蘇門答臘弧后盆地帶裂谷作用對(duì)油氣成藏組合的控制

陳龍博，何登發(fā)

（1 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）；2 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

蘇門答臘—爪哇弧后盆地帶的石油儲(chǔ)量居?xùn)|南亞地區(qū)第一位［1-5］，這里是石油勘探的一個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)。前人對(duì)該帶的盆地類型、油氣地質(zhì)條件以及大油氣田成藏要素的研究［6-12］取得了豐富的成果。弧后盆地帶普遍經(jīng)歷了裂谷作用，且裂谷的形態(tài)對(duì)油氣形成與分布起著至關(guān)重要的作用［13］，但蘇門答臘弧后盆地帶的區(qū)域性油氣成藏組合研究以及裂谷作用對(duì)油氣成藏組合的影響尚顯得比較薄弱和模糊。本文以近10年的IHS數(shù)據(jù)庫（油氣田可采儲(chǔ)量數(shù)據(jù)截至2009年）、C&C數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，試圖系統(tǒng)分析蘇門答臘弧后盆地帶油氣成藏組合的要素特征，并探討裂谷作用對(duì)油氣成藏組合的控制。

1 構(gòu)造-沉積演化

蘇門答臘弧后盆地帶處于印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊交匯部位，包括北、中、南三個(gè)盆地（圖1），三個(gè)盆地現(xiàn)今主要位于印度尼西亞蘇門答臘島，北緣局部處于海平面之下。弧后盆地的形成主要因晚白堊世以來印度—澳大利亞板塊斜向B型俯沖所致［6-7］，它是在古生界—中生界變質(zhì)巖、火山巖基底上發(fā)育的新生代盆地，沉積厚度在2～4 km。三個(gè)盆地經(jīng)歷了不同程度的同生裂谷、后裂谷以及構(gòu)造反轉(zhuǎn)［9，14-15］（圖2）。整體上，裂谷作用在盆地帶的南部開始較早、北部較晚，構(gòu)造反轉(zhuǎn)則是在盆地帶的北部開始較早、南部略晚。與此相對(duì)應(yīng)，盆地的不同部位在三個(gè)演化階段先后發(fā)育了湖相、海陸過渡相及海相沉積，形成多套生儲(chǔ)蓋組合。

2 油氣地質(zhì)條件

盆地帶中的一系列大型油氣田（圖3），證實(shí)了蘇門答臘弧后盆地帶擁有優(yōu)越的石油地質(zhì)條件。受裂谷作用階段性的控制，盆地帶中的不同盆地發(fā)育了不同類型的生儲(chǔ)蓋組合（圖2，圖3）。

2.1 烴源巖

蘇門答臘弧后盆地帶普遍發(fā)育同生裂谷期的湖相烴源巖、后裂谷期的海陸過渡相烴源巖（圖2），其中，同生裂谷期湖相烴源巖對(duì)油氣的生成貢獻(xiàn)最大。北蘇門答臘盆地的裂谷形成期要相對(duì)晚于南、中蘇門答臘盆地，它的同生裂谷期烴源巖不發(fā)育（圖2）。

圖1 蘇門答臘弧后盆地帶構(gòu)造背景及盆地分布圖

同生裂谷期的湖相烴源巖包括深湖相、淺湖相和沼澤相泥（頁）巖與煤（圖2）。如：中蘇門答臘盆地Pematang群湖相頁巖或碳質(zhì)泥巖為富含腐泥質(zhì)的Ⅰ—Ⅱ型干酪根，有機(jī)碳含量1%～12%，平均4.4%，氫指數(shù)100～900 mg/g，為主力烴源巖；南蘇門答臘盆地Lahat組湖相頁巖和煤的有機(jī)碳含量0.33%～9%，生烴能力略弱，以產(chǎn)天然氣為主。

后裂谷期的烴源巖主要為海陸過渡相的泥頁巖和煤，如中蘇門答臘盆地Sihapas 群底部的三角洲相烴源巖、南蘇門答臘盆地Talang Akar 組三角洲相含煤頁巖［16-19］（圖2）。北蘇門答臘盆地的烴源巖主要為后裂谷期的Bampo 組、Belumai 組和Baong 組淺海相頁巖（圖2），干酪根類型為III 型，以產(chǎn)氣為主。

