西非塞内加尔盆地北部次盆早白垩世Albian期沉积相类型及展布特征

李越哲， 殷 杰， 赵红岩， 王振奇

( 1. 长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100； 2. 中国海洋石油国际有限公司 勘探开发研究院，北京 100028 )

0 引言

塞内加尔盆地位于非洲西北海域，是西非海岸最大的含油气盆地。勘探前期仅发现小规模油气，近五年陆续在深水区块发现多个商业性油气田，其中以北部次盆南部的F和S油田最为突出，两个油田探明9.08×107t的石油储量[1-2]。塞内加尔盆地北部次盆下白垩统Albian阶浊积砂岩是分布最广的储层类型，其油气储量约占油气总储量的23%[3-6]。

塞内加尔盆地不同构造单元内的构造特征差异明显，北部次盆陆架具有明显的“南宽北窄”特征，缺少毛里塔尼亚和卡萨芒斯次盆地常见的盐底辟构造[7]。在古塞内加尔河和古冈比亚河供源的沉积背景下，陆架边缘三角洲、碳酸盐岩台地及深水浊积砂体在塞内加尔盆地北部次盆南、北部的发育及展布也存在明显差异。BRUN M V L等利用重力、测井资料建立相关模型，用于解释塞内加尔盆地沉降历史[8]；DEBENAY J P等根据水文和生物学模式恢复盆地古环境，为后续沉积相研究奠定地质学基础[9]；MARTIN L等根据三维地震资料发现塞内加尔盆地存在大型碳酸盐岩台地，以及与浊流相关的下切谷[10]。人们研究塞内加尔盆地白垩纪地层特征和成藏条件，认为陆坡经历台地边缘斜坡、同沉积断坡及宽缓沉积斜坡等阶段，主要发育三角洲及深水水道沉积，最有利的勘探目标是北部次盆深水区的构造—地层圈闭[11-13]。

由于相关资料不足，未进一步分析塞内加尔盆地北部次盆南、北部沉积特征的差异性及展布规律，因此，明确北部次盆沉积相分布特征及预测沉积储层成为下一步勘探的重点。以单井、测井及二维地震资料为基础，分析塞内加尔盆地北部次盆南、北部在Albian期的沉积相类型及展布特征，揭示发育有利储层的沉积相带，为西非北部油气勘探增储及战略选区提供参考和依据。

1 区域地质背景

1.1 构造特征

塞内加尔盆地位于非洲西北海岸地区的巨型被动大陆边缘毛塞几比盆地中部，包含陆上部分和海下部分，由北向南贯穿毛里塔尼亚、塞内加尔和几内亚比绍[14]，面积约为9.5×104km2(见图1)。塞内加尔盆地由北向南以大型转换断层为分界，依次分为毛里塔尼亚次盆、北部次盆和卡萨芒斯次盆[15]。勘探重点及文中研究区域主要为塞内加尔盆地中部的北部次盆。塞内加尔盆地是早二叠世伴随北大西洋裂开而形成的典型被动大陆边缘盆地，也是在局部二叠系—三叠系裂谷体系[16]上发展起来的中生界—新近系盆地。塞内加尔盆地构造演化主要经历裂陷(晚二叠世—早三叠世)、过渡(中三叠世—晚侏罗世)和漂移(早白垩世—现今)3个阶段，各期构造层序间发育重要的不整合界面(见图2)。

图1 塞内加尔盆地区域位置

(1)裂陷阶段。二叠世末期，泛大陆开始解体，张裂活动导致北美板块向西北方向推移，非洲板块与北美板块分开，古中大西洋开始形成，塞内加尔盆地以陆相河湖沉积充填为主。

(2)过渡阶段。北美板块和非洲板块完全分离，裂陷作用减弱，塞内加尔盆地处于开放式的沉积环境，海水开始大规模涌入，形成大范围的碳酸盐岩沉积，局部伴随盐岩沉积。

(3)漂移阶段。自早白垩世至晚白垩世马斯特里赫特期为塞内加尔盆地漂移阶段，沉积地层厚度大。塞内加尔盆地具有典型的被动大陆边缘盆地特征，构造运动变弱，缺乏大型挤压构造作用，主要发育铲状断层和翘倾断层，局部可见火成岩侵入及盐侵入幕。Albian期属于漂移阶段的中早期，盆地大部分地区发生海侵，周边物源供给充沛，具有发育大型三角洲、碳酸盐岩台地及深水重力流沉积体系的良好条件。

