地质综合资料在巴布亚褶皱带构造描述中的运用

地质综合资料在巴布亚褶皱带构造描述中的运用

陈景阳，王 涛，张 洋，龙 旭

（中海油研究总院，北京 100028）

摘 要：巴布亚褶皱带为巴布亚弧后前陆盆地重要油气发现带，常规物探因地形起伏大、地表灰岩喀什特化以及高陡地层和断层的存在，不能有效识别构造。为解决该区构造描述方面的难题，此文结合区域应力场分析成果，综合运用地形、地表地质、锶同位素以及钻井等资料，相互补充，减小了构造认识的多解性，达到了构造建模和圈闭描述的目的，取得了较好的应用效果。实践证明在油气勘探和油气藏早期评价阶段，该方法对构造样式、形态和圈闭规模的研究具有积极而重要的意义。

关键词：弧后前陆盆地；巴布亚褶皱带；构造描述

中图分类号：TE132.1+4

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.050

文章编号：1008-2336（2015）02-0050-06

收稿日期：2014-10-08；

作者简介：第一陈景阳，男，1981年生，工程师，2007年毕业于中国地质大学（武汉）石油地质专业，研究方向油气成藏。E-mail：chenjy3@cnooc.com.cn。

改回日期：2014-12-24

Application of Integrated Geological Data to Description of Structures in Papua Fold Belt

CHEN Jingyang, WAN Tao, ZHANG Yang, LONG Xu

（CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China）

Abstract:Papua Fold Belt is an important belt with great oil and gas discovery in Papua retroarc foreland basin. However it is hard to identify effectively the structures with the conventional geophysical method due to the rugged mountain configuration, limestone karsts, high dip bedding and faults. To solve the problems in structural description, many geologic data have been used, including the study results about regional stress field, configuration of the ground, surface geology, strontium isotopic data and drilling data. This method can decrease the uncertainty in structure interpretation, and good results have been obtained in structural model building and trap description. It is proved by practice that this method is very significant for study of the structural styles, shapes and trap scale during the early exploration and appraisal stage of oil and gas reservoirs in foreland basin.

Keywords:retroarc foreland basin; Papua Fold Belt; structure description

巴布亚盆地位于太平洋板块、澳大利亚板块和欧亚板块之间，和澳大利亚板块相连，现今属于弧后前陆盆地[1-3]（图1）。巴布亚褶皱带是巴布亚盆地重要的油气发现带，已累计发现约40亿桶油当量，但其勘探程度仍然很低。该带地处山区，地形起伏大，地震采集困难，费用昂贵；加上地表主要覆盖的中新统Darai灰岩，其喀斯特化现象非常严重，缝洞发育，造成地震能量发生散射衰减，而浅层灰岩为高速层，对下覆的碎屑岩储层段存在较强的能量屏蔽作用；另外该区发育高陡断层和地层，使目的层不易接受有效信号，地震成像差，信噪比低，断层归位困难。正是这些因素给常规地震勘探带来了极大的挑战。针对这种特殊的地质特征，本文综合运用各种地质信息，在实践中摸索和总结了一套适用于该区的构造描述方法。

图1　巴布亚盆地构造单元划分（蓝色矩形框为研究区）

1　地质概况

巴布亚盆地属于早期被动陆缘晚期前陆的叠合型盆地[1-3]（图1）。该盆地经历了复杂的构造沉积演化[4]（图2）。早侏罗纪伴随滇缅马苏等微板块从冈瓦纳分离，发育大陆边缘裂谷，中晚侏罗—白垩纪后进入被动大陆边缘盆地阶段，白垩纪末期发生珊瑚海裂谷，上新世至今随着美拉尼西亚岛弧的碰撞造山，盆地进入前陆演化阶段[2，3]。裂谷期和被动陆缘Imburu组泥岩为该区的主力烃源岩，而晚侏罗—早白垩被动陆缘阶段沉积了大套碎屑岩储层，如Iagifu组河流三角洲相砂岩和广泛分布的Toro组滨浅海相砂岩[5]，白垩纪中晚期则以Ieru组海相泥岩区域性盖层沉积为主，古新世因珊瑚海裂开导致巴布亚盆地东南侧隆升，部分中生代地层遭受剥蚀，始新世后盆地进入弧后裂谷期和坳陷期，沉积了广泛分布的始新—中新统的陆架碳酸盐岩，中新世晚期进入造山期，巴布亚等褶皱带隆升，造成灰岩出露而遭受一定剥蚀，前渊发育区则沉积了较厚的磨拉石地层。

