澳大利亞北波拿巴盆地東北部侏羅紀(jì)古地貌及沉積相特征

吳嘉鵬，王英民，萬麗芬，黃志超，周興海，馬 哲

（1中國石油大學(xué)（北京)地球科學(xué)學(xué)院；2中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室）

（3中國石化上海海洋油氣分公司研究院；4中國石油遼河油田勘探開發(fā)研究院）

澳大利亞北波拿巴盆地東北部侏羅紀(jì)古地貌及沉積相特征

吳嘉鵬1，2，王英民1，2，萬麗芬1，2，黃志超3，周興海3，馬 哲4

（1中國石油大學(xué)（北京)地球科學(xué)學(xué)院；2中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室）

（3中國石化上海海洋油氣分公司研究院；4中國石油遼河油田勘探開發(fā)研究院）

利用二維地震和鉆井、測井資料探討了北波拿巴盆地東北部侏羅紀(jì)各時期的古地貌和沉積相特征。整個侏羅紀(jì)時期，研究區(qū)整體處于裂陷作用的構(gòu)造環(huán)境，發(fā)育由陸相至海相的5個三級層序。早侏羅世早期的古地貌主要受控于北西向構(gòu)造格局，沉積中心主要是北西走向的凹陷和向斜。早侏羅世晚期開始，北東向構(gòu)造開始發(fā)育，同時盆地整體劇烈沉降，北西和北東走向的構(gòu)造單元發(fā)生切割和沖突，導(dǎo)致其內(nèi)部的構(gòu)造分區(qū)十分零碎。中侏羅世末期盆地北部發(fā)生大面積抬升形成Callovian不整合，之后的構(gòu)造活動比較穩(wěn)定，同時北東向構(gòu)造基本形成，研究區(qū)進(jìn)入緩慢拗陷時期。在此構(gòu)造演化背景下，北波拿巴盆地東北部在早—中侏羅世主要是陸相的河流相和沖積扇沉積，中侏羅世主要是海陸過渡相的扇三角洲和三角洲沉積，而晚侏羅世則主要是淺海和濱岸沉積。

侏羅紀(jì)；構(gòu)造演化；古地貌；沉積相；層序地層學(xué)；波拿巴盆地；澳大利亞

波拿巴盆地位于澳大利亞北部，它由南波拿巴盆地和北波拿巴盆地兩部分組成，油氣勘探始于1950年，顯示出良好的油氣前景。我國從2002年開始，以中國石化集團(tuán)公司為代表，涉入了對波拿巴盆地的地質(zhì)調(diào)查，并于2009年獲得了該盆地區(qū)域二維地震和鉆井、測井資料。本文主要利用這些資料來研究北波拿巴盆地東北部侏羅紀(jì)各時期的古地貌和沉積相特征，在構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)之上，通過對地震剖面進(jìn)行時深轉(zhuǎn)化，獲得侏羅系各個層序的殘余地層厚度，進(jìn)而獲得對古地貌的認(rèn)識，結(jié)合研究區(qū)沉積背景和鉆井資料，進(jìn)一步獲得了對沉積相分布特征的認(rèn)識。

1 盆地構(gòu)造及研究區(qū)位置

波拿巴盆地由中生界和古生界疊合構(gòu)成，它分為南北兩部分［1］。南波拿巴盆地是指西澳大利亞地區(qū)金伯利（Kimberley）古老克拉通盆地，代表了盆地的陸上部分。圖1給出的是北波拿巴盆地的構(gòu)造區(qū)劃，它主要位于海上，呈喇叭狀向北部帝汶海域張開，構(gòu)造特征呈現(xiàn)臺地和地塹相間，它們通常以斷層分界。其西南部與Browse盆地相接，北部抵達(dá)東帝汶海槽，東部為Money Shoal盆地，南部連接南波拿巴盆地（位于圖1下側(cè)）。北波拿巴盆地主要由一個NW—SE走向的構(gòu)造帶和一個NE—SW走向的構(gòu)造帶控制了盆地的構(gòu)造格架。前者主要由Petrel次盆地構(gòu)成，為古生代構(gòu)造，代表了一個NW—SE走向的夭折裂谷，除此之外，這個構(gòu)造帶還包括Sahul向斜、Nancar槽谷、Flamingo高地等一些中生代的構(gòu)造；后者主要由Vulcan次盆地、Malita地塹以及Calder地塹組成，它們均屬于中生代構(gòu)造。

