澳洲北卡那封盆地深水区三叠系异常体识别

许晓明，杨松岭，尹 川，闫青华，谭 卓

(中国海洋石油国际有限公司，北京 100027)

北卡那封盆地(Northern Carnarvon Basin)位于澳大利亚西北陆架，是西北陆架最富有的盆地[1]，其天然气储量占西北陆架总储量的62%。盆地勘探始于1954年，截至2018年底，共发现269个油气藏，探明石油储量3.38×108t，凝析油储量2.58×108t，天然气储量4×1012m3[2]，但这些已发现油气均集中在埃克斯茅斯—巴罗—丹皮尔坳陷和埃克斯茅斯隆起[3-4]，其东北部的比格坳陷勘探程度低，目前尚未有经济性发现，但盆地待发现资源评价表明，其待发现油气资源潜力较大[5]。在对比格坳陷开展勘探潜力评价过程中，对其外带小天鹅凸起开展圈闭搜索时，在中三叠统发现了大型异常丘状岩性体——小天鹅(Cygnet)异常体，在其西北部袋熊(Wombat)古隆起上三叠统ODP钻井揭示有生物礁的发育[6]，如果这个异常体是生物礁，并有所发现，必将给本区的油气勘探工作打开一个全新的局面。但小天鹅异常体的认识存在较多争议，异常体是生物礁还是火成岩对该地区的油气评价有着较大的影响。因此，有必要合理准确地解释这个异常体的地质属性。

1 区域地质背景

比格坳陷位于北卡那封盆地东北部，呈近似南北走向，其形成和演化受控于先存基底古构造和西缅地块、拉萨地块、羌塘地块、滇缅马苏地块等微板块与澳洲大陆的分离，整体上经历了晚古生代的克拉通内盆地、中生代同生断陷盆地和新生代被动大陆边缘盆地3个盆地演化阶段[7]。坳陷可以进一步划分为5个二级构造单元，从北向南依次为小天鹅凸起、北比格凹陷、中比格低凸、南比格凹陷和南比格断阶(图1)。中三叠统小天鹅岩性异常体就发育在小天鹅凸起南部。

比格坳陷沉积了石炭/二叠纪—新生代的地层，其中三叠系—中侏罗统厚度巨大，分布稳定，上侏罗统—下白垩统很薄或缺失[8]。三叠系在区块内发育较为完整的一套沉积旋回，下三叠统Locker组是在海侵条件下沉积的海相页岩；中三叠统为一套海退层系，大部分地区为三角洲—边缘海相砂、泥岩沉积，三角洲沉积体系向西北方向进积[9-10]，在局部地区发育了一套Cossigny灰岩，远离物源区分布更为广泛，本文讨论的小天鹅异常体就发育在该层段，但目前钻遇的灰岩为代表低能环境的泥灰岩、泥质灰岩及泥晶灰岩；上三叠统在盆地东南部为三角洲碎屑岩沉积，在西北部为碳酸盐岩沉积，袋熊古隆起上ODP钻井揭示近300 m厚的上三叠统Brigadier组，为典型生物礁滩沉积，造礁生物包括珊瑚、苔藓虫、钙质骨针等。但通过对比分析认为在小天鹅凸起区，Brigadier组为开阔台地沉积，海上坎宁盆地钻井揭示Brigadier组灰岩物性差，不能作为有效储层。

小天鹅异常体所在的小天鹅凸起在Cossigny层段沉积时期，一直处于水下低隆起(图2)，具有发育碳酸盐岩生物礁的古构造背景[11-12]。但同时区域研究表明，西澳大利亚边缘存在广泛的岩浆发育区，岩浆作用通过典型的火山岩建造表现出来，已有钻井揭示在北卡那封盆地北部的布劳斯盆地边缘发育洋陆过渡带的火山岩建造和裂谷作用期形成的火山岩，在袋熊古隆起的ODP钻井揭示中三叠统岩石中见火山碎屑成分，表明此区域在中晚三叠世存在火山活动。因此，小天鹅异常体虽然具有发育碳酸盐岩储层的有利构造背景，但不排除该地质异常体为火成岩的可能性。

图1 北卡那封盆地构造单元划分及异常体分布位置

图2 北卡那封盆地中三叠世盆地原型

2 小天鹅异常体可能存在的两种模式

小天鹅大型异常体面积约520 km2，在最初的研究中研究区仅有2D地震测线，基于小天鹅异常体地震剖面上表现为外部丘状，内部杂乱反射，结合研究区古构造、古环境等方面的认识，提出了异常体可能存在的2种沉积模式(图3)：第一种是生物礁，与其西北部袋熊古隆起上三叠统ODP钻井揭示的生物礁类似；第二种是火山建隆，火山活动形成的火山沉积建造。

第一种模式是生物礁。研究表明在Cossigny层段沉积时期，北卡那封盆地处于克拉通内拗陷阶段，外侧有拉萨和缅甸地块的遮挡，整体构造稳定，基底坡度缓，沉积模式为三角洲—混积—碳酸盐岩缓坡的混积缓坡沉积模式。此时异常体所在的小天鹅凸起位于连接澳洲古陆和拉萨板块的袋熊—比格水下低隆起带之上，同时位于混积台地远离物源区的远端，具有发育碳酸盐岩生物礁或台地的构造沉积背景(图2)。并且小天鹅异常体外表呈丘状，具有与生物礁外表相似的地震剖面特征(图4)。

