侯宇光，何 生，杨香华，段 威，朱光辉，许晓明，董 田

(1.中国地质大学(武汉) 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074；2. 中海石油(中国)有限公司 北京研究中心，北京 100027)

澳大利亚波拿巴盆地大陆边缘裂陷期海陆过渡相烃源岩地球化学特征与发育模式

侯宇光1，何 生1，杨香华1，段 威1，朱光辉2，许晓明2，董 田1

(1.中国地质大学(武汉) 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074；2. 中海石油(中国)有限公司 北京研究中心，北京 100027)

对构造地质背景、沉积充填特征以及有机地球化学特征等综合分析表明，海陆过渡相烃源岩形成于波拿巴(Bonaparte)盆地大陆边缘裂陷的主裂陷期；河流—三角洲的发育为陆源高等植物输入提供了沉积空间，强烈的差异裂陷活动不但为烃源岩的形成提供了高可容纳空间和欠补偿的沉积环境，同时“隆凹相间”的沉积格局有利于相对稳定的半封闭—半开放沉积环境的形成。海陆过渡相烃源岩形成于相对氧化、陆源物质供给充足的沉积环境，岩性上以碳质泥页岩为主，广泛发育含煤层系，富含陆源植物碎片与孢粉化石，及少量海相浮游化石。陆源碎屑对烃源岩有机质富集具有重要影响，沿着陆源输入方向，烃源岩有机质丰度逐渐降低，有机质类型由以腐殖型为主向腐泥腐殖混合型变化；气相色谱由后峰型、后双峰型向前双峰型过渡，(n-C21+n-C22)/(n-C28+n-C29)和αααC27R/αααC29R比值逐渐增加，Pr/Ph比值降低，也说明有机质母源由以陆源高等植物为主向陆源和水生生物混合来源转变，沉积环境由氧化向弱氧化—弱还原过渡。

地化特征；海陆过渡相烃源岩；大陆边缘裂陷期；波拿巴盆地；澳大利亚

随着我国对海外油气市场依赖度的不断增加，澳大利亚已经成为我国海外油气投资的重点地区。波拿巴盆地位于澳大利亚西北大陆架的最北端，是澳大利亚西北大陆架三大富油气沉积盆地之一。在波拿巴盆地复杂的沉积—构造演化历史过程中，主要形成了古生界和中生界2套烃源岩层系，发育于大陆边缘裂陷阶段的中下侏罗统—下白垩统的海陆过渡相碳质泥岩、煤系和海相页岩型烃源岩控制了波拿巴盆地大部分油气资源，其油气当量占盆地总储量的92.8%以上[1-3]。随着世界上页岩油气勘探的兴起，该套烃源岩也必将成为页岩油气勘探的主要目标之一。从前人的研究成果来看，波拿巴盆地油气分布规律具有“环带分布”和“西油东气”的特征，明显受到烃源岩发育层位，有机质丰度、类型和成熟度，以及分布范围等特征的控制[4-6]。前人在波拿巴盆地烃源岩、含油气系统和油气源对比等研究方面已经取得了较多的研究进展[7-10]，但针对不同构造单元内主力烃源岩的归属，不同层位烃源岩的生烃类型和油气贡献方面仍有待深入研究，尤其缺乏对大陆边缘裂陷阶段烃源岩发育特征和发育模式的整体认识。然而，海陆过渡相烃源岩已被认为是大陆边缘盆地最有利的烃源岩类型，具有“海陆双源、有机质成烃转化条件好、横向分布稳定性高、成藏条件优越等特征”[11-12]。为此，本文将以宏观的角度，通过对烃源岩发育的构造背景、沉积充填特征和有机地球化学特征等3个方面的综合分析，总结波拿巴盆地大陆边缘裂陷期海陆过渡相烃源岩的地球化学特征与发育模式。

1 区域地质概况

波拿巴盆地是在前寒武系基底之上，在伸展构造背景下，受多期伸展沉降和裂陷沉降等活动叠加发展形成的复合型伸展盆地，由古生代的克拉通内盆地和中—新生代的大陆边缘盆地构成。盆地主体部分位于海上，陆上部分为Kimberley古老克拉通盆地，总体呈“喇叭状”向北部Timor海的海域张开，其西南与Browse盆地相邻，东北以Cockatoo断裂带为界与Arafura盆地和Money Shoal盆地相接(图1)[13-14]。波拿巴盆地内部的构造格局主要受南部北西—南东走向的古生代构造带和北部北东—南西走向的中生代构造带控制[3,6,9,13]。古生代盆地以南部的Petrel坳陷为主体，代表了一个北西—南东走向的裂谷带。盆地北部地区自西向东可划分为7个次级构造单元，即Ashmore断隆、Vulcan地堑、Londonderry断隆、Sahul凹陷、Sahul断隆、Malita地堑，以及东南部的Darwin斜坡，它们组成了北东—南西走向的中生代构造带(图1)。

