巴布亞盆地構(gòu)造演化研究

劉湘,郭建華

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室(中南大學(xué)),湖南長沙 410083)

巴布亞盆地構(gòu)造演化研究

劉湘,郭建華

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室(中南大學(xué)),湖南長沙 410083)

巴布亞盆地是印度-澳大利亞板塊北部邊緣發(fā)育的一個中-新生代含油氣盆地。在前人研究基礎(chǔ)上,以構(gòu)造地質(zhì)學(xué)為理論指導(dǎo),在二維地震解釋的基礎(chǔ)上,將盆地經(jīng)歷的多旋回演化階段概括為4個階段,即二疊紀(jì)拉張成盆階段、中生代拉張成盆與擠壓碰撞階段、晚白堊世-早中新世拉張成盆階段、中新世中期-現(xiàn)今俯沖擠壓與前陸盆地階段,并系統(tǒng)分析了各階段的演化特征,總結(jié)了構(gòu)造演化對盆地的控制作用,為下一步勘探提供理論指導(dǎo)。

前陸盆地;構(gòu)造演化;褶皺帶;烴源巖

巴布亞盆地的油氣勘探工作始于20世紀(jì)20年代,在近一個世紀(jì)的油氣勘探中已完成了大量的工作。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前已有鉆井186口,地震測線基本分布全區(qū)。勘探結(jié)果表明,巴布亞盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣儲量大約為6.25×108t,反映了該盆地具有良好的油氣富集與成藏條件。筆者在前人研究基礎(chǔ)上,結(jié)合二維地震解釋,系統(tǒng)分析巴布亞盆地的構(gòu)造演化過程,以期對該盆地勘探遠(yuǎn)景評價提供參考。

1 構(gòu)造概況

從板塊構(gòu)造位置來看,印度-澳大利亞板塊以澳洲大陸為核心,在西北方向上巴布亞新幾內(nèi)亞地塊與歐亞板塊相接,東南方向新西蘭地塊與太平洋相接,其余部分為開放的大洋環(huán)境。巴布亞盆地主體位于印度-澳大利亞板塊,盆地北部為太平洋板塊與印度-澳大利亞板塊的聚斂型邊界,整體呈由南向北部太平洋板塊方向擠壓的構(gòu)造格局。

巴布亞盆地位于印度-澳大利亞板塊北部邊緣,是一個發(fā)育在晚古生代基底之上的中-新生代含油氣沉積盆地[1],盆地覆蓋海上和陸上2部分,總面積超過68×104km2,包括了巴布亞新幾內(nèi)亞南部的大部分區(qū)域、西巴布亞的東南部、巴布亞海灣和托雷斯海峽。巴布亞盆地位于歐亞板塊、印度-澳大利亞板塊和太平洋板塊3大板塊交會處,是全球構(gòu)造最復(fù)雜的地區(qū)之一[2],受控于印度-澳大利亞板塊與太平洋板塊的斜向碰撞,奠定了北部以沖斷褶皺帶為主、南部以穩(wěn)定臺地為主的構(gòu)造格局,并延續(xù)至今。

巴布亞盆地主要由9個2級構(gòu)造單元組成,分別是Papuan褶皺帶、Fly臺地、Aure活動構(gòu)造帶、Papuan活動構(gòu)造帶、Moresby凹陷、Owen Stanley復(fù)雜構(gòu)造帶、Milne蛇綠巖帶、Papuan高地和東部高地。其中,Papuan褶皺帶、Fly臺地和Aure活動構(gòu)造帶為盆地的主體。

2 盆地構(gòu)造演化分析

Taylor[3]認(rèn)為巴布亞盆地南部在晚白堊世-始新世發(fā)生了2次以上的裂谷事件;Hill等[4]研究表明,巴布亞盆地受控于太平洋板塊和澳大利亞板塊間的裂離與拼合,經(jīng)歷了裂谷、裂后和前陸盆地3大演化階段;楊磊等[5]認(rèn)為巴布亞盆地為澳大利亞板塊邊緣古生界花崗巖基底上發(fā)育的中生代和新生代弧后前陸盆地;駱宗強等[6]通過二維構(gòu)造解釋,認(rèn)為巴布亞盆地現(xiàn)今結(jié)構(gòu)-構(gòu)造存在明顯的東西部差異,盆地西部以薄皮構(gòu)造為主,盆地東部則形成前陸盆地結(jié)構(gòu)。結(jié)合最新研究成果,筆者把巴布亞盆地晚古生代-新生代構(gòu)造演化史分為4個主要階段(見圖1):二疊紀(jì)拉張成盆階段、中生代拉張成盆與擠壓碰撞階段、晚白堊世-早中新世拉張成盆階段和中新世中期-現(xiàn)今俯沖擠壓與前陸盆地階段。

