North Carnarvon盆地中-上三叠统沉积特征与有机质的空间展布

牛 杏，王 任，杨香华，黄 众，李 丹，朱光辉

（1.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉 430074；2.中海石油研究总院国际部）

North Carnarvon盆地中-上三叠统沉积特征与有机质的空间展布

牛 杏1，王 任1，杨香华1，黄 众1，李 丹1，朱光辉2

（1.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉 430074；2.中海石油研究总院国际部）

North Carnarvon盆地是澳大利亚最主要的产油气盆地，也是世界上主要的富气盆地之一。三叠系地层厚度巨大且平面分布广，资源潜力大且储层发育。早三叠世时，整个西北陆架为浅海覆盖，盆地沉积了一套Locker页岩；中-晚三叠世时，西北陆架普遍发生海退，盆地沉积了河流三角洲相的Mungaroo组，其岩性特征为厚层砂岩层与薄层泥岩层互层，并夹有薄煤层。Mungaroo组既是勘探的主要目的层，又是主力烃源岩的发育层段，其储层与烃源岩呈现“三明治”式叠置，砂体发育区与优质烃源岩分布区重叠。通过对Mungaroo组沉积特征和有机质空间展布的分析，明确了North Carnarvon盆地三叠系陆源有机质空间展布的沉积背景，提出了North Carnarvon盆地三叠系陆源有机质烃源岩发育的沉积充填模式，为澳大利亚North Carnarvon盆地油气地质研究及我国近海类似油气田开发提供地质依据。

North Carnarvon盆地；Mungaroo组；沉积特征；陆源有机质

1 地质概况

1.1 构造背景

North Carnarvon盆地位于澳大利亚西北大陆架的南端，面积220 000 km2，该盆地北部为深海平原，东临Canning盆地的Roebuck坳陷、Lagrange凸起。盆地内部发育Exmouth低隆起、Exmouth凹陷、Investigator凹陷、Dampier地堑等构造单元（图1）。North Carnarvon盆地为一典型的被动大陆边缘盆地［1-3］，其构造-沉积演化史从基底开始先后经历了克拉通盆地、大陆边缘盆地2个阶段，三叠系地层产生于分裂前克拉通边缘演化阶段。

海西运动以后，阿尔卑斯以北的欧洲地区、乌拉山区、北美东部及喜马拉雅山以北的亚洲地区，许多晚古生代的地槽转为稳定区，全球出现一个泛大陆［4］。这个在古生代晚期形成的联合古陆，在三叠纪早期和中期，开始分裂［5］。随着劳亚大陆与冈瓦纳大陆（冈瓦纳大陆包括现今的南美洲、非洲、澳大利亚、印度、马达加斯加和南极洲）之间裂隙的逐渐扩大，特提斯海将太平洋与大西洋沟通起来。三叠纪晚期冈瓦纳大陆内部出现分裂，印度、非洲、澳大利亚-南极洲之间分离，印度洋开始孕育［4］。在此过程中，澳大利亚板块受到左旋剪应力，发育一系列北北西向断层［6］。

1.2 地层特征

1.2.1 克拉通盆地地层发育特征

（1）克拉通内裂谷盆地。二叠纪时期，North Carnarvon盆地处于克拉通内裂陷阶段，从下到上依次沉积了Byro群、Kenedy群和Chinty组。Byro群岩性为碳质粉砂岩、泥岩和细粒生物扰动砂岩，为斜坡快速堆积产物。Kenedy群岩性为一套向上颗粒变细的海相碎屑岩沉积层系，下部和中部以砂岩为主，属滨海-浅海沉积，上部由砂岩、粉砂岩、泥岩和页岩组成，Kenedy群沉积环境属于陆架环境，整合在Byro群之上。Chinty组整合于Kenedy群之上，其沉积时代为晚二叠世，岩性为浅海相砂岩，局部夹海相泥岩［4］。

