升降变化频繁且幅度较大，在非洲大陆抬升或掀斜的触发下产生大规模的重力滑动，发育了一套巨厚的重力流沉积。本文研究区（即A区块）处于下刚果盆地西北部，位于陆架坡折带以下，整体上属于中下陆坡沉积，水深500～1 200 m，三维地震工区面积约为1 760 km2（图1）。

图1 研究区位置Fig.1 Location of the study area

2 深水重力流沉积特征

2.1 块体搬运沉积

块体搬运沉积在世界范围内的深水盆地均有发现，多发生在外陆架—上陆坡，是由构造运动、海平面变化、可燃冰分解等因素触发而形成的由滑动、滑塌、碎屑流等重力流沉积所组成沉积体。块体搬运沉积顺着陆坡方向在近端通常以滑动、滑塌沉积为主，远端则以碎屑流沉积为主。

块体搬运沉积主要发育在研究区的东北部，发育规模较小，这与研究区所处的中—下陆坡环境有关。在地震剖面上，块体搬运沉积呈半透明背景下弱振幅、斑点状的杂乱反射特征（图2a），形态上为丘状，这主要是由于块体搬运沉积中发育大量的碎屑岩块体与周围的碎屑物（泥质为主）形成较大的波阻抗差所造成的［31］；在平面上，由于其振幅相对较弱，因此在均方根振幅属性图上并不能很好地反映其平面形态特征。整体上，研究区块体搬运沉积具有发育面积小、厚度大的特点，可能反映其发育场所为限定性的海底环境，该环境有利于块体搬运沉积进一步形成为深水水道沉积。

图2 研究区深水重力流沉积特征Fig.2 Sedimentary characteristics of deep water gravity flow in the study area

2.2 水道-堤岸沉积

深水水道沉积是研究区发育最为广泛的重力流沉积单元［32］，而且绝大多数的水道两侧发育有堤岸沉积，二者关系密切。研究区高精度三维地震资料显示，在地震剖面上水道沉积具有强振幅、亚平行的反射特征，与其周围呈弱振幅、高连续的深海泥质沉积具有明显的差异，形态上多呈“U”或“V”字形（图2b），水道下切较为明显；在平面上，水道具有类似曲流河的形态特征，均呈高弯曲、蛇曲状展布（图2c），可能与其所处的中—下陆坡环境有关。Clark等［33］统计分析多条水道后发现，水道弯曲度随着坡度减小表现为先增大后减小的特征，因此水道形态在近端多呈低弯度水道，在中部呈高弯度水道，而在远端又呈低弯度水道的特征。研究区为中—下陆坡环境，整体上位于中部水道位置，因此水道呈现高弯度的特征。另外，研究区发育水道的规模大小不一，小者只有数百米宽，大者宽约数千米。

研究区水道两侧堤岸沉积较为发育，在地震剖面上具有向水道两侧收敛的楔状外形，呈连续性较好、亚平行、中—强振幅的反射特征。该类沉积主要是由于重力流溢出水道而形成，通常近端堤岸沉积物粒度较粗、厚度较大，远端粒度较细较薄，反映了重力流溢出水道后流体能量的衰减。堤岸沉积由近端到远端厚度变薄，剖面上堤岸沉积的地震同相轴向水道两侧逐渐收敛，呈现出楔状外形。一般而言，在水道的弯曲段由于重力流的惯性作用更易于溢出水道形成堤岸沉积。堤岸沉积的规模主要受水道规模的大小、可容空间、重力流的体积及载荷能力控制［34］。

