澳大利亚西北大陆架油气分布特征及主控因素

澳大利亚西北大陆架油气分布特征及主控因素

澳西北大陆架油气资源潜力前沿面应用前景良好,内澳大利亚西北大陆架位于澳大利亚西北部，由陆地架、边缘平台和高海拔组成，海域延伸至2000米的深度。自西南向东北共发育4个中生代沉积盆地,依次为北卡纳尔文盆地、柔布克盆地(又称海域坎宁盆地)、布劳斯盆地和博纳帕特盆地,目前均处于被动陆缘盆地演化阶段。截至2009年底,在西北陆架已探明和控制石油可采储量(原油和凝析油)9.72×108t,天然气可采储量5.92×1012m3,天然气储量占油气总储量的83.1%,为一个典型的十分富气而相对贫油的油气区。其中以北卡纳尔文盆地储、产量最大,博纳帕特盆地次之,柔布克盆地基本未勘探和开发(图1)。虽然澳西北大陆架油气资源丰富,但勘探开发程度较低,除Barrow、Dampier次盆及Malita地堑等构造单元开采部分资源外,其他地区仅为刚开采或未开采,资源开采量仅占探明资源量的15%左右,且澳西北大陆架的勘探程度低于国际平均水平,尤其是陆架内侧的古生代盆地区和陆架外缘的深水区域尚未勘探,因此澳西北大陆架的资源潜力非常大,勘探前景良好。本文从构造演化分析入手,通过对油气形成条件的分析,总结油气分布特征,并对影响油气成藏及分布的主控因素进行探讨,旨在加强对西北大陆架油气地质的认识,以期对海外战略选区有所帮助。1构造-沉积演化西北大陆架各盆地均是在前二叠纪克拉通基础上发育的中生代沉积盆地。其中NW向的柔布克盆地和博纳帕特盆地最早形成于早古生代,而NE向的布劳斯盆地和北卡纳尔文盆地形成于石炭纪—二叠纪。澳大利亚西北大陆架在地质历史时期无盐岩沉积,整个西北陆架下部地层为二叠纪—三叠纪前裂谷期内克拉通沉积,上覆侏罗纪至新生代裂谷期和被动陆缘层序。博纳帕特盆地主要由Petrel次盆、Vulcan次盆、Malita地堑等8个负向构造单元和Sahul台地、Darwin陆架等7个正向构造单元组成;布劳斯盆地主要由Caswell次盆、Barcoo次盆等4个负向构造单元和Yampi陆架、Prudhoe阶地等3个正向构造单元组成;柔布克盆地包括Bedout次盆和Rowley次盆2个负向构造单元;北卡纳尔文盆地主要由Barrow次盆、Dampier次盆、Exmouth次盆等5个负向构造单元和Exmouth高地、Rankin台地等5个正向构造单元组成(图2)。这4个盆地最终组成了西澳巨盆地。西北大陆架的演化与冈瓦纳大陆的解体密切相关。根据澳大利亚板块与冈瓦纳古陆的其他板块及微板块的解体顺序,可以将澳大利亚西北大陆架的构造演化分为4个主要阶段。1.1克拉通内菲茨罗伊层盆地石炭纪之前,澳大利亚为冈瓦纳大陆的一部分,与冈瓦纳大陆一起向北漂移。西北部各盆地已经开始发育,构造活动以克拉通内拗陷为主。金伯利(Kimberley)地块、皮尔巴拉(Pilbara)地块和达尔文地块之间的NE—SW向张力导致了克拉通内菲茨罗伊拗陷、Petrel次盆和布劳斯原型盆地的形成。这些盆地以调整构造为边界,西南部以拉斯特剪切带为界,东北部以西北大陆架大剪切带为界。中石炭世—早二叠世,沿西北大陆架大剪切带西北面发生了一次重要的地壳减薄事件,在NNW—SSE向的拉张应力作用下,形成了西澳巨盆地。1.2澳大利亚西北缘早白垩世构造格局的演变中生代共发生2期裂谷作用。