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墨西哥湾西北部古近纪早期(62~48 Ma)源汇体系与沉积格局变迁

侯云超 樊太亮 王宏语 李一凡 黄兴文 龙盛芳

侯云超, 樊太亮, 王宏语, 李一凡, 黄兴文, 龙盛芳. 墨西哥湾西北部古近纪早期(62~48 Ma)源汇体系与沉积格局变迁[J]. 沉积学报, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
引用本文: 侯云超, 樊太亮, 王宏语, 李一凡, 黄兴文, 龙盛芳. 墨西哥湾西北部古近纪早期(62~48 Ma)源汇体系与沉积格局变迁[J]. 沉积学报, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
HOU YunChao, FAN TaiLiang, WANG HongYu, LI YiFan, HUANG XingWen, LONG ShengFang. Changes of Source⁃to⁃sink Systems and Sedimentary Patterns in the Early Paleogene (62⁃48 Ma) of the Northwestern Gulf of Mexico[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
Citation: HOU YunChao, FAN TaiLiang, WANG HongYu, LI YiFan, HUANG XingWen, LONG ShengFang. Changes of Source⁃to⁃sink Systems and Sedimentary Patterns in the Early Paleogene (62⁃48 Ma) of the Northwestern Gulf of Mexico[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114

墨西哥湾西北部古近纪早期(62~48 Ma)源汇体系与沉积格局变迁

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
基金项目: 

中国科学院战略先导项目 XDA14010201⁃02

国家自然科学基金项目 41802155

详细信息
    作者简介:

    侯云超,男,1991年出生,博士研究生,沉积学与储层地质学,E⁃mail: houychcugb@163.com

  • ft=0.304 8 m.
  • 中图分类号: P534.61 P618.13

Changes of Source⁃to⁃sink Systems and Sedimentary Patterns in the Early Paleogene (62⁃48 Ma) of the Northwestern Gulf of Mexico

Funds: 

Strategic Priority Rese arch Program of the Chinese Academy of Science XDA14010201⁃02

National Natural Science Foundation of China 41802155

  • 摘要: 受埋深和复杂盐构造影响,深水Wilcox沉积研究难度大,开展大尺度源汇体系分析对理解墨西哥湾Wilcox沉积格局具有实际意义。通过对古科罗拉多(简称C)水系与古格兰德河(简称RG)水系相关研究成果的系统梳理,结合地震、钻井、岩芯与岩矿等资料,分析了墨西哥湾西北部深水沉积格局的演变特征及其储层意义。C水系和RG水系形成两个不同的源汇系统,源汇系统构成要素之间既有联系,也存在明显差异,物源区和搬运区各要素的时空变化决定了两大水系沉积物供给能力和深水沉积格局的变迁。古新世Wilcox沉积期,C水系沉积物供给强,在浅水陆架和深水盆地形成大规模三角洲和富砂海底扇体系,墨西哥湾西部Perdido带主要受该物源控制。始新世Wilcox沉积期,C水系物源供给减弱,海底扇规模减小,扇体轴部向东迁移,而RG水系沉积物供给增强,在陆架区形成高砂地比的三角洲体系,砂质沉积物进一步越过陆架形成西部海底扇,Perdido带浊积砂岩主要受该物源控制。广泛发育的浊积砂岩储层表明墨西哥海域Perdido带始新世Wilcox组具有较大的勘探潜力。
    注释:
    1) 脚注:
    1)  ft=0.304 8 m.
  • 图  1  墨西哥湾北部构造—地层发育特征(据文献[1]修改)

    Figure  1.  Structural and stratigraphic features of the Northern Gulf of Mexico (modified from reference [1])

    图  2  古新世—始新世时期北美大陆物源区特征(据文献[1617]修改)

    Figure  2.  North American Paleocene⁃Eocene continental provenance characteristics (modified from references [16⁃17])

    图  3  Wilcox沉积期流域划分与演化(据文献[2,17,23])

    (a)古新世Wilcox;(b)始新世Wilcox

    Figure  3.  Division and evolution of catchments in the sedimentary period of the Wilcox Group (according to references [2,17,23])

    图  4  墨西哥湾西北部陆架砂岩厚度平面图(据文献[28]修改)

    (a)古新世Wilcox;(b)始新世Wilcox

    Figure  4.  Net⁃sandstone map in the continental shelf of the northwestern gulf of Mexico (modified from reference [28])

    图  5  得克萨斯州东部和南部连井地层对比剖面(据文献[29])

    Figure  5.  Stratigraphic cross section across south and east Texas (after reference [29])

