澳洲北卡那封盆地深水區三疊系異常體識別

許曉明，楊松嶺，尹 川，閆青華，譚 卓

(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

北卡那封盆地(Northern Carnarvon Basin)位于澳大利亞西北陸架，是西北陸架最富有的盆地[1]，其天然氣儲量占西北陸架總儲量的62%。盆地勘探始于1954年，截至2018年底，共發現269個油氣藏，探明石油儲量3.38×108t，凝析油儲量2.58×108t，天然氣儲量4×1012m3[2]，但這些已發現油氣均集中在埃克斯茅斯—巴羅—丹皮爾坳陷和埃克斯茅斯隆起[3-4]，其東北部的比格坳陷勘探程度低，目前尚未有經濟性發現，但盆地待發現資源評價表明，其待發現油氣資源潛力較大[5]。在對比格坳陷開展勘探潛力評價過程中，對其外帶小天鵝凸起開展圈閉搜索時，在中三疊統發現了大型異常丘狀巖性體——小天鵝(Cygnet)異常體，在其西北部袋熊(Wombat)古隆起上三疊統ODP鉆井揭示有生物礁的發育[6]，如果這個異常體是生物礁，并有所發現，必將給本區的油氣勘探工作打開一個全新的局面。但小天鵝異常體的認識存在較多爭議，異常體是生物礁還是火成巖對該地區的油氣評價有著較大的影響。因此，有必要合理準確地解釋這個異常體的地質屬性。

1 區域地質背景

比格坳陷位于北卡那封盆地東北部，呈近似南北走向，其形成和演化受控于先存基底古構造和西緬地塊、拉薩地塊、羌塘地塊、滇緬馬蘇地塊等微板塊與澳洲大陸的分離，整體上經歷了晚古生代的克拉通內盆地、中生代同生斷陷盆地和新生代被動大陸邊緣盆地3個盆地演化階段[7]。坳陷可以進一步劃分為5個二級構造單元，從北向南依次為小天鵝凸起、北比格凹陷、中比格低凸、南比格凹陷和南比格斷階(圖1)。中三疊統小天鵝巖性異常體就發育在小天鵝凸起南部。

比格坳陷沉積了石炭/二疊紀—新生代的地層，其中三疊系—中侏羅統厚度巨大，分布穩定，上侏羅統—下白堊統很薄或缺失[8]。三疊系在區塊內發育較為完整的一套沉積旋回，下三疊統Locker組是在海侵條件下沉積的海相頁巖；中三疊統為一套海退層系，大部分地區為三角洲—邊緣海相砂、泥巖沉積，三角洲沉積體系向西北方向進積[9-10]，在局部地區發育了一套Cossigny灰巖，遠離物源區分布更為廣泛，本文討論的小天鵝異常體就發育在該層段，但目前鉆遇的灰巖為代表低能環境的泥灰巖、泥質灰巖及泥晶灰巖；上三疊統在盆地東南部為三角洲碎屑巖沉積，在西北部為碳酸鹽巖沉積，袋熊古隆起上ODP鉆井揭示近300 m厚的上三疊統Brigadier組，為典型生物礁灘沉積，造礁生物包括珊瑚、苔蘚蟲、鈣質骨針等。但通過對比分析認為在小天鵝凸起區，Brigadier組為開闊臺地沉積，海上坎寧盆地鉆井揭示Brigadier組灰巖物性差，不能作為有效儲層。

小天鵝異常體所在的小天鵝凸起在Cossigny層段沉積時期，一直處于水下低隆起(圖2)，具有發育碳酸鹽巖生物礁的古構造背景[11-12]。但同時區域研究表明，西澳大利亞邊緣存在廣泛的巖漿發育區，巖漿作用通過典型的火山巖建造表現出來，已有鉆井揭示在北卡那封盆地北部的布勞斯盆地邊緣發育洋陸過渡帶的火山巖建造和裂谷作用期形成的火山巖，在袋熊古隆起的ODP鉆井揭示中三疊統巖石中見火山碎屑成分，表明此區域在中晚三疊世存在火山活動。因此，小天鵝異常體雖然具有發育碳酸鹽巖儲層的有利構造背景，但不排除該地質異常體為火成巖的可能性。

