Sedimentary Evolution and Controlling Factors of Miocene Gravity Flow Deposits in the Lower Congo Basin

斜坡水道、斜坡扇是陆坡沉积体系的重要构成类型^[1],对其沉积演化和控制因素加以研究是表征深水“源—汇”过程、取得深水油气勘探突破的关键^[2⁃5],兼有重要的理论、实践意义,现已发展成为沉积盆地分析、深水油气勘探等领域共同关注的热点^[6⁃9]。西非下刚果盆地自渐新世以来发育大型深水重力流沉积且蕴含丰富油气资源,长期吸引着国内外诸多学者^[10⁃15]围绕下刚果盆地,尤其是其中新统重力流沉积的层序地层格架、沉积充填演化及控制因素等方面开展了一系列研究并取得了重要进展：区内中新统可划分为3~7个三级层序；重力流沉积单元主要包括水道、废弃水道、天然堤、决口扇、朵体、远洋沉积和滑塌块体沉积；水道类型主要有侵蚀过路水道、受限侵蚀水道、弱受限侵蚀—加积水道、不受限加积水道等；重力流沉积的发育演化受构造、物源、气候、海平面和盐构造等因素的综合影响。总体而言,上述研究在层序地层划分和沉积单元识别方面认识还不统一（多受限于国外深水地区资料收集困难且品质较差）,有必要综合更多资料进一步厘定层序地层格架内沉积单元类型。另外,重力流沉积演化及其对多元控制因素的分级响应关系,有待于进一步探讨。

下刚果盆地X区块是中新统重力流沉积发育的重要区域,其资源潜力大且勘探程度低,近年来区内实物资料不断丰富,现拥有连片的高精度三维地震数据（面积约5 000 km²,面元25 m×25 m,采样间隔3 ms,主频40 Hz,带宽5~80 Hz）和39口单井资料（含有170 m岩心资料）。基于上述丰富资料（图1）,利用均方根（RMS）振幅属性切片并结合地震相—连井相对比,在建立下刚果盆地X区块中新统层序格架的基础上,识别了主要的重力流沉积单元类型,揭示了重力流沉积演化及其对构造、古气候、海平面变化、物源、陆缘结构及陆坡坡度变化等多因素的分级响应关系,旨在进一步认识下刚果盆地中新统深水重力流沉积演化及其成因,并为深水油气勘探工作提供一定借鉴。

Figure 1.  Simplified map of the Lower Congo Basin, showing the data of block X

下刚果盆地位于南大西洋东侧的安哥拉陆缘（约3°~9° S,9°~13° E）,其东起前寒武系结晶岩体,西至陆坡3 000 m海水等深线,南邻宽扎盆地,北接加蓬海岸盆地^[15],面积达16.9×10⁴ km²,研究区X区块位于其中部偏西南处（图1）。

下刚果盆地经历了裂谷期、过渡期和漂移期等三期构造演化^[16⁃17]。因非洲板块与南美洲板块发生裂解,安哥拉地区的岩石圈在晚侏罗世—巴雷姆期依次发生伸展、薄化、剥露和破裂^[18],发育陆内裂谷充填（断陷层）；巴雷姆期末,盆地进入热沉降阶段,沉积大面积阿普特阶盐岩（过渡层）；阿尔比期初—马斯特里赫特期,盆地进入早漂移期；古新世至今,盆地处于晚漂移期,陆缘隆升^[11]及古气候变冷^[19]等因素致使陆坡发育大规模重力流沉积。中新统深水重力流沉积厚达1 500 m,岩性上主要包括含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及泥岩（图2）。

Figure 2.  Generalized Mesozoic stratigraphic section of the Lower Congo Basin

值得提及的是,在沉积负载和构造隆升等双重因素驱动下,阿普特阶盐岩后期经历了强烈构造变形,由陆向海或自东向西分别发育微型盐筏带、巨型盐筏带、盐底辟带、盐蓬带及厚层盐岩带等盐构造样式^[20]。据此,可将整个下刚果盆地和X区块划分为拉张区、过渡区及挤压区等3个构造单元（图1）。

层序是由不整合面及对应整合面界定的、成因上有联系且相对整一的一套地层,识别层序界面、划分层序地层是开展盆地分析研究的重要基础^[21]。

据Vail经典层序地层学理论,基于地震反射终止（图3）和测井电性、岩性突变（图4）,在区内中新统内识别出5个局部不整合面（SB1~SB5）,据此将中新统划分为SQ1（下中新统）、SQ2（中中新统下段）、SQ3（中中新统上段）及SQ4（上中新统）等4个三级层序。

