“源熱共控”新西蘭南大盆地生烴潛力

金 莉，楊松嶺，柯 嶺，駱宗強(qiáng)，孫翠娟

（中海油研究總院海外評(píng)價(jià)中心）

1 概 況

新西蘭沉積盆地發(fā)育，共有15個(gè)，主要位于北島和南島東西兩側(cè)的海上（圖1），總面積達(dá)75×104km2。新西蘭的油氣勘探最早始于上世紀(jì)初，勘探程度總體較低。近年來(lái)，天然氣的短缺促使新西蘭政府開(kāi)始向國(guó)際公司開(kāi)放油氣探采權(quán)，隨著勘探活動(dòng)的增加，不斷有新的發(fā)現(xiàn)，在塔臘納基（Taranaki）盆地(圖1中的盆地2)發(fā)現(xiàn)了一批油氣田，且已投入開(kāi)發(fā)，其它盆地目前尚無(wú)商業(yè)性突破［1-9］①Q(mào)uinn R K,Bache F,Barker D H N.Petroleum Prospectivity Evaluation of the Reinga,Northland,Deepwater Taranaki,Canterbury and Great South Basins［R］.2012.。為開(kāi)拓新西蘭的勘探新機(jī)會(huì)，除塔臘納基盆地外，面積大、且有多處油氣顯示的南大盆地（Great South Basin）成為了重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。

南大盆地位于新西蘭南島東南海域（圖1），面積約10.5×104km2，水深100～1 250m。盆地的勘探始于1969年，目前有二維地震近50000 km，2006年后采集的三維地震共6 163 km2，主要分布在中央坳陷和Pakaha隆起；共鉆8口探井，其中，1口井發(fā)現(xiàn)油氣，4口井見(jiàn)油氣顯示，3口井為干井。Kawau-1A井在Wickliffe組（上白堊統(tǒng)—古新統(tǒng)）的砂巖段試獲日產(chǎn)約19×104m3的凝析氣流，因受水深等因素影響，該氣藏尚不具備商業(yè)價(jià)值；Tara-1井則因機(jī)械故障而未能完成試井［3-9］。前人認(rèn)為盆地內(nèi)多數(shù)鉆井的失利多與烴源巖不成熟、遠(yuǎn)離生烴灶、油氣充注能力差等有關(guān)［3］，但具體對(duì)烴源巖的論述則比較籠統(tǒng)，對(duì)煤系烴源巖生烴機(jī)制的認(rèn)識(shí)也有局限［3-5］，這些都制約了對(duì)南大盆地這種“有氣無(wú)田型”盆地的勘探潛力分析。

本文擬在盆地構(gòu)造-沉積分析的基礎(chǔ)上，以源熱共控論［10-11］為指導(dǎo)——烴源巖和熱是生烴作用的兩個(gè)方面，烴源巖屬于內(nèi)因，熱是外因，內(nèi)因（烴源巖）是變化（生烴）的根據(jù)，外因（熱）是變化的條件，外因（熱）通過(guò)內(nèi)因（烴源巖）而發(fā)生作用（實(shí)現(xiàn)生烴）——并根據(jù)新收集到的鉆井、地震及實(shí)驗(yàn)分析資料，來(lái)深入研究南大盆地的生烴潛力。

2 盆地構(gòu)造-沉積特征

2.1 盆地構(gòu)造

南大盆地的演化與新西蘭微地塊的形成、漂移與就位密切相關(guān)［12-15］。受區(qū)域地質(zhì)演化控制，盆地基底由前寒武紀(jì)晚期至早古生代的片巖、硬砂巖、泥巖、石灰?guī)r和大理巖以及石炭紀(jì)至侏羅紀(jì)的硬砂巖和熔巖組成，蓋層由白堊紀(jì)—第四紀(jì)的沉積構(gòu)成。就蓋層而言，盆地經(jīng)歷了裂谷期、拗陷期和大陸邊緣期三期構(gòu)造演化，沉積了陸相、海陸過(guò)渡相及海相三套地層（圖2），形成了縱向上的三層結(jié)構(gòu)（圖3）。

