深水水道沉积动力学发展现状与展望

【目的】深水水道是沉积物“源-渠-汇”系统中的重要单元,其通过浊流将数十亿吨陆源碎屑物质输送到深水环境,已成为沉积动力学机制研究的热点和难点。【方法】通过回顾国内外深水水道沉积动力学机制的研究进展,对深水水道内流体性质、沉积充填特征和动力学机制等研究进行了总结。【结果和结论】(1)在明确浊流在不同研究领域特有分类标准的基础上,通过Re、Fr和Ri的介绍阐明了浊流流体动力学特性,进而分析了重力流流体形态、速度、密度和湍流结构。(2)水道内沉积颗粒开始运动需克服临界剪切力,其与颗粒直径、流体深度、颗粒密度或形状、泥沙表面粗糙度、颗粒粒度非均质性和沉积物黏性等相关;流体动力学机制对水道弯曲度、天然堤形成过程、沉积物分布和充填特征具有较好的指示意义。(3)直接观测、物理实验和数值模拟是水道沉积动力学研究的三种主要方法,阐明了每种方法在揭示水道内流体结构方面的贡献。(4)讨论了未来深水水道沉积动力学机制研究的热点领域。

深水水道沉积构型单元分级与结构样式

构型分级是深水油气高效开发重要的技术手段和指导方法。目前关于深水水道沉积体的构型分级方案缺乏较为统一的认识和标准,造成同一沉积单元的构型划分存在规模和成因等多解性问题,这制约了深水沉积理论的发展和油气勘探开发进程。在不同构型单元的沉积规模、叠置关系、时间跨度以及成因演化等基础上,采用正序分级原则,建立了相对系统的深水水道沉积体构型分级方案和结构样式。方案将水道沉积体划分为11级构型单元,1级单元为沉积颗粒段,包括孔隙非均质性、颗粒非均质性和填隙物非均质性;2级单元为纹层,多表现为平直状、波状、弯曲状、透镜状及不规则状;3级单元为岩层内均质段,如鲍马序列某一段;4级单元为岩层,如完整鲍马序列;5级单元为岩层组,包括“单一韵律叠置”和“砂体泥岩互层”两类;6级单元为次级水道单元,多呈透镜体型和楔形体型;7级为单一水道,可划分为层状充填、束状充填、侧积、切叠以及块状充填5种类型;8级单元为复合水道,由多期单一水道叠置,9级为复合水道系列,为多期复合水道叠置,8级单元和9级单元按其内部水道组合关系均可划分为离散型、拼接型和紧凑型三种类型;10级单元为水道体系,包括限制性、半限制性以及非限制性水道体系三种类型;11级单元为水道体系系列,可分为富砂型、富泥型和砂泥混杂型。其中1~9级为油气开发级次,10~11级为勘探级次。该研究不仅为地面与地下、现代与古代水道沉积的类比提供了理论依据,也为深水水道油气藏不同尺度储层非均质解析提供了地质依据。

新西兰深水Taranaki盆地中新统深水水道迁移及沉积演化

深水水道砂体是深海油气的重要储集体之一,其复杂的演化规律常常影响水道砂体储层的分布,无法充分了解深水水道的演化过程是阻碍深海油气勘探开发的原因之一,增大了深海油气的勘探开发难度。以新西兰深水Taranaki盆地中新统深水水道为例,基于高分辨率三维地震数据,应用地震地貌学、地震沉积学的理论及技术手段,探究水道的沉积演化规律及相关控制因素。研究区水道体系可划分为5个发育期次,即残余部分结构的复合水道Ⅰ、侧向迁移的复合水道Ⅱ、垂向叠置的复合水道Ⅲ、富泥充填的复合水道Ⅳ及零散分布的复合水道Ⅴ。复合水道Ⅰ和Ⅳ呈相对顺直的平面形态;复合水道Ⅱ多为侧向迁移运动,表现为高弯曲的平面形态,而复合水道Ⅲ多为垂向叠置运动,其弯曲度较复合水道Ⅱ有所减小;复合水道Ⅴ包括多条零散的细小单水道,不同单水道的平面形态存在较大差异。各期次复合水道的演化过程可归纳为初期下切侵蚀、中期充填沉积及末期填平消亡等3个阶段。深水水道沉积演化过程受多种因素综合控制,早期水道结构会影响后期水道发育环境的限制程度,强限制性的复合水道Ⅰ~Ⅳ经历有序的演化过程,非限制性的复合水道Ⅴ则经历了无序的演化过程;重力流规模及能量的变化会影响各期次复合水道的发育规模。深入探究深水水道的演化规律可为深海油气勘探开发提供参考。

