Geometric characteristics and evolution of channel-levee system in Upper India Fan since the Miocene
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摘要:
以中新世以来上印度扇水道−堤岸体系为研究对象，利用高精度二维地震资料开展地震精细解释与几何学分析，刻画水道−堤岸体系几何学特征及时空演化过程，探讨中新世以来上印度扇发育演化主要期次及特征。结果表明，中新世以来上印度扇水道−堤岸体系可划分为中新世、上新世及更新世至今三大期次，整体表现出“单期水道-侧向迁移-扁长型”到“多期水道-垂向叠置-厚窄型”的演化特征。深入探讨中新世以来上印度扇水道−堤岸体系的几何学特征及演化可为重力流水道的沉积构型样式研究提供新的例证，并为深海油气勘探开发提供参考。
Abstract:Taking the Miocene Upper Indian fan channel-levee system as the research object, we used high-precision two-dimensional seismic data to carry out seismic fine interpretation and geometric analysis, depicted the geometric characteristics of the channel-levee system and the spatio-temporal evolution process, and discussed the main stages and characteristics of the development and evolution of the Miocene Upper Indian fan. Results show that the Miocene Upper India fan channel-levee system can be divided into three developmental phases: the Miocene, the Pliocene, and the Pleistocene to present. The channel-levee system evolved from “single-phase channel–lateral migration–flat type” to “multi-phase channel–vertical stacking–thick-narrow type”.An in-depth discussion of the geometric characteristics and evolution of channel-levee system in Upper India Fan since the Miocene can provide new examples for the study of the sedimentary architecture of gravity flow channels, and provide reference for deep-sea oil and gas exploration and development.
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Keywords:
- deep water deposit /
- channel-levee system /
- Miocene /
- Upper Indian Fan
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1. 区域地质概况
东海陆架盆地是我国近海海域具石油勘探开发价值的有利区带，发育多个富烃凹陷，其中研究区所在凹陷是面积最大、油气资源最为丰富的凹陷之一[1-3]。
平北地区位于东海某凹陷平湖斜坡带北部，北为杭州斜坡带，南为天台斜坡带，东为西次凹，西为海礁隆起（南块）（图1）。区域内发育N-1构造、N-2构造等多个含油气构造[4-5]。主力油气层为平湖组碎屑岩储层，储层条件较好。对于钻遇的火山岩及花岗岩基底，其充填特征及储层形成机制尚不十分明确[6-8]，有待进一步探究。
2. 基底岩性特征、成因及分布
2.1 基底岩性特征
不同于西湖凹陷大部分地区，平北区钻遇多种火山岩，可分为火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、火山碎屑岩以及沉火山碎屑岩4大类。前两者含量相对高。
火山熔岩类，平北区钻遇此类岩石主要有安山岩和流纹岩。
安山岩，见于A7井3 864 m处，无斑晶，具有交织结构，斜长石长条状微晶定向排列，期间见有少量磁铁矿分布。流纹岩，见于A8井4 483 m处，见到针状和纤维状的矿物集合体,呈放射性排列，构成球粒结构，见有石英。
火山碎屑熔岩类在平北区主要发育流纹质凝灰熔岩和英安质凝灰熔岩。
流纹质凝灰熔岩，见于A1井5 078 m处，流动构造，岩屑全为流纹岩，见有石英晶屑和棱角状长石晶屑；英安质凝灰熔岩，见于A2井4 506 m处，火山碎屑结构。碎屑成分主要为石英，见有少量玻屑。
火山碎屑岩类在平北区主要发育有流纹质凝灰岩、安山质凝灰岩和英安质凝灰岩。沉火山碎屑岩类在平北区主要发育沉凝灰岩。
此外，A3井钻遇深成岩类基底，主要为花岗岩和花岗闪长岩，特征矿物组合为结晶较好的碱性长石、石英、酸性斜长石、黑云母、角闪石。
花岗岩，见于A3井4 053 m处，花岗结构，主要矿物为斜长石和石英，斜长石见有聚片双晶，石英有波状消光。见有一条微裂缝（图2）。
