巴布亚盆地主力烃源岩特征及有效性分析

信石印

(中国海洋石油集团有限公司 中海油研究总院有限责任公司，北京 100028)

巴布亚盆地主体位于南太平洋巴布亚新几内亚境内，向西延伸至印度尼西亚，向东延伸至巴布亚湾和托雷斯海峡，向南与澳大利亚相邻，整体呈北西—南东向展布，面积约为60×104km2。陆上地区因地表工程条件差，施工难度大；海域地区钻井较少，油气勘探及综合地质研究程度较低。截至2017年，巴布亚盆地共钻探井229口，其中海域28口，陆上201口，获得商业油气发现13口，勘探程度较低。烃源岩作为油气生成的物质基础，其有效性和展布特征的研究对于油气勘探实践至关重要。本次研究以大量钻井所获样品的地化分析测试为基础，从主力烃源岩地化特征、平面展布、有效性分析等方面展开研究，以烃源岩生排烃理论为指导，确定了该盆地烃源岩有效性评价的标准，并进一步对有效烃源岩的分布范围进行了预测，对于今后的油气勘探工作具有一定的指导作用。

1 区域地质背景

巴布亚盆地是在澳大利亚大陆板块边缘古生界花岗岩基底上形成的一个中—新生代盆地，为一个早期裂谷、晚期弧后前陆的叠合盆地。该盆地整体具有东西分异、南北分带的特点，自北向南发育4个构造变形带：冲断带、强烈褶皱带、宽缓褶皱带和稳定台地区。具体可划分为9个二级构造单元，分别为巴布亚活动带、巴布亚褶皱带、弗莱台地、欧文斯坦利复杂构造带、奥利褶皱带、米尔恩蛇绿岩带、莫尔斯比地槽、东部高地和巴布亚高地[1-2]，本次研究主要针对巴布亚新几内亚境内地区(图1)。

巴布亚盆地的构造演化可划分为5个阶段：裂谷前基底期、冈瓦纳同生裂谷—裂后期、珊瑚海同生裂谷—裂后期、达拉伊弧后伸展期和前陆盆地期。裂谷前基底期(三叠纪—侏罗纪)主要发育奥姆昂变质岩，末期遭受抬升剥蚀；冈瓦纳同生裂谷—裂后期(侏罗纪—早白垩世)早期形成一系列北西—南东向地堑和半地堑，后期进入裂后热沉降，沉积厚层的海相碎屑岩；珊瑚海同生裂谷—裂后期(晚白垩世—始新世)盆地东南部珊瑚海和巴布亚海湾发生扩张，后期盆地进入裂后热沉降阶段，发育浅海砂泥岩沉积；达拉伊弧后伸展期(渐新世)在弗莱台地主要发育海相碳酸盐岩沉积，在莫尔斯比地槽主要发育半深海泥岩沉积，局部发育三角洲和深水浊流沉积；前陆盆地期(中新世至今)形成大规模逆冲断裂带，第四纪以来由于盆地沉降和海平面上涨，广泛发育半深海泥岩[3-4]。

图1 巴布亚盆地地层综合柱状图据陈景阳等[8]，有修改。Fig.1 Stratigraphic figure of Papuan Basin

巴布亚盆地油气资源非常丰富，发育大量地表油气苗，并已获得较多油气发现[5-8]。截至2017年底，该盆地共发现油气田63个，其中陆上56个，海域7个，以气田为主。烃源岩研究对盆地资源潜力的分析具有重要指导作用，根据前人研究成果，巴布亚盆地在侏罗系、白垩系和新近系均发育烃源岩，侏罗系为主力烃源岩[9-10]。

2 主力烃源岩展布特征

侏罗系烃源岩为盆地的主力烃源岩，主要发育于盆地中西部地区，包括下侏罗统迈格布组、中侏罗统巴里科瓦组、上侏罗统科伊—昂基组和依姆布鲁组，岩性以暗色泥岩为主，发育砂岩或粉砂岩夹层，沉积于边缘海—三角洲—外陆架斜坡—滨海和前滨环境(图1)。在盆地中部未对侏罗系进行细分，统称马利尔组，是侏罗系位于深水区的远端沉积[11]。