2.2 儲(chǔ) 層

同生裂谷期儲(chǔ)層 包括早期與晚期等兩套儲(chǔ)層。

早期的為始新統(tǒng)陸相湖泊、沖積扇以及河流沉積體系的儲(chǔ)層，主要發(fā)育于南蘇門答臘盆地和中蘇門答臘盆地。南蘇門答臘盆地的Lahat 組湖相凝灰質(zhì)砂巖、礫巖及角礫巖主要發(fā)育于盆地南部；中蘇門答臘盆地的Pematang 群上紅層組河流相雜色礫巖、砂巖以及粉砂巖儲(chǔ)層中，砂巖呈中等磨圓，孔隙度在15%左右，滲透率為（200～400）×10-3μm2。

晚期的儲(chǔ)層發(fā)育于始新世晚期到漸新世，北蘇門答臘盆地南部發(fā)育少量的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，中蘇門答臘盆地、南蘇門答臘島盆地則主要發(fā)育退積三角洲及少量的湖相砂巖儲(chǔ)層。這套以砂巖為主的儲(chǔ)層是蘇門答臘盆地產(chǎn)油氣豐富的儲(chǔ)層，中蘇門答臘盆地Pematang 群上紅層組的三角洲相砂巖，平均孔隙度可達(dá)20%，滲透率為800×10-3μm2。

后裂谷期儲(chǔ)層 包括早期的海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層與海陸過渡相砂巖儲(chǔ)層，以及晚期的河流—三角洲砂巖儲(chǔ)層（圖2）。

圖2 蘇門答臘弧后盆地帶地層對(duì)比

圖3 蘇門答臘弧后盆地帶生儲(chǔ)蓋組合平面分布

后裂谷早期的儲(chǔ)層中，礁灘相灰?guī)r發(fā)育較廣，如：南蘇門答臘盆地Batu Raja 組的臺(tái)地相儲(chǔ)層、北蘇門答臘盆地Peutu/Belumai 組的礁灘相儲(chǔ)層。以北蘇門答臘盆地Peutu/Belumai 組礁灰?guī)r為例，礁體由珊瑚骨架灰?guī)r、生物碎屑泥灰?guī)r、泥粒灰?guī)r組成，其中的Peut組Arun段灰?guī)r孔隙度7%～23%，滲透率達(dá)1500×10-3μm2，這套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層富含高壓天然氣，是北蘇門答臘盆地最大的氣田——Arun 氣田（可采儲(chǔ)量達(dá)3 879.429×108m3）的產(chǎn)層。

后裂谷早期的海陸過渡相砂巖亦是優(yōu)良儲(chǔ)層，如：中蘇門答臘盆地Sihapas 群（可細(xì)分為Telisa、Bangko 和Mengala 三個(gè)組）中的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，平均孔隙度均超過25%，滲透率最高達(dá)2 000×10-3μm2。Sihapas群產(chǎn)生了多個(gè)世界級(jí)大油田，如著名的Minas（米納斯）油田（油氣可采儲(chǔ)量7.07×108t）和Duri（杜里）油田(油氣可采儲(chǔ)量3.95×108t)。

后裂谷晚期的河流—三角洲砂巖儲(chǔ)層主要在海退的環(huán)境中形成，如南蘇門答臘盆地Air Benakat 組砂巖儲(chǔ)層，由下向上海相砂巖逐漸增加，雖然淺海及三角洲砂巖是有效儲(chǔ)層，但三角洲前緣砂體具有更優(yōu)良的物性，孔隙度普遍大于15%，滲透率達(dá)（500～1 000）×10-3μm2。

2.3 蓋 層

各盆地均發(fā)育了多套區(qū)域蓋層及層間蓋層，特別是后裂谷期，盆地沉積范圍變大，形成了一系列的海進(jìn)/海退的區(qū)域蓋層。如：北蘇門答臘盆地既發(fā)育有Baong 組頁巖作為區(qū)域蓋層，也發(fā)育有Keutapang組頁巖作為層間蓋層（圖2）。

