巴布亚盆地构造研究新认识及勘探意义*

2022-06-30卢景美闵才政于圣杰陈景阳

中国海上油气 2022年3期

卢景美闵才政于圣杰张洋陈景阳袁峰

(中国海洋石油国际有限公司北京 100028)

巴布亚(Papuan)盆地位于澳大利亚板块北部边缘，勘探面积64×104km2，海域占三分之一(图1)。该盆地勘探程度低，资源潜力大，待发现资源量130亿桶；财税条款好，基础设施较完善，是中国石油公司实施“走向海外”战略的理想资源国。但其所处的板块环境复杂，构造活动频繁，加之地表丛林密布，地震采集难度大等多因素限制了对巴布亚盆地的基础地质认识和油气地质研究。前人研究认为巴布亚盆地为弧—陆碰撞形成的弧后前陆盆地，东、西前陆结构存在差异[1-4]，尤其西部前陆结构中仅发育强冲断褶皱和台地，没有典型前陆盆地的前渊和斜坡区，如此特殊的前陆结构其成因机制和控制因素有待进一步考证；复杂的构造演化造成古地理分析困难，全盆地地层展布不明朗；以往的勘探证实油气分布很不均衡，其控制因素也不清楚。本文基于新收集的地表地质图、地震和钻井的深入研究，对巴布亚盆地的性质进行重新认识，在此基础上阐述了盆地构造格局和构造演化特征，分析了构造特征新认识对东、西沉积差异及油气成藏条件差异的控制作用，以期为盆地区带优选提供有益借鉴。

图1 巴布亚盆地构造单元图Fig.1 Distribution map of main structure units in Papuan Basin

1 新地块识别

巴布亚盆地及其邻区自中生代至今处于活跃的澳大利亚板块和太平洋板块边界，经历了多期洋盆的张开和消亡[5]。前人研究认为巴布亚盆地是发育在古生界花岗岩基底上的中新生代弧后前陆盆地，该盆地东西两侧以塔斯曼(Tasman)线为界[1-3](图1)。前人只说明了东西结构和构造存在差异，但没有深究造成差异的原因。通过全区二维地震解释和地表地质岩性提取等工作，结合前人发表的大量的赛皮克(Sepik)地块和新几内亚地块主体接触边界处的磷灰石径迹和角闪石K-Ar年龄测试数据[6-8]，进行构造重建。

1.1 巴布亚盆地组成及类型

本次研究认为巴布亚盆地为陆陆碰撞的产物，是周缘前陆盆地，由新几内亚、赛皮克、东部高地和巴布亚高地等多个地块拼合而成(图2)，形成了西部的巴布亚周缘前陆和东部的奥雷周缘前陆。其中赛皮克、东部高地和巴布亚高地为本次研究新识别出的地块。

图2 巴布亚盆地晚渐新世—晚中新世构造演化图Fig.2 Tectonic reconstruction of Papuan Basin from late Oligocene to early Miocene

东部高地和巴布亚高地两个新地块在地震上比较容易识别。伴随着这两个地块和澳大利亚板块的分离，两个高地所在的地壳不断地伸展减薄，发育中生代断陷结构。与几内亚半岛碰撞时这些断陷没有卷入冲断带，比较容易识别。识别赛皮克地块有3个方面依据。依据一，巴布亚南北地块岩性差异明显，南部主要由中新生代沉积地层覆盖(新几内亚地块)，北部存在大量变质岩、火山岩(赛皮克地块)，这表明南北可能分属于不同的大地构造单元；依据二，巴布亚褶皱带北部分布带状的SSZ型蛇绿岩，SSZ型蛇绿岩由洋陆俯冲或洋内俯冲形成，这指示新几内亚与赛皮克不是一个整体，两者之间存在洋壳俯冲作用；依据三，巴布亚褶皱带北部存在明显的地震活动带，且是中深源地震带，推测可能存在板块缝合带，近年主流观点也认为褶皱带北部存在缝合带[9-10]，这表明北部可能存在新地块即赛皮克地块。

由角闪石K-Ar年龄和磷灰石裂变径迹定年数据推断巴布亚冲断带经历了两期碰撞，陆陆碰撞在先，弧陆改造在后，故巴布亚盆地是周缘前陆盆地，后期经历了弧陆改造。巴布亚活动带内4个样品角闪石K-Ar年龄测定分别为41、27、24、20 Ma，其中27 Ma测年数据对应着赛皮克地块与新几内亚陆块碰撞拼合的起始时间，推测巴布亚冲断带起始发育时间为27 Ma。41 Ma的样品代表着东部高地从澳大利亚板块裂离—珊瑚海(Coral)打开的热隆事件导致的区域整体抬升。梅拉尼娅岛弧与新几内亚陆块交界处的磷灰石样品测定的年龄集中在5 Ma左右，这说明梅拉尼娅岛弧与新几内亚地块以及赛皮克地块的碰撞始于5 Ma。测年数据也表明了巴布亚褶皱冲断带构造变形始于晚渐新世，并一直持续到现在。

