东非海域大型深水沉积体系及油气成藏特征

史卜庆，丁梁波，马宏霞，孙 辉，张 颖，许小勇，王红平，范国章

（1.中国石油国际勘探开发有限公司，北京 100034；2.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023）

0 引言

全球海洋油气资源丰富，深水勘探潜力巨大。据IHS 数据库统计，在2011—2020 年全球新发现的101 个大型油气田中，深水、超深水油气可采储量约占67%；在深水油气田中，深水沉积砂岩中储集的油气可采储量达60%；2022 年全球十大油气发现中有8 个来自深水沉积砂体。由此认为，大型深水沉积体系是未来油气勘探的重要领域。2010 年之前，东非海域油气勘探的主要目标是浅水区浅海三角洲砂岩，但一直未取得较大突破。据Woodmac数据库统计，2010 年之前东非海域探明天然气可采储量累计仅2 606×108m3，一度被认为油气勘探潜力有限。从2010 年开始，陆续在鲁伍马盆地和坦桑尼亚盆地白垩系—古近系深水浊积砂岩中获得多个大型天然气发现，累计探明天然气可采储量4.2×1012m3［1-2］，充分表明东非海域大型深水沉积体系的油气勘探潜力巨大。因此，针对东非海域大型深水沉积体系及其油气成藏条件的研究具有重要意义。

国内针对东非海域被动大陆边缘盆地群的研究始于21 世纪。早期由于地质资料的限制，研究工作主要围绕区域构造演化、沉积充填及油气勘探前景等展开，明确了东非海域被动大陆边缘盆地群的形成演化经历了二叠纪—早侏罗世裂谷期、晚侏罗世—早白垩世漂移期和晚白垩世—第四纪被动大陆边缘期三大构造演化阶段，相应充填了3 套沉积地层［3-8］。鲁伍马盆地油气勘探取得重大发现后，随着地震和钻井资料的增加，对盆地内古新统—渐新统深水沉积体系特征及油气成藏条件均进行了较为深入的研究。陈宇航等［9-10］、孙辉等［11-14］、曹全斌等［15-16］建立了鲁伍马盆地水道、天然堤、朵体、块体搬运沉积和凝缩段等典型深水沉积结构单元识别图版；赵健等［17］、王敏等［18］深入分析了鲁伍马盆地古近系不同类型深水重力流砂岩沉积储层特征和控制因素，明确了水道和朵体砂岩是主要的储集体类型，等深流改造作用是规模优质储层形成的重要因素之一［10-11，17］；张光亚等［2-3］、陈宇航等［9-10］、曹全斌等［15-16］系统分析了鲁伍马盆地油气成藏条件，认为鲁伍马盆地古新统—渐新统油气藏类型主要为构造背景下的岩性油气藏，裂谷期—漂移期海相泥岩为盆地主力烃源岩，古近纪深水浊积砂体为规模优质储层，渐新统末期广泛分布的凝缩段泥岩是区域性盖层，深水层间泥岩构成局部盖层，盆地东部多期构造活动形成的断裂对油气藏的形成具有双刃剑作用，中新世活动的断裂沟通了烃源岩和储层，晚期断裂则对油气藏具有一定的破坏作用。鲁伍马盆地的重大油气发现使得赞比西坳陷等东非被动大陆边缘盆地大型深水沉积体系成为油气勘探和研究的热点，但由于勘探程度低，资料有限，对其沉积体系特征及油气成藏条件的研究仍十分薄弱。参考鲁伍马盆地深水沉积体系及其油气成藏特征，结合区域地质研究成果，采用新获取的二维地震资料，对赞比西坳陷上白垩统深水沉积体系进行研究，并将其油气成藏条件与鲁伍马盆地进行类比分析，预测油气成藏模式，以期为赞比西坳陷及东非海域其他大型深水沉积体系的油气勘探提供一定理论支持。

