文莱沙巴盆地北内带构造区中中新统烃源岩地球化学特征及生烃史

张厚和，廖宗宝

(中国海洋石油研究总院,北京100028)

王登

(湖北省地质调查院，湖北 武汉 430030)



张厚和，廖宗宝

(中国海洋石油研究总院,北京100028)

王登

(湖北省地质调查院，湖北 武汉 430030)

在广泛收集烃源岩样品有机地球化学资料和分析测试的基础上，结合区域地质特征，从烃源岩生烃潜力、生烃史以及生物标志化合物等方面，对文莱-沙巴盆地北内带中中新统烃源岩地球化学特征进行综合研究。研究表明：北内带中中新统烃源岩厚度较大，中中新统下段主要为下海岸平原煤和炭质泥岩、海相泥岩，上段(Stage ⅣB)主要为海相泥岩；有机质丰度较高，有机质类型主要为Ⅲ型，少量Ⅱ2型，指示高等植物生源的奥利烷和双杜松烷(W和T构型)丰度较高；成熟度呈现出东低西高的特征，主要处于低成熟-成熟阶段。生烃史模拟表明，中中新统下段烃源岩在距今约8.7Ma进入生烃门限，8.1Ma进入成熟热演化阶段，对应的门限深度约为4000m，在距今约4.5Ma进入高成熟阶段；而中中新统上段烃源岩在距今约3.8Ma进入生烃门限，对应的门限深度约为3350m，在距今约2Ma其底部进入成熟热演化阶段。

烃源岩；地球化学特征；生烃史；文莱-沙巴盆地；中中新统

文莱-沙巴盆地位于南沙海域的加里曼丹岛以北(图1)，沙巴岸外及文莱沿海一带[1～7]，面积约9.4×104km2，属于我国管辖的面积约占三分之一。盆地水深0～2500m，主体水深小于1500m。盆地油气勘探始于20世纪90年代末[1～5]，勘探区主要在水深小于200m的区域，截至目前发现渐新统-下中新统、中中新统、上中新统、上新统(Stage Ⅲ、Stage ⅣA、Stage ⅣC、Stage ⅣD、Stage ⅣE、Stage ⅣF)等多套含油层系，以及Tembungo、Barton、South Furious、St Joseph、Samarang Kecil、Glayzer等一大批油气田和含油气构造，而在水深大于200m，特别是水深大于500m的深水区还未进行过有效油气勘探，其勘探潜力巨大，也是重要的油气潜力区域。遗憾的是由于各种原因，国内的相关基础资料非常匮乏，仅有部分二维地震资料；也有诸多学者[5～10]进行过研究，但其内容主要聚焦在南沙海盆的构造特征和演化、沉积地层等方面，而对于文莱-沙巴盆地烃源岩方面的研究和认识十分有限。笔者在广泛收集前人资料的基础上，对研究区中中新统烃源岩地球化学特征进行了分析，并对烃源岩生烃史进行了模拟，以期能为盆地下一步油气勘探提供科学依据。

图1　文莱沙巴盆地构造单元划分

1　地质概况

文莱-沙巴盆地是一个新生代前陆盆地[10～12,*夏斌. 南沙海域盆地构造演化与有利勘探区带研究[Z].中国科学院广州地球化学研究所, 2010.]，是南沙地块向加里曼丹地块俯冲所形成的，呈NE向展布，西南以廷贾断裂与曾母盆地相隔，向北以逆冲断裂与沙巴海槽分界(图1)。盆地的形成演化经历了晚白垩世-始新世弧前盆地增生阶段，渐新世-早中新世前陆盆地发育与改造阶段，中中新世至今的被动陆缘盆地发育阶段。可划分出6个二级构造带[13]，分别为西巴兰三角洲、东巴兰三角洲、外带构造区、南内带构造区、北内带构造区(北内带)、北部沙巴；其中，北内带位于盆地东部，紧邻克鲁克逆冲褶皱带和北部沙巴，水深小于100m。

