巴布亞盆地主力烴源巖特征及有效性分析

信石印

(中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司 中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

巴布亞盆地主體位于南太平洋巴布亞新幾內(nèi)亞境內(nèi)，向西延伸至印度尼西亞，向東延伸至巴布亞灣和托雷斯海峽，向南與澳大利亞相鄰，整體呈北西—南東向展布，面積約為60×104km2。陸上地區(qū)因地表工程條件差，施工難度大；海域地區(qū)鉆井較少，油氣勘探及綜合地質(zhì)研究程度較低。截至2017年，巴布亞盆地共鉆探井229口，其中海域28口，陸上201口，獲得商業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)13口，勘探程度較低。烴源巖作為油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其有效性和展布特征的研究對(duì)于油氣勘探實(shí)踐至關(guān)重要。本次研究以大量鉆井所獲樣品的地化分析測(cè)試為基礎(chǔ)，從主力烴源巖地化特征、平面展布、有效性分析等方面展開(kāi)研究，以烴源巖生排烴理論為指導(dǎo)，確定了該盆地?zé)N源巖有效性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)一步對(duì)有效烴源巖的分布范圍進(jìn)行了預(yù)測(cè)，對(duì)于今后的油氣勘探工作具有一定的指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴布亞盆地是在澳大利亞大陸板塊邊緣古生界花崗巖基底上形成的一個(gè)中—新生代盆地，為一個(gè)早期裂谷、晚期弧后前陸的疊合盆地。該盆地整體具有東西分異、南北分帶的特點(diǎn)，自北向南發(fā)育4個(gè)構(gòu)造變形帶：沖斷帶、強(qiáng)烈褶皺帶、寬緩褶皺帶和穩(wěn)定臺(tái)地區(qū)。具體可劃分為9個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，分別為巴布亞活動(dòng)帶、巴布亞褶皺帶、弗萊臺(tái)地、歐文斯坦利復(fù)雜構(gòu)造帶、奧利褶皺帶、米爾恩蛇綠巖帶、莫爾斯比地槽、東部高地和巴布亞高地[1-2]，本次研究主要針對(duì)巴布亞新幾內(nèi)亞境內(nèi)地區(qū)(圖1)。

巴布亞盆地的構(gòu)造演化可劃分為5個(gè)階段：裂谷前基底期、岡瓦納同生裂谷—裂后期、珊瑚海同生裂谷—裂后期、達(dá)拉伊弧后伸展期和前陸盆地期。裂谷前基底期(三疊紀(jì)—侏羅紀(jì))主要發(fā)育奧姆昂變質(zhì)巖，末期遭受抬升剝蝕；岡瓦納同生裂谷—裂后期(侏羅紀(jì)—早白堊世)早期形成一系列北西—南東向地塹和半地塹，后期進(jìn)入裂后熱沉降，沉積厚層的海相碎屑巖；珊瑚海同生裂谷—裂后期(晚白堊世—始新世)盆地東南部珊瑚海和巴布亞海灣發(fā)生擴(kuò)張，后期盆地進(jìn)入裂后熱沉降階段，發(fā)育淺海砂泥巖沉積；達(dá)拉伊弧后伸展期(漸新世)在弗萊臺(tái)地主要發(fā)育海相碳酸鹽巖沉積，在莫爾斯比地槽主要發(fā)育半深海泥巖沉積，局部發(fā)育三角洲和深水濁流沉積；前陸盆地期(中新世至今)形成大規(guī)模逆沖斷裂帶，第四紀(jì)以來(lái)由于盆地沉降和海平面上漲，廣泛發(fā)育半深海泥巖[3-4]。

圖1 巴布亞盆地地層綜合柱狀圖據(jù)陳景陽(yáng)等[8]，有修改。Fig.1 Stratigraphic figure of Papuan Basin

巴布亞盆地油氣資源非常豐富，發(fā)育大量地表油氣苗，并已獲得較多油氣發(fā)現(xiàn)[5-8]。截至2017年底，該盆地共發(fā)現(xiàn)油氣田63個(gè)，其中陸上56個(gè)，海域7個(gè)，以氣田為主。烴源巖研究對(duì)盆地資源潛力的分析具有重要指導(dǎo)作用，根據(jù)前人研究成果，巴布亞盆地在侏羅系、白堊系和新近系均發(fā)育烴源巖，侏羅系為主力烴源巖[9-10]。

2 主力烴源巖展布特征

侏羅系烴源巖為盆地的主力烴源巖，主要發(fā)育于盆地中西部地區(qū)，包括下侏羅統(tǒng)邁格布組、中侏羅統(tǒng)巴里科瓦組、上侏羅統(tǒng)科伊—昂基組和依姆布魯組，巖性以暗色泥巖為主，發(fā)育砂巖或粉砂巖夾層，沉積于邊緣?！侵蕖怅懠苄逼隆獮I海和前濱環(huán)境(圖1)。在盆地中部未對(duì)侏羅系進(jìn)行細(xì)分，統(tǒng)稱(chēng)馬利爾組，是侏羅系位于深水區(qū)的遠(yuǎn)端沉積[11]。