1 地质概况

鲁伍马盆地和赞比西坳陷均位于非洲东部中南段（图1a），其形成演化均与冈瓦纳破裂、印度洋形成及马达加斯加从非洲分离等密切相关，可分为3 个演化阶段［3，7-8］：①卡鲁裂谷阶段（晚石炭世—早侏罗世）。晚石炭世，受南部古太平洋板块俯冲碰撞和北部新特提斯洋扩张作用产生的远场应力影响，冈瓦纳大陆东部开始发育卡鲁陆内断裂，主要为南北向和北东—南西向的走滑断层，形成了大量长条状裂谷盆地，发育地堑和半地堑，裂谷活动在三叠纪晚期逐渐减弱并结束。②马达加斯加漂移阶段（中侏罗世—早白垩世末）。中侏罗世起，东西冈瓦纳开始分离并发生相对运动，马达加斯加和南极板块先后与东非分离，随后印度板块与南极板块分离，马达加斯加（连印度板块和南极板块）沿着戴维右行走滑断裂带向南移动，在马达加斯加和非洲大陆之间形成一个数十万米宽的海湾，海水自北向南灌入，南部盆地开始接受沉积。③被动大陆边缘阶段（晚白垩世至今）。晚白垩世初期，马达加斯加海底停止扩张，东非大陆边缘东南端基本定型，盆地进入被动大陆边缘漂移阶段且一直持续至今，该时期大部分区域沉没在海平面之下，局部区域由于沉积物供给充足形成陆缘三角洲沉积体系，随着南北印度洋贯通，形成了稳定的洋流系统，东非大陆边缘形成了等深流-深水重力流共同作用的沉积体系。

图1 赞比西坳陷和鲁伍马盆地位置（a）及岩性地层综合柱状图（b）（据IHS 数据库修改）Fig.1 Location（a）and stratigraphic column（b）of Zambezi Depression and Rovuma Basin

鲁伍马盆地和赞比西坳陷的形成演化具有一定的相似性，但也存在明显不同。在东非大陆与印度板块和南极板块的不断分离过程中，沿大陆边缘方向出现明显的构造分段性。按照运动方式的差异，将东非大陆边缘分为右旋走滑剪切、右旋走滑拉张、左旋走滑剪切和斜向裂谷等盆地构造类型。鲁伍马盆地的构造形态与戴维断裂带的右旋剪切走滑密切相关，为右旋走滑剪切大陆边缘盆地；赞比西坳陷在戴维断裂带和莫桑比克断裂带之间，为右旋走滑拉张大陆边缘盆地［2，19-20］。根据构造活动的强弱，东非大陆边缘盆地可分为构造适度改造区、构造相对稳定区和构造抬升破坏区三大构造区。鲁伍马盆地处于构造适度改造区，赞比西坳陷则位于构造相对稳定区［21］。按照盆地结构和沉积充填特征，东非大陆边缘盆地可分为断陷型、断坳型和三角洲改造型等类型。鲁伍马盆地和赞比西坳陷均属于三角洲改造型盆地［22-23］。

不同的构造演化背景导致了鲁伍马盆地和赞比西坳陷不同的地层充填序列（图1b）。二叠纪—早侏罗世裂谷阶段，鲁伍马盆地发育河流-三角洲-湖相沉积，岩性主要为砂砾岩、页岩，受特提斯洋海侵影响，鲁伍马盆地下侏罗统以海陆过渡相沉积为主，局部发育潟湖相盐岩；赞比西坳陷所在的非洲南部主要为陆内火山作用，仅局部发育裂谷沉积。中侏罗世—早白垩世漂移阶段，古特提斯洋持续海侵，鲁伍马盆地沉积了浅海相页岩和碳酸盐岩，超覆于下伏裂谷沉积层序之上，这套富有机质海相泥页岩形成了盆地最主要的一套烃源岩；早白垩世，东非南部与南极板块分离，Senkans 等［24］认为这一时期赞比西坳陷总体为局限海环境，推测可能发育与鲁伍马盆地相似的局限海相烃源岩。被动大陆边缘阶段，东非大陆构造环境较为稳定，随着全球性海侵的发生，海平面逐渐上升，鲁伍马盆地从海陆过渡相转变为浅海、半深海相［2，7-9］；晚白垩世，随着第一次南非隆升，赞比西坳陷一带沉积物供给量大幅增加，沿陆架-陆坡产生重力流，稳定的洋流持续发育，赞比西坳陷深水区形成了等深流-重力流共同作用的大型深水沉积体系，推测为有利的油气储集体；古新世—始新世，陆源碎屑输入量较小，鲁伍马盆地和赞比西坳陷均发育碳酸盐岩沉积，赞比西坳陷深水区发育规模巨大的等深流漂积体；渐新世，来自于西部陆上鲁伍马三角洲充足的陆源碎屑通过峡谷和水道注入海洋，形成规模庞大的深水沉积体系，为鲁伍马盆地的巨型天然气田提供了储集空间（图1b）。

