北卡那封盆地与波拿巴盆地大气田形成条件对比研究

许晓明,于水,骆宗强,康洪全 (中海油研究总院,北京 100027)

北卡那封盆地与波拿巴盆地大气田形成条件对比研究

许晓明,于水,骆宗强,康洪全 (中海油研究总院,北京 100027)

从北卡那封盆地和波拿巴盆地构造演化、沉积演化、烃源岩、储盖组合、圈闭条件、成藏过程和保存条件等方面的差异分析入手,经过综合评价得出,澳大利亚西北陆架具有大型气田形成的条件,即充足的气源、良好的储层、有效的盖层、有利的成藏条件配置和晚期成藏。同时通过对比也发现,2个盆地成藏条件仍具有一定的差异,北卡那封盆地发育了2套重要的烃源岩,多套的成藏组合,后期构造活动弱,保存条件优越,勘探前景巨大。

大气田;形成条件;波拿巴盆地;北卡那封盆地

北卡那封盆地和波拿巴盆地均位于澳大利亚西北陆架,北卡那封盆地位于西北陆架的最南端,先后发现油气藏194个(油田121个,气田73个),石油储量4016百万桶(mmb),天然气储量117万亿立方英尺 (TCF),大型油田2个,大型气田10个。波拿巴盆地位于澳大利亚西北陆架的北部,盆地大致呈三角形,勘探总面积32.9×104km2,先后发现油气藏72个(油田34个,气田38个),石油储量1885.2mmb,天然气储量43.95TCF,大型气田4个。对比研究2个盆地大型气田的形成条件与分布规律,不仅能丰富国内被动大陆边缘盆地大气田形成条件理论,而且对澳大利亚西北陆架评价具有重要的指导意义。

1 区域地质特征对比

1.1 构造演化特征

北卡那封盆地和波拿巴盆地古生代同属于冈瓦纳古陆,后期演化成为被动大陆边缘盆地,其构造演化与冈瓦纳大陆的解体有着密切的关系[1]。2个盆地都属于叠合盆地,早期为克拉通内盆地,晚期随着冈瓦纳大陆的解体演化为被动大陆边缘盆地,经历了克拉通内盆地阶段,大陆裂谷作用阶段和漂移阶段。2个盆地都经历了多期裂谷,对盆地的油气分布具有重要的影响。北卡那封盆地经历了2期裂谷,牛津期开始了第1次裂解作用,牛津阶不整合面的底部代表了大陆分离、洋壳的扩张及Argo深海平原(海底大盆地)的形成;第2次裂解作用,发生于凡兰吟期,Exmouth高地西南大陆开始分离,在分离过程中,Exmouth次盆和Exmouth高地构造反转。波拿巴盆地经历了3次拉张,古生代裂谷经历了2期拉张,晚泥盆-早石炭世裂谷形成Petrel次盆地以及晚石炭-二叠纪经历第2次裂谷。中生代经历了1次裂谷,盆地从北西-南东走向的古生代构造格局转变为北东-南西走向的中生代构造格局。

2个盆地裂陷作用开始时间不同,北面早于西南面,波拿巴盆地从晚泥盆世开始,北卡那封盆地是早侏罗世开始。两盆地裂谷演化结束时间大体一致,从早白垩世开始,印度板块与澳洲板块完全分离,在澳大利亚西北边缘形成洋壳,至此进入大陆边缘演化阶段。中新世-上新世欧亚板块和澳大利亚板块相碰撞,产生区域挤压作用,造成波拿巴盆地区域构造反转,中生代老断层活化[2,3],而此时北卡那封盆地构造稳定,使得北卡那封盆地后期保存条件远远好于波拿巴盆地。

1.2 沉积演化及地层展布特征

北卡那封盆地和波拿巴盆地沉积演化都经历了局限海-河流、三角洲-开阔海的过程,被动裂谷层序都由海相、河流-三角洲、边缘海沉积物组成,并且是盆地内重要的烃源岩和储集层。漂移层序均以海相泥岩、碳酸盐岩沉积为特征,局部发育砂岩,是盆地内最好的区域性盖层[4]。北卡那封盆地在克拉通内坳陷阶段发育了一套陆表海-河流三角洲砂泥岩交互的碎屑岩沉积建造,而波拿巴盆地前裂谷层序则为广泛分布的蒸发岩沉积。北卡那封盆地自三叠纪晚期到早白垩世有多个三角洲发育,而波拿巴盆地三角洲发育主要集中在早侏罗世-早白垩世,主体在侏罗纪时期。北卡那封盆地多期发育的三角洲为大气田的形成提供了多套生储盖组合,相比较而言,发现大气田个数更多,层位更加广泛。