孟加拉湾若开陆缘晚中新世以来渐进式深水水道形态-沉积演化及其源-汇成因

深水水道是当前深水沉积学研究的前沿,多期水道往往无序迁移、无规律演化;研究发现孟加拉湾若开海域深水水道的沉积构成和形态特征自晚中新世以来呈现渐进式演化过程,其成因机制有待进一步研究。在沉积特征上,从晚中新世至今若开海域深水水道呈现渐进式的演化过程:天然堤越来越发育,水道侵蚀下切作用越来越弱。具体来说,晚中新世以两翼不发育堤岸的无堤岸水道为主,以侵蚀作用为主;上新世无堤岸水道和堤岸水道兼而有之,侵蚀作用和沉积作用兼而有之;而第四纪主要发育堤岸水道,以沉积作用为主。在形态特征上,从晚中新世至今若开海域深水水道亦呈现渐进式演化的特点:下切规模越来越小,平面弯曲度越来越大。具体来说,晚中新世水道下切规模较大,水道宽且深,横截面积大,弯曲度小;上新世水道下切规模相对减小,水道宽度、深度、横截面积及弯曲度适中;第四纪水道下切规模较小,水道窄且浅,横截面积小,弯曲度大。研究表明晚中新世至今渐进式深水水道形态-沉积演化是布拉马普特拉河沉积物分散路径自晚中新世以来渐进式迁移演化的源汇响应。伴随着布拉马普特拉河沉积物分散路径渐进式向西迁移,靠东一侧的研究区盆外供源沉积物渐进式减少,重力流发育程度亦渐进式衰减,从而导致深水水道的形态特征和沉积构成也呈现渐进式演化。

深水水道沉积内幕级次划分与精细刻画

深水水道是一类重要的深水油气储集体,因其沉积过程复杂、沉积相带多变,亟待建立一种深水水道沉积内幕的级次划分与精细刻画方法。基于不同深水水道的发育特点,提出了一套基于三维地震资料刻画评价深水水道沉积内幕级次的方法。当待评价深水水道发育、可见水道复合体系底界面时,可采用“三界面-六相带”沉积内幕解析方法,即依据3类地质界面(水道沉积体系底界面、水道复合体系底界面和沉积相带分界面)将这类深水水道划分为6个沉积相带(底部滞留、轴部充填、轴部侧翼沉积、滑塌碎屑流沉积、天然堤和水道泥)。当拟评价深水水道不发育、可见水道复合体系底界面时,可采用“两界面-两相带”沉积内幕解析方法,即依据2类地质界面(水道沉积体系底界面和天然堤顶、底界面)将这类深水水道划分为2个沉积相带(水道充填和天然堤)。其中,“六相带”中的底部滞留和轴部充填以及“两相带”中的水道充填可形成优质油气储集体,其富砂性可依据它们的顶凸程度来辨别(当发育可见的顶凸地震反射外形时相对富砂,反之则相对富泥)。利用“三界面-六相带”法和“两界面-两相带”法对琼东南盆地某深水水道进行解剖,结果发现它们可以较好地对深水水道沉积内幕进行级次划分与精细刻画,表明该方法在其他地区也具备实用性,具有一定的工业应用前景。