圖1 北卡那封盆地構造單元劃分及異常體分布位置

圖2 北卡那封盆地中三疊世盆地原型

2 小天鵝異常體可能存在的兩種模式

小天鵝大型異常體面積約520 km2，在最初的研究中研究區僅有2D地震測線，基于小天鵝異常體地震剖面上表現為外部丘狀，內部雜亂反射，結合研究區古構造、古環境等方面的認識，提出了異常體可能存在的2種沉積模式(圖3)：第一種是生物礁，與其西北部袋熊古隆起上三疊統ODP鉆井揭示的生物礁類似；第二種是火山建隆，火山活動形成的火山沉積建造。

第一種模式是生物礁。研究表明在Cossigny層段沉積時期，北卡那封盆地處于克拉通內拗陷階段，外側有拉薩和緬甸地塊的遮擋，整體構造穩定，基底坡度緩，沉積模式為三角洲—混積—碳酸鹽巖緩坡的混積緩坡沉積模式。此時異常體所在的小天鵝凸起位于連接澳洲古陸和拉薩板塊的袋熊—比格水下低隆起帶之上，同時位于混積臺地遠離物源區的遠端，具有發育碳酸鹽巖生物礁或臺地的構造沉積背景(圖2)。并且小天鵝異常體外表呈丘狀，具有與生物礁外表相似的地震剖面特征(圖4)。

圖3 北卡那封盆地比格坳陷小天鵝異常體生物礁或火成巖沉積模式

第二種模式是火山建隆。小天鵝異常體所在的小天鵝凸起位于盆地的外帶，緊鄰洋殼，從重磁資料上來看，異常體處于陸架邊緣的高磁異常區，同時還與澳洲西北陸架布勞斯盆地已鉆遇的侏羅系火成巖具有相似的地震反射特征：短軸狀、弱連續、低頻、強振幅[13]。據此提出了異常體可能存在的第二種模式：火山建隆。小天鵝異常體2種模式各自有其依據，但同時又有著不確定性，異常體的準確識別是開拓盆地外帶新領域的關鍵。

小天鵝異常體所在的小天鵝凸起無一口鉆井，且火成巖和碳酸鹽巖同樣具有高速高密高電阻高阻抗的特點，難以利用常規的地球物理方法來識別碳酸鹽巖和火成巖。針對小天鵝異常體是碳酸鹽礁灘還是火成巖的關鍵地質問題，利用新采集處理的三維PSTM地震數據，探索形成了一套“相面、解體、尋根、溯源”四步法深水無井區異常體識別分析技術。第一步是“相面”，在全三維地震資料精細解釋的基礎上，綜合利用地震屬性分析、地震相分析識別特殊異常體的形態；第二步是“解體”，綜合利用波形聚類、三維可視化等技術精細解剖異常體結構；第三步是“尋根”， 提取異常體所產生的重、磁異常特征，結合重、磁、震聯合反演技術，推斷異常體的巖性及規模；第四步是“溯源”，通過古構造恢復及巖相古地理分析重構異常體形成環境，調研區域火山活動特征，判定火山活動期次及時間。下面將從這4個方面來分別詳述對這個異常體的辯證識別。

