石 磊，殷進(jìn)垠，田納新，姜向強(qiáng)，陸紅梅

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

澳大利亞Vulcan次盆Puffin油田油氣源與成藏

石 磊，殷進(jìn)垠，田納新，姜向強(qiáng)，陸紅梅

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

Puffin油田目前油氣來源不明，主力烴源巖展布及主要生、排烴期不確定都制約了下一步勘探的進(jìn)行。利用烴源巖二維生烴模擬以及生物標(biāo)志物指紋對比等方法，揭示了下Vulcan組海相泥頁巖是本區(qū)最為重要的一套烴源巖，白堊紀(jì)—中新世為主要生、排烴期;而本區(qū)的Plover組烴源巖普遍演化程度較高，在晚侏羅世已達(dá)到高成熟，生烴潛力差，對于成藏的貢獻(xiàn)較為有限，屬于次要烴源巖。成藏事件圖反映出Puffin壘帶上的圈閉主要形成于侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)，中新世以前由于侏羅系以上地層斷裂不發(fā)育，下Vulcan組主力烴源巖生成的原油主要在地塹中的侏羅系圈閉中聚集成藏。中新世末，區(qū)域性的構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)形成眾多垂向斷裂并且使早期形成的斷裂體系活化，使得早期成藏的油氣垂向調(diào)整到淺層的白堊系聚集成藏。因此，目前Puffin油田發(fā)現(xiàn)的白堊系油藏主要為次生油藏，為早期侏羅系油藏調(diào)整改造到淺部壘帶上形成。

烴源巖;生烴模擬;油氣成藏;Vulcan次盆;澳大利亞

Vulcan次盆位于澳大利亞西北大陸架波拿巴盆地西部，是波拿巴盆地的次一級構(gòu)造單元，總體上為北北東－南南西走向的斷陷盆地［1－3］（圖1）。Vulcan次盆蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，20世紀(jì)80年代相繼發(fā)現(xiàn)了Challis，Jaburo等一系列商業(yè)性油氣藏，成為勘探的熱點(diǎn)地區(qū)。Puffin油田位于次盆西南部的Puffin地壘上（圖1），整體處于一個(gè)有利的油氣指向區(qū)，然而僅在壘帶上的白堊系低幅圈閉中找到一些小型油氣藏，油氣來源不明，主力烴源巖的展布及主要生排烴期不確定等都制約了下一步勘探的進(jìn)行，因而深入剖析本區(qū)的油源條件不僅為油氣成藏過程的認(rèn)識(shí)提供更直接的證據(jù)，對于下一步勘探潛力的評價(jià)也具有十分重要的意義。

1 烴源巖地球化學(xué)特征及其演化

1.1 烴源巖地球化學(xué)特征

Vulcan次盆主要經(jīng)歷了四期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其中侏羅紀(jì)的同裂谷期構(gòu)造演化控制著烴源巖的形成，卡洛期－牛津期的斷裂拉張形成了諸多地塹，如Swan地塹、次盆北部的Paqualin地塹等，規(guī)模最大的就屬Swan地塹，在其中沉積了厚層的海相泥頁巖［4－6］（圖 1，圖 2）。前人研究認(rèn)為，Vulcan次盆主要發(fā)育兩套烴源巖:中－下侏羅統(tǒng)Plover組碳質(zhì)頁巖、煤系地層以及上侏羅統(tǒng)下Vulcan組海相泥頁巖［7］。

下Vulcan組海相泥頁巖，在次盆的深凹陷及地塹中廣為分布。鉆井及地震資料揭示，下Vulcan組海相泥頁巖在Swan地塹的東北部以及次盆北部的Paqualin地塹沉積厚度最大，超過1 000 m，Paqualin－1井實(shí)鉆厚度可達(dá)1 213 m;而在Swan地塹南部淺洼及Motara階地，平均厚度僅200～400 m（圖2）。次盆中許多井都鉆遇了這套海相泥頁巖。大量樣品分析數(shù)據(jù)顯示，下Vulcan組海相泥頁巖為一套較為有利的烴源巖，總有機(jī)碳（TOC）值分布范圍為1.5%～2.6%，均值為1.8%;氫指數(shù)分布范圍為150～400 mg/g，均值為205 mg/g［7］;干酪根類型為Ⅱ型，主要生油。

