澳大利亞Georgina盆地元古代和古生代頁巖特征及其頁巖氣遠(yuǎn)景研究

方 勇， 駱宗強， 尹 川

(中海油研究總院，北京 100027)

隨著常規(guī)油氣勘探難度的加大，頁巖氣、煤層氣、天然氣水合物(張金川等，2011;李明川等，2011)等非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)逐漸興起，特別是北美頁巖氣勘探開發(fā)取得的巨大成功(Curtis，2002;Kent，2007)，極大促進了全球非常規(guī)油氣的勘探，頁巖氣逐漸成為新的油氣儲量、產(chǎn)量增長點(黃玉珍等，2009;劉慧芳等，2012)。目前關(guān)于頁巖氣、油資源的認(rèn)識主要來自北美，在其他地區(qū)、特別是澳大利亞還比較少，同時頁巖氣的勘探開發(fā)在澳洲才剛剛起步，非常規(guī)油氣勘探前景廣闊。因此，針對這一地區(qū)的研究，可以在一定程度上豐富國內(nèi)對澳大利亞陸上盆地的認(rèn)識，以尋求非常規(guī)油氣資源的勘探機會。

澳大利亞北部的Georgina盆地從上世紀(jì)60年代開始開展油氣勘探，并逐漸聚焦在南部的Toko和Dulcie兩個次洼帶內(nèi)，獲得少量的油氣發(fā)現(xiàn)，目前針對非常規(guī)油氣勘探已經(jīng)逐漸吸引了不少油氣公司的目光。該盆地元古代至古生代發(fā)育內(nèi)克拉通盆地，現(xiàn)今盆地內(nèi)仍保存著這一時期的泥頁巖，但由于多期的造山運動，其分布和地化指標(biāo)在盆地內(nèi)具有很強的非均一性。本文從盆地早期的構(gòu)造演化入手，結(jié)合現(xiàn)今的地層充填和主要地化指標(biāo)，詳細(xì)闡述Georgina盆地的頁巖特征、勘探潛力及有利區(qū)。

1 Georgina盆地構(gòu)造演化與沉積充填概況

1.1 Georgina盆地構(gòu)造演化

Georgina盆地位于澳大利亞的中北部，面積355 603 km2。北西－南東向延伸的內(nèi)克拉通盆地，長軸方向近1 000 km長，短軸方向近500 km寬(圖1)。

晚元古代時期，澳大利亞發(fā)育面積達(dá)二百萬平方公里的超級中央盆地。晚元古代末Ptetermann Ranges造山運動(540～600 Ma)，盆地中央抬升并伴隨逆沖，該超級內(nèi)克拉通盆地逐漸分崩離析;到中石炭世時期，Alice Springs造山運動形成一系列的構(gòu)造盆地，包括現(xiàn)今的Amadeus、Georgina、Officer等盆地(Walter et al.，1995)(圖 1)，具有了現(xiàn)今的盆地的雛形。

圖1 澳大利亞Georgina盆地位置及其構(gòu)造帶分布Fig.1 Location and tectonic units of Georgina Basin，Australia

Georgina盆地內(nèi)，多期的擴展和造山導(dǎo)致發(fā)育多個次盆，北部次盆以元古代地層為主，上覆寒武系地層較薄，如Beetaloo次盆及McArthur西部次盆(圖1)，說明晚元古代末抬升后無較大的伸展裂陷。中部盆地寒武紀(jì)及其后遭受剝蝕作用強，沉積地層薄。南部盆地寒武紀(jì)發(fā)育兩個較大的凹陷。整體上，盆地構(gòu)造演化由北向南遷移，從而造成北部地層老、南部地層新的格局。

1.2 Georgina盆地現(xiàn)今地層分布

Georgins盆地現(xiàn)今主要發(fā)育晚元古代、寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)-泥盆紀(jì)時期的碳酸巖和碎屑巖沉積，厚度最大可達(dá)5 000 m，沉積地層在區(qū)域上向東南方向加厚，向北減薄。主要經(jīng)歷了2期擴展:晚元古代裂谷和寒武紀(jì)裂谷。

在晚元古代時期發(fā)育冰川、海相、淺海相環(huán)境，以砂巖為主，夾雜礫巖、白云巖。盆地北部的次盆晚元古代海相泥頁巖發(fā)育內(nèi)克拉通裂谷坳陷期，地層平面分布穩(wěn)定、斷裂少。早寒武世，造山運動將Georgina和Amadeus盆地分開，盆地西部地層主要為沖積扇和扇三角洲沉積，東部為雜色生物擾動泥巖，后覆蓋一套白云巖;中寒武世，盆地再次沉降，沉降中心位于盆地的南部，為淺的陸架環(huán)境，沉積包含生物礁的灰?guī)r及外陸架的黑色泥頁巖，并逐漸水退;晚寒武世到泥盆，經(jīng)歷數(shù)次造山運動，以潮間、潮上沉積物為主，中奧陶世后為湖相沉積。