3 小天鵝異常體地質屬性的辯證識別

3.1 “相面”與“解體” —— 宏觀地震相特征分析及細節特征刻畫

從地震剖面圖看來，典型生物礁和火成巖地震反射特征具有相似性，不好區分，但也具有一些差異。從外表上來看，典型生物礁外表形態為丘狀或透鏡狀凸起，典型的火成巖外形大部分為錐形或蘑菇狀，沿構造脊分布；從地震反射特征來看，典型生物礁頂界面為高連續性的強振幅反射[6]，底界面相對整一沒有頂界面地震反射強，連續性變差，內部為中等連續性的雜亂、空白反射，如果是礁灘互層時可以見到層狀反射。根據火成巖噴發形式的不同，其地震反射特征有差異，但總的來看，其頂底界面都可能會出現強振幅反射特征，內部雜亂，可見斜交、平行或空白等反射結構，其底界面通常模糊不清楚，可見火山通道的穿刺現象。火成巖巖相可以劃分為火山通道相、火山噴出相(包括侵入相、爆發相和溢流相)以及火山碎屑沉積相[14-15]；在平面上，火山口多呈圓形或橢圓形，火山溢流相位于火山口附近，形狀多不規則，具有層層外延的環形特征。

在新采集的三維地震數據體上，可以看出小天鵝異常體外形為錐形，底平頂凸，沿線狀構造脊分布，通過均方根振幅屬性圈定異常體頂面面積可達520 km2(圖5a)。異常體頂面具有中低頻強振幅反射，核部為雜亂反射，兩翼強振幅斜積結構。同時其底部發育了類似火山通道的穿刺現象，內部還發育類似火山侵入的穿層強振幅反射特征，具有典型的火山通道特征。在地震剖面上，可以識別出丘狀雜亂強振幅反射地震相、楔狀斜積中強振幅反射地震相、層狀平行連續弱振幅反射地震相、柱狀雜亂弱振幅反射地震相和碟狀穿層強振幅反射地震相(圖6)，對應于火山噴出爆發相、火山溢流相、火山碎屑沉積相、火山通道相和火山侵入相；平面上，通過屬性分析和異常體頂面立體顯示圖來看，小天鵝異常體沿線狀構造脊分布，與現代新西蘭北島的火山機構很相似，在小天鵝異常體相干屬性與調諧能量疊合圖上可以看到明顯的多個圓形疑似火山通道(圖5b)，利用沿層三維透視分析異常體演化過程，由深層至淺層，異常體由北向南遷移。異常體發育2個中心，北邊形成早，南部發育晚，中間有部分疊置，可能發育多期次的火山噴發。

圖4 北卡那封盆地比格坳陷小天鵝異常體地震反射特征

圖5 北卡那封盆地比格坳陷小天鵝異常體不同屬性疊合

3.2 “尋根”與“溯源”—— 重、磁、震聯合反演求證及區域火山活動調研推斷

火成巖與生物礁有一個較大的差異，即火成巖一般表現為重力高、磁力高，而生物礁不具備這一特征，尤其是產生的磁力異常微弱，利用這一點可以有效地區別火成巖和生物礁。

研究中利用最小曲率位場分離技術[16]，計算得到異常體周邊剩余布格重力異常圖和剩余化極磁力異常圖(圖7)，根據計算出來的剩余異常分析異常體的重、磁異常特征。異常體在剩余布格重力異常上表現為北西端和南東端為局部的重力高，而中部則表現為重力低，但異常體的走向為NW向，重力異常的走向為NE—NEE向，重力異常走向與異常體走向存在偏差。在剩余化極磁力異常上，異常體則位于NW向的磁力高值區內，該磁力高的零值線位置與異常體的邊界基本吻合。從重、磁資料來看，小天鵝異常體表現為重力高與磁力高的異常特征，推斷異常體為火成巖的可能性相對較大。

為了進一步推斷小天鵝異常體的巖性，采用了重、磁、震聯合反演技術。首先，假設不存在異常體的情況下進行反演，結果表明在異常體處的擬合重、磁異常均比實測重、磁異常偏低，據此推測異常體存在且為一高密度、高磁性體。若假設異常體為火成巖，其密度和磁化率均比地層的密度和磁化率高，則重力異常與磁力異常均能吻合。因此，通過重、磁、震聯合反演，進一步推測小天鵝異常體為高密度、高磁性的火成巖的可能性更高一些。

