2017, Vol. 39
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轴向重力流沉积是浊积岩[1-3]的一种特殊类型，目前国内外发现较少。国外在格陵兰岛与拉布拉多半岛之间及印度发现了这类沉积[4]。中国在渤海湾盆地东濮凹陷及东海盆地丽水凹陷的含油气盆地中也发现了一些轴向重力流沉积[5-6]，其共同的沉积特征是：发育在狭长的断槽盆地或走滑拉分盆地中，沉积物沿盆地长轴方向分布，物源为长轴方向和斜坡上的多点物源，岩性多为块状中-细砂岩、粒序层理砂岩、混杂砂砾岩等，是良好的储层。轴向重力流水道作为深水轴向重力流沉积中最重要的油气储层类型之一，由于其具备得天独厚的生储盖条件，已经得到广泛关注。世界上著名的拉布拉多海底峡谷(Labrador deep-sea channel)和印度孟加拉湾深水扇“无底峡谷”都是较为典型的轴向重力流水道体系[6-8]，它们的发育一般均具备以下地质特征：盆地外型——三面环山，长轴方向坡降明显，具备足够的水深条件。
莺-琼盆地轴向重力流水道体系是发育在陆架坡折之下、近盆地中央的大型轴向深水峡谷，主体位于莺歌海盆地乐东区及琼东南盆地中央拗陷带内，向东延伸到西沙海槽，直至西北次海盆。由于其总体平行海南岛的岸线，沿盆地长轴方向展布，且横跨莺歌海和琼东南两大盆地，通常称之为莺-琼轴向水道。峡谷总长约580 km，其中，在琼东南盆地中总长425 km，宽9~30 km，呈NE-NEE向“S”型展布，又称之为琼东南大峡谷[8]。
莺-琼盆地是南海北部大陆架边缘西区已证实的两个富含天然气盆地之一[10-14]，20世纪90年代曾先后发现多个天然气藏，中央峡谷规模大、延伸长，其内充填多套储集物性较好的浊积砂岩，一直是国内外石油公司关注的焦点[15-16]。20世纪80~90年代，阿科、雪佛龙两家公司先后钻探了LD30-A井、YC35-A井等4口井，证实峡谷内发育良好的砂岩储层，但未获油气发现。随后，外国公司又在中央峡谷陆续钻探LS22-A井和YL2-A井，虽然均钻遇优质细砂岩储层，但未获得商业性整装大油气田的发现，使之对轴向水道的勘探潜力产生怀疑，遂决定退出矿区。外国公司的相继退出，并没有让中海油丧失对轴向水道的勘探信念，近年来，随着大范围三维地震的实施，地震资料品质有了较大改善，使得对盆地整体结构和地层层序的认识更加全面。加之新的地球物理方法和技术手段的应用，研究人员重新认识轴向水道的沉积演化规律，并重点解决以下关键问题。
(1) 峡谷主物源方向问题。琼盆地周缘有多个物源区可以为峡谷体系提供物源，包括红河物源、越南物源和海南岛物源等，对主物源方向的认识，不同学者有不同的观点。林畅松等早在2001年就指出，中央峡谷主物源来自莺歌海盆地东部或琼东南盆地西区[17]；姚根顺等在2008年提出琼东南盆地深水区双物源沉积模式，指出黄流末期发育大规模下切谷，物源供给主要来自西南方向的中南半岛[18-19]；邵磊等2010年提出中央峡谷潮流成因，并指出物源来自于琼东南盆地东北部[20]；王英名等2011年通过上新世沉积物稀土元素特征对比指出，中央峡谷主物源来自红河[21-22]；王振峰等提出中央峡谷来自红河、越南及海南的多物源汇聚[23-24]。这些研究手段主要基于地质方法的研究和推测，虽然在国家“十二五”重大专项研究课题攻关期间，锆石同位素年龄、重矿和岩类等分析均反映中央峡谷黄流期存在明显的西部越南物源加入，但是，作为形成如此大规模峡谷的主要物源，并没有在地震资料上发现直接的证据，仍然不能成为大家信服的主要依据。
(2) 峡谷详细的内部建造问题。此前，BG对中央峡谷陵水17-2区做过一轮研究，认为该区域单个砂体面积较小，经济性不够；而轴向水道砂往往是纵向多期叠置的，因此，需要把纵向有几期砂体、每一期砂体的平面展布特征及不同期次砂体之间的空间叠置关系等详细的内部建造信息研究清楚。
(3) 峡谷沉积模式问题。单一的浊流侵蚀-充填模式并不能真实地反映峡谷的特征和差异，多种控制因素的相互作用才可能是峡谷的成因。
简单的借鉴可以起到指示作用，但对琼东南盆地深水峡谷而言，需要建立具有区域特色的、具有储层预测功能的深水沉积模式，用以指导整个轴向水道领域的勘探。
