文萊沙巴盆地北內(nèi)帶構(gòu)造區(qū)中中新統(tǒng)烴源巖地球化學(xué)特征及生烴史

張厚和，廖宗寶

(中國海洋石油研究總院,北京100028)

王登

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430030)

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張厚和，廖宗寶

(中國海洋石油研究總院,北京100028)

王登

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430030)

在廣泛收集烴源巖樣品有機(jī)地球化學(xué)資料和分析測試的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，從烴源巖生烴潛力、生烴史以及生物標(biāo)志化合物等方面，對文萊-沙巴盆地北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖地球化學(xué)特征進(jìn)行綜合研究。研究表明：北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖厚度較大，中中新統(tǒng)下段主要為下海岸平原煤和炭質(zhì)泥巖、海相泥巖，上段(Stage ⅣB)主要為海相泥巖；有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型，少量Ⅱ2型，指示高等植物生源的奧利烷和雙杜松烷(W和T構(gòu)型)豐度較高；成熟度呈現(xiàn)出東低西高的特征，主要處于低成熟-成熟階段。生烴史模擬表明，中中新統(tǒng)下段烴源巖在距今約8.7Ma進(jìn)入生烴門限，8.1Ma進(jìn)入成熟熱演化階段，對應(yīng)的門限深度約為4000m，在距今約4.5Ma進(jìn)入高成熟階段；而中中新統(tǒng)上段烴源巖在距今約3.8Ma進(jìn)入生烴門限，對應(yīng)的門限深度約為3350m，在距今約2Ma其底部進(jìn)入成熟熱演化階段。

烴源巖；地球化學(xué)特征；生烴史；文萊-沙巴盆地；中中新統(tǒng)

文萊-沙巴盆地位于南沙海域的加里曼丹島以北(圖1)，沙巴岸外及文萊沿海一帶[1～7]，面積約9.4×104km2，屬于我國管轄的面積約占三分之一。盆地水深0～2500m，主體水深小于1500m。盆地油氣勘探始于20世紀(jì)90年代末[1～5]，勘探區(qū)主要在水深小于200m的區(qū)域，截至目前發(fā)現(xiàn)漸新統(tǒng)-下中新統(tǒng)、中中新統(tǒng)、上中新統(tǒng)、上新統(tǒng)(Stage Ⅲ、Stage ⅣA、Stage ⅣC、Stage ⅣD、Stage ⅣE、Stage ⅣF)等多套含油層系，以及Tembungo、Barton、South Furious、St Joseph、Samarang Kecil、Glayzer等一大批油氣田和含油氣構(gòu)造，而在水深大于200m，特別是水深大于500m的深水區(qū)還未進(jìn)行過有效油氣勘探，其勘探潛力巨大，也是重要的油氣潛力區(qū)域。遺憾的是由于各種原因，國內(nèi)的相關(guān)基礎(chǔ)資料非常匱乏，僅有部分二維地震資料；也有諸多學(xué)者[5～10]進(jìn)行過研究，但其內(nèi)容主要聚焦在南沙海盆的構(gòu)造特征和演化、沉積地層等方面，而對于文萊-沙巴盆地?zé)N源巖方面的研究和認(rèn)識(shí)十分有限。筆者在廣泛收集前人資料的基礎(chǔ)上，對研究區(qū)中中新統(tǒng)烴源巖地球化學(xué)特征進(jìn)行了分析，并對烴源巖生烴史進(jìn)行了模擬，以期能為盆地下一步油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。

圖1　文萊沙巴盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

1　地質(zhì)概況

文萊-沙巴盆地是一個(gè)新生代前陸盆地[10～12,*夏斌. 南沙海域盆地構(gòu)造演化與有利勘探區(qū)帶研究[Z].中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所, 2010.]，是南沙地塊向加里曼丹地塊俯沖所形成的，呈NE向展布，西南以廷賈斷裂與曾母盆地相隔，向北以逆沖斷裂與沙巴海槽分界(圖1)。盆地的形成演化經(jīng)歷了晚白堊世-始新世弧前盆地增生階段，漸新世-早中新世前陸盆地發(fā)育與改造階段，中中新世至今的被動(dòng)陸緣盆地發(fā)育階段?？蓜澐殖?個(gè)二級構(gòu)造帶[13]，分別為西巴蘭三角洲、東巴蘭三角洲、外帶構(gòu)造區(qū)、南內(nèi)帶構(gòu)造區(qū)、北內(nèi)帶構(gòu)造區(qū)(北內(nèi)帶)、北部沙巴；其中，北內(nèi)帶位于盆地東部，緊鄰克魯克逆沖褶皺帶和北部沙巴，水深小于100m。

