巴布亞盆地東部中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)及勘探建議

劉湘，郭建華，劉辰生，曠理雄，李杰，張振

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巴布亞盆地東部中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)及勘探建議

劉湘1, 2，郭建華1, 2，劉辰生1, 2，曠理雄1, 2，李杰1, 2，張振1, 2

(1. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙，410083；2. 有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中南大學(xué))，湖南 長沙，410083)

以成盆、成烴和成藏理論為指導(dǎo)，應(yīng)用總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)((TOC))、巖石熱解、鏡質(zhì)體反射率(o)和氣相色譜分析(GC)，結(jié)合油源對(duì)比，綜合研究并評(píng)價(jià)巴布亞盆地東部中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)5套最具代表性的烴源巖，在此基礎(chǔ)上提出勘探建議。研究結(jié)果表明：巴布亞盆地東部中侏羅統(tǒng)Magobu組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)級(jí)為中等—很好，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型與Ⅱ型為主，主要處于成熟—高成熟階段，是最具有生烴潛力的烴源巖；研究區(qū)中、上侏羅統(tǒng)烴源巖發(fā)育在岡瓦納大陸裂解階段，隨著埋深加大，逐步進(jìn)入成熟階段，與采收的原油具有很好的親緣關(guān)系，是研究區(qū)的主力烴源巖；提出3個(gè)有利勘探區(qū)帶，按勘探潛力由大至小排序?yàn)镻apuan褶皺帶南部—Aure褶皺帶范圍內(nèi)的Ⅰ類油氣勘探區(qū)帶、Fly臺(tái)地東北部—Eastern高地—Papuan高地范圍內(nèi)的Ⅱ類油氣勘探區(qū)帶以及Fly臺(tái)地西南部范圍內(nèi)的Ⅲ類油氣勘探區(qū)帶。

