North Carnarvon盆地为一典型的被动大陆边缘盆地^[1]，盆地内部发育Exmouth低隆起、Exmouth凹陷、Investigator凹陷、Dampier地堑等构造单元(图 1)。North Carnarvon盆地处于澳大利亚西北陆架的南部，是在古生代克拉通盆地内区域下拗的基础上形成的中生代裂谷盆地，它经历了一个完整的被动大陆边缘盆地的形成、发展全过程^[2]：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,1998)。三叠系盆地总体处于克拉通边缘坳陷演化阶段。

图 1 North Carnarvon盆地构造单元图 Fig. 1 The tectonic units of North Carnarvon Basin

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中三叠世泛大陆开始逐步解体，劳亚大陆西部与西冈瓦纳大陆之间裂开，由此开始产生的“冈瓦纳裂解—亚洲增生”演化过程对西澳大利亚大陆边缘盆地具有重要的影响和控制作用。晚三叠世澳大利亚陆块与印度陆块作为冈瓦纳大陆的整体均向西北漂移，但印度板块向西漂移的速度快于澳大利亚板块，由于两陆块漂移速度的差异而产生陆块之间分离作用，从而影响西澳大利亚大陆伸展构造的发展进程。在伸展作用初始期，陆壳块体间受拉张应力作用，使得西北大陆壳边缘在原冈瓦纳大陆与印度大陆结合的薄弱部位拉张减薄，造成大陆壳边缘沿剪切带滑脱沉降。

在这一演化过程中，North Carnarvon盆地东南部Lambert斜坡带控盆断裂开始形成，导致盆地沉降，坳陷型盆地形成，表现为坳陷的沉降幅度大，地层发育全，沉积厚度也大，最大厚度达8 000 m以上。三叠纪时期，North Carnarvon盆地沉积了一套不整合于二叠系之上的Locker页岩，该套页岩分布范围广，受断层影响比较小，向上渐变为河流三角洲相的Mungaroo组，主要为厚层砂岩、泥岩及薄煤层。

三叠纪全球普遍干旱，温室气候效应明显，蒸发岩广泛分布^{[4, 5]}。North Carnarvon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^{[6, 7, 8]}，气候温暖潮湿^{[9, 10, 11]}，当南半球夏季时，季节性降雨量剧增，洪泛频繁，在澳大利亚西北陆架发育巨厚的三叠系滨浅海—三角洲沉积建造。本文通过单井相、岩矿资料、宏体化石、孢粉组合、有机质显微组分与有机碳含量的综合分析，分别从无机与有机两个方面，阐述研究区三叠系的沉积古地理、沉积充填特征与烃源岩分布规律，探讨温室气候条件下大型三角洲的沉积充填特征，揭示North Carnarvon 盆地三叠系岩相古地理格局的演化规律，为类似地质背景下沉积盆地的油气勘探部署提供地质依据。

1 三叠系沉积格局转换

三叠纪时期，North Carnarvon盆地总体上沉积了两套地层：一套为中—下三叠统浅海相Locker页岩，另一套为中—上三叠统浅水辫状河三角洲相Mungaroo组。

早—中三叠世，整个澳大利亚西北陆架为干旱炎热气候，并为浅海所覆盖^[2]，North Carnarvon盆地沉积一套Locker浅海相页岩(图 2)，并夹有薄层的砂岩，砂岩主要为长石石英砂岩。Locker Shale厚度介于200~1 000 m，其中发育正常浅海珊瑚、有孔虫、腕足类、双壳、菊石等底栖类浅海化石。

图 2 三叠系Flinder Shoals-1，Candace-1，Arabella-1等井地层综合连井图 Fig. 2 Interwell composite cross-section from Flinder Shoals-1,Candace-1,Arabella-1 wells and so on