即晚二叠世—晚三叠世的夭折裂谷和侏罗纪—早白垩世的陆内、陆间裂谷。晚二叠世—早三叠世,随着基梅里大陆从冈瓦纳大陆上分离开来,新特提斯洋形成,开始了西北陆架的演化史。澳大利亚西北缘发生广泛的地壳隆升、断裂和火山活动,这次重大构造事件影响了从布劳斯盆地到北卡纳尔文盆地的西北大陆架广大的地区,在西北陆架区,开始发育一系列断陷盆地,并沉积了巨厚的三叠系裂谷层序。三叠纪末的一次重要的构造事件菲茨罗伊造山运动终止了这次裂谷作用,使之夭折。侏罗纪—早白垩世期间,西澳大利亚边缘经历了两次解体,第一次发生于牛津期,对应于澳大利亚板块与阿尔戈、西缅甸微板块解体,此时布劳斯盆地与北卡纳尔文盆地由一个统一的盆地演化成为两个独立的盆地;第二次发生于凡兰吟期,对应于澳大利亚板块与大印度板块的分离。大陆解体的结果是自北而南逐渐形成了西澳大利亚大陆被动边缘。1.3古新世以来澳大利亚板块表现凡兰吟期以后,大印度板块与澳大利亚板块完全分离,整个澳西北进入裂后拗陷演化阶段。至古新世,澳西北陆架洋壳扩张、俯冲作用停止,形成稳定的被动大陆边缘,接受海相沉积。此后,大印度板块与欧亚板块碰撞导致澳大利亚板块向北运动,并不断增厚。此阶段区域性沉积的巨厚的页岩和灰岩为整个澳大利亚西北大陆架的油气提供了良好的区域盖层。1.4晚三叠世北卡纳尔文盆地群渐新世—早中新世,澳大利亚板块与欧亚板块碰撞,并发生逆时针旋转,使西北大陆架发生构造反转。博纳帕特盆地和布劳斯盆地西北部受到强烈影响,主要表现为盆地内伸展断层发生反转和再次活动。裂谷阶段,受菲茨罗伊造山运动以及三叠纪末的缓慢海侵影响,西北陆架形成广泛的三角洲沉积,为整个西北陆架盆地提供了重要的烃源岩和储层。晚三叠世北卡纳尔文盆地发育的Mungaroo三角洲、早—中侏罗世博纳帕特盆地的Plover三角洲和布劳斯盆地的Legendre三角洲以及晚侏罗世北卡纳尔文盆地的Angel、Dupuy三角洲和早白垩世的Barrow三角洲等都为各自盆地提供了良好的烃源岩和储层。被动陆缘阶段,晚白垩世海侵期广泛发育的浅海相泥页岩为各盆地提供了良好的区域盖层。2石油的地质条件2.1侏罗系烃源岩西北大陆架主力烃源岩主要为三叠系与侏罗系的泥页岩,仅博纳帕特盆地还发育有古生界主力烃源岩,主要分布在Petrel次盆。其中,三叠系烃源岩以产气为主,主要分布于北卡纳尔文盆地的Exmouth高地、Barrow次盆和Dampier次盆;侏罗系烃源岩分布比较广泛,主要分布在北卡纳封盆地的Exmouth高地、Exmouth次盆、Caswell次盆、Dampier次盆、布劳斯盆地的Browse次盆以及博纳帕特盆地的Vulcan次盆、Nancar海槽、Malita地堑、Calder地堑和Sahul海槽,也以生气为主,部分次盆侏罗系烃源岩兼具生油能力,如Exmouth次盆、Barrow次盆、Dampier次盆和Vulcan次盆(图2)。各烃源岩主要特征见下表(表1),可以看出,烃源岩主要发育于裂谷阶段,以II/III、III型干酪根为主,具有较低的氢指数,由于较大的埋藏深度,大部分烃源岩都已达生气窗或过成熟状态。西北大陆架的烃源岩特征决定了它是以生气为主的,这也是澳大利亚西北大陆架盛产天然气的根本原因。2.2西北大陆架盆地盖层除博纳帕特盆地Petrel次盆和Darwin陆架区主要储层为古生界砂岩外,西北陆架各盆地其他构造单元均以中生界砂岩储层为主。