下層為裂谷期構(gòu)造層（K2下部），在強(qiáng)烈的拉張作用下，基底卷入型斷層發(fā)育，斷層規(guī)模普遍較大，斷層平面上主要呈北東、東西向（圖1），斷面傾角大，盆地原型由一系列地塹、半地塹及地壘構(gòu)成。中層為坳陷構(gòu)造層（K2上部—E3下部），下部斷層明顯變少，上部斷層不發(fā)育。上層為大陸邊緣期構(gòu)造層（E3上部—Q），盆地由拉張的環(huán)境轉(zhuǎn)為擠壓環(huán)境，局部構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)，褶皺發(fā)育（圖3）。根據(jù)盆地裂谷期構(gòu)造層——上白堊統(tǒng)頂面的構(gòu)造格局，可將盆地劃分為北部斜坡帶、中央坳陷、Pakaha隆起、東部次坳及南部斜坡帶等一級(jí)構(gòu)造單元（圖1，圖3）。中央坳陷沉積厚度最大，超過(guò)11 000 m（包括局部的侏羅系）。

圖2 新西蘭南大盆地連井綜合地質(zhì)剖面圖

圖3 新西蘭南大盆地區(qū)域地震地質(zhì)解釋剖面(據(jù)文獻(xiàn)②，有修改)

2.2 盆地沉積充填

晚白堊世陸內(nèi)裂谷充填沉積（Hoiho群）發(fā)育（圖2），分布范圍受地塹或半地塹控制，地層厚度變化大。在地塹、半地塹中沉積了陸相的河流相—湖沼相地層，邊界斷層下降盤沉積了粗粒碎屑巖，在低洼部位為煤系沼澤、湖泊相沉積。自早至晚，湖泊相—沼澤相分布范圍有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)：早期，在盆地的北部和南部呈帶狀展布，中間被Pakaha隆起隔開(kāi)；晚期，北部沼澤相沉積范圍逐漸擴(kuò)大，沿湖周緣呈環(huán)帶狀分布，Hoiho群分布面積達(dá)5.5×104km2，厚度為100～2 000 m（圖4a），在盆地東翼逐漸萎縮。

進(jìn)入拗陷期，由于海侵作用增強(qiáng)，在盆地東部發(fā)生海侵，海陸過(guò)渡相沉積（Pakaha群）發(fā)育（圖2，圖4b）。在盆地邊緣發(fā)育海岸平原相沼澤煤系地層（Taratu組），分布局限；向盆地內(nèi)部相變?yōu)闉I海相粉砂巖及陸架淺海相泥巖沉積（Wickliffe組）（圖2）。

始新世以來(lái)，隨著海退，在盆地西北大陸架沉積了一套進(jìn)積型層序，巖性以砂巖為主，盆地中部以泥巖為主，東南部的隆起、斜坡帶則發(fā)育石灰?guī)r（圖2）。

圖4 新西蘭南大盆地晚白堊世—古新世巖相古地理及烴源巖厚度

3 “源熱共控”烴源巖生烴潛力

南大盆地發(fā)育Hoiho群、Taratu組煤系烴源巖和Wickliffe組海相泥頁(yè)巖三套烴源巖（圖2）③Gibbons M J,Jackson R G.A geochemical review of the Great South Basin (incorporating previously unreported data for Kawau-1 and Toroa-1).New Zealand Unpublished Openfile Petroleum Report,PR902,1980: 26,3 enclosures.［16-17］，其中，Hoiho群煤系烴源巖為主要烴源巖，Taratu組煤系烴源巖、Wickliffe組泥頁(yè)巖為次要烴源巖。這里從煤系烴源巖的生烴模式［18］入手來(lái)討論盆地的生烴潛力。

3.1 煤系烴源巖生烴模式

在生烴問(wèn)題上，烴源巖是內(nèi)因，熱是外因，兩者的耦合決定了生烴潛力，這是“源熱共控論”的核心［10-11］。煤系烴源巖是生氣還是生油，既與自身物質(zhì)組成有關(guān)，也與熱演化程度密切相關(guān)。據(jù)最新的煤系烴源巖模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其生烴呈四階段模式［18］：Ro在0.7%以下為低成熟期，生成的是低熟油氣（如低熟油、生物氣）；Ro在0.7%～1.3%之間為成熟期，油氣兼生但以生油為主；Ro在1.3%～2.0%之間為高成熟期，油氣兼生但以生氣為主；Ro大于2.0%為過(guò)成熟期，此時(shí)還能生成大量的過(guò)成熟氣（干氣）（圖5）。據(jù)生烴潛力模擬實(shí)驗(yàn)，在Ro大于2.0%時(shí)所生成的天然氣至少占總生氣量的30%以上，在Ro大于3.0%時(shí)還至少占總生氣量的20%以上［19］。不同盆地煤系烴源巖的生烴四階段的劃分方案及具體Ro值可能略有不同，但煤系烴源巖總體具有生油高峰早而生氣高峰晚、氣窗寬而油窗窄、生氣多而生油少這些共同的特征。

