“源热共控”曾母盆地和文莱—沙巴盆地油气的差异分布

李友川 赵志刚 兰 蕾 杨树春

中海油研究总院有限责任公司

0 引言

曾母盆地和文莱—沙巴盆地是南海南部重要的富油气盆地，曾母盆地主要发育古近系渐新统—新近系下中新统海陆过渡相烃源岩，文莱—沙巴盆地主要发育新近系中—上中新统海陆过渡相烃源岩[1-2]。国外学者从煤相、成煤环境、有机质来源等方面对曾母盆地和文莱—沙巴盆地煤系烃源岩做了较为深入的研究[3-5]。同时，国内学者也对曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩的地球化学特征和油源开展了较多的研究，认为曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩有机质主要来源于陆生高等植物，发育煤系烃源岩和海相烃源岩[6-8]。曾母盆地和文莱—沙巴盆地已发现的油气地质储量存在很大差异，其中，曾母盆地天然气地质储量多于石油地质储量，探明天然气地质储量约4.7×1012m3，石油地质储量约8×108t，并且超过70%的原油分布在东巴林坚凹陷；文莱—沙巴盆地石油地质储量多于天然气地质储量，探明石油地质储量近40×108t，天然气地质储量1.6×1012m3，石油在全盆地均有分布。前人主要强调烃源岩热演化程度差异对曾母盆地和文莱—沙巴盆地油气差异分布的影响[9]。那么，除了烃源岩热演化差异外，两类盆地烃源岩类型及其分布是否存在差异？这种差异对两类盆地油气差异有何影响？为此，基于前人分析资料，并通过加里曼丹岛野外露头采样分析，建立了曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩发育模式，阐释两盆地烃源岩的分布规律，以期揭示曾母盆地和文莱—沙巴盆地油气差异分布的控制因素，为该区油气资源评价和油气勘探提供依据。

1 地质背景

曾母盆地和文莱—沙巴盆地位于南海南部边缘，东南与加里曼丹岛相邻（图1-a）。曾母盆地和文莱—沙巴盆地是在婆罗洲地块北缘早期被动大陆边缘减薄的过渡壳上发育的新生代挤压型前陆盆地或弧前盆地。中生代末至新生代初，古南海向婆罗洲地块俯冲消减，婆罗洲持续隆升，大量物源向北搬运，在沙巴河和拉让河等下游形成巨型三角洲，该背景为曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩的形成提供了有利条件。

图1 曾母盆地与文莱—沙巴盆地油气田分布及地层柱状图

曾母盆地南部基底为晚白垩统—始新统浅变质深海浊积岩，上白垩统—始新统烃源岩热演化程度很高，对该区油气成藏不具有效性。渐新统—中新统为海陆过渡相和海相沉积，是曾母盆地主要烃源岩发育层系（图1-b）。文莱—沙巴盆地基底为褶皱的晚始新统—早中新统深海复理石，始新统、渐新统和下中新统烃源岩热演化程度很高，对该区油气成藏不具有效性，主要烃源岩为中—上中新统烃源岩，其次为下上新统烃源岩（图1-c），二者均形成于海陆过渡相和海相环境。

2 曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩特征对油气差异分布的影响

烃源岩是油气生成的物质基础，有机质来源和有机质类型对烃源岩生烃产物有着重要的影响。腐泥型和偏腐泥混合型有机质倾向于生成原油，腐殖型和偏腐殖混合型有机质倾向于生成天然气[10]。因此，烃源岩特征的差异是决定盆地油气差异分布的关键因素。