1.2 地层特征

三叠世中晚期，受中大西洋扩展影响，西非大洋沿岸多发育NNE向半地堑，断层与下伏的古生代地层构造走向几乎平行。受地堑控制，塞内加尔盆地在裂陷阶段初期主要发育河流—三角洲—湖泊沉积体系[17]；在裂陷阶段后期，海水自东部的古特提斯洋及北部的原始大西洋进入[18]，因物源区离塞内加尔盆地较远而沉积巨厚的局限海盐岩，并且一直持续到侏罗世中期(见图2)。自中侏罗世开始，塞内加尔盆地进入被动大陆边缘阶段，发育大量正断层，以及与盐底辟和火山运动相关的构造。随板块张裂的进行，塞内加尔盆地规模不断扩张，沉积中心地层厚度约为10 km。Albian期位于漂移阶段的中早期，盆地大部分区域出现海侵，南部(以卡萨芒斯次盆为主)陆架边缘向陆地发育面积广布的巨厚碳酸盐岩沉积。虽然该时期北部次盆陆源供给充沛，但是碳酸盐岩发育面积不大，陆架边缘以西多发育粉砂质泥岩及页岩，陆架边缘以东主要发育浅海相及河流相沉积。

图2 塞内加尔盆地综合地层柱状图及含油气系统事件(据文献[7]修改)

1.3 被动大陆边缘特征

塞内加尔盆地被动大陆边缘的古地貌是控制沉积相展布的重要因素[19-20]，盆地整体构造较为简单，地层整体表现为中部厚、向陆地超覆变薄，少见毛里塔尼亚和卡萨芒斯次盆广布的盐底辟构造。北部次盆南北两条横向地质剖面构造(见图3)显示，北部陆架区域地层平缓，依次向基底上超，大型断裂发育较少，整体表现为以达喀尔为分界的“南部宽陆架、北部窄陆架”的特征。陆坡区域地貌明显变陡，具有“南部陡陆坡、北部缓陆坡”的特征，规模较大的底辟构造并不多见。陆坡区域是潜在的三角洲相和浅海相向深海深水重力流沉积转换的相变区域，陆坡之下地层平缓，断裂及底辟构造不发育，是深水重力流沉积发育的理想场所。

2 沉积相类型

西非塞内加尔盆地勘探程度不高，钻遇Albian阶的井较少，地震资料以二维测线为主。根据北部次盆钻遇Albian阶的17口重点单井钻井、测井及地震资料，识别碳酸盐岩台地、深水浊积扇及强制性海退陆架边缘三角洲沉积相。

图3 塞内加尔盆地北部次盆地质剖面

2.1 碳酸盐岩台地

北部次盆Albian期碳酸盐岩台地发育相对不广泛，主要发育于达喀尔以南区域。由于陆架明显变宽，远离陆地的区域受陆源供给相对匮乏的影响，沉积面积较小的三套碳酸盐岩。碳酸盐岩层段主要呈指状低幅的GR曲线和齿状低幅的DT曲线特征，与细砂岩和灰色泥岩互层(见图4)。研究区主要发育台地边缘浅滩相和开阔台地相，其中开阔台地相以浅灰色、灰色颗粒灰岩为主，夹薄层灰色泥岩；台地边缘浅滩相主要为泥晶颗粒灰岩、泥晶灰岩夹薄层泥岩及粉砂岩[21]，发育交错层理、平行层理和波痕等沉积构造，呈厚层至块状。

2.2 深水浊积扇

北部次盆Albian期深水浊积扇主要被陆架及陆坡控制[22-25]。达喀尔以北陆架窄，Albian期陆源供给充足，当三角洲直接延伸至陆坡附近后，受重力垮塌影响，形成中小型浊积扇群；达喀尔以南陆架明显变宽，陆坡较陡，充沛的物源在宽陆架及海平面下降的背景下发育厚层大面积的三角洲前缘亚相，当三角洲前缘亚相延伸至陆坡附近后，由于陆坡普遍很陡，陆坡处形成明显的“U”型下切谷。下切谷作为沉积物搬运通道，向中、下斜坡供源，形成远离海岸的浊积扇群。

