文萊沙巴盆地北內帶構造區中中新統烴源巖地球化學特征及生烴史

張厚和，廖宗寶

(中國海洋石油研究總院,北京100028)

王登

(湖北省地質調查院，湖北 武漢 430030)

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張厚和，廖宗寶

(中國海洋石油研究總院,北京100028)

王登

(湖北省地質調查院，湖北 武漢 430030)

在廣泛收集烴源巖樣品有機地球化學資料和分析測試的基礎上，結合區域地質特征，從烴源巖生烴潛力、生烴史以及生物標志化合物等方面，對文萊-沙巴盆地北內帶中中新統烴源巖地球化學特征進行綜合研究。研究表明：北內帶中中新統烴源巖厚度較大，中中新統下段主要為下海岸平原煤和炭質泥巖、海相泥巖，上段(Stage ⅣB)主要為海相泥巖；有機質豐度較高，有機質類型主要為Ⅲ型，少量Ⅱ2型，指示高等植物生源的奧利烷和雙杜松烷(W和T構型)豐度較高；成熟度呈現出東低西高的特征，主要處于低成熟-成熟階段。生烴史模擬表明，中中新統下段烴源巖在距今約8.7Ma進入生烴門限，8.1Ma進入成熟熱演化階段，對應的門限深度約為4000m，在距今約4.5Ma進入高成熟階段；而中中新統上段烴源巖在距今約3.8Ma進入生烴門限，對應的門限深度約為3350m，在距今約2Ma其底部進入成熟熱演化階段。

烴源巖；地球化學特征；生烴史；文萊-沙巴盆地；中中新統

文萊-沙巴盆地位于南沙海域的加里曼丹島以北(圖1)，沙巴岸外及文萊沿海一帶[1～7]，面積約9.4×104km2，屬于我國管轄的面積約占三分之一。盆地水深0～2500m，主體水深小于1500m。盆地油氣勘探始于20世紀90年代末[1～5]，勘探區主要在水深小于200m的區域，截至目前發現漸新統-下中新統、中中新統、上中新統、上新統(Stage Ⅲ、Stage ⅣA、Stage ⅣC、Stage ⅣD、Stage ⅣE、Stage ⅣF)等多套含油層系，以及Tembungo、Barton、South Furious、St Joseph、Samarang Kecil、Glayzer等一大批油氣田和含油氣構造，而在水深大于200m，特別是水深大于500m的深水區還未進行過有效油氣勘探，其勘探潛力巨大，也是重要的油氣潛力區域。遺憾的是由于各種原因，國內的相關基礎資料非常匱乏，僅有部分二維地震資料；也有諸多學者[5～10]進行過研究，但其內容主要聚焦在南沙海盆的構造特征和演化、沉積地層等方面，而對于文萊-沙巴盆地烴源巖方面的研究和認識十分有限。筆者在廣泛收集前人資料的基礎上，對研究區中中新統烴源巖地球化學特征進行了分析，并對烴源巖生烴史進行了模擬，以期能為盆地下一步油氣勘探提供科學依據。

圖1　文萊沙巴盆地構造單元劃分

1　地質概況

文萊-沙巴盆地是一個新生代前陸盆地[10～12,*夏斌. 南沙海域盆地構造演化與有利勘探區帶研究[Z].中國科學院廣州地球化學研究所, 2010.]，是南沙地塊向加里曼丹地塊俯沖所形成的，呈NE向展布，西南以廷賈斷裂與曾母盆地相隔，向北以逆沖斷裂與沙巴海槽分界(圖1)。盆地的形成演化經歷了晚白堊世-始新世弧前盆地增生階段，漸新世-早中新世前陸盆地發育與改造階段，中中新世至今的被動陸緣盆地發育階段。可劃分出6個二級構造帶[13]，分別為西巴蘭三角洲、東巴蘭三角洲、外帶構造區、南內帶構造區、北內帶構造區(北內帶)、北部沙巴；其中，北內帶位于盆地東部，緊鄰克魯克逆沖褶皺帶和北部沙巴，水深小于100m。