中－下侏羅統(tǒng)Plover組為一套陸相三角洲到煤系地層沉積，烴源巖段為三角洲平原下部泥質(zhì)沉積［6］。由于沉積相變復(fù)雜且缺乏鉆井資料，目前Plover組潛在烴源巖在Vulcan次盆中的分布難以預(yù)測，僅次盆東部Montara階地上少數(shù)井鉆遇這套烴源巖（如Skua－1井，Montara－1井等），主要為煤層及碳質(zhì)頁巖，平均厚度為200 m左右，表現(xiàn)出極高的有機(jī)質(zhì)豐度。煤系地層TOC均值高達(dá)54%，碳質(zhì)泥巖豐度也在5% ～40%之間;氫指數(shù)平均值為400 mg/g，干酪根類型為Ⅱ－Ⅲ型為主［7］，由于 Plover組在 Swan地塹中埋藏較深，沒有井鉆遇，因而Swan地塹中的Plover組烴源巖對于Puffin地壘上油氣成藏的貢獻(xiàn)，未被證實(shí)，我們推測其為一套較為有利的烴源巖。

1.2 烴源巖演化特征

為了深入了解次盆中兩套烴源巖熱演化過程及其主要生排烴期，本次研究選取次盆內(nèi)5條二維測線對區(qū)域烴源巖進(jìn)行系統(tǒng)的二維生烴史模擬，模擬的基本思路是恢復(fù)烴源巖的埋藏史，運(yùn)用Sweeney等建立的EASY%Ro化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論模型模擬烴源巖的生烴史［8－10］。模擬邊界條件設(shè)定中使用的區(qū)域古水深、地表溫度以及古熱流數(shù)據(jù)均來自Kennard等1999年發(fā)表的Vulcan次盆區(qū)域熱史研究成果［11－12］。

圖1 波拿巴盆地構(gòu)造區(qū)劃（據(jù)Edwards等，2004修改）Fig.1 Structural division of Bonaparte Basin（modified from Edwards et al.，2004）

圖2 下Vulcan組海相泥頁巖分布Fig.2 Map showing the Lower Vulcan marine shale distribution

由于篇幅所限，我們僅展示過Swan地塹具有代表性的VTT－09線的二維生烴史，模擬結(jié)果顯示Swan地塹中下Vulcan組烴源巖在晚侏羅世開始生油，白堊紀(jì)—中新世為主要的生排烴階段，中新世以后基本處于晚期生油和生氣階段（圖3），Swan地塹東邊緊鄰的Montara階地上發(fā)育的下Vulcan組烴源巖由于埋藏相對較淺，熱演化程度較低，在中新世末期大部分進(jìn)入生油窗，現(xiàn)今依然位于生油窗之內(nèi)。而Plover組烴源巖在本區(qū)普遍演化程度較高，在晚侏羅世就已進(jìn)入大量生氣階段，現(xiàn)今處于干氣和過成熟階段，生烴潛力較差（圖3）。

2 Puffin油田油氣源分析

Puffin油田分為北東和南西兩個(gè)區(qū)塊，主要含油層位為上白堊統(tǒng)Puffin組儲(chǔ)層，分為UK和LK上下兩套含油層序。Puffin油田大部分油氣儲(chǔ)集在LK砂巖中，但油層厚度較薄，一般不超過10 m，UK油藏只分布于南西區(qū)塊。Puffin油田原油普遍具有低密度（均值為0.69 g/cm3），低粘度（均值為0.5 mPa·s），低膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量（3.9% ～8.4%），低含硫量（0.05%）的特征（表1），屬于低硫輕質(zhì)原油。原油族組分三角圖中（圖4），Puffin油田原油多數(shù)集中在靠近飽和烴的頂角，以輕質(zhì)飽和烴餾分為主，飽芳比較高（均值6.18）（表1）。原油甾、萜類成熟度參數(shù)甾烷C2920S/（S+R）和甾烷 C29αββ/（αββ+ααα）均值分別為0.51 和0.49，表明原油整體熱演化程度較高。其中，Puffin－9井原油樣品明顯偏高（分別為0.62和0.55），而Puffin－11井偏低（分別為0.43和0.44）。輕烴類成熟度參數(shù)分異性則表現(xiàn)得更為明顯（圖5）。

圖3 Swan地塹烴源巖演化二維模擬（VTT－09線）Fig.3 2D modeling of the source rock evolution in the Swan graben（VTT－09line）

表1 Puffin油田原油族組分參數(shù)表Table 1 Oil group components of Puffin oilfield

圖4 Puffin油田原油族組分三角圖Fig.4 Triangular diagram showing oil group components of Puffin oilfield

