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下刚果盆地A区块下白垩统阿尔布阶混积相研究

2011-01-13郑荣才郝立华罗清林雷光明

岩性油气藏 2011年3期
关键词:台地碳酸盐岩碎屑

赵 灿,郑荣才,于 水,郝立华,罗清林,雷光明

(1.成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室;2.中海石油研究中心;3.川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院)

下刚果盆地A区块下白垩统阿尔布阶混积相研究

赵 灿1,郑荣才1,于 水2,郝立华2,罗清林3,雷光明3

(1.成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室;2.中海石油研究中心;3.川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院)

下刚果盆地A区块下白垩统阿尔布阶为一套碳酸盐物质混杂陆源砂、泥沉积,具有典型的混合沉积特征。依据研究区地质背景、测井地质、地震资料和岩石薄片鉴定等资料,对阿尔布阶混合沉积作用进行了精细分析。研究结果如下:①研究区混合沉积特征在剖面结构上表现为由陆源碎屑与碳酸盐物质交互沉积、陆源碎屑与混积物交互沉积、碳酸盐物质与混积物交互沉积和混积物本身的交互沉积等4种类型;②提出了适合该区的“间断-交叉”型碳酸盐物质夹陆源碎屑混积机理,并建立了该区的混积模式;③随着该时期海水的进入、海侵的扩大,整体上阿尔布阶依次经历了混积缓坡、混积局限台地、混积开阔台地和混积陆棚的演化,发育了灰泥丘、砂质浅滩、鲕粒滩、生屑滩、藻屑滩、潮下静水泥、风暴流等众多微相。

阿尔布阶;混合沉积特征;混合沉积相;下刚果盆地

硅质碎屑与碳酸盐颗粒的混合沉积作用,是指二者在物质组分上的相互掺杂,或成分上相对较纯的硅质碎屑岩与较纯的碳酸盐岩旋回性薄互层,再或侧向彼此相互交叉的沉积作用[1-10]。混合沉积是一种具有特殊机理的重要沉积现象,自古至今,由陆到海,由浅水到深水都会出现该现象[1]。不同构造-沉积背景和不同级次的混积旋回中都可形成不同成因特征和混积比例的混积相,以及特征各异的混积物。混积相的研究,一方面对于了解构造运动、海平面变化、沉积动力学过程、沉积速率、古气候和物源等相互间的关系有着特殊意义[3];另一方面对油气的生成和保存也有着重要影响,因为混积相往往是重要的油气储集层位[6]。下刚果盆地阿尔布阶为一套典型的碳酸盐岩与陆源砂、泥的海相混合沉积建造,具有多套勘探层系和多个含油气系统,具备优越的油气成藏条件[11],该盆地也是中国各石油公司在西非拥有多个勘探开发权区块的重点盆地。笔者以区域地质资料分析为基础,结合岩心、测井和地震资料,对下刚果盆地A区块(中海石油拥有勘探开发权)的下白垩统阿尔布阶混积岩建造的沉积学和石油地质学特征进行了研究,为该区块的勘探开发提供了基础地质资料。

1 地质概况

下刚果盆地位于非洲中西部,沿加蓬、刚果(布)、刚果(金)和安哥拉等国的海岸西侧分布(图1)。该盆地属于西非被动大陆边缘最重要的裂谷盆地之一,北部以马永巴高原为界,南部以安布里什高原为界,东部与前寒武系基底相邻,西部与伸展的大西洋相邻接[11],总面积为 68 698 km2,其中海域面积为43 528 km2。其形成演化与北部加蓬盆地、南美巴西东部沿海盆地及美国的墨西哥湾地区等几个盛产石油的盆地相类似[11-13]。该盆地含油气沉积建造始于早白垩世纽康姆(Neocomian)末期的第二次裂谷事件,于盆内产生了多种构造-沉积不整合和深地堑湖,沉积了富含有机质的页岩地层,成为区域性优质烃源岩发育层系,而在湖盆周边沉积的碳酸盐岩和硅质碎屑岩则为良好储层[11-12];之后于Barremian期、Aptian期分别经历了准平原化、泻湖、海侵和厚可达1 000 m的Loeme组蒸发岩沉积。至Albian期(以下称之为阿尔布阶),随被动大陆边缘拉张裂陷和大西洋加深,地层受地壳进一步拉伸并向西倾斜,在盐构造活动影响下,产生向西的重力滑脱和推移力,沿盐构造滑脱面形成一系列相关的正断裂、盐隆构造与下白垩统阿尔布阶碳酸盐岩和混积岩等海相沉积单元以及一系列含油气构造。

