巴布亞盆地褶皺帶構造特征

王　濤, 陳景陽, 張　洋, 周浩瑋, 龍　旭, 段曉夢

(中海油研究總院，北京100028)

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巴布亞盆地褶皺帶構造特征

王濤, 陳景陽, 張洋, 周浩瑋, 龍旭, 段曉夢

(中海油研究總院，北京100028)

摘要：巴布亞盆地的構造演化主要受控于陸內(nèi)克拉通裂谷、岡瓦納裂解、珊瑚海裂開、美拉尼西亞島弧碰撞4個構造事件，它們共同影響并控制了該帶的構造沉積演化和油氣成藏。盆地內(nèi)主要發(fā)育3個褶皺帶，分別為伊利安褶皺帶、巴布亞褶皺帶和奧雷褶皺帶，它們主要發(fā)育壓縮構造樣式，由于受到擠壓應力的強弱變化，褶皺帶構造擠壓強度北強南弱，構造類型豐富多樣。

關鍵詞：褶皺帶；構造演化；構造樣式；巴布亞盆地；巴布亞新幾內(nèi)亞

0引言

巴布亞盆地的油氣勘探始于1911年，但直到1956年才發(fā)現(xiàn)第一個油氣田。由于巴布亞新幾內(nèi)亞山地叢林密布，交通不發(fā)達，所以陸地勘探困難，早期以地質(zhì)調(diào)查為主，后來采用直升機吊運鉆機與地震采集設備，陸上勘探才取得重大突破，整個盆地90%的油氣發(fā)現(xiàn)集中在巴布亞褶皺帶，所以對于該褶皺帶的構造研究尤為重要。

結合國內(nèi)對于褶皺帶推覆構造豐富的研究成果，如茅山推覆構造體系(黃潤生等，2010)、寧鎮(zhèn)剪切擠壓褶皺山系(董火根等，1990)、江蘇盆嶺構造(劉志平等，2014)等，針對巴布亞盆地陸上褶皺帶的構造特征進行研究。

1區(qū)域構造背景

巴布亞盆地構造上處于澳大利亞板塊、太平洋板塊與菲律賓板塊交會處，作為澳大利亞板塊向北運動的前沿，它記錄了第三紀以來澳大利亞板塊與太平洋板塊、菲律賓板塊的碰撞效應，發(fā)育成為典型的新生代弧后前陸盆地。盆地整體上可以劃分為3個帶9個構造單元(圖1)，盆地北部為與活動大陸邊緣及弧-陸碰撞相關的活動帶，由巴布亞活動帶、歐文斯丹萊復雜構造帶和米爾尼蛇綠巖帶組成；往南過渡為褶皺-沖斷帶,由伊利安褶皺帶、巴布亞褶皺帶和奧雷褶皺帶組成。巴布亞高地位于海上區(qū)域，西部緊鄰東部高地，北部與莫瑞斯比地槽和米爾尼蛇綠巖帶相連。

2褶皺帶典型構造特征

巴布亞盆地處于三大板塊交匯處，多期多種應力集中，構造異常復雜，而其中3個褶皺帶主要受到2個期次的擠壓應力影響，在漸新世末和中中新世遭受2次擠壓碰撞。第一次擠壓碰撞發(fā)生在古新世—漸新世，盆地北部的所羅門海、俾斯麥海和加羅林海依次打開(Jablonski et al., 2006)，受此影響，巴布亞盆地北部在漸新世末遭受隆升剝蝕；第二次擠壓碰撞發(fā)生在中中新世，由于澳大利亞板塊與北部的美拉尼西亞島弧發(fā)生碰撞，盆地進入到前陸造山階段，褶皺帶遭受二次擠壓。2次的擠壓應力方向都是北東—南西向，晚期擠壓構造強化早期擠壓。由于擠壓應力的強弱變化，形成了如圖2的斷裂樣式。伊利安褶皺帶和巴布亞褶皺帶的斷裂展布方向一致，主要斷裂為北西西向，而奧雷褶皺帶主要以北北西向為主。

