澳洲西北及南部被动陆缘油气差异分布
方欣欣1，于兴河1，李胜利1，姜华2，庞凌云1，杨丽莎3
(1. 中国地质大学(北京) 能源学院，北京，100083；
2. 中国石油勘探开发研究院，北京，100083；
3. 中国石油勘探开发研究院 西北分院，甘肃 兰州，730000)
摘要：澳洲西北陆架和南部被动陆缘盆地群是澳大利亚主要的油气富集区带，西北陆架与南部陆缘2个地区在构造演化背景、裂谷发育期次、发育时间、油气分布特征等方面存在异同之处。从构造演化对盆地结构的控制、区域构造对烃源岩分布的控制和断裂系统对成藏区带的控制3个方面分析两者的差异。研究结果表明：(1) 西北陆架多期裂陷，盆地结构复杂，表现出“上油下气”的垂向分层式结构，各盆地内裂陷期的构造活动强弱与发育期次不同造成了整个西北陆架平面上油气分布的不均匀性，南部被动陆缘构造活动简单，裂陷期发育晚，时间短，均为单一的产油型盆地；(2) 区域构造控制生烃中心的分布，西北陆架盆地烃源岩在整个中生代都有发育，南部地区晚白垩世和新生代发育烃源岩；(3) 断裂系统的差异导致2个地区圈闭类型的差异，西北陆架早期圈闭受破坏，以断块性圈闭成藏为主，南部多为背斜圈闭和掀斜断块圈闭。澳洲2个地区的被动大陆边缘发育特点与中国南海北部准被动陆缘具有相似性，因此，这2个地区的油气分布特点对南海北部陆架有重要的参考意义。
关键词：被动大陆边缘；澳大利亚西北陆架；构造演化；区域构造；断裂系统
中图分类号：TE121.1 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2012)05-1821-09
Differences in hydrocarbon distribution of two passive continental margins of Australia: North West Shelf and Southern margin
FANG Xin-xin1, YU Xing-he1, LI Sheng-li1, JIANG Hua2, PANG Ling-yun1, YANG Li-sha3
(1. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China;
3. Research Institute of Petroleum Exploration & Development-Northwest (NWGI), PetroChina, Lanzhou 730000, China)
Abstract: The Australian North West Shelf (NWS) and Southern passive continental margin are both main hydrocarbon accumulation areas in Australia. Similarities and differences exist in tectonic evolution history, fracture system, development time, hydrocarbon distribution, etc. Study on the differences from three respects: tectonic evolution controlling basin framework, source-controlling regional structure and trap-controlling fault. The results show that: (1) The NWS develops multi-period rifting, completed structures, and there appears oil lies upon gas vertical layered structure. The intensity of tectonic activity and differences of development period causes hydrocarbon distribution heterogeneity. The Southern margin develops rifting late and short duration. Basins in this area are all produce oil only. (2) Regional structure controls distribution of hydrocarbon generation center. The NWS develops source rock in all Mesozoic. The Southern margin develops in late Cretaceous and Cenozoic. (3) Differences of fracture system cause the differences of trap types. In the NWS, early-trap is destroyed by late faults, developed fault block traps. The Southern margin develops anticline traps and tilted fault block traps. The developed features of the two passive continental margins are similar to the South China Sea passive continental margin. The hydrocarbon distributions of the two areas have the guiding significance for the South China Sea passive continental margin.