图1 研究区位置及井位分布图(据文献[9],有修改)Fig.1 The location of the study area and well location distribution

本文研究区包括A区块及其外围海域,位于下刚果盆地中偏北部,面积约5 000 km2,目前钻遇和钻穿阿尔布阶的井有13口(图1)。阿尔布阶为一套200~1 000 m厚的碳酸盐物质混杂陆源砂、泥质的典型混合沉积序列,其上被大套海相泥岩覆盖,具备优越的生、储、盖组合条件。依靠测井、地震等资料的综合分析,在研究区下白垩统阿尔布阶共识别出5个三级层序,自下而上分别命名为下阿尔布阶(SQ1,SQ2 和 SQ3)和上阿尔布阶(SQ4 和 SQ5)。 其中,SQ1—SQ4层序为Ⅱ型层序,主要由海侵和高位2个体系域组成;SQ5部分为发育低位扇的Ⅰ型层序,主要由低位、海侵和高位3个体系域组成。

2 岩石学特征

下白垩统阿尔布阶混合沉积序列中,岩石类型以碳酸盐岩为主,包括微晶灰岩、生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、球粒灰岩、核形石灰岩和少量白云岩以及灰质白云岩、砂质灰岩、泥质灰岩组合,次为陆源碎屑岩,包括砂岩、粉砂岩、泥岩、粉砂质泥岩和灰质泥岩组合。

2.1 碳酸盐岩类

2.1.1 微晶灰岩类

微晶灰岩在研究区分布十分普遍,主要为潮下和滩间相对低能沉积环境的产物,岩性不利于储层发育。

2.1.2 微晶和亮晶生物碎屑灰岩类

主要类型有微—亮晶胶结的生物碎屑灰岩、微晶藻屑灰岩、微晶球粒生物屑等(图版Ⅰ-1)。一般为深灰—褐灰色,生物屑分布不均,局部密集,有腕足、海百合、腹足和有孔虫等。该类型形成于水动力较强至很强的浅滩环境中,为原地生物介屑或漂入的外来介屑在风浪和潮汐簸选作用下形成的富集体,其原生粒间孔、生物体腔孔、粒间溶孔和铸模孔较发育,岩性有利于储层发育。

2.1.3 鲕粒灰岩类

鲕粒间胶结物主要为亮晶方解石,局部可见微晶方解石。鲕粒以圈层较发育的真鲕为主,少量复鲕和表鲕,主要发育于混积台地边缘和开阔台地内部具有较强水动力条件的鲕粒滩环境。岩石中原生粒间孔和粒间、粒内溶孔都非常发育(图版Ⅰ-2)。岩性最有利于储层发育。

2.1.4 球粒灰岩类

球粒呈圆状—次圆状,富含有机质,以微晶胶结为主。岩石中原生粒间孔和粒间溶孔较发育(图版Ⅰ-3),局部具溶蚀扩大现象并见粒内溶孔,但胶结作用强烈的部位较少。岩性较有利于储层发育。

2.1.5 核形石灰岩类

核形石呈椭圆、不规则状,核心为生物屑或藻屑,生屑类型多,计有腕足、双壳类、腹足类、海胆刺、有孔虫和介形类等。岩石中粒间孔和粒间、粒内溶孔都非常发育,部分为铸模孔,大部分孔隙被等粒状和连生方解石不完全充填,显示出大气水溶蚀和胶结成岩特征。岩性较有利于储层发育。

2.2 碎屑岩和泥岩类

2.2.1 砂岩类

主要出现在台地边缘和浅水陆棚中的浅滩及深水扇分流水道微相中,以石英砂岩为主,石英碎屑含量>95%,大多呈棱角—次棱角状,但分选较好(图版Ⅰ-5、图版Ⅰ-6),以单晶石英为主,部分为燧石岩屑,泥岩屑+长石碎屑<5%。颗粒之间大多呈点-线接触的弱—中等偏弱的压实状态,颗粒之间的填隙物极少,胶结作用不发育,因此原生粒间孔较发育,粒间溶孔较少,为有利储层发育的岩性。

2.2.2 粉砂岩类

录井资料显示的粉砂岩一般呈浅绿色、灰绿色和黄绿色,类型主要有泥质粉砂岩、灰质粉砂岩等。该类岩石在研究区多个沉积体系中均有分布,包括开阔台地风暴流沉积、浅水陆棚浅滩及深水扇的水道等微相中。岩石孔隙不发育,储集性差,岩性不利于大多数储层发育。