前人大量研究表明Vulcan次盆內(nèi)侏羅系發(fā)育的兩套烴源巖生物標(biāo)志物分布特征明顯不同，下Vulcan組海相泥頁巖富集藻類生源的C27甾烷，并且C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢，而Plover組中代表高等植物輸入的C19三環(huán)萜烷占優(yōu)勢，C27甾烷含量相對較低。這種差異性的存在反應(yīng)出烴源巖生源環(huán)境和母質(zhì)構(gòu)成的區(qū)別，這種差異性也構(gòu)成了油源對比的基礎(chǔ)［13－16］。

依據(jù)原油的甾萜類生物標(biāo)志化合物特征，Puffin油田原油可將其劃分為兩種類型:第一類原油規(guī)則甾烷 C27－C28－C29呈“L”型分布，富集藻類生源的C27甾烷，并且C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢（C19/C23三環(huán)萜烷均值為0.68），這種具有海相成因的原油與Vesta－1井下 Vulcan組抽提物（樣品深度3 240 m，TOC值為1.52）指紋特征具有良好的相關(guān)性（圖6，圖7），Puffin油田大部分原油，如Puffin－1，Puffin－5，Puffin－7等井原油都表現(xiàn)出這種特征;第二類原油僅見于Puffin－9井，成熟度高，甾萜類生物標(biāo)志化合物指紋特征與第一類原油截然不同，甾類化合物豐度整體偏低，規(guī)則甾烷C27－C28－C29呈“V”型分布，相對第一類原油 C27甾烷含量明顯偏低，C19/C23三環(huán)萜烷比值相對較高，均值為1.46，表現(xiàn)出陸源的特征。

單體烴碳同位素可反映烴類母源巖沉積環(huán)境與生源輸入特征，受成熟度、運(yùn)移分餾的影響，但其影響程度相對較小，一般小于3‰，因而原油單體烴碳同位素可作為油氣來源分析的一個(gè)重要指標(biāo)［17－18］。在使用生物標(biāo)志物對比的基礎(chǔ)上，我們通過搜集次盆內(nèi)原油單體烴碳同位素分析測試資料并與Puffin油田原油樣品進(jìn)行對比可以看出，典型的下Vulcan組成因原油相對Plover組成因原油偏輕，反映出陸相原油的單體烴碳同位素值相對海相原油偏重的規(guī)律。Puffin－9井LK層原油樣品單體烴碳同位素相對Puffin油田其他原油樣品明顯偏重（圖8），表現(xiàn)出陸源特征。Puffin－9井原油具有較高成熟度表現(xiàn)出部分陸源特征，推測其可能混入部分Plover組陸相烴源巖生成的高成熟凝析氣。

圖5 甾類及輕烴類成熟度參數(shù)對比Fig.5 Comparison of the steride and the light hydrocarbons maturity indicator

圖6 Puffin油田白堊系原油甾烷質(zhì)量色譜（m/z 217）Fig.6 Sterane mass chromatogram（m/z 217）of the Cretaceous oil samples in Puffin oilfield

生物標(biāo)志化合物以及單體烴碳同位素對比結(jié)果都表明Puffin油田大部分原油來源于下Vulcan組海相烴源巖。Puffin油田少數(shù)井原油樣品表現(xiàn)出陸源特征，推測可能混入部分Plover組陸相烴源巖晚期生成的高成熟油氣。近期在油田南部Greakauk－1井發(fā)現(xiàn)凝析氣藏，推測也正是Plover組烴源巖晚期生氣形成的。

3 成藏過程分析

Puffin油田主體位于Puffin地壘上，向東緊鄰Swan地塹。油源對比及其烴源巖熱演化模擬結(jié)果表明Puffin油田大部分原油來源于侏羅系下Vulcan組海相烴源巖，Plover組烴源巖在晚侏羅世已經(jīng)達(dá)到高演化程度，對于本區(qū)成藏貢獻(xiàn)較為有限。Swan地塹中下Vulcan組烴源巖在晚侏羅世開始生油，白堊紀(jì)—中新世為主要的生排烴期，中新世以前由于侏羅系以上的地層斷裂不發(fā)育，下Vulcan組主力烴源巖生成的原油主要在地塹中發(fā)育侏羅系圈閉中聚集成藏。

