“源熱共控”曾母盆地和文萊—沙巴盆地油氣的差異分布

李友川 趙志剛 蘭 蕾 楊樹春

中海油研究總院有限責任公司

0 引言

曾母盆地和文萊—沙巴盆地是南海南部重要的富油氣盆地，曾母盆地主要發育古近系漸新統—新近系下中新統海陸過渡相烴源巖，文萊—沙巴盆地主要發育新近系中—上中新統海陸過渡相烴源巖[1-2]。國外學者從煤相、成煤環境、有機質來源等方面對曾母盆地和文萊—沙巴盆地煤系烴源巖做了較為深入的研究[3-5]。同時，國內學者也對曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖的地球化學特征和油源開展了較多的研究，認為曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖有機質主要來源于陸生高等植物，發育煤系烴源巖和海相烴源巖[6-8]。曾母盆地和文萊—沙巴盆地已發現的油氣地質儲量存在很大差異，其中，曾母盆地天然氣地質儲量多于石油地質儲量，探明天然氣地質儲量約4.7×1012m3，石油地質儲量約8×108t，并且超過70%的原油分布在東巴林堅凹陷；文萊—沙巴盆地石油地質儲量多于天然氣地質儲量，探明石油地質儲量近40×108t，天然氣地質儲量1.6×1012m3，石油在全盆地均有分布。前人主要強調烴源巖熱演化程度差異對曾母盆地和文萊—沙巴盆地油氣差異分布的影響[9]。那么，除了烴源巖熱演化差異外，兩類盆地烴源巖類型及其分布是否存在差異？這種差異對兩類盆地油氣差異有何影響？為此，基于前人分析資料，并通過加里曼丹島野外露頭采樣分析，建立了曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖發育模式，闡釋兩盆地烴源巖的分布規律，以期揭示曾母盆地和文萊—沙巴盆地油氣差異分布的控制因素，為該區油氣資源評價和油氣勘探提供依據。

1 地質背景

曾母盆地和文萊—沙巴盆地位于南海南部邊緣，東南與加里曼丹島相鄰（圖1-a）。曾母盆地和文萊—沙巴盆地是在婆羅洲地塊北緣早期被動大陸邊緣減薄的過渡殼上發育的新生代擠壓型前陸盆地或弧前盆地。中生代末至新生代初，古南海向婆羅洲地塊俯沖消減，婆羅洲持續隆升，大量物源向北搬運，在沙巴河和拉讓河等下游形成巨型三角洲，該背景為曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖的形成提供了有利條件。

圖1 曾母盆地與文萊—沙巴盆地油氣田分布及地層柱狀圖

曾母盆地南部基底為晚白堊統—始新統淺變質深海濁積巖，上白堊統—始新統烴源巖熱演化程度很高，對該區油氣成藏不具有效性。漸新統—中新統為海陸過渡相和海相沉積，是曾母盆地主要烴源巖發育層系（圖1-b）。文萊—沙巴盆地基底為褶皺的晚始新統—早中新統深海復理石，始新統、漸新統和下中新統烴源巖熱演化程度很高，對該區油氣成藏不具有效性，主要烴源巖為中—上中新統烴源巖，其次為下上新統烴源巖（圖1-c），二者均形成于海陸過渡相和海相環境。

2 曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖特征對油氣差異分布的影響

烴源巖是油氣生成的物質基礎，有機質來源和有機質類型對烴源巖生烴產物有著重要的影響。腐泥型和偏腐泥混合型有機質傾向于生成原油，腐殖型和偏腐殖混合型有機質傾向于生成天然氣[10]。因此，烴源巖特征的差異是決定盆地油氣差異分布的關鍵因素。

