許曉明,于水,駱宗強(qiáng),康洪全 (中海油研究總院,北京 100027)

北卡那封盆地與波拿巴盆地大氣田形成條件對(duì)比研究

許曉明,于水,駱宗強(qiáng),康洪全 (中海油研究總院,北京 100027)

從北卡那封盆地和波拿巴盆地構(gòu)造演化、沉積演化、烴源巖、儲(chǔ)蓋組合、圈閉條件、成藏過(guò)程和保存條件等方面的差異分析入手,經(jīng)過(guò)綜合評(píng)價(jià)得出,澳大利亞西北陸架具有大型氣田形成的條件,即充足的氣源、良好的儲(chǔ)層、有效的蓋層、有利的成藏條件配置和晚期成藏。同時(shí)通過(guò)對(duì)比也發(fā)現(xiàn),2個(gè)盆地成藏條件仍具有一定的差異,北卡那封盆地發(fā)育了2套重要的烴源巖,多套的成藏組合,后期構(gòu)造活動(dòng)弱,保存條件優(yōu)越,勘探前景巨大。

大氣田;形成條件;波拿巴盆地;北卡那封盆地

北卡那封盆地和波拿巴盆地均位于澳大利亞西北陸架,北卡那封盆地位于西北陸架的最南端,先后發(fā)現(xiàn)油氣藏194個(gè)(油田121個(gè),氣田73個(gè)),石油儲(chǔ)量4016百萬(wàn)桶(mmb),天然氣儲(chǔ)量117萬(wàn)億立方英尺 (TCF),大型油田2個(gè),大型氣田10個(gè)。波拿巴盆地位于澳大利亞西北陸架的北部,盆地大致呈三角形,勘探總面積32.9×104km2,先后發(fā)現(xiàn)油氣藏72個(gè)(油田34個(gè),氣田38個(gè)),石油儲(chǔ)量1885.2mmb,天然氣儲(chǔ)量43.95TCF,大型氣田4個(gè)。對(duì)比研究2個(gè)盆地大型氣田的形成條件與分布規(guī)律,不僅能豐富國(guó)內(nèi)被動(dòng)大陸邊緣盆地大氣田形成條件理論,而且對(duì)澳大利亞西北陸架評(píng)價(jià)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征對(duì)比

1.1 構(gòu)造演化特征

北卡那封盆地和波拿巴盆地古生代同屬于岡瓦納古陸,后期演化成為被動(dòng)大陸邊緣盆地,其構(gòu)造演化與岡瓦納大陸的解體有著密切的關(guān)系[1]。2個(gè)盆地都屬于疊合盆地,早期為克拉通內(nèi)盆地,晚期隨著岡瓦納大陸的解體演化為被動(dòng)大陸邊緣盆地,經(jīng)歷了克拉通內(nèi)盆地階段,大陸裂谷作用階段和漂移階段。2個(gè)盆地都經(jīng)歷了多期裂谷,對(duì)盆地的油氣分布具有重要的影響。北卡那封盆地經(jīng)歷了2期裂谷,牛津期開(kāi)始了第1次裂解作用,牛津階不整合面的底部代表了大陸分離、洋殼的擴(kuò)張及Argo深海平原(海底大盆地)的形成;第2次裂解作用,發(fā)生于凡蘭吟期,Exmouth高地西南大陸開(kāi)始分離,在分離過(guò)程中,Exmouth次盆和Exmouth高地構(gòu)造反轉(zhuǎn)。波拿巴盆地經(jīng)歷了3次拉張,古生代裂谷經(jīng)歷了2期拉張,晚泥盆-早石炭世裂谷形成Petrel次盆地以及晚石炭-二疊紀(jì)經(jīng)歷第2次裂谷。中生代經(jīng)歷了1次裂谷,盆地從北西-南東走向的古生代構(gòu)造格局轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|-南西走向的中生代構(gòu)造格局。

