巴布亞盆地結(jié)構(gòu)-構(gòu)造特征及其與油氣聚集的關(guān)系

巴布亞盆地結(jié)構(gòu)-構(gòu)造特征及其與油氣聚集的關(guān)系

巴布羅盆地主要位于巴基斯坦，與澳大利亞海域接壤，油氣資源豐富。然而，由于地形技術(shù)條件差，目前的勘探水平很低。對(duì)于具有復(fù)雜構(gòu)造變形和較低勘探水平的含油氣盆地，構(gòu)造分析是最基本、最經(jīng)濟(jì)、最有效的手段。目前，對(duì)巴布羅盆地有限的結(jié)構(gòu)研究主要集中在papuan褶皺帶和海鷗站（kietal.，2006；kietal.，2009；kietal.，2010）。對(duì)于完整的盆地結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析，尤其是結(jié)構(gòu)與油氣積累之間的關(guān)系尚不清楚。因此，在對(duì)前人分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合地震線的詳細(xì)解釋?zhuān)瑢?duì)巴布羅盆地的結(jié)構(gòu)特征及其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)的描述?？紤]到盆地其他地質(zhì)條件，本文全面論述了巴布羅盆地的結(jié)構(gòu)特征及其與油氣積累的關(guān)系。1盆地新生代的演化過(guò)程巴布亞盆地是發(fā)育在澳大利亞板塊邊緣的中新生代盆地(圖1),構(gòu)造上處于澳大利亞板塊和太平洋板塊結(jié)合部,受控于澳大利亞板塊和太平洋板塊兩大板塊內(nèi)次級(jí)地塊的裂離和拼合(Wensinketal.,1989;AliandHall,1995;Norvicketal.,2001;HillandHall,2003),整體上經(jīng)歷了裂谷、裂后(被動(dòng)大陸邊緣)和前陸盆地3類(lèi)演化階段(圖2).盆地中生代早期為與岡瓦納古陸裂解相關(guān)的裂谷-裂后盆地,以海相、海陸交互相碎屑巖沉積為主.其中Imburu組海相頁(yè)巖和Toro組砂巖為區(qū)域優(yōu)質(zhì)的烴源巖和儲(chǔ)層;晚白堊世開(kāi)始受澳大利亞板塊不斷向北運(yùn)動(dòng)和珊瑚海海底擴(kuò)張的影響,巴布亞島和澳大利亞板塊分離,巴布亞盆地再次經(jīng)歷了裂谷-裂后演化階段,以海相頁(yè)巖和碳酸鹽巖沉積為主;中新世以來(lái)隨著澳大利亞板塊北移以及北部的太平洋板塊向南俯沖、碰撞,在澳大利亞西北大陸與古大洋俯沖帶之間的碰撞帶附近形成前陸盆地.2南北分帶巴布亞盆地呈北西向.作為澳大利亞板塊向北運(yùn)動(dòng)的前緣,盆地記錄了中新世以來(lái)澳大利亞板塊與太平洋板塊、菲律賓板塊的碰撞效應(yīng),發(fā)育成為典型的弧后前陸盆地.其結(jié)構(gòu)-構(gòu)造均十分復(fù)雜,整體上具有南北分帶的特點(diǎn)(圖1):北部為與弧-陸碰撞相關(guān)的造山帶;中部為由Papuan褶皺帶和Aure褶皺帶組成的沖斷-褶皺帶;南部構(gòu)造帶則由西部的Fly臺(tái)地和東部的Moresby坳陷組成,顯示出盆地東西部結(jié)構(gòu)存在差異性.這種東西差異還突出表現(xiàn)在與擠壓作用相關(guān)的逆沖斷裂的空間展布上(圖1).盆地逆斷層主要分布在Papua褶皺帶、Aure褶皺帶及其北部地區(qū).大致以這2個(gè)褶皺帶交匯處為界,斷裂走向發(fā)生明顯的變化——自西向東斷裂走向由北西向轉(zhuǎn)變?yōu)楸北蔽飨?