North Carnarvon盆地中-上三疊統沉積特征與有機質的空間展布

牛 杏，王 任，楊香華，黃 眾，李 丹，朱光輝

（1.中國地質大學（武漢）資源學院，湖北武漢 430074；2.中海石油研究總院國際部）

North Carnarvon盆地中-上三疊統沉積特征與有機質的空間展布

牛 杏1，王 任1，楊香華1，黃 眾1，李 丹1，朱光輝2

（1.中國地質大學（武漢）資源學院，湖北武漢 430074；2.中海石油研究總院國際部）

North Carnarvon盆地是澳大利亞最主要的產油氣盆地，也是世界上主要的富氣盆地之一。三疊系地層厚度巨大且平面分布廣，資源潛力大且儲層發育。早三疊世時，整個西北陸架為淺海覆蓋，盆地沉積了一套Locker頁巖；中-晚三疊世時，西北陸架普遍發生海退，盆地沉積了河流三角洲相的Mungaroo組，其巖性特征為厚層砂巖層與薄層泥巖層互層，并夾有薄煤層。Mungaroo組既是勘探的主要目的層，又是主力烴源巖的發育層段，其儲層與烴源巖呈現“三明治”式疊置，砂體發育區與優質烴源巖分布區重疊。通過對Mungaroo組沉積特征和有機質空間展布的分析，明確了North Carnarvon盆地三疊系陸源有機質空間展布的沉積背景，提出了North Carnarvon盆地三疊系陸源有機質烴源巖發育的沉積充填模式，為澳大利亞North Carnarvon盆地油氣地質研究及我國近海類似油氣田開發提供地質依據。

North Carnarvon盆地；Mungaroo組；沉積特征；陸源有機質

1 地質概況

1.1 構造背景

North Carnarvon盆地位于澳大利亞西北大陸架的南端，面積220 000 km2，該盆地北部為深海平原，東臨Canning盆地的Roebuck坳陷、Lagrange凸起。盆地內部發育Exmouth低隆起、Exmouth凹陷、Investigator凹陷、Dampier地塹等構造單元（圖1）。North Carnarvon盆地為一典型的被動大陸邊緣盆地［1-3］，其構造-沉積演化史從基底開始先后經歷了克拉通盆地、大陸邊緣盆地2個階段，三疊系地層產生于分裂前克拉通邊緣演化階段。

海西運動以后，阿爾卑斯以北的歐洲地區、烏拉山區、北美東部及喜馬拉雅山以北的亞洲地區，許多晚古生代的地槽轉為穩定區，全球出現一個泛大陸［4］。這個在古生代晚期形成的聯合古陸，在三疊紀早期和中期，開始分裂［5］。隨著勞亞大陸與岡瓦納大陸（岡瓦納大陸包括現今的南美洲、非洲、澳大利亞、印度、馬達加斯加和南極洲）之間裂隙的逐漸擴大，特提斯海將太平洋與大西洋溝通起來。三疊紀晚期岡瓦納大陸內部出現分裂，印度、非洲、澳大利亞-南極洲之間分離，印度洋開始孕育［4］。在此過程中，澳大利亞板塊受到左旋剪應力，發育一系列北北西向斷層［6］。

1.2 地層特征

1.2.1 克拉通盆地地層發育特征

（1）克拉通內裂谷盆地。二疊紀時期，North Carnarvon盆地處于克拉通內裂陷階段，從下到上依次沉積了Byro群、Kenedy群和Chinty組。Byro群巖性為碳質粉砂巖、泥巖和細粒生物擾動砂巖，為斜坡快速堆積產物。Kenedy群巖性為一套向上顆粒變細的海相碎屑巖沉積層系，下部和中部以砂巖為主，屬濱海-淺海沉積，上部由砂巖、粉砂巖、泥巖和頁巖組成，Kenedy群沉積環境屬于陸架環境，整合在Byro群之上。Chinty組整合于Kenedy群之上，其沉積時代為晚二疊世，巖性為淺海相砂巖，局部夾海相泥巖［4］。