文萊-沙巴盆地基底為早中新世以前的地層[14～17]，在加里曼丹島沿岸(即克魯克逆沖褶皺帶)廣泛出露，為晚始新世至早中新世褶皺變形的深海復理石以及白堊世至早始新世的混雜巖，大部分屬古南海向加里曼丹島俯沖形成的增生楔，并與上覆中中新統呈不整合接觸。上覆地層包括中中新統、上新統以及第四系，盆地最大沉積厚度達6000m以上。依據區域構造活動的階段性特征[10,13]，將盆地劃分為Stage Ⅰ～Stage Ⅳ共4套地層單元。其中，Stage Ⅰ～Stage Ⅲ為盆地基底；Stage Ⅳ為中中新世至第四紀的地層，為盆地主構造層，以局部不整合為界，根據生物化石特征將其進一步劃分為7個次級地層單元(圖2)。

圖2　文萊沙巴盆地地層綜合柱狀圖

2　烴源巖地球化學特征

2.1烴源巖分布特征

中中新世早期，文萊-沙巴盆地由前陸盆地發育與改造階段過渡到被動陸緣盆地發育階段，盆地整體開始接受沉積[13,18]。此時，盆地內主要發育海岸平原相、濱岸相、淺海陸棚及半深海-深海相沉積，其中海岸平原相帶沉積面積最大；中中新世晚期的沉積特征是在中中新世早期的基礎上進一步發育起來的，分布繼承了其分布格局，盆地水體面積明顯增大，顯示海侵作用增強，海岸平原相和濱岸相沉積面積較中中新世早期明顯減少，半深海-深海相帶向盆地外擴大(圖3)。此時，盆地內發育了厚度較大的中中新世煤系和海相烴源巖，其中北內帶中中新統下段(Stage ⅣA)主要為下海岸平原煤、碳質泥巖和海相泥巖，而上段(Stage ⅣB)主要為海相泥巖。根據地震層速度計算[14]的泥巖最大厚度可達600m，平均厚度為300m。

圖3　文萊-沙巴盆地中中新世沉積相演化圖

2.2有機質豐度

有機質豐度是評價烴源巖好壞的重要指標，是形成油氣的物質基礎[19]。筆者主要從有機碳質量分數(w(TOC))和熱解生烴潛量w(S1+S2)來定量評價，由于分析數據所限，采用w(S2)(裂解烴質量分數)代替w(S1+S2)，來反映烴源巖有機質豐度。采用我國目前較為通用的泥質烴源巖和煤系烴源巖評價標準[19]，對鉆井樣品進行分析，結果見表1。

1)中中新統下段(Stage ⅣA)北內帶ST.Joseph中中新統下段泥巖w(TOC)為0.13%～3.62%，平均0.79%，w(S2)為0.19～1.92mg/g，平均0.66mg/g，總體為差-中等烴源巖；S.Furious中中新統下段泥巖w(TOC)為0.61%～9.06%，平均2.77%，w(S2)為0.30～10.37mg/g，平均2.31mg/g，總體為好烴源巖；Barton中中新統下段泥巖w(TOC)為0.37%～2.12%，平均1.22%，w(S2)為0.27～1.12mg/g，平均0.52mg/g，總體為中等-好烴源巖；煤樣w(TOC)為54.87%～57.95%，平均56.41%，w(S2)為89.04～168.06mg/g，平均128.55mg/g，為差-中等烴源巖(表1)。

現階段，浙江省政府大力推進“智慧城市”“數字城市”建設，水利作為公益型和信息密集型行業，在信息時代所承擔的社會管理和公共服務職能日益凸顯，必須加快“智慧水利”建設，推動水利部門現有管理職能和業務流程的組織創新、管理創新和制度創新。充分開發和高效利用水利信息資源，有利于推進水利政務公開，加強水利部門與社會公眾的互動，保障人民群眾的知情權、參與權、表達權、監督權；有助于深化水利行政審批制度改革，推進審批項目、流程和規則的公開化、制度化和規范化；有助于打破部門和行業分割，建立支持涉水事務管理的信息平臺和協同運作方式，促進團結治水、合力興水。

