北卡那封盆地位于澳大利亚西北陆架的南部, 是一个自晚古生代到新生代持续沉降形成的巨型含油气盆地, 面积约220000 km²。自1954年发现第1个油田以来, 到2004年底已发现油气田151个(白国平和殷进垠, 2007; 刘伟等, 2011), 是一个世界级的富气盆地。

北卡那封盆地南起西北海角, 北到Argo深海平原, 东北与Canning 盆地Roebuck坳陷和Lagrange凸起分开, 西邻Gascoyne深海平原。盆地内次级构造单元受断裂控制总体呈北东向展布, 自东南大陆向西北海洋, 依次是大陆内的Peedamullah斜坡带和Lambert斜坡带, 中部的Dampier坳陷、Exmouth坳陷和Rankin断凸, 向洋为Beagle坳陷、Exmouth低隆起和Investigator坳陷(图 1)。

图1

Fig.1

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	图1 北卡那封盆地地理位置与构造单元划分Fig.1 Geographic location and tectonic units of North Carnarvon Basin

北卡那封盆地是一个长期继承性发育的叠合盆地, 在由克拉通内盆地向大陆边缘盆地转化过程中, 依次经历了早古生代— 晚古生代早期冈瓦纳古陆克拉通内裂谷盆地或坳陷盆地、晚二叠世— 三叠世大陆边缘坳陷盆地、侏罗世— 早白垩世早期大陆边缘裂谷盆地、早白垩世晚期— 晚白垩世大陆边缘热沉降盆地与新生代被动大陆边缘盆地(Labutis et al., 1998; Metcalfe, 2011)。

北卡那封盆地三叠系可划分为2套明显的岩性地层单元:Locker页岩及Mungaroo组砂岩。早中三叠世, 北卡那封盆地整体海侵, 沉积了大范围的Locker浅海泥岩, 并含有丰富的浅海腹足、腕足、疑源类等古生物化石, Locker页岩顶部含少量滨岸砂, 反映了中三叠世海退的开始; 中三叠世晚拉丁期, 研究区经历了大规模的海退, 从而沉积了一套以河流作用为主的三角洲砂岩— — Mungaroo组砂岩(图 2), Mungaroo组砂岩全区分布广泛, 地层厚度大, 平均可达3000 m。

图2

Fig.2

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	图2 北卡那封盆地岩石地层单元Fig.2 Lithologic units of North Carnarvon Basin

Mungaroo三角洲发育时期:气候温暖潮湿, 洪泛频繁; 海平面稳定, 波浪作用小, 外围岛屿对洋流具屏蔽作用, 主要以河流作用为主; 澳洲古陆和南极洲为沉积区提供了充足的物源; 全区基底构造稳定, 坡度平缓, 为广泛的浅水环境; 区域稳定沉降, 沉积速率大。

三叠纪全球普遍干旱, 赤道温度达30 ℃, 两极温度达12~14 ℃(Hallam, 1985), 到了中晚三叠世热带雨林不发育, 中低纬度广泛分布温暖潮湿的亚热带雨林, 高纬度为温暖气候带, 较为干旱的亚热带地区, 蒸发岩广泛分布(Pindell and Tabbutt, 1995)。北卡那封盆地中晚三叠世处于环特提斯洋南缘气候带, 并受到三叠纪环特提斯洋巨型季风的影响(Dubiel et al., 1991; Kidder and Worsley, 2004; Wang, 2009; Iglesias et al., 2011), 气候温暖潮湿(Frakes and Francis, 1988; Cú neo et al., 2003; Buratti and Cirilli, 2007), 并且当南半球夏季时, 研究区季节性降雨量剧增, 洪泛频繁。

三叠纪, 地球的两极处于温带, 没有发育冰川, 海平面稳定, 波浪作用弱, 再加上中晚三叠世研究区外围发育的婆罗洲、Agro古陆、拉萨等岛屿对洋流有一定的屏蔽作用, 使得波浪的影响进一步减小, 从而发育以河流作用为主的浅水辫状河三角洲。

Gleadow等(2002)通过对澳大利亚地区进行磷灰石裂变径迹分析发现, 中晚三叠世澳大利亚发育Yilgarn、Pilbara以及Kimberleys 3大太古代花岗岩山体, 除此之外, 三叠纪澳洲古陆一直与东南极相连, 而东南极在三叠纪一直是隆起区, 这无疑为澳大利亚西北大陆架三角洲发育提供充足的物源。