2 大型深水沉积体系

2.1 鲁伍马盆地古新统—渐新统深水沉积体系

2.1.1 沉积结构单元

鲁伍马盆地古新统—渐新统深水沉积砂岩储集体中已发现多个巨型天然气田，围绕这些天然气田油公司采集了高分辨率三维地震资料和丰富的测井、录井资料。根据地震和钻井地质资料，可识别出水道、天然堤、朵体、块体搬运沉积和凝缩层等典型深水沉积结构单元，其中，水道和朵体砂岩是鲁伍马盆地巨型天然气田的主要储集体。

水道可识别出限制性水道复合体和侧向迁移水道复合体。限制性水道复合体在地震剖面上具有U形或V 形结构，与两侧天然堤和下伏地层均呈侵蚀不整合接触，内部包含多个复合水道，以短轴状强振幅反射为主，且顶部地震反射连续性增强［11-16，22］。侧向迁移水道复合体在地震剖面上为多个U 形或V 形复合水道的侧向迁移，晚期水道复合体对早期水道复合体具有明显的侵蚀作用（图2）。复合水道砂岩主要为多期叠置的块状细砂岩、含砾粗砂岩，测井响应特征为箱形—钟形，因水道沉积时间或位置差异而不同，水道充填块状砂岩，厚度一般为20～60 m。

图2 鲁伍马盆地典型侧向迁移水道复合体测井响应特征（a）、地震响应特征（b）Fig.2 Wire-line logging facies（a）and seismic facies（b）of typical lateral migrated channels in Rovuma Basin

朵体/朵体复合体顶面在地震剖面上表现为连续强反射地震同相轴，内部连续性较差，地震属性分析可看出其平面分布呈朵叶状或近朵叶状［15，22］。朵体/朵体复合体砂岩主要由多期叠置中—粗粒无构造块状砂岩组成，测井响应特征为箱形-微漏斗形，厚度为40～150 m（图3）。

图3 鲁伍马盆地典型朵体复合体测井响应特征（a）、地震响应特征（b）及剖面解释模型（c）Fig.3 Wire-line logging facies（a），seismic facies（b）and interpreted model（c）of typical lobe composite in Rovuma Basin

天然堤位于水道复合体侧翼，地震剖面上表现为连续性好的中—弱振幅反射特征，向水道外侧减薄，呈典型的鸥翼状特征［15，22］。近水道端天然堤发育薄层粉砂岩，远水道端则主要为泥质沉积。

块体搬运沉积在地震剖面上表现为明显异于围岩的地震反射特征，内部主要为中等—弱振幅杂乱反射或空白反射特征，可见挤压褶皱变形，与下伏地层呈侵蚀不整合接触［15，22］，主要为混杂泥质沉积。

凝缩层是由远洋—半远洋沉积物组成的薄层地层单元，地震剖面上表现为大范围连续分布的单轴强反射特征。研究区凝缩段之下发育1 套空白反射泥岩，凝缩段之上则表现为连续性较差的强振幅反射特征［15］。

