巴布亚盆地褶皱带构造特征

王　涛, 陈景阳, 张　洋, 周浩玮, 龙　旭, 段晓梦

(中海油研究总院，北京100028)



巴布亚盆地褶皱带构造特征

王涛, 陈景阳, 张洋, 周浩玮, 龙旭, 段晓梦

(中海油研究总院，北京100028)

摘要：巴布亚盆地的构造演化主要受控于陆内克拉通裂谷、冈瓦纳裂解、珊瑚海裂开、美拉尼西亚岛弧碰撞4个构造事件，它们共同影响并控制了该带的构造沉积演化和油气成藏。盆地内主要发育3个褶皱带，分别为伊利安褶皱带、巴布亚褶皱带和奥雷褶皱带，它们主要发育压缩构造样式，由于受到挤压应力的强弱变化，褶皱带构造挤压强度北强南弱，构造类型丰富多样。

关键词：褶皱带；构造演化；构造样式；巴布亚盆地；巴布亚新几内亚

0引言

巴布亚盆地的油气勘探始于1911年，但直到1956年才发现第一个油气田。由于巴布亚新几内亚山地丛林密布，交通不发达，所以陆地勘探困难，早期以地质调查为主，后来采用直升机吊运钻机与地震采集设备，陆上勘探才取得重大突破，整个盆地90%的油气发现集中在巴布亚褶皱带，所以对于该褶皱带的构造研究尤为重要。

结合国内对于褶皱带推覆构造丰富的研究成果，如茅山推覆构造体系(黄润生等，2010)、宁镇剪切挤压褶皱山系(董火根等，1990)、江苏盆岭构造(刘志平等，2014)等，针对巴布亚盆地陆上褶皱带的构造特征进行研究。

1区域构造背景

巴布亚盆地构造上处于澳大利亚板块、太平洋板块与菲律宾板块交会处，作为澳大利亚板块向北运动的前沿，它记录了第三纪以来澳大利亚板块与太平洋板块、菲律宾板块的碰撞效应，发育成为典型的新生代弧后前陆盆地。盆地整体上可以划分为3个带9个构造单元(图1)，盆地北部为与活动大陆边缘及弧-陆碰撞相关的活动带，由巴布亚活动带、欧文斯丹莱复杂构造带和米尔尼蛇绿岩带组成；往南过渡为褶皱-冲断带,由伊利安褶皱带、巴布亚褶皱带和奥雷褶皱带组成。巴布亚高地位于海上区域，西部紧邻东部高地，北部与莫瑞斯比地槽和米尔尼蛇绿岩带相连。

2褶皱带典型构造特征

巴布亚盆地处于三大板块交汇处，多期多种应力集中，构造异常复杂，而其中3个褶皱带主要受到2个期次的挤压应力影响，在渐新世末和中中新世遭受2次挤压碰撞。第一次挤压碰撞发生在古新世—渐新世，盆地北部的所罗门海、俾斯麦海和加罗林海依次打开(Jablonski et al., 2006)，受此影响，巴布亚盆地北部在渐新世末遭受隆升剥蚀；第二次挤压碰撞发生在中中新世，由于澳大利亚板块与北部的美拉尼西亚岛弧发生碰撞，盆地进入到前陆造山阶段，褶皱带遭受二次挤压。2次的挤压应力方向都是北东—南西向，晚期挤压构造强化早期挤压。由于挤压应力的强弱变化，形成了如图2的断裂样式。伊利安褶皱带和巴布亚褶皱带的断裂展布方向一致，主要断裂为北西西向，而奥雷褶皱带主要以北北西向为主。

图1　巴布亚盆地构造单元图Fig.1　Map showing structural units of the Papuan Basin

图2　巴布亚盆地褶皱带构造纲要图Fig.2　Structural outline of the fold belts in the Papuan Basin

纵观3个褶皱带，位于中部的巴布亚褶皱带勘探程度远高于其他2个褶皱带，且大的油气发现也集中于此，地质、地震资料比较丰富，构造样式的研究也最为完整。

2.1巴布亚褶皱带

结合图1和图2可以看出，巴布亚褶皱带东、西部受挤压程度也存在明显差异：西部受2期挤压影响，挤压强度较大，以发育基底卷入型构造为主；东部则主要受晚期构造挤压影响，挤压强度相对弱一些，以盖层滑脱构造为主，二者以Bosavi转换带为界。同时由于应力传播方向为北东—南西，褶皱带构造挤压强度北强南弱。地表广泛出露Darai灰岩，盖层为白垩系Ieru泥岩，主要目的层为侏罗系Toro砂岩。