Key words: passive continental margin; North West Shelf of Australia; tectonic evolution; regional structure; fracture system
被动大陆边缘蕴含着丰富的油气资源，截止到2008年，全球已发现大油气田约36.34%都位于被动陆缘深水区域[1-5]。该类盆地主要分布在大西洋、印度洋两岸，往往是早期为联合古陆内部的裂谷边缘，随着大陆裂开在原洋两侧形成窄陡的新生大陆边缘。目前，全球约有60多个国家在深水区展开油气勘探，已发现石油储量约为300亿t，2000—2007年全球被动陆缘深水区(＞300 m)共发现33个大型油气田，占全球同期发现的42%[5]。被动大陆边缘的形成往往经历裂前期、裂谷期、过渡期和漂移(被动大陆边缘)期4个阶段。被动大陆边缘成为油气富集区具有优越的石油地质条件：(1) 存在裂谷期和裂后期多套烃源岩，特别是裂谷期形成的湖相烃源岩分布广、丰度高，是被动大陆边缘的主力烃源岩；(2) 发育的深海扇和浊流沉积等为油气提供良好的储层；(3) 古近-新近系和第四系厚层泥岩以及盐岩为油气成藏提供良好的封盖条件。被动大陆边缘油气赋存条件既有上述相似性，也表现出复杂性，这种复杂性主要受控于构造演化时空差异性。随着深水勘探的迅猛开展，这种差异性的认识对于寻找油气富集区将起到越来越重要的作用。澳大利亚的西北陆架和南部边缘均为被动大陆边 缘[6-7]，主要从中生代开始被动大陆边缘的演化，形成一系列富油气盆地，聚集了整个澳大利亚盆地90%的油气资源量[6]。但2个地区油气富集表现出明显差异性：西北陆架各盆地普遍富气，少量产油，垂向分布显示“上油下气”的特征，而南部陆架各盆地普遍产油为主。本文作者试图从大地构造背景、构造演化特征、沉积层序发育特征、石油地质条件出发，通过“构造演化控盆、区域构造控烃、断裂系统控藏”3个方面的研究，分析成盆期构造差异性对盆地含油气性的影响，讨论不同时期断裂系统对烃源岩展布的控制，并结合油气圈闭特征分析成藏有利区带的分布特征，从“成盆、成烃、成藏”3个方面对澳大利亚两侧被动大陆边缘进行分析，对其油气聚集的差异性进行对比研究，以进一步认识被动大陆边缘油气富集规律以及指导近似条件盆地的油气勘探。
1 地质概况
澳大利亚大陆边缘经历了完整的发育阶段，西北陆架各盆地下部为二叠纪-三叠纪前裂谷内克拉通沉积，上覆侏罗纪-新生代裂谷期和被动陆缘层序，包含4个盆地和1个造山带, 自东北到西南依次为博纳帕特盆地、布劳斯盆地、柔布克盆地、北卡纳尔文盆地以及帝汶-班达褶皱带[8]，其中北卡纳尔文盆地是澳大利亚最大的产气和产油盆地[9]；南部大陆边缘的中生代到新生代沉积盆地是由冈瓦纳大陆分裂期间南极大陆和澳大利亚分离产生的断裂作用形成的[7]，早期为克拉通沉积，中侏罗世进入裂陷期，共包括4个盆地，由西向东分别为巴特盆地、沃特韦盆地、巴斯盆地和吉普斯兰盆地。最早在沃特韦盆地有油气发现，目前吉普斯兰盆地是最大的产油盆地(见图1)。
2 构造演化控盆
在被动大陆边缘构造演化的不同时期，盆地的沉积作用主控因素不同：在裂谷期，构造作用为关键要素，而过渡期和漂移(被动大陆边缘)期则为构造活动和海平面变化共同控制。由于被动大陆边缘主要烃源岩和储层都集中于裂谷期形成的盆地中，研究构造对盆地的控制作用异乎寻常的重要。澳大利亚板块在板块运动中先后与特提斯洋、大印度板块和南极洲板块分离，经历了先顺时针旋转到逆时针旋转的变化过程(见图2)，从而形成了两侧大陆边缘沉积盆地格局及充填的差异性。
澳洲西北陆架被动陆缘演化具有明显的多期性和分段性：多期性表现为多期裂陷作用，总体上可以划分为2个主要时期：第一期为石炭—二叠纪时期，大陆与新特提斯洋分离，澳大利亚西北部与新特提斯 洋之间形成NE向裂陷，西北陆架各盆地进入裂谷 期[6, 8, 10]；第二期为早侏罗世—早白垩世时期，印度板块与澳大利亚板块完全分离，西北陆架各盆地裂谷期演化结束。分段性表现为各盆地从北向南依次开始演化，博纳帕特盆地始于二叠纪，布劳斯盆地始于晚二叠世，北卡纳尔文盆地始于早侏罗世。