巴布亚褶皱带的形成归因于北东南西向弧陆碰撞而引起的构造挤压应力的传播，由此形成了一系列的断层相关褶皱，其中又以断层传播褶皱为主，这种逆冲挤压背斜为褶皱带的主要圈闭类型。晚期的构造挤压在某种程度上加剧了侏罗系烃源岩的生排运聚[5, 6]，时空上和圈闭的形成相匹配，现今巴布亚褶皱带上大量的油气发现也充分证实了这一点。

2　地质资料在构造描述中的运用

本文在Move软件平台上，以区域构造和应力场分析为指导，充分运用地表地形、地质露头、锶同位素定年以及探井信息等，在地表和地下构造相关性分析和合理构造解释方案的基础上刻画

地下圈闭形态，以求不断地逼近地下客观实际（图3）。

图2　巴布亚盆地地层柱状图

图3　研究区构造描述技术流程

2.1 区域构造和应力场

前人关于构造样式、火山喷发年代、岩石变质程度序列的研究证实了研究区主要发育断层传播褶皱，挤压应力的传播方向为自北东向南西向[7-10]。根据弓形法则，地表构造的形态也验证了上述的应力传播方向。受构造应力向前传递的传播效应，研究区从北东至南西，依次可划分为冲断带、冲褶带和稳定台地带三个三级构造单元（图4）。

图4　研究区三、四级构造单元细化

冲褶皱带又分为宽缓冲褶带和强烈冲褶带两种[11]，宽缓冲褶带更具有早期裂谷晚期反转的特征。从冲断带向冲褶带延伸，构造挤压强度具有逐渐降低的趋势，即离造山带越近，挤压应力往往越强，逆冲断层产状越陡，以窄陡型断背斜圈闭形态为主，圈闭被改造程度越大。而远离造山区则以低角度宽缓逆冲背斜形态为主，圈闭相对保持完整。稳定台地区基本不受造山作用影响。

2.2 地质露头资料

地表露头资料能够提供出露地层的岩性、地表断层位置和近地表地层的产状等信息，可以判断地表正负地形是否具有地表背斜构造特征。研究区发育一系列的北西—南东走向背斜构造，根据地表构造本身特征及排列方式进一步细化为A、B、C、D共四排构造（图4）。构造挤压强度具有差异性，D排构造由于差异剥蚀部分表现为负地形或者低幅度构造特征，C排构造为宽缓构造特征，两翼倾角小，而B排构造和A排构造则较陡，两翼倾角增大。本区地表大部分出露灰岩刚性岩层，下伏上白垩海相泥岩以下白垩—上侏罗砂泥岩层及深层的中下侏罗泥岩层，根据岩石硬度差异性即灰岩硬度大于砂泥岩、而泥岩更容易变形滑脱的特点，同时考虑挤压应力由北东向南西向传递的特点以及地表构造起伏变形的差异性，进一步推测D排构造很可能以浅层褶皱为主，逆冲断层发育于上白垩泥岩中。A～C排构造则可能以深层褶皱为主，主控断层发育于中下侏罗泥岩中，同时控制地表和深层构造，而A排构造还可能额外发育一定的浅层褶皱即表现为一定的双重构造特征。

2.3 锶同位素定年资料

锶同位素地层学在海相地层的对比和定年中具有十分重要的作用。由于锶在海水中的残留时间（2.5 Ma）远长于海水的混合时间（1 ka），所以锶在海洋中的分布是均一的。地质历史中海水的87Sr/86Sr比值是时间的函数，对海洋地层的定年非常准确[12]。

由于巴布亚褶皱带上大部分出露的都是Darai灰岩地层，因此87Sr/86Sr比值可以很好地确定灰岩层系的绝对年龄。由于Darai灰岩沉积十分稳定，87Sr/86Sr比值与灰岩的深度（厚度）有很好的对应关系，可以通过钻井实测数据建立87Sr/86Sr比值随地层厚度变化的关系（图5），然后将地表测得的87Sr/86Sr样品值，根据测量点所在的地层倾角、方位角以及高程数据进行换算，得出地下Darai灰岩底面的投影位置（图6、图7），从而确定Darai灰岩底界面的构造形态，这有助于确定该区目的层的埋深。