整體上，侏羅系沉積厚度較大，主要分布于巴布亞盆地中西部地區(qū)。侏羅系發(fā)育2個(gè)沉積中心，其一位于巴布亞褶皺帶東部，最厚超過(guò)700 m；其二位于弗萊臺(tái)地中東部，最大沉積厚度超過(guò)1 100 m(圖2)。東西方向上，盆地東部的侏羅系地層厚度和泥質(zhì)含量明顯大于盆地西部，從西部以砂巖為主，逐漸過(guò)渡到盆地中部基本全為泥巖。反映出物源供給主要來(lái)自盆地西部，向東沉積物粒度逐漸變細(xì)，泥質(zhì)含量逐漸增高。

3 主力烴源巖地化特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

研究收集了巴布亞盆地20余口井鉆井所獲樣品的地化分析數(shù)據(jù)，通過(guò)侏羅系各組有機(jī)質(zhì)豐度參數(shù)的分析，認(rèn)為侏羅系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度整體較高，主要分布于0.5%～2%。其中，中、下侏羅統(tǒng)巴里科瓦組和邁格布組的w(TOC)主要分布于1.0%～2.0%，為好烴源巖；上侏羅統(tǒng)依姆布魯組和科伊—昂基組的w(TOC)主要分布于0.5%～2.0%，為中等—好烴源巖；遠(yuǎn)端侏羅系馬利爾組w(TOC)主要分布于1.0%～2.0%，為好烴源巖(圖3)。

3.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

對(duì)盆地內(nèi)大量侏羅系烴源巖樣品的干酪根有機(jī)顯微組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，顯示腐泥組和殼質(zhì)組含量較低，主要分布于0～10%；鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量較高，絕大多數(shù)樣品大于70%(圖3)。研究同時(shí)分析了侏羅系各組烴源巖熱解參數(shù)的分布范圍，IH主要分布于0～200 mg/g，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根為主，且Ⅲ型占優(yōu)勢(shì)。結(jié)合前人研究[11]，認(rèn)為依姆布魯組、科伊—昂基組以Ⅲ型干酪根為主；巴里科瓦組、邁格布組和遠(yuǎn)端馬利爾組以Ⅲ型干酪根為主，其次為Ⅱ2型干酪根。

圖2 巴布亞盆地侏羅系烴源巖厚度等值線(xiàn)據(jù)黎彩鳳等[11]，有修改。Fig.2 Thickness of Jurassic source rocks in Papuan Basin

圖3 巴布亞盆地侏羅系烴源巖有機(jī)地化特征Fig.3 Geochemical characteristics of Jurassic source rocks in Papuan Basin

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

巴布亞盆地各層系烴源巖的鏡質(zhì)體反射率與深度呈較好的相關(guān)性，隨深度的增加，鏡質(zhì)體反射率呈指數(shù)增長(zhǎng)。根據(jù)大量樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，認(rèn)為巴布亞盆地?zé)N源巖的低成熟門(mén)限約為2 500 m，成熟門(mén)限約為3 500 m。

受盆地內(nèi)不同構(gòu)造單元的埋藏史差異的影響，各構(gòu)造單元內(nèi)烴源巖熱演化階段的門(mén)限深度也有差異，具體表現(xiàn)為從巴布亞褶皺帶向弗萊臺(tái)地和奧利褶皺帶烴源巖成熟門(mén)限深度逐漸增加。其中，弗萊臺(tái)地演化過(guò)程較為穩(wěn)定，其熱演化程度基本反映盆地整體的熱演化特征。相比之下，巴布亞褶皺帶在晚期前陸盆地階段受到強(qiáng)烈的逆沖推覆作用，早期熱演化程度高的深部地層逆沖至淺層，導(dǎo)致樣品顯示的門(mén)限深度較淺；而奧利褶皺帶主要發(fā)育白堊紀(jì)以來(lái)的地層，且以古近紀(jì)以來(lái)的沉積為主，沉積速率高，地溫梯度較低，門(mén)限深度較深。

整體上，巴布亞盆地的侏羅系烴源巖處于低成熟—成熟階段，部分烴源巖達(dá)到高成熟—過(guò)成熟演化階段。平面上，侏羅系烴源巖自西南向東北成熟度逐漸增高，其中盆地西北部和中部成熟度較高，達(dá)到成熟—高成熟階段；弗萊臺(tái)地中西部烴源巖成熟度較低，處于未成熟—低成熟階段(圖4)。

4 有效烴源巖的識(shí)別與評(píng)價(jià)

4.1 基本原理

有效烴源巖是指能夠生成并排出油氣且形成工業(yè)性油氣藏的烴源巖[12-13]。巴布亞盆地侏羅系烴源巖分布較廣，厚度較大，各組有機(jī)地化參數(shù)具有一定差異，難以全部成為有效烴源巖。評(píng)價(jià)烴源巖的有效性，需要充分考慮各組烴源巖的有機(jī)地化特征。本次研究在前人研究的基礎(chǔ)上[14-23]，以烴源巖生排烴理論為指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)有效烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)下限的確定，預(yù)測(cè)有效烴源巖的范圍。

