地質(zhì)綜合資料在巴布亞褶皺帶構(gòu)造描述中的運(yùn)用

地質(zhì)綜合資料在巴布亞褶皺帶構(gòu)造描述中的運(yùn)用

陳景陽，王 濤，張 洋，龍 旭

（中海油研究總院，北京 100028）

摘 要：巴布亞褶皺帶為巴布亞弧后前陸盆地重要油氣發(fā)現(xiàn)帶，常規(guī)物探因地形起伏大、地表灰?guī)r喀什特化以及高陡地層和斷層的存在，不能有效識別構(gòu)造。為解決該區(qū)構(gòu)造描述方面的難題，此文結(jié)合區(qū)域應(yīng)力場分析成果，綜合運(yùn)用地形、地表地質(zhì)、鍶同位素以及鉆井等資料，相互補(bǔ)充，減小了構(gòu)造認(rèn)識的多解性，達(dá)到了構(gòu)造建模和圈閉描述的目的，取得了較好的應(yīng)用效果。實(shí)踐證明在油氣勘探和油氣藏早期評價(jià)階段，該方法對構(gòu)造樣式、形態(tài)和圈閉規(guī)模的研究具有積極而重要的意義。

關(guān)鍵詞：弧后前陸盆地；巴布亞褶皺帶；構(gòu)造描述

中圖分類號：TE132.1+4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.050

文章編號：1008-2336（2015）02-0050-06

收稿日期：2014-10-08；

作者簡介：第一陳景陽，男，1981年生，工程師，2007年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）石油地質(zhì)專業(yè)，研究方向油氣成藏。E-mail：chenjy3@cnooc.com.cn。

改回日期：2014-12-24

Application of Integrated Geological Data to Description of Structures in Papua Fold Belt

CHEN Jingyang, WAN Tao, ZHANG Yang, LONG Xu

（CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China）

Abstract:Papua Fold Belt is an important belt with great oil and gas discovery in Papua retroarc foreland basin. However it is hard to identify effectively the structures with the conventional geophysical method due to the rugged mountain configuration, limestone karsts, high dip bedding and faults. To solve the problems in structural description, many geologic data have been used, including the study results about regional stress field, configuration of the ground, surface geology, strontium isotopic data and drilling data. This method can decrease the uncertainty in structure interpretation, and good results have been obtained in structural model building and trap description. It is proved by practice that this method is very significant for study of the structural styles, shapes and trap scale during the early exploration and appraisal stage of oil and gas reservoirs in foreland basin.

Keywords:retroarc foreland basin; Papua Fold Belt; structure description

巴布亞盆地位于太平洋板塊、澳大利亞板塊和歐亞板塊之間，和澳大利亞板塊相連，現(xiàn)今屬于弧后前陸盆地[1-3]（圖1）。巴布亞褶皺帶是巴布亞盆地重要的油氣發(fā)現(xiàn)帶，已累計(jì)發(fā)現(xiàn)約40億桶油當(dāng)量，但其勘探程度仍然很低。該帶地處山區(qū)，地形起伏大，地震采集困難，費(fèi)用昂貴；加上地表主要覆蓋的中新統(tǒng)Darai灰?guī)r，其喀斯特化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，縫洞發(fā)育，造成地震能量發(fā)生散射衰減，而淺層灰?guī)r為高速層，對下覆的碎屑巖儲層段存在較強(qiáng)的能量屏蔽作用；另外該區(qū)發(fā)育高陡斷層和地層，使目的層不易接受有效信號，地震成像差，信噪比低，斷層歸位困難。正是這些因素給常規(guī)地震勘探帶來了極大的挑戰(zhàn)。針對這種特殊的地質(zhì)特征，本文綜合運(yùn)用各種地質(zhì)信息，在實(shí)踐中摸索和總結(jié)了一套適用于該區(qū)的構(gòu)造描述方法。

圖1　巴布亞盆地構(gòu)造單元劃分（藍(lán)色矩形框?yàn)檠芯繀^(qū)）

1　地質(zhì)概況

巴布亞盆地屬于早期被動陸緣晚期前陸的疊合型盆地[1-3]（圖1）。該盆地經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造沉積演化[4]（圖2）。早侏羅紀(jì)伴隨滇緬馬蘇等微板塊從岡瓦納分離，發(fā)育大陸邊緣裂谷，中晚侏羅—白堊紀(jì)后進(jìn)入被動大陸邊緣盆地階段，白堊紀(jì)末期發(fā)生珊瑚海裂谷，上新世至今隨著美拉尼西亞島弧的碰撞造山，盆地進(jìn)入前陸演化階段[2，3]。裂谷期和被動陸緣Imburu組泥巖為該區(qū)的主力烴源巖，而晚侏羅—早白堊被動陸緣階段沉積了大套碎屑巖儲層，如Iagifu組河流三角洲相砂巖和廣泛分布的Toro組濱淺海相砂巖[5]，白堊紀(jì)中晚期則以Ieru組海相泥巖區(qū)域性蓋層沉積為主，古新世因珊瑚海裂開導(dǎo)致巴布亞盆地東南側(cè)隆升，部分中生代地層遭受剝蝕，始新世后盆地進(jìn)入弧后裂谷期和坳陷期，沉積了廣泛分布的始新—中新統(tǒng)的陸架碳酸鹽巖，中新世晚期進(jìn)入造山期，巴布亞等褶皺帶隆升，造成灰?guī)r出露而遭受一定剝蝕，前淵發(fā)育區(qū)則沉積了較厚的磨拉石地層。