圖7 Vesta－1井下Vulcan組烴源巖抽提物甾烷質(zhì)量色譜（m/z217）Fig.7 Mass chromatogram（m/z 217）of extracts from the Lower Vulcan source rocks in the Vesta-1 well

圖8 正構(gòu)烷烴碳單體烴同位素分布（據(jù)Preston，2006修改）Fig.8 Carbon isotope distribution of monomer hydrocarbons in n-alkane（modified from Preston，2006）

中新世末全區(qū)域的構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)形成了一系列北東東向雁列式正斷層，并且使早期的斷裂體系活化［19－21］，形成許多溝通地塹中油源與壘帶上白堊系儲(chǔ)層的垂向斷裂。早期成藏的油氣垂向調(diào)整到淺層的白堊系聚集成藏（圖9），因此油氣大規(guī)模運(yùn)聚發(fā)生在中新世末期到上新世。此時(shí)Swan地塹中下Vulcan組烴源巖已達(dá)到晚期生油－生氣階段，因此油氣大規(guī)模運(yùn)聚期要晚于主力烴源巖的生排烴高峰期（圖10）。Puffin油田的白堊系油藏主要為晚期成藏和次生成藏，規(guī)模有限，并且油氣的富集與晚期斷層的活動(dòng)以及斷層封閉性有著密切的聯(lián)系。

4 結(jié)論

圖9 油氣成藏模式Fig.9 Hydrocarbon migration and accumulation patterns

圖10 Puffin油田油氣成藏事件Fig.10 Events chart showing hydrocarbon accumulation processes in Puffin oilfield

1）Vulcan次盆主要發(fā)育下Vulcan組海相泥頁巖以及Plover組陸相頁巖、煤層兩套烴源巖。Swan地塹中的下Vulcan組烴源巖在晚侏羅世開始生油，白堊紀(jì)—中新世為主要的生排烴階段，中新世以后處于晚期生油和生氣階段。Plover組烴源巖普遍在本區(qū)演化程度很高，在晚侏羅世就已進(jìn)入大量生氣階段，現(xiàn)今處于干氣和過成熟階段。

2）油源對比結(jié)果顯示，Puffin油田大部分原油來源于下Vulcan組海相烴源巖，極少數(shù)原油，表現(xiàn)出的陸源特征，可能混入了Plover組陸相烴源巖晚期生成的高成熟油氣。

3）Puffin壘帶上的白堊系圈閉形成于白堊紀(jì)末，直到中新世末才形成了溝通油源與壘帶上儲(chǔ)層的垂向斷裂，油氣運(yùn)聚期要晚于主力烴源巖的生排烴期。因此，Puffin油田的白堊系油藏主要為次生油藏，為Swan地塹中早期成藏的侏羅系油藏后期調(diào)整到淺部壘帶上聚集成藏。

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Hydrocarbon sources and accumulation in Puffin oilfield，Vulcan sub-basin，Australia

Shi Lei，Yin Jinyin，Tian Naxin，Jiang Xiangqiang and Lu Hongmei

（SINOPEC Exploration＆Production Research Institute，Beijing100083，China）

Hydrocarbon sources，distribution of the major source rocks and timing of hydrocarbon generation and expulsion are poorly understood in Puffin oilfield，constraining future exploration.Two-dimension hydrocarbon generation modeling and biomarker fingerprinting reveal that the Lower Vulcan marine shale is the most important source rocks in the study area and its peak hydrocarbon generation and expulsion occurred from Cretaceous to Miocene.In contrast，the Plover source rocks got over matured during the Late Jurassic，and contributed limited hydrocarbons due to its low capability of hydrocarbon generation.The events chart shows that the traps on the Puffin horst were mainly formed in the Jurassic-Cretaceous period.Before the Miocene，the hydrocarbon generated from the Vulcan source rocks mainly accumulated in the Jurassic traps in the graben as faults were undeveloped in strata above the Jurassic.At the end of Miocene，lots of vertical faults were created or reactivated by the regional tectonic compression，causing that hydrocarbons in the early pools vertically migrated to and accumulated in the shallow Cretaceous reservoirs.So oil in the discovered Cretaceous reservoirs is mostly secondary.

source rock，hydrocarbon generation modeling，hydrocarbon accumulation，Vulcan sub-basin，Australia

TE122.1

A

0253－9985（2012）04－0624－09

2012－01－27;

2012－07－02。

石磊（1983—），女，工程師，油氣勘探。

（編輯 張亞雄）