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图 2 平北区基底岩浆岩镜下特征a. 花岗岩，花岗结构，见有一条微裂缝，A3井，4 052.66 m，石门潭组，岩屑薄片，正交偏光10×（+）；b. 花岗岩，结晶结构，黑云母发生绿泥石化，A3井，4 035 m，石门潭组，岩屑薄片，单偏光，10×（+）Figure 2. Magmatic rocks under microscope from Pingbei regiona. Granite fragment, granitic texture with a microcrack, from Well A3, at 4 052.66 m, Shimentan Formation, polars crossed, 10×（+）; b. Granite fragment, crystallized texture, biotite chlorinated, from Well A3, at 4 035m, Shimentan formation, polars not crossed 10×（+）花岗闪长岩见于A3井4 016 m处，结晶结构，由中性斜长石、石英、钾长石和少量黑云母组成，长石颗粒为自形半自形，见聚片双晶；石英为他形颗粒状，波状消光；黑云母发生绿泥石化（图2）。
2.2 盆地构造演化与基底岩性构成
侏罗纪，太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲使东海陆架盆地及邻近地区以挤压环境为主，表现为坳陷型沉积[9-13]。白垩纪末，由于板块俯冲和热隆起作用，欧亚大陆受南北挤压，燕山运动结束，东海陆架盆地由坳陷转为拉张、聚敛环境[7-8]。由此，对盆地产生影响的岩浆活动可划分为4期，即：燕山期（205～135 Ma）、四川期（135～52 Ma）、华北期（52～23.5 Ma）和喜马拉雅山期（23.5～0.78 Ma）（表1）[14-15]。
燕山期岩浆活动非常活跃，强度大，波及面广，主要影响浙闽二省东部、沿海岛屿以及东海陆架盆地中西部地区，以大范围的喷出岩和大量侵入岩为特征。
四川期岩浆岩运动具有多期次特征，影响浙闽隆起带、东海陆架盆地中部隆起带以及钓鱼岛隆褶带。岩浆岩受断裂控制明显，盆地内钻遇花岗岩、安山岩、花岗闪长岩。海礁隆起礁1井钻遇的英安质角砾岩、凝灰质角砾岩和凝灰岩经年龄测定为69.9 Ma；瓯江凹陷明月峰1井钻遇花岗岩，K-Ar体积法测定年龄113 Ma，均为白垩纪。
华北期岩浆活动活跃时间相对短，但对东海陆架盆地也有一定的影响。如A4井就钻遇两处该期岩浆岩，分别为安山岩和凝灰岩。凹陷内A4井钻遇安山岩和凝灰岩，K-Ar体积法测定年龄42.5和45.9 Ma。
喜马拉雅山期岩浆活动程度减弱，受构造、断裂因素影响大，岩浆岩主要发育于隆起部位和断裂区。浙闽一带多出露为玄武岩，其次为安山岩。西湖凹陷A5井钻遇凝灰岩，K-Ar体积法测定年龄14.7 Ma。
对东海陆架盆地构造、沉积影响较大的岩浆活动主要有四川期、华北期和喜马拉雅期，它们促使了盆地中部隆起带和钓鱼岛隆褶带岩浆岩的广泛发育。前人研究[11,16-19]认为，自浙闽陆区至东海陆架盆地，岩浆活动具自西向东逐渐变新趋势。针对本区而言，在四川期和华北期岩浆活动影响下，海礁隆起发育大面积的花岗岩（图3），A3井钻遇的花岗岩基底即来自源于此，在本区具有一定的代表性。
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图 3 东海陆架盆地新生界基底岩性及构造区划图（据徐发2012，有修改；框内为研究区）Figure 3. Lithologic and tectonic map of Cenozoic basement in East China Sea Shelf Basin3. 优质基底岩浆岩储层特征
3.1 储集空间类型
西湖凹陷平北地区花岗岩储集空间按成因分为2种类型，分别为次生孔隙和裂缝。
3.1.1 次生孔隙
晶内溶蚀孔，多为长石被溶蚀形成，少数为石英溶蚀形成，呈不规则的树枝状、港湾状，或完全溶蚀矿物，连通性较好，是本区良好的储集空间。粒内溶蚀孔，岩屑部分或全部被溶蚀形成，呈不规则状，连通性较好，既可以起到良好的连通作用，又具有储集性能，对储层物性起着良好的改善作用（图4）。
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图 4 A3井基底花岗岩次生孔隙特征a. A3井，4 052.66 m，长石溶蚀孔，正交偏光，×10；b. A3井，3 881 m，花岗岩，粒内溶蚀孔，正交偏光，×10Figure 4. Secondary pores of a granite from Well A3a. Feldspar dissolution hole, Well A3, at 4 052.66 m, polars crossed, 10×（+）; b. Dissolution hole in granite grain, Well A3, at 3 881 m, polars crossed, 10×（+）3.1.2 裂缝
研究区花岗岩裂缝按成因可分为构造缝、溶蚀缝和解理缝3种。
构造缝，规模不等，既有穿切整个花岗岩体的裂缝，也有数毫米的微裂缝。本区花岗岩构造缝缝面平直，有一定方向性，连通性好，是很好的油气运移通道（图5）。