图3 北卡那封盆地比格坳陷小天鹅异常体生物礁或火成岩沉积模式

第二种模式是火山建隆。小天鹅异常体所在的小天鹅凸起位于盆地的外带，紧邻洋壳，从重磁资料上来看，异常体处于陆架边缘的高磁异常区，同时还与澳洲西北陆架布劳斯盆地已钻遇的侏罗系火成岩具有相似的地震反射特征：短轴状、弱连续、低频、强振幅[13]。据此提出了异常体可能存在的第二种模式：火山建隆。小天鹅异常体2种模式各自有其依据，但同时又有着不确定性，异常体的准确识别是开拓盆地外带新领域的关键。

小天鹅异常体所在的小天鹅凸起无一口钻井，且火成岩和碳酸盐岩同样具有高速高密高电阻高阻抗的特点，难以利用常规的地球物理方法来识别碳酸盐岩和火成岩。针对小天鹅异常体是碳酸盐礁滩还是火成岩的关键地质问题，利用新采集处理的三维PSTM地震数据，探索形成了一套“相面、解体、寻根、溯源”四步法深水无井区异常体识别分析技术。第一步是“相面”，在全三维地震资料精细解释的基础上，综合利用地震属性分析、地震相分析识别特殊异常体的形态；第二步是“解体”，综合利用波形聚类、三维可视化等技术精细解剖异常体结构；第三步是“寻根”， 提取异常体所产生的重、磁异常特征，结合重、磁、震联合反演技术，推断异常体的岩性及规模；第四步是“溯源”，通过古构造恢复及岩相古地理分析重构异常体形成环境，调研区域火山活动特征，判定火山活动期次及时间。下面将从这4个方面来分别详述对这个异常体的辩证识别。

3 小天鹅异常体地质属性的辩证识别

3.1 “相面”与“解体” —— 宏观地震相特征分析及细节特征刻画

从地震剖面图看来，典型生物礁和火成岩地震反射特征具有相似性，不好区分，但也具有一些差异。从外表上来看，典型生物礁外表形态为丘状或透镜状凸起，典型的火成岩外形大部分为锥形或蘑菇状，沿构造脊分布；从地震反射特征来看，典型生物礁顶界面为高连续性的强振幅反射[6]，底界面相对整一没有顶界面地震反射强，连续性变差，内部为中等连续性的杂乱、空白反射，如果是礁滩互层时可以见到层状反射。根据火成岩喷发形式的不同，其地震反射特征有差异，但总的来看，其顶底界面都可能会出现强振幅反射特征，内部杂乱，可见斜交、平行或空白等反射结构，其底界面通常模糊不清楚，可见火山通道的穿刺现象。火成岩岩相可以划分为火山通道相、火山喷出相(包括侵入相、爆发相和溢流相)以及火山碎屑沉积相[14-15]；在平面上，火山口多呈圆形或椭圆形，火山溢流相位于火山口附近，形状多不规则，具有层层外延的环形特征。

在新采集的三维地震数据体上，可以看出小天鹅异常体外形为锥形，底平顶凸，沿线状构造脊分布，通过均方根振幅属性圈定异常体顶面面积可达520 km2(图5a)。异常体顶面具有中低频强振幅反射，核部为杂乱反射，两翼强振幅斜积结构。同时其底部发育了类似火山通道的穿刺现象，内部还发育类似火山侵入的穿层强振幅反射特征，具有典型的火山通道特征。在地震剖面上，可以识别出丘状杂乱强振幅反射地震相、楔状斜积中强振幅反射地震相、层状平行连续弱振幅反射地震相、柱状杂乱弱振幅反射地震相和碟状穿层强振幅反射地震相(图6)，对应于火山喷出爆发相、火山溢流相、火山碎屑沉积相、火山通道相和火山侵入相；平面上，通过属性分析和异常体顶面立体显示图来看，小天鹅异常体沿线状构造脊分布，与现代新西兰北岛的火山机构很相似，在小天鹅异常体相干属性与调谐能量叠合图上可以看到明显的多个圆形疑似火山通道(图5b)，利用沿层三维透视分析异常体演化过程，由深层至浅层，异常体由北向南迁移。异常体发育2个中心，北边形成早，南部发育晚，中间有部分叠置，可能发育多期次的火山喷发。