圖1　巴布亞盆地構造單元圖Fig.1　Map showing structural units of the Papuan Basin

圖2　巴布亞盆地褶皺帶構造綱要圖Fig.2　Structural outline of the fold belts in the Papuan Basin

縱觀3個褶皺帶，位于中部的巴布亞褶皺帶勘探程度遠高于其他2個褶皺帶，且大的油氣發(fā)現(xiàn)也集中于此，地質(zhì)、地震資料比較豐富，構造樣式的研究也最為完整。

2.1巴布亞褶皺帶

結合圖1和圖2可以看出，巴布亞褶皺帶東、西部受擠壓程度也存在明顯差異：西部受2期擠壓影響，擠壓強度較大，以發(fā)育基底卷入型構造為主；東部則主要受晚期構造擠壓影響，擠壓強度相對弱一些，以蓋層滑脫構造為主，二者以Bosavi轉換帶為界。同時由于應力傳播方向為北東—南西，褶皺帶構造擠壓強度北強南弱。地表廣泛出露Darai灰?guī)r，蓋層為白堊系Ieru泥巖，主要目的層為侏羅系Toro砂巖。

2.1.1基底卷入構造樣式基底卷入型構造廣泛分布于巴布亞褶皺帶西部，主要表現(xiàn)為高角度或者較高角度的逆沖構造類型(圖3)。幾何形態(tài)表現(xiàn)為沖隆型和輕微疊瓦型，構造核部有受到強烈擠壓應力而調(diào)節(jié)應力的反沖斷層，使得構造核部進一步隆升。地層上表現(xiàn)為Darai灰?guī)r被大量剝蝕，灰?guī)r之下的Ieru泥巖層和其下的砂巖目的層背斜構造形態(tài)保留完整。

圖3　巴布亞褶皺帶西部基底卷入型構造樣式Fig.3　Profile showing basement-involved tectonic style of the western Papuan fold belt

2.1.2蓋層滑脫構造樣式蓋層滑脫構造主要分布于前陸變形區(qū)的巴布亞褶皺帶的中東部，淺層Ieru泥巖層是主要的滑脫介質(zhì)，靠近基底的Barikewa泥巖層是另一個主要滑脫面(圖4)?；撁嫔稀⑾碌臉嬙熳冃纬蕵O不協(xié)調(diào)特征，滑脫面上表現(xiàn)為背斜形態(tài)，其下則多為高角度的陡立地層，而這些逆掩斷層之下的陡立地層在實際地震剖面上存在著雙重難題，采集中缺乏反射信號和處理中很難成像，但是高角度的地層傾角在實際鉆井中卻常常被揭示。

圖4　巴布亞褶皺帶中東部蓋層滑脫構造樣式Fig.4　Profile showingcaprock decollement style of the middle-eastern Papuan fold belt

2.2伊利安褶皺帶

伊利安褶皺帶的長度近似于巴布亞褶皺帶的2倍，且褶皺帶的山地海拔高度達到5 km，遠高于巴布亞褶皺帶，但該褶皺帶的資料比較少，研究程度也比較局限。從褶皺帶的外形來看，伊利安褶皺帶主要為東西向，而巴布亞褶皺帶為東—南東方向，這說明地下構造控制著伊利安褶皺帶。巴布亞褶皺帶的基底幾乎很少出露于地表，相比之下，較厚的古生代地層沿著伊利安褶皺帶出露地表，說明該帶有1條主要的埋藏較深的滑脫斷層。

2.2.1基底沖斷構造樣式基底沖斷型構造主要分布于伊利安褶皺帶西部，主要表現(xiàn)為受高角度逆沖斷層控制的基底出露地表構造類型(圖5)。幾何形態(tài)表現(xiàn)為沖斷型和高陡逆沖構造類型，構造核部地層由于受到強烈擠壓應力而大量出露地表被剝蝕。

圖5　伊利安褶皺帶西部基底沖斷構造樣式Fig.5　Profile showing basement thrust style of the western Irian fold belt