巴布亞褶皺帶的形成歸因于北東南西向弧陸碰撞而引起的構(gòu)造擠壓應(yīng)力的傳播，由此形成了一系列的斷層相關(guān)褶皺，其中又以斷層傳播褶皺為主，這種逆沖擠壓背斜為褶皺帶的主要圈閉類型。晚期的構(gòu)造擠壓在某種程度上加劇了侏羅系烴源巖的生排運(yùn)聚[5, 6]，時(shí)空上和圈閉的形成相匹配，現(xiàn)今巴布亞褶皺帶上大量的油氣發(fā)現(xiàn)也充分證實(shí)了這一點(diǎn)。

2　地質(zhì)資料在構(gòu)造描述中的運(yùn)用

本文在Move軟件平臺上，以區(qū)域構(gòu)造和應(yīng)力場分析為指導(dǎo)，充分運(yùn)用地表地形、地質(zhì)露頭、鍶同位素定年以及探井信息等，在地表和地下構(gòu)造相關(guān)性分析和合理構(gòu)造解釋方案的基礎(chǔ)上刻畫

地下圈閉形態(tài)，以求不斷地逼近地下客觀實(shí)際（圖3）。

圖2　巴布亞盆地地層柱狀圖

圖3　研究區(qū)構(gòu)造描述技術(shù)流程

2.1 區(qū)域構(gòu)造和應(yīng)力場

前人關(guān)于構(gòu)造樣式、火山噴發(fā)年代、巖石變質(zhì)程度序列的研究證實(shí)了研究區(qū)主要發(fā)育斷層傳播褶皺，擠壓應(yīng)力的傳播方向?yàn)樽员睎|向南西向[7-10]。根據(jù)弓形法則，地表構(gòu)造的形態(tài)也驗(yàn)證了上述的應(yīng)力傳播方向。受構(gòu)造應(yīng)力向前傳遞的傳播效應(yīng)，研究區(qū)從北東至南西，依次可劃分為沖斷帶、沖褶帶和穩(wěn)定臺地帶三個(gè)三級構(gòu)造單元（圖4）。

圖4　研究區(qū)三、四級構(gòu)造單元細(xì)化

沖褶皺帶又分為寬緩沖褶帶和強(qiáng)烈沖褶帶兩種[11]，寬緩沖褶帶更具有早期裂谷晚期反轉(zhuǎn)的特征。從沖斷帶向沖褶帶延伸，構(gòu)造擠壓強(qiáng)度具有逐漸降低的趨勢，即離造山帶越近，擠壓應(yīng)力往往越強(qiáng)，逆沖斷層產(chǎn)狀越陡，以窄陡型斷背斜圈閉形態(tài)為主，圈閉被改造程度越大。而遠(yuǎn)離造山區(qū)則以低角度寬緩逆沖背斜形態(tài)為主，圈閉相對保持完整。穩(wěn)定臺地區(qū)基本不受造山作用影響。

2.2 地質(zhì)露頭資料

地表露頭資料能夠提供出露地層的巖性、地表斷層位置和近地表地層的產(chǎn)狀等信息，可以判斷地表正負(fù)地形是否具有地表背斜構(gòu)造特征。研究區(qū)發(fā)育一系列的北西—南東走向背斜構(gòu)造，根據(jù)地表構(gòu)造本身特征及排列方式進(jìn)一步細(xì)化為A、B、C、D共四排構(gòu)造（圖4）。構(gòu)造擠壓強(qiáng)度具有差異性，D排構(gòu)造由于差異剝蝕部分表現(xiàn)為負(fù)地形或者低幅度構(gòu)造特征，C排構(gòu)造為寬緩構(gòu)造特征，兩翼傾角小，而B排構(gòu)造和A排構(gòu)造則較陡，兩翼傾角增大。本區(qū)地表大部分出露灰?guī)r剛性巖層，下伏上白堊海相泥巖以下白堊—上侏羅砂泥巖層及深層的中下侏羅泥巖層，根據(jù)巖石硬度差異性即灰?guī)r硬度大于砂泥巖、而泥巖更容易變形滑脫的特點(diǎn)，同時(shí)考慮擠壓應(yīng)力由北東向南西向傳遞的特點(diǎn)以及地表構(gòu)造起伏變形的差異性，進(jìn)一步推測D排構(gòu)造很可能以淺層褶皺為主，逆沖斷層發(fā)育于上白堊泥巖中。A～C排構(gòu)造則可能以深層褶皺為主，主控?cái)鄬影l(fā)育于中下侏羅泥巖中，同時(shí)控制地表和深層構(gòu)造，而A排構(gòu)造還可能額外發(fā)育一定的淺層褶皺即表現(xiàn)為一定的雙重構(gòu)造特征。