2)中中新統上段(Stage ⅣB)北內帶Binturong-1井中中新統上段泥巖w(TOC)為0.79%～2.54%，平均1.61%，w(S2)為0.46～4.68mg/g，平均1.55mg/g，總體為中等-好烴源巖；S.Furious中中新統上段泥巖w(TOC)為0.52%～1.65%，平均1.20%，w(S2)為0.40～1.85mg/g，平均1.10mg/g，總體為差-中等烴源巖(表1)。

表1　文萊沙巴盆地北內帶中中新統烴源巖有機質豐度(數據來自文獻[13,20])

總的來看，北內帶中中新統暗色泥巖樣品w(TOC)含量較高，有83.5%的泥巖樣品w(TOC)大于0.4%，屬有效烴源巖的范疇。其中，中中新統下段烴源巖w(TOC)為0.41%～9.16%，均值2.10%；中中新統上段烴源巖w(TOC)為0.52%～2.54%，均值1.45%；表明北內帶中中新統存在較好的生烴物質基礎。

利用北內帶內部及附近鉆井實測資料[13,20]，統計了不同沉積環境的烴源巖地球化學特征(圖4)。

圖4　不同沉積環境中烴源巖的地球化學特征

圖5　北內帶中中新統烴源巖IH與tmax圖版

通過分析可知，中中新統烴源巖質量受到沉積環境的明顯控制，其中，海岸平原相泥巖w(TOC)含量最高，均值達2.4%，IH(氫指數)較低，均值為62.5mg/g；其次為外淺海和半深海-深海相泥巖，其w(TOC)均值分別為0.85%和1.05%，IH均值分別為110mg/g和92mg/g。總體上表現為受海相影響小的海岸平原相泥巖具有相對高的w(TOC)、低IH，而受海相影響大的外淺海和半深海-深海相泥巖具有相對高的IH和略低的w(TOC)。

2.3有機質類型

巖石熱解參數中的IH與最高熱解峰溫(tmax)的相關圖版，常用來研究烴源巖有機質類型[19]。如圖5所示，北內帶中中新統下段(Stage ⅣA)和上段(Stage ⅣB)有機質類型相似，主要為Ⅲ型，少量Ⅱ2型。

干酪根顯微組分組成特征也是常用的判別有機質類型的參數[19]。北內帶中中新統下海岸平原泥巖顯微組分中殼質組體積分數較高，均值達50%；其次為鏡質組，均值為30.2%。中中新統海相泥巖顯微組分中鏡質組體積分數介于37.5%～61.8%，均值為48.1%；殼質組體積分數介于23.8%～30.5%，均值為26.4%；惰質組體積分數介于14.4%～37.7%，均值為25.5%。其干酪根類型指數介于-53.4～-17.5之間，也表明北內帶中中新統烴源巖有機質類型為Ⅲ型，類型較差。

生物標志化合物特征可以反映有機質的來源[21,22]，其中奧利烷和雙杜松烷常作為良好的高等植物生源標志物[21～25]。北內帶中中新統下海岸平原泥巖與海相泥巖具有一些相似的特征(圖6)：萜烷中以C30藿烷為主峰，缺失C34-35升藿烷系列，低-中等的C24四環萜烷含量，以及奧利烷(Ol)和雙杜松烷(W和T構型)的出現，其中，Ol/C30H介于0.45～0.82，(W+T)/C30H介于0.13～0.62。這些特征反映出中中新統不同沉積環境中的烴源巖均有陸生高等植物輸入，同時也表明中中新統烴源巖為偏腐殖型有機質類型，這與上述劃分的有機質類型是一致的。