2.1.1基底卷入构造样式基底卷入型构造广泛分布于巴布亚褶皱带西部，主要表现为高角度或者较高角度的逆冲构造类型(图3)。几何形态表现为冲隆型和轻微叠瓦型，构造核部有受到强烈挤压应力而调节应力的反冲断层，使得构造核部进一步隆升。地层上表现为Darai灰岩被大量剥蚀，灰岩之下的Ieru泥岩层和其下的砂岩目的层背斜构造形态保留完整。

图3　巴布亚褶皱带西部基底卷入型构造样式Fig.3　Profile showing basement-involved tectonic style of the western Papuan fold belt

2.1.2盖层滑脱构造样式盖层滑脱构造主要分布于前陆变形区的巴布亚褶皱带的中东部，浅层Ieru泥岩层是主要的滑脱介质，靠近基底的Barikewa泥岩层是另一个主要滑脱面(图4)。滑脱面上、下的构造变形呈极不协调特征，滑脱面上表现为背斜形态，其下则多为高角度的陡立地层，而这些逆掩断层之下的陡立地层在实际地震剖面上存在着双重难题，采集中缺乏反射信号和处理中很难成像，但是高角度的地层倾角在实际钻井中却常常被揭示。

图4　巴布亚褶皱带中东部盖层滑脱构造样式Fig.4　Profile showingcaprock decollement style of the middle-eastern Papuan fold belt

2.2伊利安褶皱带

伊利安褶皱带的长度近似于巴布亚褶皱带的2倍，且褶皱带的山地海拔高度达到5 km，远高于巴布亚褶皱带，但该褶皱带的资料比较少，研究程度也比较局限。从褶皱带的外形来看，伊利安褶皱带主要为东西向，而巴布亚褶皱带为东—南东方向，这说明地下构造控制着伊利安褶皱带。巴布亚褶皱带的基底几乎很少出露于地表，相比之下，较厚的古生代地层沿着伊利安褶皱带出露地表，说明该带有1条主要的埋藏较深的滑脱断层。

2.2.1基底冲断构造样式基底冲断型构造主要分布于伊利安褶皱带西部，主要表现为受高角度逆冲断层控制的基底出露地表构造类型(图5)。几何形态表现为冲断型和高陡逆冲构造类型，构造核部地层由于受到强烈挤压应力而大量出露地表被剥蚀。

图5　伊利安褶皱带西部基底冲断构造样式Fig.5　Profile showing basement thrust style of the western Irian fold belt

2.2.2膝褶带构造样式膝褶带构造主要分布于前陆变形区的伊利安褶皱带的东部。在几何形态上，膝褶带枢纽处容易形成构造高点, 膝褶带自深部向浅部“纵向贯透”多套地层,膝褶型褶皱两侧为陡倾的膝褶带, 而非断层。图6中膝褶带褶皱包括1个膝褶带及其中间所夹持的背斜，共轭膝褶带向深部汇合，背斜较为宽缓，膝褶部位也比较宽缓。整个膝褶带地震资料呈现条带状、低信噪比，存在一定的宽度，这些低反射区呈共轭出现。

图6　伊利安褶皱带东部膝褶带共轭构造样式Fig.6　Profile showing conjugate structure in the kink band of the eastern Irian fold belt

2.3奥雷褶皱带

奥雷褶皱带与巴布亚褶皱带明显不同，为以Moresby坳陷为前渊、以东部高地为前陆隆起带的前陆盆地结构。此带发育巨厚的前陆沉积，使烃源岩达到成熟阶段。从图2可以看出，奥雷褶皱带呈北北西向展布，与巴布亚褶皱带大角度接触，由于主要受到晚期挤压应力的影响，地层较新、保留较为完整，主要为第三系构造。构造类型常见单冲构造及叠瓦逆冲构造。

图7　奥雷褶皱带单冲及叠瓦型构造样式Fig.7　Profile showing thrust and imbricated style of the Aure fold belt

3褶皱带形成机制

巴布亚盆地起源于澳大利亚板块和太平洋板块内次级地块的裂离和拼合。早期为澳洲古陆的克拉通坳陷，在冈瓦纳古陆裂解时形成裂谷盆地；中生代位于澳大利亚北部大陆边缘，受澳大利亚板块不断向北漂移和珊瑚海扩张的影响，巴布亚岛和澳大利亚板块分离(Wensink et al., 1989; Ali et al., 1995)；新生代随着澳大利亚板块北移以及北部的太平洋板块向南俯冲、碰撞，在澳大利亚西北大陆与古大洋俯冲带之间的碰撞带附近形成前陆盆地(Hill et al., 2003)。整体而言，该盆地的演化主要受控于4期重要的构造事件：陆内克拉通裂谷，冈瓦纳裂解，珊瑚海裂开，美拉尼西亚岛弧碰撞，它们共同影响并控制了该盆地的构造沉积演化与油气成藏。