    图  6  墨西哥湾深水Wilcox组区域连井地层对比剖面

    Figure  6.  Deep⁃water Wilcox stratigraphic cross section in the gulf of Mexico

    图  7  墨西哥湾西部始新世Wilcox组深水沉积特征

    (a)海底扇地震反射特征;(b)浊积水道岩芯特征;(c)浊积水道钻井特征;(d)浊积水道均方根振幅属性特征

    Figure  7.  Deep⁃water sedimentary characteristics of the Eocene Wilcox in the western gulf of Mexico

    图  8  墨西哥湾始新世Wilcox组砂岩组分特征(钻井位置见图6)

    (a)浅水陆架三角洲体系;(b)墨西哥湾西部深水沉积体系

    Figure  8.  Sandstone compositions for the Eocene Wilcox in the gulf of Mexico (see well location in Fig.6)

    图  9  墨西哥湾西北部源汇系统要素及对比

    Figure  9.  Correlation of source⁃to⁃sink units in the northwestern gulf of Mexico

    图  10  C水系与RG水系源汇系统示意图

    (a)古新世Wilcox沉积期;(b)始新世Wilcox沉积期

    Figure  10.  Sketches of source⁃to⁃sink systems of the paleo⁃Colorado and the paleo⁃Rio Grande fluvial systems

    图  11  墨西哥湾西北部陆架—深水沉积格局

    (a)古新世Wilcox;(b)始新世Wilcox

    Figure  11.  Sedimentary patterns from the continental shelf to deep water basin in the northwestern gulf of Mexico

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-09
  • 刊出日期:  2020-12-25

目录

    墨西哥湾西北部古近纪早期(62~48 Ma)源汇体系与沉积格局变迁

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
      基金项目:

      中国科学院战略先导项目 XDA14010201⁃02

      国家自然科学基金项目 41802155

      作者简介:

      侯云超,男,1991年出生,博士研究生,沉积学与储层地质学,E⁃mail: houychcugb@163.com

    • ft=0.304 8 m.
    • 中图分类号: P534.61 P618.13

    摘要: 受埋深和复杂盐构造影响,深水Wilcox沉积研究难度大,开展大尺度源汇体系分析对理解墨西哥湾Wilcox沉积格局具有实际意义。通过对古科罗拉多(简称C)水系与古格兰德河(简称RG)水系相关研究成果的系统梳理,结合地震、钻井、岩芯与岩矿等资料,分析了墨西哥湾西北部深水沉积格局的演变特征及其储层意义。C水系和RG水系形成两个不同的源汇系统,源汇系统构成要素之间既有联系,也存在明显差异,物源区和搬运区各要素的时空变化决定了两大水系沉积物供给能力和深水沉积格局的变迁。古新世Wilcox沉积期,C水系沉积物供给强,在浅水陆架和深水盆地形成大规模三角洲和富砂海底扇体系,墨西哥湾西部Perdido带主要受该物源控制。始新世Wilcox沉积期,C水系物源供给减弱,海底扇规模减小,扇体轴部向东迁移,而RG水系沉积物供给增强,在陆架区形成高砂地比的三角洲体系,砂质沉积物进一步越过陆架形成西部海底扇,Perdido带浊积砂岩主要受该物源控制。广泛发育的浊积砂岩储层表明墨西哥海域Perdido带始新世Wilcox组具有较大的勘探潜力。

    注释:
    1) 脚注:
    1)  ft=0.304 8 m.

    English Abstract

    侯云超, 樊太亮, 王宏语, 李一凡, 黄兴文, 龙盛芳. 墨西哥湾西北部古近纪早期(62~48 Ma)源汇体系与沉积格局变迁[J]. 沉积学报, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
    引用本文: 侯云超, 樊太亮, 王宏语, 李一凡, 黄兴文, 龙盛芳. 墨西哥湾西北部古近纪早期(62~48 Ma)源汇体系与沉积格局变迁[J]. 沉积学报, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
    HOU YunChao, FAN TaiLiang, WANG HongYu, LI YiFan, HUANG XingWen, LONG ShengFang. Changes of Source⁃to⁃sink Systems and Sedimentary Patterns in the Early Paleogene (62⁃48 Ma) of the Northwestern Gulf of Mexico[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
    Citation: HOU YunChao, FAN TaiLiang, WANG HongYu, LI YiFan, HUANG XingWen, LONG ShengFang. Changes of Source⁃to⁃sink Systems and Sedimentary Patterns in the Early Paleogene (62⁃48 Ma) of the Northwestern Gulf of Mexico[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(6): 1272-1283. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.114
      • 墨西哥湾盆地主要接受了中生代以来的巨厚沉积,包含北美中部和西部地区新生代剥蚀作用的最厚、最完整记录[12]。发育于晚古新世至早始新世时期(62~48 Ma)的Wilcox组代表着墨西哥湾新生代以来第一次大规模陆源碎屑进积,且蕴含丰富的油气资源[3]。该地层最早的油气发现可以追溯到20世纪20年代末,之后,对于Wilcox组的油气开采主要集中于路易斯安那州西南部、德克萨斯州南部和墨西哥东北部等陆上地区。20世纪90年代的传统观点认为Wilcox组的下倾方向已经没有砂岩沉积[4],但从2001年以来,墨西哥湾海上钻井证明深水Wilcox浊积岩广泛发育,地层厚度超过1 000 m,且具有可观的油气资源。