2個(gè)盆地裂陷作用開(kāi)始時(shí)間不同,北面早于西南面,波拿巴盆地從晚泥盆世開(kāi)始,北卡那封盆地是早侏羅世開(kāi)始。兩盆地裂谷演化結(jié)束時(shí)間大體一致,從早白堊世開(kāi)始,印度板塊與澳洲板塊完全分離,在澳大利亞西北邊緣形成洋殼,至此進(jìn)入大陸邊緣演化階段。中新世-上新世歐亞板塊和澳大利亞板塊相碰撞,產(chǎn)生區(qū)域擠壓作用,造成波拿巴盆地區(qū)域構(gòu)造反轉(zhuǎn),中生代老斷層活化[2,3],而此時(shí)北卡那封盆地構(gòu)造穩(wěn)定,使得北卡那封盆地后期保存條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于波拿巴盆地。

1.2 沉積演化及地層展布特征

北卡那封盆地和波拿巴盆地沉積演化都經(jīng)歷了局限海-河流、三角洲-開(kāi)闊海的過(guò)程,被動(dòng)裂谷層序都由海相、河流-三角洲、邊緣海沉積物組成,并且是盆地內(nèi)重要的烴源巖和儲(chǔ)集層。漂移層序均以海相泥巖、碳酸鹽巖沉積為特征,局部發(fā)育砂巖,是盆地內(nèi)最好的區(qū)域性蓋層[4]。北卡那封盆地在克拉通內(nèi)坳陷階段發(fā)育了一套陸表海-河流三角洲砂泥巖交互的碎屑巖沉積建造,而波拿巴盆地前裂谷層序則為廣泛分布的蒸發(fā)巖沉積。北卡那封盆地自三疊紀(jì)晚期到早白堊世有多個(gè)三角洲發(fā)育,而波拿巴盆地三角洲發(fā)育主要集中在早侏羅世-早白堊世,主體在侏羅紀(jì)時(shí)期。北卡那封盆地多期發(fā)育的三角洲為大氣田的形成提供了多套生儲(chǔ)蓋組合,相比較而言,發(fā)現(xiàn)大氣田個(gè)數(shù)更多,層位更加廣泛。

2 成藏基本要素對(duì)比

2.1 烴源巖條件

北卡那封盆地和波拿巴盆地都存在一套被動(dòng)裂谷層序發(fā)育的中-下侏羅統(tǒng)海相泥巖,有機(jī)質(zhì)豐度高,有機(jī)質(zhì)類型均為Ⅱ2和Ⅲ型,主要生成天然氣和凝析油,在盆地大部分區(qū)域已經(jīng)成熟,是西北陸架一套重要的烴源巖。漂移層序發(fā)育的白堊系泥巖大部分未成熟,對(duì)盆地生烴貢獻(xiàn)較小。北卡那封盆地具有侏羅系和三疊系2套有機(jī)質(zhì)豐度高的烴源巖,而波拿巴盆地僅侏羅系1套有機(jī)質(zhì)豐度高的烴源巖 (圖1),因此北卡那封盆地生烴能力較強(qiáng),生烴量更多,這是此盆地發(fā)現(xiàn)更多大氣田的重要原因之一。

圖1 澳大利亞西北陸架三大富氣盆地?zé)N源巖w(TOC)與深度交會(huì)圖

北卡那封盆地中-晚三疊世發(fā)育的Mungaroo組是一套河流、三角洲相沉積,砂泥巖互層,其烴源巖總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))在平面上都以Scarborough氣田和Jansz氣田為中心,向四周遞減。在Exmouth高地和Rankin臺(tái)地有機(jī)質(zhì)豐度最高,Scarborough氣田的西北側(cè),w(TOC)大于6.0%,為優(yōu)質(zhì)的烴源巖。Mungaroo組泥巖的成熟度整體較高,尤其是在Exmouth高地和Rankin臺(tái)地,少數(shù)烴源巖可以達(dá)到高成熟階段。在這2個(gè)區(qū)域發(fā)現(xiàn)的特大型、大型氣田Scarborough、Jansz、Geryon、Maenad、Thebe、Iago等,其天然氣儲(chǔ)量有上萬(wàn)億立方英尺,伴生的凝析油儲(chǔ)量也達(dá)幾千萬(wàn)桶,其主要烴源巖就是中上三疊統(tǒng)Mungaroo三角洲平原相含煤泥巖。