1.2 东西前陆的分界线

本次研究认为东西前陆的分界线不是塔斯曼线，而是巴布亚湾走滑断裂带。塔斯曼线总体呈南北走向，位于巴布亚盆地的陆上，纵贯澳洲板块东缘，西侧为元古界—太古界古老澳洲克拉通结晶基底，东侧为古生界东澳增生基底，多发育火山和岩株。基底的差异造成两侧构造样式的不同，西侧以基底卷入型构造为主，东侧发育盖层滑脱型构造样式。虽然二者在基底性质、构造样式上都存在较大差异，但其经历的构造沉积演化过程相似、沉积充填差别不大，均主要沉积中生界。因此，把塔斯曼线作为划分东西两个前陆系统的分界明显不合适。

巴布亚湾走滑断裂带包括3条走滑断层(图1、3)，呈北北东走向，中间走滑断层为东部高地和新几内亚地块的边界，长度大于200 km，走滑作用最强，伴随强烈的火山作用。其他两个走滑断层分别位于新几内亚地块和东部高地，长度小于中间的走滑断层，走滑作用和火山作用均较弱(图3)。把走滑断裂带作为东西前陆的分界线有3个方面依据。首先，走滑断裂带两侧的褶皱冲断带形成机制不同，西部的巴布亚褶皱冲断带是由于赛皮克向新几内亚地块的俯冲碰撞产生的，东部的奥雷褶皱冲断带是由于东部高地和巴布亚高地向几内亚半岛的俯冲碰撞形成的。其次，褶皱冲断带的形态不同，西部的巴布亚褶皱带呈直线型展布，东部的奥雷褶皱带呈弧形展布，反映了俯冲板块东西部地壳厚度的差异，西部属于澳大利亚板块，地壳厚度较大(40～70 km)，未经过强烈的伸展减薄。东部高地等地块是经历了中生代长期的伸展减薄从澳大利亚板块裂离出的地块，地壳厚度较薄(10～20 km)。第三，走滑断裂带两侧的中生界沉积充填样式不同，走滑带以东发育中生界的半地堑，以西从巴布亚湾到陆上弗莱(Fly)台地以及巴布亚褶皱带发育连续、稳定的侏罗系和白垩系等中生界大陆边缘海相碎屑岩。

图3 东部高地和新几内亚地块之间走滑断层带特征(位置见图1)Fig.3 Characteristic of Strick-Slip fault between Easten Plateau and New Guinea Block(see Fig.1 for location)

综上，巴布亚盆地由新几内亚、赛皮克、东部高地和巴布亚高地等多个地块拼合而成，东西前陆的分界线是位于巴布亚湾的走滑断裂带。此研究更新了该区构造演化和油气地质认识，进而指导了该区油气勘探。

2 构造格局及构造演化特征

巴布亚盆地是由东西两个周缘前陆系统组成，现今构造格局呈现“东西分块、中间走滑”的特征(图1)。中间为微陆块拼合形成的左旋压扭走滑断层带，呈北北东向展布(图1、3)。东部的奥雷前陆盆地，呈现双楔形，奥雷褶皱冲断带前缘以盖层滑脱为主，俯冲板块的裂陷地层未卷入冲断带，后缘基底卷入，为仰冲板块的造山楔，隆升幅度大，冲起角度高。西部的巴布亚前陆褶皱带分为东、西两段，西段裂陷层序卷入程度大，东段以盖层滑脱为主，前缘宽缓褶皱、后缘叠瓦状和双重叠瓦构造特征。巴布亚褶皱冲断带强烈隆升和剥露，前渊地层大量卷入褶皱冲断带。

关于巴布亚盆地构造演化，前人表述要么基于西部陆上，要么作为一个大整体划分演化阶段，没有针对不同块体不同时期的构造演化来进行具体分析。在前人研究基础上，结合地震解释和构造恢复以及新地块的识别，研究认为巴布亚盆地中新生代构造演化具有“东西不同，西部4期，东部3期”的特征。