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中晚三叠世，经历P-T生物大灭绝后，古植被已经开始复苏，此时澳大利亚西北陆架正处于环特提斯洋南缘温暖潮湿气候带，气候温暖潮湿^{[9, 10, 11]}，植被茂盛，主要为蕨类和种子蕨类，高海拔地区还生长松杉类植物，这为沉积区提供了丰富的陆源有机质；加之降雨量充沛，地表径流发育，因此具备了巨型三角洲发育的有利地质条件。在North Carnarvon盆地沉积了一套浅水辫状河三角洲相Mungaroo组地层(图 2)，其分布广泛，沉积厚度大^[12]，平均可达4 500 m，典型沉积特征为三角洲平原分支流间湾暗色泥岩与分流河道砂岩频繁互层，并夹有薄煤层。其中，Mungaroo组发育的厚层砂岩主要是中粗粒石英砂岩，暗色泥岩中富含陆相孢粉化石及植物碎屑。

从图 3和图 4可以看出，Mungaroo组富含孢粉，疑源类和藻类含量均很低，Locker Shale 相对富含疑源类，藻类含量明显高于Mungaroo组。根据钻遇Locker Shale 层段6口井孢粉分析报告的统计，可以看出Locker Shale与Mungaroo组孢粉组合差异性明显(图 5)。

图 3 Roebuck-1井综合解释图 Fig. 3 Integrated interpretation chart of Roebuck-1

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图 4 Roebuck-1井孢粉组合分析 Fig. 4 Palynological assemblages analysis of Roebuck-1

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图 5 North Carnarvon盆地三叠系孢粉组合分布示意图 Fig. 5 Triassic palynological assemblages distribution diagram of North Carnarvon Basin

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Locker Shale与Mungaroo组沉积特征差异明显：①岩性差异巨大，下部主要为泥岩，上部为砂泥岩互层；②沉积环境发生巨变，由滨浅海相突变为海陆过渡相；③砂岩岩矿组分差异明显，下部以长石石英砂岩为主，上部以石英砂岩为主；④孢粉组合差异性明显，早三叠世处于生物绝灭事件之后的生态过渡期，古陆缺乏植被保护，主要发育疑源类、腕足等海相化石，而到中晚三叠世陆地生态系统迅速恢复，古植被繁盛，主要发育陆相孢粉化石。

因此North Carnarvon盆地中下三叠统与中上三叠统之间存在大范围的相迁移，这次大规模的相迁移是由中三叠世晚期澳大利亚西北陆架发生强制性海退造成的。早三叠世时期，整个澳大利亚西北大陆架为浅海所覆盖，三叠纪温室气候效应明显，地球两极没有冰川发育，水主要储集在海洋内，所以海平面的高低与海洋容积呈反比。全球二叠纪—三叠纪时期是古特提斯洋从发展到闭合的过程，二叠纪时期，古特提斯洋呈现多岛洋的特点，王鸿祯等(1990)在《中国及邻区构造古地理和生物古地理》专著中，首次提出了环岛状古特提斯洋新模型^[13]；殷鸿福等(1999)在《华南是特提斯多岛洋体系的一部分》一文中解释了特提斯多岛洋模式，特提斯的多岛洋模式认为，冈瓦纳超大陆与欧亚超大陆的裂解块体群在其漂移过程中，

漂移前方的洋盆萎缩、消亡，后方则由裂谷发展为新的洋盆，如此循序出现的洋盆就构成了古、中、新特提斯等不同阶段。裂解、漂移和消亡的多幕次过程，使特提斯与大西洋、太平洋等“干净”的大洋不同。它在其各个演化阶段，始终是个充满着裂解地块与裂谷、海道，微板块与小洋盆，岛弧与边缘海等不同裂离与聚合程度的海陆相间的多岛洋盆^[14]。中三叠世时期，古特提斯洋闭合，多岛洋消失，形成统一的泛大洋，海洋容积明显增大，导致海平面迅速下降(图 6)，形成了中三叠世晚期澳大利亚西北陆架的强制性海退。由此造成了North Carnarvon盆地三叠系沉积格局的转换。