巴布亞盆地；烴源巖；有機(jī)質(zhì)豐度；干酪根；鏡質(zhì)體反射率

烴源巖是指富含有機(jī)質(zhì)、在地質(zhì)歷史過程中生成并排出或者正在生成和排出石油和天然氣的巖石，其種類分別包括油源巖、氣源巖和油氣源巖，對(duì)油氣成藏具有特殊意義[1]。烴源巖有2個(gè)基本條件：1) 它含有大量的有機(jī)物質(zhì)即干酪根；2) 干酪根隨著深度增加，逐漸達(dá)到生成油氣的門限溫度[2]。因此，通過對(duì)不同地層烴源巖進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析，對(duì)于進(jìn)一步研究烴源巖成藏條件具有非常重要的意義。巴布亞盆地的勘探工作開始于20世紀(jì)初，主要分為4個(gè)階段[3?5]：1910—1929年為油氣發(fā)現(xiàn)與初探階段；1930—1959年，在盆地西部布置地震測(cè)線網(wǎng)，開展新生界目的層勘探；1960—1989年，技術(shù)革新推進(jìn)了地球物理探測(cè)工作，開始對(duì)中生界進(jìn)行初探，并發(fā)現(xiàn)了眾多大型油氣田；1990年—現(xiàn)今，加大盆地東部中生界砂巖勘探力度，新生界礁灰?guī)r作為次重點(diǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)盆地油氣勘探的全面突破。巴布亞盆地東部中生界砂巖層一直以來是研究值得關(guān)注的焦點(diǎn)，但對(duì)該地區(qū)烴源巖缺乏系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究。為此，本文作者對(duì)巴布亞盆地東部中侏羅—下白堊統(tǒng)巖芯樣品進(jìn)行取樣分析，采用有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)、干酪根類型劃分、有機(jī)質(zhì)成熟度分析等技術(shù)和方法，對(duì)巴布亞盆地東部中生界主力烴源巖進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并對(duì)其生烴潛力進(jìn)行綜合對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上提出勘探建議。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴布亞盆地是位于澳大利亞北部托雷斯海峽邊緣與巴布亞新幾內(nèi)亞之間的1個(gè)弧后前陸盆地，盆地總覆蓋面積約68.9×104km2，其中本次研究區(qū)主要位于巴布亞盆地東部區(qū)域，覆蓋面積約47.3×104km2(圖1)[6]。GURNIS等[7?10]結(jié)合亞太地區(qū)構(gòu)造演化背景，以2D地震資料解釋成果為主要依據(jù)，將巴布亞盆地東部中生代—新生代構(gòu)造演化史系統(tǒng)地劃分為陸內(nèi)裂谷階段(270.0~199.6 Ma)、岡瓦納大陸裂解階段(199.6~66.0 Ma)、珊瑚海擴(kuò)張階段(66.0~11.6 Ma)、美拉尼西亞島弧碰撞階段(11.6 Ma~現(xiàn)今)。多期構(gòu)造演化導(dǎo)致研究區(qū)東西部構(gòu)造差異明顯，其中，西部地區(qū)廣泛分布中生代地層，在東部地區(qū)中生代地層呈殘洼分布，巨厚的新生代沉積物覆蓋在中生代殘洼之上。研究區(qū)由Fly臺(tái)地、Papuan褶皺帶、Papuan活動(dòng)帶、Owen Stanley復(fù)雜構(gòu)造帶、Aure褶皺帶、Moresby凹陷、Eastern高地、Papuan高地和Milne蛇綠巖帶共9個(gè)主要構(gòu)造單元組成，其中，在Fly臺(tái)地，Papuan褶皺帶和Aure褶皺帶覆蓋了巴布亞盆地東部一半以上區(qū)域[11]。Fly臺(tái)地包括西南巴布亞島陸上部分及巴布亞灣沿線水下部分，構(gòu)造樣式以平緩褶皺變形、輕—中度扭斷構(gòu)造為主，正斷層廣泛發(fā)育，中生代沉積物達(dá)1 km以上，Papuan褶皺帶和Aure褶皺帶緊鄰Fly臺(tái)地，晚中新世發(fā)生弧—陸碰撞事件，該區(qū)域逐漸開始發(fā)育大量沖斷層和褶皺，延續(xù)至近代仍然沒有停止，以中生代邊緣海至廣海相碎屑巖和新生代海陸過度相碎屑巖沉積物為主。此外，Aure褶皺帶由于其構(gòu)造演化史上經(jīng)歷了晚中新世與上新世—更新世2次主要變形期，導(dǎo)致其發(fā)育大量逆掩斷層，產(chǎn)狀更加陡直[12]。從盆地構(gòu)造演化格局分析，研究區(qū)西部地區(qū)廣泛發(fā)育中生代碎屑巖，在構(gòu)造改造驅(qū)動(dòng)下，是烴源巖發(fā)育的良好場(chǎng)所。根據(jù)大量勘探實(shí)踐[13?15]，巴布亞盆地東部主力烴源巖主要包括中侏羅統(tǒng)Magobu組和Barikewa組、上侏羅統(tǒng)Koi—Iange組和Imburu組以及下白堊統(tǒng)Ieru組(見圖2)。其中，中侏羅統(tǒng)Magobu組烴源巖主要由生物擾動(dòng)泥巖、砂巖及薄層煤線組成，厚度范圍為23~364 m，平均厚度達(dá)143 m；Barikewa組烴源巖為Magobu組上覆地層，主要包含灰褐色頁巖夾少量砂巖隔層，厚度范圍為15~1 100 m，平均厚度為285 m。上侏羅統(tǒng)Koi—Iange組和Imburu組烴源巖的巖性較相似，以灰色泥巖夾砂巖及粉砂巖為主。Toro組主要以分選性較好的砂巖為主，已證實(shí)是研究區(qū)最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值儲(chǔ)層。Ieru組烴源巖為Toro組上覆地層，以灰色泥巖為主，厚度范圍為42~1 947 m，平均厚度達(dá)380 m。由巴布亞盆地東部中生界烴源分布概況可知(圖1)：中生界烴源巖有效分布范圍為1.26×105km2，主要分布在Fly臺(tái)地和Papuan褶皺帶區(qū)域，尤其在Fly臺(tái)地東部地區(qū)厚度最大(500~2 000 m)，具有較好的烴源巖發(fā)育條件。

圖1 巴布亞盆地東部中生界烴源巖分布概況[6]

2 樣品簡(jiǎn)介與實(shí)驗(yàn)方法

在研究區(qū)內(nèi)的4口典型探井中收集30塊巖芯樣品，其地球化學(xué)特征見表1。其中，Magobu組巖芯樣品取自Well-D和Well-Y，Barikewa組與Koi—Iange 組巖芯樣品取自Well-Z和Well-Y，Imburu組和Ieru組巖芯樣品取自Well-X和Well-Y。這些樣品被清洗干凈之后放置在烤箱中加熱至50 ℃，以便充分干燥。將經(jīng)過干燥處理的樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)((TOC))、巖石熱解(Rock-Eval)、鏡質(zhì)體反射率(o)以及氣相色譜(GC)等分析。對(duì)巖石進(jìn)行熱解可以獲得生烴潛量(1+2)、最高熱解峰溫(max)、氫指數(shù)(H)與氧指數(shù)(O)。通過以上實(shí)驗(yàn)獲取的參數(shù)用于對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型以及成熟度進(jìn)行分析，并為研究油源條件提供指導(dǎo)。