文莱-沙巴盆地基底为早中新世以前的地层[14～17]，在加里曼丹岛沿岸(即克鲁克逆冲褶皱带)广泛出露，为晚始新世至早中新世褶皱变形的深海复理石以及白垩世至早始新世的混杂岩，大部分属古南海向加里曼丹岛俯冲形成的增生楔，并与上覆中中新统呈不整合接触。上覆地层包括中中新统、上新统以及第四系，盆地最大沉积厚度达6000m以上。依据区域构造活动的阶段性特征[10,13]，将盆地划分为Stage Ⅰ～Stage Ⅳ共4套地层单元。其中，Stage Ⅰ～Stage Ⅲ为盆地基底；Stage Ⅳ为中中新世至第四纪的地层，为盆地主构造层，以局部不整合为界，根据生物化石特征将其进一步划分为7个次级地层单元(图2)。

图2　文莱沙巴盆地地层综合柱状图

2　烃源岩地球化学特征

2.1烃源岩分布特征

中中新世早期，文莱-沙巴盆地由前陆盆地发育与改造阶段过渡到被动陆缘盆地发育阶段，盆地整体开始接受沉积[13,18]。此时，盆地内主要发育海岸平原相、滨岸相、浅海陆棚及半深海-深海相沉积，其中海岸平原相带沉积面积最大；中中新世晚期的沉积特征是在中中新世早期的基础上进一步发育起来的，分布继承了其分布格局，盆地水体面积明显增大，显示海侵作用增强，海岸平原相和滨岸相沉积面积较中中新世早期明显减少，半深海-深海相带向盆地外扩大(图3)。此时，盆地内发育了厚度较大的中中新世煤系和海相烃源岩，其中北内带中中新统下段(Stage ⅣA)主要为下海岸平原煤、碳质泥岩和海相泥岩，而上段(Stage ⅣB)主要为海相泥岩。根据地震层速度计算[14]的泥岩最大厚度可达600m，平均厚度为300m。

图3　文莱-沙巴盆地中中新世沉积相演化图

2.2有机质丰度

有机质丰度是评价烃源岩好坏的重要指标，是形成油气的物质基础[19]。笔者主要从有机碳质量分数(w(TOC))和热解生烃潜量w(S1+S2)来定量评价，由于分析数据所限，采用w(S2)(裂解烃质量分数)代替w(S1+S2)，来反映烃源岩有机质丰度。采用我国目前较为通用的泥质烃源岩和煤系烃源岩评价标准[19]，对钻井样品进行分析，结果见表1。

1)中中新统下段(Stage ⅣA)北内带ST.Joseph中中新统下段泥岩w(TOC)为0.13%～3.62%，平均0.79%，w(S2)为0.19～1.92mg/g，平均0.66mg/g，总体为差-中等烃源岩；S.Furious中中新统下段泥岩w(TOC)为0.61%～9.06%，平均2.77%，w(S2)为0.30～10.37mg/g，平均2.31mg/g，总体为好烃源岩；Barton中中新统下段泥岩w(TOC)为0.37%～2.12%，平均1.22%，w(S2)为0.27～1.12mg/g，平均0.52mg/g，总体为中等-好烃源岩；煤样w(TOC)为54.87%～57.95%，平均56.41%，w(S2)为89.04～168.06mg/g，平均128.55mg/g，为差-中等烃源岩(表1)。

现阶段，浙江省政府大力推进“智慧城市”“数字城市”建设，水利作为公益型和信息密集型行业，在信息时代所承担的社会管理和公共服务职能日益凸显，必须加快“智慧水利”建设，推动水利部门现有管理职能和业务流程的组织创新、管理创新和制度创新。充分开发和高效利用水利信息资源，有利于推进水利政务公开，加强水利部门与社会公众的互动，保障人民群众的知情权、参与权、表达权、监督权；有助于深化水利行政审批制度改革，推进审批项目、流程和规则的公开化、制度化和规范化；有助于打破部门和行业分割，建立支持涉水事务管理的信息平台和协同运作方式，促进团结治水、合力兴水。

