喀麦隆近海大陆边缘BSR 及输导系统的高分辨率三维地震特征

高分辨率三维地震数据分析显示,喀麦隆近海的大陆边缘在940~1750m的水深范围内首次发现的指示天然气水合物存在的似海底反射层(BSR)。似海底反射层覆盖350km2的范围,深度位于海底之下104~250m,BSR的埋深随水深的增加而增加。紧邻BSR底部的强振幅指示自由气的存在。自由气位于似海底反射层下部的薄层砂岩中,水合物起到圈闭自由气体的作用。按照形态和分布特征观察到的海底麻坑可以分为三类。

1引言

本研究表明,喀麦隆近海深水区域存在与天然气水合物相关的似海底反射。在合适的温度和压力条件下,饱含甲烷的孔隙水可形成甲烷水合物。根据以下五条标准,与天然气水合物相关的BSR进行识别:(1)地震反射极性的改变(与海底极性相反);(2)存在与地层反射界面斜交的反射界面。然而,当斜交角度小时,由于反射波之间的干涉,斜交相位的极性难以判断;(3)位于特定的深度(压力)和温度范围内。该温压条件定义了络合物-水的相平衡曲线;(4)地震反射特征的变化,如与BSR之下振幅相比,BSR之上普遍的振幅空白或降低;(5)BSR之下由于自由气体的存在而形成亮点反射异常。

本次研究,我们观察到了许多上述特征和一些其他特征,包括特殊的空白带内的强振幅反射。这些特殊的强振幅反射在BSR之上80ms TWT的位置达到最高。本论文利用高品质3D地震数据去描述喀麦隆南部近海区深水陆坡内新发现的BSR的特征,同时描述了 BSR与陆坡地形、流体相关构造和陆坡层序内地层变化的关联。接着,我们讨论了流体储存、运移和形成BSR的可能控制因素。

图1 喀麦隆大陆边缘(西非)和研究区(红色)位置图

2地震层序分析

2.1区域分布

研究区的特点是平缓的大陆边缘(海底坡度小于3.4°),距离海岸线大约40km。两类陆坡被沿着研究区中央延伸的北东-南西向线条分开(图2和图3)。

图2 研究区的海底倾角图

图3 BSR 的分布叠加在海底双程旅行时间图上

2.2内部地震层序的划分

本研究聚焦在上新世到海底的浅层沉积。基于地震反射、终止特征与边界面的属性,上新世到海底的浅层沉积可以分为两套单元即单元1和单元2(图4)。

图4 沿着冲蚀沟4 向下坡方向延伸的地震剖面

为了识别和解释与低角度陆坡相关的高振幅反射特征,根据反射强度和几何特征,单元1通过5个界面可分为6个子单元(即单元A-F)(图5),并且绘制有每套地层子单元的最大振幅分布图(图6)。

图5 地震剖面显示了单元1 内(KS_10 到KS_20 之间)的5 个子界面

图6 子单元A 到F 的最大振幅图

3流体相关的特征

3.1似海底反射(BSR)

3.1.1地震特征

在喀麦隆大陆坡海底下方200 ms TWT观测到一个异常的地震反射。该反射具有如下的特征:1.该反射横切主地层反射面,且区域范围内近似平行于海底(图7)。2.该反射的极性与海底相反,(图4)振幅多变(图8b)。3.随着水深的增加,该反射在海底之下的深度也增加(图7)。但冲蚀沟发育区例外,它不遵循的主要趋势,稍后将讨论。该反射在现代海底下面的深度变化在126 m到235 m之间。4.在两类陆坡上都可以看到与下覆反射振幅相比,该反射之上出现“空白带”或地震振幅的降低。5.当被该反射横切时,地层的反射极性在局部发生变化(图7)。6.异常反射面积大致与丰富的海底麻坑的面积一致(图2)。7.在流体管道通过它的地方,该反射上拉;在海底冲蚀沟下部,该反射则下拉(图9)。