图1 澳大利亚西北陆架及南部被动陆缘盆地群分布
Fig.1 Distribution map of passive continental margin basins in North West Shelf and Southern of Australia
图2 澳大利亚板块演化图[10]
Fig.2 Plate tectonic setting of Australia[10]
而澳大利亚南部被动陆缘各盆地主要受控于同一期裂陷作用，且持续时间较短。其形成过程也表现出分段性特征：中侏罗世—早白垩世，巴特盆地西部最先进入裂陷期，印度板块和西澳大利亚分离，南部地壳拉张减薄；随后在晚白垩世—始新世，伴随着东澳大利亚的抬升，澳洲南部盆地普遍进入同生裂谷期，后期澳大利亚南缘和南极洲大陆分离导致大陆边缘滑塌和大范围海侵[11]。
澳大利亚西北陆架和南缘陆架的盆地在构造演化上的差异性表现在2个方面：(1) 形成时间方面的差异：板块运动的不同期次使得西北陆架各盆地二叠纪首先进入裂陷期，而南部被动陆缘各盆地在晚侏罗进入裂谷期，晚150 Ma左右。(2) 构造活动的复杂性：澳大利亚西北大陆边缘经历多期NE-SW向拉张作用，各盆地及其次级构造单元都是在不同时期拉张作用下形成。多期裂陷作用及后期的碰撞挤压影响了整个西北陆架边缘的构造面貌[12]，油气平面分布不均。南部陆架边缘的盆地从晚侏罗世到早白垩世主要经历了一个裂谷期，各盆地构造相对简单，因而油气富集部位相对集中(见图3)[13-16]。
3 区域构造控烃
盆地演化过程中沉积、沉降中心的变化决定了烃源岩发育的相带与位置，构造演化与沉积埋藏是决定烃源岩成熟演化及排烃的重要条件[17]。相对于构造演化背景，区域构造差异进一步影响了各地区烃源岩的分布。
澳大利亚西北陆架在中生界进入裂陷期，与冈瓦纳大陆裂解有关[6]，主要发育NE-SW向断裂，各盆地主要次级构造带均在此时期形成，控坳大断层控制了生烃中心的分布，因此也控制了大型油气田的分布(见图4)[13-16]。经过多期拉张，西北陆架各盆地具有明显的幕式活动特点[18]，在晚侏罗世牛津阶和早白垩世凡兰吟阶形成两个区域不整合面，主要的烃源岩均位于两个不整合界面之下。而南部被动陆缘在早期为裂陷期，地壳持续拉张减薄，到始新世开始转为受NW—SE向挤压力作用，形成了简单的区域褶皱，同生裂谷期断层的部分反转，形成了挤压滚动构造[19]，烃源岩主要分布在裂陷期发育的地层。
受构造活动差异性的控制，两个陆架边缘的烃源岩分布表现为如下不同：西北陆架整个中生代普遍发育烃源岩，其中三叠系湖相泥岩普遍过成熟，倾向于生气，主要分布在北卡纳尔文盆地[20]，干酪根类型主要为Ⅱ型到Ⅲ型，镜质体反射率(Ro)为0.5%~1.35%，总有机碳(TOC)含量为1.0%~5.0%；侏罗纪断陷裂谷广泛发育，海相页岩烃源岩在各盆地普遍发育，干酪根类型主要为Ⅱ型，目前主要以生油为主，Ro为0.35%~1.0%，TOC含量为2.0%~13.9%；白垩系地层为裂陷晚期沉积，广泛发育，生油为主，干酪根类型主要为Ⅱ型，Ro为0.45%~1.0%，TOC含量为1.0%~ 5.0%。澳洲南部盆地在中生代晚期才进入裂陷期，烃源岩主要发育于晚白垩和新生界地层。由于裂陷期较短，白垩系地层埋深不够，仅下白垩地层少量生气，Ro为0.65%~1.35%，TOC含量为0.2%~10.4%；新生界烃源岩普遍发育，沃特韦盆地新生界Dilwyn 组和吉普斯兰盆地Latrobe群都是极好的生油烃源岩，干酪根类型主要为Ⅱ型，Ro为0.2%~1.4%，TOC含量为2.0%~10.0%。
2个地区烃源岩均发育于裂谷期，但由于裂谷期发育的时间不同，主要的控烃断裂发育时期不同，烃源岩主要发育地层明显不同，西北各盆地主要发育中生代烃源岩，干酪根类型以Ⅲ型为主，普遍产气，南部各盆地发育晚中生代和新生代烃源岩，以新生代产油烃源岩为主(见表1)。
4 断裂系统控藏