2.2 儲(chǔ)蓋組合特征

波拿巴盆地大氣田主要來(lái)源于侏羅系Plover組自生自儲(chǔ)式儲(chǔ)蓋組合,古生界、三疊系和白堊系油氣總的儲(chǔ)量?jī)H占全盆地油氣總儲(chǔ)量的3%。Plover組為自生自儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合,烴源巖和儲(chǔ)層均為Plover組,蓋層有區(qū)域性蓋層(白堊系BathurstIsland群),也有層間蓋層,以產(chǎn)氣為主,圈閉類型為地壘、斷背斜和掀斜斷塊。目前,在該生儲(chǔ)蓋組合中已發(fā)現(xiàn)了4個(gè)大型氣田,分別為:Bayu/undan、EvansShoal、Sunrise-Troubadour、Abadi。下-中侏羅統(tǒng)Plover組屬于河流-三角洲相沉積,平面上這套儲(chǔ)層分布廣泛,在Vulcan次盆、Sahul次盆、Sahul臺(tái)地和Malita地塹等均有分布[5]。Plover組儲(chǔ)層物性較好,在3700m左右孔隙度仍然在10%左右,滲透率在3700m仍有部分樣品能達(dá)到100mD,最高達(dá)2000mD(圖2)。

圖2 波拿巴盆地Plover組砂巖孔隙度和滲透率與深度交會(huì)圖

北卡那封盆地具有3套生儲(chǔ)蓋組合,白堊系下生上儲(chǔ)型,代表大型氣田:Gorgon和Scarborough;侏羅系自生自儲(chǔ)、下生上儲(chǔ)型,代表大型氣田:Perseus和Jansz;三疊系自生自儲(chǔ)型,代表大型氣田:North Rankin、Goodwyn和Gorgon(表1)。白堊系下生上儲(chǔ)型組合是由白堊系砂巖聚集下覆侏羅系和三疊系烴源巖形成的油氣成藏,儲(chǔ)層為下白堊統(tǒng)Barrow群三角洲砂巖,主要集中分布在Barrow次盆和Exmouth高地南部,蓋層為分布廣泛的白堊系厚層頁(yè)巖Muderong組。Barrow群是在Valangian-Berrsian時(shí)期發(fā)育的三角洲沉積,在其前端發(fā)育濁積體[6],Scarborough氣田就是在此濁積體中發(fā)現(xiàn)的巖性氣藏。整體來(lái)說(shuō)砂體物性特征較好,孔隙度和滲透率均較高,在4000m左右孔隙度仍然有15%左右。

北卡那封盆地侏羅系自生自儲(chǔ)、下生上儲(chǔ)型儲(chǔ)蓋組合,前者烴源巖為侏羅系A(chǔ)thol組泥巖和Dingo組黏土巖烴源巖,后者烴源巖為中-上三疊統(tǒng)Mungaroo組烴源巖,由深切入三疊系及以下地層的深大斷層、多期不整合面以及滲透性砂巖輸導(dǎo)層進(jìn)入到侏羅系河流-海相砂巖成藏。侏羅系儲(chǔ)集層分布受沉積環(huán)境控制,在全盆地均有此套河流-海相砂巖儲(chǔ)集層分布,大部分樣品孔隙度分布于17%～20%,滲透率集中分布在200～400mD,物性條件好。