Figure 3.  Interpreted seismic profile in block X of the Lower Congo Basin, showing sequence classification (see profile location in Fig.1, P1)

Figure 4.  Well⁃log section calibrated by P1 in Fig.1, showing sequence classification and sedimentary units in block X, Lower Congo Basin

三级层序SQ1的底界面SB1,界面年龄23.8 Ma,为渐新统与下中新统的分界线。地震上,SB1界面之上存在下切侵蚀作用,局部见上超,界面之下见高角度削截（图3）。测井上,SB1界面之上GR曲线多呈漏斗形或箱形,岩性上多为砂质沉积,界面之下GR曲线为泥岩基线,岩性上为大套泥质沉积（图4）。

三级层序SQ2的底界面SB2,界面年龄15.1 Ma,为下中新统与中中新统的分界线。地震上,SB2界面之上见明显的水道下切侵蚀及侧向迁移作用,界面之下见削截（图3）。测井资料证实SB2界面之下的泥岩基线向上突变为漏斗形、箱形或钟形,界面之下的深水泥岩向上突变为细砂岩或粉砂岩沉积（图4）。

三级层序SQ3的底界面SB3,界面年龄12.4 Ma,为中中新统下段与上段的分界线。地震上,SB3界面之上见大规模下切侵蚀水道且侵蚀作用较强,界面之下见削截（图3）。测井方面,见明显电性、岩性突变,如W4与W6井处（图4）,表现为低平GR曲线转变为箱形—漏斗形、泥岩转变为细砂岩沉积。

三级层序SQ4的底界面SB4,界面年龄11.0 Ma,为中中新统与上中新统的分界线。地震上,SB4局部削蚀SB3,界面之上可见侵蚀过路水道发育（图3）。测井响应方面,SB4界面之下为大套泥岩（GR曲线呈低幅平直）,界面之上多见小型水道细砂岩、粉砂岩沉积（GR曲线呈小规模钟形）（图4）。

三级层序SQ4的顶界面SB5,界面年龄5.3 Ma,为中新统与上新统的分界线。地震上,SB5界面之上可见侵蚀过路水道发育,界面之下在W1井附近见大规模、高角度削截现象（SQ4被其削截尖灭）,W4井处可见界面上下岩性由泥岩突变为粉砂岩沉积（图4）。

综合利用岩心相、测井相、地震相及RMS振幅属性分析等手段,在区内中新统识别出A、B1、B2、B3、C、D等6种主要的岩相组合,分别解释为块体搬运（MTD）、侵蚀过路水道（IC）、受限侵蚀水道（RC）、弱受限侵蚀—加积水道（WRC）、天然堤（NL）及朵叶体（SL）等6种重力流沉积单元（图5）。

Figure 5.  Identification of major sedimentary units from the Miocene gravity flow deposits in block X, Lower Congo Basin (see well locations in Fig.1)

岩相组合A在岩性上表现为泥、砂、砾混杂堆积,发育侵入体、滑塌褶皱等^[22]；GR曲线呈下漏斗—上钟形的复合旋回,齿化且顶底突变；地震剖面上表现为弱振幅、低频、连续性差,杂乱反射构型,底部见侵蚀作用^[23⁃24]；RMS振幅属性上局部见侵蚀擦痕发育或呈斑点状,总体解释为块体搬运沉积（图5）。块体搬运主要包括滑动体、崩塌体和块体流^[25],多见于坡度较陡的陆架边缘—上陆坡（X区块大体位于中陆坡,未见大规模块体搬运发育）。

岩相组合B1在岩性上以半深海/深海泥质充填为主,多发育块状构造；GR曲线呈低幅高值,齿化；地震剖面上表现出弱振幅、高频、连续性中等,具V形深切水道特征,侵蚀河道充填为主,宽、深比值很小,孤立而随机发育；RMS振幅属性上呈平直的窄条带状（弯曲度很低）,总体可解释为侵蚀过路水道（图5）。侵蚀过路水道反映强烈的重力流侵蚀过路,多发育在坡度较陡（或变陡）的地貌区,对应浊流体系的上段或顶端^[26]。