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图 5 A3井基底花岗岩裂缝特征a. A3井，4 052.56 m，花岗岩，构造缝，正交偏光，×10；b. A3井，4 052.56 m，花岗岩，溶蚀缝，正交偏光，×10Figure 5. Characteristics of granite cracks, Well A3a. Structural fracture, granite, Well A3, at 4 052.56 m, polars crossed, 10×（+）; b. Dissolution fracture, granite, Well A3, at 4 052.56 m, polars crossed, 10×（+）溶蚀缝，缝面凹凸不平，缝宽不一，溶蚀缝具有空间分布无方向性的特点，是良好的渗流通道和储集空间（图5）。
解理缝，主要发育在平北地区花岗岩的晶体中，规模较小，黑云母和斜长石斑晶内的解理缝为主；
本区基底潜山储层储集空间以构造裂缝的比例最大，比例为41%，粒内溶蚀孔和晶内溶蚀孔出现频率次之，均为26%，溶蚀缝和解理缝出现频数所占比例比较小，分别为4%和3%。
A3井主要在上部发育凝灰岩，下部发育花岗岩。在凝灰岩部分主要的储集空间类型为溶蚀孔和构造裂缝。在花岗岩部分构造裂缝和溶蚀孔比较常见。A3井上部受到风化淋滤作用，溶解作用呈先增强后减弱的趋势，构造作用逐渐增加至花岗岩部分之后均保持很常见的趋势（图6）。
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图 6 平湖构造带A3井储层风化溶蚀及裂缝发育特征Figure 6. Characteristics of reservoir weathering, dissolution and fracture development of the Pinghu tectonic belt, the records of Well A33.2 储层储集物性特征
压汞法是目前储层孔隙结构研究的经典方法，该方法所测得的毛细管压力曲线是研究孔喉特征、评价储层的储集和生产性能的基础。本节对研究区A7井、A3井、A6井20个样品的压汞资料进行了研究（图7）。
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图 7 储层岩石类型与物性特征（汞饱和度和毛管压力、孔喉半径的关系）Figure 7. Lithology and physical characteristics of reservoirs主要依据数据进行曲线分类及特征描述。在A7井安山岩隐爆角砾岩的压汞曲线可以看出排驱压力大，汞饱和度中值压力较高，最大饱和度较高。其毛管压力曲线有平台，分选较好，细歪度。孔喉半径小，渗透率低，储层物性一般。A3井花岗岩的排驱压力小，孔喉半径大，渗透率高。汞饱和度中值压力中等，最大饱和度较高，其毛管压力曲线几乎无平台，斜坡状，细歪度，分选不好，储层物性较好。A6井的沉积岩中，排驱压力小，汞饱和度中值压力中等，最大饱和度值高。毛管曲线有平台，分选中等，粗歪度。孔喉半径大，渗透率高，储层物性好。可见，沉积岩的储层物性好于花岗岩储层好于安山质隐爆角砾岩储层。
4. 基底潜山优质储层预测与意义
花岗岩属于极为坚硬致密的岩石，与常规沉积岩相比，更加复杂，纵、横向变化更快[15]。构造应力和风化破碎使得致密的花岗岩产生了许多裂缝，越致密，脆性越强，构造裂缝越容易形成和保存。同时，大气淡水淋滤作用使花岗岩自浅而深溶蚀强度逐渐减弱[20-22]。
A3井钻遇灰白色黑云母花岗岩，41%的储集空间为构造裂缝，裂缝的发育不仅增加了储集空间，还使得原本孤立的原生孔隙得到连通，是优质储层的主要控制因素。前人研究表明，垂向上花岗岩风化壳裂缝分布具有分带性[23-24]，依据裂缝的不同发育特征将花岗岩储层分为3种类型：①Ⅰ型，外形似漏斗状，断面破碎带沿着断层面由基岩顶部到底部逐渐收窄，风化壳顶部裂缝基本被充填，中上部裂缝发育，为主要的油气储集层发育带，下部为基岩（以也门油田为例（2009）[25]）；②Ⅱ型，外形似酒瓶状，风化壳自上而下分层明显，分别为土壤、砂岩、砂砾岩、裂缝带和基岩。其中，砂砾岩和裂缝带为优质储层发育带（渤海蓬莱花岗岩潜山例）[26-27]；③Ⅲ型：外形似茶杯状，顶部孔洞缝发育，颈部主要为垂直缝，中下部为裂缝发育带，包括构造缝、溶蚀缝等，是优质储层发育带，下部为基岩（以渤海湾锦州25-1S潜山钻井为例[28]）。参照对比前人研究成果，并通过声波测井曲线、密度测井曲线、深浅侧向电阻率测井曲线分析以及薄片特征分析，推断本区花岗岩储层裂缝分布情况应属于Ⅰ型（图8）。
结合溶蚀特征和裂缝特征，将本区花岗岩储层发育模式划分为3个主要部分（图9）：b. 上部，裂缝充填致密层。大气淡水淋滤作用和构造应力影响大，溶蚀作用发育，裂缝分布广泛，但由于风化充填严重，裂缝、溶蚀孔洞大多被充填，储集空间小，孔喉条件差，储层致密；c. 中部，优质层。大气淡水淋滤作用和构造应力影响有所减弱，溶蚀作用较为发育，构造缝、成岩缝及断裂伴生缝仍然大量发育，风化充填作用减弱，储集空间大，孔喉条件好，储层质量好；d. 下部，致密层，大气淡水淋滤作用和构造应力影响小，溶蚀不发育，裂缝分布少，储集空间最小，孔喉条件最差，储层最为致密。
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图 9 平北区基底潜山优质储层发育模式a. 上覆沉积物，b. 上部：致密层，裂缝被充填，c. 中部：裂缝层，构造缝和成岩缝发育，d. 下部：致密层，基岩，e. 花岗岩冲刷沉积物Figure 9. Development model of high quality reservoir in a basement buried hill in Pingbei regiona. Overlying sediment, b. Top: tight layers, c. Middle: fracture developed layer, rich in tectonic and dissolution fractures, d. Bottom: tight layers, basement, e. Sediments formed by erosion of granite综合本区裂缝发育特征及风化溶蚀模式分析，优质花岗岩储层应具备以下几个先决条件：位于潜山中上部位，大气淡水淋滤作用强、构造应力强度大、近断层断裂发育区。