本文的研究區(qū)位于北波拿巴盆地的東北部，包括Sahul臺地東部，Troubadour階地，Malita地塹（其中在早侏羅世包括部分Petrel次盆地）和南部Darwin陸架一部分，面積約33 750 km2，平均水深小于300m。

2 北波拿巴盆地構(gòu)造演化史

北波拿巴盆地早古生代地層或由于埋藏很深，或由于后期剝蝕強(qiáng)烈，人們對其認(rèn)識尚淺。而從晚古生代以來，該地區(qū)隨岡瓦納大陸邊緣的演化，主要發(fā)生了三次裂陷作用［1-2］。

第一次裂陷作用發(fā)生在泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)，主要形成NW向的斷陷，其地層分布橫向上很不連續(xù)，主要發(fā)育在Petrel次盆地等NW向的盆地中。

第二次裂陷作用從晚石炭世開始發(fā)生，分為裂陷拉張和拗陷沉降兩大階段。晚石炭世至早二疊世為裂陷拉張，使北東走向的構(gòu)造單元疊加在先前構(gòu)造上，Malita地塹開始形成，主要發(fā)育冰川—河流沉積。隨后的晚二疊世至中三疊世，進(jìn)入拗陷期，發(fā)生整體沉降。坳陷充填序列由兩部分組成，下部是晚二疊世陸架相淺水碳酸鹽巖和砂巖沉積，在經(jīng)過一個重大的海平面下降后，于三疊紀(jì)又形成了巨厚的陸架沉積，比晚二疊世的沉積更厚、向西北方向延伸得更遠(yuǎn)。三疊紀(jì)晚期發(fā)生構(gòu)造擠壓，導(dǎo)致Londonderry高地、Ashmore臺地和Sahul臺地的隆升并遭受剝蝕。

第三次裂陷作用從侏羅紀(jì)早期開始，構(gòu)造拉張使Malita地塹和Sahul向斜成為侏羅系主要的沉積中心。早期的裂陷作用階段主要是陸相三角洲和沖積扇碎屑巖沉積。晚侏羅世開始發(fā)生熱沉降作用，白堊紀(jì)和新生代以拗陷作用為主，厚層楔狀的細(xì)粒碎屑巖和碳酸鹽巖的沉積物向盆地離岸方向進(jìn)積。

圖1 北波拿巴盆地構(gòu)造區(qū)劃圖

3 侏羅系層序特征

侏羅紀(jì)時，研究區(qū)整體處于第三次裂陷作用的構(gòu)造環(huán)境，發(fā)育由陸相至海相的5個三級層序［3］（圖2）。

據(jù)Troubadour 1井的資料，JSQ1地層為下侏羅統(tǒng)，廣泛發(fā)育紅色砂、泥巖互層，自然伽馬（GR）和聲波時差（DT）測井曲線顯示為鋸齒形，下段含泥較多，主要為曲流河相沉積，上段以灰色為主，互層中的砂巖含量明顯增加，為三角洲平原沉積。JSQ2對應(yīng)中—下侏羅統(tǒng)，JSQ3為中侏羅統(tǒng)，它們均為厚層砂巖與相對薄層泥巖互層。在JSQ2底部，GR和DT曲線形態(tài)呈箱形，往上過渡為若干個交錯的漏斗形和鐘形，且幅度逐漸變小，之上又過渡到JSQ2頂部和JSQ3底部大段厚層的箱形，再往上為JSQ3頂部的漏斗形和鐘形特征，是典型的三角洲平原和前緣疊加的特征。JSQ4的地層也為中侏羅統(tǒng)，測井曲線幅度小幅增加，以砂巖為主，為波浪作用較強(qiáng)的濱岸相。JSQ5對應(yīng)于上侏羅統(tǒng)，為厚層泥巖夾薄層砂巖，測井曲線幅度明顯變小，反映拗陷期的淺海細(xì)粒沉積。整個侏羅系從下至上各層序的沉積地層整體上粒度漸次變細(xì)，砂巖厚度減小，泥巖厚度增加，反映沉積水深逐漸增加、沉積環(huán)境逐漸穩(wěn)定的變化過程。