Mungaroo组沉积时期, 在稳定的克拉通背景下, 基底构造稳定, 沉积区坡度平缓, 为广泛的浅水环境。

正是由于三叠纪特殊的板块构造背景与古气候背景, 澳大利亚西北陆架中晚三叠世发育厚度大且分布范围广的巨型浅水辫状河三角洲— — Mungaroo三角洲。

北卡那封盆地中上三叠统地层发育完整, 沉积特征典型, 以发育大型浅水辫状河三角洲为特色, Mungaroo组浅水辫状河三角洲沉积特征与现代季风气候影响下鄱阳湖三角洲沉积特征类似, 平面上均具有宽平原窄前缘的沉积特征(Bradshaw et al., 1998; Longley et al., 2002; 尹太举等, 2012; Chongzhi et al., 2013)。沉积上, 中、粗粒的分支流水道砂岩与富含陆源有机质的暗色泥岩互层, 局部发育薄煤层, 近岸低地种子蕨、蕨类孢粉(潮湿分子)与高山松科孢粉(干旱分子)共存(图 3), 体现了季风洪水影响下的相序列与孢粉相特征(Dolby and Balme, 1976; Decombeix et al., 2011)。

图3

Fig.3

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	图3 Mungaroo三角洲沉积特征(a)和潮湿分子与干旱分子分析结果(b)Fig.3 Sedimentary characteristics(a)and analysis data of hygrophytic molecule and xerophytic molecule(b)of Mungaroo delta

由于研究区三角洲平原发育, 三角洲平原间湾沼泽薄层煤较为发育, 阵发性水流冲散了块状陆源有机质, 形成富含陆源有机质泥岩, 加之季风气候下河流水动力较强, 河道砂岩沉积粒度粗, 辫状河河道频繁改道, 从而形成了粗砂与富有机质泥岩互层的“ 三明治式” 沉积特征(图 2)。

通过对典型井进行分析, 可以发现生长在内陆山区的耐干旱植物(针杉类)花粉(干旱分子), 和生长在低地潮湿环境中蕨类植物孢子、种子蕨类花粉和苏铁类花粉(潮湿分子)在沉积物中共存。通过2种类型孢粉组合对比可以看出, 不同古生长环境孢粉组合在纵向上的叠置与研究区中晚三叠世特殊的古地理背景相关:三叠纪泛大陆发育期间, 是全球巨型季风多发期, 特别是中晚三叠世植被发育且分带性强。热带风暴发育期间, 降雨量稳定, 以近海低地— 丘陵河流供给为主, 此时河流流水稳定, 沼泽发育, 以暗色泥岩沉积为主, 沉积物中有机质含量高, 孢粉类型主要为低地— 丘陵蕨类植物孢粉; 热带风暴发育期, 降雨量剧增, 降雨范围迅速扩大, 辫状水道频繁改道, 先前沉积的碳质泥岩和煤层遭受破坏, 厚度变薄, 但泥岩中有机质含量仍很高, 与此同时, 长程河流将来自于内陆山区针叶植物孢粉带入近海沉积区, 从而表现为干旱分子与潮湿分子共生。

由于受到季风洪水的影响, 阵发性水流使得研究区原始覆水沉积的泥炭沼泽遭受冲刷, 富氧水流对不同沉积相带有机质分布有不同程度的改造作用, 因此, 其陆源有机质的分布规律有别于其他正常三角洲。下面将结合研究区特殊的古气候背景分析不同沉积相条件下陆源有机质分布规律。

近端三角洲平原富砂, 为主水道发育区, 该区厚层多期叠加分支流水道砂体发育, 由于离物源较近, 水动力作用强, 且在Mungaroo组沉积时期, 受到环特提斯洋季风的影响, 辫状河水道改道频繁, 分支流间湾细粒沉积遭受强烈改造, 沉积上仅局部发育少量的泥岩和煤质碎片, 河流典型二元结构不明显, 测井上多为“ 箱型” 和短颈“ 钟型” (图 6)。

图6

Fig.6

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	图6 Mungaroo三角洲Leatherback-1井近端三角洲平原亚相沉积特征Fig.6 Sedimentary characteristics of proximal delta plain subfacies of Well Leatherback-1 on Mungaroo delta

该相带沉积的分支流河道砂多为近物源快速堆积, 粒度粗, 为中— 粗粒砂岩, 分选、磨圆差, 水道底部含有滞留沉积砾石, 为一个向上变细的正旋回, 反映沉积时的强水动力作用的楔状交错层理、槽状交错层理和板状交错层理发育。由于沉积区洪泛作用较为频繁, 水道改道使得底部含冲刷面的多期叠加水道黄色砂岩广泛发育。