2)中中新统上段(Stage ⅣB)北内带Binturong-1井中中新统上段泥岩w(TOC)为0.79%～2.54%，平均1.61%，w(S2)为0.46～4.68mg/g，平均1.55mg/g，总体为中等-好烃源岩；S.Furious中中新统上段泥岩w(TOC)为0.52%～1.65%，平均1.20%，w(S2)为0.40～1.85mg/g，平均1.10mg/g，总体为差-中等烃源岩(表1)。

表1　文莱沙巴盆地北内带中中新统烃源岩有机质丰度(数据来自文献[13,20])

总的来看，北内带中中新统暗色泥岩样品w(TOC)含量较高，有83.5%的泥岩样品w(TOC)大于0.4%，属有效烃源岩的范畴。其中，中中新统下段烃源岩w(TOC)为0.41%～9.16%，均值2.10%；中中新统上段烃源岩w(TOC)为0.52%～2.54%，均值1.45%；表明北内带中中新统存在较好的生烃物质基础。

利用北内带内部及附近钻井实测资料[13,20]，统计了不同沉积环境的烃源岩地球化学特征(图4)。

图4　不同沉积环境中烃源岩的地球化学特征

图5　北内带中中新统烃源岩IH与tmax图版

通过分析可知，中中新统烃源岩质量受到沉积环境的明显控制，其中，海岸平原相泥岩w(TOC)含量最高，均值达2.4%，IH(氢指数)较低，均值为62.5mg/g；其次为外浅海和半深海-深海相泥岩，其w(TOC)均值分别为0.85%和1.05%，IH均值分别为110mg/g和92mg/g。总体上表现为受海相影响小的海岸平原相泥岩具有相对高的w(TOC)、低IH，而受海相影响大的外浅海和半深海-深海相泥岩具有相对高的IH和略低的w(TOC)。

2.3有机质类型

岩石热解参数中的IH与最高热解峰温(tmax)的相关图版，常用来研究烃源岩有机质类型[19]。如图5所示，北内带中中新统下段(Stage ⅣA)和上段(Stage ⅣB)有机质类型相似，主要为Ⅲ型，少量Ⅱ2型。

干酪根显微组分组成特征也是常用的判别有机质类型的参数[19]。北内带中中新统下海岸平原泥岩显微组分中壳质组体积分数较高，均值达50%；其次为镜质组，均值为30.2%。中中新统海相泥岩显微组分中镜质组体积分数介于37.5%～61.8%，均值为48.1%；壳质组体积分数介于23.8%～30.5%，均值为26.4%；惰质组体积分数介于14.4%～37.7%，均值为25.5%。其干酪根类型指数介于-53.4～-17.5之间，也表明北内带中中新统烃源岩有机质类型为Ⅲ型，类型较差。

生物标志化合物特征可以反映有机质的来源[21,22]，其中奥利烷和双杜松烷常作为良好的高等植物生源标志物[21～25]。北内带中中新统下海岸平原泥岩与海相泥岩具有一些相似的特征(图6)：萜烷中以C30藿烷为主峰，缺失C34-35升藿烷系列，低-中等的C24四环萜烷含量，以及奥利烷(Ol)和双杜松烷(W和T构型)的出现，其中，Ol/C30H介于0.45～0.82，(W+T)/C30H介于0.13～0.62。这些特征反映出中中新统不同沉积环境中的烃源岩均有陆生高等植物输入，同时也表明中中新统烃源岩为偏腐殖型有机质类型，这与上述划分的有机质类型是一致的。