2.2.2膝褶帶構造樣式膝褶帶構造主要分布于前陸變形區(qū)的伊利安褶皺帶的東部。在幾何形態(tài)上，膝褶帶樞紐處容易形成構造高點, 膝褶帶自深部向淺部“縱向貫透”多套地層,膝褶型褶皺兩側為陡傾的膝褶帶, 而非斷層。圖6中膝褶帶褶皺包括1個膝褶帶及其中間所夾持的背斜，共軛膝褶帶向深部匯合，背斜較為寬緩，膝褶部位也比較寬緩。整個膝褶帶地震資料呈現(xiàn)條帶狀、低信噪比，存在一定的寬度，這些低反射區(qū)呈共軛出現(xiàn)。

圖6　伊利安褶皺帶東部膝褶帶共軛構造樣式Fig.6　Profile showing conjugate structure in the kink band of the eastern Irian fold belt

2.3奧雷褶皺帶

奧雷褶皺帶與巴布亞褶皺帶明顯不同，為以Moresby坳陷為前淵、以東部高地為前陸隆起帶的前陸盆地結構。此帶發(fā)育巨厚的前陸沉積，使烴源巖達到成熟階段。從圖2可以看出，奧雷褶皺帶呈北北西向展布，與巴布亞褶皺帶大角度接觸，由于主要受到晚期擠壓應力的影響，地層較新、保留較為完整，主要為第三系構造。構造類型常見單沖構造及疊瓦逆沖構造。

圖7　奧雷褶皺帶單沖及疊瓦型構造樣式Fig.7　Profile showing thrust and imbricated style of the Aure fold belt

3褶皺帶形成機制

巴布亞盆地起源于澳大利亞板塊和太平洋板塊內(nèi)次級地塊的裂離和拼合。早期為澳洲古陸的克拉通坳陷，在岡瓦納古陸裂解時形成裂谷盆地；中生代位于澳大利亞北部大陸邊緣，受澳大利亞板塊不斷向北漂移和珊瑚海擴張的影響，巴布亞島和澳大利亞板塊分離(Wensink et al., 1989; Ali et al., 1995)；新生代隨著澳大利亞板塊北移以及北部的太平洋板塊向南俯沖、碰撞，在澳大利亞西北大陸與古大洋俯沖帶之間的碰撞帶附近形成前陸盆地(Hill et al., 2003)。整體而言，該盆地的演化主要受控于4期重要的構造事件：陸內(nèi)克拉通裂谷，岡瓦納裂解，珊瑚海裂開，美拉尼西亞島弧碰撞，它們共同影響并控制了該盆地的構造沉積演化與油氣成藏。

3.1陸內(nèi)克拉通裂谷

巴布亞盆地和東澳大利亞盆地(Sydney、Bowen、Cooper、Laura盆地)一樣，是寒武紀在澳大利亞板塊東部形成的主動陸緣增生地體基底上發(fā)育起來的。這個增生邊界就是現(xiàn)今的塔斯曼(Tasman)線。以塔斯曼線為界，西澳大利亞基底為太古宙和元古宙克拉通地體，而東澳大利亞基底則為古生界增生地體。

晚石炭世—早二疊世，新特提斯洋開始擴張，澳洲進入盆地活躍期，在東澳大利亞，形成Bowen盆地、Sydney盆地和Cooper盆地以及巴布亞盆地等一系列陸內(nèi)裂谷盆地。

晚二疊世—早三疊世，受東部Hunter-Bowen運動的影響，東澳大利亞包括巴布亞盆地在內(nèi)的一系列盆地轉變?yōu)榍瓣懪璧?，沉積了較厚的煤層，并逐漸抬升剝蝕。隨著擠壓的持續(xù)，中三疊世火山島弧活動，在巴布亞盆地陸上普遍發(fā)育三疊系Kana火山巖。

3.2岡瓦納大陸裂解

晚三疊世，由于中三疊世廣泛的巖漿活動，沿著北部澳大利亞邊緣的拉張裂谷開始大規(guī)模復蘇，岡瓦納大陸開始解體，最具代表性的是此時馬達加斯加海溝開始形成。受岡瓦納大陸裂解的影響，巴布亞盆地發(fā)育一系列地塹和半地塹，盆地開始形成。這些地塹和半地塹主要發(fā)育在Fly臺地東南部和巴布亞褶皺帶。在盆地的北部，大多數(shù)地塹邊界斷層呈西北西—東南東走向，在巴布亞灣為北東—南西走向，此時伊朗、羌塘、滇緬馬蘇地塊從岡瓦納大陸分離，推測在澳洲東部存在近南北向供給的陸相物源，途經(jīng)Surat、巴布亞、Bintuni等盆地。

