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  中国石油勘探  2018, Vol. 23 Issue (5): 73-78  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2018.05.009
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引用本文 

姜辉. 裂陷晚期浅水三角洲沉积特征及其分布规律——以印度尼西亚Sunda盆地渐新统上段为例[J]. 中国石油勘探, 2018, 23(5): 73-78. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2018.05.009.
Jiang Hui. The depositional characteristics and distribution law of shallow-water delta during late rifting stage: a case study on the upper Oilgocene in the Sunda Basin, Indonesia[J]. China Petroleum Exploration, 2018, 23(5): 73-78. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2018.05.009.

基金项目

国家科技重大专项“海洋深水区油气勘探关键技术”专题(2011ZX05025-005)

第一作者简介

姜辉(1977-), 男, 河南洛阳人, 博士, 2007年毕业于中国地质大学(北京), 高级工程师, 现主要从事储层沉积学研究工作。地址:北京市朝阳区惠新东街甲六号中国石化国际石油勘探开发有限公司, 邮政编码:100029。E-mail:hjiang.sipc@sinopec.com

文章历史

收稿日期:2017-08-11
修改日期:2018-06-29
裂陷晚期浅水三角洲沉积特征及其分布规律——以印度尼西亚Sunda盆地渐新统上段为例
姜辉     
中国石化集团国际石油勘探开发有限公司
摘要: 大量地质和地球物理资料分析表明,印度尼西亚Sunda盆地渐新世裂陷晚期发育浅水三角洲,其沉积主体为三角洲平原砂体,三角洲前缘砂体及前三角洲发育不完全。受控于“盆浅、坡缓、水急”构造沉积条件,浅水三角洲砂体主要水动力来源于以季节性曲流河、辫状河为主的地表发散径流与脉状牵引流;分流河道与天然堤为其富砂微相类型,前者既是沉积卸载终端也是砂体过路冲刷通道,后者随沉积砂体不断迁移摆动逐渐堆积充填从而取代河间沙坝;沼泽与煤系地层更为发育,重力机制沉积则难以成形。气候是影响裂陷晚期浅水三角洲砂体形态的重要因素,在热扩散和冷凝作用下,湖盆水体周期性暴露与顶托交替作用,造成河道频繁分叉、改道、叠加,塑造出浅水三角洲砂体典型的朵叶状、齿陀状、枝状、条带状等平面格局。
关键词: Sunda盆地    裂陷晚期    浅水三角洲    沉积特征    分布规律    
The depositional characteristics and distribution law of shallow-water delta during late rifting stage: a case study on the upper Oilgocene in the Sunda Basin, Indonesia
Jiang Hui     
Sinopec International Petroleum Exploration and Production Corporation
Abstract: Plenty of geological and geophysical data show that shallow-water deltas were developed during the late Oilgocene rifting stage in the Sunda Basin, Indonesia, of which deltaic plains were dominant, but deltaic fronts and prodeltas were less developed. Controlled by shallow basin, gentle slope and rapid current, primary hydrodynamics influencing the shallow-water deltas are surface divergent runoff and vein traction flow dominated by seasonal meandering rivers and braided rivers. Distributary channel and natural levee are main depositional microfacies with abundant sandstone. The former acts as an unloading terminal and a passing channel. The latter gradually accumulates and replaces the inter-river sand bar while transporting. Marsh and coal seam strata are more developed, but they are difficult to shape during gravity deposition. The climate is an important factor affecting the shape of the shallow water delta sand bodies in the late rifting stage. Under the action of thermal diffusion and condensation, the periodic exposure alternating with the rising of the water in the lake basin caused frequent bifurcation, diversion and superposition of the river channels, and developed typical patterns of delta sand bodies, such as leave, teeth, branch, strip.
Key words: Sunda Basin    late rifting stage    shallow-water delta    depositional characteristics    distribution law    

通常意义上认为,浅水三角洲指发育于水体较浅、地形平缓、构造相对稳定、沉降较为缓慢条件下形成的三角洲[1-5]。Fisk最早提出了浅水三角洲的概念,Donaldon等发现水深是一个重要控制因素并进一步总结了浅水三角洲的概念,水体深度是控制浅水三角洲发育的首要因素的观点已得到国内外学者普遍认可,但关于“浅水”的界定尚未形成统一认识;此外湖(海)盆底部地形及坡度、湖(海)平面变化、沉积物注入量、气候等也是影响浅水三角洲发育与展布的重要因素[6-9],梅志超、楼章华、邹才能、赵翰卿、朱伟林等分别从浅水三角洲相序及沉积格架、物理介质对水体环境的控制作用、砂体分布规律、沉积模式及其亚模式分类、储层与油气勘探的关系等方面进行了深入探讨[10-14]。浅水三角洲从成因上属于河控三角洲,特别是大型浅水三角洲沉积体主要发育在地势平缓的浅海区、浅水湖盆或湖盆的浅水区,这也是目前发现该类型三角洲主要集中在沉降缓慢且稳定的陆表海、坳陷盆地的主要原因之一[15-16]