各盆地储集层特征见表2,可见,下三叠统及中—下侏罗统的河流—三角洲相砂体是各盆地储集层的主体,其次,上侏罗统—下白垩统的三角洲及水下扇或浊积砂岩也是重要的储集层。遍及整个北卡纳尔文盆地的中—下三叠统Mungaroo组储层与布劳斯盆地和博纳帕特盆地内中—下侏罗统的Plover组储层是西北大陆架盆地主要的储层,其赋存的资源量占整个西北大陆架盆地资源量的70%以上。西北大陆架各盆地均发育多套区域性盖层,以海相泥页岩为主。博纳帕特盆地发育二叠系Treachery组和MountGoodwin组以及白垩系BathurstIsland群两套区域性盖层;布劳斯盆地发育上侏罗统—下白垩统Vulcan组和Heywood组海相泥岩区域盖层;北卡纳尔文盆地发育中侏罗统Dingo泥岩、中下侏罗统Athol泥岩、下白垩统Muderong页岩3套主要的区域性盖层。其中,最重要的是被动大陆边缘阶段西北大陆架沉积的一套厚的页岩层,成为整个澳大利亚西北大陆架的区域盖层,这套白垩系的盖层封盖了整个西澳巨盆地96.7%的油气资源。澳大利亚西北大陆架发育多套储盖组合,但总体上以中生代储盖组合为主,良好的储盖组合是西北大陆架油气富集的关键。西北大陆架石油地质的主要特点是烃源岩与储层同属一个地层单元,生油层与储层距离近,上覆有区域盖层,为正常的下生上储型储盖组合。通过对西北大陆架已发现的大气田的研究发现,几乎所有的大气田都具有良好的生、储、盖特征,生、储、盖的高效组合是大气田形成的主要条件(图3)。3油气分布特征3.1地质单元分布西北大陆架各盆地大部分地区烃源岩都进入生气窗或者过成熟,普遍以产气为主,各盆地天然气占油气总储量的比例均在80%以上。总体上,油气分布具有分区性:博纳帕特盆地为“西油东气”,布劳斯盆地基本全部为气和凝析油,北卡纳尔文盆地为“内油外气”。将这种分布特征反映在盆地的构造单元上,不难看出,平面上,石油主要富集在侏罗纪晚期形成的北东向狭长裂谷内,天然气主要分布在狭长裂谷之外的构造高地上。这种分布特征在博纳帕特盆地和北卡纳尔文盆地显得尤为明显,如北卡纳尔文盆地,已发现的油藏主要分布于Barrow次盆、Dampier次盆和Exmouth次盆,分别占到盆地石油总储量的39.4%,25.5%和20.7%;天然气藏和凝析油(气)藏则主要分布在与之毗邻的Rankin台地及Exmouth高地上,分别占到盆地天然气总储量的52%和36%,凝析油总储量的74.4%和13.5%。博纳帕特盆地已发现的油藏主要分布于Vulcan次盆和Nancar海槽,分别占到盆地石油总储量的52.0%和39.5%;天然气藏和凝析油(气)藏则主要分布在Calder地堑、Vulcan次盆以及Sahul台地的大型背斜构造上,分别占到盆地天然气总储量的48.1%,12.4%和30.5%,凝析油总储量的20.4%,11.6%和58.0%(图4,图中序号所代表次级构造单元同图2)。究其原因,主要与烃源岩的性质以及不同类型烃源岩在盆地中的分布特征有关。3.2油气多分布于白垩系及凝析油总储量的党西北大陆架各盆地自二叠系以上均产气,总体上,油气纵向分布较为集中,主要分布于中生界。油和气分布具有明显的分层性:天然气和凝析油主要分布于三叠系和侏罗系储集层,分别占到天然气储量的51.5%和30.3%,凝析油总储量的51.2%和27.4%。