3.1陆内克拉通裂谷

巴布亚盆地和东澳大利亚盆地(Sydney、Bowen、Cooper、Laura盆地)一样，是寒武纪在澳大利亚板块东部形成的主动陆缘增生地体基底上发育起来的。这个增生边界就是现今的塔斯曼(Tasman)线。以塔斯曼线为界，西澳大利亚基底为太古宙和元古宙克拉通地体，而东澳大利亚基底则为古生界增生地体。

晚石炭世—早二叠世，新特提斯洋开始扩张，澳洲进入盆地活跃期，在东澳大利亚，形成Bowen盆地、Sydney盆地和Cooper盆地以及巴布亚盆地等一系列陆内裂谷盆地。

晚二叠世—早三叠世，受东部Hunter-Bowen运动的影响，东澳大利亚包括巴布亚盆地在内的一系列盆地转变为前陆盆地，沉积了较厚的煤层，并逐渐抬升剥蚀。随着挤压的持续，中三叠世火山岛弧活动，在巴布亚盆地陆上普遍发育三叠系Kana火山岩。

3.2冈瓦纳大陆裂解

晚三叠世，由于中三叠世广泛的岩浆活动，沿着北部澳大利亚边缘的拉张裂谷开始大规模复苏，冈瓦纳大陆开始解体，最具代表性的是此时马达加斯加海沟开始形成。受冈瓦纳大陆裂解的影响，巴布亚盆地发育一系列地堑和半地堑，盆地开始形成。这些地堑和半地堑主要发育在Fly台地东南部和巴布亚褶皱带。在盆地的北部，大多数地堑边界断层呈西北西—东南东走向，在巴布亚湾为北东—南西走向，此时伊朗、羌塘、滇缅马苏地块从冈瓦纳大陆分离，推测在澳洲东部存在近南北向供给的陆相物源，途经Surat、巴布亚、Bintuni等盆地。

侏罗纪—早白垩世，随着盆地热沉降和陆缘向海倾斜，盆地进入被动陆缘沉积阶段。在此期间，沉积了Koi-Iange组浅海相粉砂岩和泥岩、Imburu组滨浅海-三角洲相粉砂岩与含砂岩夹层页岩、Maril组页岩、Toro组滨浅海-三角洲相砂岩，以及Ieru组浅海陆架黏土硅质碎屑岩。整体以大规模滨浅海-三角洲沉积为主，形成了巴布亚盆地陆上最重要的一套含油气系统。

3.3塔斯曼海—珊瑚海裂开

晚白垩世—始新世，受塔斯曼海—珊瑚海张开的影响，巴布亚盆地东南部发生区域抬升，厚度超过2 km的地层被剥蚀，形成新近系—古近系区域不整合面。沿北西走向，剥蚀量向Bosavi 转换带方向减少，Bosavi 转换带西北部几乎没有遭受过剥蚀(Home et al.，1990)。沿珊瑚海打开的轴向热膨胀导致巴布亚盆地抬升和沉积物向北西倾斜。此次抬升致使盆地的南部出露，Fly台地大部分出露水面直到晚渐新世，而此时盆地的东北部仍接受少量的海相沉积，主要发育古新统Mendi组泥灰岩及Moogli组开阔海泥岩。早中新世的热沉降作用使巴布亚湾重新进入海相沉积环境，发育广泛的陆架碳酸盐岩建造(Darai组)。Darai组下部台地相灰岩广泛发育在Fly地台上，东部边缘发育南北向边缘外堤礁。Puri组半深海灰岩和Aure层深水浊积岩沉积在南北走向的深海槽里，目前位于巴布亚褶皱带的东部。生物礁发育在西部孤立高地上(Pasca,Uramu和Pandora构造脊)和凹陷的东侧。凹陷的发育与张性断层活动有关，许多断裂(如Fly、Darai、Juhu和Kubor断层)重新活动(Kawagle et al., 1996)。

3.4美拉尼西亚岛弧碰撞

随着渐新世澳大利亚板块北部边缘与美拉尼西亚岛弧的碰撞，盆地进入前陆阶段。北部的伊利安褶皱带、巴布亚褶皱带和Aure褶皱带成为前陆褶皱带，受挠曲负载和水平挤压的影响，在前陆褶皱带前缘形成前渊(Moresby海槽)。早期形成的构造受挤压作用影响，发生反转，油气重新分配。受该期构造事件的影响，巴布亚盆地北部抬升，而巴布亚湾继续热沉降，在Moresby海槽沉积了1套厚达近万米的碎屑岩沉积层序。而在西部陆上褶皱带内，沉积通常限制在挤压背斜中间的向斜区，物源则主要来自背斜剥蚀区。受持续弧陆碰撞的影响，第四系火山活动强烈，火山岩及火山碎屑岩发育。