        尽管前人对北美陆上新生代以来河流体系的发育演化及沉积物卸载堆积历史做了大量研究,但对墨西哥湾西北部深水区沉积特征的认识仍然不足,尤其是墨西哥海域一侧。这主要是因为墨西哥油气勘探开发被国家石油公司(Pemex)所垄断,对外公开的资料非常有限。自从近些年墨西哥向国际勘探开放以来,墨西哥深海Perdido褶皱带地区的新钻井和新发现引起了人们极大兴趣,但钻遇的Wilcox浊积砂岩物源来自哪里、其沉积格局如何?这些问题将影响后期储层的预测和评价。

        由于墨西哥湾深水Wilcox地层埋深大(一般5 000~10 000 m),钻遇该层系的钻井少,加上复杂的盐构造变形以及上覆盐蓬对下伏地层的遮蔽,地震资料品质差,盐下沉积体的物源及其展布特征研究难度极大[1]图1)。不过深水硅质碎屑岩沉积与物源区侵蚀、河流体系搬运以及盆地区的堆积等过程有关,因此从大尺度源汇体系角度把物源区、搬运区和沉积区有机结合起来进行分析,对深水沉积体系预测和解释很关键[3,5]。为了明确墨西哥湾西北部在古新世至早始新世时期的深水沉积格局,指导墨西哥海域Perdido褶皱带深水油气勘探,本文通过对北美地区古科罗拉多水系与古格兰德河水系的相关研究成果进行梳理,并结合墨西哥海域一手的地震、钻井、岩芯与岩矿分析等资料,分析源汇系统要素特征,探讨各要素之间的差异、耦合关系及其对沉积物供给变化和深水沉积格局变迁的控制作用。

        图  1  墨西哥湾北部构造—地层发育特征(据文献[1]修改)

        Figure 1.  Structural and stratigraphic features of the Northern Gulf of Mexico (modified from reference [1])

      • 墨西哥湾盆地形成于210 Ma左右,随着泛大陆裂解,形成了一系列地堑和半地堑,之后的海底扩张一直持续到早白垩世[68];该时期经历了从非海相蒸发岩(Louann盐岩)、风成砂岩到浅水碳酸盐岩、深海页岩/砂岩以及碳酸盐岩的演化序列[1]。中生代末期,在热沉降作用下墨西哥湾盆地逐渐转变为一个由陆架、斜坡和深海平原组成的小型洋盆[910]。现今墨西哥湾盆地的构造背景为典型的被动陆缘环境,因此,墨西哥湾盆地是一个裂谷盆地之上叠加被动陆缘盆地的叠合盆地。

        晚白垩世至古新世期间,墨西哥湾盆地的沉积作用发生了重大变化,由早期碳酸盐岩陆棚斜坡体系向硅质碎屑沉积体系转变[1011]。古新世时期,腊拉米(Laramide)造山运动使美国西部和墨西哥北部挤压隆起,隆起区遭受侵蚀后形成了大量碎屑物质,它们被河流体系输送至大陆边缘及深水区,标志着新生代一系列硅质碎屑沉积幕的开始[1213]。前人研究表明,在整个新生代时期至少存在8大河流体系,它们将陆源碎屑搬运至墨西哥湾盆地,并伴随着重大的滨岸进积[23]。Wilcox组沉积于晚古新世至早始新世,该时期3条大型古水系向墨西哥湾盆地输送沉积物,分别是盆地北部的古密西西比(Mississippi,简称M)水系、盆地西北部的古科罗拉多(Colorado,简称C)水系和古格兰德河(Rio Grande,简称RG)水系[1]图1)。古密西西比水系对墨西哥湾西部Perdido褶皱带影响较小,因此本文主要对C水系和RG水系进行分析,进而明确墨西哥湾西北部深水沉积格局演变。