圖1 巴布亞盆地地層綜合柱狀圖

2.1 二疊紀(jì)拉張成盆階段

在該時期,地殼活動比較活躍,各板塊間的相對運動加劇,勞亞大陸和岡瓦納大陸拼接形成聯(lián)合古大陸。巴布亞盆地所在區(qū)域可能受滇緬馬蘇和羌塘擴張的影響,發(fā)育大量的半地塹,處于拉張成盆階段,推測該時期巴布亞盆地沉積了一套潛在的烴源巖[7]。

2.2 中生代拉張成盆與擠壓碰撞階段

早三疊世,岡瓦納大陸開始裂解,受其影響,盆地內(nèi)地塹式裂谷廣泛發(fā)育;中三疊世-晚三疊世,澳大利亞東北部新英格蘭造山帶西南向的俯沖,可能沿著邊緣廣泛分布的火山島弧一直延伸到巴布亞島的北部邊界,該地區(qū)局部有花崗巖侵入;中侏羅世-早白堊世,隨著晚三疊世火山活動的延續(xù),部分島弧區(qū)域開始從澳大利亞板塊分離,巴布亞盆地在此期間為岡瓦納大陸裂后單元,盆地處于被動大陸邊緣,開始熱沉降,是盆地主要的烴源巖(Ⅰmburu組、Koi-Lange組等)、儲層(Toro組、Magobu組等)、蓋層(Ⅰeru組、Chim組泥巖等)的沉積時期,盆地東北部地區(qū)至澳大利亞東部沿線火山活動劇烈,表明該區(qū)域有新的俯沖事件發(fā)生,導(dǎo)致侏羅系洋殼沿海溝向大陸側(cè)形成增生楔[8]。

2.3 晚白堊世-早中新世拉張成盆階段

晚白堊世,由于太平洋板塊向印度-澳大利亞板塊的俯沖作用,斷裂開始沿著澳大利亞北部邊界發(fā)育,導(dǎo)致陸殼邊緣分離出來的巖屑在盆地邊緣組合在一起;古新世巴布亞島開始與澳大利亞昆士蘭分離,沿著巴布亞島北部海岸線,被動大陸邊緣盆地逐漸形成,南部地區(qū)由于臨近珊瑚海擴張作用強烈地帶(見圖2),抬升剝蝕了一部分中生代地層[9],往北西向,抬升剝蝕作用減弱,該作用可能是導(dǎo)致中生代地層在盆地西部地區(qū)廣泛分布,而東部地區(qū)呈現(xiàn)殘洼分布的主要原因;始新世時期伴隨著珊瑚海擴張,盆地進入裂后熱沉降階段,雖然在盆地南部地區(qū)表現(xiàn)得尤為突出,但是在盆地北部的Papuan活動構(gòu)造帶和部分Papuan褶皺帶沉積了一套良好的灰?guī)r和碎屑巖。到了漸新世,澳大利亞板塊繼續(xù)向北運動,導(dǎo)致巴布亞盆地邊緣臨近菲律賓海-哈馬黑拉島-卡羅林海俯沖帶,該區(qū)域的綜合俯沖作用,導(dǎo)致盆地再次隆升,遭受剝蝕,特別是盆地西部地區(qū)影響最大,幾乎缺失整套古近紀(jì)地層,東部地區(qū)則廣泛接受了新生代的沉積物,與中生代相比,該地區(qū)的沉積特點恰恰相反,即在呈殘洼分布的中生代地層之上覆蓋了巨厚的新生代沉積物。

圖2 珊瑚海擴張作用典型剖面(東部高地附近)

圖3 逆沖推覆構(gòu)造典型剖面(Papuan褶皺帶)