圖6　北內帶中中新統烴源巖萜烷分布特征

2.4有機質熱演化程度

烴源巖中的有機質只有在埋藏深度足夠大，溫度升高到一定值時，才能大量轉化成石油。鏡質體反射率(Ro)是目前應用最廣泛的成熟度指標[19]。北內帶中中新統烴源巖Ro介于0.30%～1.52%之間，不同地區成熟度差異較大，總體上為東低西高。造成這一差異的主要原因是：北內帶東部地區為盆地邊緣斜坡，在同一地質時期相同層段的埋深北內帶東部明顯較西部淺。如圖7(a)所示，北內帶東部Tiga Papan-1井中中新統烴源巖Ro為0.30%～0.41%，處于未成熟階段，埋深較小，埋深為1600～1680m；而北內帶西部地區(圖7(b))中中新統烴源巖埋深較大，多介于3000～5000m之間，最大可達6000m，主要處于低成熟-成熟階段；同時根據Ro與深度的關系圖(圖7(b))可以看出，北內帶烴源巖生烴門限深度大約在3300～3400m之間。

圖7　文萊-沙巴盆地北內帶烴源巖成熟度剖面

3　烴源巖生烴史

對烴源巖生烴史進行模擬，首先必須重建源巖的沉積埋藏史和熱演化史。研究表明，文萊-沙巴盆地約在距今14.7Ma時開始沉積充填并快速沉降，最大沉積速度超過500m/Ma，一直持續到距今約9Ma；隨后，盆地進入穩定(緩慢)沉降期，一直持續到現今，但沉降速率明顯變低(圖8)；整個盆地在沉積充填過程中一直處于統一沉降期，未出現由于構造反轉而造成的地層剝蝕或缺失，僅發生過由于海退而造成的地層局部剝蝕或缺失。

在對盆地沉積埋藏史和熱演化史分析的基礎上，對北內帶烴源巖的生烴史進行了模擬。從生烴史模擬圖(圖9)可以看出，北內帶中中新統下段(Stage ⅣA)烴源巖在晚中新世晚期(距今約8.7Ma)進入生烴門限(低成熟階段)，此時對應的門限深度約為4000m，對應Ro為0.5%，在晚中新世晚期(距今約8.2Ma)進入成熟階段(0.7%

圖8　TEMB-3井沉降史圖　　　　　圖9　北內帶Pritchard向斜某井生烴史模擬

由此可見，北內帶中中新統烴源巖雖然有機質豐度整體較高，但生烴母質主要為陸生高等植物，而油氣卻得以聚集成藏，主要原因為盆地內地層快速沉積、烴源巖快速生烴。

4　結論

1)文萊沙巴盆地北內帶中中新統烴源巖厚度較大，主要為下海岸平原煤和炭質泥巖、海相泥巖，下段(Stage ⅣA)和上段(Stage ⅣB)烴源巖w(TOC)均值分別為2.10%和1.45%，有機質類型均以Ⅲ型為主，少量Ⅱ2型；中中新統烴源巖成熟度在不同地區差異較大，總體上為東低西高。東部中中新統烴源巖埋深較小，主要處于未成熟階段；而靠近西部地區中中新統烴源巖埋深較大，主要處于低成熟-成熟階段。

2)生物標志化合物特征研究表明，北內帶中中新統下海岸平原泥巖和海相泥巖萜烷中以C30藿烷為主峰，缺失C34-35升藿烷系列，低-中等含量C24四環萜烷，以及奧利烷和雙杜松烷(W和T構型)的出現，表明中中新統烴源巖有機質生源有陸生高等植物的貢獻。

3)生烴史模擬表明，北內帶中中新統下段烴源巖分別在距今約8.7Ma和8.2Ma進入生烴門限和成熟熱演化階段，對應的門限深度約為4000m，隨后(距今約4.5Ma)進入高成熟階段；而中中新統上段烴源巖在距今約3.8Ma進入生烴門限，對應的門限深度約為3350m，在距今約2Ma其底部進入成熟熱演化階段。

[1]李宗飛.中國南沙海域的油氣資源及地質特征綜述[J].特種油氣藏,2004,11(5):1～5.

[2]劉振湖.南沙海域沉積盆地與油氣地質條件[J].南海地質研究, 2003,(0):35～45.

[3]姚伯初,劉振湖.南沙海域沉積盆地及油氣資源分布[J].中國海上油氣,2006,18(3):150～160.

[4]姚伯初,曾維軍,Hayes D E.中美合作調研南海地質專報[M].武漢:中國地質大學出版社,1994:141～194.