1 区域地质背景琼东南盆地是发育于南海北部大陆边缘的伸展性盆地，盆地基底是华南大陆向海域的延伸，基岩为前震旦纪结晶基底、震旦系-下古生界浅变质砂岩/砾岩-片麻岩，中生代侏罗纪-白垩纪发育大量岩浆岩侵入体。古近纪断陷期，盆内充填了始新统湖相沉积、早渐新统崖城组海陆过渡相沉积及晚渐新统陵水组滨浅海相沉积，形成主要的陆相烃源岩(包括煤系)；新近纪的断拗转换期及拗陷期，盆内接受了滨海$\rightarrow$浅海$\rightarrow$半深海$\rightarrow$深海相的连续沉积，地层包括下中新统三亚组、中中新统梅山组、上中新统黄流组、上新统莺歌海组和第四系[9]。自晚中新世以来，琼东南盆地南部隆起区及中央拗陷带快速沉降，导致沉积环境从浅海环境突变为深海环境，即自10.5 Ma以来才开始大范围的半深海-深海沉积，相应地，深水峡谷体系形成时间还要稍晚一些。
中央峡谷主要发育于琼东南盆地中央拗陷带，西始莺歌海盆地东部陆坡坡折带，经乐东-陵水凹陷、松南低凸起、宝岛-长昌凹陷，向东延伸至西沙海槽，终止于南海西北次海盆(图 1)。由于中央峡谷成因机制和沉积特征的特殊性，导致峡谷在几何外形、地震相特征、测井响应及沉积充填特征等方面均具有显著特征。峡谷的走向整体受控于沉积时的海底地形，呈SW-NE走向，峡谷源头部位发育多条汇聚型的支谷，中下游基本平直，不发育支谷，平面上呈“S”形，长约580 km。
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| 图1 琼东南盆地轴向中央峡谷分布图 Fig. 1 The distribution of the central valley in Ying-Qiong Basin |
中央峡谷物源方向一直是一个存在争议的问题，“十二五”课题攻关期间，通过中央峡谷已钻井锆石同位素年龄谱分析、重矿组合特征以及母岩类型分析等方法，结合越南、红河、海南岛露头的母岩类型分析及周围主要河流、水系的重矿和锆石同位素年龄谱分析手段，已经明确反映出中央峡谷在黄流期存在明显的西部越南物源加入，且占据较大比重。本次研究在综合吸收前人各种研究成果的基础上，针对形成如此大规模的中央峡谷的主要物源，并没有在地震资料上找到直接的证据这一主要问题，结合研究区2013年新采集的三维地震资料，开展了有针对性的研究。
早期峡谷主要以下切侵蚀和过路沉积为主，很有可能后期被海侵时的深海泥岩所充填，而后期的泥与峡谷壁泥岩间的阻抗差异小，因此地震剖面上很难识别出其边界。常规的单一地震属性更是难以识别，这也导致原有的中央峡谷追踪方案并没有解释早期过路沉积为主的峡谷。本次研究依据地震沉积学方法原理，在黄流组，即T$_{30}$-T$_{40}$层序之间内插形成一系列的等时层序切片，在等时切片的基础上，应用地震多属性融合技术，融合后的属性不仅可以清晰地识别出峡谷边界(图 2)，且切片底部显示大量物源过路沉积搬运留下的刮痕，结合它们分布的地理位置，可以作为早期西部越南物源大量向峡谷下游过路搬运的直接证据。将通过融合属性所识别出的早期峡谷边界与未识别之前的峡谷边界进行对比发现，峡谷边界两侧泥岩间的地层错动现象以及角度不整合特征非常清晰，且早期峡谷侵蚀深、底部滞留沉积明显，这些特征都证实现有的峡谷划分方案更为合理。按照新的划分方案，对峡谷进行重新解释和再落实，落实后的峡谷形态更加清晰，峡谷平面特征与融合属性识别出的峡谷形态完全一致，峡谷的源头位置直观地反映了早期以西部越南物源为主的物源分析观点。
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| 图2 中央峡谷多属性融合显示图 Fig. 2 Multi-attribute integration map of the central valley |
2014年，在中央峡谷陵水17-2和陵水25-1构造区陆续新钻了多口钻井，其中，LS25-A井位于峡谷西南端，LS17-F井则位于峡谷中部，将位于峡谷西侧的井与位于峡谷中部的井进行连井对比分析发现(图 3)，位于峡谷西侧的井岩性相对较粗，以细砂岩和中砂岩为主，局部含砾，砂岩单层厚度大；而峡谷东侧相同层系的岩性相对较细，以粉砂岩和泥质粉砂岩为主，单层厚度薄，这也进一步证实物源在西侧的观点。
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| 图3 中央峡谷多井连井对比图 Fig. 3 Multi-well contrast diagram of the central valley |