圖2 北波拿巴盆地侏羅系—下白堊統(tǒng)層序劃分（據(jù)Troubadour 1井資料）

4 侏羅紀(jì)各層序沉積時的古地貌和沉積相

本文的研究區(qū)侏羅紀(jì)時處于陸相向海相的轉(zhuǎn)換過渡時期，古水深較小，地層厚度可以很好地反映構(gòu)造古地貌特征。所以通過地震剖面的時深轉(zhuǎn)換，可以計算各層序現(xiàn)今埋深，并求得各層序的殘余厚度，從而可以反映出古地貌特征。再通過古地貌分析，可以確定研究區(qū)在各個時期的物源、沉積背景及沉積格局［4-8］。

4.1 JSQ1沉積時的古地貌和沉積相

三疊紀(jì)末，北波拿巴盆地處在第三次裂陷作用早期，早侏羅世早期開始接受裂陷沉積，下侏羅統(tǒng)下部的沉積中心主要位于研究區(qū)西南部的Petrel次盆。該次盆當(dāng)時的分布范圍比現(xiàn)今圖1所示的范圍要更加廣闊，它向北延入研究區(qū)較遠(yuǎn)。在NW—SE向的拉張應(yīng)力作用下，北東向的Malita地塹開始發(fā)育，呈現(xiàn)窄的長條狀分布，與兩側(cè)的Sahul臺地和Darwin陸架的界線平直，該應(yīng)力場沒有影響到北西向展布的 Petrel次盆（圖1，圖3）。

下侏羅統(tǒng)下部在研究區(qū)全區(qū)穩(wěn)定分布紅層，表明層序JSQ1主要發(fā)育河流和沖積扇等陸相沉積。河流相主要分布于Malita地塹緩坡邊界斷層F4和F5附近，自東北向西南注入初始形成的地塹內(nèi)部，河道、天然堤、決口扇復(fù)合微相大體上呈NE—SW向展布。泛濫平原分布廣泛，南部的Darwin陸架暴露地表形成山體，來自該陸架的大量碎屑物質(zhì)在地塹南部邊界斷層F1附近形成沖積扇沉積，扇體展布方向大致呈與地塹一致的NE向（圖3）。

圖3 JSQ1沉積時的古地貌和沉積相特征

4.2 JSQ2沉積時的古地貌和沉積相

早侏羅世晚期—中侏羅世早期，拉張構(gòu)造應(yīng)力的持續(xù)作用使Malita地塹進(jìn)一步發(fā)育［9］，同時開始破壞先前NW向展布的構(gòu)造格局，局部的擠壓使Petrel次盆地內(nèi)部出現(xiàn)隆起。此時NW向和NE向兩個走向的構(gòu)造格局開始發(fā)生沖突、交錯，研究區(qū)開始整體快速沉降，陸相環(huán)境開始被海相環(huán)境所取代（圖4）。該階段研究區(qū)繼承了早侏羅世早期兩隆一凹的構(gòu)造格局，中部為Malita地塹，它在西南部與Petrel次盆地相接（此時，該次盆地已退出研究區(qū)），其北部為Sahul臺地，南部為Darwin陸架。Evans Shoal 2井鉆遇了層序JSQ2的地層，顯示主要是砂巖、粉砂巖和泥巖的互層，該層序的下部自下而上出現(xiàn)兩個明顯的反旋回，頂部出現(xiàn)不明顯正旋回。地震剖面顯示，研究區(qū)北部出現(xiàn)前積，據(jù)此可以判斷北部主要發(fā)育三角洲。Troubadour 1井也顯示層序JSQ2由互層的砂巖、粉砂巖和泥巖構(gòu)成。2 570 m以下的砂巖被輕微綠泥石化，自下而上也出現(xiàn)若干個反旋回，下部出現(xiàn)薄的煤線，說明Troubadour 1井的JSQ2沉積時位于構(gòu)造較高部位，主要為三角洲平原亞相沉積。在南部Darwin陸架前緣Malita地塹邊界斷層F1附近，出現(xiàn)明顯發(fā)散反射，可以認(rèn)為在南部發(fā)育扇三角洲，扇體沿南部斷層F1的北部陡坡呈群帶狀分布。

所以，JSQ2主要為三角洲和扇三角洲等海陸過渡相沉積以及淺海相沉積。三角洲也主要分布于斷陷緩坡一側(cè)，三角洲前緣分流河道大致上自北向南延伸。扇三角洲主要沿Darwin陸架前緣分布。