西沙海域晚中新世深水水道发育特征及主控因素

为明确西沙海域晚中新世深水沉积体发育特征及影响因素,根据二维和三维地震资料,结合区域构造背景,建立深水水道发育模式。结果表明:西沙周缘中新世发育两类不同物源类型的深水沉积体,一类是以越东水系陆源碎屑供源的深水水道,另一类是以西沙台地碳酸盐岩碎屑供源的深水水道。陆源碎屑供源的深水水道,主要受古地形和海平面升降的影响,水道的迁移性强,水道间存在相互切割的特征;碳酸盐岩碎屑供源的深水水道,主要受古地形的影响,以垂向加积为主,水道的迁移性弱。该结果对西沙周缘油气勘探中深水水道的识别与储层预测具有指导意义。

安哥拉深水水道地质知识库建立及应用

利用浅层(上新统)三维高频地震资料的剖面、切片和属性信息,对安哥拉陆坡区深水水道特征和定量关系进行研究,在复合水道和单一水道两个层次上建立了安哥拉地区浊积水道定量化地质知识库。研究结果表明:研究区单一水道活动方式类似于曲流河点坝模式,即单一水道仅沿侧向(垂直于古流向)整体迁移,不存在整体"下游扫动"分量,且在平面上其侧积复合体呈"同心半环状",单一水道的砂体以垂向加积方式充填在轴部,厚度向边部减薄;单一水道的宽度与深度、弯曲弧长与弯曲度之间存在较好的正相关性;复合水道样式按照内部单一水道的活动方式分为(I)侧向迁移、(II)斜列迁移和(III)摆动迁移三类模式,且(I)类主要发育在高弯曲段(弯曲度>1.3),II类和III类主要发育在低弯曲段(1<弯曲度≤1.3);该地质知识库成功应用到实际三维地质建模中,具有推广价值。本文研究不仅可以完善深水水道定量分布模式,而且可以有效降低此类油田开发风险,具有理论和实际意义。

内蒙古桌子山中奥陶统拉什仲组深水水道沉积

内蒙古桌子山中奥陶统拉什仲组发育一套典型的浊流沉积。通过详细的野外观察和室内岩石薄片鉴定,分析了拉什仲组的岩石类型及其组合关系,划分出5种岩相类型及3个深水水道复合体。在此基础上,综合分析了拉什仲组水道复合体沉积特征,建立了拉什仲组深水水道沉积模式。研究表明,下部水道复合体砂岩具有向上变细变薄的特征,水道侧向迁移加积趋势明显,可能位于深水水道的弯曲带;而中部及上部水道复合体水道砂体侧向延伸稳定,二者上部均为一套粉砂岩、页岩薄互层沉积,水道复合体以垂向加积作用为主,可能发育于水道末端。

琼东南陆坡深水水道主控因素及勘探应用

结合全球海平面变化、气候变化、物源供给特征和地形条件,深入地分析和研究了发育在琼东南盆地陆坡区上新世和更新世地层中水道的形成主控因素及其在深水油气勘探中的应用价值和前景。提出琼东南陆坡上新世水道的主要因素是物源供给,包括来自红河和海南岛的物源,构造活动是关键诱发因素,上新世早期莺歌海盆地发育的大规模滑塌体与该水道的形成关系密切;给出更新世水道形成模式,其形成与第四纪冰期海平面的大幅度下降有关,地震活动诱发了中南半岛的小型山脉河流复苏,并对南海西部陆坡直接供给形成了该期水道。深水水道对于全球海平面变化、陆坡区物源供给情况和陆坡层序界面具有指示作用,并可作为良好的深水油气勘探目标,具有重要的深水油气勘探意义。