2.2.3 泥岩和粉砂质泥岩类

泥岩在研究区广泛发育,多为绿色、深灰绿色、灰色,主要有含砂灰质泥岩、含膏灰质泥岩、粉砂质泥岩(图版Ⅰ-4)等。该类岩石在浅水陆棚、深水扇和深海盆地等多个沉积体系中均有分布,多形成于静水低能沉积环境等。岩石除在生物中偶含有微量生物体腔孔外,一般为不发育有效孔隙的非储层。

2.3 混积岩类

下刚果盆地A区块阿尔布阶混积岩类较发育,既包括狭义的,以砂质灰岩为典型特征的混积岩,也包括“纯”的碳酸盐岩与砂质灰岩、泥质灰岩互层构成的混积层系。

2.3.1 砂质灰岩类

作为碳酸盐岩与陆源碎屑岩的过渡类型,这一岩类的成因与混合沉积密切相关。已有的薄片鉴定资料表明,陆源碎屑颗粒主要为漂浮状分布于灰质组分中的石英粉砂,而灰质组分中含有以生物碎片为主的颗粒组分且主要分布在混积台地边缘的浅滩中,二者在含量上或以灰质组分或以陆源碎屑组分占优势,显示出碳酸盐物质和陆源碎屑先后交替供应而形成的混合沉积特征。该类岩石普遍发育有原生粒间孔、粒间溶孔和溶蚀缝(图版Ⅰ-8、图版Ⅰ-11、图版Ⅰ-12),岩性有利于储层发育。

2.3.2 泥灰岩/灰泥岩类

该类岩石是介于黏土岩与碳酸盐岩之间的过渡类型沉积岩(图版Ⅰ-10)。它由粒径小于0.01 mm的陆源黏土和灰泥混合物组成,呈微粒状或泥状结构,常分布在石灰岩与黏土岩之间的过渡地带,分布于混积台地相及混积缓坡相中的潮下低能的静水环境中,岩性致密,不利于储层发育。

3 混积相特征

3.1 混积剖面结构特征

参照前人对混合沉积术语的定义及混积岩的结构、产状和成因意义[1],将研究区阿尔布阶混积岩划分为2类:一类为含陆源碎屑-碳酸盐岩型混积岩类,可细分为砂(粉砂)质灰岩、泥灰岩、灰质泥岩、灰质粉砂岩等类型,混积岩中掺杂沉积的陆源碎屑组分主要为石英和云母,碳酸盐组分为方解石;另一类为“纯”的碳酸盐岩与碎屑岩旋回性互层或相互交叉形成的混积层系。综合区域资料、岩心薄片和单井剖面结构分析,研究区阿尔布阶混积型地层发育有4类混积剖面结构(图2)。

图2 研究区典型混积层系剖面结构Fig.2 The profile structure of typical mixed deposition in the study area

(1)陆源碎屑与正常海相碳酸盐物质交互沉积,混积层系由“纯”的陆源碎屑与“纯”的碳酸盐岩互层组成。岩石类型为鲕粒灰岩、生屑灰岩、微晶灰岩与砂岩、粉砂岩互层组合。陆源碎屑岩与碳酸盐岩呈突变接触,指示频繁突变的沉积环境[10]。

(2)陆源碎屑与混积物交互沉积,混积层系由陆源碎屑岩与以碳酸盐物质为主的混积岩交互组成。岩石类型以砂岩、粉砂岩与泥灰岩、砂质灰岩、灰质泥岩等互层或呈夹层产出。砂岩常为混积开阔台地混积滩微相的沉积物,泥灰岩、灰质泥岩主要分布于混积滩之间的潮下静水泥微相中。

(3)碳酸盐物质与混积物交互沉积,混积层系由以碳酸盐物质为主的混积岩与碳酸盐岩交互组成。岩石类型有微晶灰岩、鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩和细晶白云岩等,常为混积开阔台地潮下静水泥、鲕粒滩和混积台地边缘生物碎屑滩的产物。混积岩的类型主要为泥灰岩、砂质灰岩等,其中砂质灰岩主要分布于混积开阔台地中的砂质浅滩微相中。混合沉积特征主要为碳酸盐岩与泥灰岩、砂质灰岩等混积岩以互层沉积或以夹层的形式出现。

(4)不同来源的物质组分相互掺杂沉积。岩石类型包括泥灰岩、砂质灰岩、灰质泥岩、灰质细砂岩、粉砂质白云岩、云质粉砂岩等。其中,砂质灰岩、灰质细砂岩、粉砂质白云岩常出现在混积开阔台地或台地边缘砂质浅滩微相中,泥灰岩、灰质泥岩广泛出现在混积滩间和潮下静水泥微相中。