圖4 JSQ2沉積時的古地貌和沉積相特征

4.3 JSQ3沉積時的古地貌和沉積相

該層序?qū)?yīng)于中侏羅統(tǒng)中—上部地層。中侏羅世中期，裂陷作用加劇，使得NW—SE向的構(gòu)造劇烈交錯，研究區(qū)構(gòu)造的隆凹分區(qū)更加零碎，Malita內(nèi)部也出現(xiàn)局部隆起（圖5），并向相鄰次凹提供沉積物，地塹南部的邊界斷層F1和F2附近物源區(qū)由于構(gòu)造作用發(fā)生分裂，研究區(qū)呈現(xiàn)多個點物源同時向多個深凹帶進(jìn)積沉積的特征。

由于斷陷作用與河流進(jìn)積作用加強(qiáng)，JSQ3的沉積相主要為三角洲、扇三角洲和淺海，大量河水?dāng)y帶由高地剝蝕而來的碎屑物質(zhì)在凹陷沉積，強(qiáng)烈的河流注入作用使得三角洲前緣分布較大，三角洲前緣東部的分流河道呈NE—SW走向，西南部的分流河道呈NW—SE走向（圖5）。

圖5 JSQ3沉積時的古地貌和沉積相特征

4.4 JSQ4沉積時的古地貌和沉積相

中侏羅世晚期，裂陷作用開始減弱，研究區(qū)構(gòu)造落差降低，北波拿巴盆地的北部大片地區(qū)整體降到海平面之下。中侏羅世末期盆地北部發(fā)生大面積抬升，形成Callovian不整合，使Sahul臺地原本較為明顯的分區(qū)性或地勢差異由于受剝蝕而被削弱，地貌在一定程度上被夷平，之后又整體緩慢下陷，構(gòu)造分割性變得很低，NE—SW向的構(gòu)造格局此時已基本形成（圖6）。

JSQ4的沉積相主要為三角洲和淺海（圖6）。淺海環(huán)境相對JSQ3進(jìn)一步擴(kuò)大，三角洲前緣分流河道分布較廣，但延伸相對較短，河道間的分布也較大。

4.5 JSQ5沉積時的古地貌和沉積相

在晚侏羅世，裂陷作用停止，中生代形成的構(gòu)造完全定型［10］，自北至南，由北西向的Sahul臺地、Troubadour階地再過渡到Malita地塹，地勢逐漸降低，南部的Darwin陸架仍呈現(xiàn)高地，主體出露海面（圖7）。研究區(qū)整體處于沉積基準(zhǔn)面之下，構(gòu)造落差進(jìn)一步減小，Darwin陸架也有一部分沒入水下，剝蝕區(qū)范圍減小，盆地北部整體進(jìn)入緩慢拗陷階段。

在整體緩慢沉陷背景下,JSQ5主要發(fā)育大面積的淺海陸架相，以陸架泥巖為主，并發(fā)育由波浪和潮汐從近岸攜帶而來的泥沙經(jīng)淘洗形成的陸架砂巖。在研究區(qū)南部，沿Darwin陸架邊緣，地勢差異被夷平，屬于開闊無障壁的海岸環(huán)境，水深較淺，主要沉積濱岸相的砂巖。

圖6 JSQ4沉積時的古地貌和沉積相特征

圖7 JSQ5沉積時的古地貌和沉積相特征

5 討 論

晚三疊世之前，研究區(qū)整體受控于北西和北東方向兩組構(gòu)造格局。北西向構(gòu)造主要包括古生代的Petrel次盆地和中生代的Sahul向斜、Nancar槽谷、Flamingo高地等，北東向構(gòu)造主要是Vulcan次盆地和Malita地塹、Calder地塹等。研究區(qū)西北部Sahul臺地的東翼、南部Darwin陸架以及工區(qū)東北側(cè)的Abadi高地等均是構(gòu)造較高部位，在沉積演化過程中是物源區(qū)。在此構(gòu)造背景下，北波拿巴盆地在晚三疊世整體抬升并廣泛遭受剝蝕。自侏羅紀(jì)進(jìn)入第三次裂陷期，北西向構(gòu)造逐漸被北東向構(gòu)造取代，構(gòu)造分區(qū)表現(xiàn)得更為明顯，沉積相類型也十分多樣。在早侏羅世的裂陷前期主要是河流和沖積扇等陸相沉積，中侏羅世早期的強(qiáng)烈裂陷期發(fā)生在淺海背景下，地塹緩坡主要發(fā)育三角洲，陡坡發(fā)育扇三角洲。中侏羅世末期發(fā)育Callovian不整合面之后，裂陷作用減弱，呈現(xiàn)為整體緩慢沉降，海域范圍不斷擴(kuò)大，晚侏羅世發(fā)育大面積的淺海陸棚相，局部發(fā)育波浪潮汐作用形成的淺海陸棚砂，在工區(qū)南部Darwin陸架邊緣的水淺地帶，主要發(fā)育濱岸相沉積。

［1］張建球，錢桂華，郭念發(fā).澳大利亞大型沉積盆地與油氣成藏［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1990：152-188.