圖2 巴布亞盆地東部中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)綜合柱狀圖[13]

表1 巴布亞盆地東部烴源層樣品地球化學(xué)特征

3 烴源巖評(píng)價(jià)

3.1 巖石學(xué)特征

巴布亞盆地東部烴源巖厚度見表2。從表2可知：Magobu組烴源巖在Well-Y井中以濱岸相和三角洲相的泥巖和頁巖沉積為主，包含單層23層，其中單層厚度最高達(dá)32.9 m，累計(jì)厚度為275.0 m，占該地層總厚度的54.2%；Magobu組烴源巖在Well-Z井的厚度分布與Well-Y井的厚度分布相似，巖性主要為濱岸相、淺海陸棚相灰色泥巖、頁巖，尤其在Well-D井中表現(xiàn)為一套濱岸—三角洲相的泥巖、頁巖沉積，含單層13層，單層厚度范圍為3.0~260.0 m，累計(jì)厚度達(dá)1 122.0 m，具有很好的烴源巖發(fā)育條件。巴布亞盆地東部中生界巖芯樣品照片見圖3。從圖3(a)可見深灰色泥巖樣品上存在明顯油污，達(dá)到油浸含油級(jí)別，可能發(fā)育在三角洲相的前三角洲部位。研究區(qū)Magobu組烴源巖主要發(fā)育在濱岸相、三角洲相、淺海陸棚相，其中，在濱岸相、淺海陸棚相發(fā)育的烴源巖主要巖性為灰色頁巖，在三角洲相發(fā)育的烴源巖以深灰色泥巖為主。

Barikewa組烴源巖在Well-Y井中主要以單層10層、最厚單層達(dá)124.5 m的淺海陸棚相—濱岸相泥頁巖為主，累計(jì)厚度174.9 m，占地層總厚度的69.5%(見表2)。在巖芯樣品中(見圖3(b))可以識(shí)別出褐灰色—深灰色頁巖中含有明顯的粉砂，指示為一套淺海陸棚相—濱岸相沉積。因此，Barikewa組烴源巖在研究區(qū)呈現(xiàn)單層少、厚度大的特點(diǎn)，以淺海陸棚—濱岸相為主。從表2可知：Well-Y井的Koi—Iange組、Imburu組和Ieru組烴源巖厚度分布比較相似，單層5~13層厚度均較小，最厚只有95.0 m，累計(jì)厚度不超過 150.0 m，占地層總厚度的比例在45.0%以下；Koi—Iange組、Imburu組和Ieru組的烴源巖沉積環(huán)境也比較接近，由圖3(c)、圖3(d)和圖3(e)可見樣品中的泥巖表面分布大量粉砂，指示為一套濱岸相—淺海陸棚相的暗綠色砂巖、灰色粉砂巖和泥巖、頁巖互層沉積，局部發(fā)育河流相。

表2 巴布亞盆地東部烴源巖厚度

(a) 含油污的Magobu組泥巖；(b) 含粉砂—細(xì)砂的Barikewa組頁巖；(c) Koi—Iange組泥巖中的粉砂；(d) Imburu組泥巖中的粉砂；(e) Ieru組泥巖中的粉砂