      • 长期以来,基于重矿物、构造变形和岩浆活动时间等分析,美国落基山脉的腊拉米隆起区一直被认为是古新世—始新世Wilcox组沉积的物源区[2,9,14]。后来通过对德克萨斯州中部和南部锆石地质年代的进一步研究表明,Wilcox组沉积物源范围更大且具有混合特征[1516]。其中主要沉积物来自美国南落基山脉的腊拉米结晶基底、墨西哥西部和美国西南部的科迪勒拉岩浆弧以及墨西哥北部中生代—古近纪岩浆岩带(SMO构造带),次级物源则包括美国西南部和墨西哥北部赛维尔—腊拉米(Sevier⁃Laramide)沉积盆地的再旋回地层[1617]图2)。赛维尔—腊拉米物源区由古生代—中生代沉积盖层和下伏基岩组成,基底与沉积盖层具有不同的岩性特征,最上部的地层以泥岩(白垩系)或砂岩(三叠系与侏罗系)为主,而下伏沉积地层和基底则以抗侵蚀能力较强的岩性(如碳酸盐岩和结晶岩)为主[1819]

        图  2  古新世—始新世时期北美大陆物源区特征(据文献[1617]修改)

        Figure 2.  North American Paleocene⁃Eocene continental provenance characteristics (modified from references [16⁃17])

        对于科罗拉多水系来说,其物源区主要为腊拉米基底隆起和赛维尔—腊拉米沉积盆地。在古新世腊拉米构造隆升过程中,上覆砂泥岩沉积地层容易被剥蚀,而始新世时期,随着抗风化能力强的结晶基底的暴露以及构造隆升进入衰退期,使得物源供给有所减弱[18]。古格兰德河水系物源区主要包括科迪勒拉弧、SMO构造带及墨西哥北部部分沉积盆地等,火成岩分布范围较为广泛[1617]。SMO构造带在64~42 Ma期间不断隆升,并向东迁移,地貌高差0.4~2 km,为RG水系提供了丰富的陆缘碎屑物质[2021]

      • 汇水区(流域)是一个地貌单元,在该单元内沉积物通过化学和物理风化作用发生侵蚀,并通过河流进行搬运。从古新世至始新世,C水系和RG水系的流域范围存在明显差异。

        C水系:近年来通过碎屑锆石来源分析认为,南落基山脉腊拉米隆起区、科迪勒拉弧和墨西哥北部等源区的沉积物通过支流汇入C水系[1516]。因此,古新世C水系的源头向西可延伸至加利福尼亚州东南部和内华达州东部,还包括了爱达荷的河流体系,流域面积160~220×104 km2[2223]图3a)。始新世Wilcox沉积期,随着美国西部赛维尔前陆盆地内陆湖泊的形成,大量沉积物被这些湖泊所捕获,C水系的流域面积也发生大幅萎缩,从而减少了沉积物向墨西哥湾的输入[17,2425]。Blum et al.[11]、Sharman et al.[17]和Galloway et al.[2]所示的始新世C水系流域范围基本相似,水系源头主要包括科罗拉多州东部和内布拉斯加州北部,流域面积约120×104 km2图3b)。

        图  3  Wilcox沉积期流域划分与演化(据文献[2,17,23])

        Figure 3.  Division and evolution of catchments in the sedimentary period of the Wilcox Group (according to references [2,17,23])

        RG水系:与C水系相比,南部RG水系的流域面积相对较小。古新世Wilcox沉积期,RG水系物源主要来自新墨西哥州南部[2]图3a)。始新世早期,腊拉米运动在引起陆内地貌发生低幅度调整的同时,也改变了部分主干河流的路径。在这一过程中,从亚利桑那州中部延伸至新墨西哥州南部的河流体系向南改道,RG水系的源头向西扩展明显,此外还可能包括墨西哥北部构造带的河流汇入,流域面积(50~130)×104 km2,最大流域长度约为1 500 km[11,16,23]图3b)。Zhang et al.[26]通过对比计算指出,在地貌高差、物源区气候、汇水流域的岩石学特征及流域面积等众多因素中,古新世至早始新世RG水系的流域面积变化可能是导致其沉积物供给增强最重要的原因。

        受资料限制和后期改造等因素的影响,进行精确的古水系重建还存在诸多困难,因此不同研究就Wilcox组沉积期C和RG水系的流域具体范围得到了不同的解释。但总体来看,从古新世到始新世,C水系流域面积减小,而RG水系流域面积明显增加。