差異性的構(gòu)造變形及其組合必然導(dǎo)致盆地東西部具有不同的結(jié)構(gòu)-構(gòu)造特征.2.1巴布亞盆地西部前人從不同的角度對(duì)盆地西部特別是Papuan褶皺帶的構(gòu)造樣式及運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行過(guò)研究,并取得了很多重要認(rèn)識(shí)(HillandKeetley,2004;CraigandWarvakai,2009;Hilletal.,2010).本文通過(guò)綜合分析認(rèn)為,盆地西部顯著構(gòu)造特征就是發(fā)育大規(guī)模的薄皮構(gòu)造.擠壓應(yīng)力作用以中生代泥頁(yè)巖為滑脫面,形成大規(guī)模逆沖推覆斷裂構(gòu)造,其鋒緣可延伸至Fly臺(tái)地北部,形成Papuan褶皺帶南部邊界(圖3).薄皮構(gòu)造使得該地區(qū)縱向上表現(xiàn)出明顯的“二元”結(jié)構(gòu)——滑脫面之上地層卷入到復(fù)雜多樣的逆斷層及其相關(guān)褶皺變形中,之下為構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的裂谷-裂后期地層.橫向上構(gòu)造變形也具有明顯的分帶性.根據(jù)構(gòu)造變形強(qiáng)度和構(gòu)造樣式組合特征,可以將巴布亞盆地西部自北向南劃分為4個(gè)構(gòu)造變形帶:沖斷帶、強(qiáng)烈褶皺帶(沖褶帶)、寬緩褶皺帶和穩(wěn)定臺(tái)地區(qū)(圖3).沖斷帶:位于最北端,包括北部造山帶.構(gòu)造變形以強(qiáng)烈沖斷為主,主要樣式包括雙重逆沖構(gòu)造、疊瓦沖斷構(gòu)造、斷彎褶皺,以及早期正斷層的強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)構(gòu)造等.地層產(chǎn)狀陡直,遭受強(qiáng)烈抬升剝蝕,可見(jiàn)中生代地層直接暴露地表.強(qiáng)烈褶皺帶(沖褶帶):位于Papuan褶皺南部,大致以推覆斷裂南部鋒緣為界與Fly臺(tái)地分界.構(gòu)造變形強(qiáng)度較沖斷帶有所減弱,以與擠壓斷層相關(guān)的褶皺構(gòu)造發(fā)育為特色,可形成較為完整的背斜構(gòu)造,典型的構(gòu)造樣式為斷展褶皺、疊瓦沖斷構(gòu)造和深部反轉(zhuǎn)構(gòu)造.寬緩褶皺帶:位于Fly臺(tái)地北段靠近Papuan褶皺帶區(qū),擠壓構(gòu)造變形進(jìn)一步減弱,不再發(fā)育強(qiáng)烈的逆沖構(gòu)造,主要構(gòu)造樣式一般為受反轉(zhuǎn)斷裂控制的大型寬緩背斜帶.穩(wěn)定臺(tái)地區(qū):位于Fly臺(tái)地南部地區(qū),基本沒(méi)有發(fā)生與擠壓應(yīng)力作用相關(guān)的斷裂-褶皺變形,早期北西向正斷層得以保存(圖1).2.2中部沖斷-褶皺帶與盆地西部相比,盆地東部不再發(fā)育大規(guī)模薄皮構(gòu)造,取而代之的是形成以Aure褶皺帶為前陸沖斷帶、以Moresby坳陷為前淵帶、以東部高地為前陸隆起和以Blight盆地為隆外凹陷的前陸盆地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖4、5).作為巴布亞盆地中部沖斷-褶皺帶的一部分,Aure褶皺帶構(gòu)造變形樣式顯示出與西部Papuan褶皺帶明顯的不同.Aure褶皺帶較Papuan褶皺帶明顯變窄,且主要以基底卷入的厚皮構(gòu)造為主,逆沖斷裂帶產(chǎn)狀陡直,上盤(pán)常發(fā)育緊閉褶皺.由北向南,褶皺帶具有橫向變窄、斷層越發(fā)陡直的變化特征(圖4,5).其南部為巨厚楔形新近紀(jì)前陸地層(前淵帶),向南、西南超覆于東部高地之上.