区域构造活动对这些重力流水道的形成有重要控制作用，如：晚中新世以来，受菲律宾海板块向西和印度板块向东的双向挤压构造运动影响，滇西高原整体抬升，同时，越南半岛大规模隆升，加之当时古气候湿润，高原被逐渐剥蚀夷平、准平原化，为中国南海各大盆地提供了充沛的碎屑物源；琼东南盆地中央峡谷形成初期，受南海近南北向扩张影响，坡折之下断层持续活动，产生平行于陆坡方向的低洼地形，来自海南岛及越南等物源区的充沛物源，在陆架陆坡背景下形成大面积的陆架边缘三角洲，三角洲沉积物在一定触发机制的作用下二次搬运，且由于陆坡带坡度较陡、流体加速，进而形成流速快、下切能力强的浊流，并沿着近东西向的低洼部位流动。由于浊流在搬运过程中具有较强的下切侵蚀作用，因此，早期构造活动所造成的相对低洼地形，进一步下切形成较深的“V”型峡谷[25](图 4)。莺歌海盆地乐东10-1峡谷水道北起莺东斜坡，南至崖城凸起倾末端，呈NW-SE向展布，长达182 km，宽3~8 km，该水道形成于中中新世末-晚中新世，位于S$_{40}$界面之上，贯穿整个莺歌海盆地乐东区，在莺歌海盆地具有很强的物源汇聚作用，最终在琼东南盆地乐东凹陷以海底扇形式沉积。乐东10-1峡谷水道通过莺-琼结合部近SSE向地堑同琼东南盆地乐东凹陷相连，并将莺歌海盆地汇聚形成的轴向物源进一步分配给中央峡谷。
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| 图4 莺-琼轴向水道平面展布及其物源供给系统分布图 Fig. 4 The distribution map of the central valley ant its provenance supply distribution system |
井-震综合研究表明，中央峡谷是红河、越南及海南的多物源汇聚体系，其中，西部越南昆嵩隆起为主西部物源体系，是晚中新世琼东南盆地西部乐东凹陷海底扇和中央峡谷水道砂岩的主要沉积物供给区。
2.2 中央峡谷内部建造对于中央峡谷的充填演化过程，前人已经做过大量研究工作，张道军等[26-28]基于对峡谷形态特征-内部建造的综合描述，并结合晚中新世以来琼东南盆地的构造-沉积演化，将整个中央峡谷体系划分为4个大的演化阶段：峡谷初始发育阶段、峡谷下切-侵蚀阶段、峡谷充填阶段和峡谷“回春”阶段，并指出不同演化阶段峡谷的充填特征。而对于海上油气田勘探来讲，与储层密切相关的充填主要有两期，第1期是黄流组的浊积水道，第2期为莺二段的大型海底扇沉积；而黄流组的浊积水道又可细分为很多期的单砂体充填(图 5)，因此，对于峡谷的刻画应分为两个不同级次。为了满足不同级次峡谷充填演化特征刻画的需求，在三维可视化基础上，总结出一套以“三维地貌精细刻画技术”、“空间砂体雕刻技术”及“地震地貌属性技术”为核心的空间地震沉积学技术，该技术突破常规的“点-线-面”研究思路，充分发挥三维空间体的优势，直观地展示水道砂充填演化过程。黄流期，中央峡谷位置相对较低，可以接受多物源汇聚，自西向东充填，形成峡谷水道沉积(图 6)，此时以越南物源过路沉积为主，在图上显示不明显。莺歌海期，沿盆地长轴方向，主要发育一些限制性的大型海底扇沉积(图 7)。
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| 图5 中央峡谷充填特征及层序划分典型剖面 Fig. 5 The filling characteristics and typical profile sequence division in the central valley |
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| 图6 乐东-陵水凹陷黄流组砂体镂空显示叠加T$_{40}$时间构造立体图 Fig. 6 The sand body hollow out display overlay T$_{40}$ structure in Ledong and Lingshui Sag |
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| 图7 乐东-陵水凹陷莺歌海组砂体镂空显示叠加T$_{30}$时间构造立体图 Fig. 7 The sand body hollow out display overlay T$_{40}$ structure in Ledong and Lingshui Sag |
通过以上研究，可以宏观地展示峡谷相关的主要储集体充填特征，但仍然无法较详细地反映峡谷内部充填演化特征。
为了研究中央峡谷内部精细充填特征，根据研究区钻井上所反映的岩性特征，利用伽马曲线异常幅度明显变化及体系域类型或准层序类型的突变确定四级层序界面。