2 Georgina盆地海相頁巖及基本地化指標(biāo)

2.1 頁巖氣評價標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)北美的頁巖氣盆地統(tǒng)計(表1)(John et al.，2009)，高產(chǎn)且經(jīng)濟效益好的頁巖氣儲層往往分布面積廣、埋深適中、厚度大(大于30 m)、總有機碳高(TOC＞2%)、成熟程度適中(鏡質(zhì)體反射率Ro介于1.1% ～2.5%)。產(chǎn)層大多為含油氣系統(tǒng)中主力烴源巖，尤以受上升洋流影響、傾油混合型干酪根為主的海進體系域黑色頁巖為佳。因此，本次頁巖氣勘探潛力評價選取了以下幾個主要參數(shù)，(1)有機碳含量TOC＞2%;(2)鏡質(zhì)體反射率Ro＞0.6%或者熱解Tmax＞435℃;(3)厚度大于30 m(陳新軍等，2012)。且平面上有一定的分布面積，埋藏適中。

2.2 Georgina盆地主要泥頁巖地化指標(biāo)

在元古代，Georgina盆地北部的Beetaloo盆地和McArthur盆地為一個盆地，晚元古代的地層普遍保留完整。Kyalla和Velkerri組地層鉆井均有鉆遇，且厚度分布穩(wěn)定。下Kyalla段地層埋深大于1 500 m的面積超過1 000 km2，Velkerri地層埋深超過1 500 m的面積達(dá)到6 000 km2，Velkerri地層總厚度一般大于500 m，其中地化指標(biāo)最好的中段厚度150 m左右。

表1 美國主要頁巖氣產(chǎn)層基本特征(據(jù)John Shelton，2009修改)Table1 Basic characteristic of shale gas reservoirs in America(John Shelton，2009)

從Georgina盆地北向南的鉆井揭示的該地層埋深加大，普遍厚度超過200 m，地化指標(biāo)好。特別是Velkerri中部地層TOC普遍大于2%，且Tmax值大于435℃，具有頁巖油氣勘探的潛力。Beetaloo次盆與McArthur次盆地中Velkerri段TOC平均含量2.38(圖2a)，以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主(圖3a)，大部分Tmax值大于435℃，厚度穩(wěn)定，埋深適中，是比較好的頁巖氣勘探潛力區(qū)。

圖2 澳大利亞Georgina盆地地化指標(biāo)Fig.2 Geochemical data in Georgina Basin，Australia

Georgina盆地南部發(fā)育以中寒武統(tǒng)擴展期為主的次盆。其中Dulcie和Toko向斜帶內(nèi)最為發(fā)育。古生代中寒武統(tǒng)地層TOC介于0.1～8.6%之間，平均1.97%(圖2b)，以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主(見圖3b)，Tmax值普遍介于435～450℃。地化指標(biāo)最好的地層位于Arthur Creek下部的地層。

中寒武統(tǒng)的烴源巖分布受當(dāng)時古地貌控制，僅在該盆地的西南部鉆探有頁巖氣(油)勘探潛力的Arthur Creek泥巖，其地層沉積中心位于南Georgina盆地的兩個次洼內(nèi)，即Dulcie和Toko向斜帶內(nèi)。向北地層逐漸減薄尖滅，洼陷內(nèi)地層分布較穩(wěn)定，從洼陷邊緣的幾十米到洼陷內(nèi)六、七百米。Owen－2井位于Toko次盆，在960～1 060 m深度段共鉆遇了下Arthur Creek地層一百多米的暗色泥巖。平面上，Arthur Creek下部地層在靠近西南盆地邊界大斷裂的凹陷部位較厚，可達(dá)300 m以上(圖4)(Ambrose et al.，2001)，具備頁巖氣勘探潛力。

3 結(jié)論

澳大利亞陸上從北到南發(fā)育有一系列的晚元古代到中生代的克拉通內(nèi)裂谷，雖然經(jīng)歷了長期的、多次的構(gòu)造變遷，局部依然保留了優(yōu)質(zhì)的海相沉積，從而成為未來頁巖氣勘探的潛在場所。其中，Georgina盆地的北部晚元古代的Velkerri地層和南部的南部中寒武統(tǒng)下Arthur Creek地層保存著優(yōu)質(zhì)的海相烴源巖，是最有希望獲得頁巖氣突破的地區(qū)，值得各大油氣公司保持關(guān)注。

圖3 Georgina盆地有機質(zhì)類型Fig.3 Organic matter types in Georgina Basin

圖4 Georgina盆地南部Arthur Creek組地層厚度圖Fig.4 Arthur Creek(Middle Cambrian)isopach in southern Georgina Basin

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