裂谷盆地或断陷湖盆在国内外分布广泛,构造沉积类型多样、与油气成藏关系密切,但目前对于裂谷盆地裂陷晚期或断陷盆地坳陷期浅水三角洲的形成条件、演化发育、沉积展布却鲜有深入研究。大部分裂谷盆地或断陷盆地在其主要演化阶段难以满足浅水三角洲关于水体深度、构造运动强度等条件,但到了裂谷盆地裂陷晚期或断陷盆地坳陷期,由于构造运动持续减弱,沉积填平补齐作用增强,可容空间逐渐减小,特别是在盆地缓坡带可形成大面积宽缓浅水区域,在物源供应充足的情况下也能发育一定规模的浅水三角洲。本文期冀通过Sunda盆地C油田内4口取心井(岩心118m)、46口测录井和146.6km2三维地震资料并结合前人研究成果[17-20],尝试解构裂谷盆地裂陷晚期浅水三角洲沉积格架及其展布规律。

1 浅水三角洲沉积微相及相标志

Sunda盆地位于印度尼西亚苏门答腊岛与爪哇岛之间海峡的北部,盆地呈南北向展布,面积约7000km2。该盆地古近纪渐新世时发育为半地堑结构的裂谷盆地,由多个凹陷组成(图 1);沉积了一套陆相碎屑岩,中心最大沉积厚度可达5000m。盆地在渐新世裂陷期可细分为3个演化阶段[21]:初始裂陷期,相当于Banuwati组沉积时期(约34.5—32Ma);裂陷扩张期,相当于Tarlang组Zelda中下段沉积时期(约32—27Ma);裂陷晚期,相当于Tarlang组Zelda上段沉积时期(约27—24.6Ma)。盆地构造裂陷持续时间短(9.9Ma),湖盆面积较小且“窄而浅”,在裂陷晚期从西部斜坡和南部隆起发育两支具浅水特征的三角洲。

图 1 Sunda盆地构造区划图

综合运用岩心资料及粒度分析、钻井、测井、录井等数据,渐新统上段发育的浅水三角洲主体为顶积层砂体(三角洲平原亚相),前积层砂体和底积层(三角洲前缘及前三角洲)发育不完全,其中三角洲平原亚相可识别出分流河道、分流间湾、天然堤、岸后沼泽等微相。地震剖面上整体表现为一系列外形呈楔状、内部反射结构为叠瓦状的前积结构,中振幅、中—弱连续性、中—低频率,反映出缓坡区或浅水区强水流进积作用。由于水浅坡缓,三角洲前端滑塌浊积扇、远岸浊积扇等重力流沉积不发育,这是湖底地形平坦、河口区水动力作用不强,季节性沉积砂体向前递进式延伸并呈条带状、齿陀状入湖的综合反映[22]

1.1 分流河道

分流河道是该浅水三角洲的主体,物源方向为西北向,岩性以中砂岩、粗砂岩、砾质砂岩为主,具板状交错层理、槽状交错层理(图 2a);底部与下伏岩层呈侵蚀冲刷接触,含植物根茎等残留沉积物,反映了季节性高能较强水流沉积特征。粒度概率累积曲线以两段式为主(跳跃段含量较大),部分为三段式(滚动段发育规模小);测井曲线表现为钟形、箱形或复合钟箱形(图 3a)。与常规三角洲不同之处,该浅水三角洲在顶积层部分水浅流急,侧向水体易迁移摆动;水动力条件以脉状牵引流为主,少部分为发散径流,分流河道既是沉积卸载终端也是砂体过路冲刷通道。