图 6 多岛洋向泛大洋转换时期海平面响应模式图 Fig. 6 Sea level response pattern diagram in the period of archipelagic ocean turning to Pan Ocean

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三叠系自下而上发育两套烃源岩：Locker浅海相页岩和Mungaroo组富含陆源有机质的暗色泥岩+煤层。煤和陆源有机质烃源岩是重要的生烃岩类型之一，Mungaroo组烃源岩与一般陆源有机质岩石学特点^[16]相比，具有以下特点：①沉积环境主要为三角洲、沼泽，沉积过程中泥炭沼泽不断出现或持续发育；②受强烈季风频繁改造，广泛发育薄煤层；③烃源岩有机质中以高等植物贡献占绝对主导地位，其有机质类型主体是Ⅲ型或Ⅱ~Ⅲ型干酪根，生烃显微组分主要为壳质组和镜质组，以镜质组为主；④煤和暗色泥岩中陆源有机质丰度较高；⑤陆源有机质泥岩明显受季风洪水的影响，近端三角洲平原因受季风洪水强烈冲刷，暗色泥岩不发育。 2.1 三叠系烃源岩分布规律 2.1.1 Mungaroo组烃源岩分布规律

Mungaroo组烃源岩主要包括薄层煤和富含陆源有机质的暗色泥岩。根据North Carnarvon盆地中晚 三叠世沉积的浅水辫状河三角洲发育特征，可将Mungaroo组沉积相细分为四个沉积亚相：近端三角洲平原，远端三角洲平原，三角洲前缘和前三角洲。其中近端三角洲平原为辫状河主水道发育区，沉积厚层的水道砂体和薄层暗色泥岩，局部发育薄煤层；远端三角洲平原为薄煤层发育区，中—厚层分支流水道砂与中厚层炭质泥岩、薄煤层互层；三角洲前缘主要发育中—薄层细粒砂岩和中厚层灰色泥岩，由于海水的影响砂岩普遍发生钙质胶结，且含少量的海绿石(图 7)；前三角洲与浅海泥岩较难区分，North Carnarvon盆地主要沉积前三角洲泥岩。研究区Mungaroo组浅水辫状河三角洲以宽广的三角洲平原亚相与较窄的三角洲前缘亚相和前三角洲亚相为特征。

图 7 Mungaroo组各沉积亚相岩性特征 Fig. 7 The sedimentary subfacies lithologic characteristics of Mungaroo Group

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近端三角洲平原暗色泥岩厚度较薄，薄煤层只局部发育，薄泥岩中有机碳含量较高(图 8A)；远端三角洲平原暗色泥岩厚度较大，且发育大量薄煤层，有机碳含量最高(图 8A)；三角洲前缘泥岩厚度较大，但有机碳含量较低(图 8B)。上述有机质分布规律与North Carnarvon盆地三叠系特殊的古地理背景相关：近端三角洲平原离物源近，水动力作用强，再加上Mungaroo组沉积时期，气候湿热，植被茂盛，温室气体效应明显，频繁受到季风洪水影响，分支流间湾沉积泥岩和煤炭沼泽经常遭到冲刷，从而造成近端三角洲平原暗色泥岩厚度薄，薄煤层仅局部较发育，但保存下来的泥岩中有机碳含量仍较高；远端三角洲平原受季风洪水改造相对较弱，且受波浪作用的影响也较小，因此沉积了厚度较大的暗色泥岩和大量的薄煤层，同样保存下来的泥岩富含陆源有机质，因此有机碳含量高；三角洲前缘由于离陆源物源较远，且受到波浪作用的影响，其沉积的泥岩中陆源有机质遭受搬运稀释，因此有机碳含量低。由此可见，烃源岩中陆源有机质分布规律与三叠纪季风洪水的水动力条件密切相关。