3.2 有機(jī)質(zhì)豐度

烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度是1個(gè)評(píng)價(jià)暗色細(xì)粒沉積物是否具備烴源巖特征的重要指標(biāo)，它決定了烴源巖的生烴與排烴，并由有機(jī)碳總質(zhì)量分?jǐn)?shù)((TOC))來確 定[16]。根據(jù)巴布亞盆地東部巖芯樣品實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果(表1)，盡管每個(gè)樣品的(TOC)存在動(dòng)態(tài)變化，但都超過0.4%，按烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以上樣品均具備作為烴源巖的基本條件，尤其是Magobu組烴源巖的(TOC)范圍為1.31%~6.23%，總體比其他組(0.73%~1.94%)的高。Magobu組烴源巖的(TOC)與生烴潛量(1+2)之間的關(guān)系見圖4。從圖4可知：當(dāng)(TOC)處于好—很好評(píng)級(jí)時(shí)，1+2對(duì)應(yīng)于中等—很好評(píng)級(jí)；Barikewa組烴源巖與Koi—Iange組烴源巖實(shí)驗(yàn)結(jié)果較接近，當(dāng)(TOC)屬于好評(píng)級(jí)時(shí)，1+2評(píng)價(jià)為差評(píng)級(jí)；Imburu組烴源巖與Ieru組烴源巖整體評(píng)價(jià)最差，(TOC)大部分屬于中評(píng)級(jí)，1+2評(píng)價(jià)為差 評(píng)級(jí)。

圖4 巴布亞盆地東部巖芯樣品總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與生烴潛量的關(guān)系

通過對(duì)5組來自巴布亞盆地東部的中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)可知：Magobu組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)級(jí)為中等—很好，比評(píng)級(jí)為差—中等的其他組烴源巖更具生烴潛力。然而，該結(jié)論需要更多的樣品和實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步證明。

3.3 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是研究和評(píng)價(jià)烴源巖潛力的重要參數(shù)之一，這里討論的有機(jī)質(zhì)指沉積巖中不溶于堿、非氧化型酸和非極性有機(jī)溶劑的分散有機(jī)質(zhì)，即干酪 根[17]。其中，Ⅰ型干酪根的生烴潛力最大，Ⅱ型干酪根的生烴潛力次之，Ⅲ型干酪根生烴潛力最小。在本研究中，利用從巖石熱解實(shí)驗(yàn)中獲得的氫指數(shù)(H)和氧指數(shù)(O)之間的聯(lián)系來確定干酪根類型。經(jīng)范氏圖修改的巖芯樣品分布見圖5。從圖5可知H與O之間存在以下關(guān)系：大部分烴源巖樣品具有較低的H和O，屬于III型干酪根，來源于陸地高等植物，以河流相為主；Barikewa組烴源巖和Koi—Iange組烴源巖樣品分布于Ⅱ型干酪根與Ⅲ型干酪根之間的邊界，因此，它們可能是來源于陸相和海相的混合物，以三角洲相為主；Imburu組烴源巖與Ieru組烴源的情況相似，均來自于以陸生高等植物為主要物源的Ⅲ型干酪根，沉積環(huán)境以河流相為主。然而，隨著O增大，H也相應(yīng)增大，Magobu組烴源巖樣品大多數(shù)屬于Ⅱ型干酪根類型，極少數(shù)為Ⅰ型干酪根，這表明該組干酪根主要來源自海相有機(jī)質(zhì)的輸入，以三角洲相、淺海陸棚相為主。

圖5 巴布亞盆地東部巖芯樣品分布(根據(jù)范氏圖修改)

3.4 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度指沉積有機(jī)質(zhì)在熱解溫度、時(shí)間等因素的綜合作用下向石油和天然氣演化的程度，是表征其成烴有效性和產(chǎn)物性質(zhì)的重要參數(shù)[18]。大量實(shí)踐證明，只有在成熟階段的烴源巖分布區(qū)才有較高的油氣勘探成功率，烴源巖的成熟度是決定油氣勘探成敗的重要環(huán)節(jié)[19?21]。根據(jù)前人的研究方法，通過鏡質(zhì)體反射率(o)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和巖石熱解實(shí)驗(yàn)中獲得的最高熱解峰溫(max)來確定有機(jī)質(zhì)成熟度。從表1可知大多數(shù)中生界巖芯樣品的o都高于0.5%，并處于低成熟—成熟階段，其中，o平均值從大至小對(duì)應(yīng)的巖芯樣品依次為：Magobu組(1.25%)，Barikewa組(0.64%)，Koi—Iange組(0.6%)，Imburu組(0.54%)和Ieru組(0.47%)；Barikewa組和Koi—Iange組的max均在450 ℃以上，且明顯比其他組的巖芯樣品(440 ℃以下)的高。