西部巴布亚前陆经历弧后伸展、被动陆缘、周缘前陆和碰撞改造4个演化阶段。早—中侏罗世，古洋壳向澳洲板块俯冲诱发赛皮克地块和新几内亚主体之间发育近东西向的裂谷；晚侏罗世两个地块分离进入被动陆缘阶段，赛皮克洋持续张开，直至晚白垩世赛皮克洋停止扩张并向北俯冲；晚渐新世是周缘前陆发育阶段，赛皮克地块自西向东逐渐拼贴到新几内亚主体，赛皮克洋盆斜向关闭，巴布亚周缘前陆盆地开始形成；早上新世弧陆碰撞改造阶段，太平洋梅拉尼娅岛弧的俯冲作用导致周缘前陆的前渊地层大部分卷入褶皱冲断带。塔斯曼线两侧由于基底性质不同，构造样式表现为基底卷入和盖层滑脱两种类型。

巴布亚盆地东部是由澳洲板块上分离出来的两个微陆块(东部高地和巴布亚高地)与新几内亚半岛拼贴形成的，经历了陆内伸展、被动陆缘和周缘前陆3个演化阶段。东部高地和巴布亚高地位于澳洲北部陆缘，二叠纪至中晚侏罗世发育陆内裂谷；晚白垩世，由于珊瑚海的打开，巴布亚高地和东部高地逆时针向北漂移；晚渐新世—早中新世，巴布亚半岛与东部高地和巴布亚高地自西向东发生碰撞形成东部的奥雷周缘前陆盆地。

3 构造格局对东西沉积差异的影响

巴布亚盆地东西部复杂的构造活动导致沉积地层变质、剥蚀和变形[11]，古地理的恢复面临较大挑战。以西部的赛皮克地块、东部的东部高地和巴布亚高地新地块的识别形成的构造演化新认识为根基，以钻井揭示岩性为准绳，结合地表地质图岩性提取和单井相分析，无钻井地区辅助地震相分析，开展了全盆的古地理重建，理清了东西部沉积演化，盆地沉积充填东西部差异大。这种差异与3个新地块的分布和活动密切相关。赛皮克地块与新几内亚陆块在晚侏罗世开始分离，西部大范围发育裂谷和被动陆缘的三角洲和滨浅海沉积，东部两个块体(东部高地和巴布亚高地)在中生代和澳洲板块为一体，发育陆内断陷，中生界孤立分布。东西分块的构造格局造就了巴布亚盆地跷跷板式的沉积充填样式，西部以中生界为主，东部以新近系为主。中生界在平面上表现为西部广泛分布，东部孤立分布。

西部新几内亚地块和赛皮克地块侏罗系和白垩系主要填充裂谷期和被动陆缘期的沉积地层。新几内亚地块历经海进—海退—海进沉积旋回，沉积环境从三角洲向滨浅海过渡，主要岩性为砂岩、泥质粉砂岩、砂泥互层和泥岩，见少量的海绿石和黄铁矿；赛皮克地块沉积环境以滨浅海和浊积扇为主，泥岩和含砂泥岩为主，含黄铁矿。因海底火山岩的喷发，持续发育玄武岩。西部现存中生界分布在巴布亚褶皱带、弗莱台地和巴布亚湾地区，原始沉积厚度普遍大于2 000 m，最厚处达6 600 m，残留厚度以巴布亚褶皱带和巴布亚湾地区较厚。东部中生界沉积位于澳大利亚板块东北部，响应昆士兰海槽构造事件，在东部高地和巴布亚高地发育二叠系和侏罗系陆内断陷。通过地震相分析，推测半地堑里充填冲积扇、半深—深湖和滨浅湖相沉积物。伴随珊瑚海打开这一事件，巴布亚高地上形成一系列近东西向展布的晚白垩世洼陷，构造样式也为半地堑，有的半地堑侏罗系和白垩系叠置。

东部为中新统和上新统的沉积中心，西部新生界残留零星分布。晚渐新世赛皮克与新几内亚主体拼合，巴布亚褶皱带隆升，前陆斜坡区形成小角度且宽缓的斜坡，发育中新统浅水碳酸盐岩。赛皮克地块上大量火山喷发，形成北西走向的火山岩带和侵入带。东部地区在中新世发育前陆系统，北部陡坡为浊积扇沉积，发育砂岩、砾岩和泥岩。南部缓坡东部高地和巴布亚高地以混合滩坝相为主，局部也发育生物礁。上新世，西部地区的岛弧带在5 Ma与新几内亚碰撞，西部周缘前陆的前渊斜坡发育挤压褶皱，中生界为挤压冲断带的主体(图4)。巴布亚褶皱带的持续隆升为东部提供了物源，东部地区中新世发育的前陆范围仍在扩大，前陆陡坡浊积扇相扩大，斜坡和前隆区沉入水下，为滨海—浅海沉积。