图 8 Mungaroo组不同沉积亚相烃源岩有机碳对比图 A.North Gorgon-1有机质含量分析图；B.Mercury-1有机质含量分析图 Fig. 8 Organic carbon comparison chart of Mungaroo Group in different sedimentary facies source rock A.Organic matter content of North Gorgon-1 Well; B.Organic matter content of Mercury-1 Well

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Locker Shale主要为浅海相页岩，局部发育小型三角洲。浅海相又可划分为开阔浅海亚相和滨浅海亚相。其中开阔浅海亚相主要为巨厚层页岩；滨浅海亚相为中厚层页岩和薄层砂岩互层，夹薄层灰岩，砂岩普遍发生钙质胶结，含少量海绿石；前三角洲亚相厚层泥岩夹薄层砂岩，含植物碎屑。

从单井TOC统计(图 9)看，开阔浅海、滨浅海、前三角洲三个亚相的TOC值均较低，无明显变化。开阔浅海、滨浅海亚相烃源岩中有机质来源于低等水生生物，而低等水生生物是否丰富主要取决于养分是否充分，而天然海盆的养分主要靠周边河流供给^[18]。而早—中三叠纪时期气候干旱炎热，地表径流不发育，海盆内养分不充足，低等水生生物的丰度也不高，因此Locker Shale页岩中TOC含量整体较低。

图 9 Candace-1和Arabella-1井Locker Shale 有机质含量分析图 Fig. 9 Organic matter content of Locker Shale of Candace-1 and Arabella-1 wells

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综上所述，总结出了North Carnarvon 盆地三叠系烃源岩分布规律(图 10)：①Mungaroo组近端三角洲平原泥岩厚度较薄，薄煤层只局部发育，陆源有机质含量较高，平均TOC含量为1.59%；远端三角洲平原泥岩厚度较大，薄煤层广泛发育，陆源有机质含量高，TOC含量最高，平均达4.11%；三角洲前缘泥岩厚度较大，陆源有机质含量低，TOC含量较低，平均为1.05%。②Locker组开阔浅海亚相烃源岩厚度最大，前三角洲、滨浅海、开阔浅海三个亚相TOC含量相当，均较低，平均值为1.16%。由此可见，烃源岩的分布规律与三叠纪特殊的古气候与古地理密切相关。

图 10 North Carnarvon 三叠系沉积格局及有机质分布特征图 Fig. 10 Triassic sedimentary framework and the characteristics of organic matter distribution of North Carnarvon Basin

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根据李增学主编的《煤地质学》和Mukhopadhyay等(1985)提出的干酪根类型综合分类法，将有机质显微组分分类、来源、生烃特点等汇总于表 1。壳质组来源于比较富氢的植物组分，既可以生油又可以生气；镜质组由高等植物的根、茎、叶在覆水还原条件下经凝胶化作用形成^[19]，以生气为主；惰质组是由植物的根、茎、叶在比较干燥的氧化条件下经过丝炭化作用后在泥炭沼泽中沉积下来形成的，还可以由镜质组和壳质组经过煤化作用形成，不能生烃。

从微观尺度上分析Mungaroo组烃源岩镜质组、壳质组和惰质组在不同沉积亚相的分布规律，有利于揭示研究区三叠系烃源岩发育的特殊古地理背景。

A.C.Cook等(1985)做了Mungaroo组有机质显微组分的相关分析，从Jupiter-1、Mercury-1和Saturn-1煤层中选取121个样品、暗色泥岩段选取123个样品进行分析，绘制了显微组分三角图。对于75%以上的薄煤层来说(图 11左)，其显微组分中镜质体占80%以上，体现了原地有机质聚集的特点；部分薄煤层镜质组含量较低，指示季风洪水的改造作用。对于泥岩中分散有机质来说(图 11右)，镜质组、壳质组与惰质组含量相当，体现了阵发性洪水的搬运特点；少部分泥岩中镜质组含量高达80%，为煤层改造搬运的产物；少部分分支流间湾泥岩中，以壳质组为主。