文萊-沙巴盆地基底為早中新世以前的地層[14～17]，在加里曼丹島沿岸(即克魯克逆沖褶皺帶)廣泛出露，為晚始新世至早中新世褶皺變形的深海復(fù)理石以及白堊世至早始新世的混雜巖，大部分屬古南海向加里曼丹島俯沖形成的增生楔，并與上覆中中新統(tǒng)呈不整合接觸。上覆地層包括中中新統(tǒng)、上新統(tǒng)以及第四系，盆地最大沉積厚度達(dá)6000m以上。依據(jù)區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的階段性特征[10,13]，將盆地劃分為Stage Ⅰ～Stage Ⅳ共4套地層單元。其中，Stage Ⅰ～Stage Ⅲ為盆地基底；Stage Ⅳ為中中新世至第四紀(jì)的地層，為盆地主構(gòu)造層，以局部不整合為界，根據(jù)生物化石特征將其進(jìn)一步劃分為7個(gè)次級地層單元(圖2)。

圖2　文萊沙巴盆地地層綜合柱狀圖

2　烴源巖地球化學(xué)特征

2.1烴源巖分布特征

中中新世早期，文萊-沙巴盆地由前陸盆地發(fā)育與改造階段過渡到被動(dòng)陸緣盆地發(fā)育階段，盆地整體開始接受沉積[13,18]。此時(shí)，盆地內(nèi)主要發(fā)育海岸平原相、濱岸相、淺海陸棚及半深海-深海相沉積，其中海岸平原相帶沉積面積最大；中中新世晚期的沉積特征是在中中新世早期的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)育起來的，分布繼承了其分布格局，盆地水體面積明顯增大，顯示海侵作用增強(qiáng)，海岸平原相和濱岸相沉積面積較中中新世早期明顯減少，半深海-深海相帶向盆地外擴(kuò)大(圖3)。此時(shí)，盆地內(nèi)發(fā)育了厚度較大的中中新世煤系和海相烴源巖，其中北內(nèi)帶中中新統(tǒng)下段(Stage ⅣA)主要為下海岸平原煤、碳質(zhì)泥巖和海相泥巖，而上段(Stage ⅣB)主要為海相泥巖。根據(jù)地震層速度計(jì)算[14]的泥巖最大厚度可達(dá)600m，平均厚度為300m。

圖3　文萊-沙巴盆地中中新世沉積相演化圖

2.2有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是評價(jià)烴源巖好壞的重要指標(biāo)，是形成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。筆者主要從有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))和熱解生烴潛量w(S1+S2)來定量評價(jià)，由于分析數(shù)據(jù)所限，采用w(S2)(裂解烴質(zhì)量分?jǐn)?shù))代替w(S1+S2)，來反映烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度。采用我國目前較為通用的泥質(zhì)烴源巖和煤系烴源巖評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[19]，對鉆井樣品進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

1)中中新統(tǒng)下段(Stage ⅣA)北內(nèi)帶ST.Joseph中中新統(tǒng)下段泥巖w(TOC)為0.13%～3.62%，平均0.79%，w(S2)為0.19～1.92mg/g，平均0.66mg/g，總體為差-中等烴源巖；S.Furious中中新統(tǒng)下段泥巖w(TOC)為0.61%～9.06%，平均2.77%，w(S2)為0.30～10.37mg/g，平均2.31mg/g，總體為好烴源巖；Barton中中新統(tǒng)下段泥巖w(TOC)為0.37%～2.12%，平均1.22%，w(S2)為0.27～1.12mg/g，平均0.52mg/g，總體為中等-好烴源巖；煤樣w(TOC)為54.87%～57.95%，平均56.41%，w(S2)為89.04～168.06mg/g，平均128.55mg/g，為差-中等烴源巖(表1)。

現(xiàn)階段，浙江省政府大力推進(jìn)“智慧城市”“數(shù)字城市”建設(shè)，水利作為公益型和信息密集型行業(yè)，在信息時(shí)代所承擔(dān)的社會(huì)管理和公共服務(wù)職能日益凸顯，必須加快“智慧水利”建設(shè)，推動(dòng)水利部門現(xiàn)有管理職能和業(yè)務(wù)流程的組織創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和制度創(chuàng)新。充分開發(fā)和高效利用水利信息資源，有利于推進(jìn)水利政務(wù)公開，加強(qiáng)水利部門與社會(huì)公眾的互動(dòng)，保障人民群眾的知情權(quán)、參與權(quán)、表達(dá)權(quán)、監(jiān)督權(quán)；有助于深化水利行政審批制度改革，推進(jìn)審批項(xiàng)目、流程和規(guī)則的公開化、制度化和規(guī)范化；有助于打破部門和行業(yè)分割，建立支持涉水事務(wù)管理的信息平臺(tái)和協(xié)同運(yùn)作方式，促進(jìn)團(tuán)結(jié)治水、合力興水。