烴源巖已經(jīng)生成的烴量由殘留烴量和已排出烴量?jī)刹糠纸M成，現(xiàn)今烴源巖樣品中的烴類(lèi)主要是殘留烴。通過(guò)熱解分析實(shí)驗(yàn)得到的熱解S1一般代表烴源巖中已經(jīng)生成的殘留烴量，在未發(fā)生排烴的烴源巖中，熱解S1可以近似代表已生烴量。

在相近地質(zhì)條件下，有機(jī)碳含量與生烴量之間應(yīng)具有較好的正相關(guān)關(guān)系，即有機(jī)碳含量增加，生烴量也增加。烴源巖生成的油氣首先滿(mǎn)足烴源巖本身在一定地質(zhì)條件下的飽和吸附量，多余的烴類(lèi)才會(huì)排出。因此，有機(jī)碳含量越高，相同條件下的生烴量也越高，但當(dāng)有機(jī)碳含量超過(guò)某一臨界值時(shí)，生烴量將超出飽和吸附量而發(fā)生排烴，從而使得殘留烴量不再隨有機(jī)碳含量增加而明顯增加。這一臨界值，即為有效烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限。當(dāng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高于該下限值時(shí)，烴源巖成熟后生成的烴量將超過(guò)其飽和吸附量，排出烴源巖，并在合適的儲(chǔ)蓋層、構(gòu)造條件下聚集成藏。

4.2 有效烴源巖的識(shí)別

本文主要針對(duì)巴布亞盆地主力烴源巖的有效性展開(kāi)研究。根據(jù)侏羅系烴源巖大量實(shí)測(cè)地化數(shù)據(jù)，其實(shí)測(cè)熱解S1與w(TOC)具有較好的正相關(guān)關(guān)系。熱解S1與w(TOC)交會(huì)圖顯示，隨著w(TOC)的增大，熱解S1也逐漸增大。當(dāng)w(TOC)>1.0%時(shí)，大量數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離了原有趨勢(shì)，熱解S1不再隨w(TOC)的增大而逐漸增大，偏離的部分即為排出的烴量(圖5)。據(jù)此，推測(cè)侏羅系有效烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限為1.0%。當(dāng)烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)w(TOC)>1.0%時(shí)，該烴源巖為有效烴源巖，成熟條件下可發(fā)生排烴。

圖5 巴布亞盆地侏羅系有效烴源巖TOC下限評(píng)價(jià)Fig.5 Lowest threshold of TOC content in effective Jurassic source rocks in Papuan Basin

圖4 巴布亞盆地侏羅系烴源巖熱演化程度分布Fig.4 Distribution of maturity of Jurassic source rocks in Papuan Basin

圖6 巴布亞盆地侏羅系有效烴源巖及其有機(jī)碳含量分布Fig.6 TOC contents of effective Jurassic source rocks in Papuan Basin

4.3 有效烴源巖預(yù)測(cè)

巴布亞盆地侏羅系有效烴源巖的預(yù)測(cè)研究主要結(jié)合有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度兩方面，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)侏羅系有效烴源巖的展布范圍。

通過(guò)對(duì)侏羅系有效烴源巖的有機(jī)碳含量下限的分析，結(jié)合已鉆井地化參數(shù)，綜合分析認(rèn)為侏羅系烴源巖在盆地中部局部地區(qū)達(dá)到有效烴源巖的豐度下限(w(TOC)=1.0%)，有效烴源巖主要發(fā)育于弗萊臺(tái)地中部地區(qū)和巴布亞褶皺帶局部地區(qū)(圖6)。結(jié)合侏羅系烴源巖熱演化程度的平面分布特征，認(rèn)為巴布亞盆地侏羅系有效烴源巖主體處于成熟—高成熟階段，熱演化程度適宜，已進(jìn)入生排烴階段。

5 結(jié)論

(1)巴布亞盆地為一個(gè)中—新生代疊合盆地，以侏羅系暗色泥巖為主力烴源巖。烴源巖主要分布于盆地中西部地區(qū)，發(fā)育2個(gè)沉積中心，分別位于巴布亞褶皺帶和弗萊臺(tái)地中東部，最大沉積厚度超過(guò)1 100 m。

(2)侏羅系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，w(TOC)主體分布于1.0%～2.0%，部分超過(guò)2.0%，為中等—好烴源巖；有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ2—Ⅲ型為主，偏生氣；熱演化程度適中，整體處于低成熟—成熟階段，局部達(dá)到過(guò)成熟階段。

(3)根據(jù)生排烴原理，確定侏羅系有效烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限為w(TOC)=1%；結(jié)合有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化程度的平面分布特征，對(duì)侏羅系烴源巖有效性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)侏羅系烴源巖主要分布于弗萊臺(tái)地中部地區(qū)和巴布亞褶皺帶局部地區(qū)。