图 11 Jupiter-1、Mercury-1、Saturn-1三口井煤层(左)和泥岩中分散有机质(右)显微组分三角图 (据Cook A C等，1985) Fig. 11 The triangle of maceral compositions of coal (left) and DOM (right) from Jupiter-1,Mercury-1 and Saturn-1 (according to Cook A C et al.,1985)

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通过对North Carnarvon 盆地Exmouth低隆起、Rankin断凸和Barrow地堑三个构造单元13口井烃源岩段进行取样分析，统计出Mungaroo组浅水辫状河三角洲不同沉积亚相有机质显微组分的分布规律：近端三角洲平原和远端三角洲平原有机质显微组分主要为镜质组和惰质组，壳质组含量较低；前缘亚相中壳质体含量增高，与镜质体+惰质体含量相近，部分样品中只含有壳质组(图 12)。由平原相到前缘相壳质组增加是因为壳质组比较稳定，且质轻，可以由河流长距离搬运后在三角洲前缘富集；镜质组不稳定，受季风洪水影响，在搬运过程中易氧化分解；三角洲前缘有机质来源于水生生物和陆源有机质两部分，壳质组更多地来源于水生低等植物，因而烃源岩中壳质组含量相对较高。

图 12 Mungaroo组不同沉积亚相有机质显微组分镜质组+惰质组和壳质组含量对比 (从左向右依次为近端三角洲平原、远端三角洲平原和三角洲前缘) Fig. 12 The comparison of Vitrinite + inertinite and liptinite content of different sedimentary subfacies organicmaceral of Mungaroo Group (from left to right,there are proximal delta plain,remote delta plain and delta front in turn)

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从陆源有机质显微组分的单井分析(图 13)来看，Jupiter-1井由近端三角洲平原—远端三角洲平原—三角洲前缘壳质组逐渐增多，镜质组先增加后减少，惰质组先减少后增加；Altas-1井由远端三角洲平原—三角洲前缘壳质组和惰质组含量增高，镜质组减少。由近端三角洲平原—远端三角洲平原—三角洲前缘，壳质组逐渐增多的原因是海水影响逐渐增强，水生生物逐渐增多；镜质组先增加后减少的原因是来源于高等植物的镜质组受到季风洪水或波浪搬运易氧化分解，导致其在烃源岩中含量不稳定。近端三角洲平原与三角洲前缘由于季风洪水与波浪的搬运改造，烃源岩中镜质组含量较低；而远端三角洲平原陆源有机质丰富，且受季风洪水与波浪的影响相对较弱，因而烃源岩中镜质组含量较高。镜质组由凝胶化作用形成，凝胶化的任一阶段都有可能因环境条件如覆水深度、氧逸度等的变化而终止，转向丝炭化作用，形成惰质组分。覆水变浅、氧逸度增加，丝炭化作用增强。惰质组由近端三角洲平原—远端三角洲含量下降的原因是远端三角洲覆水深，氧逸度较近端三角洲平原低，镜质组不再向惰质组转化；由远端三角洲 平原到三角洲前缘惰质组含量增高的原因是虽然水深加深，但由于波浪作用增强导致氧逸度增加，镜质组向惰质组转化，因此惰质组增加。

图 13 Mungaroo组不同沉积亚相烃源岩显微组分单井分析 Fig. 13 Different sedimentary subfacies organic maceral analysis in a single well of Mungaroo Group

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从有机质显微组分的单井分析看(图 14)，由前三角洲相—浅海相泥岩中壳质组增加，镜质组和惰质组减少。壳质组增加的原因是由前三角洲—浅海相水生生物逐渐增多；镜质组减少的原因是由前三角洲—浅海相孢粉含量下降，而镜质组来源于高等植物；惰质组减少的原因是浅海相较前三角洲水更深，更富还原相。