2.1 曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩生烃特征

2.1.1 曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩有机质组成特征

壳质组是煤系烃源岩的重要生烃组分，其生烃特征类似于偏腐泥混合型有机质，具有较强的生油能力[11]。对于液态烃产率来说，壳质组并不亚于偏腐泥混合型有机质生油岩[12]，因此壳质组含量越高，煤系烃源岩生油能力越强。南海北部珠江口盆地白云凹陷古近系恩平组煤系烃源岩壳质组含量普遍小于10.0%[13]，生油能力较弱，以恩平组为主力烃源岩的白云凹陷以天然气为主。南海南部曾母盆地7个煤系烃源岩样品中，除1个样品壳质组含量为12.0%外，其他6个样品壳质组含量均超过30.0%，平均值为34.3%；文莱—沙巴盆地5个煤系烃源岩样品壳质组含量介于22.2%～36.8%，平均值为30.3%。两者煤系烃源岩壳质组含量均很高（表1），说明曾母盆地和文莱—沙巴盆地煤系烃源岩具有较强的生油能力。

表1 曾母盆地和文莱—沙巴盆地煤系烃源岩有机显微组分表

基质镜质体也是重要的生烃组分，基质镜质体不但能生成大量的气态烃，还能生成一定数量的液态烃[14]。曾母盆地煤系烃源岩基质镜质体含量介于38.0%～55.0%，平均值为43.9%；文莱—沙巴盆地煤系烃源岩基质镜质体含量介于45.6%～61.0%，平均值为52.0%，两者煤岩中的基质镜质体含量也很高（表1）。曾母盆地煤系烃源岩的热解氢指数（HI）介于230～516 mg/g，平均值为338 mg/g，有机质类型为偏腐殖混合型和偏腐泥混合型。因此，曾母盆地和文莱—沙巴盆地煤系烃源岩均具有较强的生油潜力。

加里曼丹岛西北部渐新统—中新统陆源海相烃源岩野外露头样品干酪根组成以镜质组和腐殖无定形体为主，镜质组含量介于15.0%～95.0%，平均值为49.2%；腐殖无定形体含量介于0～83.0%，平均值为39.5%；壳质组和惰质组含量普遍较低，平均值分别为5.3%和6.6%，明显表现出以陆生高等植物来源的有机质特征，有机质类型主要为偏腐殖混合型和腐殖型，具有油气兼生、以气为主的特点。

2.1.2 煤系烃源岩和陆源海相烃源岩生烃特征

为了对比曾母盆地和文莱—沙巴盆地煤系烃源岩和陆源海相烃源岩的生烃差异，采用半开放高温高压生烃模拟实验对加里曼丹岛西北部渐新统—中新统煤系烃源岩和陆源海相烃源岩进行了生烃模拟。样品取自加里曼丹岛野外露头，煤系烃源岩样品取自渐新统，陆源海相烃源岩样品取自中新统。煤样总有机碳含量（TOC）为43.8%，HI为452 mg/g；陆源海相烃源岩TOC为2.4%，HI为141 mg/g。从生烃模拟结果看，煤具有较强的生油能力，总生油量可达262.71 mg/g，生油高峰期的镜质体反射率值（Ro）为1.13%（图2-a）。陆源海相烃源岩生油能力较弱，总生油量最大值为47.79 mg/g，生油高峰的Ro值约为0.94%，其生油量远小于煤（图2-b）。陆源海相烃源岩虽然生油量较小，但生气量却很大，达到981.72 mL/g，远高于煤系烃源岩。由此可见，曾母盆地和文莱—沙巴盆地及其邻区煤系烃源岩具有较强的生油能力，而陆源海相烃源岩则以生气为主。

图2 加里曼丹岛西北部渐新统—中新统烃源岩生烃曲线图

2.2 曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩分布特征

2.2.1 曾母盆地烃源岩发育模式及分布规律

晚渐新世—早中新世时期，三角洲相沉积覆盖了东巴林坚凹陷西南部和南康台地南部等地区，盆地的东部则以滨浅海相沉积为主。从已钻井揭示的烃源岩地球化学特征看，曾母盆地中不同沉积环境下烃源岩的有机质丰度和有机质类型存在明显变化。