4构造样式与含油气关系

巴布亚褶皱带油气资源丰富，其发现储量占整个盆地发现的90%以上，本次研究以此带为例，剖析褶皱带构造样式与含油气性的关系。

巴布亚褶皱带以Bosavi转换带为界(图1)，西部和东部在应力强度和构造类型上差异较大。西部受2期构造挤压叠加效应的影响，构造挤压强度大，以基底卷入型构造为主，构造多为规模较大的逆冲挤压背斜圈闭；而东部则由于主要受晚期挤压作用影响，挤压强度相对较弱，以盖层滑脱型构造为主，构造数量较多，但单个油气藏的规模较小(图2)。正是由于这种自西向东构造挤压强度和构造样式的差别，以及褶皱带整体西高东低的格局，造成了巴布亚褶皱带油气分布西大东小的特点。

对于褶皱-冲断带来说，其油气成藏的关键因素是大规模成熟烃源岩是否存在、圈闭形成时间与油气生成运移时间是否匹配以及圈闭的保存条件是否符合等(Cooper, 2007)。区内发现众多气藏，绝大多数油气富集区都在断裂附近，大规模褶皱构造的发育使得西部缺少中中新世以来的地层沉积，但中生代Imburu组泥页岩等优质源岩广泛分布，因此该地区以中生代含油气系统为主。强烈的挤压推覆作用在形成大量构造圈闭的同时，还造成地层叠置加厚，导致下部烃源岩成熟而进入生气窗。另一方面，随着挤压变形强度由北往南减弱，烃源岩之上叠置地层厚度也由北往南减薄，导致烃源岩成熟度和生烃强度由北向南逐渐降低，成熟烃源岩主要分布在巴布亚褶皱带及其北部地区侏罗系烃源在中新世进入生油窗，现已达到生烃高峰并进入早期气窗阶段，在上新世—更新世或更晚发生油气充注，这与挤压构造圈闭形成期具有很好的匹配(Kendrick et al., 2001)。

5结论

(1) 巴布亚盆地是一个构造复杂且勘探研究程度较低的含油气盆地，区域构造演化经历了4个历史阶段：陆内克拉通裂谷，冈瓦纳裂解，珊瑚海裂开，美拉尼西亚岛弧碰撞。不同阶段的构造变形改造、叠加，形成了现在复杂的多种挤压构造特征。

(2) 巴布亚盆地褶皱带构造样式的多变性是由构造变形的多期次性和构造变形的差异性决定的，常见基底卷入和盖层滑脱构造类型，也有较为复杂的膝褶褶皱和叠瓦逆冲构造类型。进一步研究3个褶皱带的各种类型构造与生烃演化关系对巴布亚盆地的油气勘探非常重要。

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Structural characteristics of the fold belts in the Papuan Basin

WANG Tao, CHEN Jingyang, ZHANG Yang, ZHOU Haowei, LONG Xu, DUAN Xiaomeng

(Beijing Research Center, China National Offshore Oil Corp., Beijing 100028, China)

Abstract：The Papuan Basin is a petroliferous basin with complex structure but low exploration degree. The structural evolution of this basin is mainly controlled by four tectonic events, i.e., intracontinental craton rift, Gondwana breakup, the Coral Sea split and Melanesia arc collision, which jointly influence and control the tectonic-sedimentary evolution and hydrocarbon accumulation. Three main fold belts are developed in the basin, i.e., the Irian fold belt, Papuan fold belt and Aure fold belt, with a major compression tectonic style. Due to the variations of extrusion stress, the tectonic compression strength of the fold belts shows a southward weakening trend, with complex structural styles. It is very important for the petroleum exploration in the Papuan Basin to further analyze the relationship between fold belt types and hydrocarbon-generation evolution.

Keywords：fold belt; tectonic evolution; structural pattern; Papuan Basin; Papua New Guinea (PNG)

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.31

收稿日期：2015-03-31；修回日期：2015-05-06；编辑：陆李萍

基金项目：国家科技重大专项“亚太地区油气资源评价及未来战略发展方向”(2011ZX05028-006)

作者简介：王涛(1981—)，男，工程师，地球物理专业，主要从事地震资料综合解释工作，E-mail: wangtao1@cnooc.com.cn

中图分类号：P618.130.2

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)01-0031-06