图 14 Locker Shale不同沉积亚相烃源岩显微组分单井分析 Fig. 14 Different sedimentary subfacies organic maceral analysis in a single well of Locker Shale

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表 2与表 3列出了来自15口井数十个样品近端三角洲平原、远端三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲和浅海相各沉积亚相有机质显微组分的平均值，从中可以看出，Mungaroo组由近端三角洲—远端三角洲—三角洲前缘有机质显微组分中壳质组含量逐渐增多，镜质组在远端三角洲平原中含量最高，主要是由于镜质组受到洪水冲刷或者波浪搬运时易氧化分解，近端三角洲平原河流作用较强，三角洲前缘波浪作用较强，而远端三角洲平原受洪水冲刷与波浪搬运均较弱。Locker组由前三角洲到浅海相，壳质组增多，镜质组和惰质组均减少。

表 2 North Carnarvon盆地三叠系不同沉积亚相有机质 显微组分百分含量表 Table 2 The percentage content of organic maceral in different sedimentary subfacies of North Carnarvon Basin in Triassic period

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从宏观和微观两个角度来看，Mungaroo组远端三角洲平原亚相泥岩厚度大且有机碳含量高，薄煤层 广泛分布，有机质显微组分中镜质组含量最高，活性 组分(镜质组+壳质组)含量也最高，因此远端三角洲平原为最有利的烃源岩发育环境，这与Cook A C et al.(1985)在研究Exmouth Plateau 上三叠统河流—三角洲体系烃源岩潜力时得出的结论一致。上述烃源岩和显微组分的发育特征揭示了研究区三叠系烃源岩分布的规律与特殊的古地理背景。 3 结论

(1) 中三叠世晚期，澳大利亚西北陆架发生强制性海退，导致North Carnarvon盆地三叠系沉积格局发生转换，沉积了两套差异明显的沉积组合: Locker Shale 页岩和 Mungarooo组 ：岩性差异巨大，下部为泥岩，上部为砂岩；沉积环境巨变，由海相沉积突变为过渡相沉积；孢粉组合差异性明显，Locker Shale富含疑源类，Mungaroo组富含陆源孢粉。

(2) North Carnarvon 盆地三叠系烃源岩分布规律：①Mungaroo组远端三角洲平原和三角洲前缘烃源岩厚度均较大，近端三角洲平原烃源岩厚度较薄；Mungaroo组三个亚相中以远端三角洲平原陆源有机质含量最高，有机碳含量最高，平均TOC含量可达4.11%。②Locker组开阔浅海亚相烃源岩厚度最大，前三角洲、滨浅海、开阔浅海三个亚相TOC含量相当，均较低，平均值为1.16%。

(3) North Carnarvon盆地三叠系烃源岩中有机质显微组分发育特征：①Mungaroo组由近端三角洲—远端三角洲—三角洲前缘壳质组含量逐渐增多，镜质组在远端三角洲平原中含量最高，惰质组含量先上升后下降；②Locker组由前三角洲到浅海相，壳质组增多，镜质组和惰质组均减少。

(4) 从宏观和微观两个角度来看，远端三角洲平原亚相泥岩厚度大且有机碳含量高，薄煤层广泛分布，有机质显微组分中镜质组含量最高，活性组分(镜质组+壳质组)含量也最高，因此远端三角洲平原为最有利的烃源岩发育环境。研究区三叠系烃源岩及其有机质显微组分的发育特征与特殊的古地理、古气候密切相关，为类似地质背景下的油气勘探部署提供了新的思路。

(5) 有机—无机综合分析表明，研究区三叠纪季风洪水频发，相序列与有机质空间分布均体现了阵发性水流主导下的搬运与沉积作用，表明特提斯南缘特殊的古地理背景与全球大部分地区干旱气候条件下沉积作用的不同。