岩相组合B2在岩性上表现为含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩和泥岩沉积,发育平行层理、交错层理；GR曲线呈箱形,顶底突变；地震剖面上呈强振幅、中频,连续性中等,具U形侵蚀水道特征,宽、深比值较小,以侵蚀充填为主,底部侵蚀作用强烈^[15]；RMS振幅属性上呈平直的宽条带状,总体解释为受限侵蚀水道或水道复合体（图5）。受限侵蚀水道反映较强的重力流侵蚀作用,对应地貌坡度较陡,构成完整浊流体系的中上段^[26]。

岩相组合B3在岩性上以含砾细砂岩、粉砂岩沉积为主,发育递变层理、平行层理（对应鲍马序列a段和b段）；GR曲线呈箱形—漏斗形,多期正旋回垂向叠置^[15]；地震上可见“强振幅、低频、连续性好及丘状反射构型”的地震相特征,加积充填为主,底部具有较弱的侵蚀作用,顶部上凸,宽、深比值中等；RMS振幅属性上呈窄条带状且弯曲度较大（可能是湍流占据主导所致）,总体解释为弱受限侵蚀—加积水道（图5）。弱受限侵蚀—加积水道的发育意味着地貌坡度变缓、重力流作用弱化,其对应于完整浊流体系的中下段^[26]。

岩相组合C在岩性上以薄层粉砂岩与泥岩互层,发育消褪波纹层理,生物扰动稀疏；GR曲线呈指状、锯齿状^[15]；在地震剖面上,可见“强振幅、中频、连续性较好的楔状反射构型”；RMS振幅属性上可见其呈条带状,分布于水道两侧,总体解释为天然堤沉积（图5）。天然堤的发育指示重力流侵蚀作用较弱,流体得以漫过堤岸而产生溢流,天然堤多与弱受限侵蚀—加积型水道相伴生,对应于完整浊积体系的中下段。

岩相组合D在岩性上以细砂岩、粉砂岩沉积为主,发育薄层泥质夹层,见波状层理、平行层理；典型GR曲线呈漏斗形,齿化；在地震剖面上,可见“强振幅、低频、连续性”较好的透镜状反射或丘状反射,底界面几乎无侵蚀作用,宽、深比值大,以加积充填为主^[15]；RMS振幅属性上可见朵叶状,总体解释为朵叶体（图5）。朵叶体的发育指示沉积物易于发生“分流、卸载”的平缓古地貌,对应于完整浊流体系的末端/下段^[26]。

考虑到区内三维资料全覆盖,本次主要是基于RMS振幅属性切片（切片位置为层序底界面向上10 ms左右）分析并结合地震—连井沉积相对比（图3,4）,对各个三级层序低位体系域深水重力流沉积的平面分布特征进行刻画（高位体系域多发育深海/半深海泥岩,其沉积特征不作为本次研究的重点）。

SQ1低位体系域时期,重力流沉积主要分布在研究区东部拉张区以及中部过渡区,轴向为北西—南东向,沉积单元类型包括弱受限侵蚀—加积水道、天然堤及朵叶体,其中朵叶体明显占据主导地位（图6a）。在拉张区（发育张性断层和盐筏）,可见至少2条弱受限侵蚀—加积水道从研究区东南部向西北方向推进、演化为大型朵叶体（覆盖大半个拉张区）；进入过渡区以后,因拉张区边缘张性断层的发育（图3,W5井附近可见张性断层非常发育）,陆坡坡度变陡,致使重力流作用加强,朵叶体开始分化为多个弱受限侵蚀—加积水道并向前推进,后因能量减弱或受到挤压区边缘大量盐构造（多个盐构造呈北西—南东向,近乎连成一排）的影响而再次发生卸载堆积,形成了小型朵叶体（单个面积不超过150 km²）,粗粒碎屑最终并未突破“盐墙”而搬运至西部挤压区。

Figure 6.  Evolution of gravity deposits in block X based on RMS (root mean square) amplitude slice analysis, Lower Congo Basin

SQ2低位体系域时期,重力流沉积在区内的拉张区、过渡区及挤压区均有发育,轴向为北西—南东向,沉积单元类型包括侵蚀过路水道、弱受限侵蚀—加积水道、天然堤以及朵叶体等,其中弱受限侵蚀—加积水道与朵叶体占据主导地位（图6b）：在拉张区,可见2~3条弱受限侵蚀—加积水道从研究区东南向西北方向推进而堆积为多个大规模朵叶体（覆盖大半个拉张区）；进入过渡区以后,朵叶体分化出多条侵蚀过路水道并向前演化为大量高弯度的弱受限侵蚀—加积水道（伴生天然堤）,这些水道大部分在未推至挤压区与过渡区分界线时可能就已经开始发生卸载、堆积,形成小规模朵叶体（最大面积不超过400 km²）,也有部分水道绕过盐构造或在盐构造之间穿过而进入挤压区发生卸载、沉积。