而石油则主要分布于白垩系及以上地层,占到总石油储量的53.7%。以北卡纳尔文盆地为例,其天然气和凝析油主要分布于三叠系和侏罗系,分别占到天然气总储量的50.0%和34.0%,凝析油总储量的60.0%和31.0%;石油则主要分布于白垩系,占到石油总储量的67.0%。从盆地演化阶段看,油气主要分布于裂谷层序中,裂谷层序中发育的烃源岩和储层以及较大的埋藏深度是油气富集的关键。同时,上覆白垩系区域盖层也至关重要,统计发现,西北大陆架96.7%的油气都位于白垩系区域盖层之下,0.9%的油气位于侏罗系和三叠系局部盖层之下,2.2%的油气位于古生界局部盖层之下,仅有0.2%的油气分布于区域盖层之上的局部盖层之下(图5)。4西藏的主要症状4.1布决定石油的分布区域西北大陆架各盆地发育多个含油气系统,油和气来自不同的含油气系统,生烃灶的分布范围决定了油气的分布范围。首先,生油岩次盆的分布决定了石油的分布区域。石油主要富集在侏罗纪晚期形成的北东向狭长裂谷内,来自上侏罗统—下白垩统偏生油的裂谷层序烃源岩,这些偏生油的烃源岩主要分布于Exmouth次盆、Barrow次盆、Dampier次盆和Vulcan次盆,与石油的分布区域十分吻合。天然气主要来自三叠系Mungaroo组和中、下侏罗统Plover组,气源岩的生烃中心和主要运移指向控制了天然气的平面分布。4.2梁、精地层及博纳帕特盆地西北大陆架天然气的分布明显受构造背景控制。北卡纳尔文盆地天然气藏主要分布在Rankin古梁及Exmouth高地;布劳斯盆地的天然气藏主要分布在两个洼中隆起带上;博纳帕特盆地的天然气藏主要分布在Sahul隆起的大型背斜构造上(图4,图6)。这些隆起或高地紧邻生气洼陷分布,发育多种圈闭类型,其中以背斜、地垒和掀斜断块为主,同时,也是油气运移的有利指向区。4.3角洲砂体及盆地内的不同气藏西北大陆架构造沉积演化对其油气的形成与分布具有重大影响,主要表现在大型三角洲沉积体系对油气分布的控制上。研究发现,北卡纳尔文盆地的天然气藏主要分布于上三叠统Mungaroo大型三角洲的主体,布劳斯盆地和博纳帕特盆地的天然气藏则主要位于中、下侏罗统Plover三角洲的主体。在所发现的21个大气田中,有19个大气田的储层为不同时期的三角洲砂体。尤其是晚三叠世Mungaroo大型三角洲,其发育遍及整个北卡纳尔文盆地,河流—三角洲相的Mungaroo组是北卡纳尔文盆地最重要的储层,厚度最大可达3500m,净砂岩厚度最大也可达320m,在其中分布的资源量占整个西澳巨盆地总资源量的50%以上。Mungaroo组沉积于三角洲环境,地层层系中既有砂岩也有页岩,主力源岩与储集层同属一套地层,成藏条件极为有利,这也是这套层系赋存巨大资源量的主要原因。4.4陆架和构造活动如前所述,西北大陆架白垩系区域盖层封盖了整个西澳巨盆地96.7%的油气,这套开阔海相的页岩层系是整个西北大陆架油气成藏的关键。也就是说,如果没有这套区域性盖层,西北大陆架将难以形成现今的资源规模。同时,后期的构造活动也对油气的分布产生一定的影响。构造反转阶段,博纳帕特盆地和布劳斯盆地西北部受到强烈影响,主要表现为盆地内伸展断层发生反转和再次活动。部分断层断至第三系地层,油气沿断层向上运移,形成部分第三系油藏,但一般规模较小。5下三叠统及中—结论(1)西北大陆架