应用井震对比法，在单井上标定出相应的期次界面后，在地震资料上标定并进行连片追踪和识别，在追踪时主要依据4个标志[28]：(1) 后期次级水道侵蚀早期峡谷充填，早期水道与晚期充填水道之间的界面，表现为向下削截侵蚀面及向上上超充填接触特征；(2) 侵蚀下切能力较强的水道，往往对早期充填沉积下切侵蚀深度大，表现为深“V”或“U”字下切特征，形成“大水道”套“小水道”的格局；(3) 侵蚀能力较弱的水道，对早期充填沉积侵蚀深度小或未侵蚀，往往呈现平行的上超充填，此关系多见于峡谷晚期充填，水道偏含泥；(4) 不同期次的水道，地层倾角往往不同、倾向也不一致。
通过井震结合，最终在中央峡谷黄流组一段层序界面间细分出5期次级水道(相当于5个Ⅳ~Ⅴ级层序界面)，运用单砂体雕刻技术及地震地貌属性技术进一步分析峡谷不同期次水道砂储层的分布规律(图 8)。由于早期的水道被后期水道或块体流所切割，使得残余水道砂多沿峡谷两侧分布。中央峡谷早期的充填沉积频繁遭受后期次级泥质水道的侵蚀和二次搬运改造，位于峡谷轴部的早期砂体遭受严重破坏，造成砂体主要分布在峡谷两侧，且形态多呈不规则的丘型，侧向连通性变差。
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| 图8 陵水17-2构造区中央峡谷地震地貌属性及砂体分布规律图 Fig. 8 Seismic geomorphology attribute and sand body distribution diagram of the central valley in Lingshui 17-2 zone |
陵水17-2构造获得天然气探明储量超过千亿方的重大发现，进一步钻探位于峡谷西部的陵水25-1构造，LS25-A井也获得重大发现，有望成为下一个千亿方大气田。在此基础上，进一步归纳中央峡谷水道的砂体展布规律和沉积模式，用于指导并高效地发现下一个潜在的大气田。
中央峡谷长超过400 km，可分为很多段，每一段的沉积特征也不一样，因此并不能用单一模式总结其规律。根据每一段沉积特征和砂体展布规律，总结出了以下几种沉积模式：乐东段(上游)的早期过路沉积模式，晚期限制性水道加积复合体模式；陵水段(中上游)的限制性低-中弯曲度水道复合体模式(图 9)；松南段(中下游)的限制性中弯曲度水道侧积复合体模式；长昌段(下游)的限制性席状砂沉积模式。根据水道砂的分布规律，总结了垂向孤立式、垂向加积式、斜列叠加式、侧向拼接式及过路不沉积式等5种砂体叠加方式。位于峡谷中上游的乐东-陵水段是下一步勘探的有利区带，水道加积复合体和水道侧积复合体是有利沉积微相类型。
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| 图9 中央峡谷立体模式及水道砂叠加模式图 Fig. 9 The 3D model and superimposed channel sand body of the central valley |
将中央峡谷总结出的沉积模式与砂体展布规律与西非尼日尔三角洲盆地深水区中新世阿格巴达组深水浊积水道及非洲西部的穆尼盆地第四纪深水浊积水道对比，发现很多规律不谋而合，这也进一步证实了研究的可靠性与可借鉴性。
3 勘探方向莺-琼盆地轴向重力流水道的形成和充填是个复杂的过程，通过地震相分析和储层沉积相分析可以看出其充填差异性明显，水道砂岩充填具有明显的分段性和多期次充填特征，从地震相看，强振幅垂向叠置相无疑是最好的目标和储层。从莺-琼盆地的烃源岩分布[29]及目前成功发现的油气藏分布来看，砂体振幅属性异常与含气性有较好的对应关系，具有“横向分块，纵向多层”的气藏特征。
总体而言，莺-琼盆地轴向重力流水道具有较好的勘探前景，预测有4个潜在的大型有利岩性圈闭群：(1) 轴向水道西端的乐东10-1峡谷水道岩性圈闭群；(2) 中央峡谷乐东段的陵水25-1、陵水25-2岩性圈闭群；(3) 中央峡谷陵水段的陵水18-1、陵水18-2及陵水25-3峡谷水道岩性圈闭群；(4) 中央峡谷松南段的永乐7-1、永乐8-2水道岩性圈闭群。以上4个岩性圈闭群均是轴向水道领域下一步勘探的有利目标。
4 结论(1) 阐明了中央峡谷主物源方向，确立了西部越南是黄流期中央峡谷的主物源方向，解决了中央峡谷主物源方向存在争议的难题。
(2) 精细刻画了中央峡谷内部建造特征，在峡谷沉积演化特征研究的基础上，建立了具有储层预测功能的峡谷沉积模式以及水道砂叠置方式，指出水道加积复合体和水道侧积复合体是最有利的储集微相类型，中上游部位的乐东-陵水段是下一步勘探的有利区带。
(3) 莺-琼盆地轴向水道领域仍存在潜在的大型有利岩性圈闭群。
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