      • 在大的区域尺度上,陆架区Wilcox组沉积物堆积中心由得克萨斯州北部向西南部转移。古新世Wilcox的沉积物堆积中心位于休斯顿海湾,C水系将大量陆源碎屑物质搬运至陆架区形成Rockdale三角洲沉积体系[2728]。从古新世Wilcox的砂岩厚度图可以看出,在德克萨斯州北部砂体最大厚度超过2 000 ft(约600 m) 1 ,而南部砂体厚度明显减薄,多不足400 ft;平面上,北部砂体展布形态具有朵叶特征[28]图4a)。大区域连井对比显示,北部表现出向上变粗的进积序列,体现了高建设性的陆架三角洲沉积体系;而南部以厚层泥岩夹薄层砂岩为主,属于陆源碎屑供给弱的滨岸沉积环境[29]图5)。在Rockdale三角洲沉积体系偏南部发育大型侵蚀沟谷(Yoakum下切谷),作为沟通浅水陆架与深水盆地的重要通道,Yoakum下切谷为砂质碎屑进一步向墨西哥湾深水盆地的搬运提供了有利条件[28]。始新世Wilcox沉积期,沉积物主要堆积中心位于西南方向的格兰德河海湾[30]图4b)。北部Rockdale三角洲体系持续发育,但规模和沉积物供给强度相对于古新世时期有所减小。砂岩厚度图与钻井资料表明,RG水系在始新世早期沉积物供给明显增强,得克萨斯州南部由早期低砂地比的滨岸体系转变为高砂地比的三角洲体系,即Rosita三角洲沉积体系(图5)。不过该时期陆架上发育一系列生长断层,导致部分陆源碎屑沉积物堆积在断块的下降盘,因此砂体在下倾方向的局部地区出现突然增厚的现象[31]

        图  4  墨西哥湾西北部陆架砂岩厚度平面图(据文献[28]修改)

        Figure 4.  Net⁃sandstone map in the continental shelf of the northwestern gulf of Mexico (modified from reference [28])

        图  5  得克萨斯州东部和南部连井地层对比剖面(据文献[29])

        Figure 5.  Stratigraphic cross section across south and east Texas (after reference [29])

        陆架边缘的建造主要与大型三角洲体系和砂质斜坡的进积作用有关,沉积物供给是陆架边缘生长的主要驱动因素[5]。Wilcox沉积期,墨西哥湾西北部陆架边缘的迁移特征存在差异。从晚古新世到早始新世,得克萨斯州北部陆架边缘向海方向迁移规模较小,而南部迁移距离明显较大[1]图1)。因此,德克萨斯州南部陆架边缘的大规模迁移从侧面也反映了始新世时期RG水系沉积物供给能力明显增强。

      • 晚古新世至早始新世是墨西哥湾主要深水沉积发育时期之一,深水区可见丰富的浊积砂岩(图6),但不同时期Perdido褶皱带南部和北部沉积特征存在差异。

        图  6  墨西哥湾深水Wilcox组区域连井地层对比剖面

        Figure 6.  Deep⁃water Wilcox stratigraphic cross section in the gulf of Mexico

      • 目前钻遇古新世Wilcox组的钻井相对较少,尤其是墨西哥海域,但从已有钻井揭示情况可以看出,从北向南砂体发育程度变差。Perdido带北部与美国一侧表现出高砂地比特征(50%~80%),测井曲线GR呈高幅齿化—微齿化箱型(图6,钻井D⁃L),属于盆底扇的扇中轴部,发育富砂的浊积水道复合体沉积[3,29]。而向西南方向的墨西哥海域一侧,表现出相对偏低的砂地比值(<15%)和砂泥薄互层特征,测井曲线GR呈中—高幅箱型或指型,单层砂体厚度一般小于5 m,属于盆底扇中远端席状朵叶砂体沉积(图6,钻井A、B)。Perdido褶皱带从北向南砂体厚度和百分含量的横向变化表明(图6,钻井G⁃A),古新世Wilcox组海底扇的物源可能主要来自于墨西哥湾偏北部,这与陆架区Rockdale三角洲沉积体系发育特征相匹配(图5)。