（2）克拉通邊緣盆地。三疊紀時期，North Carnarvon盆地處于克拉通邊緣盆地坳陷階段，總體上沉積兩套地層：一套為下三疊統-中三疊統下部淺海相Locker組頁巖，一套為中三疊統上部-上三疊統陸源有機質河流相Mungaroo組砂、泥巖互層。這兩套地層構成了三疊系地層的“二段式”：早三疊世-中三疊世早期，整個澳大利亞西北陸架為干旱炎熱氣候，并為淺海所覆蓋，此時在North Carnarvon盆地主要沉積一套Locker海相泥巖，并夾有薄層的砂巖，其中發育正常淺海珊瑚、有孔蟲、腕足類、雙殼、菊石等底棲類淺海化石；中三疊統晚期-晚三疊世，氣候溫暖潮濕，地表徑流發育，從而發育了大型三角洲沉積體系。在North Carnarvon盆地沉積了一套河流相-邊緣海相Mungaroo組砂、泥巖，三角洲平原分支流間灣泥巖與分流河道砂巖頻繁互層，并夾有薄煤層。

2 North Carnarvon盆地中-上三疊統的沉積特征

2.1 三疊紀古氣候背景

三疊紀早期和中期發生海侵，隨著泛大陸的解體，North Carnarvon盆地在古構造和地理環境背景下形成坳陷型盆地，并開始接受海相沉積，該時期微管植物、帶紋飾的雙氣囊孢粉、咸化環境的石松與裸子植物等種屬分異度較低的近岸植物較為發育。此時，整個澳大利亞西北陸架以發育碎屑淺海沉積為特征。三疊紀中晚期，澳大利亞西北陸架盆地發生構造反轉，以差異升降作用為主，海平面逐漸下降而普遍發生海退［7］。而此時，西北陸架處于中特提斯南緣熱帶亞-熱帶海洋性氣候帶，氣候溫暖潮濕［8］，中晚三疊世發育豐富的種子蕨（Dicroidium）、裸子植物（Gymnosperm）、隱花植物（Cryptopam）與淡水藻類，表明熱帶雨林繁盛，降雨量充沛，地表徑流發育，陸源碎屑與陸源有機質供給豐富，因此具備了巨型三角洲發育的有利地質條件。

2.2 單井相特征

三疊系單井相總體特征：上三疊統-中三疊統上部發育分流水道砂體且分流水道砂體與富含陸源有機質的分支流間灣泥巖互層；中三疊統下部-下三疊統發育淺海泥巖。

針對盆地三疊系的沉積特征，對典型井North Gorgon-1進行具體分析，從巖性上看整個上三疊統地層呈現出砂巖與泥巖頻繁互層，并可見薄煤層，為三角洲平原沉積（圖2），在深度為3 797.3～3 803.5 m段巖心為白色砂巖，發育板狀交錯層理和平行層理，分選中等，顆粒中到細，次棱角狀到次圓狀，含粘土基質、微量鈣質、微量黃鐵礦，局部可見炭屑，底部可見沖刷面，為三角洲平原分支流河道砂體。

圖2 North Gorgon井上三疊統巖心相

在Candace-1井單井相圖中，下三疊統-中三疊統下部地層以上升旋回占主體，為富泥段地層，為Locker組淺海相泥巖，并含少量砂巖；中三疊統上部-上三疊統地層以下降旋回占主體，出現砂泥互層段并含煤層，為Mungaroo組三角洲平原中分支流間灣泥巖與分支流河道砂體頻繁互層，泥巖中有機質含量高，可以作為很好的烴源巖，三角洲平原砂可以作為很好的儲集砂體，可以形成高效的生儲組合——自生自儲。

2.3 連井沉積相分析

三疊系連井沉積相總體特征：中三疊統上部-上三疊統地層為砂泥巖互層，連井剖面上呈現出多套砂泥互層的地層組合；下三疊統-中三疊統下部地層為泥巖地層，連井剖面上應呈現出大套的泥巖地層發育。

從North Carnarvon盆地邊緣三疊系連井剖面中也可以看出地層的二段式發育：三疊系下部測井曲線較平緩，上部測井曲線起伏較大［9］。曲線平緩段對應下三疊統-中三疊統下部發育的大段海相泥頁巖；曲線起伏較大段對應于中三疊統上部-上三疊統廣泛分布的三角洲平原分流水道厚層砂巖夾薄層分支流間灣泥巖，并含煤層。

如圖3所示，淺藍色層位為泥巖地層，黃色層位為砂巖地層，圖上可明顯觀察到砂泥巖互層現象，主要原因為Mungaroo組發育有分流河道砂巖與分支流間灣泥巖頻繁互層，形成多套典型的砂-泥-砂（儲層-烴源巖-儲層）“三明治”式有利疊置生儲組合，優質砂體發育區與主力烴源巖發育區重復出現，構成了其地層組合的特殊性。