2 成藏基本要素对比

2.1 烃源岩条件

北卡那封盆地和波拿巴盆地都存在一套被动裂谷层序发育的中-下侏罗统海相泥岩,有机质丰度高,有机质类型均为Ⅱ2和Ⅲ型,主要生成天然气和凝析油,在盆地大部分区域已经成熟,是西北陆架一套重要的烃源岩。漂移层序发育的白垩系泥岩大部分未成熟,对盆地生烃贡献较小。北卡那封盆地具有侏罗系和三叠系2套有机质丰度高的烃源岩,而波拿巴盆地仅侏罗系1套有机质丰度高的烃源岩 (图1),因此北卡那封盆地生烃能力较强,生烃量更多,这是此盆地发现更多大气田的重要原因之一。

图1 澳大利亚西北陆架三大富气盆地烃源岩w(TOC)与深度交会图

北卡那封盆地中-晚三叠世发育的Mungaroo组是一套河流、三角洲相沉积,砂泥岩互层,其烃源岩总有机碳质量分数(w(TOC))在平面上都以Scarborough气田和Jansz气田为中心,向四周递减。在Exmouth高地和Rankin台地有机质丰度最高,Scarborough气田的西北侧,w(TOC)大于6.0%,为优质的烃源岩。Mungaroo组泥岩的成熟度整体较高,尤其是在Exmouth高地和Rankin台地,少数烃源岩可以达到高成熟阶段。在这2个区域发现的特大型、大型气田Scarborough、Jansz、Geryon、Maenad、Thebe、Iago等,其天然气储量有上万亿立方英尺,伴生的凝析油储量也达几千万桶,其主要烃源岩就是中上三叠统Mungaroo三角洲平原相含煤泥岩。

2.2 储盖组合特征

波拿巴盆地大气田主要来源于侏罗系Plover组自生自储式储盖组合,古生界、三叠系和白垩系油气总的储量仅占全盆地油气总储量的3%。Plover组为自生自储式生储盖组合,烃源岩和储层均为Plover组,盖层有区域性盖层(白垩系BathurstIsland群),也有层间盖层,以产气为主,圈闭类型为地垒、断背斜和掀斜断块。目前,在该生储盖组合中已发现了4个大型气田,分别为:Bayu/undan、EvansShoal、Sunrise-Troubadour、Abadi。下-中侏罗统Plover组属于河流-三角洲相沉积,平面上这套储层分布广泛,在Vulcan次盆、Sahul次盆、Sahul台地和Malita地堑等均有分布[5]。Plover组储层物性较好,在3700m左右孔隙度仍然在10%左右,渗透率在3700m仍有部分样品能达到100mD,最高达2000mD(图2)。

图2 波拿巴盆地Plover组砂岩孔隙度和渗透率与深度交会图

北卡那封盆地具有3套生储盖组合,白垩系下生上储型,代表大型气田:Gorgon和Scarborough;侏罗系自生自储、下生上储型,代表大型气田:Perseus和Jansz;三叠系自生自储型,代表大型气田:North Rankin、Goodwyn和Gorgon(表1)。白垩系下生上储型组合是由白垩系砂岩聚集下覆侏罗系和三叠系烃源岩形成的油气成藏,储层为下白垩统Barrow群三角洲砂岩,主要集中分布在Barrow次盆和Exmouth高地南部,盖层为分布广泛的白垩系厚层页岩Muderong组。Barrow群是在Valangian-Berrsian时期发育的三角洲沉积,在其前端发育浊积体[6],Scarborough气田就是在此浊积体中发现的岩性气藏。整体来说砂体物性特征较好,孔隙度和渗透率均较高,在4000m左右孔隙度仍然有15%左右。

北卡那封盆地侏罗系自生自储、下生上储型储盖组合,前者烃源岩为侏罗系Athol组泥岩和Dingo组黏土岩烃源岩,后者烃源岩为中-上三叠统Mungaroo组烃源岩,由深切入三叠系及以下地层的深大断层、多期不整合面以及渗透性砂岩输导层进入到侏罗系河流-海相砂岩成藏。侏罗系储集层分布受沉积环境控制,在全盆地均有此套河流-海相砂岩储集层分布,大部分样品孔隙度分布于17%～20%,渗透率集中分布在200～400mD,物性条件好。