整体上，侏罗系沉积厚度较大，主要分布于巴布亚盆地中西部地区。侏罗系发育2个沉积中心，其一位于巴布亚褶皱带东部，最厚超过700 m；其二位于弗莱台地中东部，最大沉积厚度超过1 100 m(图2)。东西方向上，盆地东部的侏罗系地层厚度和泥质含量明显大于盆地西部，从西部以砂岩为主，逐渐过渡到盆地中部基本全为泥岩。反映出物源供给主要来自盆地西部，向东沉积物粒度逐渐变细，泥质含量逐渐增高。

3 主力烃源岩地化特征

3.1 有机质丰度

研究收集了巴布亚盆地20余口井钻井所获样品的地化分析数据，通过侏罗系各组有机质丰度参数的分析，认为侏罗系烃源岩有机质丰度整体较高，主要分布于0.5%～2%。其中，中、下侏罗统巴里科瓦组和迈格布组的w(TOC)主要分布于1.0%～2.0%，为好烃源岩；上侏罗统依姆布鲁组和科伊—昂基组的w(TOC)主要分布于0.5%～2.0%，为中等—好烃源岩；远端侏罗系马利尔组w(TOC)主要分布于1.0%～2.0%，为好烃源岩(图3)。

3.2 有机质类型

对盆地内大量侏罗系烃源岩样品的干酪根有机显微组分数据进行了统计分析，显示腐泥组和壳质组含量较低，主要分布于0～10%；镜质组和惰质组含量较高，绝大多数样品大于70%(图3)。研究同时分析了侏罗系各组烃源岩热解参数的分布范围，IH主要分布于0～200 mg/g，有机质类型以Ⅱ2—Ⅲ型干酪根为主，且Ⅲ型占优势。结合前人研究[11]，认为依姆布鲁组、科伊—昂基组以Ⅲ型干酪根为主；巴里科瓦组、迈格布组和远端马利尔组以Ⅲ型干酪根为主，其次为Ⅱ2型干酪根。

图2 巴布亚盆地侏罗系烃源岩厚度等值线据黎彩凤等[11]，有修改。Fig.2 Thickness of Jurassic source rocks in Papuan Basin

图3 巴布亚盆地侏罗系烃源岩有机地化特征Fig.3 Geochemical characteristics of Jurassic source rocks in Papuan Basin

3.3 有机质成熟度

巴布亚盆地各层系烃源岩的镜质体反射率与深度呈较好的相关性，随深度的增加，镜质体反射率呈指数增长。根据大量样品实测数据，认为巴布亚盆地烃源岩的低成熟门限约为2 500 m，成熟门限约为3 500 m。

受盆地内不同构造单元的埋藏史差异的影响，各构造单元内烃源岩热演化阶段的门限深度也有差异，具体表现为从巴布亚褶皱带向弗莱台地和奥利褶皱带烃源岩成熟门限深度逐渐增加。其中，弗莱台地演化过程较为稳定，其热演化程度基本反映盆地整体的热演化特征。相比之下，巴布亚褶皱带在晚期前陆盆地阶段受到强烈的逆冲推覆作用，早期热演化程度高的深部地层逆冲至浅层，导致样品显示的门限深度较浅；而奥利褶皱带主要发育白垩纪以来的地层，且以古近纪以来的沉积为主，沉积速率高，地温梯度较低，门限深度较深。

整体上，巴布亚盆地的侏罗系烃源岩处于低成熟—成熟阶段，部分烃源岩达到高成熟—过成熟演化阶段。平面上，侏罗系烃源岩自西南向东北成熟度逐渐增高，其中盆地西北部和中部成熟度较高，达到成熟—高成熟阶段；弗莱台地中西部烃源岩成熟度较低，处于未成熟—低成熟阶段(图4)。

4 有效烃源岩的识别与评价

4.1 基本原理

有效烃源岩是指能够生成并排出油气且形成工业性油气藏的烃源岩[12-13]。巴布亚盆地侏罗系烃源岩分布较广，厚度较大，各组有机地化参数具有一定差异，难以全部成为有效烃源岩。评价烃源岩的有效性，需要充分考虑各组烃源岩的有机地化特征。本次研究在前人研究的基础上[14-23]，以烃源岩生排烃理论为指导，通过对有效烃源岩有机质丰度(TOC)下限的确定，预测有效烃源岩的范围。