南海西南部深水水道的多波束地形与多道反射地震研究

基于高分辨率多波束地形与多道地震资料精细解释,发现了南海西南部陆坡区5条大型深水水道.这5条水道可分成两类:1、5号水道延伸短,横剖面呈V形,弯曲度低,属顺直水道,侵蚀作用主导;2—4号水道延伸长,横剖面呈U形,弯曲度高,属弯曲水道,侵蚀-沉积作用主导.水道走向NEE-NE,长度大于350km的有2条,宽度最大达2km,切割深度最大达150m.推测这些水道是陆源物质重力流作用形成的,是该区陆源物质通过陆架输送到南海西南次海盆的重要通道.陆坡区这些水道基本发育天然堤.在下游区域第二长的2号水道谷底明显高于周缘海底,水道-天然堤沉积已逐渐演变为朵叶沉积.这些水道的深部对应基底隆起区,说明深部构造的晚期活动控制了水道的平面位置,重力流与深部构造晚期活动共同控制了水道的形成演化.

珠江口盆地白云凹陷深水水道内部结构样式

在珠江口盆地白云凹陷中发育有深水水道,以水道复合体为主,单一水道较少。在水道复合体的水道单体中识别出侵蚀基底、底部滞留沉积、滑塌体和内侧天然堤等内部结构要素。复合水道间的内部样式分为叠加型和切割型两种,叠加型反映多期水道的垂向加积,切割型反映多个水道相互侵蚀切割。水道内部以侧积、加积、侧积和加积3种方式进行充填。水道的演化过程经历了最初的侵蚀和随后的3个充填阶段。不同的水道内部结构样式对应于不同的充填阶段。底部滞留和滑塌体为充填阶段1的产物;内侧天然堤主要是在充填阶段2形成;在充填阶段3中复合水道发育,内部充填以加积方式为主,侧积也常见。水道内部建筑结构的精细分析有助于推动对水道的整体研究,对于认识水道储层的建筑结构也有重要意义。

下刚果盆地A区块中新统深水水道沉积特征

重力流分支水道是下刚果盆地中新统发育的典型深水沉积单元之一。利用相干时间切片、RMS均方根振幅和3D振幅可视化等地球物理手段识别出工区内发育的深水弯曲水道,论述了复合水道砂体内部充填结构,精细刻画了深水水道砂体的内幕结构,并利用地质异常体处理与三维可视化技术相结合追踪出工区内发育的水道砂体,描述了其平面分布特征和储层特征。工区内主要发育高弯度重力流分支水道,根据深水水道充填成因分类将其进一步划分为侵蚀充填型和侵蚀—加积型水道复合体;大型侵蚀水道内部由多期充填,主要由滑塌形成的旋转滑块和碎屑流、叠置水道及水道—天然堤沉积组成;并在三维可视化中识别出了多期水道砂体,探讨了水道砂体的地震反射特征和测井响应特征。

南海上中新世深水水道识别及成因探讨

深水水道沉积体系是被动大陆边缘常见的一种沉积现象,作为物源碎屑向深海沉积搬运的通道,深水水道在深水沉积中占有重要的作用。深水水道通常作为油气有利的储层而受到广泛的关注。基于高分辨率三维地震资料,利用地震剖面和地震属性刻画了深水水道形态,探讨了水道成因及演化模式。南海上中新世深水水道为10.5Ma时期,海平面下降时期发生的一次大规模的滑塌作用形成了重力流,河流在陆坡区下切侵蚀使下伏地层形成大型的下切水道。