5. 结论
（1）平北区基底储层主要为花岗岩储层，储集空间按成因分为2种类型，分别是次生孔隙和裂缝，裂缝为主；花岗岩储层物性好于安山质隐爆角砾岩储层。
（2）平北区基底岩浆岩储层垂向上具有分带性，具Ⅰ型储层发育模式，即上部，裂缝充填致密层。风化充填作用强，储集空间小，孔喉条件差，储层致密；中部，优质层。风化充填作用减弱，溶蚀作用发育，构造缝、成岩缝及断裂伴生缝分布广泛，储集空间大，孔喉条件好，储层质量好；下部，致密层。无风化充填，溶蚀不发育，裂缝分布少，储集空间最小，孔喉条件最差，储层最为致密。
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图 3 研究区水道−堤岸体系识别及划分示意图（中端西侧）
Figure 3. Identification and division of the channel-levee system in the study area (the western side of the middle end)
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图 4 研究区水道−堤岸体系识别及划分示意图（中端东侧）
Figure 4. Identification and division of the channel-levee system in the study area (the eastern side of the middle end)
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图 7 中新世以来典型水道−堤岸体系地震剖面
Figure 7. Seismic profile of typical channel-levee system since the Miocene
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图 8 不同空间位置水道−堤岸体系几何学特征差异
Figure 8. Geometric characteristics in different spatial positions of the channel-levee system
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图 9 不同时期水道−堤岸体系几何学特征差异
Figure 9. Geometric characteristics in different periods of the channel-levee system development
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图 10 不同时期各个位置统计结果模式图
Figure 10. Statistical models of different positions and different periods
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图 11 中新世水道−堤岸体系平面展布图
Figure 11. The development of the channel-levee system in the Miocene
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图 12 不同时期水道−堤岸体系宽厚比浮动条形图
Figure 12. Floating bar chart in width-depth ratio of different periods channel-levee system
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图 13 中新世以来上印度扇整体水道−堤岸体系沉积演化模式
Figure 13. Sedimentary evolution model of the Upper Indian fan integral channel-levee system since the Miocene
表 1 中新世以来水道−堤岸体系平均宽度、平均厚度、平均宽厚比
Table 1 The average width, thickness, and width-thickness ratio of the channel-levee system since the Miocene
平均宽度/m 平均厚度/m 平均宽厚比 近端 中端 远端 近端 中端 远端 近端 中端 远端 更新世至今 5328 19087 13003 547 738 524 9.9 24.7 26.2 上新世 4564 17608 11734 438 571 559 12.3 33.3 22.0 中新世 10520 19755 14182 629 543 452 16.1 37.8 35.2 
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