内扇亚相位于陆坡下切谷出口处，是浊积扇沉积物搬运沉积的主要通道，岩石类型主要以灰黑色砾岩、中—粗砂岩为主。中扇亚相位于内扇与外扇之间，主水道开始分汊并发育分支水道，以含砾砂岩、块状中—细砂岩为主。外扇亚相与中扇亚相之间无水道部分连接，地形平坦，主要发育外扇泥。研究区北部K井3 300～3 430 m段深水浊积扇沉积相识别内扇、中扇、外扇亚相，以及主水道、分支水道、水道间漫溢、外扇泥等沉积微相，其中内扇亚相主要岩石类型为块状灰色中粗砂岩，夹薄层泥质粉砂岩、泥岩及泥晶灰岩，自然伽马曲线呈异常低幅微齿状；中扇亚相岩石类型为灰色中—细砂岩、粉砂岩及灰黑色泥岩，可见平行层理及小型波状层理，自然伽马曲线呈低幅齿状；外扇亚相岩石类型主要以灰黑色泥岩为主，夹薄层泥晶灰岩(见图5)。

图4 研究区C井沉积相柱状图

图5 研究区K井沉积相柱状图

2.3 强制性海退陆架边缘三角洲

在达喀尔南部的井中，研究区Albian期强制性海退陆架边缘三角洲较为典型，岩性主要以粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、灰色泥岩及灰黑色泥岩为主。研究区发育的强制性海退陆架边缘三角洲与陆架边缘三角洲的常见模式[26-30]较为不同。由于Albian早期发生强制性海退，导致三角洲顶部沉积遭受剥蚀，顶积层上部的三角洲平原亚相与前缘亚相的中—粗砂岩被搬运到三角洲前部，形成强制海退改造区，改造区呈灰黑色前三角洲泥与粗砂岩交替出现的特点，导致Y井垂向上整体呈正粒序。

根据岩心观察，Y井目的层底部以厚层中—粗砂岩与灰黑色泥岩互层为主，上部砂岩粒度较细，为黄褐色细砂岩，且与灰色泥岩交互，同时发育小型交错层理，局部可见冲刷面。测井曲线上，下部表现为指示泥岩的指状高幅GR曲线与指示粗砂岩的指状低幅GR曲线交替出现，上部以指状和齿化箱型低幅GR曲线夹薄层高幅GR曲线为特征，整体呈正粒序，与经典三角洲的相悖(见图6)。

结合过Y井地震剖面(见图7)，强制性海退陆架边缘三角洲沉积特征形成的主要原因：Albian期北部次盆发育多支古河流，物源供给充足；多期海平面次级旋回及基准面下降，形成强制性海退，陆架边缘三角洲平原与前缘沉积受波浪改造及剥蚀作用影响，三角洲平原与前缘的砂岩被搬运到三角洲前缘并沉积于前方，形成厚层块状砂岩，并与前三角洲泥交互出现。Y井下部块状砂岩是前期三角洲前缘遭受剥蚀搬运形成的强制海退砂，中上部中—细砂岩与灰色泥岩交互是第四期三角洲前缘亚相沉积。

图6 研究区Y井沉积相柱状图

图7 研究区过Y井地震剖面及沉积发育样式

3 沉积相展布特征

3.1 纵向展布特征

基于单井沉积相分析，利用连井和地震剖面(见图8-9)，刻画北部次盆沉积相纵向展布规律。

半深海—深海沉积相岩性为厚层泥岩，常具有中—弱振幅、连续—较连续、平行—亚平行的内部反射结构，是深水泥质沉积的典型地震相特征。碳酸盐岩台地沉积相的席状披覆反射内部以中—强振幅、连续、平行的内部反射结构为主，是碳酸盐岩台地的典型地震相特征。深水浊积扇沉积相的丘状—透镜状反射形态具有中—强振幅、较连续、前积反射的内部反射结构，发育于陆坡区域，前积角度小，前积结构不清晰；垂直于物源方向的地震剖面显示丘状—透镜状地震反射形态(见图8(c))，主要表现为中部厚度大、向两侧尖灭、内部具有双向下超的反射特征。强制性海退陆架边缘三角洲沉积相的透镜状反射形态具有中—强振幅、较连续、前积反射的内部反射结构(见图8(b))；受构造改造及海退侵蚀作用影响，透镜状反射形态往往保存不完整，发育于陆架区域，前积反射角度大，分布较为广泛。下切谷和水道发育比较明显的填充型地震相(见图8(a))，内部反射特征为底部反射层序与下伏层序不连续，内部为上超式、发散式、前积式充填。由于小型水道规模小，其内部反射形态无法识别。