2.1 曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖生烴特征

2.1.1 曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖有機質組成特征

殼質組是煤系烴源巖的重要生烴組分，其生烴特征類似于偏腐泥混合型有機質，具有較強的生油能力[11]。對于液態烴產率來說，殼質組并不亞于偏腐泥混合型有機質生油巖[12]，因此殼質組含量越高，煤系烴源巖生油能力越強。南海北部珠江口盆地白云凹陷古近系恩平組煤系烴源巖殼質組含量普遍小于10.0%[13]，生油能力較弱，以恩平組為主力烴源巖的白云凹陷以天然氣為主。南海南部曾母盆地7個煤系烴源巖樣品中，除1個樣品殼質組含量為12.0%外，其他6個樣品殼質組含量均超過30.0%，平均值為34.3%；文萊—沙巴盆地5個煤系烴源巖樣品殼質組含量介于22.2%～36.8%，平均值為30.3%。兩者煤系烴源巖殼質組含量均很高（表1），說明曾母盆地和文萊—沙巴盆地煤系烴源巖具有較強的生油能力。

表1 曾母盆地和文萊—沙巴盆地煤系烴源巖有機顯微組分表

基質鏡質體也是重要的生烴組分，基質鏡質體不但能生成大量的氣態烴，還能生成一定數量的液態烴[14]。曾母盆地煤系烴源巖基質鏡質體含量介于38.0%～55.0%，平均值為43.9%；文萊—沙巴盆地煤系烴源巖基質鏡質體含量介于45.6%～61.0%，平均值為52.0%，兩者煤巖中的基質鏡質體含量也很高（表1）。曾母盆地煤系烴源巖的熱解氫指數（HI）介于230～516 mg/g，平均值為338 mg/g，有機質類型為偏腐殖混合型和偏腐泥混合型。因此，曾母盆地和文萊—沙巴盆地煤系烴源巖均具有較強的生油潛力。

加里曼丹島西北部漸新統—中新統陸源海相烴源巖野外露頭樣品干酪根組成以鏡質組和腐殖無定形體為主，鏡質組含量介于15.0%～95.0%，平均值為49.2%；腐殖無定形體含量介于0～83.0%，平均值為39.5%；殼質組和惰質組含量普遍較低，平均值分別為5.3%和6.6%，明顯表現出以陸生高等植物來源的有機質特征，有機質類型主要為偏腐殖混合型和腐殖型，具有油氣兼生、以氣為主的特點。

2.1.2 煤系烴源巖和陸源海相烴源巖生烴特征

為了對比曾母盆地和文萊—沙巴盆地煤系烴源巖和陸源海相烴源巖的生烴差異，采用半開放高溫高壓生烴模擬實驗對加里曼丹島西北部漸新統—中新統煤系烴源巖和陸源海相烴源巖進行了生烴模擬。樣品取自加里曼丹島野外露頭，煤系烴源巖樣品取自漸新統，陸源海相烴源巖樣品取自中新統。煤樣總有機碳含量（TOC）為43.8%，HI為452 mg/g；陸源海相烴源巖TOC為2.4%，HI為141 mg/g。從生烴模擬結果看，煤具有較強的生油能力，總生油量可達262.71 mg/g，生油高峰期的鏡質體反射率值（Ro）為1.13%（圖2-a）。陸源海相烴源巖生油能力較弱，總生油量最大值為47.79 mg/g，生油高峰的Ro值約為0.94%，其生油量遠小于煤（圖2-b）。陸源海相烴源巖雖然生油量較小，但生氣量卻很大，達到981.72 mL/g，遠高于煤系烴源巖。由此可見，曾母盆地和文萊—沙巴盆地及其鄰區煤系烴源巖具有較強的生油能力，而陸源海相烴源巖則以生氣為主。

圖2 加里曼丹島西北部漸新統—中新統烴源巖生烴曲線圖

2.2 曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖分布特征

2.2.1 曾母盆地烴源巖發育模式及分布規律

晚漸新世—早中新世時期，三角洲相沉積覆蓋了東巴林堅凹陷西南部和南康臺地南部等地區，盆地的東部則以濱淺海相沉積為主。從已鉆井揭示的烴源巖地球化學特征看，曾母盆地中不同沉積環境下烴源巖的有機質豐度和有機質類型存在明顯變化。