（2）克拉通边缘盆地。三叠纪时期，North Carnarvon盆地处于克拉通边缘盆地坳陷阶段，总体上沉积两套地层：一套为下三叠统-中三叠统下部浅海相Locker组页岩，一套为中三叠统上部-上三叠统陆源有机质河流相Mungaroo组砂、泥岩互层。这两套地层构成了三叠系地层的“二段式”：早三叠世-中三叠世早期，整个澳大利亚西北陆架为干旱炎热气候，并为浅海所覆盖，此时在North Carnarvon盆地主要沉积一套Locker海相泥岩，并夹有薄层的砂岩，其中发育正常浅海珊瑚、有孔虫、腕足类、双壳、菊石等底栖类浅海化石；中三叠统晚期-晚三叠世，气候温暖潮湿，地表径流发育，从而发育了大型三角洲沉积体系。在North Carnarvon盆地沉积了一套河流相-边缘海相Mungaroo组砂、泥岩，三角洲平原分支流间湾泥岩与分流河道砂岩频繁互层，并夹有薄煤层。

2 North Carnarvon盆地中-上三叠统的沉积特征

2.1 三叠纪古气候背景

三叠纪早期和中期发生海侵，随着泛大陆的解体，North Carnarvon盆地在古构造和地理环境背景下形成坳陷型盆地，并开始接受海相沉积，该时期微管植物、带纹饰的双气囊孢粉、咸化环境的石松与裸子植物等种属分异度较低的近岸植物较为发育。此时，整个澳大利亚西北陆架以发育碎屑浅海沉积为特征。三叠纪中晚期，澳大利亚西北陆架盆地发生构造反转，以差异升降作用为主，海平面逐渐下降而普遍发生海退［7］。而此时，西北陆架处于中特提斯南缘热带亚-热带海洋性气候带，气候温暖潮湿［8］，中晚三叠世发育丰富的种子蕨（Dicroidium）、裸子植物（Gymnosperm）、隐花植物（Cryptopam）与淡水藻类，表明热带雨林繁盛，降雨量充沛，地表径流发育，陆源碎屑与陆源有机质供给丰富，因此具备了巨型三角洲发育的有利地质条件。

2.2 单井相特征

三叠系单井相总体特征：上三叠统-中三叠统上部发育分流水道砂体且分流水道砂体与富含陆源有机质的分支流间湾泥岩互层；中三叠统下部-下三叠统发育浅海泥岩。

针对盆地三叠系的沉积特征，对典型井North Gorgon-1进行具体分析，从岩性上看整个上三叠统地层呈现出砂岩与泥岩频繁互层，并可见薄煤层，为三角洲平原沉积（图2），在深度为3 797.3～3 803.5 m段岩心为白色砂岩，发育板状交错层理和平行层理，分选中等，颗粒中到细，次棱角状到次圆状，含粘土基质、微量钙质、微量黄铁矿，局部可见炭屑，底部可见冲刷面，为三角洲平原分支流河道砂体。

图2 North Gorgon井上三叠统岩心相

在Candace-1井单井相图中，下三叠统-中三叠统下部地层以上升旋回占主体，为富泥段地层，为Locker组浅海相泥岩，并含少量砂岩；中三叠统上部-上三叠统地层以下降旋回占主体，出现砂泥互层段并含煤层，为Mungaroo组三角洲平原中分支流间湾泥岩与分支流河道砂体频繁互层，泥岩中有机质含量高，可以作为很好的烃源岩，三角洲平原砂可以作为很好的储集砂体，可以形成高效的生储组合——自生自储。

2.3 连井沉积相分析

三叠系连井沉积相总体特征：中三叠统上部-上三叠统地层为砂泥岩互层，连井剖面上呈现出多套砂泥互层的地层组合；下三叠统-中三叠统下部地层为泥岩地层，连井剖面上应呈现出大套的泥岩地层发育。

从North Carnarvon盆地边缘三叠系连井剖面中也可以看出地层的二段式发育：三叠系下部测井曲线较平缓，上部测井曲线起伏较大［9］。曲线平缓段对应下三叠统-中三叠统下部发育的大段海相泥页岩；曲线起伏较大段对应于中三叠统上部-上三叠统广泛分布的三角洲平原分流水道厚层砂岩夹薄层分支流间湾泥岩，并含煤层。

如图3所示，浅蓝色层位为泥岩地层，黄色层位为砂岩地层，图上可明显观察到砂泥岩互层现象，主要原因为Mungaroo组发育有分流河道砂岩与分支流间湾泥岩频繁互层，形成多套典型的砂-泥-砂（储层-烃源岩-储层）“三明治”式有利叠置生储组合，优质砂体发育区与主力烃源岩发育区重复出现，构成了其地层组合的特殊性。