SQ3低位体系域时期,重力流沉积主要发育在研究区北部,轴向为北西西—南东东向,沉积单元类型包括侵蚀过路水道、受限侵蚀水道、弱受限侵蚀—加积水道、天然堤以及朵叶体,其中受限侵蚀水道与朵叶体明显占据主导地位（图6c）：在拉张区,至少发育3个朵叶体,南部的2个朵叶体发育规模较小（单个朵体的面积约150 km²）,北部朵叶体发育规模较大（面积约750 km²）并向前继续推进,其在过渡区东侧边缘,分化出至少4条侵蚀过路水道并向前演化为大规模的受限侵蚀水道（弯曲度较低）；受限侵蚀水道携带沉积物继续向前推进,最终穿过过渡区并在挤压区东侧边缘受到盐构造的限制作用,分化出小规模弱受限侵蚀—加积水道,但向前推进距离有限,迅速堆积成朵叶体。

SQ4低位体系域时期,重力流沉积几乎遍布整个研究区,轴向呈东西向,沉积类型主要包括侵蚀过路水道、受限侵蚀水道、弱受限侵蚀—加积水道、天然堤及朵叶体,其中侵蚀过路水道和朵叶体等占据主导地位,前者主要发育在拉张区,后者主要发育在过渡区以及挤压区（图6d）：拉张区的东部发育多个朵叶体,向前演化为多条孤立的侵蚀过路水道,呈平直窄条带状（宽度约1 km）,两边见侵蚀所致的天然堤；向过渡区推进,侵蚀过路水道演变为受限侵蚀水道、弱受限侵蚀—加积水道以及大面积的朵叶体沉积；进入挤压区,盐构造非常发育,由过渡区朵叶体分化出来的重力流水道在其制约作用下发生改向、卸载并迅速堆积成大型朵叶体。

SQ1~SQ2,重力流沉积体系的轴向仍为北西—南东向,拉张区仍发育大规模朵叶体,过渡区由小规模朵叶体转变为弱受限侵蚀—加积水道,挤压区从泥岩沉积转变为小型朵叶体,主导沉积单元类型由朵叶体转变为弱受限侵蚀—加积水道。SQ2~SQ3,重力流沉积体系的轴向由北西—南东向转变为北西西—南东东向且集中发育在研究区北侧,拉张区仍以朵叶体为主,过渡区从弱受限侵蚀—加积水道转变为受限侵蚀水道（主导沉积单元类型）,过渡区变化不大。SQ3~SQ4,重力流沉积体系的轴向由北西西—南东东向转变为东西向,且分布范围有所增大,拉张区由朵叶体转变为侵蚀过路水道（主导沉积单元类型）,过渡区从发育受限侵蚀水道为主转变为以发育朵叶体为主,挤压区变化不大。

SQ1~SQ4,区内重力流沉积体系（不考虑区内发育较少的块体搬运时,一个完整的重力流沉积体系主要包括上段/顶端的侵蚀过路水道、中上段的受限侵蚀水道、中下段的弱受限侵蚀—加积水道及天然堤复合体和下段/末端的朵叶体等4部分）在区内均多期、重复发育,总体呈现出北迁、进积（主导相单元类型由朵叶体先后向弱受限侵蚀—加积水道、受限侵蚀水道和侵蚀过路水道演替）的演化特征。

关于深水沉积演化的控制因素响应,前人多习惯于从构造（包括构造运动引起的古地貌变迁或坡度变化）、物源、气候和海平面变化等4方面加以并列性阐述^[27]。本次则尝试从深水物源供给、陆缘结构及陆坡坡度变化等3个层面,对下刚果盆地中新统深水重力流沉积演化的控制因素加以分级探讨,同时注重将下刚果盆地与我国南海珠江口盆地、巴西圭亚那盆地及西非科特迪瓦盆地发育的深水重力流沉积特征作差异对比。