圖6 北卡那封盆地比格坳陷小天鵝異常體地震相特征

圖7 北卡那封盆地比格坳陷小天鵝異常體重磁特征

在重磁震聯合反演的基礎上，本文進一步對澳洲區域火山發育背景進行了調查求證，取得了2項有力的證據：(1)小天鵝異常體所在的小天鵝凸起處于板塊的邊緣，很可能在拉張應力下地殼減薄引發下部巖石圈上隆，在過渡殼或洋殼附近有巖漿侵入或噴出。小天鵝異常體西北方向的袋熊凸起ODP鉆井以及深海捕撈作業的巖心樣品中均有火成巖碎屑發育，其地層發育時代分別是晚三疊世早期卡尼期和三疊紀末期諾利期，證實袋熊隆起發育2期火成巖。在袋熊隆起巖心捕撈作業中，ODP760號及ODP761號巖心樣品捕撈出透鏡狀粗面玄武巖、微晶玄武巖、微輝長巖和橄欖輝綠巖[6]，推測晚三疊世到侏羅紀早期在西北陸架最外邊緣存在裂谷早期火山作用。(2)文獻資料記載在三疊紀晚期與澳洲板塊相連的拉薩板塊在二疊紀、晚三疊世早期也發育了安山巖，具有火山活動[17]，晚三疊世早期與袋熊隆起三疊紀第一期火成巖期次對應。此時異常體所在的小天鵝凸起正好處于弧后裂陷的地理位置[18]，推測異常體發育時期為晚三疊世早期卡尼期。

4 討論

通過對小天鵝異常體宏觀地震相特征分析、細節特征識別與刻畫、再到重、磁、震聯合反演求證，最后到區域火山活動調研推斷，最終認為小天鵝異常體為火成巖的概率較大，該區域三疊系勘探風險較大。小天鵝異常體所在的凸起是一個遠離物源的臺地區，按照古構造、古地理環境來說是有利于礁灘的發育的，但其也處于板塊邊緣，很可能在拉張應力下地殼減薄引發下巖石圈上隆，在過渡殼或洋殼附近有巖漿侵入或噴出，比如袋熊凸起北緣的晚三疊世晚期發育的火成巖，畢竟這種大斷距壘塹相間的部位有可能有下部地幔或“地幔柱”物質的上涌，形成淺層巖漿室，通過“溝源斷層” 引起火山作用。根據重、磁異常的解釋結果以及重、磁、震聯合反演，推測小天鵝異常體可能為高密度和高磁性的火成巖。結合構造發育史，在晚三疊世和中侏羅世的裂谷脈沖作用[19]，可能引發火山活動，同時通過收集到的ODP、拖網和地震資料，認為小天鵝異常體的火山發育時期為晚三疊世早期的卡尼期。雖然初步確定小天鵝異常體是火山巖，但是目前資料不能排除其兩翼發育碳酸鹽巖的可能性，但異常體下部火山通道的穿刺現象以及兩翼火山溢流相特征明顯，異常體未發育碳酸鹽巖儲層可能性更大。

5 結論

(1)北卡那封盆地比格坳陷深水區的小天鵝異常體可能存在2種沉積模式，分別是生物礁和火山建隆。第一種生物礁模式建立的依據是異常體具有發育碳酸鹽巖生物礁或臺地的構造沉積背景和丘狀外表；第二種火山建隆建立的依據是其位于陸架邊緣的高磁異常區，同時也具有與火成巖相似的地震反射特征。依據“相面、解體、尋根、溯源”四步法深水無井區異常體識別分析技術初步確定比格坳陷小天鵝異常體是火成巖的可能性更大。

(2)這套“相面、解體、尋根、溯源”四步法深水無井區異常體識別分析技術在這種無井、僅有三維地震資料的深水區具有較好的應用效果，可以在勘探初期較好地對異常體進行甄別，減少鉆井投入。目前油氣勘探工作逐步走向深水，走向盆地外帶低勘探程度的無井區，北卡那封盆地及其他地區深水低勘探程度潛力區的異常體的判斷與識別可以借鑒這一方法。