2.4 地震反射特征

三叠系总体地震反射特征：地层沉积厚度巨大，沉积界面构成大型楔状体格架。

如图4所示，SB代表Locker组的顶界面、Mungaroo组的底界面，Mtri代表Mungaroo组之间的一个界面，Bju代表Mungaroo组的顶界面。SB之下沉积的为一套Locker组泥岩地层，SB与Mtri之间沉积的为Mungaroo组砂泥互层地层，Mtri与Bju之间仍为Mungaroo组，但岩性以砂质为主，泥质含量较少。地震反射剖面显示，SB界面之下，Locker泥岩表现为中连续-弱振幅；SB界面与Mtri界面之间发育砂泥互层并夹煤层，在地震剖面上，这套砂岩表现为中连续至中-强振幅（图4）。

图3 Mungaroo组辫状河三角洲四套砂-泥互层沉积旋回连井对比

地震反射剖面显示，从北至南，地层厚度逐渐减薄，代表沉积亚相由前三角洲、三角洲前缘至三角洲平原过渡，其中地层总体沉积厚度较大，受正断层的影响较大，中间部位为Dampier地堑，沉积界面总体上构成大型楔状体格架（图4）。

图4 101r＿08测线地震层序格架

2.5 沉积总体特征

通过单井分析、连井沉积相对比和地震剖面分析，可看出North Carnarvon盆地中-上三叠统的沉积总体特征如下：

（1）中-上三叠统North Carnarvon盆地为克拉通边缘盆地，沉积了一套河流相-边缘海相Mungaroo组砂、泥岩，受温暖潮湿气候影响，近海低地蕨类与种子蕨植物化石发育，陆源有机质输入量大，为典型的海陆过渡相沉积。

（2）Mungaroo组三角洲砂体沿长轴方向在盆地中延伸较远，河流发育，辫状河道易改道，河道多期连片，形成叠加复合沉积，河道砂体的叠置（图2）使得上三叠统砂体规模大且分布广泛。

（3）多个单井相分析，Mungaroo组为三角洲平原和前缘分支流水道砂体和分支流间湾泥岩频繁互层，砂体以向上变细的正旋回为主，泥岩段富含碳质。因此，North Carnarvon盆地中-上三叠统砂岩主要为三角洲平原分支流水道砂体，三角洲平原亚相发育广泛。

3 沉积相与陆源有机质的空间展布

3.1 中-上三叠统沉积相展布规律

North Carnarvon盆地在晚三叠世已经属于克拉通边缘坳陷阶段，为盆地的长轴方向发育三角洲提供了稳定的可容纳空间。在Exmouth凹陷发育大型的三角洲，其物源来自于南东方向澳大利亚大陆河流所携带的陆源碎屑，由于物源充足，其三角洲向盆地延伸较远。Investigator凹陷发育的三角洲物源来自南西方向，同样向盆地内部延伸较远。因此，巨型三角洲的发育为North Carnarvon盆地上三叠统沉积的一大特色。在沉积相图上，可以观察到的沉积相有三角洲相、浅海相、滨浅海相。

3.2 有机质分布规律

3.2.1 纵向分布特征

实验分析结果表明，发育于中晚三叠世Mungaroo组分支流间湾泥岩富含陆源有机质，其有机碳含量较高，Mungaroo组发育于潮湿气候条件下的大型三角洲背景，近海低地蕨类与种子蕨植物繁盛，陆源有机质输入量大，烃源岩的有机碳含量与物源方向密切相关；而发育于早三叠世的Locker组泥岩有机碳含量较低（图5）。其原因可能是陆生植物与水生生物有机质的各化学成分百分含量不同，并且陆生植物富含碳水化合物与木质素，其芳烃含量高，不易氧化；海洋浮游生物中蛋白质含量普遍较高，易于分解与氧化，从而导致其赋存状态和保存条件不同，使得Locher组泥岩中有机质含量不及Mungaroo组丰富。由此可见，Mungaroo具有很大的勘探前景。