曾母盆地南部D35井、NA-2井和ST-1井分别钻遇三角洲平原相、三角洲前缘相和滨浅海相地层。D35井渐新统和中新统煤系烃源岩十分发育，单层煤层厚度超过1 m，NA-2井钻遇的煤层明显减薄，仅见煤线，ST-1井则没有钻遇煤层[15]。D35井烃源岩有机质丰度高，TOC普遍大于10.0%，其中，渐新统烃源岩TOC平均值为37.2%，生烃量平均值为78.4 mg/g；中新统烃源岩TOC平均值为52.5%，生烃量平均值为122.3 mg/g。NA-2井烃源岩有机质丰度次之，渐新统烃源岩TOC平均值为1.7%，生烃量平均值为2.3 mg/g；中新统烃源岩TOC平均值为1.4%，生烃量平均值为2.4 mg/g。ST-1井渐新统TOC平均值为1.4%，生烃量平均值为2.5 mg/g；中新统烃源岩TOC平均值为0.7%，生烃量平均值为0.5 mg/g（图3）。

图3 曾母盆地渐新统—中新统烃源岩地球化学特征连井剖面图

D35井渐新统烃源岩HI介于100～400 mg/g，平均值为192 mg/g；中新统烃源岩HI介于150～ 300 mg/g，平均值为 224.8 mg/g。NA-2井渐新统烃源岩HI介于100～200 mg/g，平均值为143 mg/g；中新统烃源岩HI介于80～300 mg/g，平均值为139 mg/g。ST-1井渐新统烃源岩HI介于100～200 mg/g，平均值为166 mg/g；中新统烃源岩HI介于50～180 mg/g，平均值为100 mg/g。

由此可见，曾母盆地三角洲平原相煤系烃源岩最优，有机质丰度高，有机质类型好；三角洲前缘相不发育煤系烃源岩，陆源海相烃源岩的有机质丰度降低，有机质类型变差；滨浅海相发育陆源海相烃源岩，烃源岩的有机质丰度普遍较低，有机质类型较差。总体而言，从三角洲平原相到三角洲前缘相，再到滨浅海相，烃源岩的有机质丰度降低，有机质类型变差，烃源岩质量变差。从烃源岩平面的分布看，曾母盆地南部的东巴林坚凹陷西南部、南康台地南部、西巴林坚凸起、塔陶凸堑及西部斜坡为海陆过渡相煤系烃源岩发育区，而康西凹陷绝大部分及南康台地中北部则为陆源海相烃源岩发育区，煤系烃源岩主要分布于曾母盆地南部和西部盆地边缘区域，而盆地的中北部则以陆源海相烃源岩为主（图4）。

图4 曾母盆地沉积相与烃源岩分布叠合图

曾母盆地烃源岩分布表现为“三角洲相煤系＋滨浅海—半深海相陆源海相烃源岩”发育模式（图5）。煤系烃源岩的发育和分布受控于三角洲相沉积，滨浅海—半深海相沉积则发育陆源海相烃源岩，烃源岩的发育具有较强的分带性，三角洲相煤系烃源岩有机质丰度高、生烃潜量高，富氢组分含量高，具有较强的生油能力；陆源海相烃源岩有机质丰度偏低，富氢组分含量较低，以生气为主。东巴林坚凹陷及南康台地南部煤系烃源岩发育区生油潜力较大，康西凹陷及南康台地中北部陆源海相烃源岩发育区则以生气为主。油气勘探结果表明，曾母盆地原油主要分布于东巴林坚凹陷，天然气主要分布于康西凹陷和南康台地，原油的分布与煤系烃源岩分布表现出较好的一致性，天然气的分布与陆源海相烃源岩分布表现出较好的一致性。因此，煤系烃源岩和陆源海相烃源岩的分布是控制曾母盆地油气差异分布的重要因素。