      • 始新世Wilcox组的钻井与地震横向对比显示出两个碎屑沉积物堆积中心,分别为墨西哥湾中北部的美国一侧和偏西部的墨西哥一侧。与古新世相比,墨西哥湾中北部始新世Wilcox组的砂地比有所降低,但砂体累积厚度仍然较大,GR曲线呈齿化箱型,主要为海底扇轴部富砂的浊积水道复合体沉积[32]图6,钻井H⁃L)。在Perdido褶皱带北部的美国一侧,砂体发育程度明显降低、砂地比减小(< 20%),GR曲线呈中幅箱型或指型,表明该处已远离扇体轴部,以扇体侧缘或远端席状朵叶沉积为主(图6,钻井E⁃G)。西南部的墨西哥海域一侧,砂体发育程度再次增强,砂/地比增大(25%~60%),表现出扇体轴部/中心的富砂沉积(图6,钻井A⁃D)。地震剖面上也可见明显的海底扇反射特征,单个海底扇横向延伸范围几十至上百千米,一般厚度数百米,横切剖面表现为中部厚、两侧变薄的丘形反射结构,内部可见底超现象(图7a)。随着不同时期、不同规模的扇体在横向和纵向上摆动、叠置,Perdido带始新世Wilcox组地层厚度超过1 000 m。Snedden et al.[29]利用二维地震资料绘制的地层厚度图显示,始新世Wilcox组在墨西哥湾北部和西部存在两个地层厚度增大的区域,与古新世Wilcox组相比,墨西哥湾北部地层厚度大的区域规模减小,而西部墨西哥一侧规模增大,是一个较大的沉积物堆积中心,这与Perdido带的钻井、地震基本吻合,进一步表明始新世Wilcox沉积期在墨西哥湾北部和西部应该发育两个不同海底扇体系。

        图  7  墨西哥湾西部始新世Wilcox组深水沉积特征

        Figure 7.  Deep⁃water sedimentary characteristics of the Eocene Wilcox in the western gulf of Mexico

        通过对钻井岩芯的观察发现,墨西哥海域Perdido带浊积水道砂体非常发育,以中厚层细砂岩夹少量泥岩为特征,发育块状层理、平行层理及少量波状层理,鲍马序列主要为Ta⁃Tb段,漂浮的泥砾或不规则的泥岩撕裂屑较为常见(图7b),表现为靠近扇体轴部的浊积水道复合体沉积。测井上,GR曲线呈高幅齿化—微齿化箱型或钟型,底部突变接触,单个水道砂体厚度10~45 m(图7c),多期水道纵向相互叠置,其累积厚度可超过100 m。地震属性显示,始新世Wilcox沉积期,浊积水道多为北西—南东或近东西走向,水道宽度600~1 000 m,弯曲度2.1~2.9,表现出低坡度背景下发育的高弯曲度、弱限定性浊积水道特征(图7d)。

      • 砂岩组分分析表明,墨西哥湾西部Perdido带深水沉积受双物源的共同影响。始新世早期,位于休斯顿海湾的Rockdale三角洲沉积体系和西南部的Rosita陆架三角洲沉积体系的砂岩总体以岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩为主,但Rosita三角洲沉积体系砂岩中石英含量相对更高(图8a)。通过对深水区始新世Wilcox组砂岩的岩石组分分析发现,Perdido褶皱带南北不同区域的石英含量差异比较明显,偏南部具有更高的石英含量(图8b)。尽管与陆架三角洲相比,深水浊积砂岩岩屑含量普遍偏高,但石英含量的差异大致可与陆架区进行对比,尤其是Perdido带南部的样品与Rosita三角洲沉积体系具有更高的相似性。此外,通过对Perdido带南部B井的岩屑组分进行分析,结果显示火成岩岩屑平均含量10.5%(相对含量76%),变质岩岩屑平均含量1.1%(相对含量8%),沉积岩岩屑平均含量2.3%(相对含量16%),以火成岩岩屑占优势,这与RG水系物源区广泛发育的火成岩相对应。

        图  8  墨西哥湾始新世Wilcox组砂岩组分特征(钻井位置见图6)

        Figure 8.  Sandstone compositions for the Eocene Wilcox in the gulf of Mexico (see well location in Fig.6)

        以上地震、钻/测井和矿物组分分析结果表明,古新世时期,墨西哥湾盆地深水沉积物堆积中心主要位于北部美国一侧,Perdido褶皱带的浊积砂岩主要受偏北部的C水系控制,而始新世Wilcox沉积期,墨西哥湾盆地存在北部和偏西部两个深水沉积物堆积中心,Perdido褶皱带应该主要受RG水系的供源,其北部可能仍受到陆架区Rockdale三角洲体系的物源供给影响。

      • C水系和RG水系分属两个源汇系统,不同系统的构成要素之间具有明显差异(图9),其时空变化决定了陆架和深水沉积区三角洲和海底扇体系的发育规模和特征。

        图  9  墨西哥湾西北部源汇系统要素及对比

        Figure 9.  Correlation of source⁃to⁃sink units in the northwestern gulf of Mexico