2.3 朵体沉积

朵体沉积通常发育在水道末端，由于水道限制性环境的消失使得沉积物向周围发散状铺开而形成朵状沉积体。利用三维地震资料可以很好地刻画朵体的形态特征，在地震均方根振幅属性图上呈扇状、朵叶状展布（图3a），横向连续性较好，规模几千米到几十千米不等。在地震剖面上，朵体主要呈丘状外形，具有高连续性、平行亚平行、中—强振幅的反射特征（图3b）。顺着重力流流动方向切一条地震剖面，可见分支水道处砂体较厚，由近端朵体向远端朵体整体上呈现出逐渐变薄、向前收敛至尖灭的趋势，反映了重力流流体能量逐渐衰减，由近端朵体到远端朵体沉积物粒度变细、层厚变薄（图3c）。

图3 研究区朵体沉积特征Fig.3 Lobe sedimentary characteristics in the study area

3 流体性质转换

重力流从形成、发展到最终形成沉积物经历了多个流体阶段，不同流体之间存在着流体性质的转换［35］。由研究区顺着块体搬运方向所切的地震剖面（图4）可以看出，地震反射特征由斑点状的杂乱反射变为连续性较好的中强地震反射（图4e），说明流体性质发生了改变，即由碎屑流沉积转换为浊流沉积。同时，在垂直重力流流动方向上所切的地震剖面中可以看出碎屑流沉积较为发育，图4b中右侧的中强地震反射为碎屑流旁侧发育的一条水道沉积；由图4c中在斑点状杂乱地震反射中间出现一小团中强振幅的地震反射，具有明显的水道形态特征；图4d中水道形态特征更加明显，规模也变大，说明该处不仅存在着重力流流体性质的转换，深水重力流沉积体系也发生了转换，由块体搬运沉积体系完全转变为深水水道沉积体系。也就是说，当块体搬运沉积遇到类似峡谷或者水道等负地形的时候可以转换为深水水道沉积体系。

4 沉积模式

深水重力流沉积形成的控制因素多样，主要有相对海平面变化、构造活动、古气候、风暴浪、火山爆发等因素，而且不同地区、不同时间的主控因素也存在差异。研究区自始新世晚期古气候由温室期转变为冰室期，冰室期气候主要表现为干旱和潮湿气候频繁交替，加剧了陆表侵蚀作用，为深水重力流的形成提供了丰富物源；研究区中新世时期非洲板块处于挤压阶段［30］，非洲西海岸不断抬升，构造运动频繁，成为触发重力流沉积形成的一个重要因素。重力流一经触发到最终形成沉积体依次可经历滑动、滑塌、碎屑流、浊流等4个搬运阶段，反映了重力流搬运过程中流体性质发生转换，每个流态之间不是截然分开，没有明显的界线，而是呈逐渐过渡关系。如图5所示，研究区深水重力流沉积模式为：在陆架边缘及上陆坡，通常发育滑动、滑塌、碎屑流沉积；在中—下陆坡环境，通常深水水道—堤岸沉积较为发育，一般水道具有较高的弯曲度，局部可见少量的块体搬运沉积及朵体沉积；在深水盆地环境，朵体沉积较为发育，可见部分分支水道沉积，水道的弯曲度较低。当块体搬运沉积遇到峡谷或者水道时，可转换为深水水道沉积体系。

图4 研究区碎屑流沉积转换为浊流沉积Fig.4 Transformation of debris flow into turbidity in the study area

图5 研究区深水重力流沉积模式Fig.5 Sedimentary model of deep water gravity flow in the study area

5 结论

1）根据地震反射特征识别出西非下刚果盆地A区块中新统发育的深水重力流沉积单元主要有块体搬运沉积、水道-堤岸沉积以及朵体沉积。

2）重力流流体性质可以转换，在研究区地震剖面上可见清晰的碎屑流转换为浊流的地震相变化特征。深水重力流沉积体系也存在转换，在研究区存在着块体搬运沉积体系转换为深水水道沉积体系的沉积演化过程。

3）研究区重力流沉积的形成主要受控于古气候与构造运动。在陆架边缘及上陆坡，多发育块体搬运沉积；在中—下陆坡，多发育具高弯度的水道-堤岸沉积；在深水盆地，多发育朵体沉积。