图5 曾母盆地“三角洲煤系—陆源海相烃源岩”发育模式图

2.2.2 文莱—沙巴盆地烃源岩发育模式及分布规律

文莱—沙巴盆地自早中新世以来发育多期三角洲[16]，这些三角洲为煤系烃源岩的形成奠定了很好的基础。同时，由于沉积物快速供给越过陆架坡折后，在陆坡深水区发育大规模浊积岩[17]，这些浊积岩不仅能将三角洲上富集的大量高等植物碎屑搬运到海洋中再沉积，也为陆源海相烃源岩的形成提供物质基础，而且三角洲平原早期形成的富有机质沉积也会通过浊流的形式整体搬运至深水区，形成夹杂在浊积岩中的煤层。在沙巴纳闽地区野外露头可以观察到夹杂在大套砂岩中、缺乏根土岩的透镜状煤层[18]。Arthur等[19]对加里曼丹岛东部库太盆地的研究结果表明，浊积岩中的碳质纹层是该盆地深水区油气的重要烃源岩。

文莱—沙巴盆地可分为近陆的北内带和南内带，以及远陆的外带（图6-a）。北内带和南内带晚中新世以三角洲相和滨浅海相沉积为主，两带内均揭示煤系的煤和碳质泥岩，具有高的TOC和热解生烃潜量（S1＋S2），煤的TOC平均值为52.8%，热解生烃潜量平均值为101.6 mg/g；碳质泥岩的TOC平均值为23.6%，热解生烃潜量平均值为42.3 mg/g（图6-b、c），这些煤系烃源岩的发育与三角洲密切相关。外带晚中新世虽然以半深海—深海相沉积为特征，但同样发育煤系的煤和碳质泥岩，具有高的TOC和热解生烃潜量（S1＋S2），煤的TOC平均值为48.3%，热解生烃潜量平均值为81.6 mg/g；碳质泥岩的TOC平均值为15.4%，热解生烃潜量平均值为24.7 mg/g（图6-d），这类煤系烃源岩的发育则与浊积岩密切相关。因此，文莱—沙巴盆地不仅盆地边缘三角洲发育煤系烃源岩，而且盆地内的浊积岩也发育煤系烃源岩，文莱—沙巴盆地烃源岩分布表现为“三角洲/浊积煤系—陆源海相”发育模式（图7），盆地内煤系烃源岩广泛分布，煤系烃源岩在三角洲相和浅海—半深海相均有分布，三角洲相沉积区是煤系烃源岩主要发育区，浅海—半深海相是煤系和陆源海相烃源岩共同发育区（图7）。煤系烃源岩的广泛发育为该盆地奠定了很好的生油物质基础。油气勘探结果表明，文莱—沙巴盆地原油在全盆地富集，煤系烃源岩的广泛分布是文莱—沙巴盆地富油的重要原因。

图6 文莱—沙巴盆地不同区带烃源岩生烃潜量图

3 烃源岩热演化程度对油气差异分布的影响

热是控制油气生成的重要因素，盆地或凹陷中烃源岩的热演化程度不同，生烃产物也存在差异[20]。曾母盆地原油和天然气的区域分布不均衡，其中，康西凹陷以天然气为主，探明油气地质储量的油气比为0.005 8 m3/m3；南康台地同样以天然气为主，但原油的比例增加，探明油气地质储量的油气比为0.178 5 m3/m3；东巴林坚凹陷以原油为主，探明油气地质储量的油气比为2.8 m3/m3。一方面，由于曾母盆地东巴林坚凹陷和南康台地南部发育煤系烃源岩，具有较大的生油潜力，康西凹陷和南康台地中北部则主要发育陆源海相烃源岩，更倾向于生成天然气。另一方面，从曾母盆地烃源岩热演化程度（图8）看，东巴林坚凹陷渐新统烃源岩部分处于成熟生油阶段，下中新统烃源岩大范围处于成熟生油阶段；南康台地南部渐新统烃源岩整体处于高—过成熟阶段，下中新统小范围烃源岩处于成熟生油阶段，南康台地中北部渐新统和下中新统烃源岩总体处于高—过成熟阶段；康西凹陷无论渐新统烃源岩还是下中新统烃源岩均处于过成熟阶段。曾母盆地油气探明地质储量的油气比与烃源岩的热演化程度也存在较密切的关系。