侏羅紀—早白堊世，隨著盆地熱沉降和陸緣向海傾斜，盆地進入被動陸緣沉積階段。在此期間，沉積了Koi-Iange組淺海相粉砂巖和泥巖、Imburu組濱淺海-三角洲相粉砂巖與含砂巖夾層頁巖、Maril組頁巖、Toro組濱淺海-三角洲相砂巖，以及Ieru組淺海陸架黏土硅質(zhì)碎屑巖。整體以大規(guī)模濱淺海-三角洲沉積為主，形成了巴布亞盆地陸上最重要的一套含油氣系統(tǒng)。

3.3塔斯曼?！汉骱Ａ验_

晚白堊世—始新世，受塔斯曼海—珊瑚海張開的影響，巴布亞盆地東南部發(fā)生區(qū)域抬升，厚度超過2 km的地層被剝蝕，形成新近系—古近系區(qū)域不整合面。沿北西走向，剝蝕量向Bosavi 轉換帶方向減少，Bosavi 轉換帶西北部幾乎沒有遭受過剝蝕(Home et al.，1990)。沿珊瑚海打開的軸向熱膨脹導致巴布亞盆地抬升和沉積物向北西傾斜。此次抬升致使盆地的南部出露，F(xiàn)ly臺地大部分出露水面直到晚漸新世，而此時盆地的東北部仍接受少量的海相沉積，主要發(fā)育古新統(tǒng)Mendi組泥灰?guī)r及Moogli組開闊海泥巖。早中新世的熱沉降作用使巴布亞灣重新進入海相沉積環(huán)境，發(fā)育廣泛的陸架碳酸鹽巖建造(Darai組)。Darai組下部臺地相灰?guī)r廣泛發(fā)育在Fly地臺上，東部邊緣發(fā)育南北向邊緣外堤礁。Puri組半深?；?guī)r和Aure層深水濁積巖沉積在南北走向的深海槽里，目前位于巴布亞褶皺帶的東部。生物礁發(fā)育在西部孤立高地上(Pasca,Uramu和Pandora構造脊)和凹陷的東側。凹陷的發(fā)育與張性斷層活動有關，許多斷裂(如Fly、Darai、Juhu和Kubor斷層)重新活動(Kawagle et al., 1996)。

3.4美拉尼西亞島弧碰撞

隨著漸新世澳大利亞板塊北部邊緣與美拉尼西亞島弧的碰撞，盆地進入前陸階段。北部的伊利安褶皺帶、巴布亞褶皺帶和Aure褶皺帶成為前陸褶皺帶，受撓曲負載和水平擠壓的影響，在前陸褶皺帶前緣形成前淵(Moresby海槽)。早期形成的構造受擠壓作用影響，發(fā)生反轉，油氣重新分配。受該期構造事件的影響，巴布亞盆地北部抬升，而巴布亞灣繼續(xù)熱沉降，在Moresby海槽沉積了1套厚達近萬米的碎屑巖沉積層序。而在西部陸上褶皺帶內(nèi)，沉積通常限制在擠壓背斜中間的向斜區(qū)，物源則主要來自背斜剝蝕區(qū)。受持續(xù)弧陸碰撞的影響，第四系火山活動強烈，火山巖及火山碎屑巖發(fā)育。

4構造樣式與含油氣關系

巴布亞褶皺帶油氣資源豐富，其發(fā)現(xiàn)儲量占整個盆地發(fā)現(xiàn)的90%以上，本次研究以此帶為例，剖析褶皺帶構造樣式與含油氣性的關系。

巴布亞褶皺帶以Bosavi轉換帶為界(圖1)，西部和東部在應力強度和構造類型上差異較大。西部受2期構造擠壓疊加效應的影響，構造擠壓強度大，以基底卷入型構造為主，構造多為規(guī)模較大的逆沖擠壓背斜圈閉；而東部則由于主要受晚期擠壓作用影響，擠壓強度相對較弱，以蓋層滑脫型構造為主，構造數(shù)量較多，但單個油氣藏的規(guī)模較小(圖2)。正是由于這種自西向東構造擠壓強度和構造樣式的差別，以及褶皺帶整體西高東低的格局，造成了巴布亞褶皺帶油氣分布西大東小的特點。