2.4 地震反射特征

三疊系總體地震反射特征：地層沉積厚度巨大，沉積界面構成大型楔狀體格架。

如圖4所示，SB代表Locker組的頂界面、Mungaroo組的底界面，Mtri代表Mungaroo組之間的一個界面，Bju代表Mungaroo組的頂界面。SB之下沉積的為一套Locker組泥巖地層，SB與Mtri之間沉積的為Mungaroo組砂泥互層地層，Mtri與Bju之間仍為Mungaroo組，但巖性以砂質為主，泥質含量較少。地震反射剖面顯示，SB界面之下，Locker泥巖表現為中連續-弱振幅；SB界面與Mtri界面之間發育砂泥互層并夾煤層，在地震剖面上，這套砂巖表現為中連續至中-強振幅（圖4）。

圖3 Mungaroo組辮狀河三角洲四套砂-泥互層沉積旋回連井對比

地震反射剖面顯示，從北至南，地層厚度逐漸減薄，代表沉積亞相由前三角洲、三角洲前緣至三角洲平原過渡，其中地層總體沉積厚度較大，受正斷層的影響較大，中間部位為Dampier地塹，沉積界面總體上構成大型楔狀體格架（圖4）。

圖4 101r＿08測線地震層序格架

2.5 沉積總體特征

通過單井分析、連井沉積相對比和地震剖面分析，可看出North Carnarvon盆地中-上三疊統的沉積總體特征如下：

（1）中-上三疊統North Carnarvon盆地為克拉通邊緣盆地，沉積了一套河流相-邊緣海相Mungaroo組砂、泥巖，受溫暖潮濕氣候影響，近海低地蕨類與種子蕨植物化石發育，陸源有機質輸入量大，為典型的海陸過渡相沉積。

（2）Mungaroo組三角洲砂體沿長軸方向在盆地中延伸較遠，河流發育，辮狀河道易改道，河道多期連片，形成疊加復合沉積，河道砂體的疊置（圖2）使得上三疊統砂體規模大且分布廣泛。

（3）多個單井相分析，Mungaroo組為三角洲平原和前緣分支流水道砂體和分支流間灣泥巖頻繁互層，砂體以向上變細的正旋回為主，泥巖段富含碳質。因此，North Carnarvon盆地中-上三疊統砂巖主要為三角洲平原分支流水道砂體，三角洲平原亞相發育廣泛。

3 沉積相與陸源有機質的空間展布

3.1 中-上三疊統沉積相展布規律

North Carnarvon盆地在晚三疊世已經屬于克拉通邊緣坳陷階段，為盆地的長軸方向發育三角洲提供了穩定的可容納空間。在Exmouth凹陷發育大型的三角洲，其物源來自于南東方向澳大利亞大陸河流所攜帶的陸源碎屑，由于物源充足，其三角洲向盆地延伸較遠。Investigator凹陷發育的三角洲物源來自南西方向，同樣向盆地內部延伸較遠。因此，巨型三角洲的發育為North Carnarvon盆地上三疊統沉積的一大特色。在沉積相圖上，可以觀察到的沉積相有三角洲相、淺海相、濱淺海相。

3.2 有機質分布規律

3.2.1 縱向分布特征

實驗分析結果表明，發育于中晚三疊世Mungaroo組分支流間灣泥巖富含陸源有機質，其有機碳含量較高，Mungaroo組發育于潮濕氣候條件下的大型三角洲背景，近海低地蕨類與種子蕨植物繁盛，陸源有機質輸入量大，烴源巖的有機碳含量與物源方向密切相關；而發育于早三疊世的Locker組泥巖有機碳含量較低（圖5）。其原因可能是陸生植物與水生生物有機質的各化學成分百分含量不同，并且陸生植物富含碳水化合物與木質素，其芳烴含量高，不易氧化；海洋浮游生物中蛋白質含量普遍較高，易于分解與氧化，從而導致其賦存狀態和保存條件不同，使得Locher組泥巖中有機質含量不及Mungaroo組豐富。由此可見，Mungaroo具有很大的勘探前景。