2)中中新統(tǒng)上段(Stage ⅣB)北內(nèi)帶Binturong-1井中中新統(tǒng)上段泥巖w(TOC)為0.79%～2.54%，平均1.61%，w(S2)為0.46～4.68mg/g，平均1.55mg/g，總體為中等-好烴源巖；S.Furious中中新統(tǒng)上段泥巖w(TOC)為0.52%～1.65%，平均1.20%，w(S2)為0.40～1.85mg/g，平均1.10mg/g，總體為差-中等烴源巖(表1)。

表1　文萊沙巴盆地北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度(數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[13,20])

總的來看，北內(nèi)帶中中新統(tǒng)暗色泥巖樣品w(TOC)含量較高，有83.5%的泥巖樣品w(TOC)大于0.4%，屬有效烴源巖的范疇。其中，中中新統(tǒng)下段烴源巖w(TOC)為0.41%～9.16%，均值2.10%；中中新統(tǒng)上段烴源巖w(TOC)為0.52%～2.54%，均值1.45%；表明北內(nèi)帶中中新統(tǒng)存在較好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)。

利用北內(nèi)帶內(nèi)部及附近鉆井實(shí)測資料[13,20]，統(tǒng)計(jì)了不同沉積環(huán)境的烴源巖地球化學(xué)特征(圖4)。

圖4　不同沉積環(huán)境中烴源巖的地球化學(xué)特征

圖5　北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖IH與tmax圖版

通過分析可知，中中新統(tǒng)烴源巖質(zhì)量受到沉積環(huán)境的明顯控制，其中，海岸平原相泥巖w(TOC)含量最高，均值達(dá)2.4%，IH(氫指數(shù))較低，均值為62.5mg/g；其次為外淺海和半深海-深海相泥巖，其w(TOC)均值分別為0.85%和1.05%，IH均值分別為110mg/g和92mg/g?？傮w上表現(xiàn)為受海相影響小的海岸平原相泥巖具有相對高的w(TOC)、低IH，而受海相影響大的外淺海和半深海-深海相泥巖具有相對高的IH和略低的w(TOC)。

2.3有機(jī)質(zhì)類型

巖石熱解參數(shù)中的IH與最高熱解峰溫(tmax)的相關(guān)圖版，常用來研究烴源巖有機(jī)質(zhì)類型[19]。如圖5所示，北內(nèi)帶中中新統(tǒng)下段(Stage ⅣA)和上段(Stage ⅣB)有機(jī)質(zhì)類型相似，主要為Ⅲ型，少量Ⅱ2型。

干酪根顯微組分組成特征也是常用的判別有機(jī)質(zhì)類型的參數(shù)[19]。北內(nèi)帶中中新統(tǒng)下海岸平原泥巖顯微組分中殼質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)較高，均值達(dá)50%；其次為鏡質(zhì)組，均值為30.2%。中中新統(tǒng)海相泥巖顯微組分中鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)介于37.5%～61.8%，均值為48.1%；殼質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)介于23.8%～30.5%，均值為26.4%；惰質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)介于14.4%～37.7%，均值為25.5%。其干酪根類型指數(shù)介于-53.4～-17.5之間，也表明北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，類型較差。

生物標(biāo)志化合物特征可以反映有機(jī)質(zhì)的來源[21,22]，其中奧利烷和雙杜松烷常作為良好的高等植物生源標(biāo)志物[21～25]。北內(nèi)帶中中新統(tǒng)下海岸平原泥巖與海相泥巖具有一些相似的特征(圖6)：萜烷中以C30藿烷為主峰，缺失C34-35升藿烷系列，低-中等的C24四環(huán)萜烷含量，以及奧利烷(Ol)和雙杜松烷(W和T構(gòu)型)的出現(xiàn)，其中，Ol/C30H介于0.45～0.82，(W+T)/C30H介于0.13～0.62。這些特征反映出中中新統(tǒng)不同沉積環(huán)境中的烴源巖均有陸生高等植物輸入，同時(shí)也表明中中新統(tǒng)烴源巖為偏腐殖型有機(jī)質(zhì)類型，這與上述劃分的有機(jī)質(zhì)類型是一致的。

圖6　北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖萜烷分布特征

2.4有機(jī)質(zhì)熱演化程度

烴源巖中的有機(jī)質(zhì)只有在埋藏深度足夠大，溫度升高到一定值時(shí)，才能大量轉(zhuǎn)化成石油。鏡質(zhì)體反射率(Ro)是目前應(yīng)用最廣泛的成熟度指標(biāo)[19]。北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖Ro介于0.30%～1.52%之間，不同地區(qū)成熟度差異較大，總體上為東低西高。造成這一差異的主要原因是：北內(nèi)帶東部地區(qū)為盆地邊緣斜坡，在同一地質(zhì)時(shí)期相同層段的埋深北內(nèi)帶東部明顯較西部淺。如圖7(a)所示，北內(nèi)帶東部Tiga Papan-1井中中新統(tǒng)烴源巖Ro為0.30%～0.41%，處于未成熟階段，埋深較小，埋深為1600～1680m；而北內(nèi)帶西部地區(qū)(圖7(b))中中新統(tǒng)烴源巖埋深較大，多介于3000～5000m之間，最大可達(dá)6000m，主要處于低成熟-成熟階段；同時(shí)根據(jù)Ro與深度的關(guān)系圖(圖7(b))可以看出，北內(nèi)帶烴源巖生烴門限深度大約在3300～3400m之間。