曾母盆地南部D35井、NA-2井和ST-1井分別鉆遇三角洲平原相、三角洲前緣相和濱淺海相地層。D35井漸新統和中新統煤系烴源巖十分發育，單層煤層厚度超過1 m，NA-2井鉆遇的煤層明顯減薄，僅見煤線，ST-1井則沒有鉆遇煤層[15]。D35井烴源巖有機質豐度高，TOC普遍大于10.0%，其中，漸新統烴源巖TOC平均值為37.2%，生烴量平均值為78.4 mg/g；中新統烴源巖TOC平均值為52.5%，生烴量平均值為122.3 mg/g。NA-2井烴源巖有機質豐度次之，漸新統烴源巖TOC平均值為1.7%，生烴量平均值為2.3 mg/g；中新統烴源巖TOC平均值為1.4%，生烴量平均值為2.4 mg/g。ST-1井漸新統TOC平均值為1.4%，生烴量平均值為2.5 mg/g；中新統烴源巖TOC平均值為0.7%，生烴量平均值為0.5 mg/g（圖3）。

圖3 曾母盆地漸新統—中新統烴源巖地球化學特征連井剖面圖

D35井漸新統烴源巖HI介于100～400 mg/g，平均值為192 mg/g；中新統烴源巖HI介于150～ 300 mg/g，平均值為 224.8 mg/g。NA-2井漸新統烴源巖HI介于100～200 mg/g，平均值為143 mg/g；中新統烴源巖HI介于80～300 mg/g，平均值為139 mg/g。ST-1井漸新統烴源巖HI介于100～200 mg/g，平均值為166 mg/g；中新統烴源巖HI介于50～180 mg/g，平均值為100 mg/g。

由此可見，曾母盆地三角洲平原相煤系烴源巖最優，有機質豐度高，有機質類型好；三角洲前緣相不發育煤系烴源巖，陸源海相烴源巖的有機質豐度降低，有機質類型變差；濱淺海相發育陸源海相烴源巖，烴源巖的有機質豐度普遍較低，有機質類型較差。總體而言，從三角洲平原相到三角洲前緣相，再到濱淺海相，烴源巖的有機質豐度降低，有機質類型變差，烴源巖質量變差。從烴源巖平面的分布看，曾母盆地南部的東巴林堅凹陷西南部、南康臺地南部、西巴林堅凸起、塔陶凸塹及西部斜坡為海陸過渡相煤系烴源巖發育區，而康西凹陷絕大部分及南康臺地中北部則為陸源海相烴源巖發育區，煤系烴源巖主要分布于曾母盆地南部和西部盆地邊緣區域，而盆地的中北部則以陸源海相烴源巖為主（圖4）。

圖4 曾母盆地沉積相與烴源巖分布疊合圖

曾母盆地烴源巖分布表現為“三角洲相煤系＋濱淺海—半深海相陸源海相烴源巖”發育模式（圖5）。煤系烴源巖的發育和分布受控于三角洲相沉積，濱淺海—半深海相沉積則發育陸源海相烴源巖，烴源巖的發育具有較強的分帶性，三角洲相煤系烴源巖有機質豐度高、生烴潛量高，富氫組分含量高，具有較強的生油能力；陸源海相烴源巖有機質豐度偏低，富氫組分含量較低，以生氣為主。東巴林堅凹陷及南康臺地南部煤系烴源巖發育區生油潛力較大，康西凹陷及南康臺地中北部陸源海相烴源巖發育區則以生氣為主。油氣勘探結果表明，曾母盆地原油主要分布于東巴林堅凹陷，天然氣主要分布于康西凹陷和南康臺地，原油的分布與煤系烴源巖分布表現出較好的一致性，天然氣的分布與陸源海相烴源巖分布表現出較好的一致性。因此，煤系烴源巖和陸源海相烴源巖的分布是控制曾母盆地油氣差異分布的重要因素。