图 2 Sunda盆地典型岩心沉积微相 (a)分流河道,低角度板状交错层理,D7井,3332.3~3347.0ft;(b)天然堤,平行层理及波状交错层理,B4井,3198.6~3214.1ft;(c)分流间湾,平行层理,泥质条带发育,B6井,3759.4~3781.5 ft;(d)岸后沼泽,块状层理,可见植屑,C2井,3910.0~3932.8ft; (e)前三角洲,水平层理,C2井,3778.4~3792.6ft
图 3 Sunda盆地沉积测井相模板
1.2 天然堤

天然堤分布于分流河道两侧,由季节性河流洪水期漫出淤积而成;岩性以粉砂岩和粉砂质黏土岩为主,向河道两侧逐渐变细变薄,发育平行层理和波状交错层理(图 2b),可见植屑、植根、潜穴等。粒度概率累积曲线以三段式为主(跳跃段规模不大);测井曲线表现为指状或锯齿状特征(图 3b)。浅水环境中季节性曲流河、辫状河多次改道入湖,河床摩擦力使得水体动能降低、携载能量降低,随着河道砂体不断迁移堆积,可发展成多个不同规模的“富砂”天然堤。

1.3 分流间湾

分流间湾主要存在于分流河道中间地势低凹处,与湖水连通;岩性以泥质沉积为主,含少量薄层状或透镜状泥质粉砂岩夹层,平行层理或水平层理发育(图 2c);向湖推进一侧易形成一系列尖端指向陆地的楔形泥质沉积体,俗称“泥楔”;植物碎片含量较多,生物扰动也较强,可见生物化石。粒度概率累积曲线以两段式为主(悬浮段含量较大);测井曲线表现与泥岩段相似,光滑或微齿状(图 3c)。

1.4 岸后沼泽

岸后沼泽为分流河道外侧广大周期性水淹的低洼区域,植物繁茂,属弱还原环境;岩性主要为暗色有机质泥岩、泥炭或褐煤沉积,夹洪水沉积的薄层粉砂岩;可见块状层理和水平层理(图 2d),生物扰动强烈,发育潜穴;含植屑、植根、介形虫、菱铁矿等。粒度概率累积曲线以两段式为主(悬浮段含量较大);测井曲线主要呈微齿状(图 3d)。浅水三角洲岸后沼泽较常规三角洲更为发育:湖平面上升期,当三角洲进积速度小于湖平面上升速度时,三角洲朵叶体逐渐废弃,迅速被沼泽化进而成为重要的聚煤场所[23-25];湖平面下降期,河流下切作用增强,对废弃的三角洲朵叶体进行重新改造或由决口等方式产生新的朵叶体向湖盆进积[26-27]

1.5 三角洲前缘及前三角洲

Sunda盆地三角洲前缘各微相砂体很可能由于水位周期性暴露于地表而沉积不充分,发育范围局限、纵向厚度较薄,与前三角洲交织在一起以泥质以及粉砂质泥沉积为主;可见水平层理、平行层理或块状层理(图 2e),发育多种生物扰动构造和底栖潜穴。粒度概率累积曲线为两段式(悬浮段含量大);测井曲线表现为光滑或微齿状(图 3e)。

2 浅水三角洲沉积展布格局

Sunda盆地裂陷晚期,沉降速率明显减小,均夷作用增强,气候相对潮湿,物源供给充足。盆地西部斜坡和南部隆起发育两支浅水三角洲(图 4),西北向短轴发育的三角洲规模较大,3条主干分流河道在湖盆内延伸较远,向东分别推进到北部凹陷、Yani凹陷和Rosalia凹陷,平面上呈齿陀状或条带状;分流河道砂体横向变化快,兼具部分曲流河特征,中间夹大片泥质分流间湾;河道外侧皆发育“富砂”天然堤,砂体厚度为7~10m,平均含砂率达52.5%。

图 4 Sunda盆地裂陷晚期沉积相图

南部长轴发育的三角洲规模较小,主体展布于Zelda凹陷,平面上主要呈朵叶状突进,反映出物源供给在渐新世晚期更为充足、河道砂体推进速度相对更快,沿长轴方向不断进积到盆地腹部;天然堤主要分布于Zelda凹陷西侧,砂体厚度为8~15m,平均含砂率可达61.3%。由于天然堤砂质含量较高、发育较为稳定,分流河道侧向加积作用有限,决口扇并不发育。