2.4 油氣成藏

蘇門答臘弧后區(qū)的新生代地殼拉張變薄，深部巖漿上升，以及熱對(duì)流發(fā)生，使得蘇門答臘弧后盆地帶的地溫梯度普遍較高，平均地溫梯度約6°C/100m［8］，這使得這里的古近系泥頁巖有機(jī)質(zhì)加速熱解生烴，成了有效的烴源巖。

受控于板塊俯沖的角度以及速率的變化，在構(gòu)造反轉(zhuǎn)期中，各盆地形成了大量的構(gòu)造圈閉如背斜、斷塊、裂縫型圈閉等；在此前的構(gòu)造-沉積演化階段也形成了大量的構(gòu)造-地層-巖性復(fù)合型圈閉，如不整合、礁體及碳酸鹽巖建隆等［9，20-23］。

同生裂谷期的一系列斷裂為油氣的運(yùn)移提供了良好的垂向通道；后裂谷期的三角洲、濱淺湖相砂體廣泛分布且連續(xù)性好，這為油氣側(cè)向運(yùn)移提供了良好輸導(dǎo)體系。多期構(gòu)造-沉積演化過程中，油氣或沿?cái)嗔严到y(tǒng)垂向運(yùn)移，或沿滲透性輸導(dǎo)體和不整合面橫向運(yùn)移［24］，從而有效溝通了烴源巖與儲(chǔ)集體，并在圈閉中聚集成藏（圖4）。

圖4 蘇門答臘弧后盆地含油氣系統(tǒng)事件圖

以中蘇門答臘盆地為例，共發(fā)現(xiàn)油氣田40多個(gè)，但可采儲(chǔ)量集中在少數(shù)大型油氣田中（如Minas、Duri等油田）（圖5a）。從基本成藏要素看，Pematang群的Brown 組湖相頁巖是主要烴源巖，Sihapas 群河流、三角洲相砂巖是主要儲(chǔ)層（盆地95%的油氣產(chǎn)自該儲(chǔ)層），其上覆的Telisa 組頁巖是主要蓋層。油氣來自地塹中的湖相烴源巖，沿同生裂谷期形成的控盆斷裂、其他大斷裂、不整合面以及后裂谷期形成的橫向輸導(dǎo)體運(yùn)移，并在構(gòu)造反轉(zhuǎn)期形成的構(gòu)造圈閉中聚集（圖5b）。例如，Minas油田發(fā)育于Minas隆起，構(gòu)造圈閉為一規(guī)模較大的北西—南東向平緩背斜（長45 km×寬24 km）（圖5a），油氣可采儲(chǔ)量達(dá)7.07×108t，是東南亞地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的最大油田。

圖5 中蘇門答臘盆地油氣成藏綜合圖

3 裂谷作用對(duì)油氣成藏組合的控制

成藏組合一般是指相似地質(zhì)背景下的一組遠(yuǎn)景圈閉或油藏，具有相似的油氣源和儲(chǔ)集、封蓋、圈閉條件，它們可通過儲(chǔ)層層位和圈閉類型來進(jìn)行命名［25-31］。本文主要依據(jù)裂谷作用階段和相應(yīng)的儲(chǔ)層巖相、時(shí)代，把蘇門答臘弧后盆地帶的成藏組合由深到淺劃分為四套（圖6）：同生裂谷早期深部湖相沖積扇以及濁積巖儲(chǔ)集體（深部成藏組合），同生裂谷晚期海進(jìn)時(shí)期河流—三角洲砂巖儲(chǔ)集體（下部成藏組合），后裂谷早期河流—三角洲砂巖以及海相碳酸鹽巖儲(chǔ)集體（中部成藏組合），后裂谷晚期海退時(shí)期河流—三角洲砂巖儲(chǔ)集體（上部成藏組合）。