3.2 混积相类型划分

通过钻井、测井、地震资料分析,研究区阿尔布阶可识别出混积缓坡、混积台地、混积陆棚、深水扇和深海盆地5种类型。在西非被动大陆边缘演化史上,受张性断裂活动影响,随着海侵扩大,阿尔布阶依次经历了混积缓坡→混积台地→破裂的混积台地→混积陆棚→深海盆地(深水扇)沉积演化史,其中混积相沉积包括有混积缓坡、混积台地、混积陆棚3种沉积相和更多的亚相及微相类型(表1)。

表1 研究区阿尔布阶混积沉积相划分简表Table 1 Sedimentary facies classification of Albian in the study area

3.2.1 混积缓坡相

碳酸盐岩缓坡指自大陆架向深海盆地缓慢倾斜、高能带位于滨岸坡折带而陆架坡折不发育的碳酸盐岩陆棚沉积环境。混积缓坡的概念可与碳酸盐岩缓坡类比,不同的是,研究区存在以碳酸盐岩沉积为主的陆源碎屑岩与碳酸盐岩混合沉积特征。混积缓坡相在地震上多表现为杂乱反射,能量中等,反射连续性较差,偶见连续性较好的前积反射特征。该研究区混积缓坡沉积体系仅在KTNM-1井、KTNSM-4井、NEME-1井识别,代表阿尔布阶最初始沉积,主要发育浅水缓坡亚相,包括灰泥丘、砂质浅滩、鲕粒滩、藻屑滩、潮下静水泥等微相。

3.2.2 混积台地相

在碳酸盐岩台地环境中,海平面变化的沉积响应与陆源碎屑系统完全不同。在海侵背景下,碳酸盐岩台地被水体淹没,大大地增加了浅水碳酸盐生产的区域,泥质及砂质碳酸盐沉积物通过混积作用形成碳酸盐物质与陆源碎屑的混合沉积[11]。研究区混积台地相广泛发育,混积台地有周缘台地(图3a)和破裂台地(图3b)2种类型,分别分布于阿尔布阶下部和中部。地震剖面上,该2种台地所对应的地震反射结构具有不同特征,下部的混积周缘台地多表现为低频、能量较弱、反射连续性较差的一组地震反射,由于受盐构造运动影响,在地震剖面上具有类似前积反射结构;中部的混积破裂台地主要表现为中频、能量较强、反射连续性较好的一组地震反射,同样因受构造拉张破裂影响,局部表现出明显的前积反射结构。该相带又分为混积开阔台地及混积台地边缘2个亚相,混积开阔台地亚相包括砂质浅滩、潮下静水泥、风暴流沉积、混积浅滩等微相,岩性为泥灰岩、砂质灰岩与泥灰岩互层夹砂岩组合(图4);混积台地边缘亚相也包括浅滩、滩间、鲕粒滩等微相,岩性为云质灰岩、鲕粒灰岩互层夹砂岩、砂质灰岩、粉砂质白云岩组合。该亚相环境由于受到波浪和潮汐共同作用,水动力条件极强,以堆积颗粒灰岩、颗粒白云岩和砂质灰岩,特别是鲕粒灰岩占绝对优势的滩相沉积体为主,有利于储层发育。

图3 各沉积体系地震反射特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of mixed sedimentary system

图4 混积台地剖面结构(Loubossi Marine-1井)Fig.4 Profiles of mixed platform

3.2.3 混积陆棚相

混积陆棚沉积为陆源沉积物包围碳酸盐岩台地、滩或原地生长的生物礁、丘所构成[6],同时,陆棚上风暴或风暴流的作用也常造成混合沉积。Markello[13]对美国弗吉尼亚西南的古生代陆棚沉积的研究表明,风暴流把石英砂以及浅水碳酸盐碎屑搬运到浪基面以下,与原地沉积混合形成陆源碎屑及碳酸盐物质沉积的互层形成混积岩,这是混积陆棚沉积的一个典型实例。研究区混积陆棚相广泛发育,除KTNM-1井、MOHM-2井及DIOM-1井外,绝大部分井均有发育。在地震上多表现为中高频、能量较强、反射连续性较好的一组地震反射特征,尤其是海侵体系域大多表现为连续性好,但在断裂附近由于受构造和沉积双重作用,连续性稍差,反射连续性也有所变差。高位体系域总体表现为连续性稍差,与混源沉积作用有关(图3c)。该相带又分为浅水陆棚和深水陆棚亚相,以浅水陆棚亚相最发育,包括陆棚泥、砂质浅滩、灰泥丘微相,岩性以砂岩与灰岩互层,粉砂质泥岩、灰岩、砂质灰岩为特征(图5)。由于同时存在间断式与较强的原地式混积作用,在地层剖面上,陆源碎屑岩与碳酸盐岩岩层之间频繁交替形成互层和夹层现象,这是混积陆棚相的典型特征。