2.1.2 等深流沉积的影响

鲁伍马盆地古新统—渐新统深水水道和朵体砂岩具有厚度大、分布广、泥质含量少、储层物性好等特征［10，13，15］，为巨型天然气田提供了极好的油气储层空间。以往研究认为，渐新世末期东非大陆抬升及鲁伍马盆地窄陆架-陡陆坡的古地貌背景对规模优质深水砂岩储层的形成具有重要影响［9，23］。近年来，海底等深流对于重力流砂体的改造作用逐渐受到研究人员的关注。东非大陆边缘普遍存在自南向北的南极洲等深流，推测对鲁伍马盆地内自西向东的重力流具有明显的改造作用。从鲁伍马盆地典型水道地震剖面（图2）上可看出，天然堤仅在水道一侧发育，表现为单边发育的非对称样式，与典型对称特征的鸥翼状水道-天然堤建造具有明显差别，这种外形特征的形成很可能是受到了等深流的影响。鲁伍马盆地自西向东的重力流顶部的低密度泥质沉积物相对更容易受到自南向北的等深流影响，在水道北侧堆积形成侧向漂积体，而水道南侧的天然堤不发育，从而形成水道两侧的不对称天然堤建造。钻井岩心照片显示，鲁伍马盆地水道充填砂岩中发育平行层理（图4），这也从另外一个角度说明了水道内的重力流沉积砂岩受到了等深流的改造。淘洗改造后，重力流顶部的细粒沉积物被带走，剩下中粗粒砂岩，最终形成鲁伍马盆地古新统—渐新统深水水道和朵体砂岩。

图4 鲁伍马盆地古近系原始岩心扫描照片（a）及层理构造解释（b）Fig.4 Core scanning photos（a）and sand core with bedding（b）of Paleogene in Rovuma Basin

2.2 赞比西坳陷上白垩统深水沉积体系

基于二维地震剖面（图5），赞比西坳陷可识别出3 期大型等深流漂积体，分别位于下白垩统上部、上白垩统和古近系。3 期等深流漂积体横向迁移叠置发育，具有明显向东迁移的特征，且规模越来越大。下白垩统和古近系漂积体分别对应Thieblemont 等［25］和Ponte 等［26］研究的贝拉漂积体（Beira Drift）和赞比西漂积体（Zambezi Drift）。上白垩统漂积体披覆在早期强反射富砂沉积之上，规模相对较小，推测与这一时期重力流相对发育有关。根据鲁伍马盆地的勘探实践可知，等深流对重力流的淘洗改造有利于形成泥质含量少、储层物性好的优质砂岩储集体，故推测赞比西坳陷上白垩统可能发育泥质含量少、储层物性好的深水朵体和水道砂岩。

图5 赞比西坳陷深度域二维地震剖面及解释方案（剖面位置见图1a）Fig.5 Depth domain seismic section and stratigraphic interpretation in Zambezi Depression

赞比西坳陷深水区目前无钻井，基于高品质深度域二维地震资料，参考深水沉积结构单元典型地震响应特征，在上白垩统识别出水道、斜坡扇、块体搬运等典型深水沉积结构单元。在赞比西坳陷北西—南东向二维深度域地震剖面上（图6），上白垩统上部和下部分别有1 套毛厚度约400 m 的地震强反射波组，局部可识别出U 形或V 形下切特征，解释为多期迁移叠置的复合水道充填沉积，复合水道宽5～10 km，下切深度为200～300 m，因受限于地震资料分辨率，水道内部结构难以识别。在2 套地震强反射波组之间主要为空白地震反射，推测以深海—半深海泥岩沉积为主。下部地震强反射波组向陆一侧连续性变好，推测为斜坡扇沉积，向海一侧连续性更好，推测为早期发育的朵体沉积。在下部地震强反射波组之下，发育一套弱振幅杂乱地震反射，顶底和两侧边界清晰易识别，解释为块体搬运沉积。

图6 赞比西坳陷过上白垩统深水沉积体系二维地震剖面及地质解释（剖面位置见图1a）Fig.6 Depth domain seismic section and geologic interpretation of Upper Cretaceous deep-water depositional system in Zambezi Depression

3 油气成藏条件类比分析

鲁伍马盆地获得了巨型天然气发现，其优越的天然气成藏条件已得到证实。虽然尚未有钻井揭示鲁伍马盆地的烃源岩，但以往研究认为侏罗系裂谷期烃源岩贡献最大［3，27］。受等深流改造的古新统—渐新统深水沉积复合水道和朵体砂岩在纵向上叠置发育，钻井揭示砂体平均厚度大于40 m，局部大于200 m，渐新统砂岩孔隙度为19%～23%，渗透率为700～2 000 mD，为油气聚集提供了规模优质储集体［17］。高位体系域发育的深海泥岩为优质的区域盖层，深水天然堤泥岩为局部盖层［16］。鲁伍马盆地位于东非大陆边缘北段，属于构造适度改造区，盆地东部主要发育3 期断裂系统［16，28］，裂谷期活动的断裂控制了烃源岩的分布，中新世活动的断裂对于沟通烃源岩和储层具有重要作用，中新世之后的断裂活动则对油气保存具有一定的破坏作用。由于物源多来自西部或西南部，砂体分布自西向东延伸，鲁伍马盆地上陆坡发育的逆冲推覆带对油气具有良好的侧向遮挡作用，这也是渐新统上部圈闭形成和成藏的重要条件（图7）。