图4 北卡那封盆地比格坳陷小天鹅异常体地震反射特征

图5 北卡那封盆地比格坳陷小天鹅异常体不同属性叠合

3.2 “寻根”与“溯源”—— 重、磁、震联合反演求证及区域火山活动调研推断

火成岩与生物礁有一个较大的差异，即火成岩一般表现为重力高、磁力高，而生物礁不具备这一特征，尤其是产生的磁力异常微弱，利用这一点可以有效地区别火成岩和生物礁。

研究中利用最小曲率位场分离技术[16]，计算得到异常体周边剩余布格重力异常图和剩余化极磁力异常图(图7)，根据计算出来的剩余异常分析异常体的重、磁异常特征。异常体在剩余布格重力异常上表现为北西端和南东端为局部的重力高，而中部则表现为重力低，但异常体的走向为NW向，重力异常的走向为NE—NEE向，重力异常走向与异常体走向存在偏差。在剩余化极磁力异常上，异常体则位于NW向的磁力高值区内，该磁力高的零值线位置与异常体的边界基本吻合。从重、磁资料来看，小天鹅异常体表现为重力高与磁力高的异常特征，推断异常体为火成岩的可能性相对较大。

为了进一步推断小天鹅异常体的岩性，采用了重、磁、震联合反演技术。首先，假设不存在异常体的情况下进行反演，结果表明在异常体处的拟合重、磁异常均比实测重、磁异常偏低，据此推测异常体存在且为一高密度、高磁性体。若假设异常体为火成岩，其密度和磁化率均比地层的密度和磁化率高，则重力异常与磁力异常均能吻合。因此，通过重、磁、震联合反演，进一步推测小天鹅异常体为高密度、高磁性的火成岩的可能性更高一些。

图6 北卡那封盆地比格坳陷小天鹅异常体地震相特征

图7 北卡那封盆地比格坳陷小天鹅异常体重磁特征

在重磁震联合反演的基础上，本文进一步对澳洲区域火山发育背景进行了调查求证，取得了2项有力的证据：(1)小天鹅异常体所在的小天鹅凸起处于板块的边缘，很可能在拉张应力下地壳减薄引发下部岩石圈上隆，在过渡壳或洋壳附近有岩浆侵入或喷出。小天鹅异常体西北方向的袋熊凸起ODP钻井以及深海捕捞作业的岩心样品中均有火成岩碎屑发育，其地层发育时代分别是晚三叠世早期卡尼期和三叠纪末期诺利期，证实袋熊隆起发育2期火成岩。在袋熊隆起岩心捕捞作业中，ODP760号及ODP761号岩心样品捕捞出透镜状粗面玄武岩、微晶玄武岩、微辉长岩和橄榄辉绿岩[6]，推测晚三叠世到侏罗纪早期在西北陆架最外边缘存在裂谷早期火山作用。(2)文献资料记载在三叠纪晚期与澳洲板块相连的拉萨板块在二叠纪、晚三叠世早期也发育了安山岩，具有火山活动[17]，晚三叠世早期与袋熊隆起三叠纪第一期火成岩期次对应。此时异常体所在的小天鹅凸起正好处于弧后裂陷的地理位置[18]，推测异常体发育时期为晚三叠世早期卡尼期。

4 讨论

通过对小天鹅异常体宏观地震相特征分析、细节特征识别与刻画、再到重、磁、震联合反演求证，最后到区域火山活动调研推断，最终认为小天鹅异常体为火成岩的概率较大，该区域三叠系勘探风险较大。小天鹅异常体所在的凸起是一个远离物源的台地区，按照古构造、古地理环境来说是有利于礁滩的发育的，但其也处于板块边缘，很可能在拉张应力下地壳减薄引发下岩石圈上隆，在过渡壳或洋壳附近有岩浆侵入或喷出，比如袋熊凸起北缘的晚三叠世晚期发育的火成岩，毕竟这种大断距垒堑相间的部位有可能有下部地幔或“地幔柱”物质的上涌，形成浅层岩浆室，通过“沟源断层” 引起火山作用。根据重、磁异常的解释结果以及重、磁、震联合反演，推测小天鹅异常体可能为高密度和高磁性的火成岩。结合构造发育史，在晚三叠世和中侏罗世的裂谷脉冲作用[19]，可能引发火山活动，同时通过收集到的ODP、拖网和地震资料，认为小天鹅异常体的火山发育时期为晚三叠世早期的卡尼期。虽然初步确定小天鹅异常体是火山岩，但是目前资料不能排除其两翼发育碳酸盐岩的可能性，但异常体下部火山通道的穿刺现象以及两翼火山溢流相特征明显，异常体未发育碳酸盐岩储层可能性更大。

5 结论

(1)北卡那封盆地比格坳陷深水区的小天鹅异常体可能存在2种沉积模式，分别是生物礁和火山建隆。第一种生物礁模式建立的依据是异常体具有发育碳酸盐岩生物礁或台地的构造沉积背景和丘状外表；第二种火山建隆建立的依据是其位于陆架边缘的高磁异常区，同时也具有与火成岩相似的地震反射特征。依据“相面、解体、寻根、溯源”四步法深水无井区异常体识别分析技术初步确定比格坳陷小天鹅异常体是火成岩的可能性更大。

(2)这套“相面、解体、寻根、溯源”四步法深水无井区异常体识别分析技术在这种无井、仅有三维地震资料的深水区具有较好的应用效果，可以在勘探初期较好地对异常体进行甄别，减少钻井投入。目前油气勘探工作逐步走向深水，走向盆地外带低勘探程度的无井区，北卡那封盆地及其他地区深水低勘探程度潜力区的异常体的判断与识别可以借鉴这一方法。