北卡那封盆地三疊系自生自儲(chǔ)型是盆地大氣田發(fā)育最多的儲(chǔ)蓋組合模式,在盆地中發(fā)現(xiàn)的10個(gè)大型氣田中,有7個(gè)氣田的主要儲(chǔ)層就為中-上三疊統(tǒng)Mungaroo組。北卡那封盆地中-晚三疊世發(fā)育了厚層的Mungaroo組河流-三角洲相沉積,三角洲平原煤是盆地重要的烴源巖,而其河流三角洲相-邊緣海相砂巖形成了盆地主要的儲(chǔ)集層。Mungaroo組在Exmouth高地和Rankin臺(tái)地發(fā)育最厚,可達(dá)3～4km,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Mungaroo組的大氣田均位于這兩個(gè)區(qū)域。Mungaroo組砂巖物性較好,孔隙度最高可達(dá)34%,滲透率最高可達(dá)10D。Mungaroo組至少發(fā)育了4個(gè)沉積旋回,每個(gè)沉積旋回都是由代表辮狀河沉積的粗砂單元和代表泛濫平原沉積的泥巖、少量煤及細(xì)粒砂巖的單元成對(duì)組成,這種互層式的沉積使得北卡那封盆地形成了良好的三疊系自生自儲(chǔ)型生儲(chǔ)蓋組合。早期發(fā)育的構(gòu)造圈閉與Mungaroo組的生儲(chǔ)蓋組合相結(jié)合,再加上后期較弱的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),給大氣田的形成提供了充足的氣源、良好的儲(chǔ)層、優(yōu)質(zhì)的蓋層、大型圈閉以及有效的成藏配置,北卡那封盆地Exmouth高地和Rankin臺(tái)地的三疊系自生自儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合是西北陸架最有利于發(fā)現(xiàn)大氣田的區(qū)域。

_表1 北卡那封盆地已發(fā)現(xiàn)大氣田生儲(chǔ)蓋組合統(tǒng)計(jì)表

2.3 圈閉條件

北卡那封盆地圈閉類型分布與盆地構(gòu)造演化密切相關(guān),盆地經(jīng)歷了裂谷階段,形成了大量斷層。平面上,盆地中斷鼻、斷塊構(gòu)造發(fā)育,呈北東向展布,成排、成帶分布,部分構(gòu)造圈閉繼承性發(fā)育[7]。Exmouth高地在東西兩側(cè)斜坡構(gòu)造背景下,在其中部易形成巖性圈閉。垂向上,盆地三疊系斷層發(fā)育,以與斷層有關(guān)的構(gòu)造圈閉為主;侏羅系則多為構(gòu)造圈閉和地層圈閉;白堊系斷層不發(fā)育,Barrow群的主要圈閉為披覆背斜及濁積扇中的砂體尖滅和前三角洲砂巖形成的巖性圈閉,Scarborough氣田就是巖性圈閉的代表。由于西北陸架在大陸裂谷階段存在幾期大的區(qū)域性不整合,形成了不整合圈閉,或與構(gòu)造相結(jié)合形成了復(fù)合圈閉,侏羅系儲(chǔ)層的Jansz氣田就是典型的不整合面圈閉(表2)。

波拿巴盆地?cái)鄬訕O其發(fā)育,具有2次斷裂發(fā)育主要時(shí)期,這些斷裂大多數(shù)延續(xù)活動(dòng)到現(xiàn)今。斷塊圈閉在各個(gè)層位均有發(fā)育,背斜、不整合、巖性和復(fù)合圈閉也有發(fā)育,但數(shù)量較少,油氣儲(chǔ)量也很小。在侏羅系已發(fā)現(xiàn)的油氣大部分都儲(chǔ)存在斷塊圈閉中,盆地中斷塊圈閉大部分為兩條斷層或多條斷層所遮擋(表2)。在上部,埋深更淺的晚白堊世Puffin組以地層圈閉為主,且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Swan、東Swan和Birch油氣藏都屬于地層圈閉。

由于構(gòu)造演化的相似性,北卡那封盆地和波拿巴盆地圈閉條件極為相似,都以構(gòu)造圈閉為主,但仍?shī)A有巖性圈閉和地層圈閉等多種圈閉組合形式。不同之處在于波拿巴盆地構(gòu)造變動(dòng)更為復(fù)雜,其圈閉的組合也更加復(fù)雜,特別是Petrel次盆還存在與鹽構(gòu)造有關(guān)的構(gòu)造和地層圈閉[8](表2)。