圖5 曾母盆地“三角洲煤系—陸源海相烴源巖”發育模式圖

2.2.2 文萊—沙巴盆地烴源巖發育模式及分布規律

文萊—沙巴盆地自早中新世以來發育多期三角洲[16]，這些三角洲為煤系烴源巖的形成奠定了很好的基礎。同時，由于沉積物快速供給越過陸架坡折后，在陸坡深水區發育大規模濁積巖[17]，這些濁積巖不僅能將三角洲上富集的大量高等植物碎屑搬運到海洋中再沉積，也為陸源海相烴源巖的形成提供物質基礎，而且三角洲平原早期形成的富有機質沉積也會通過濁流的形式整體搬運至深水區，形成夾雜在濁積巖中的煤層。在沙巴納閩地區野外露頭可以觀察到夾雜在大套砂巖中、缺乏根土巖的透鏡狀煤層[18]。Arthur等[19]對加里曼丹島東部庫太盆地的研究結果表明，濁積巖中的碳質紋層是該盆地深水區油氣的重要烴源巖。

文萊—沙巴盆地可分為近陸的北內帶和南內帶，以及遠陸的外帶（圖6-a）。北內帶和南內帶晚中新世以三角洲相和濱淺海相沉積為主，兩帶內均揭示煤系的煤和碳質泥巖，具有高的TOC和熱解生烴潛量（S1＋S2），煤的TOC平均值為52.8%，熱解生烴潛量平均值為101.6 mg/g；碳質泥巖的TOC平均值為23.6%，熱解生烴潛量平均值為42.3 mg/g（圖6-b、c），這些煤系烴源巖的發育與三角洲密切相關。外帶晚中新世雖然以半深海—深海相沉積為特征，但同樣發育煤系的煤和碳質泥巖，具有高的TOC和熱解生烴潛量（S1＋S2），煤的TOC平均值為48.3%，熱解生烴潛量平均值為81.6 mg/g；碳質泥巖的TOC平均值為15.4%，熱解生烴潛量平均值為24.7 mg/g（圖6-d），這類煤系烴源巖的發育則與濁積巖密切相關。因此，文萊—沙巴盆地不僅盆地邊緣三角洲發育煤系烴源巖，而且盆地內的濁積巖也發育煤系烴源巖，文萊—沙巴盆地烴源巖分布表現為“三角洲/濁積煤系—陸源海相”發育模式（圖7），盆地內煤系烴源巖廣泛分布，煤系烴源巖在三角洲相和淺海—半深海相均有分布，三角洲相沉積區是煤系烴源巖主要發育區，淺海—半深海相是煤系和陸源海相烴源巖共同發育區（圖7）。煤系烴源巖的廣泛發育為該盆地奠定了很好的生油物質基礎。油氣勘探結果表明，文萊—沙巴盆地原油在全盆地富集，煤系烴源巖的廣泛分布是文萊—沙巴盆地富油的重要原因。

圖6 文萊—沙巴盆地不同區帶烴源巖生烴潛量圖

3 烴源巖熱演化程度對油氣差異分布的影響

熱是控制油氣生成的重要因素，盆地或凹陷中烴源巖的熱演化程度不同，生烴產物也存在差異[20]。曾母盆地原油和天然氣的區域分布不均衡，其中，康西凹陷以天然氣為主，探明油氣地質儲量的油氣比為0.005 8 m3/m3；南康臺地同樣以天然氣為主，但原油的比例增加，探明油氣地質儲量的油氣比為0.178 5 m3/m3；東巴林堅凹陷以原油為主，探明油氣地質儲量的油氣比為2.8 m3/m3。一方面，由于曾母盆地東巴林堅凹陷和南康臺地南部發育煤系烴源巖，具有較大的生油潛力，康西凹陷和南康臺地中北部則主要發育陸源海相烴源巖，更傾向于生成天然氣。另一方面，從曾母盆地烴源巖熱演化程度（圖8）看，東巴林堅凹陷漸新統烴源巖部分處于成熟生油階段，下中新統烴源巖大范圍處于成熟生油階段；南康臺地南部漸新統烴源巖整體處于高—過成熟階段，下中新統小范圍烴源巖處于成熟生油階段，南康臺地中北部漸新統和下中新統烴源巖總體處于高—過成熟階段；康西凹陷無論漸新統烴源巖還是下中新統烴源巖均處于過成熟階段。曾母盆地油氣探明地質儲量的油氣比與烴源巖的熱演化程度也存在較密切的關系。