圖6 蘇門答臘弧后裂谷盆地成藏組合模式圖（據(jù)文獻(xiàn)［13］修改）

深部油氣成藏組合 烴源巖為始新統(tǒng)富含藻類的湖相泥頁巖，干酪根類型為I、III 型，儲(chǔ)層包括湖相沖積扇、湖相三角洲以及濁積砂巖。油氣成藏組合模式為“下生-上儲(chǔ)-側(cè)變式”，平面上烴源巖與儲(chǔ)層并排發(fā)育，垂向上烴源巖位于儲(chǔ)層的斜下方，油氣側(cè)向充注于靠近岸邊的上部湖相沖積扇或三角洲砂體。該組合以輕質(zhì)油為主，油質(zhì)低蠟、低硫。

下部油氣成藏組合 烴源巖以始新統(tǒng)—下漸新統(tǒng)湖相泥頁巖和煤層為主，TOC 普遍達(dá)2%～5%，儲(chǔ)層為進(jìn)積層序的河流—三角洲砂體。成藏組合模式為“自生-自儲(chǔ)-透鏡體”，多表現(xiàn)為砂泥互層的“三明治式”組合以及泥巖中的砂巖透鏡體，在河流相及三角洲水下分流河道最為發(fā)育，油氣向臨近的砂體直接充注而形成油氣藏。

中部油氣成藏組合 是目前含油氣最豐富的成藏組合，發(fā)現(xiàn)了Arun、Minas、Duri 等大型油氣田。后裂谷早期海相沉積序列中不僅發(fā)育河流—三角洲砂巖儲(chǔ)層，還普遍發(fā)育碳酸鹽巖儲(chǔ)層。同生裂谷期優(yōu)質(zhì)的湖相烴源巖與后裂谷期三角洲相烴源巖提供了充足的油氣源，深部大型斷裂與不整合面可溝通油氣源。三角洲相泥巖超覆于盆地邊緣，形成有效的封蓋層，多期次的海進(jìn)/海退旋回中發(fā)育的泥巖充當(dāng)了有效的層間蓋層。構(gòu)造反轉(zhuǎn)期有大量背斜和斷塊圈閉發(fā)育，構(gòu)造-溶蝕裂縫也可有效提高碳酸鹽巖儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率而形成裂縫性圈閉，在盆地邊緣發(fā)育了大量超覆地層-不整合圈閉。成藏組合模式為“下生-上儲(chǔ)-背斜或生物礁灘體”。

上部油氣成藏組合 中新統(tǒng)三角洲相煤系或煤質(zhì)頁巖烴源巖發(fā)育，其中煤層的TOC 高達(dá)80%，干酪根類型為Ⅱ、Ⅲ型。儲(chǔ)層以河流—三角洲相砂體為主，三角洲前緣砂巖物性好，一般孔隙度大于15%，滲透率（500～1 000）×10-3μm2。前三角洲泥頁巖可作為區(qū)域蓋層。油氣成藏組合模式為 “下生-上儲(chǔ)-斷背斜”，油氣主要通過斷裂體系或者不整合面運(yùn)移至上覆儲(chǔ)層，在受逆牽引作用或者差異壓實(shí)作用影響而形成的斷背斜中聚集成藏。

4 結(jié) 論

蘇門答臘弧后盆地帶在新生代發(fā)生了廣泛的裂谷作用，經(jīng)歷了同生裂谷、后裂谷以及構(gòu)造反轉(zhuǎn)三個(gè)階段，形成了多套生儲(chǔ)蓋組合。根據(jù)裂谷作用階段和相應(yīng)的儲(chǔ)層特征劃分出上部、中部、下部和深部共四套油氣成藏組合，其中，深部與下部成藏組合主要發(fā)育同生裂谷期湖相、海陸過渡相砂巖，中部與上部成藏組合主要發(fā)育后裂谷期海相碳酸鹽巖、海陸過渡相砂巖。中部油氣成藏組合，發(fā)育優(yōu)質(zhì)的海相碳酸鹽巖和三角洲相砂巖儲(chǔ)層，深層斷裂溝通油源，圈閉類型豐富，是目前最具勘探價(jià)值的。

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