北卡那封盆地三叠系自生自储型是盆地大气田发育最多的储盖组合模式,在盆地中发现的10个大型气田中,有7个气田的主要储层就为中-上三叠统Mungaroo组。北卡那封盆地中-晚三叠世发育了厚层的Mungaroo组河流-三角洲相沉积,三角洲平原煤是盆地重要的烃源岩,而其河流三角洲相-边缘海相砂岩形成了盆地主要的储集层。Mungaroo组在Exmouth高地和Rankin台地发育最厚,可达3～4km,已经发现Mungaroo组的大气田均位于这两个区域。Mungaroo组砂岩物性较好,孔隙度最高可达34%,渗透率最高可达10D。Mungaroo组至少发育了4个沉积旋回,每个沉积旋回都是由代表辫状河沉积的粗砂单元和代表泛滥平原沉积的泥岩、少量煤及细粒砂岩的单元成对组成,这种互层式的沉积使得北卡那封盆地形成了良好的三叠系自生自储型生储盖组合。早期发育的构造圈闭与Mungaroo组的生储盖组合相结合,再加上后期较弱的构造运动,给大气田的形成提供了充足的气源、良好的储层、优质的盖层、大型圈闭以及有效的成藏配置,北卡那封盆地Exmouth高地和Rankin台地的三叠系自生自储式生储盖组合是西北陆架最有利于发现大气田的区域。

_表1 北卡那封盆地已发现大气田生储盖组合统计表

2.3 圈闭条件

北卡那封盆地圈闭类型分布与盆地构造演化密切相关,盆地经历了裂谷阶段,形成了大量断层。平面上,盆地中断鼻、断块构造发育,呈北东向展布,成排、成带分布,部分构造圈闭继承性发育[7]。Exmouth高地在东西两侧斜坡构造背景下,在其中部易形成岩性圈闭。垂向上,盆地三叠系断层发育,以与断层有关的构造圈闭为主;侏罗系则多为构造圈闭和地层圈闭;白垩系断层不发育,Barrow群的主要圈闭为披覆背斜及浊积扇中的砂体尖灭和前三角洲砂岩形成的岩性圈闭,Scarborough气田就是岩性圈闭的代表。由于西北陆架在大陆裂谷阶段存在几期大的区域性不整合,形成了不整合圈闭,或与构造相结合形成了复合圈闭,侏罗系储层的Jansz气田就是典型的不整合面圈闭(表2)。

波拿巴盆地断层极其发育,具有2次断裂发育主要时期,这些断裂大多数延续活动到现今。断块圈闭在各个层位均有发育,背斜、不整合、岩性和复合圈闭也有发育,但数量较少,油气储量也很小。在侏罗系已发现的油气大部分都储存在断块圈闭中,盆地中断块圈闭大部分为两条断层或多条断层所遮挡(表2)。在上部,埋深更浅的晚白垩世Puffin组以地层圈闭为主,且已经发现Swan、东Swan和Birch油气藏都属于地层圈闭。

由于构造演化的相似性,北卡那封盆地和波拿巴盆地圈闭条件极为相似,都以构造圈闭为主,但仍夹有岩性圈闭和地层圈闭等多种圈闭组合形式。不同之处在于波拿巴盆地构造变动更为复杂,其圈闭的组合也更加复杂,特别是Petrel次盆还存在与盐构造有关的构造和地层圈闭[8](表2)。

2.4 成藏过程

北卡那封盆地和波拿巴盆地成藏过程具有相似性也存在差异 (表3)。相似性表现在:①两盆地侏罗系烃源岩主要排烃期均为晚白垩世-现今,对油气聚集成藏很有利。②两盆地圈闭主要形成期是中晚侏罗世-晚白垩世,盆地主要生排烃期、圈闭形成期和成藏期配置良好,有利于油气成藏。③两盆地既有垂向运移,也有侧向运移,垂向运移的运移通道为断层和不整合面,侧向运移从生烃中心向周围隆起或沿大陆架上倾方向运移。④北卡那封盆地成藏关键时刻是早白垩世、古新世[9],波拿巴盆地成藏关键时刻是始新统、上新统,两盆地油气藏均属于晚期成藏,有利于气藏的保存。