2.3 鍶同位素定年資料

鍶同位素地層學(xué)在海相地層的對比和定年中具有十分重要的作用。由于鍶在海水中的殘留時(shí)間（2.5 Ma）遠(yuǎn)長于海水的混合時(shí)間（1 ka），所以鍶在海洋中的分布是均一的。地質(zhì)歷史中海水的87Sr/86Sr比值是時(shí)間的函數(shù)，對海洋地層的定年非常準(zhǔn)確[12]。

由于巴布亞褶皺帶上大部分出露的都是Darai灰?guī)r地層，因此87Sr/86Sr比值可以很好地確定灰?guī)r層系的絕對年齡。由于Darai灰?guī)r沉積十分穩(wěn)定，87Sr/86Sr比值與灰?guī)r的深度（厚度）有很好的對應(yīng)關(guān)系，可以通過鉆井實(shí)測數(shù)據(jù)建立87Sr/86Sr比值隨地層厚度變化的關(guān)系（圖5），然后將地表測得的87Sr/86Sr樣品值，根據(jù)測量點(diǎn)所在的地層傾角、方位角以及高程數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，得出地下Darai灰?guī)r底面的投影位置（圖6、圖7），從而確定Darai灰?guī)r底界面的構(gòu)造形態(tài)，這有助于確定該區(qū)目的層的埋深。

圖5　A排構(gòu)造單井灰?guī)r真厚度H與鍶同位素（87Sr/86Sr）相關(guān)圖

圖6　灰?guī)r真厚度H在其傾向和垂向上的投影

圖7　地層不同走向時(shí)XY平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

圖6中，θ為地層傾角；H為灰?guī)r真厚度，由圖6求得；h為灰?guī)r厚度H在垂向投影，h =H*cos （θ）； m為灰?guī)r厚度H在傾向投影，m =H*sin（θ）。

地表采樣點(diǎn)坐標(biāo)為X、Y、Z，其在灰?guī)r底界面的坐標(biāo)為X'Y'Z'，Z' =Z-h。X'Y'則根據(jù)地層走向Φ和灰?guī)r水平投影m間相對關(guān)系的不同（圖7），分別求?。?/p>

上述Φ為地層走向與地理北極間夾角；圖7中紅色虛線為灰?guī)r厚度H在傾向上的投影距離即m。

2.4 鉆井資料

探井能提供地層厚度、埋深、傾角、地層重復(fù)關(guān)系以及逆沖斷層的斷點(diǎn)位置、斷距大小和傾向等信息。另外單井鉆遇的灰?guī)r層巖屑的鍶同位素測定有助于確定圖5中的關(guān)系式，根據(jù)不同鉆井從而制定不同構(gòu)造的灰?guī)r厚度與鍶同位素比值間的關(guān)系模型。而通過對比單井鉆遇斷層斷距和地表斷層斷距大小，有助于判斷地表斷層和地下斷層間的關(guān)系，確定地表斷層是深源斷層還是淺源斷層（圖8）。本研究區(qū)D排構(gòu)造主要發(fā)育淺源斷層，斷層在上白堊泥巖中滑脫，和地表構(gòu)造形態(tài)吻合。B和C排構(gòu)造為深源斷層，鉆井揭示淺源斷層少且斷距小。A排構(gòu)造發(fā)育大型淺源斷層，斷距大，并且鉆井揭示了深層地層的傾角較大，推測該區(qū)發(fā)育盲斷型深源斷層，深源斷層的發(fā)育控制目的層即下白堊—上侏羅地層的構(gòu)造，而淺源斷層往往干擾該區(qū)對深層構(gòu)造的研究和識別。