研究區(qū)中生界巖芯樣品的鏡質(zhì)體反射率與最高熱解峰溫的關(guān)系見圖6。從圖6可見：大多數(shù)樣品處于低成熟—成熟階段，在此階段的熱催化作用下，烴源巖的干酪根開始大量轉(zhuǎn)化為油氣，這表明大部分樣品達(dá)到了生油窗。其中，當(dāng)max低于430 ℃時(shí)，少數(shù)Magobu組巖芯樣品具有極高的o(1.7%~2.1%)。Barikewa組部分巖芯樣品的o也具有與Magobu組類似的趨勢(shì)，其原因可能是在樣品中混入了瀝青、原油等可溶有機(jī)質(zhì)，受其影響，熱解烴峰2引起max降低，但這需要更多樣品和試驗(yàn)來證明。當(dāng)max高于470 ℃時(shí)，Barikewa組和Koi—Iange組部分巖芯樣品的o較低(0.4%~0.8%)，這表明在這2組巖芯樣品中可能含有惰質(zhì)體。此外，大多數(shù)Ieru組樣品處于未成熟階段與低成熟階段之間，其成熟度在所有樣品中最低。

圖6 巴布亞盆地東部中生界鏡質(zhì)體反射率與最高熱解峰溫關(guān)系散點(diǎn)圖

4 烴源巖埋藏史與熱演化史

典型單井Well-D井地史數(shù)據(jù)模擬結(jié)果見圖7。從圖7可見：

1) 該井在白堊紀(jì)晚期之前的岡瓦納大陸裂解階段(199.6~66.0 Ma)為連續(xù)沉積，沉積厚度達(dá)5.0 km以上，是研究區(qū)主要的烴源巖發(fā)育期；其后，由于珊瑚海擴(kuò)張事件(始于約66.0 Ma)，巴布亞盆地的構(gòu)造位置處于珊瑚海的肩部，地層明顯被抬升并遭受剝蝕，尤其是厚度達(dá)2.5 km的上白堊統(tǒng)完全被剝蝕。至始新世晚期(57.0 Ma)，共剝蝕白堊系約3.7 km厚的沉積物。

2) 在上升剝蝕時(shí)期(白堊紀(jì)晚期至始新世晚期)，剝蝕層段以下各沉積層深度變小，但厚度不變。其后，在始新世晚期(40.0~37.0 Ma)，盆地又恢復(fù)沉降，接受沉積，沉積厚度遠(yuǎn)比先前剝蝕掉的沉積物厚度小，不整合面以下地層沒有受到壓實(shí)作用的影響。

3) 在漸新世期間(34.0~23.0 Ma)，既無沉積作用，又無剝蝕作用，為沉積間斷期，在此期間，各層厚度不變，深度也不變。至漸新世末期(23.0 Ma)，盆地又開始下降，受美拉尼西亞島弧碰撞影響(始于11.6 Ma)，研究區(qū)開始大范圍沉積，沉積的厚度等于先前剝蝕的沉積物厚度，不整合面以下地層基本沒有受到壓實(shí)作用的影響。

在給定條件下，有機(jī)質(zhì)的構(gòu)造演化與熱演化史主導(dǎo)了油氣的生成、富集和保存[22]。然而，鏡質(zhì)體反射率(o)被認(rèn)為與烴源巖的地?zé)嶙冑|(zhì)作用有關(guān)，它是反映有機(jī)質(zhì)的埋藏史和熱演化史的重要指標(biāo)。Well-D井熱史數(shù)據(jù)模擬結(jié)果見圖7。從圖7可見：該區(qū)主力烴源巖—中上侏羅統(tǒng)烴源巖在白堊紀(jì)早期(約138.0 Ma)進(jìn)入低成熟階段(o大于 0.5%)，開始產(chǎn)生未熟油；在白堊紀(jì)中期(130.0 Ma)，主力烴源巖開始進(jìn)入成熟階段(o大于0.7%)，產(chǎn)生成熟的油；在白堊紀(jì)中后期 (116.0 Ma)，隨著埋藏深度增大而進(jìn)入高成熟階段(o大于1.3%)，產(chǎn)物中含有濕氣；自白堊紀(jì)末期(99Ma)開始逐漸進(jìn)入過成熟階段(o大于2.0%)，產(chǎn)物中含有干氣。在上升剝蝕時(shí)期(66.0~40.0 Ma)與沉積間斷期(34.0~23.0 Ma)，研究區(qū)的主力烴源巖的成熟度變化不大；自漸新世末期至現(xiàn)今(23.0 Ma—現(xiàn)今)，盆地又恢復(fù)下降，接受沉積，研究區(qū)主力烴源巖大部分處于成熟階段—過成熟階段。