圖7　文萊-沙巴盆地北內(nèi)帶烴源巖成熟度剖面

3　烴源巖生烴史

對烴源巖生烴史進(jìn)行模擬，首先必須重建源巖的沉積埋藏史和熱演化史。研究表明，文萊-沙巴盆地約在距今14.7Ma時(shí)開始沉積充填并快速沉降，最大沉積速度超過500m/Ma，一直持續(xù)到距今約9Ma；隨后，盆地進(jìn)入穩(wěn)定(緩慢)沉降期，一直持續(xù)到現(xiàn)今，但沉降速率明顯變低(圖8)；整個(gè)盆地在沉積充填過程中一直處于統(tǒng)一沉降期，未出現(xiàn)由于構(gòu)造反轉(zhuǎn)而造成的地層剝蝕或缺失，僅發(fā)生過由于海退而造成的地層局部剝蝕或缺失。

在對盆地沉積埋藏史和熱演化史分析的基礎(chǔ)上，對北內(nèi)帶烴源巖的生烴史進(jìn)行了模擬。從生烴史模擬圖(圖9)可以看出，北內(nèi)帶中中新統(tǒng)下段(Stage ⅣA)烴源巖在晚中新世晚期(距今約8.7Ma)進(jìn)入生烴門限(低成熟階段)，此時(shí)對應(yīng)的門限深度約為4000m，對應(yīng)Ro為0.5%，在晚中新世晚期(距今約8.2Ma)進(jìn)入成熟階段(0.7%

圖8　TEMB-3井沉降史圖　　　　　圖9　北內(nèi)帶Pritchard向斜某井生烴史模擬

由此可見，北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖雖然有機(jī)質(zhì)豐度整體較高，但生烴母質(zhì)主要為陸生高等植物，而油氣卻得以聚集成藏，主要原因?yàn)榕璧貎?nèi)地層快速沉積、烴源巖快速生烴。

4　結(jié)論

1)文萊沙巴盆地北內(nèi)帶中中新統(tǒng)烴源巖厚度較大，主要為下海岸平原煤和炭質(zhì)泥巖、海相泥巖，下段(Stage ⅣA)和上段(Stage ⅣB)烴源巖w(TOC)均值分別為2.10%和1.45%，有機(jī)質(zhì)類型均以Ⅲ型為主，少量Ⅱ2型；中中新統(tǒng)烴源巖成熟度在不同地區(qū)差異較大，總體上為東低西高。東部中中新統(tǒng)烴源巖埋深較小，主要處于未成熟階段；而靠近西部地區(qū)中中新統(tǒng)烴源巖埋深較大，主要處于低成熟-成熟階段。

2)生物標(biāo)志化合物特征研究表明，北內(nèi)帶中中新統(tǒng)下海岸平原泥巖和海相泥巖萜烷中以C30藿烷為主峰，缺失C34-35升藿烷系列，低-中等含量C24四環(huán)萜烷，以及奧利烷和雙杜松烷(W和T構(gòu)型)的出現(xiàn)，表明中中新統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)生源有陸生高等植物的貢獻(xiàn)。

3)生烴史模擬表明，北內(nèi)帶中中新統(tǒng)下段烴源巖分別在距今約8.7Ma和8.2Ma進(jìn)入生烴門限和成熟熱演化階段，對應(yīng)的門限深度約為4000m，隨后(距今約4.5Ma)進(jìn)入高成熟階段；而中中新統(tǒng)上段烴源巖在距今約3.8Ma進(jìn)入生烴門限，對應(yīng)的門限深度約為3350m，在距今約2Ma其底部進(jìn)入成熟熱演化階段。

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[編輯]宋換新

2015-12-20

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05025-005)。

張厚和(1967-)，男，教授，主要從事石油天然氣勘探規(guī)劃與儲(chǔ)量評價(jià)工作,zhanghouhe@cnooc.com.cn。

TE121.1

A

1673-1409(2016)14-0009-07

[引著格式]張厚和，廖宗寶，王登，等.文萊-沙巴盆地北內(nèi)帶構(gòu)造區(qū)中中新統(tǒng)烴源巖地球化學(xué)特征及生烴史[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(14):9～15.