由于近端三角洲平原水动力作用强, 陆源有机质的保存条件较差, 在该相带冲刷面底部砂岩中常含有少量泥质碎片和以镜质组为主的煤质碎片, 均可说明辫状水道在改道过程中对细粒沉积物有很强冲刷改造作用, 使得原始块状有机质分散开来, 从而在泥岩中富集, 有机质显微组分以惰质组为主, 壳质组和镜质组含量较低。

远端三角洲平原相带离物源相对较远, 河流作用在一定程度上有所减弱, 沉积水道砂体较薄, 粒度较近端三角洲平原细, 分选与磨圆仍然较差。分支流间湾碳质泥岩和薄煤层较为发育, 沉积上为薄层分支流水道砂岩与分支流间湾泥岩、薄煤层频繁互层, 正旋回沉积, 测井曲线表现为高频高振荡齿化, 局部夹有中厚层“ 箱型” 或“ 钟型” 分支流水道砂(图 7)。

图7

Fig.7

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	图7 Mungaroo三角洲North Gorgon-1井远端三角洲平原亚相沉积特征Fig.7 Sedimentary characteristics of proximal delta plain subfacies of Well North Gorgon-1 on Mungaroo Delta

远端三角洲平原由于水动力较弱, 河流对泥炭沼泽改造作用较弱, 使得其在一定程度上得以保存下来, 沉积上碳质泥岩发育, 并夹有薄煤层。该相带为陆源有机质富集带, 碳质泥岩和薄煤层均具有很大的生烃潜力。

远端三角洲平原细粒沉积物中均含有丰富的陆源分散有机质, 特别是碳质泥岩。远端三角洲平原泥岩和粉砂岩中陆源有机质特征相差较大:泥岩中, 孢子体常见, 角质体、碎屑壳质体零星分布, 有机质显微组分中镜质组最为丰富, 惰质组和壳质组常见; 粉砂岩中, 孢子体、角质体、碎屑壳质体常见, 有机质显微组分中以壳质组为主, 镜质组和惰质组零星分布。

揭示Mungaroo三角洲前缘沉积的井数较少, 主要是由于Mungaroo三角洲前缘分布较局限且外围钻井较少。三角洲前缘可以识别出分支流河口坝、远砂坝、水下分支流间湾等沉积微相, 但由于Mungaroo组发育时期, 沉积区外围岛屿对波浪有屏蔽作用, 波浪作用较小, 三角洲前缘席状砂不发育。

三角洲前缘是三角洲水下部分, 水动力动荡, 测井上为强齿化“ 漏斗” 状。由于沉积物经过远距离搬运, 分选磨圆较好, 粒度较细(图 8)。泥晶方解石胶结由于后期重结晶作用形成致密的亮晶胶结, 几乎堵塞了所有的粒间孔隙, 虽然部分矿物遭受溶解作用形成部分次生孔隙, 但储集物性未能得到本质性改善, 储集物性较差。

图8

Fig.8

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	图8 Nimrod 1-ST3井三角洲前缘钙化石英砂岩Fig.8 Calcified quartz sandstone in delta front of Well Nirmrod 1-ST3

三角洲前缘由于受到海水和河流的双重影响, 沉积的陆源有机质受到很大程度破坏, 沉积物中陆源有机质含量普遍偏低, 其中粉砂岩中陆源有机质含量相对较高, 有机质显微组分以壳质组为主, 惰质组和镜质组含量较低。

Mungaroo三角洲前三角洲沉积不发育, 同时也不易与滨浅海区分, 主要为浅海泥岩沉积。前三角洲含陆相的植物孢粉较少, 主要含沟鞭藻、疑源类等海相微体化石。滨浅海泥岩中由于陆源物质供给较少, 沉积物中有机质含量普遍偏低。

基于Mungaroo三角洲沉积相划分以及其各自的沉积特征, 结合区域地质资料总结出Mungaroo三角洲沉积模式(图 9)。Mungaroo组沉积时期为一个广泛的浅水环境, 地势平缓、无明显坡折, 水体浅、河流作用为主、波浪作用较小, 为典型的浅水辫状河三角洲发育环境。其中近物源区为近端三角洲平原, 主要沉积厚层多期叠置水道砂体, 分支流水道间湾细粒沉积大部分由于河流的冲刷作用难以保存, 仅局部沉积少量的碳质泥岩; 向前为远端三角洲平原, 沉积的叠置水道砂体较薄, 河流作用减弱, 泥炭沼泽能够较好地得以保存, 故该相带薄煤层普遍发育; 三角洲前缘在研究区欠发育, 为一个狭窄的带, 主要沉积细钙质砂岩和泥岩。

图9

Fig.9

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	图9 Mungaroo三角洲沉积模式Fig.9 Depositional model of Mungaroo delta