圖5 模擬實(shí)驗(yàn)得到的煤系烴源巖產(chǎn)烴曲線［18］

3.2 Hoiho群煤系烴源巖

Hoiho群有6口井鉆遇，巖性主要為泥巖、碳質(zhì)泥巖和少量煤。Toroa-1井揭示厚度241.5 m，有1層厚達(dá)20 m 的泥炭-煤層及2 層厚約1m 的薄煤層。Kawau-1A井揭示厚度442.5 m，泥巖發(fā)育，有多個(gè)泥炭-煤層，合計(jì)厚度近20 m。其它井鉆遇的Hoiho群厚度不等，受沉積相帶的控制，煤層薄且少。根據(jù)地震地質(zhì)解釋，裂谷期發(fā)育的Hoiho群，其沉積范圍和厚度受斷陷結(jié)構(gòu)的控制，面積為7.5×104km2，在中央坳陷，烴源巖最厚可達(dá)2 000 m（圖4a）。

Hoiho群煤系烴源巖的TOC值為0.05%～40.6%，總烴含量HC為（20～2 750）×10-6。其中: 碳質(zhì)泥巖的TOC值為5.2%～40.6%（圖6a），均值18%，有機(jī)質(zhì)豐度較高，氫指數(shù)HI為100～250 mg/g，HC為（1 265～1 635）×10-6，為中等—好烴源巖；泥巖的TOC值為0.5%～5.8%（圖6a），平均1.5%，HC為（20～2 140）×10-6，為中等—很好烴源巖。

Hoiho群烴源巖鏡質(zhì)組反射率普遍較高，范圍為0.41%～1.68%（圖6a），受構(gòu)造位置的影響，南部斜坡帶和Pakaha隆起的鉆井，實(shí)測(cè)Ro隨深度變化不明顯，這里參照中央坳陷的數(shù)據(jù)并按煤系烴源巖熱演化的四階段模式［18］，大致確定Ro=0.7%時(shí)相當(dāng)于埋深3 500m，根據(jù)該生烴門限深度，估算Hoiho群頂面的成熟面積為14066km2，Hoiho群底面的成熟面積為25 369 km2；在Ro達(dá)到1.3%進(jìn)入主力生氣階段，估算烴源巖生氣面積達(dá)4850km2，總體上具有較大的生烴潛力。

Kawau-1A井于Wickliffe組的砂巖段獲得日產(chǎn)約19×104m3的凝析氣，估計(jì)儲(chǔ)量約130×108m3，應(yīng)主要來(lái)自Hoiho群煤系烴源巖。油源對(duì)比分析表明，Kawau-1A井上白堊統(tǒng)Kawau砂巖中的凝析油來(lái)源于裂谷期的Hoiho群煤系烴源巖，Toroa-1井中的油斑也來(lái)源于此③。

3.3 Taratu組煤系烴源巖

目前只有Tara-1井鉆遇Taratu烴源巖，巖性以煤、碳質(zhì)泥巖為主，少量為泥巖。TOC值為1.76%～55.5%，HC為（1 385～1 880）×10-6，具有較強(qiáng)的生烴潛力。其中：煤及碳質(zhì)泥巖的TOC值為6.4%～55.5%（圖6b），均值為21.12%，為好—很好烴源巖；泥巖的TOC值為1.76%～4.98%（圖6b），平均為3.25%，為好—很好烴源巖③。