東部高地(前陸隆起)整體表現(xiàn)為一個(gè)寬緩隆起,不發(fā)育大規(guī)模擠壓構(gòu)造變形,是巴布亞盆地生物礁的主要發(fā)育部位(圖4).縱向上,盆地東部也顯示出明顯的二元結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為前陸地層疊加在Darai弧后及其之下的裂谷-裂后期地層之上.前陸地層呈楔狀,向南西西快速減薄超覆于東部高地之上.中生代地層局限分布在各孤立的地塹-半地塹中.2.3盆地構(gòu)造演化與動(dòng)力學(xué)背景以上分析表明,現(xiàn)今的巴布亞盆地在結(jié)構(gòu)和構(gòu)造樣式上都具有明顯的東西差異性:西部以薄皮構(gòu)造為特色,發(fā)育大規(guī)模逆沖推覆構(gòu)造,構(gòu)造樣式以與擠壓作用相關(guān)的逆沖斷裂及其相關(guān)褶皺變形為主;而在東部則形成典型的前陸盆地結(jié)構(gòu),除Aure褶皺帶以外,基本不發(fā)育大規(guī)模的逆沖構(gòu)造.結(jié)構(gòu)、構(gòu)造上的差異預(yù)示著盆地東西部構(gòu)造演化和動(dòng)力學(xué)背景的不同(圖2,3,5).其發(fā)育演化可劃分為4個(gè)階段:岡瓦納裂谷-裂后階段(T?-K1):該階段巴布亞盆地東西部具有基本相同的演化過(guò)程.對(duì)應(yīng)于岡瓦納大陸裂解作用,盆地內(nèi)地塹、半地塹發(fā)育;中中侏羅世盆地進(jìn)入裂后熱沉降階段,是盆地西部主要烴源巖(Imburu組等)、儲(chǔ)層(Toro組等)和蓋層(Ieru下部等)的沉積時(shí)期.晚白堊世開(kāi)始,澳大利亞板塊東部發(fā)生裂解,盆地東南部的珊瑚海海底開(kāi)始擴(kuò)張,此時(shí)巴布亞盆地位于珊瑚海裂谷的肩部而遭受隆升剝蝕(Duddyetal.,1994;Norvicketal.,2001;Jablonskietal.,2006),在盆地東南部因抬升造成超過(guò)2000m地層被剝蝕,沿北西走向剝蝕量減小甚至不發(fā)生剝蝕作用.這種差異抬升剝蝕作用直接導(dǎo)致中生代地層在盆地西部廣泛分布而在東部大面積缺失.珊瑚海裂谷-裂后階段(K2-Oligocene):隨著澳大利亞板塊東部由南向北裂解作用持續(xù)進(jìn)行,在經(jīng)歷晚白堊世早期抬升剝蝕后,巴布亞盆地再次進(jìn)入裂谷-裂后盆地演化階段.至古新世開(kāi)始,盆地北部的所羅門(mén)海(SolomomSea)、俾斯麥海(BismarckSea)和加羅林海(CarolineSea)依次打開(kāi)(Jablonskietal.,2006),盆地處于裂后熱沉降階段.早漸新世末全球海平面下降,來(lái)自北部俯沖綜合作用使得巴布亞盆地再次遭受隆升剝蝕,特別是盆地西部地區(qū),幾乎缺失整套古近紀(jì)地層(Jablonskietal.,2006).達(dá)賴(lài)弧后階段(Early-MiddleMiocene):受控于澳大利亞板塊北部邊緣與美拉尼西亞島弧系的碰撞作用,該階段盆地整體處于弧后伸展部位接受沉降(Norvicketal.,2001).早期正斷層在局部重新活動(dòng),凹陷的發(fā)育與正斷層活動(dòng)有關(guān).前陸盆地階段(MiddleMiocene-Q):與北部美拉尼西亞島弧系的持續(xù)強(qiáng)烈碰撞,使得巴布亞盆地進(jìn)入前陸盆地演化階段.盆地東西部顯示出截然不同的演化過(guò)程,形成2種不同的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征.