圖8 曾母盆地漸新統和下中新統烴源巖熱演化程度圖

文萊—沙巴盆地發育中—上中新統烴源巖，其中，上中新統為主要烴源巖發育段，中中新統為次要烴源巖發育段。根據文萊—沙巴盆地中部Z-1井和N-1井的單點熱模擬實驗。Z-1井的中中新統烴源巖在中中新世晚期（距今約12.4 Ma）進入低成熟階段（Ro=0.5%），在晚中新世早期（距今約10.2 Ma）進入成熟階段（Ro=0.7%），在晚中新世晚期（距今約6.5 Ma）進入高成熟階段（Ro=1.3%），在上新世早期（距今約3.8 Ma）進入過成熟階段（Ro=2.0%）（圖9-a）。N-1井的中中新統烴源巖生烴史與Z-1井相似，N-1井的中中新統烴源巖在中中新世晚期（距今約12.6 Ma）進入低成熟階段，在晚中新世早期（距今約11.0 Ma）進入成熟階段，在晚中新世晚期（距今約7.5 Ma）進入高成熟階段，在上新世早期（距今約5.0 Ma）進入過成熟階段（圖9-b）。由此可見，作為文萊—沙巴盆地的次要烴源巖，中中新統烴源巖的熱演化程度普遍較高，現今主要處于高—過成熟生氣階段。

圖9 文萊—沙巴盆地中—上中新統烴源巖成熟史圖

Z-1井上中新統烴源巖在晚中新世晚期（距今約7.0 Ma）進入低成熟階段（Ro=0.5%），在上新世早期（距今約4.0 Ma）進入成熟階段（Ro=0.7%），現今最大Ro約為1.2%，仍然處于生油窗內（圖9-a）。N-1井上中新統烴源巖在晚中新世晚期（距今約7.0 Ma）進入低成熟階段（Ro=0.5%），在上新世早期（距今約4.8 Ma）進入成熟階段（Ro=0.7%），在上新世早期（距今約1.0 Ma）進入過成熟階段（Ro=1.3%）（圖9-b）。作為文萊—沙巴盆地主要烴源巖，上中新統烴源巖主體處于生油窗內，以生油為主。

4 結論

1）曾母盆地漸新統—下中新統和文萊—沙巴盆地中—上中新統發育煤系烴源巖和陸源海相烴源巖，煤系烴源巖和陸源海相烴源巖有機質均主要來源于陸生高等植物。煤系烴源巖殼質組平均含量超過30.0%，基質鏡質體含量超過40.0%，生油能力較強。該區煤系烴源巖的生油能力是陸源海相烴源巖的5倍多，而陸源海相烴源巖以生氣為主。

2）煤系烴源巖和陸源海相烴源巖分布是控制曾母盆地和文萊—沙巴盆地油氣差異分布的關鍵因素。曾母盆地烴源巖分布表現為“三角洲相煤系＋濱淺海—半深海相陸源海相烴源巖”模式，三角洲平原相發育煤系烴源巖，三角洲前緣相—濱淺海相發育陸源海相烴源巖，煤系烴源巖分布較為局限，陸源海相烴源巖分布廣泛，生氣潛力大于生油潛力。文萊—沙巴盆地烴源巖分布表現為“三角洲/濁積煤系—陸源海相”模式，三角洲相和半深海—深海濁積扇相均可發育煤系烴源巖，煤系烴源巖分布廣泛，生油潛力大于生氣潛力，這是文萊—沙巴盆地富油、曾母盆地富氣的關鍵原因。

3）烴源巖熱演化是控制曾母盆地和文萊—沙巴盆地油氣差異分布的重要因素。曾母盆地除東巴林堅凹陷和南康臺地南部烴源巖處于成熟生油階段，康西凹陷和南康臺地中北部烴源巖則處于高成熟—過成熟生氣階段；文萊—沙巴盆地上中新統烴源巖主體處于成熟生油階段，曾母盆地和文萊—沙巴盆地烴源巖的熱演化程度與油氣分布具有較好的一致性。在“源”和“熱”的共同作用下，曾母盆地原油主要分布在東巴林堅凹陷，其他地區以天然氣為主，文萊—沙巴盆地則整體以原油為主。