2.5 資料綜合運(yùn)用與構(gòu)造建模

本區(qū)構(gòu)造樣式以斷層傳播褶皺為主，根據(jù)地層硬度、褶皺卷入層位及深淺源斷層性質(zhì)差異性，垂向上劃分為深層（上侏羅—下白堊砂泥間互層及中下侏羅泥巖層）、中層（中上白堊泥巖）和淺層構(gòu)造（中新統(tǒng)灰?guī)r地層）。三者疊合關(guān)系分析是進(jìn)行深層構(gòu)造描述的關(guān)鍵。前述地質(zhì)露頭信息證實(shí)該區(qū)淺層存在A～D共4排構(gòu)造。鉆井揭示除了D排外其他排構(gòu)造均存在深層構(gòu)造。B和C排構(gòu)造淺中深三層構(gòu)造疊合性好，即可以直接運(yùn)用淺層構(gòu)造反映深層構(gòu)造；D排構(gòu)造中淺層構(gòu)造存在，深層構(gòu)造不存在；A排構(gòu)造受擠壓作用強(qiáng)，中淺層構(gòu)造逆沖推移量大，表現(xiàn)為中淺層構(gòu)造高點(diǎn)往往處于深層構(gòu)造的西南方向即應(yīng)力傳播路徑上，需要進(jìn)一步引入推移量來校正深層構(gòu)造高點(diǎn)位置（圖8）。

研究區(qū)地表普遍發(fā)育灰?guī)r地層，受風(fēng)化淋濾作用發(fā)生差異剝蝕和溶蝕作用，地表灰?guī)r厚度變化較大，造成淺層構(gòu)造完整性較差，但利用地形數(shù)據(jù)可以大致獲得淺層構(gòu)造圖，這是中深層構(gòu)造認(rèn)識的基礎(chǔ)。利用鉆井及地表巖屑鍶同位素值以

及地表傾角等數(shù)據(jù)可以求得灰?guī)r厚度，在淺層構(gòu)造基礎(chǔ)上，運(yùn)用鍶同位素定年中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式即可求得中層構(gòu)造，不同構(gòu)造鍶同位素和厚度關(guān)系略有差異，利用不同構(gòu)造鉆井信息可以減小這種差異。而中層白堊系泥巖為區(qū)域穩(wěn)定分布的地層，鉆井?dāng)?shù)據(jù)可以揭示不同構(gòu)造間該層的厚度，將上述中層構(gòu)造下移該層厚度即可求得深層構(gòu)造。B、C排構(gòu)造三層構(gòu)造整體疊合性好，中淺層沒有額外逆沖位移量或很小，利用上述方法即可獲得深層構(gòu)造，斷距和斷層產(chǎn)狀則參考鉆井資料（如B構(gòu)造），如果沒有鉆井鉆遇，則可借鑒相鄰構(gòu)造（B構(gòu)造）或者通過地表斷層與地層間夾角下推大致獲得（如C排構(gòu)造）。A排構(gòu)造淺中深三層構(gòu)造疊合性較差，鉆井揭示了地層傾角、傾向和淺源斷層的位置及位移量，在此基礎(chǔ)上，利用平衡剖面的原理[13]可消除淺層斷層的滑移量，之后再利用上述方法即可求取深層構(gòu)造（圖8）。

圖8　構(gòu)造綜合解釋剖面

3　結(jié)論

在巴布亞盆地巴布亞褶皺帶上由于常規(guī)地震或重磁勘探均不能夠清晰描述地下構(gòu)造形態(tài)，本文嘗試把現(xiàn)有的一些有限資料如地形、地表地質(zhì)、鍶同位素以及探井等信息綜合起來進(jìn)行構(gòu)造建模，相互補(bǔ)充，減小了構(gòu)造認(rèn)識的多解性。本方法在油氣勘探和油氣藏評價(jià)早期階段對構(gòu)造樣式、形態(tài)和圈閉規(guī)模的研究具有積極而重要的意義，實(shí)踐中取得較好的應(yīng)用效果，實(shí)鉆和預(yù)測具有較好的吻合性。當(dāng)然本方法比較強(qiáng)調(diào)地質(zhì)資料的綜合應(yīng)用，使用時(shí)也要額外注意幾點(diǎn)：在火成巖或者非灰?guī)r覆蓋區(qū)，淺層灰?guī)r深度不易取得；鍶同位素比較適用于灰?guī)r出露區(qū)，在反映中淺層構(gòu)造時(shí)要注意平面的非均值性即灰?guī)r厚度與鍶同位素比值（87Sr/86Sr）間關(guān)系在不同構(gòu)造間的差異性；深層構(gòu)造和中淺層構(gòu)造間的關(guān)系研究是關(guān)鍵，如果三者間疊合性差，需要研究偏移量大小，并進(jìn)行正確歸位，盡管深層主控?cái)鄬泳唧w位置具有一定的推斷性，但褶皺帶更關(guān)注能否發(fā)育構(gòu)造以及高點(diǎn)的大概位置和埋深。當(dāng)然由于擠壓區(qū)構(gòu)造本身的復(fù)雜性，構(gòu)造識別依然具有一定的不確定性，往往需要通過一定數(shù)量的鉆井來交互建模才能準(zhǔn)確落實(shí)構(gòu)造。

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