鄂尔多斯盆地西缘桌子山地区石峡谷剖面中奥陶统克里摩里组下段等深流深水水道沉积

鄂尔多斯盆地西缘桌子山地区中奥陶统克里摩里组下段以深灰色薄—中层石灰岩夹灰黑色极薄层泥岩为特征,石灰岩单层略显透镜状且基本未受后期成岩作用改造,其中石峡谷剖面垂向上特征变化明显,是研究该组沉积过程的理想剖面。本次研究在详细的野外观察基础上,依据岩石特征和沉积构造进一步确认克里摩里组深水斜坡沉积背景和等深流沉积,同时详细研究了薄—中层石灰岩的充填特征和形态特征,探讨其水动力特征和沉积机制。结果表明:(1)在粉晶石灰岩和灰泥石灰岩中,晶粒呈散点状分布,粉晶之间为灰泥充填,同时岩层内部具有不均一性,粗粉晶、细粉晶和灰泥呈相间分布;(2)石灰岩主要发育和单层内粒度(方解石晶粒)变化有关的沉积构造,包括具有双向递变特征的粒序层、条带状构造和水平层—均匀层—水平层序列;(3)石灰岩层中透镜体发育,包括薄层中的小型连续透镜体、中层(一般小于30 cm)中的长透镜体以及由多个石灰岩层组成的透镜体,后者侧向上尖灭于页岩或地形高处,其内部单个岩层可呈对称性尖灭;(4)剖面上发育单层石灰岩厚度向上变薄的垂向序列以及由该序列组成的石灰岩叠置层。结合已有研究成果认为:克里摩里组下段薄—中层石灰岩沉积于深水底流发育环境,其水动力具有低速、弱—强—弱周期变化和空间上受限的特征,应为等深流水道沉积,其沉积机制可分为3个阶段,即等深流作用前的清水钙质沉积、等深流作用期间对沉积物的改造和等深流作用后的浑水泥质沉积。

三维地震解释技术在南海北部陆缘深水水道体系中的应用

南海北部陆缘发育潜在油气储层,也是当前南海深水油气勘探的热点区域。然而深水区由于缺少钻井资料,地震资料就成为最主要的研究手段。基于大面积高分辨率三维地震数据,通过剖面地震相分析、三维地震数据体切片、层间属性计算分析、三维可视化等地震解释技术,在白云凹陷晚新生代地层中识别出两套深水水道沉积体系,分别为早中新世晚期发育早期水道体系和自中中新世发育至今的后期水道体系。早期水道体系为单条主干水道为主要沉积区域的沉积体系,识别出水道底部充填、堤岸以及侧壁滑塌等沉积微相;根据地震相变化,发现水道演化分为两个期次：第一期水道下切侵蚀较强,具有＂V＂形谷底,第二期下切相对较弱,具有＂U＂形谷底。后期水道体系为一系列彼此平行并置,并近于垂直横切陆坡的水道体系,演化至现今海底;可以识别出底部滞留、侧壁滑塌以及侧壁加积等沉积类型;后期水道体系共发育4个期次,发育时间分别为13.8～12.5、12.5～10.5、10.5～5.5和5.5～0Ma。白云凹陷晚新生代水道体系表现出对沉积物较好分异和筛选,具有重要的油气资源效应：早期水道体系与上覆正常半深水泥质沉积组成良好储盖组合;后期水道体系发育至今,对于形成高富集度的砂岩型水合物储层具有重要意义。

西非下刚果—刚果扇盆地A区块中新统深水水道体系沉积特征及演化

深水水道体系沉积演化特征及其控制因素研究是揭示大陆边缘"源—汇"过程和取得深水油气勘探突破的关键。下刚果—刚果扇盆地中新统发育有大型深水水道沉积,基于A区块的地震、测井、岩心等资料,利用地震属性分析等手段,阐述了中新统层序地层格架内深水水道体系的沉积特征、演化规律并讨论了其控制因素。区内中新统可划分为4个三级层序(SQ1-SQ4),大体对应于下中新统、中中新统下段、中中新统上段及上中新统。深水水道体系岩性上以砂岩为主,沉积单元包括水道、天然堤—溢岸、末端朵体和块体搬运沉积等。SQ1以发育弱受限—不受限的加积型水道或末端朵体为主,SQ2主要发育弱受限的侵蚀型—加积型水道,SQ3以受限侵蚀型水道的发育为主导,SQ4多见孤立侵蚀型过路水道。构造隆升与剥蚀、冰期气候以及海平面变化等因素,为深水水道的发育提供了充足物源并可能导致了该地区古地貌的坡度变化,从而影响了重力流作用的强弱并控制了深水水道体系的发育和演化,盐构造活动对深水水道的发育具有重要的改向、限制、封堵、迁移或破坏作用。