        首先,同一系统内各要素之间存在内在联系。例如Perdido带南部砂岩中较高的火成岩岩屑含量与RG水系物源区广泛发育的火成岩存在对应关系,而Perdido带北部浊积砂岩与陆架区Rockdale三角洲的砂岩都表现出更低的石英含量(图8),这种岩矿组分特征体现了同一源汇体系内物质经过剥蚀—搬运—沉积之后仍存在的关联性。沉积区沉积体系的发育规模与河流搬运、卸载沉积物的能力大小相关,古新世时期,RG水系流域面积小,沉积物供给弱,其前端陆架区主要表现为泥质为主的滨岸沉积,而C水系流域面积大,大量沉积物通过支流汇入该水系,在陆架区和深水区则相应发育大规模建设性三角洲和海底扇体系(图10),进一步对比陆架区与深水区沉积砂体特征可以发现,其横向和纵向的发育演化具有较好的匹配关系(图56)。

        图  10  C水系与RG水系源汇系统示意图

        Figure 10.  Sketches of source⁃to⁃sink systems of the paleo⁃Colorado and the paleo⁃Rio Grande fluvial systems

        其次,同一源汇系统在不同时期,其物源区和搬运区的各个要素是动态变化的,进而控制沉积物供给与沉积区砂体富集程度。从古新世晚期到始新世早期,随着美国西部腊拉米造山进入衰退期,C水系物源区的构造活动减弱,同时抗风化能力强的基岩逐渐暴露、气候变得干旱[33]、汇水流域面积大幅减小,多种因素的共同作用结果是C水系沉积物供给相对早期明显减弱,陆架三角洲砂体厚度和深水区海底扇规模减小(图56)。而始新世早期,RG水系沉积物供给增强,在陆架区发育大规模高砂地比的三角洲体系,同时在深水区形成富砂海底扇,这主要与源区构造活动增强和流域面积增加密切相关(图10)。

        最后,气候对源汇系统也具有一定的控制作用,它对径流量产生极大影响。从古新世到始新世,北美西部物源区气候条件变得更加炎热干旱,从而径流减小,沉积物供给能力下降[3334]。需要注意的是,气候因素对C水系和RG水系均产生影响,是导致始新世时期墨西哥湾总体沉积物供给减弱的重要原因[2],而并非是始新世早期两条水系沉积物供给差异的主要因素。

      • Galloway et al.[1,10]对北美地区和墨西哥湾沉积演化历史做了比较全面的分析,并绘制了不同沉积期的古地理图。Zarra[3]利用深水钻/测井和岩芯资料,着重研究了墨西哥湾北部深水扇体系的大致规模和迁移特征。本文在前人研究基础上,结合Snedden et al.[29]的区域地层厚度展布图以及墨西哥海域岩矿、钻/测井与地震等资料的分析结果,绘制了古新世与始新世Wilcox陆架—深水沉积格局(图11)。该图中不同沉积体系的具体范围仍需要更多资料进一步厘定,但基本上反映了Wilcox不同沉积期的沉积格局和变化。

        图  11  墨西哥湾西北部陆架—深水沉积格局

        Figure 11.  Sedimentary patterns from the continental shelf to deep water basin in the northwestern gulf of Mexico

        古新世Wilcox沉积期,受腊拉米造山运动影响,美国西部和墨西哥北部挤压隆升形成地貌高地,尽管在赛维尔前陆盆地发育一系列小型沉降盆地,但在53~52 Ma之前处于过路阶段,河流体系仍然可以贯穿这些盆地并向东部墨西哥湾盆地汇聚[18]。在西高东低的大地貌背景下,C水系河流输入量强劲,充足的物源供给使C水系在得克萨斯州北部的休斯顿海湾形成了大型Rockdale三角洲体系,并进积到陆架边缘。位于得克萨斯州北部的Yoakum下切谷发育于Wilcox沉积早期,C水系的砂质沉积物通过该下切谷进一步搬运至墨西哥湾深水盆地,形成大规模富砂海底扇体系(图11a)。该海底扇体系展布范围广,向南可以延伸至墨西哥海域,Perdido褶皱带发育的深水浊积砂岩主要源自C水系和Rockdale三角洲体系。得克萨斯州南部的RG水系此时沉积物供给弱,在陆架区砂岩含量低,主要为滨岸带偏泥质的沉积环境。因此,该体系很难成为大型海底扇的点物源,陆坡与盆地区通常形成无序列的砂质扇裙[10]