图5 有机质含量的纵向分布

3.2.2 有机质的平面分布特征

North Carnarvon盆地发育大型的河流三角洲沉积体系，从图6可以看出，整个盆地有机碳含量普遍都比较高，TOC值均在1.0%以上，因此其烃源岩发育的潜力大。其中，Exmouth低隆起为TOC含量高值区域，为前三角洲-滨浅海沉积环境；其次，三角洲背景下陆源有机质输入较强，烃源岩的有机碳含量与物源方向密切相关［10-11］，陆地河流携带的南东向大量陆源碎屑有机质所形成的三角洲平原、三角洲前缘亚相也是TOC的高值区域。通过之前单井相分析可知，在三角洲平原、前缘地区发育有分流水道砂岩及分支流间湾泥岩互层，通过TOC值可以发现其沉积地带有机质含量较高，而Mungaroo组发育背景与TOC高值区相对应，因此沉积特征与有机质的空间分布相联系。

图6 Mungaroo组TOC（%）含量等值线

3.3 North Carnarvon盆地三叠系陆源有机质烃源

岩的发通育过模上式述沉积特征和有机质空间展布的分析，构建了三叠系陆源有机质烃源岩的发育模式［12］（图7）。中-晚三叠世发育的Mungaroo组泥岩陆源有机质烃源岩主要为三角洲平原相带分支流间湾泥岩，与分流水道砂体频繁互层。澳大利亚西北陆架North Carnarvon盆地中-晚三叠世发育广阔的三角洲平原亚相，三角洲前缘亚相相对较窄。砂岩以分支流水道中粗砂岩为主要，垂向上为向上变细的正旋回相序列，富含植物碎屑。与分支流水道砂岩互层的泥岩富含碳质，为三角洲平原分支流间湾沉积。

4 结论

（1）通过沉积特征和有机质空间展布的分析，认为中-晚三叠世发育的Mungaroo组泥岩，发育模式为陆源有机质大型河流供给的烃源岩发育模式，烃源岩与储层呈“三明治”式叠置，储层分布区与烃源岩分布区重叠。

图7 大型河流供给烃源岩发育模式

（2）North Carnarvon盆地三叠系勘探成果丰富，勘探潜力巨大，有关陆源有机质沉积构成特征等方面的研究成果，对类似盆地烃源岩的生烃潜力和评价有重要的参考价值。我国近海的珠三坳陷、白云凹陷、东海的西湖凹陷均发现商业天然气藏，其烃源岩主要为陆源有机质，目前都面临勘探风险大、烃源岩空间展布规律不清的困惑，通过对North Carnarvon盆地三叠系沉积特征和有机质空间展布规律的研究，对上述类似盆地的天然气勘探具有重要的借鉴意义。

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sedimentary characteristics；terrestrial organic matter

15 Sedimentary characteristics and the spatial distribution of organic matter of middle-late Triassic in North Carnarvon basin

Niu Xing et al（Faculty of Earth Resources China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430074）

North Carnarvon basin is the main production in Australia petroleum basin，and it is also the one of main richgas basins.The Triassic strata are of big thickness and widely distributed，potential of nature gas resources are huge and the reservoir quality is good.The early Triassic，the entire northwest continental shelf for shallow sea covers.The basin deposits Locker shale.In the middle-late Triassic，the northwest continental shelf generally occurred regression retreat，the basin is the river delta facies in Mungaroo group，the lithologic features for thick layer of sandstone with thin layer of mudstone，and contain coal seam.The upper Triassic Mungaroo group is the main purpose of the exploration layer，it is also the main hydrocarbon source rocks of the development of the layer section，the reservoir and hydrocarbon source rock in a“sandwich”type，and sand development zone and the high quality hydrocarbon source rocks distribution are folded.Throughing the sedimentary characteristics and spatial distribution analysis of the organic matter in Mungaroo group，the rule of the Triassic organic matter space distribution has been made clear，and the Triassic terrestrial organic matter hydrocarbon source rocks of the development of the pattern has been put forward，for Australia North Carnarvon basin oil and gas geologic research and offshore oil and gas field development similarly in China provide geologic foundation.

North Carnarvon basin；Mungaroo group；

TE111.3

A

1673-8217（2012）06-0015-05

2012-08-10

牛杏，1989年生，中国地质大学（武汉）资源学院本科在读，专业为资源勘查工程。

国家科技重大专项课题子课题（2011ZX05030-002-002）；中国地质大学（武汉）“科学家计划”第三期学员资助。

吴官生