通過對(duì)Well-D井埋藏史、熱演化史的系統(tǒng)研究可知：巴布亞盆地東部中上侏羅統(tǒng)主力烴源巖在岡瓦納大陸裂解階段大量沉積，在白堊紀(jì)早期進(jìn)入低成熟階段，并隨著埋藏深度加大，大部分烴源巖逐步達(dá)到成熟階段，局部達(dá)到過成熟階段。Magobu組巖芯樣品中的o與max出現(xiàn)異常，其原因是：樣品取自不同埋藏史和熱演化史階段的地層，尤其Magobu組大部分在成熟階段，油和瀝青是該階段主要產(chǎn)物，其混入樣品后，熱解烴峰2導(dǎo)致max降低；此外，在美拉尼西亞島弧碰撞階段，可能有一些外來物質(zhì)沿著斷層輸入至地層深部。

5 油源對(duì)比分析

選擇以中生界烴源為代表的5組烴源層巖芯樣品與3組來自其上覆儲(chǔ)層的原油樣品進(jìn)行對(duì)比研究。這5組烴源層巖芯樣品分別來自Well-Y井中Magobu組泥巖層(圖8(a))，Well-Z井中Barikewa組頁巖層(圖8(b))，Well-Z井中Koi—Iange組泥巖層(圖8(c))，Well-Y井中Imburu組泥巖層(圖8(d))和Well-X井中Ieru組泥巖層(圖8(e))。3組原油樣品分別來自Well-Y井中Toro組砂巖層(圖8(f))，Well-X井中Toro組砂巖層(圖8(g))和Well-Z井中Ieru組砂巖層(圖8(h))。

正構(gòu)烷烴分布見圖8。從圖8可知：所有收集的烴源巖樣品的碳原子數(shù)分布范圍在15~25個(gè)之間，姥鮫烷(Pr)的峰值比植烷(Ph)的峰值更高，這表明烴源巖的有機(jī)質(zhì)已經(jīng)達(dá)到成熟階段并在氧化環(huán)境中發(fā)育，如Well-Y井中原油的正構(gòu)烷烴分布曲線與Well-Y井中Magobu組泥巖層正構(gòu)烷烴分布曲線相似。然而，來自Well-X井和Well-Z井的原油樣品的碳原子數(shù)分布范圍為11~15個(gè)，同樣，姥鮫烷(Pr)的峰值比植烷(Ph)的峰值更高，這表明原油樣品處在過成熟階段并在氧化環(huán)境中發(fā)育。為了更好地進(jìn)行油源對(duì)比，在考慮形態(tài)學(xué)因素的基礎(chǔ)上將其劃分為以下2類：巖芯樣品Y-M-1(圖8(a))和Z-B-2(圖8(b))的正構(gòu)烷烴分布曲線與原油樣品O-1(圖8(f))的正構(gòu)烷烴分布曲線具有很高的相似性；巖芯樣品Z-K-1(圖8(c))，Y-U-1(圖8(d))和X-I-2(圖8(e))的正構(gòu)烷烴分布曲線與原油樣品O-2(圖8(g))和O-3(圖8(h))具有很高的相似性。這表明這些原油大多數(shù)來源于巴布亞盆地東部中、上侏羅統(tǒng)烴源巖，部分來源于下白堊統(tǒng)烴源巖。

(a) Well-Y井中Magobu組泥巖層；(b) Well-Z井中Barikewa組頁巖層；(c) Well-Z井中Koi—Iange組泥巖層；(d) Well-Y井中Imburu組泥巖層；(e) Well-X井中Ieru組泥巖層；(f) Well-Y井中Toro組砂巖層；(g) Well-X井中Toro組砂巖層；(h) Well-Z井中Ieru組砂巖層。

Pr—姥鮫烷；Ph—植烷

圖8 巴布亞盆地東部中生界正構(gòu)烷烴分布

Fig. 8 Distribution of Mesozoic n-alkanes in the eastern Papuan Basin

6 勘探建議

6.1 油氣資源潛力綜合評(píng)價(jià)