图5 混积陆棚相剖面结构(NENM-1井)Fig.5 Profiles of mixed continental shelf facies

3.3 混积相与储层发育关系

对不同混合沉积微相的储集岩孔隙度进行分析,结果表明,沉积微相直接控制储层的发育(表2)。混积台地相中鲕粒滩微相以孔隙度>6%为主,整体显示为中等偏高孔储层特征;砂质浅滩微相也以孔隙度>6%为主,整体也呈现中等—高孔储层特征;白云岩化浅滩微相显示中等孔隙度储层特征;生屑滩微相显示中等孔隙度储层特征;斜坡泥微相孔隙度显示低孔隙度储层特征,少数为中高孔储层;灰泥丘微相为中—低孔储层;滩间微相为低—特低孔储层;潮下静水泥微相特低孔储层比例较滩间、灰泥丘微相更大,该微相整体显示特低孔隙度储层特征,仅含少数中孔储层。综合各沉积微相的孔隙度特征表明,鲕粒滩微相、砂质浅滩微相、白云岩化浅滩微相为最有利储层发育的沉积微相类型。

表2 阿尔布阶各沉积微相储层物性统计Table 2 Reservoir properties of various sedimentary microfacies of Albian

3.4 混积相模式

综合上述混积相和混积作用特征,提出适合研究区阿尔布阶的“间断-交叉”型碳酸盐物质夹陆源碎屑混合沉积模式(图6)。

图6 阿尔布阶混合沉积模式示意图Fig.6 Sketch map showing the mixed depositional model of Albian

4 结论

(1)下刚果盆地阿尔布阶为以一套碳酸盐岩为主,混杂陆源砂、泥沉积的典型混合沉积建造序列。

(2)阿尔布阶混积地层具备4种剖面结构类型的混积层系,即陆源碎屑与碳酸盐物质的交互混积层系、陆源碎屑与混积物交互混积层系、碳酸盐物质与混积物交互混积层系以及陆源碎屑与碳酸盐物质相互掺杂混积层系。

(3)下刚果盆地A区块下白垩统阿尔布阶混积相可以识别出3种混积相、6种亚相及更多的微相类型,其中有利储层发育的混积相类型主要为混积开阔台地和混积台地边缘中的砂质浅滩、鲕粒滩和生屑滩微相。

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Study on mixed sedimentary facies of Lower Cretaceous Albian in block A of Lower Congo Basin

ZHAO Can1, ZHENG Rong-cai1, YU Shui2, HAO Li-hua2, LUO Qing-lin3, LEI Guang-ming3
(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.Research Center of CNOOC,Beijing 100049,China;3.Geology Exploration and Development Institute, Chuanqing Drilling Engineering Co.Ltd., Chengdu 610051, China)

LowerCretaceousAlbianinblockAofLowerCongoBasindepositedasetofcarbonatemixed faciescomposed of terrigenous sand and mud.Based on regional geologic setting,logging geology,seismic data and thin section observation,the mixed deposition ofAlbian in the studyarea is analyzed.The research result shows that:①The profile structure is characterized by 4 types,including alternating deposits of terrigenous debris and carbonate,alternating deposits of terrigenous debris and diamicton,alternating deposits of carbonate and diamicton,and alternating deposits of diamicton themselves;②A mixed deposition mechanism appropriate for the study area is proposed,called “discontinuity-overlapping”mixed deposition,and the mixed deposition model is established;③With the seawater entering and the expansion of transgression,the Albian experienced mixed gentle slope,mixed restricted platform,mixed open platformand mixed continental shelfsuccessively,and developed numerous sedimentarymicrofacies such as lime mud mound,sandyshoal,oolitic beach,bioclastic shoal,algal-clastic beach,subtidal static water mudstone and tempestite.Key words: Albian;mixedsedimentarycharacteristics;mixedsedimentaryfacies;LowerCongoBasin

TE121.1+3

A

1673-8926(2011)03-0084-07

2011-03-31;

2011-04-20

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“海相碳酸盐岩层序地层与沉积体系特征及储层预测”(编号:2008ZX05030-003-02)资助。

赵灿,1985年生,男,成都理工大学在读硕士研究生,主要从事沉积学方面的研究工作。地址:(610059)四川省成都市成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室。E-mail:zhaocan1985216@163.com

郑荣才,1950年生,男,教授,博士生导师。E-mail:zhengrc@cdut.edu.cn

图版Ⅰ

涂晓燕)

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