2.4 成藏過(guò)程

北卡那封盆地和波拿巴盆地成藏過(guò)程具有相似性也存在差異 (表3)。相似性表現(xiàn)在:①兩盆地侏羅系烴源巖主要排烴期均為晚白堊世-現(xiàn)今,對(duì)油氣聚集成藏很有利。②兩盆地圈閉主要形成期是中晚侏羅世-晚白堊世,盆地主要生排烴期、圈閉形成期和成藏期配置良好,有利于油氣成藏。③兩盆地既有垂向運(yùn)移,也有側(cè)向運(yùn)移,垂向運(yùn)移的運(yùn)移通道為斷層和不整合面,側(cè)向運(yùn)移從生烴中心向周圍隆起或沿大陸架上傾方向運(yùn)移。④北卡那封盆地成藏關(guān)鍵時(shí)刻是早白堊世、古新世[9],波拿巴盆地成藏關(guān)鍵時(shí)刻是始新統(tǒng)、上新統(tǒng),兩盆地油氣藏均屬于晚期成藏,有利于氣藏的保存。

表2 北卡那封盆地和波拿巴盆地圈閉類型

表3 北卡那封盆地和波拿巴盆地成藏條件綜合對(duì)比表

北卡那封盆地和波拿巴盆地成藏過(guò)程差異性特征主要表現(xiàn)在:①北卡那封盆地由于在克拉通內(nèi)坳陷階段多發(fā)育了一套上-中三疊統(tǒng)Mungroo組烴源巖,其在晚三疊世-侏羅紀(jì)有一次排烴高峰,對(duì)盆地的油氣成藏有重要的貢獻(xiàn)。在Rankin臺(tái)地和Exmouth高地晚三疊、中晚侏羅形成的圈閉捕集了此時(shí)生成的油氣,形成了多處大型氣田[10,11]。而波拿巴盆地大型油氣田的烴源巖主要來(lái)源于侏羅系。②在中新世時(shí)期,澳大利亞西北陸架與歐亞板塊相碰撞,這種碰撞在波拿巴盆地最為強(qiáng)烈。這次碰撞事件使得早期形成的斷層重新活化,造成了油氣的散失,圈閉充滿度低。這次碰撞事件還將熱能經(jīng)過(guò)海水從帝汶島弧流入到波拿巴盆地中,加速了盆地中已有油氣藏的水洗作用,使得油氣散失[12]。

3 結(jié)論

1)北卡那封盆地和波拿巴盆地現(xiàn)今同為被動(dòng)大陸邊緣盆地,均具有優(yōu)越的石油地質(zhì)條件,兩者相似性表現(xiàn)在:盆地裂谷期同為重要的勘探層系,并且均發(fā)育河流-三角洲沉積,為盆地中重要的烴源巖、儲(chǔ)層;烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2和Ⅲ型,以生成天然氣和凝析油為主;漂移期發(fā)育了巨厚的海相頁(yè)巖,是2個(gè)盆地良好的區(qū)域性蓋層;圈閉類型以構(gòu)造圈閉為主,油氣分布集中。

2)北卡那封盆地和波拿巴盆地不同特征主要表現(xiàn)在:北卡那封盆地相比較波拿巴盆地,在拉通內(nèi)坳陷裂谷階段發(fā)育了一套三疊系河流三角洲沉積,這套三疊系地層形成了良好的自生自儲(chǔ)配置,為北卡那封盆地帶來(lái)了更豐富的油氣資源,并且盆地后期構(gòu)造活動(dòng)弱,保存條件優(yōu)越。

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TE121.1

A

1000-9752(2014)02-0006-06

2013-08-06

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05030-002)。

許曉明(1980-),女,2001年大學(xué)畢業(yè),博士 (后),工程師,現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作。