图8 塞内加尔盆地北部次盆典型地震相标志

图9 塞内加尔盆地北部次盆典型沉积体地震剖面(剖面位置见图1)

达喀尔南部过Y—S2—J井的连井剖面(见图10)显示，剖面平行于物源方向，Albian期发育强制性海

退陆架边缘三角洲沉积。根据岩心、测井曲线，可识别三角洲前缘和前三角洲亚相，以及水下分流河道、支流河口砂坝、支流间湾、远砂坝、前三角洲泥、强制海退砂6种沉积微相。砂体在剖面上的连续性较好，下部以中粗砂岩、灰黑色泥岩为主，中上部以中粗砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩和灰色泥岩为主，粗砂岩、中细砂岩分布由东向西逐渐减少。

Albian早期，Y、S2、J井发育前三角洲泥，并与剥蚀搬运形成的强制海退砂形成互层。随海平面下降，前三角洲沉积逐步演化为强制性海退陆架边缘三角洲前缘沉积，三角洲前缘沉积以水下分流河道为主，局部发育支流间湾。随持续的水退进积，岩性向上逐渐变为黄褐色中粗砂岩、细砂岩及灰色泥岩，砂体连通性较好，表现为稳定的水下分流河道沉积微相。总体上，整个Albian期水位下降，沉积物供应量增加，砂体向西不断进积，强制性海退陆架边缘三角洲沉积范围扩大。

3.2 平面展布特征及沉积模式

根据研究区118条二维地震测线，编制塞内加尔盆地北部次盆Albian期典型沉积体地震平面展布图(见图11)。早白垩世Albian期以来，非洲大陆周围地壳隆起，发生强烈的侵蚀作用，冈比亚河、塞内加尔河等水系为塞内加尔盆地提供充足的物源供给(见图12(a))。塞内加尔盆地北部次盆南部陆架较宽、陆坡陡，在供源充沛的条件下，首先形成陆架三角洲，并发育早期碳酸盐岩台地；同时受海平面下降因素控制，不断向海迁移进积，演化为强制性海退陆架边缘三角洲；经历强烈的浊流侵蚀后，在陆坡处形成明显的“U”型下切谷(见图12(c)；随强制性海退陆架边缘三角洲的不断进积，沉积物通过下切谷搬运到下陆坡和深海平原，形成规模较大的下切谷供源的深水水道及朵体沉积体系，深水沉积通过下切谷与强制性海退陆架边缘三角洲连通。塞内加尔盆地北部次盆北部陆架稍窄、陆坡缓，强制性海退陆架边缘三角洲前缘已进积到中下陆坡，不利于下切谷形成，只在强制性海退陆架边缘三角洲前端发育三角洲水道供源的海底扇群；同时，由于陆坡较缓，平均陆坡角度仅为2°，深水浊积扇远离陆架边缘，主要分布在塞内加尔河与达喀尔之间，碳酸盐岩台地不发育(见图12(b))。

图11 塞内加尔盆地北部次盆Albian期典型沉积体地震平面展布

图12 塞内加尔盆地北部次盆沉积相平面展布及沉积模式

4 结论

(1)西非塞内加尔盆地北部次盆Albian期识别强制性海退陆架边缘三角洲、碳酸盐岩台地及深水浊积扇三类沉积相。其中，强制性海退陆架边缘三角洲相包括三角洲前缘亚相、前三角洲亚相；碳酸盐岩台地主要发育台地边缘浅滩相和开阔台地相；深水浊积扇相包括内扇、中扇及外扇亚相。

(2)研究区早期发生强制性海退，导致三角洲顶部沉积遭受剥蚀，顶积层上部的三角洲平原相与前缘亚相的中粗砂岩被剥蚀搬运到三角洲前部，形成灰黑色前三角洲泥与粗砂岩交替出现的特征。

(3)塞内加尔盆地北部次盆南部为“宽陆架、陡陆坡”，沉积相类型以强制性海退陆架边缘三角洲、碳酸盐岩台地及下切谷供源的深水浊积扇为主；次盆北部为“窄陆架、缓陆坡”，主要发育强制性海退陆架边缘三角洲及三角洲水道供源的、远离陆架的深水浊积扇群，碳酸盐岩台地不发育。