澳大利亚西北陆架目前已发现油气主要集中在西部的北卡纳尔文盆地和北部的博纳帕特盆地，其他各盆地均以气为主。博纳帕特盆地从平面分布上看，天然气主要分布在偏东部的Petrel次盆、Calder地堑和Sahul台地，石油主要分布在偏西部的Vulcan次盆和Flamingo向斜，垂向上天然气储集层位主要为二叠—三叠系地层，石油储集层位主要为侏罗系—下白垩统地层，具有“上油下气”的特点。主要的产油次级构造带为裂谷早期形成，后期碰撞遭受破坏的地区，早期圈闭破坏严重，未形成有效气藏，晚期油藏经历二次运移，部分保存，产气的次级构造带相对稳定。
北卡纳尔文盆地是一个世界级富气盆地，也是澳大利亚最大的产油盆地，平面分布上看已发现的绝大部分石油分布于Barrow次盆和Dampier次盆，天然气和凝析油则主要分布于Rankin台地和Exmouth高地，具有“内侧为油、外侧为气”的特征，垂向上分布也以“上油下气”为主[9]。在晚侏罗—早白垩世经历2期大陆解体，受影响的次级构造为Beagle次盆到Exmouth次盆一带，Barrow次盆和Dampier次盆在整个白垩纪都持续受断裂活动影响[6]，这些都影响了早期天然气的成藏的保存，以后期成油圈闭为主，天然气藏富集地区均为构造相对稳定地区。可见断裂活动对西北陆架油气平面分布具有重要的控制作用。
图3 澳大利亚西北陆架和南部被动陆缘构造演化及石油地质特征对比[13-16]
Fig.3 Comparison diagram of tectonic evolution and petroleum geological features in
passive continental margin basins in Australia[13-16]
图4 澳大利亚西北及南部被动陆缘典型剖面[13-16]
Fig.4 Typical stratigraphic sections in NWS and Southern margin of Australia[13-16]
表1 澳大利亚西北陆架和南部被动陆缘烃源岩特征对比表
Table 1 Contrast table of source-rock characters of NWS and Southern margin of Australia
而澳大利亚南部被动陆缘地区表现出不同的成藏特征，目前已发现主要的产油盆地是吉普斯兰盆地，其主要圈闭分布中部深凹区的背斜中，主要为构造型和以构造为主的复合型圈闭，为坳陷期成藏，受断裂活动影响有限，主要受后期挤压作用控制。造山运动不仅是成盆构造变革的主要阶段，同时也是盆内圈闭形成和油气运聚成藏的关键时刻[17]。
裂谷阶段产生的封闭环境及高热流有利于烃源岩的发育和成熟，拉张作用形成的裂谷盆地和被动大陆边缘盆地很少遭受较大的后期改造作用，油气保存条件良好，是被动陆缘盆地裂谷期富集油气的一个重要原因[21-22]。西北陆架和南部被动陆缘盆地油气富集层位均为裂陷晚期或裂后坳陷期，西北陆架盆地裂谷期开始早，持续时间长，裂陷期次多，早期断裂提供有利于油气运移的通道，晚期断裂对早期成藏有破坏作用，油藏分布较广，类型丰富，以断块、地垒、地层岩性圈闭为主，目前已发现博纳帕特盆地最大的气田Sunrise-Troubadour气田就是以断层封堵的断背斜圈闭成藏，北卡纳尔文盆地已发现的大型气田Gorgon气田是典型的倾斜地垒圈闭成藏，可见断层是对西北陆架油气藏类型影响最大的因素，早期断裂控制了生烃凹陷的分布，晚期断裂影响圈闭类型的发育。南部被动陆缘盆地受断裂后期改造作用较少，油气以初次运移成藏为主，油藏类型主要为后期挤压背景形成的背斜油藏和倾斜断块油气藏(见图5)。吉普斯兰盆地的典型大油气田Kingfish油田就是位于1个东西走向、西倾的并且断裂较少的剥蚀背斜。
5 讨论
澳大利亚西北和南部两侧被动大陆边缘构造演化、储层发育以及油气成藏分布特征的差异性对比，对于相类似盆地油气富集规律的认识具有借鉴作用。例如：与中国南海北部准被动陆缘区相比较，三者都具有被动大陆边缘盆地裂谷期生烃，裂后期-坳陷期成藏的普遍特点，在其盆地演化过程与油气分布状况都有一定的对比性。