為了系統(tǒng)評(píng)價(jià)巴布亞盆地東部中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)5套主要烴源巖的生烴潛力，綜合考慮5種參數(shù)的平均值，分別是為(TOC)，1+2，o，max以及每組厚度，見圖9。從圖9可見：由于Magobu組泥巖層(圖9(a))的5個(gè)參數(shù)綜合指標(biāo)均明顯比其他層位的高，因而，Magobu組泥巖層是最具有油氣生成潛力的層位；盡管Barikewa組頁巖層(圖9(b))、Koi—Iange組泥巖層(圖9(c))和Ieru組泥巖層(圖9(e))的厚度平均值(285~380 m)比Magobu組泥巖層的更高，但其他參數(shù)均比Magobu組泥巖層的低。此外，Imburu組泥巖層(圖9(d))樣品的各參數(shù)是所有烴源巖樣品中最低的，這表明Imburu組泥巖層不適合油氣生成。

6.2 有利勘探區(qū)帶分析

巴布亞盆地劃分為9個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，面積為68.9×104km2(圖1)，其中巴布亞新幾內(nèi)亞境內(nèi)面積約為47.3×104km2。巴布亞盆地東部構(gòu)造演化史見圖10。分析圖10可知：在古新統(tǒng)沉積之前，中生代地層厚度明顯比上新統(tǒng)沉積之前的高。其原因是：巴布亞盆地東部在接受古新統(tǒng)—中新統(tǒng)沉積之前，盆地正處于晚白堊世的珊瑚海擴(kuò)張期，中生代地層遭受抬升剝蝕之后，才開始沉積古新統(tǒng)之后的地層，往北西向，抬升剝蝕作用減弱，研究區(qū)東部地區(qū)受珊瑚海擴(kuò)張影響，擠壓變形強(qiáng)烈，中生代地層充填在基底之上，呈現(xiàn)殘洼充填分布；研究區(qū)北部邊緣受到持續(xù)至今的弧—陸碰撞作用影響，發(fā)育大量逆沖斷層，是構(gòu)造圈閉發(fā)育的良好部位，如Papuan褶皺帶和Aure褶皺帶。

在研究區(qū)中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)烴源巖系統(tǒng)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各次級(jí)構(gòu)造單元的油氣勘探現(xiàn)狀及構(gòu)造演化史進(jìn)行綜合分析，可將Papuan褶皺帶南部—Aure褶皺帶作為Ⅰ類油氣勘探區(qū)帶，F(xiàn)ly臺(tái)地東北部—Eastern高地—Papuan高地作為Ⅱ類油氣勘探區(qū)帶，F(xiàn)ly臺(tái)地西南部作為Ⅲ類油氣勘探區(qū)帶，見圖11。按照與主力生烴中心的距離，勘探潛力從大至小依次為Ⅰ類油氣勘探區(qū)帶、Ⅱ類油氣勘探區(qū)帶和Ⅲ類油氣勘探區(qū)帶。從圖11可見：

1) Papuan褶皺帶南部—Aure褶皺帶為Ⅰ類油氣勘探區(qū)帶，區(qū)帶勘探面積約6.5×104km2。該區(qū)域總體向東北傾，臨近Pauan皺褶帶北部與東部中、上侏羅統(tǒng)主力烴源巖主生烴中心，處于研究區(qū)內(nèi)最有利的油氣運(yùn)移指向區(qū)，油氣富集度最高。

2) Fly臺(tái)地東北部—Eastern高地—Papuan高地為Ⅱ類油氣勘探區(qū)帶，區(qū)帶勘探面積約16.4×104km2。該區(qū)域總體東北傾，臨近Fly臺(tái)地東部中、上侏羅統(tǒng)主力烴源巖次生烴中心，離Pauan皺褶帶中、上侏羅統(tǒng)主力烴源巖主生烴中心較近，處于較有利的油氣運(yùn)移指向區(qū)，油氣富集度較高。

(a) Magobu組泥巖層；(b) Barikewa組頁巖層；(c) Koi—Iange組泥巖層；(d) Imburu組泥巖層；(e) Ieru組泥巖層

(a) 北東—南西向剖面；(b) 東—西向剖面

3) Fly臺(tái)地西南部為Ⅲ類油氣勘探區(qū)帶，區(qū)帶勘探面積約9.8×104km2。該區(qū)域總體東北傾，距離Fly臺(tái)地東部中、上侏羅統(tǒng)主力烴源巖次生烴中心較近，但是距離Pauan皺褶帶中、上侏羅統(tǒng)的主力烴源巖主生烴中心較遠(yuǎn)，處于較有利的油氣運(yùn)移指向區(qū)。