两支浅水三角洲外侧更大范围分布岸后沼泽,占据了盆地的广大区域;内侧则形成形状不规则的分流间湾。浅水三角洲中沼泽的分布更为广泛,其原因在于:一方面,分流河道外侧边缘部位在水浅之处更易于淤塞沉积而形成天然堤,随分流河道和“富砂”天然堤砂体不断推进,河道间洼地逐渐暴露水面而形成沼泽;另一方面,在湖平面上升时新产生的三角洲前缘水下分流河道、水下天然堤、河口坝等沉积微相,当湖平面再次下降时充填在废弃的三角洲朵叶体上并随着水位的波动而逐渐沼泽化。

Sunda盆地裂陷晚期气候温和湿润,受盆地断裂活动整体萎缩与控盆断裂相伴生的次级断裂活动性减弱影响,以季节性牵引流为主的沉积作用占据盆地充填的主导地位。由于“盆浅、坡缓、水急”,三角洲砂体向盆内推进较为迅速,部分分流河道和天然堤可能延伸为水下分流河道和水下天然堤;也有观点认为[28],三角洲前缘各微相砂体实际上是水位降低、河床底部暴露、河流下切时充填形成,在水位上升时又周期性地沉没于水下。据此,裂陷晚期/坳陷期浅水三角洲中水下分流河道和水下天然堤只是低水位期三角洲平原上分流河道和天然堤在高水位期的非同期产物,换句话说该浅水三角洲中前缘砂体不甚发育,和前三角洲一起构成以泥质沉积为主集中分布在盆地东部,这也直接导致滑塌浊积扇等重力流沉积在该区不发育。

3 与正常三角洲沉积差异

Sunda盆地裂陷晚期浅水三角洲与其他大型浅水三角洲、正常三角洲相比,具有明显差异(表 1),主要表现在以下几方面:①沉积构型受控于“坡缓水浅”的浅地表径流牵引入湖水动力环境,分流河道或天然堤走势塑造砂体平面展布格局,砂体剖面形态也因此更加多样化;前积层及其以下部分往往由于周期性暴露和充填而逐渐沼泽化,因此较正常三角洲而言岸后沼泽更为发育,煤系地层分布更广。②河口区动力机制主要由发散径流与脉状牵引流水动力、河床摩擦力、河面上空气摩擦力构成,地形坡度造成的重力驱动力以及波浪和潮汐作用较弱;特别是水体过浅导致重力沉积机制不甚发育。③Sunda盆地裂陷晚期浅水三角洲富砂微相主要为分流河道和天然堤,分流河道既是沉积卸载终端也是砂体过路冲刷通道;河床摩擦使得水体动能降低、携载能量降低、砂体沉积下来形成多个小型河间沙坝,随沉积物迁移摆动不断向上堆积,使得原来的河间沙坝渐次湮灭而逐渐发展成“富砂”天然堤,这也是该类浅水三角洲与其他大型浅水三角洲、正常三角洲沉积差异之处。④气候是影响浅水三角洲砂体形态的主导因素之一,干旱条件下,水分子热扩散力影响增强,湖泊收缩水体更浅,季节性河流携带碎屑物质较长距离搬运,形成三角洲平原占主体的锯齿席状、朵叶状浅水三角洲;湿润条件下,湖泊扩张冷凝作用增强,受湖泊顶托作用影响,河道频繁分叉、改道,形成三角洲平原及前缘占主体的齿陀状、条带状或枝状浅水三角洲,这一点在裂陷晚期/坳陷期浅水三角洲中尤为明显。

表 1 裂陷晚期浅水三角洲与大型浅水三角洲、正常三角洲比较简表
4 初步认识

裂陷晚期浅水三角洲为油气藏特别是隐蔽岩性油气藏勘探开启了新的领域。中国陆相地层经历了多期构造旋回和热演化,叠置裂谷或中小型断陷湖盆在时空上广泛分布,为浅水三角洲、超浅水三角洲的出现提供了广阔的可能。裂陷晚期浅水三角洲确认的重要意义在于其沉积特征既不同于河流相沉积,也不同于正常三角洲及其他大型浅水三角洲沉积,其相组合以三角洲平原占绝对优势,垂向相序往往发育不完整;分流河道下切作用不明显、分叉明显、砂体席状化程度高、侧向连通性好;富砂天然堤发育且具有明显方向性,可作为优质储层;岸后沼泽极其发育,往往形成配置良好的盖层。此外,盆地裂陷晚期常发育走滑断层或兼具走滑性质的伴生断层,有利于形成多种岩性圈闭并构建油气运移通道。当前国内外勘探实践已证实,裂陷晚期浅水三角洲良好的储、盖配置关系与烃类流体运移耦合形成的油气藏往往蕴藏相当可观的地质储量。

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