全球古气候变冷、西非陆缘隆升致使海平面下降及刚果河复苏,最终诱发深水物源供给增加,是区内中新统重力流体系“进积”的先决要素。始新世末/渐新世初（约34 Ma）,全球古气候变冷,海平面高频、高幅振荡（总体下降）,导致“造礁生物”的生存环境急剧恶化且风化、剥蚀作用明显增强,致使西非陆缘的沉积样式由碳酸盐岩加积突变为碎屑岩进积^[28⁃29]；晚渐新世—早中新世（约23 Ma）,因板块碰撞^[30]或地幔柱上涌^[31],西非陆缘发生持续隆升（在19~15 Ma隆升速率高达5 m/Myr,在晚中新世末隆升高度已达400 m）（图2）并暴露剥蚀,使得刚果河（世界第二大河流,流域面积36.9×10⁵ km²）复苏^[11]、逐渐北移并携带大量陆源碎屑向西注入下刚果盆地（在早中中新世沉积速率达10×10⁵ kg/My）^[32]；早中新世,古气候虽略有回暖,但在早中新世末（约16 Ma）正式建立起全球冰期事件并持续到3.4 Ma,期间海平面连续下降近百米（图2）,这不仅加剧了陆架暴露和大陆风化剥蚀作用,同时缩短了沉积物向深水搬运的距离,最终引发更多的物源搬运至深水,从而形成大规模的中新统深水重力流沉积并总体呈现“进积”。

下刚果盆地漂移早期形成的陆缘结构（陆架掀斜、陆坡宽缓）,制约着陆源碎屑主体在宽缓陆坡上堆积并形成斜坡扇（而非陆架三角洲或坡底扇）。随着非洲板块与南美洲板块由南向北发生裂解,东西向的拉张应力致使安哥拉地区的岩石圈在伸展—薄化阶段发育大型拆离断层（可能与岩石圈的刚度较弱有关）,最终在漂移早期形成宽陆架、缓陆坡的拉张型陆缘结构^[33]。这种宽缓的陆缘结构,匹配以充足的物源供给,本应像我国南海珠江口盆地一样发育由大型陆架三角洲—斜坡水道—斜坡扇构成的深水“源—汇”系统^[9]。然而,后期的构造隆升（图2）致使陆架掀斜并遭受剥蚀^[34],大量沉积物无法在陆架上堆积、形成大规模三角洲,而是发生失稳、活化并继续向陆坡搬运（形成块体搬运）,后因流速加大,以湍流形式在宽缓陆坡上长距离搬运、发育大规模斜坡扇^[35],这与圭亚那、科特迪瓦盆地（窄陆架、陡陆坡的转换型陆缘结构）陆缘层发育大规模坡底扇形成了强烈对比^[36]。

下刚果盆地宽缓陆坡上发育的大型张性断层（拉张区）和大量盐构造（过渡区、挤压区）致使盆地古地貌或陆坡坡度发生变化,其控制重力流作用的强弱,从而影响沉积分散过程和砂体横向分布^[37]。陆坡坡度变大时,重力流作用增强而易于发生过路、侵蚀,反之重力流作用减弱而易于发生分流、卸载^[8]。在研究区拉张区与过渡区分界处,大型张性断层的发育致使坡度变陡,可见朵叶体向前迅速分化出多条侵蚀过路水道（图3、图6d）；在过渡区与挤压区分界处,大量盐构造的发育对重力流的推进有着重要的改向、限制及封堵作用^[15],可见水道分流卸载为大型朵叶体（图6d）。因此,宽缓陆坡的坡度变化控制着不同类型重力流沉积单元的多期、交替发育,即多个次级坡折对应多个小型浊流体系（图6c,d）。

（1） 下刚果盆地X区块中新统重力流沉积主要发育块体搬运、重力流水道（细分为侵蚀过路水道、受限侵蚀水道、弱受限侵蚀—加积水道等）、天然堤及朵叶体等沉积单元类型。

（2） 中新世,区内重力流沉积的轴向由NW—SE向渐变为E—W向,主导沉积单元类型从“朵叶体”先后向“弱受限侵蚀—加积水道”、“受限侵蚀水道”及“孤立过路水道”演化,整体呈现北迁、进积。

（3） 构造隆升、气候变冷及海平面下降所致的深水物源供给增加是区内中新统大型重力流沉积发育并进积的先决要素,陆缘结构及陆坡坡度制约沉积分散过程和砂体平面分布。