西部擠壓應(yīng)力作用以侏羅系地層底界為滑脫面,形成一條大規(guī)模的逆沖斷裂,發(fā)育典型的薄皮構(gòu)造;并在此基礎(chǔ)上發(fā)育大規(guī)模的沖斷-褶皺變形構(gòu)造帶,其鋒緣可延伸至Fly臺(tái)地北部,并使得盆地西部大范圍缺失晚中新世以來(lái)地層沉積.而在盆地東部則形成以Aure褶皺帶為前陸沖斷帶、以Moresby坳陷為前淵、以東部高地為前陸隆起帶和以Blight盆地為隆外凹陷的前陸盆地結(jié)構(gòu).Aure褶皺帶以基底卷入型逆沖構(gòu)造為主.綜上所述,巴布亞盆地東、西部整體上經(jīng)歷了基本相同的演化階段,但由于所處構(gòu)造部位不同,在這些演化階段中又體現(xiàn)出明顯的不同.其中對(duì)盆地分異演化影響重大的是晚白堊紀(jì)盆地遭受的東西差異性抬升剝蝕,造成中生代地層在西部連續(xù)分布而在東部大面積缺失現(xiàn)象.本文認(rèn)為,這套以泥頁(yè)巖為主的塑性層的存在與否是盆地后期東西部差異演化的主要原因,因?yàn)槠鋵?dǎo)致盆地東西部中中新世以來(lái)在區(qū)域擠壓應(yīng)力作用下表現(xiàn)出2種截然不同的構(gòu)造響應(yīng):盆地西部,這套廣泛分布的塑性層與其上下的剛性Darai灰?guī)r和基底組成“三明治”式的地層結(jié)構(gòu),擠壓應(yīng)力作用于這套塑性層滑脫的薄皮構(gòu)造(圖3);盆地東部,這套塑性層大范圍缺失、分布不連續(xù),難于形成大規(guī)?；摌?gòu)造,因此在Aure褶皺以發(fā)育基底卷入構(gòu)造為主,其南部巖石圈因負(fù)載而撓曲發(fā)育前淵帶和前陸隆起帶,形成典型的前陸盆地結(jié)構(gòu)(圖5).3巴布亞盆地油氣成藏規(guī)律及其油氣資源潛力結(jié)構(gòu)-構(gòu)造上存在的顯著差異必然導(dǎo)致巴布亞盆地東西部油氣聚集與分布不同.根據(jù)巴布亞盆地東、西部分各自結(jié)構(gòu)-構(gòu)造特征,綜合考慮烴源巖、儲(chǔ)層、蓋層等石油地質(zhì)因素,下面簡(jiǎn)要分析盆地油氣成藏規(guī)律及其油氣資源前景.3.1成熟烴源巖的配置對(duì)于褶皺-沖斷帶來(lái)說(shuō),其油氣成藏的關(guān)鍵因素是大規(guī)模成熟烴源巖是否存在、圈閉形成時(shí)間與油氣生成運(yùn)移時(shí)間是否匹配以及圈閉的保存條件是否符合等(Cooper,2007).一方面,大規(guī)模褶皺-沖斷構(gòu)造的發(fā)育使得盆地西部缺少中中新世以來(lái)的地層沉積,但中生代Imburu組泥頁(yè)巖等優(yōu)質(zhì)源巖廣泛分布,因此該地區(qū)以中生代含油氣系統(tǒng)為主.強(qiáng)烈的擠壓推覆作用在形成大量的構(gòu)造圈閉的同時(shí),還造成地層疊置加厚,導(dǎo)致下部烴源巖成熟而進(jìn)入生油(氣)窗.另一方面,隨著擠壓變形強(qiáng)度由北往南減弱,烴源巖之上疊置地層厚度也由北往南減薄,導(dǎo)致烴源巖成熟度和生烴強(qiáng)度由北向南逐漸降低,成熟烴源巖主要分布在Papuan褶皺帶及其北部地區(qū)(圖3).已有研究表明(Hill,2001;Boult,1997),侏羅系烴源在中新世進(jìn)入生油窗,現(xiàn)已達(dá)到生烴高峰并進(jìn)入早期氣窗階段,在上新世-更新世或更晚發(fā)生油氣充注,這與擠壓構(gòu)造圈閉形成期具有很好的匹配.如上所述,巴布亞盆地西部整體可劃分為4個(gè)構(gòu)造帶,由于各構(gòu)造帶所處構(gòu)造位置及其石油地質(zhì)條件不同,其油氣潛力也不一樣.其中,沖斷帶和強(qiáng)烈褶皺帶(沖褶帶)均位于生烴灶范圍內(nèi),但沖斷帶構(gòu)造變形太過(guò)強(qiáng)烈,圈閉保存條件差,不利于油氣聚集;而強(qiáng)烈褶皺帶內(nèi)構(gòu)造圈閉發(fā)育(包括早期正斷層反轉(zhuǎn)形成的構(gòu)造圈閉),保存也較為完整,形成較好的封蓋條件,且斷裂發(fā)育,有利于油氣運(yùn)移.