图7 穿过低角度陆坡区的地震剖面显示BSR横切地层反射

图8(a)海底之下100 ms的均方根振幅图显示最近的沉积物源仍然是从东北向东,该物源从上新世以来一直持续至今。(b)BSR的振幅图显示BSR 的范围和振幅变化(蓝色:强振幅BSR;灰色:弱BSR)。BSR显示出非常突然的变化即从高角度陆坡区的弱振幅变为低角度陆坡区的强反射,如横剖面AB所示。强BSR呈东北-西南向展布,与BSR之下的扇体-水道复合体相关。垂向叠置的水道是扇体-水道复合体的一部分,但它向东延伸,并与冲蚀沟3相关。

图9 冲蚀沟2 和3 周围三类麻坑的海底倾角图(a)和地震剖面图(b–d)

3.1.2相关的振幅异常

观察到天然气水合物稳定带内亮点的振幅异常,并表现为BSR速度上拉。它们仅仅出现在低角度陆坡区(图9和图10)。

图 10 地震剖面显示强振幅到亮点反射间的关系

3.2麻坑的地震特征

在海底观察到一些最有特色和最有趣味的圆形至椭圆形的凹陷。这是由海底沉积物中流体逃逸和变形导致的海底洼地。基于麻坑的分布、大小、形状和密度,现代海底可识别出三种不同样式的麻坑。它们是:(1)单个麻坑、(2)麻坑链和(3)麻坑群(图2和图9)。

3.3流体运移的地震特征

我们认为近海底含水合物的沉积物中的气体聚集会导致超压浮力。这是研究区浅层沉积物中产生汇聚型流体的主要的机制之一。这被上陆坡出现的汇聚型流体特征如麻坑和管道所支持。千米级规模的喷发通道表明是运移有效的,支持从深部储层向浅层存在活跃的油气系统。麻坑和烟囱的丰度表明,足够量的气体己被充入储层,可以诱发水力压裂产生超压。

4结论

本研究首次描述了喀麦隆大陆边缘广泛分布的自由气和天然气水合物产出层及其相关的地层载体和密封输导系统。开展此项调查研究是为了理解BSR的性质和相关的地下流体流动。研究成果丰富了对BSR特征、斜坡失稳的理解,也对该地区未来的钻探提高了风险意识。

天然气水合物相关的BSR特征、BSR形成的控制因素及流体输导系统的主要结论概述如下:

?与天然气水合物有关的BSR横跨两类陆坡,覆盖的区域在350 km2以上,水深在940~1750 m之间。BSR位于海底以下的深度在0.12~0.28 s TWT(104 ?250 m)之间。BSR的深度随水深增加而增加。

?BSR的广泛性和连续性表明大量的气体己经运移到天然气水合物稳定带内并形成水合物。

?水合物稳定带内的亮点被解释为含有高浓度的天然气水合物沉积。它们与上新世扇体-水道复合体的顶部重合,表明岩性(孔隙度和渗透率)与运移机制和存储有关系。

?BSR的振幅跨越两类陆坡后强度发生显著变化。这与圈闭在BSR下方的游离气体相关。在低角度陆坡区(LGS)观察到强振幅的BSR。该BSR与紧靠BSR之下的上新世扇体-水道复合体相关。BSR在高角度陆坡区(HGS)振幅弱,可解释为天然气水合物稳定带盖层下缺乏游离气体所致。这是由于高角度陆坡区细粒沉积具有低孔隙度/渗透率。

?数个海底冲蚀沟中的一条冲蚀沟(冲蚀沟3)内,BSR深度变浅,这与麻坑链的存在有关。BSR的变浅可能是汇聚型流体供给造成局部温度异常所 致。这种温度异常可能被冲蚀沟内的侵蚀/沉积作用所增强。

?海底麻坑的形态多样,从圆锥形到平底形各不相同。这表明流体流动仍 然是活跃的,或者最近活跃过。麻坑可能是更新世时期海平面变化和气体充 注到储层引起沉积物内的局部孔隙水超压所致。

刘杰 译自:Anh Ngoc Le, Mads Huuse, Jonathan Redfern, Rob L. Gawthorpe, Duncan Irving. Seismic characterization of a Bottom Simulating Reflection (BSR) and plumbing system of the Cameroon margin, offshore West Africa. Marine and Petroleum Geology, 2015, 68: 629-647. (代金友 审)

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