表2 北卡那封盆地和波拿巴盆地圈闭类型

表3 北卡那封盆地和波拿巴盆地成藏条件综合对比表

北卡那封盆地和波拿巴盆地成藏过程差异性特征主要表现在:①北卡那封盆地由于在克拉通内坳陷阶段多发育了一套上-中三叠统Mungroo组烃源岩,其在晚三叠世-侏罗纪有一次排烃高峰,对盆地的油气成藏有重要的贡献。在Rankin台地和Exmouth高地晚三叠、中晚侏罗形成的圈闭捕集了此时生成的油气,形成了多处大型气田[10,11]。而波拿巴盆地大型油气田的烃源岩主要来源于侏罗系。②在中新世时期,澳大利亚西北陆架与欧亚板块相碰撞,这种碰撞在波拿巴盆地最为强烈。这次碰撞事件使得早期形成的断层重新活化,造成了油气的散失,圈闭充满度低。这次碰撞事件还将热能经过海水从帝汶岛弧流入到波拿巴盆地中,加速了盆地中已有油气藏的水洗作用,使得油气散失[12]。

3 结论

1)北卡那封盆地和波拿巴盆地现今同为被动大陆边缘盆地,均具有优越的石油地质条件,两者相似性表现在:盆地裂谷期同为重要的勘探层系,并且均发育河流-三角洲沉积,为盆地中重要的烃源岩、储层;烃源岩有机质类型为Ⅱ2和Ⅲ型,以生成天然气和凝析油为主;漂移期发育了巨厚的海相页岩,是2个盆地良好的区域性盖层;圈闭类型以构造圈闭为主,油气分布集中。

2)北卡那封盆地和波拿巴盆地不同特征主要表现在:北卡那封盆地相比较波拿巴盆地,在拉通内坳陷裂谷阶段发育了一套三叠系河流三角洲沉积,这套三叠系地层形成了良好的自生自储配置,为北卡那封盆地带来了更丰富的油气资源,并且盆地后期构造活动弱,保存条件优越。

[1]张建球,钱桂华,郭念发.澳大利亚大型沉积盆地与油气成藏[M].北京:石油工业出版社,2008.184～198.

[2]Dianne S E,James C P.Geochemical characteristics of hydrocarbons from the Vulcan Sub-basin,western Bonaparte Basin,Australia [J].The APPEA Journal,2004,44(2):169～201.

[3]Boote D R,Kirk R B.Depositional wedge cycles on evolving plate margin,Western and Northwestern Australia[J].AAPG Bulletin, 1989,73(2):216～243.

[4]Dewhurst D N,Raven M D,Ruth P V.Acoustic properties of muderong shale[J].The APPEA Journal,2002,42(2):241～257.

[5]Bonnie S,Lowe-Young,Darren R.The Evans Shoal Field,northern Bonaparte Basin[J].The APPEA Journal,2003,43(1):459～469.

[6]Arditto P A.Depositional sequence model for the post-Barrow Group Neocomian succession,Barrow and Exmouth Sub-basins,Western Australia[J].The APPEA Journal,1993,33(1):152～160.

[7]冯杨伟,屈红军,张功成,等.澳大利亚西北陆架深水盆地油气分布规律[J].地质科技情报,2011,30(6):99～104.

[8]Bhatia M R,Thonas M B.Depositional framework and diagenesis of the Late Permian gas reservoirs of the Bonaparte Basin[J].The APPEA Journal,1984,24(1):299～313.

[9]Barber P M.Palaeotectonic evolution and hydrocarbon genesis of the central Exmouth Plateau[J].The APPEA Journal,1982,22 (1):131～144.

[10]Campbell I R,Smith D N.Gorgon 1-southernmost Rankin platform gas discovery[J].The APPEA Journal,1982,22(1):102～111.

[11]白国平,殷进垠.澳大利亚北卡那封盆地油气地质特征及勘探潜力分析[J].石油实验地质,2007,29(3):253～258.

[12]Beardsmore G R,O'Sullivan P B.Uplift and erosion on the Ashmore Platform,North West Shelf:conflicting evidence from maturation indicators[J].The APPEA Journal,1995,35(1):333～343.

[编辑]邓磊

TE121.1

A

1000-9752(2014)02-0006-06

2013-08-06

国家科技重大专项(2011ZX05030-002)。

许晓明(1980-),女,2001年大学毕业,博士 (后),工程师,现主要从事石油地质综合研究工作。