[5]金慶煥.南海地質與油氣資源[M].北京:地質出版社,1989:1～95.

[6]金慶煥,李唐根.南沙海域區域地質構造[J].海洋地質與第四紀地質,2000,20(1):1～8.

[7]吳炳偉.南沙海域主要沉積盆地資源潛力分析[J].海洋石油,2007,6(3):30～35.

[8]Liechti P, Roc F N, Haile N S,et al. The geology of Sarawak, Brunei and the Western part of North Borneo[J].British Borneo Geological Survey,1960,1(3):360～370.

[9]Ho K F.Stratigraphic framework for oil exploration in sarawak[J].Bulletin of the Geological Society of Malaysia, 1987, 10:1～13.

[10]Tan D N K, Lamy J M.Tectonic evolution of the NW Sabah continental margin since the Late Eocene [J].Bulletin of the Geological Society of Malaysia, 1990, 27: 241～260.

[11]劉振湖.南海南沙海域沉積盆地與油氣分布[J].大地構造與成礦學, 2005,29(3):410～417.

[12]謝錦龍，黃沖，向峰云.南海西部海域新生代構造古地理演化及其對油氣勘探的意義[J].地質科學，2008, 43(1):133～153.

[13]Abdul J B Z, Azlina A, Abdul J B A, et al.The petroleum geology and resources of Malaysia[M].Kuala Lumpur: Petroliam National Berhad, 1999:429～472.

[14]Hadi A R A.Sequence stratigraphy of the Upper Cycle V (Late Miocene) succession of the Baram field, Baram Delta, East Malaysia[A].AAPG Annual Convention, Abstract A1[C].Dallas,1997-04-06～09.

[15]Wong R H F.Sequence stratigraphy of the Upper Miocene Stage ⅣC in the Labuan-Paisley Syncline, NW Sabah Basin[J].Scottish Journal of Geology,2014, 50(2):159～163.

[16]Mazlan B, Madon H.The stratigraphy of northern Labuan, NW Sabah Basin, East Malaysia[J].Bulletin of the Geological Society of Malaysia, 1994, 36:19～30.

[17]Stauffer P H.Studies in the Crocker Formation, Sabah[J].Geological Survey Borneo Region Bulletin, 1967, 8:1～13.

[18]Rice-Oxley E D.Paleoenvironments of the Lower Miocene to Pliocene sediments in offshore NW Sabah area[J].Bulletin Geological Society of Malaysia,1991,28:165～194.

[19]盧雙舫,張敏.油氣地球化學[M].北京：石油工業出版社,2008:201～204.

[20]Azlina A.Source rock evaluation of the Middle-Late Miocene sequences, North Sabah Basin, Malaysia[D].London:University of London, 1994:296～310.

[21]Peters K E, Moldowan J M.生物標志化合物指南[M].姜乃煌,等 譯.北京:石油工業出版社,1995：178～179.

[22]程克明,王鐵冠,鐘寧寧,等.烴源巖地球化學[M].北京:石油工業出版社,1995.

[23]陳斯忠,張明輝,張俊達.珠江口盆地東部油氣生成與勘探[J].石油與天然氣地質,1991,12(2): 95～106.

[24]黃保家, 黃合庭, 李里, 等.鶯-瓊盆地海相烴源巖特征及高溫高壓環境有機質熱演化[J].海相油氣地質, 2010,3(15):11～18.

[25]李文浩,張枝煥,李友川,等.瓊東南盆地古近系漸新統烴源巖地球化學特征及生烴潛力分析[J].天然氣地球科學,2011,4(22):700～708.

[編輯]宋換新

2015-12-20

國家科技重大專項(2011ZX05025-005)。

張厚和(1967-)，男，教授，主要從事石油天然氣勘探規劃與儲量評價工作,zhanghouhe@cnooc.com.cn。

TE121.1

A

1673-1409(2016)14-0009-07

[引著格式]張厚和，廖宗寶，王登，等.文萊-沙巴盆地北內帶構造區中中新統烴源巖地球化學特征及生烴史[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(14):9～15.