圖5 有機質含量的縱向分布

3.2.2 有機質的平面分布特征

North Carnarvon盆地發育大型的河流三角洲沉積體系，從圖6可以看出，整個盆地有機碳含量普遍都比較高，TOC值均在1.0%以上，因此其烴源巖發育的潛力大。其中，Exmouth低隆起為TOC含量高值區域，為前三角洲-濱淺海沉積環境；其次，三角洲背景下陸源有機質輸入較強，烴源巖的有機碳含量與物源方向密切相關［10-11］，陸地河流攜帶的南東向大量陸源碎屑有機質所形成的三角洲平原、三角洲前緣亞相也是TOC的高值區域。通過之前單井相分析可知，在三角洲平原、前緣地區發育有分流水道砂巖及分支流間灣泥巖互層，通過TOC值可以發現其沉積地帶有機質含量較高，而Mungaroo組發育背景與TOC高值區相對應，因此沉積特征與有機質的空間分布相聯系。

圖6 Mungaroo組TOC（%）含量等值線

3.3 North Carnarvon盆地三疊系陸源有機質烴源

巖的發通育過模上式述沉積特征和有機質空間展布的分析，構建了三疊系陸源有機質烴源巖的發育模式［12］（圖7）。中-晚三疊世發育的Mungaroo組泥巖陸源有機質烴源巖主要為三角洲平原相帶分支流間灣泥巖，與分流水道砂體頻繁互層。澳大利亞西北陸架North Carnarvon盆地中-晚三疊世發育廣闊的三角洲平原亞相，三角洲前緣亞相相對較窄。砂巖以分支流水道中粗砂巖為主要，垂向上為向上變細的正旋回相序列，富含植物碎屑。與分支流水道砂巖互層的泥巖富含碳質，為三角洲平原分支流間灣沉積。

4 結論

（1）通過沉積特征和有機質空間展布的分析，認為中-晚三疊世發育的Mungaroo組泥巖，發育模式為陸源有機質大型河流供給的烴源巖發育模式，烴源巖與儲層呈“三明治”式疊置，儲層分布區與烴源巖分布區重疊。

圖7 大型河流供給烴源巖發育模式

（2）North Carnarvon盆地三疊系勘探成果豐富，勘探潛力巨大，有關陸源有機質沉積構成特征等方面的研究成果，對類似盆地烴源巖的生烴潛力和評價有重要的參考價值。我國近海的珠三坳陷、白云凹陷、東海的西湖凹陷均發現商業天然氣藏，其烴源巖主要為陸源有機質，目前都面臨勘探風險大、烴源巖空間展布規律不清的困惑，通過對North Carnarvon盆地三疊系沉積特征和有機質空間展布規律的研究，對上述類似盆地的天然氣勘探具有重要的借鑒意義。

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sedimentary characteristics；terrestrial organic matter

15 Sedimentary characteristics and the spatial distribution of organic matter of middle-late Triassic in North Carnarvon basin

Niu Xing et al（Faculty of Earth Resources China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430074）

North Carnarvon basin is the main production in Australia petroleum basin，and it is also the one of main richgas basins.The Triassic strata are of big thickness and widely distributed，potential of nature gas resources are huge and the reservoir quality is good.The early Triassic，the entire northwest continental shelf for shallow sea covers.The basin deposits Locker shale.In the middle-late Triassic，the northwest continental shelf generally occurred regression retreat，the basin is the river delta facies in Mungaroo group，the lithologic features for thick layer of sandstone with thin layer of mudstone，and contain coal seam.The upper Triassic Mungaroo group is the main purpose of the exploration layer，it is also the main hydrocarbon source rocks of the development of the layer section，the reservoir and hydrocarbon source rock in a“sandwich”type，and sand development zone and the high quality hydrocarbon source rocks distribution are folded.Throughing the sedimentary characteristics and spatial distribution analysis of the organic matter in Mungaroo group，the rule of the Triassic organic matter space distribution has been made clear，and the Triassic terrestrial organic matter hydrocarbon source rocks of the development of the pattern has been put forward，for Australia North Carnarvon basin oil and gas geologic research and offshore oil and gas field development similarly in China provide geologic foundation.

North Carnarvon basin；Mungaroo group；

TE111.3

A

1673-8217（2012）06-0015-05

2012-08-10

牛杏，1989年生，中國地質大學（武漢）資源學院本科在讀，專業為資源勘查工程。

國家科技重大專項課題子課題（2011ZX05030-002-002）；中國地質大學（武漢）“科學家計劃”第三期學員資助。

吳官生