前人研究也表明(Boult,1997),該地區(qū)主要的油氣運(yùn)移方式是油氣沿著斷裂垂向運(yùn)移進(jìn)入圈閉,因此該構(gòu)造帶是油氣成藏最有利部位.而對(duì)于Fly臺(tái)地(寬緩褶皺帶和穩(wěn)定臺(tái)地區(qū))來(lái)說(shuō),大部分地區(qū)離生烴灶較遠(yuǎn),中中新世以來(lái)擠壓構(gòu)造圈閉不發(fā)育;但其下部裂谷期形成的構(gòu)造圈閉可能接受來(lái)自褶皺帶油氣的長(zhǎng)距離運(yùn)移而成藏,具有一定的油氣潛力.總體來(lái)說(shuō),在巴布亞盆地西部地區(qū),以中生代含油氣系統(tǒng)和中中新世以來(lái)擠壓應(yīng)力形成的構(gòu)造圈閉為主,最有利油氣聚集區(qū)位于Papuan褶皺帶南部強(qiáng)烈褶皺帶(沖褶帶)部位.3.2盆地西部擠壓構(gòu)造圈閉模式在巴布亞盆地東部,一方面,中生代地層僅局限分布于孤立的地塹-半地塹中,大部分地區(qū)缺失;與此同時(shí),新近紀(jì)Aure群等海相泥頁(yè)巖分布較廣,且可能成為一套潛在的烴源巖(Buddin,1993),而其上沉積的巨厚前陸地層可以使其進(jìn)入成熟階段(圖2).因此,在巴布亞盆地東部,以發(fā)育新近紀(jì)含油氣系統(tǒng)為主,局部存在中生代含油氣系統(tǒng).另一方面,與擠壓構(gòu)造相關(guān)的圈閉主要分布在Aure褶皺帶(圖4,5),而對(duì)于Moresby坳陷及其南部、東部高地來(lái)說(shuō),更可能發(fā)育地層圈閉或地層-巖性復(fù)合圈閉(Jablonskietal.,2006).無(wú)論在含油氣系統(tǒng),還是在圈閉類(lèi)型上,都顯示與盆地西部明顯的不同.4盆地后期東西部結(jié)構(gòu)-構(gòu)造差異巴布亞盆地是一個(gè)構(gòu)造復(fù)雜且勘探研究程度很低的含油氣盆地,本文對(duì)全盆結(jié)構(gòu)-構(gòu)造特征及其與油氣聚集之間的關(guān)系展開(kāi)了較為系統(tǒng)的研究,取得了以下主要認(rèn)識(shí):(1)巴布亞盆地結(jié)構(gòu)-構(gòu)造存在明顯的東西差異.盆地西部以薄皮構(gòu)造為主,在此基礎(chǔ)上形成大規(guī)模的沖斷-褶皺構(gòu)造.橫向上構(gòu)造變形具有明顯的分帶性,由北向南依次可以劃分為沖斷帶、褶皺-沖斷帶、寬緩褶皺帶和穩(wěn)定臺(tái)地區(qū)4個(gè)構(gòu)造變形帶;縱向上以滑脫面上為界,上部發(fā)育復(fù)雜多樣的逆斷層和與其相關(guān)的褶皺變形,之下為構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的中生代裂谷-裂后期地層.盆地東部則形成以Aure褶皺帶為前陸沖斷帶、以Moresby坳陷為前淵、以東部高地為前陸隆起帶和以Blight盆地為隆外凹陷的前陸盆地結(jié)構(gòu).Aure褶皺帶以基底卷入型逆沖構(gòu)造為主.(2)巴布亞盆地中生代以泥頁(yè)巖為主的塑性層的存在與否,是盆地后期東西部差異演化的主要原因:盆地西部,廣泛分布的中生代塑性層與其上下剛性的Darai灰?guī)r和基底組成“三明治”式的地層結(jié)構(gòu),有利于晚期擠壓應(yīng)力作用于該套塑性層發(fā)育薄皮構(gòu)造;盆地東部,由于大范圍缺失該套塑性地層,不利于形成大規(guī)?；摌?gòu)造,以基底卷入變形和巖石圈負(fù)載撓曲變形為主,形成