圖11 巴布亞盆地東部區(qū)帶綜合評(píng)價(jià)圖

7 結(jié)論

1) Magobu組泥巖層的有機(jī)質(zhì)豐度明顯比其他組烴源巖的高，同時(shí)，有機(jī)質(zhì)類型主要分布于Ⅱ型，少數(shù)屬于Ⅰ型，這表明其主要由海相沉積物衍生而來，有機(jī)質(zhì)成熟度大部分在成熟—高成熟之間，產(chǎn)物以成熟油和濕氣為主。然而，Barikewa組烴源巖和Koi—Iange組烴源巖主要分布于Ⅱ型干酪根與Ⅲ型干酪根之間的邊界，可能來源于陸相和海相的混合物，以低熟油為主，少數(shù)為成熟油。Imburu組烴源巖與Ieru組烴源的情況相似，均來自于以陸生高等植物為主要物源的Ⅲ型干酪根，其中大部分為低熟油，局部還未成熟。經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，Magobu組泥巖層最具生烴潛力，Imburu組泥巖層生烴潛力最小，其他組烴源巖的生烴潛力介于這兩者之間。

2) 巴布亞盆地東部中、上侏羅統(tǒng)烴源巖在岡瓦納大陸裂解階段大量沉積，在白堊紀(jì)早期進(jìn)入低成熟階段，并隨著埋藏深度加大，大部分烴源巖逐步達(dá)到成熟階段，局部達(dá)到過成熟階段。

3) 原油樣品與烴源巖樣品的正構(gòu)烷烴曲線具有很好的相似性，因此，這些原油大多數(shù)來源于巴布亞盆地東部中、上侏羅統(tǒng)烴源巖，部分來源于下白堊統(tǒng)烴源巖，巴布亞盆地東部中、上侏羅統(tǒng)烴源巖可作為研究區(qū)的主力烴源巖。

4) 在研究區(qū)中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)烴源巖系統(tǒng)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合與中、上侏羅統(tǒng)主力生烴中心的距離，Papuan褶皺帶南部—Aure褶皺帶范圍內(nèi)的Ⅰ類油氣勘探區(qū)帶的勘探潛力最大，F(xiàn)ly臺(tái)地東北部—Eastern高地—Papuan高地范圍內(nèi)的Ⅱ類油氣勘探區(qū)帶的勘探潛力次之，F(xiàn)ly臺(tái)地西南部范圍內(nèi)的Ⅲ類油氣勘探潛力最小。

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Evaluation and exploration suggestion of source rocks from Middle Jurassic to Lower Cretaceous in eastern Papuan Basin

LIU Xiang1, 2, GUO Jianhua1, 2, LIU Chensheng1, 2, KUANG Lixiong1, 2, LI Jie1, 2, ZHANG Zhen1, 2

(1. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;2. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring,Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China)

With the theory guidance of basin evolution, hydrocarbon generation and hydrocarbon accumulation, the total organic carbon content((TOC)), rock-eval pyrolysis, vitrinite reflectance(o) and gas chromatography (GC) analysis were applied combined with the oil-source rocks correlation. Five sets of source rocks were evaluated from Middle Jurassic to Lower Cretaceous in eastern Papuan Basin and a series of suggestions were evaluated. The results show that the Middle Jurassic Magobu formation possesses organic matter abundance from medium to excellent, type Ⅰ and type Ⅱ dominate kerogen type and the majority of these achieves the stage of mature to high mature so that the Magobu formation is the key source rocks that possess the highest hydrocarbon generation potential. The source rocks during the period from the middle to upper Jurassic in the study area develop during the stage of gondwana continent dissociation and achieve the mature gradually with the increase of depth, which are closely related to the crude oil that is collected and deemed as the main source rocks in the study area. Three favorable exploration zones are proposed and sorted by exploration prospect from high to low, i.e., the southern Papuan fold belt—Aure fold belt (type Ⅰ), the northeast of Fly platform—Eastern plateau—Papuan plateau (type Ⅱ) and the Fly platform in the southwest(type Ⅲ).

Papuan basin; source rocks; organic matter abundance; kerogen; vitrinite reflectance

TE112

A

1672?7207(2019)03?0607?12

10.11817/j.issn.1672-7207.2019.03.014

2018?07?08；

2018?09?10

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05030-002-005)；湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2017JJ1034) (Project(2011ZX05030-002-005) supported by the Major Program of National Science and Technology; Project(2017JJ1034) supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province)

郭建華，博士，教授，從事沉積學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)及層序地層學(xué)研究；E-mail: gjh796@csu.edu.cn

(編輯 陳燦華)