［2］龔承林，王英民，官寶聰，等.典型被動大陸邊緣深水盆地構(gòu)造演化與層序地層學(xué)分析［J］.沉積學(xué)報，2010，28(3)：419-424.

［3］周川，王英民，黃志超，等.澳大利亞北波拿巴盆地北部地區(qū)中生界層序地層與沉積相特征研究［J］.巖性油氣藏，2009，21(3)：56-59.

［4］趙俊興，陳洪德，時志強(qiáng).古地貌恢復(fù)技術(shù)方法及其研究意義—以鄂爾多斯盆地侏羅紀(jì)沉積前古地貌研究為例［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報，2001，28(3)：260-266.

［5］許亞軍，杜遠(yuǎn)生，楊江海.沉積物源分析研究進(jìn)展［J］.地質(zhì)科技情報，2007，26(3)：26-32.

［6］Sawyer D E，F(xiàn)lemings P B，Craig S R，et al.Seismic geomorphology，lithology，and evolution of the late Pleistocene Mars-Ursa turbidite region，Mississippi Canyon area，northern Gulf of Mexico［J］.AAPG Bulletin，2007，91(2)：215-234.

［7］Posamentier H W，Kolla V.Seismic geomorphology and stratigraphy of depositional elements in deep-water settings［J］.Journal of Sedimentary Research，2003，73(3)：367-388.

［8］林暢松，楊海軍，劉景彥，等.塔里木盆地古生代中央隆起帶古構(gòu)造地貌及其對沉積相發(fā)育分布的制約［J］.中國科學(xué)：D 輯 地球科學(xué)，2009，39(3)：306-316.

［9］Baxter K.The role of small scale extensional faulting in the evolution of basin geometries：An example from the late Paleozoic Petrel Sub-basin，northwestAustralia［J］.Tectonophysics 1998，287(4)：21-41.

［10］Doutch H F，Nicholas E.The phanerozoic sedimentary basins of Australia and their tectonic implications［J］.Tectonophysics，1978，48(4)：365-388.

Jurassic Paleogeomorphology and Sedimentary Facies Characteristics in the Northeastern Part of North Bonaparte Basin

Wu Jiapeng,Wang Yingmin,Wan Lifen,Huang Zhichao,Zhou Xinghai,Ma Zhe

Based on the analysis of 2-D seismic,drilling and logging data,the tectonic environment was in rifting during the Jurassic period in the whole northeastern part of North Bonaparte Basin，Australia.Five 3rd-graded sequences have been identified from continental to marine environments in Jurassic sedimentary rocks.During the early stage of Early Jurassic epoch，the sedimentary center was mainly in the NW-trending sag and syncline under the control of NW-trending structures.During the late stage of Early Jurassic epoch,NE-trending structures began to develop and the whole basin was subsided rapidly,which resulted in the internal structures cut into fragmented areas since NW-trending units were collided with NE trending units.At the end of Middle Jurassic，the Callovian Unconformity developed and NW-trending structures formed as wide uplifting in the northern part of the basin，after which this region turned to be stable and entered into the phase of slow depression.Under this background of tectonic evolution,fluvial and alluvial fan facies mainly deposited during Early to Middle Jurassic epoch, transitional fan-delta and delta facies deposited during Middle Jurassic epoch,and neritic and littoral facies did during Late Jurassic epoch.

Jurassic;Tectonic Evolution;Paleogeomorphology;Sedimentary facies；Sequence stratigraphy;Bonaparte Basin

TE111.3；TE122.3

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2012.01.009

1672-9854(2012)-01-0059-07

2011-01-16；改回日期：2011-10-27

吳嘉鵬：1987年生，現(xiàn)為中國石油大學(xué)（北京）在讀博士研究生。主要從事沉積層序及儲層預(yù)測等方面的研究。通訊地址：102249北京市昌平 中國石油大學(xué)（北京）新綜合科研樓904室；電話：（010）89733506

吳厚松

Wu Jiapeng：male,Ph.D.degree in progress at the Faculty of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Add:China University of Petroleum,Changping,Beijing 102249,China