2.4 中新世中期-現(xiàn)今俯沖擠壓與前陸盆地階段

由于澳大利亞大陸北部邊緣與美拉尼西亞島弧碰撞,導(dǎo)致主要的板塊重組,處于澳大利亞西北大陸和古大洋俯沖帶之間的巴布亞盆地開始進入前陸盆地演化階段,盆地普遍接受了1000 ～2000m厚的中新世碳酸鹽沉積物,盆地北部隨著所羅門海附近火山島弧的活動,沉積了大量火山碎屑巖。晚中新世隨著盆地北部俯沖帶的活動,Papuan褶皺帶因強烈擠壓而變形、遭受剝蝕,基底沖斷層發(fā)育,形成逆沖推覆構(gòu)造一直持續(xù)至今(見圖3)。在該期間,盆地東西部地區(qū)呈現(xiàn)了截然不同的演化階段,西部地區(qū)受控于北部弧陸碰撞的影響,以侏羅系底界為滑脫面,形成大規(guī)模逆沖推覆構(gòu)造,東部地區(qū)則以Aure活動構(gòu)造帶為中心,形成前陸盆地系統(tǒng)。

3 構(gòu)造演化對盆地的控制作用

通過巴布亞盆地構(gòu)造演化分析表明,盆地經(jīng)歷了中生代拉張成盆與擠壓碰撞階段和中新世中期-現(xiàn)今俯沖擠壓與前陸盆地階段2個階段的主要沉積期,晚白堊世和漸新世是盆地主要的剝蝕期,這4個階段的構(gòu)造運動使得盆地由被動大陸邊緣盆地演化為前陸盆地,在演化過程中,以塔斯曼線為界,劃分成東西2個部分,且東西部存在明顯的構(gòu)造差異。

巴布亞盆地經(jīng)過二疊紀(jì)拉張成盆階段的斷裂期之后,普遍接受了中生代地層沉積,西部以層狀分布,往西厚度增加,往東仍呈超覆接觸,東部則以臺-槽式充填,經(jīng)后期抬升剝蝕后,呈現(xiàn)中生代地層殘洼分布。Papuan褶皺帶中生代地層分布較穩(wěn)定,至盆地東部Aure活動構(gòu)造帶附近逐漸尖滅,Fly臺地中生代地層?xùn)|厚西薄,西部部分地區(qū)Koi-Ⅰange組地層底部有侵入火山巖基底。主要目的層Toro組在Fly臺地、Papuan褶皺帶分布都比較穩(wěn)定。

中生代拉張成盆與擠壓碰撞階段是盆地主力烴源巖Ⅰmburu組、Koi-Lange組的沉積時期(見圖1)。由于盆地在晚白堊世-早中新世拉張成盆階段受珊瑚海擴張影響,盆地南部的Fly臺地和東部高地地區(qū)被大量剝蝕,導(dǎo)致儲集層和蓋層大量缺失,石油地質(zhì)條件差,勘探潛力小;相反,在盆地西北部的Papuan褶皺帶,遠(yuǎn)離南部剝蝕區(qū),儲層保存條件好,在中新世中期-現(xiàn)今俯沖擠壓與前陸盆地階段,由于澳大利亞北部邊緣與美拉尼西亞島弧碰撞,導(dǎo)致Papuan褶皺帶上覆的新生代地層抬升,下覆的中生代烴源巖進入成熟階段,石油地質(zhì)條件好,勘探潛力大,仍然是巴布亞盆地未來勘探的重點。

4 結(jié)論

綜上所述,巴布亞盆地經(jīng)歷了4期多旋回的構(gòu)造演化,即二疊紀(jì)拉張成盆階段、中生代拉張成盆與擠壓碰撞階段、晚白堊世-早中新世拉張成盆階段和中新世中期-現(xiàn)今俯沖擠壓與前陸盆地階段,使得盆地自晚古生代以來,沿塔斯曼造山帶東西兩側(cè)出現(xiàn)明顯的構(gòu)造差異,該差異明顯控制了盆地形態(tài)及含油氣系統(tǒng),奠定了現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

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[編輯]辛長靜

TE121.11

A

1673-1409(2014)26-0012-04

2014-03-14

國家科技重大專項(2011ZX05030-002-005)。

劉湘(1985-),男,碩士生,現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)方面的研究工作。