烃源岩已经生成的烃量由残留烃量和已排出烃量两部分组成，现今烃源岩样品中的烃类主要是残留烃。通过热解分析实验得到的热解S1一般代表烃源岩中已经生成的残留烃量，在未发生排烃的烃源岩中，热解S1可以近似代表已生烃量。

在相近地质条件下，有机碳含量与生烃量之间应具有较好的正相关关系，即有机碳含量增加，生烃量也增加。烃源岩生成的油气首先满足烃源岩本身在一定地质条件下的饱和吸附量，多余的烃类才会排出。因此，有机碳含量越高，相同条件下的生烃量也越高，但当有机碳含量超过某一临界值时，生烃量将超出饱和吸附量而发生排烃，从而使得残留烃量不再随有机碳含量增加而明显增加。这一临界值，即为有效烃源岩的有机质丰度下限。当烃源岩有机质丰度高于该下限值时，烃源岩成熟后生成的烃量将超过其饱和吸附量，排出烃源岩，并在合适的储盖层、构造条件下聚集成藏。

4.2 有效烃源岩的识别

本文主要针对巴布亚盆地主力烃源岩的有效性展开研究。根据侏罗系烃源岩大量实测地化数据，其实测热解S1与w(TOC)具有较好的正相关关系。热解S1与w(TOC)交会图显示，随着w(TOC)的增大，热解S1也逐渐增大。当w(TOC)>1.0%时，大量数据点偏离了原有趋势，热解S1不再随w(TOC)的增大而逐渐增大，偏离的部分即为排出的烃量(图5)。据此，推测侏罗系有效烃源岩的有机质丰度下限为1.0%。当烃源岩的有机质丰度指标w(TOC)>1.0%时，该烃源岩为有效烃源岩，成熟条件下可发生排烃。

图5 巴布亚盆地侏罗系有效烃源岩TOC下限评价Fig.5 Lowest threshold of TOC content in effective Jurassic source rocks in Papuan Basin

图4 巴布亚盆地侏罗系烃源岩热演化程度分布Fig.4 Distribution of maturity of Jurassic source rocks in Papuan Basin

图6 巴布亚盆地侏罗系有效烃源岩及其有机碳含量分布Fig.6 TOC contents of effective Jurassic source rocks in Papuan Basin

4.3 有效烃源岩预测

巴布亚盆地侏罗系有效烃源岩的预测研究主要结合有机质丰度和成熟度两方面，在此基础上预测侏罗系有效烃源岩的展布范围。

通过对侏罗系有效烃源岩的有机碳含量下限的分析，结合已钻井地化参数，综合分析认为侏罗系烃源岩在盆地中部局部地区达到有效烃源岩的丰度下限(w(TOC)=1.0%)，有效烃源岩主要发育于弗莱台地中部地区和巴布亚褶皱带局部地区(图6)。结合侏罗系烃源岩热演化程度的平面分布特征，认为巴布亚盆地侏罗系有效烃源岩主体处于成熟—高成熟阶段，热演化程度适宜，已进入生排烃阶段。

5 结论

(1)巴布亚盆地为一个中—新生代叠合盆地，以侏罗系暗色泥岩为主力烃源岩。烃源岩主要分布于盆地中西部地区，发育2个沉积中心，分别位于巴布亚褶皱带和弗莱台地中东部，最大沉积厚度超过1 100 m。

(2)侏罗系烃源岩有机质丰度较高，w(TOC)主体分布于1.0%～2.0%，部分超过2.0%，为中等—好烃源岩；有机质类型以Ⅱ2—Ⅲ型为主，偏生气；热演化程度适中，整体处于低成熟—成熟阶段，局部达到过成熟阶段。

(3)根据生排烃原理，确定侏罗系有效烃源岩的有机质丰度下限为w(TOC)=1%；结合有机质丰度和热演化程度的平面分布特征，对侏罗系烃源岩有效性进行了评价，预测侏罗系烃源岩主要分布于弗莱台地中部地区和巴布亚褶皱带局部地区。