新西兰Taranaki盆地第四系深水水道迁移规律与沉积模式

以新西兰Taranaki盆地第四系深水水道为研究对象,利用高质量三维地震数据进行地震剖面与地震属性解释,刻画水道的几何形态学和迁移特征,探索水道迁移规律和相关控制因素。结果表明,平面上目标水道划分为低弯曲水道(LSC,弯曲度1.0~1.2)、中弯曲水道(MSC,弯曲度1.2~1.5)、高弯曲水道(HSC,弯曲度大于1.5)3种类型。不同区域内水道迁移模式大不相同低弯曲水道以垂向叠置迁移为主并形成垂向叠置水道组合;高弯曲水道以侧向迁移为特征,水道侧向迁移方式可细分为扩张迁移、顺流迁移和障积回缩迁移等3类;中弯曲水道以决口改道迁移为主。海底坡度是控制水道几何形态和迁移-演化特征的首要内在因素,而水道限制能力是影响水道迁移-演化的直接因素。随着海底坡度变缓,水道限制能力减弱,水道内重力流能量随流动距离的增加而逐渐衰弱,水道弯曲度表现为先增后减的特点。建立的深水水道沉积模式包括低弯叠置迁移沉积模式、高弯侧向迁移沉积模式和中弯决口迁移沉积模式3种。

深水水道坡度与曲率的定量关系及控制作用——以西非Rio Muni盆地为例

选取受构造活动影响较弱的Rio Muni盆地近现代深水水道为研究样本,分段测量各水道的底床坡度和曲率,并进行相关性分析。研究认为:深水水道底床坡度与曲率呈幂函数关系,水道曲率随着坡度的增大而减小;但不同坡度条件下曲率变化速率表现出明显的差异——一般随坡度的减小,单位坡度变化范围内,曲率的增幅加大。坡度对水道曲率的控制作用主要体现在水道切谷底形和内部充填结构2个方面,其中对后者的影响作用最为显著。但实质上,坡度是通过对水道内部沉积物能量的控制,进而影响了其侵蚀及充填能力,最终使水道平面形态和内部充填结构发生变化。

深水水道形态定量分析及沉积模拟——以西非Gengibre油田为例

由于深水水道油藏多位于深海区,受作业成本限制,其开发井距往往较大,难以通过密井网多井拟合获取沉积定量关系。为此,利用西非Gengibre油田深水区浅层沉积高频地震资料,对陆坡区深水水道沉积特征和定量关系进行了研究,并指导深层稀井网油田水道储层模拟,提出了基于沉积定量分析的深水水道模拟思路。研究结果表明:单一水道呈整体迁移方式,迁移模式包含"侧向迁移"和"沿古流向迁移"2种类型,定量沉积分析结果认为单一水道的宽度与深度之间存在较好的正相关性;浅层高频地震资料弥补了深层地震分辨率不足的缺陷,稀井网下深水水道模拟选用基于目标方法更为合适,模拟结果符合地质认识;将沉积定量认识整合到沉积相建模中,拓宽了相建模的思路,具有推广价值。研究成果不仅可以完善深水水道定量分布模式,而且对于高效开发深水水道油藏具有实用价值。

西非下刚果盆地刚果扇A区块中新统深水水道分类及演化

以高精度三维地震资料为基础,结合深水水道成因机制和水道截面形态特征,将下刚果盆地A区块中新统深水水道分为侵蚀型、侵蚀加积型和加积型三类,并进一步细分为九种亚类。该分类体现了A区块深水水道从近源至远源方向的横向展布特征。从近源至远源,流体动力条件逐渐减弱,水道形态演化过程为限制性-非限制性-限制性-前端朵叶,水道宽深比和弯曲度均逐渐变大。通过对每个三级层序均方根振幅属性图的分析,并结合海平面升降和构造抬升作用,可见刚果扇不断由南向北迁移及向盆地方向进积,层序自下而上并由南向北,整体由加积水道和远端朵叶沉积向侵蚀加积水道和侵蚀水道沉积转变。