图8 曾母盆地渐新统和下中新统烃源岩热演化程度图

文莱—沙巴盆地发育中—上中新统烃源岩，其中，上中新统为主要烃源岩发育段，中中新统为次要烃源岩发育段。根据文莱—沙巴盆地中部Z-1井和N-1井的单点热模拟实验。Z-1井的中中新统烃源岩在中中新世晚期（距今约12.4 Ma）进入低成熟阶段（Ro=0.5%），在晚中新世早期（距今约10.2 Ma）进入成熟阶段（Ro=0.7%），在晚中新世晚期（距今约6.5 Ma）进入高成熟阶段（Ro=1.3%），在上新世早期（距今约3.8 Ma）进入过成熟阶段（Ro=2.0%）（图9-a）。N-1井的中中新统烃源岩生烃史与Z-1井相似，N-1井的中中新统烃源岩在中中新世晚期（距今约12.6 Ma）进入低成熟阶段，在晚中新世早期（距今约11.0 Ma）进入成熟阶段，在晚中新世晚期（距今约7.5 Ma）进入高成熟阶段，在上新世早期（距今约5.0 Ma）进入过成熟阶段（图9-b）。由此可见，作为文莱—沙巴盆地的次要烃源岩，中中新统烃源岩的热演化程度普遍较高，现今主要处于高—过成熟生气阶段。

图9 文莱—沙巴盆地中—上中新统烃源岩成熟史图

Z-1井上中新统烃源岩在晚中新世晚期（距今约7.0 Ma）进入低成熟阶段（Ro=0.5%），在上新世早期（距今约4.0 Ma）进入成熟阶段（Ro=0.7%），现今最大Ro约为1.2%，仍然处于生油窗内（图9-a）。N-1井上中新统烃源岩在晚中新世晚期（距今约7.0 Ma）进入低成熟阶段（Ro=0.5%），在上新世早期（距今约4.8 Ma）进入成熟阶段（Ro=0.7%），在上新世早期（距今约1.0 Ma）进入过成熟阶段（Ro=1.3%）（图9-b）。作为文莱—沙巴盆地主要烃源岩，上中新统烃源岩主体处于生油窗内，以生油为主。

4 结论

1）曾母盆地渐新统—下中新统和文莱—沙巴盆地中—上中新统发育煤系烃源岩和陆源海相烃源岩，煤系烃源岩和陆源海相烃源岩有机质均主要来源于陆生高等植物。煤系烃源岩壳质组平均含量超过30.0%，基质镜质体含量超过40.0%，生油能力较强。该区煤系烃源岩的生油能力是陆源海相烃源岩的5倍多，而陆源海相烃源岩以生气为主。

2）煤系烃源岩和陆源海相烃源岩分布是控制曾母盆地和文莱—沙巴盆地油气差异分布的关键因素。曾母盆地烃源岩分布表现为“三角洲相煤系＋滨浅海—半深海相陆源海相烃源岩”模式，三角洲平原相发育煤系烃源岩，三角洲前缘相—滨浅海相发育陆源海相烃源岩，煤系烃源岩分布较为局限，陆源海相烃源岩分布广泛，生气潜力大于生油潜力。文莱—沙巴盆地烃源岩分布表现为“三角洲/浊积煤系—陆源海相”模式，三角洲相和半深海—深海浊积扇相均可发育煤系烃源岩，煤系烃源岩分布广泛，生油潜力大于生气潜力，这是文莱—沙巴盆地富油、曾母盆地富气的关键原因。

3）烃源岩热演化是控制曾母盆地和文莱—沙巴盆地油气差异分布的重要因素。曾母盆地除东巴林坚凹陷和南康台地南部烃源岩处于成熟生油阶段，康西凹陷和南康台地中北部烃源岩则处于高成熟—过成熟生气阶段；文莱—沙巴盆地上中新统烃源岩主体处于成熟生油阶段，曾母盆地和文莱—沙巴盆地烃源岩的热演化程度与油气分布具有较好的一致性。在“源”和“热”的共同作用下，曾母盆地原油主要分布在东巴林坚凹陷，其他地区以天然气为主，文莱—沙巴盆地则整体以原油为主。