图6　北内带中中新统烃源岩萜烷分布特征

2.4有机质热演化程度

烃源岩中的有机质只有在埋藏深度足够大，温度升高到一定值时，才能大量转化成石油。镜质体反射率(Ro)是目前应用最广泛的成熟度指标[19]。北内带中中新统烃源岩Ro介于0.30%～1.52%之间，不同地区成熟度差异较大，总体上为东低西高。造成这一差异的主要原因是：北内带东部地区为盆地边缘斜坡，在同一地质时期相同层段的埋深北内带东部明显较西部浅。如图7(a)所示，北内带东部Tiga Papan-1井中中新统烃源岩Ro为0.30%～0.41%，处于未成熟阶段，埋深较小，埋深为1600～1680m；而北内带西部地区(图7(b))中中新统烃源岩埋深较大，多介于3000～5000m之间，最大可达6000m，主要处于低成熟-成熟阶段；同时根据Ro与深度的关系图(图7(b))可以看出，北内带烃源岩生烃门限深度大约在3300～3400m之间。

图7　文莱-沙巴盆地北内带烃源岩成熟度剖面

3　烃源岩生烃史

对烃源岩生烃史进行模拟，首先必须重建源岩的沉积埋藏史和热演化史。研究表明，文莱-沙巴盆地约在距今14.7Ma时开始沉积充填并快速沉降，最大沉积速度超过500m/Ma，一直持续到距今约9Ma；随后，盆地进入稳定(缓慢)沉降期，一直持续到现今，但沉降速率明显变低(图8)；整个盆地在沉积充填过程中一直处于统一沉降期，未出现由于构造反转而造成的地层剥蚀或缺失，仅发生过由于海退而造成的地层局部剥蚀或缺失。

在对盆地沉积埋藏史和热演化史分析的基础上，对北内带烃源岩的生烃史进行了模拟。从生烃史模拟图(图9)可以看出，北内带中中新统下段(Stage ⅣA)烃源岩在晚中新世晚期(距今约8.7Ma)进入生烃门限(低成熟阶段)，此时对应的门限深度约为4000m，对应Ro为0.5%，在晚中新世晚期(距今约8.2Ma)进入成熟阶段(0.7%

图8　TEMB-3井沉降史图　　　　　图9　北内带Pritchard向斜某井生烃史模拟

由此可见，北内带中中新统烃源岩虽然有机质丰度整体较高，但生烃母质主要为陆生高等植物，而油气却得以聚集成藏，主要原因为盆地内地层快速沉积、烃源岩快速生烃。

4　结论

1)文莱沙巴盆地北内带中中新统烃源岩厚度较大，主要为下海岸平原煤和炭质泥岩、海相泥岩，下段(Stage ⅣA)和上段(Stage ⅣB)烃源岩w(TOC)均值分别为2.10%和1.45%，有机质类型均以Ⅲ型为主，少量Ⅱ2型；中中新统烃源岩成熟度在不同地区差异较大，总体上为东低西高。东部中中新统烃源岩埋深较小，主要处于未成熟阶段；而靠近西部地区中中新统烃源岩埋深较大，主要处于低成熟-成熟阶段。

2)生物标志化合物特征研究表明，北内带中中新统下海岸平原泥岩和海相泥岩萜烷中以C30藿烷为主峰，缺失C34-35升藿烷系列，低-中等含量C24四环萜烷，以及奥利烷和双杜松烷(W和T构型)的出现，表明中中新统烃源岩有机质生源有陆生高等植物的贡献。

3)生烃史模拟表明，北内带中中新统下段烃源岩分别在距今约8.7Ma和8.2Ma进入生烃门限和成熟热演化阶段，对应的门限深度约为4000m，随后(距今约4.5Ma)进入高成熟阶段；而中中新统上段烃源岩在距今约3.8Ma进入生烃门限，对应的门限深度约为3350m，在距今约2Ma其底部进入成熟热演化阶段。

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[编辑]宋换新

2015-12-20

国家科技重大专项(2011ZX05025-005)。

张厚和(1967-)，男，教授，主要从事石油天然气勘探规划与储量评价工作,zhanghouhe@cnooc.com.cn。

TE121.1

A

1673-1409(2016)14-0009-07

[引著格式]张厚和，廖宗宝，王登，等.文莱-沙巴盆地北内带构造区中中新统烃源岩地球化学特征及生烃史[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(14):9～15.