        始新世Wilcox沉积期,陆上C水系的流域面积大幅萎缩,河流输入量减弱,钻/测井与砂岩厚度均表明浅水陆架区Rockdale三角洲体系发育规模减小。对于深水区而言,受C水系控制的深水扇体规模也相应减小,且富砂沉积的扇体轴部逐渐向东迁移[3]。与古新世相比,早始新世时期RG水系沉积物供给明显增强,得克萨斯州南部成为碎屑沉积物堆积中心,在浅水陆架区发育较大规模的Rosita三角洲沉积体系(图11b)。该三角洲砂质含量高,表现为进积、向上变粗的沉积序列。尽管目前还未证实得克萨斯州南部陆架区是否存在大型下切沟谷,但Perdido褶皱带中—南部发育的海底扇以及岩矿组分与Rosita三角洲的相似性均显示该时期存在RG水系物源供给,即Rosita三角洲砂质沉积物越过浅水陆架区进入深水盆地。因此,始新世时期Perdido褶皱带海底扇沉积主要受偏西部的RG物源控制,而C水系控制作用减弱,主要对Perdido带北部深水沉积产生一定影响。

      • 深水储层预测是深水油气勘探的重点,海域深水Wilcox储层的发现扩大了墨西哥湾油气勘探领域,尤其近些年在深水Wilcox组也取得了重大油气发现,显示了较大的勘探潜力。但前期的研究多集中于美国海域一侧,主要关注古新世至始新世时期C和M水系对深水Wilcox海底扇体系的影响,对RG水系关注较少。C水系在早始新世时期沉积物供给量大幅减少,同时海底扇的发育规模也相应减小、扇体轴部向东迁移[3]。这意味着在始新世Wilcox沉积期,墨西哥湾西部区域处于扇体侧缘或远端,该区域是否发育厚层优质储层成为该区勘探的关键问题之一。

        开展源汇体系分析是进行古地理重建和油气储层预测的一个重要方法[11,22,35]。Sømme et al.[36]指出来自大陆规模的河流体系所形成的海底扇长度一般是汇水盆地长度的10%~25%,如果考虑气候与构造活动等因素的影响,这一比例关系可以达到50%甚至更高[37]。在缺少深水钻井和地震资料约束情况下,Blum et al.[11]根据陆上RG水系的流域范围对海底扇规模进行了预测,认为海底扇长度大约为150~750 km,基本可以延伸到Perdido褶皱带或更远。这一预测与目前的地震、钻/测井和岩矿分析结果较为吻合,证实了墨西哥湾西部始新世Wilcox深水扇体的存在,同时显示出RG水系的供源特征。因此,Perdido褶皱带中部和南部具有形成厚层浊积砂岩储层的条件,显示了较大的勘探潜力。

        需要指出的是,深水Wilcox储层埋深大,勘探风险高,储层物性好坏对油气勘探评价至关重要。由于墨西哥湾西部始新世Wilcox深水浊积砂体与美国一侧受不同物源体系控制,其砂岩组分也存在差异,因此储层在埋藏成岩过程中物性变化及其控制因素也将与美国一侧不同,开展后续储层评价工作很有必要。

      • C水系与RG水系属两个不同的源汇系统,物源区和搬运区各要素的时空变化控制了墨西哥湾西北部C水系和RG水系的沉积物供给能力。从古新世到始新世,C水系沉积物供给的减弱受物源区的构造活动减弱、基岩暴露、气候干旱以及汇水流域减小等多种因素的共同影响,而RG水系沉积物供给的增强主要与源区构造活动增强和流域面积增加有关。

        陆架—深水沉积格局变迁受C水系和RG水系沉积物供给能力大小控制,深水区沉积物堆积中心迁移特征与陆架区具有同步性和较好的匹配关系。古新世Wilcox沉积期,C水系物源供给强劲,休斯顿海湾浅水陆架发育建设性三角洲体系,砂质碎屑通过下切沟谷搬运至深水区形成大规模富砂海底扇体系;始新世Wilcox沉积期,C水系物源供给减弱,RG水系沉积物供给增强,陆架区沉积物堆积中心向格兰德河海湾迁移,深水区美国一侧海底扇规模减小,而墨西哥一侧形成另一大规模海底扇体系,其物源可能主要受RG水系控制。

        尽管墨西哥湾西部的物源体系和沉积格局在Wilcox沉积期发生了重大变化,但无论是古新统还是始新统,Perdido褶皱带都具备形成厚层浊积砂岩储层的条件,因此墨西哥海域深水Wilcox具有较大的勘探潜力。

    参考文献 (37)

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