圖6 新西蘭南大盆地上白堊統(tǒng)—古新統(tǒng)煤系烴源巖實(shí)測(cè)TOC及Ro值

該井實(shí)測(cè)Ro值為0.35%～0.78%，烴源巖大多處于低熟—成熟階段（圖6b）。以Ro=0.7%為生油門限計(jì)算，生烴門限在3 000 m。根據(jù)地震地質(zhì)解釋估算，Taratu組底面成熟面積為495 km2，Taratu組烴源巖分布范圍較小，僅分布在盆地西側(cè)，在Tara-1井附近厚度最大。其中: 上白堊統(tǒng)Taratu組主要位于盆地西部，最大厚度達(dá)1 000 m，純煤層最厚達(dá)60 m；古新統(tǒng)Taratu組發(fā)育面積相對(duì)較大，地層最大厚度達(dá)460 m，純煤厚度達(dá)50 m（圖4b）。由于海岸沼澤相分布范圍有限，Taratu組成熟度較低，可能局部有生油潛力。

3.4 Wickliffe組海相泥巖烴源巖

Wickliffe組是與Taratu組同時(shí)異相的一套海相泥巖沉積，分布廣泛，地層厚度大，最厚處在Toroa-1井以東地區(qū)（圖2）。盆地內(nèi)8口鉆井均鉆遇Wickliffe組，巖性主要為石灰?guī)r、泥巖、灰質(zhì)泥巖，少量碳質(zhì)泥巖。烴源巖TOC值為0.05%～10.7%，HC為(10～1815)×10-6。其中:石灰?guī)rTOC值為0.6%～3.7%，均值為1.4%，HC為(125～1 815）×10-6，為中等—好烴源巖；泥巖的TOC值為0.3%～5.5%，均值為1.1%，HC為(10～1 700)×10-6，為中等—好烴源巖；灰質(zhì)泥巖的TOC值為0.6%～1.4%，均值0.9%，HC為（15～85）×10-6，為較差—中等烴源巖。

Wickliffe組海相泥巖樣品的實(shí)測(cè)Ro為0.22%～1.15%。這套泥巖在盆地南部斜坡帶和東部次坳的上覆地層薄，整體埋藏淺（圖1，圖3），大部分處于未成熟—低熟階段；在中央坳陷埋深較大，可以達(dá)到成熟生油生氣階段。以前述Taratu組烴源巖生烴門限3 000 m計(jì)，Wickliffe組烴源巖成熟區(qū)多分布于中央坳陷，面積達(dá)25 855 km2。

4 類比與討論

新西蘭南大盆地與塔臘納基盆地以及澳大利亞的吉普斯蘭（Gippsland）盆地，在侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)構(gòu)造位置相鄰，具有相似的構(gòu)造-沉積演化特點(diǎn)，均發(fā)育陸內(nèi)裂谷期陸相河流—湖沼相和拗陷期海陸過(guò)渡相，并且烴源巖熱演化程度相當(dāng)。目前在勘探程度較高的塔臘納基盆地及吉普斯蘭盆地已找到裂谷期—拗陷期煤系地層所生成的大量煤型油氣［20］。南大盆地晚白堊世和古新世烴源巖TOC平均值大于2%，煤系烴源巖廣泛發(fā)育，尤其是Hoiho群Ro達(dá)到1.3%以上的區(qū)域面積有4 850 km2，應(yīng)有很大的生氣潛力，足以形成商業(yè)性油氣藏［17］。

如果單從煤系烴源巖分布面積的角度，與中國(guó)南海的油氣勘探相類比，推測(cè)南大盆地Hoiho群是個(gè)巨大的生氣灶，研究區(qū)應(yīng)能發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的天然氣藏。瓊東南盆地崖南凹陷西北部三角洲（含煤系烴源巖）面積只有200 km2，但在其周邊已發(fā)現(xiàn)了包括崖城13-1大氣田在內(nèi)的上千億立方米天然氣；珠江口盆地白云凹陷北坡煤系三角洲面積約4 000 km2，發(fā)現(xiàn)的天然氣已超過(guò)2 000×108m3［21］。

5 結(jié) 語(yǔ)

新西蘭南大盆地主要發(fā)育了晚白堊世—古新世三套烴源巖，即裂谷期Hoiho群陸相湖沼煤系烴源巖、拗陷期Taratu組海岸平原相—沼澤煤系烴源巖以及Wickliffe組海相泥巖。其中，中央坳陷的Hoiho群煤系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟體積大，非常值得探索。

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