图5　A排构造单井灰岩真厚度H与锶同位素（87Sr/86Sr）相关图

图6　灰岩真厚度H在其倾向和垂向上的投影

图7　地层不同走向时XY平面坐标转换

图6中，θ为地层倾角；H为灰岩真厚度，由图6求得；h为灰岩厚度H在垂向投影，h =H*cos （θ）； m为灰岩厚度H在倾向投影，m =H*sin（θ）。

地表采样点坐标为X、Y、Z，其在灰岩底界面的坐标为X'Y'Z'，Z' =Z-h。X'Y'则根据地层走向Φ和灰岩水平投影m间相对关系的不同（图7），分别求取：

上述Φ为地层走向与地理北极间夹角；图7中红色虚线为灰岩厚度H在倾向上的投影距离即m。

2.4 钻井资料

探井能提供地层厚度、埋深、倾角、地层重复关系以及逆冲断层的断点位置、断距大小和倾向等信息。另外单井钻遇的灰岩层岩屑的锶同位素测定有助于确定图5中的关系式，根据不同钻井从而制定不同构造的灰岩厚度与锶同位素比值间的关系模型。而通过对比单井钻遇断层断距和地表断层断距大小，有助于判断地表断层和地下断层间的关系，确定地表断层是深源断层还是浅源断层（图8）。本研究区D排构造主要发育浅源断层，断层在上白垩泥岩中滑脱，和地表构造形态吻合。B和C排构造为深源断层，钻井揭示浅源断层少且断距小。A排构造发育大型浅源断层，断距大，并且钻井揭示了深层地层的倾角较大，推测该区发育盲断型深源断层，深源断层的发育控制目的层即下白垩—上侏罗地层的构造，而浅源断层往往干扰该区对深层构造的研究和识别。

2.5 资料综合运用与构造建模

本区构造样式以断层传播褶皱为主，根据地层硬度、褶皱卷入层位及深浅源断层性质差异性，垂向上划分为深层（上侏罗—下白垩砂泥间互层及中下侏罗泥岩层）、中层（中上白垩泥岩）和浅层构造（中新统灰岩地层）。三者叠合关系分析是进行深层构造描述的关键。前述地质露头信息证实该区浅层存在A～D共4排构造。钻井揭示除了D排外其他排构造均存在深层构造。B和C排构造浅中深三层构造叠合性好，即可以直接运用浅层构造反映深层构造；D排构造中浅层构造存在，深层构造不存在；A排构造受挤压作用强，中浅层构造逆冲推移量大，表现为中浅层构造高点往往处于深层构造的西南方向即应力传播路径上，需要进一步引入推移量来校正深层构造高点位置（图8）。

研究区地表普遍发育灰岩地层，受风化淋滤作用发生差异剥蚀和溶蚀作用，地表灰岩厚度变化较大，造成浅层构造完整性较差，但利用地形数据可以大致获得浅层构造图，这是中深层构造认识的基础。利用钻井及地表岩屑锶同位素值以

及地表倾角等数据可以求得灰岩厚度，在浅层构造基础上，运用锶同位素定年中的坐标转换公式即可求得中层构造，不同构造锶同位素和厚度关系略有差异，利用不同构造钻井信息可以减小这种差异。而中层白垩系泥岩为区域稳定分布的地层，钻井数据可以揭示不同构造间该层的厚度，将上述中层构造下移该层厚度即可求得深层构造。B、C排构造三层构造整体叠合性好，中浅层没有额外逆冲位移量或很小，利用上述方法即可获得深层构造，断距和断层产状则参考钻井资料（如B构造），如果没有钻井钻遇，则可借鉴相邻构造（B构造）或者通过地表断层与地层间夹角下推大致获得（如C排构造）。A排构造浅中深三层构造叠合性较差，钻井揭示了地层倾角、倾向和浅源断层的位置及位移量，在此基础上，利用平衡剖面的原理[13]可消除浅层断层的滑移量，之后再利用上述方法即可求取深层构造（图8）。

图8　构造综合解释剖面

3　结论

在巴布亚盆地巴布亚褶皱带上由于常规地震或重磁勘探均不能够清晰描述地下构造形态，本文尝试把现有的一些有限资料如地形、地表地质、锶同位素以及探井等信息综合起来进行构造建模，相互补充，减小了构造认识的多解性。本方法在油气勘探和油气藏评价早期阶段对构造样式、形态和圈闭规模的研究具有积极而重要的意义，实践中取得较好的应用效果，实钻和预测具有较好的吻合性。当然本方法比较强调地质资料的综合应用，使用时也要额外注意几点：在火成岩或者非灰岩覆盖区，浅层灰岩深度不易取得；锶同位素比较适用于灰岩出露区，在反映中浅层构造时要注意平面的非均值性即灰岩厚度与锶同位素比值（87Sr/86Sr）间关系在不同构造间的差异性；深层构造和中浅层构造间的关系研究是关键，如果三者间叠合性差，需要研究偏移量大小，并进行正确归位，尽管深层主控断层具体位置具有一定的推断性，但褶皱带更关注能否发育构造以及高点的大概位置和埋深。当然由于挤压区构造本身的复杂性，构造识别依然具有一定的不确定性，往往需要通过一定数量的钻井来交互建模才能准确落实构造。

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