分析澳大利亚西北陆架、南部被动陆缘和中国南海北部准被动陆缘区，既有相似性，又表现出差异性。我国南海北部勘探早期主要集中于浅水区，目前勘探正逐渐向深水区拓展。前人研究认为中国南海准被动陆缘存在发育晚，时间短，多期幕式断陷，物源供给规模较小等方面的问题[4, 23]，因此，其油气油气资源潜力曾遭到质疑。通过本次研究可以发现，澳大利亚两侧被动大陆边缘盆地油气成藏特征和典型的被动大陆边缘盆地的特征也有所不同：缺乏蒸发环境下发育的盐岩沉积作为盖层，多期裂陷，后期构造活动强烈，澳洲南部盆地裂谷期发育时间较短等，这些因素被学界认为在一定程度上制约了油气成藏的规模。但是在这两个地区都发现了大型油气田，其油气成藏特征的总结对中国南海准被动陆缘油气成藏规律的认识具有参考价值(见表2)。
与澳大利亚西北和南部陆架边缘相比，中国南海具有如下特征：(1) 从板块演化背景分析，澳大利亚西北陆架是受欧亚板块和印度板块作用，南部被动陆缘是受印度板块和南极洲板块作用，中国南海北部准动陆缘区受三大板块(欧亚、印—澳、太平洋—菲律 宾[24])相互作用及南海张裂扩张等多种复杂地球动力学因素的控制和影响[25]，构造期次更多，演化史更复杂。(2) 从盆地形成演化时间比较，中国南海北部陆缘区从古新世开始才开始裂陷期的发育，表现为演化时间短，影响范围小，时间上远远晚于典型陆架边缘，为准被动大陆边缘盆地类型。这对于烃源岩的影响在于有机质富存条件、时间质量以及演化等，也影响其储盖组合类型。(3) 从盖层发育角度看，与澳大利亚陆架边缘相比，南海北部陆缘也不发育蒸发相膏盐岩，主要依靠储层顶部的泥岩封盖，仍为可靠的盖层。(4) 从资源潜力看，南海北部地区在裂谷期与裂后期发育了丰富的烃源岩，裂谷期以始新统、渐新统湖相源岩，以生油为主；裂后期渐新统海陆过渡相煤系源岩，中新统海相源岩，均以生气为主。
图5 澳大利亚西北陆架和南部被动陆缘成藏模式对比
Fig.5 Comparison diagram of hydrocarbon accumulation model of NWS and Southern margin of Australia
表2 被动大陆边缘盆地特征对比
Table 2 Contrast table of passive continental basins characters
通过对比发现，南海北部陆架盆地群进入裂陷期较晚，持续时间短等特点和澳大利亚南部盆地相似，在烃源岩成熟度和地层温压条件等方面有可比性，因此，虽然短期多期裂陷使油气藏的分布复杂，但是，南海陆架仍然具有巨大的油气资源潜力。
6 结论
(1) 澳大利亚陆架边缘盆地与中国南海北部陆缘均与典型被动大陆边缘型盆地存在差异，构造更为复杂，裂谷期发育。而前者发现了大规模的油气资源，因此与其具有相类似复杂构造背景的中国南海北部被动大陆边缘区应同样具有丰富的油气资源。
(2) 被动大陆边缘往往油气资源丰富，与其多期多幕裂谷活动密切相关。但是不同被动大陆边缘裂陷期发育时期不同，烃源岩层位不同，决定了盆地的含油气性的不同，发育时间较长的多期裂陷，有利于形成下部生气上部生油的分层式结构。
(3) 在被动大陆盆地演化过程中，裂陷期的构造活动对于油气藏的形成和分布密切相关，早期大型断裂控制了主要生烃凹陷的分布，后期断裂控制圈闭的形成，而在垂向上，断裂持续发育的地区，对早期形成的气藏破坏作用较强，以晚期形成油藏圈闭为主，因此，在进行有利区带确定时，进行断裂系统的研究十分重要。
致谢：
中国石油勘探开发研究院张兴阳、田作基、温志新等专家对本文提出了意见和建议，王华老师对本文的撰写给予了指导，在此一并表示感谢！
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(编辑 杨幼平)
收稿日期：2011-05-03；修回日期：2011-08-24
基金项目：国家自然科学基金资助项目(41072084)
通信作者：于兴河(1958-)，男，湖北襄阳人，教授，从事油气储层与建模研究；电话：010-82321857；E-mail: billyu@cugb.edu.cn