4 构造格局对东西油气成藏的影响

对比东西前陆盆地油气成藏条件(图5)，研究表明优质烃源岩主要分布在盆地的中西部，中生界被动陆缘层序的区域盖层优于新近系的局部盖层；多期构造活动影响了圈闭形成、定型和类型以及油气在时空上的匹配；西部周缘前陆中生界成藏条件好于东部新近系前陆层系。

图5 巴布亚盆地综合柱状图和东西前陆油气成藏条件对比Fig.5 Comprehensive histogram and comparison of hydrocarbon accumulation conditions in east and west foreland of Papuan Basin

4.1 东西油气成藏地质条件差异

巴布亚盆地西部地区侏罗系的海相泥页岩、三角洲碳质泥岩及煤为主力烃源岩[12-14]，沿巴布亚褶皱带和巴布亚湾广泛分布，以海相陆源和混合生源型有机质为主，TOC为0.50%～2.86%，HI为150～399 mg/g，平均值为198 mg/g，II2—III型干酪根(表1)，总体属于好烃源岩。中上侏罗统和下白垩统的三角洲砂岩和滨浅海砂岩为巴布亚褶皱带的主力储层。储层普遍埋深1 500～3 500 m，滨岸砂和河口坝砂岩储层物性最好，远端的远砂坝和前三角洲砂岩较差。海进期的上白垩统海相泥岩为区域优质盖层，巴布亚褶皱带的油气富集在上白垩统下部的Toro组和上侏罗统Koi lange组砂岩储层中，该套泥岩盖层可封盖达千米的油柱高度。但是在巴布亚湾地区，侏罗系和白垩系受珊瑚海扩张构造事件影响而抬升，最大剥蚀厚度可达3 000 m，在地震上表现为不整合削截特征。导致巴布亚湾中生界圈闭缺乏有效的储盖组合，目前还没有钻探成功的探井。在巴布亚湾海域除了碎屑岩组合外，在走滑断裂带的火山岩基座之上发育的塔礁和始新世、中新世台地边缘礁为潜力成藏组合。生物礁储层物性好，孔隙度5%～30%，渗透率50～3 000 mD。台地相碳酸盐岩物性普遍较差。

巴布亚盆地东部地区在东部和巴布亚两个高地与新几内亚半岛碰撞拼合后，奥雷褶皱带处于扇三角洲和浅海环境，两个高地部分出露水面，部分碳酸盐岩沉积，因此东部发育中新统—上新统海相烃源岩[15]，中新统生烃发育模式为海相内源和海相陆源型混合，上新统为海相陆源型，有机质丰度差—中等，Ⅲ型干酪根(表1)。盆地模拟表明新生界有效烃源岩灶范围小，主要分布在东部奥雷褶皱带前缘区。钻井证实东部奥雷褶皱带的基底卷入带和叠瓦滑脱冲断带中新统碎屑岩储盖组合配置差，基底卷入带多处地表见油苗显示，且中新统出露地表，发育粉砂岩和火山碎屑岩，有效储盖组合不发育，在褶皱带缺乏区域盖层，冲断带持续活动，保存条件差。中生界以孤立的半地堑分布于奥雷前陆的前渊斜坡和前隆区，上覆的新生界500～1 000 m，盆地模拟表明侏罗系和白垩系的湖相烃源岩处于未成熟—早成熟阶段，潜力有限。

表1 巴布亚盆地烃源岩有机质丰度参数Table 1 Organic geochemical parameters of source rocks in Papuan Basin

基于以上分析，认为东西前陆盆地成藏条件具有较大差异。烃源岩品质和有效烃源岩灶的范围决定了东、西部生烃物质基础的不同，西部优于东部。同时，西部周缘前陆盆地在中生代处于稳定大陆缘，经历了裂谷和被动陆缘阶段，发育三角洲和浅海相的砂岩储层，上白垩统海相泥岩分布稳定为西部的区域盖层，尤其在巴布亚褶皱冲断带之上为复杂挤压构造提供了优质盖层；东部周缘前陆盆地奥雷褶皱冲断带在新近系主要发育近物源粗碎屑的沉积，褶皱带之上缺有效的区域盖层，褶皱带前缘以及前渊区域盖层条件转好，但烃源岩条件和储层变差。烃源岩和优质盖层的差异造就了盆地油气分布平面上具有“西富东贫”，层位上具有“老多新少”的特征，总体成藏条件“西好东差”。