對于褶皺-沖斷帶來說，其油氣成藏的關鍵因素是大規(guī)模成熟烴源巖是否存在、圈閉形成時間與油氣生成運移時間是否匹配以及圈閉的保存條件是否符合等(Cooper, 2007)。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)眾多氣藏，絕大多數(shù)油氣富集區(qū)都在斷裂附近，大規(guī)模褶皺構造的發(fā)育使得西部缺少中中新世以來的地層沉積，但中生代Imburu組泥頁巖等優(yōu)質(zhì)源巖廣泛分布，因此該地區(qū)以中生代含油氣系統(tǒng)為主。強烈的擠壓推覆作用在形成大量構造圈閉的同時，還造成地層疊置加厚，導致下部烴源巖成熟而進入生氣窗。另一方面，隨著擠壓變形強度由北往南減弱，烴源巖之上疊置地層厚度也由北往南減薄，導致烴源巖成熟度和生烴強度由北向南逐漸降低，成熟烴源巖主要分布在巴布亞褶皺帶及其北部地區(qū)侏羅系烴源在中新世進入生油窗，現(xiàn)已達到生烴高峰并進入早期氣窗階段，在上新世—更新世或更晚發(fā)生油氣充注，這與擠壓構造圈閉形成期具有很好的匹配(Kendrick et al., 2001)。

5結論

(1) 巴布亞盆地是一個構造復雜且勘探研究程度較低的含油氣盆地，區(qū)域構造演化經(jīng)歷了4個歷史階段：陸內(nèi)克拉通裂谷，岡瓦納裂解，珊瑚海裂開，美拉尼西亞島弧碰撞。不同階段的構造變形改造、疊加，形成了現(xiàn)在復雜的多種擠壓構造特征。

(2) 巴布亞盆地褶皺帶構造樣式的多變性是由構造變形的多期次性和構造變形的差異性決定的，常見基底卷入和蓋層滑脫構造類型，也有較為復雜的膝褶褶皺和疊瓦逆沖構造類型。進一步研究3個褶皺帶的各種類型構造與生烴演化關系對巴布亞盆地的油氣勘探非常重要。

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Structural characteristics of the fold belts in the Papuan Basin

WANG Tao, CHEN Jingyang, ZHANG Yang, ZHOU Haowei, LONG Xu, DUAN Xiaomeng

(Beijing Research Center, China National Offshore Oil Corp., Beijing 100028, China)

Abstract：The Papuan Basin is a petroliferous basin with complex structure but low exploration degree. The structural evolution of this basin is mainly controlled by four tectonic events, i.e., intracontinental craton rift, Gondwana breakup, the Coral Sea split and Melanesia arc collision, which jointly influence and control the tectonic-sedimentary evolution and hydrocarbon accumulation. Three main fold belts are developed in the basin, i.e., the Irian fold belt, Papuan fold belt and Aure fold belt, with a major compression tectonic style. Due to the variations of extrusion stress, the tectonic compression strength of the fold belts shows a southward weakening trend, with complex structural styles. It is very important for the petroleum exploration in the Papuan Basin to further analyze the relationship between fold belt types and hydrocarbon-generation evolution.

Keywords：fold belt; tectonic evolution; structural pattern; Papuan Basin; Papua New Guinea (PNG)

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.31

收稿日期：2015-03-31；修回日期：2015-05-06；編輯：陸李萍

基金項目：國家科技重大專項“亞太地區(qū)油氣資源評價及未來戰(zhàn)略發(fā)展方向”(2011ZX05028-006)

作者簡介：王濤(1981—)，男，工程師，地球物理專業(yè)，主要從事地震資料綜合解釋工作，E-mail: wangtao1@cnooc.com.cn

中圖分類號：P618.130.2

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)01-0031-06