图7 鲁伍马盆地油气成藏模式（据文献［16］修改）Fig.7 HydrocarbonaccumulationmodelofRovumaBasin

赞比西坳陷在地理位置上与鲁伍马盆地相邻，其形成演化也与冈瓦纳破裂相关，白垩世以来发育大型重力流-等深流深水沉积体系，沉积构造背景与鲁伍马盆地具有一定的相似性。赞比西坳陷位于东非大陆边缘南段，早期强烈的区域抬升隆起和火山作用限制了海水侵入，裂谷期层序大范围缺失，裂谷层序仅局部分布（图8），推测裂谷期烃源岩分布局限，生烃潜力有限。根据盆地恢复研究，早白垩世南北印度洋尚未贯通，赞比西坳陷为局限海环境［8，24］，大洋科学钻探ODP113 航次在其共轭的南极海域钻探揭示下白垩统海相烃源岩平均TOC值达到10%，因此赞比西坳陷在这一时期的局限海相页岩可能具有良好的生烃潜力，按照地层埋深和区域地温梯度推测这套烃源岩已进入生气阶段。

图8 赞比西坳陷预测油气成藏模式Fig.8 Predicted hydrocarbon accumulation model of Zambezi Depression

赞比西坳陷晚白垩世陆缘碎屑较丰富，大型深水重力流沉积体系发育。根据二维地震资料可知，在上白垩统可识别出水道、朵体、斜坡扇等富砂沉积，且经过相对稳定的等深流改造，有可能形成类似鲁伍马盆地古近系的规模优质深水砂岩储层，此外，砂体上倾方向尖灭，可形成良好的岩性圈闭。与鲁伍马盆地类似，赞比西坳陷高位体系域发育的深海泥岩可形成良好的区域盖层，深水沉积的天然堤和块体搬运泥岩可形成局部盖层。

断裂是油气垂向运移的主要路径，也是油气溢散的通道。赞比西坳陷处于戴维断裂带和莫桑比克断裂带之间［26］，为构造相对稳定区，断裂不发育，所以该坳陷垂向运移路径不明确但油气不容易溢散，所以可推测赞比西坳陷油气保存条件较好。

综上所述，赞比西坳陷上白垩统具备形成大型岩性油气藏的基本条件，下白垩统局限海相烃源岩中形成的天然气就近运移至上白垩统深水沉积水道和朵体砂岩中聚集，广泛分布的高位体系域泥岩阻止油气进一步向上运移，砂体上倾方向尖灭形成良好的岩性圈闭，是东非海域未来重要的油气勘探领域之一。

4 结论

（1）鲁伍马盆地古新统—渐新统发育水道、天然堤、朵体、块体搬运沉积和凝缩层等典型深水沉积结构单元，其中水道和朵体砂岩是鲁伍马盆地巨型天然气田的主要储集体。等深流改造作用是规模优质储层形成的重要影响因素之一。

（2）赞比西坳陷深水区上白垩统发育大型深水沉积体系，可识别出水道、朵体、斜坡扇、块体搬运沉积和漂积体等典型沉积结构单元，推测水道、朵体、斜坡扇富砂，稳定发育的等深流有利于形成泥质含量少、储层物性好的优质砂岩储集体。

（3）赞比西坳陷上白垩统深水沉积砂岩具备良好的油气成藏条件。下白垩统局限海相泥岩为潜在的主力烃源岩，油气就近运移至上白垩统深水沉积砂体中聚集，被高位体系域泥岩封盖，砂岩向北西方向上倾尖灭形成岩性圈闭，是东非海域未来重要的油气勘探领域之一。