波拿巴盆地经历了复杂的演化过程，许多学者先后进行了大量的研究[15-16]，结合已有研究成果，可将从石炭纪—早二叠世以来其构造演化划分为7个阶段，其中5个沉降阶段是盆地演化的主要阶段，2个是应力调节差异断块活动的构造反转阶段。具体为：石炭纪末—早二叠世克拉通裂陷阶段、晚二叠世—早三叠世大陆边缘拗陷阶段、三叠纪末构造反转阶段、早中侏罗世—早白垩世大陆边缘裂陷阶段、早白垩世晚期—晚白垩世拗陷阶段、晚白垩世末—古新世构造反转阶段和始新世—至今被动大陆边缘发展阶段(图2)。早中侏罗世—早白垩世的大陆边缘裂陷期，在北东—南西走向的中生代构造带内充填了以中生界为主的沉积地层，最厚约达15 km，其中的Vulcan地堑、Sahul凹陷和Malita地堑，不但是盆地的沉降中心和主要生烃中心，而且目前发现的油气资源也主要集中在这几个区域。

截至2008年底，波拿巴盆地共发现油气藏72个，其中石油(含凝析油)可采储量2.45×108t，天然气可采储量9 297.28×108m3，天然气储量占总油气储量的78%。按麦凯尔韦分类，统计的油气证实储量(含经济和次经济)为7.89×108t[1-3,6]。据目前的油气勘探和统计结果来看，波拿巴盆地的油气资源是相当丰富的，但由于其油气分布极不均衡，给油气勘探带来较大的难度，给投资带来很大的风险。因此，加强对烃源岩特征研究、总结烃源岩发育模式等基础性研究显得尤为重要。

图1 澳大利亚波拿巴盆地构造位置和构造单元划分

图2 澳大利亚波拿巴盆地地层综合柱状图

2 烃源岩地球化学特征

研究区下—中侏罗统Plover组、中侏罗统Elang组和上侏罗统Frigate组3套海陆过渡相烃源岩，主要分布在波拿巴盆地北部北东—南西走向的中生代构造带范围内，凹陷和地堑构造中沉积较厚，而在断隆构造上的沉积较薄或缺失，并遭受了不同程度的剥蚀[15-18]。

2.1 烃源岩基本地球化学特征

本次研究共收集了波拿巴盆地193口钻井的烃源岩地球化学资料。经统计分析，侏罗系各组烃源岩的有机碳含量均以1.0%～2.0%为主，并以Plover组最高，大于2.0%的占43%；生烃潜量(S1+S2)在Frigate和Elang组均以2.0～4.0 mg/g为主，Plover组以大于6 mg/g的部分占主体。总体来看，烃源岩有机质丰度均较高，属于中等—好烃源岩，裂陷早期发育的以碳质泥岩和煤系为主的中下侏罗统Plover组丰度最高，而低等海生生物相对发育的中上侏罗统烃源岩的丰度相对较低(表1)。从有机碳含量平面分布图来看(图3)，裂陷发育区与高有机碳含量对应良好，其分布受物源类型以及“隆凹相间”沉积格局的共同影响。

干酪根显微组分分析数据的统计结果(表1)，岩石热解[氢指数(IH)和最大热解峰温(Tmax)]分析(图4)共同表明，海陆过渡相烃源岩总体上以Ⅲ型和Ⅱ2型倾气型干酪根为主，Plover组泥岩以Ⅲ型为主，随着层位的变浅，Ⅱ1和Ⅱ2型干酪根有所增加。从有机质类型在不同构造单元的分布上来看，Ashmore断隆和Malita地堑以Ⅲ型和Ⅱ2型为主，更利于生气；而Vulcan地堑、Sahul凹陷、Londonderry断隆和Sahul断隆Ⅱ2型干酪根相对更高，且含有一定的Ⅱ1型干酪根，表明该区既可生油又可生气。由上可见，有机质类型的分布规律与研究区“隆凹相间”构造格局影响下的沉积充填特征密切相关，受海陆过渡相沉积环境的控制，有机质类型主要以腐殖型为主，仅在“陆源物质供给较弱和局限海范围较大”的裂陷中央沉积区发育少量偏油型干酪根。

表1 澳大利亚波拿巴盆地海陆过渡相烃源岩基本地球化学特征参数

图3 澳大利亚波拿巴盆地Plover组和Elang组有机碳含量(TOC)等值线

图4 澳大利亚波拿巴盆地Plover组和Elang组烃源岩IH-Tmax有机质类型

波拿巴盆地侏罗系烃源岩大部分处于成熟—高成熟阶段[6,8-9]。从不同构造单元的有机质成熟度分布来看(图5)，负向构造单元Vulcan地堑、Sahul凹陷和Malita地堑的成熟度相对较高，正处于生烃高峰期，而Malita地堑大部分区域处于高熟—过熟阶段，主要以生气为主；正向构造单元Londonderry断隆、Sahul断隆和Ashmore断隆成熟度相对较低，基本处于未熟—低熟阶段。有机质成熟度的平面分布具有“裂陷高、凸起低、东高西低”的特征，与大陆边缘裂陷期“隆凹相间”的构造格局和现今“东气西油”的油气分布规律相吻合。

图5 澳大利亚波拿巴盆地Plover组和Frigate组镜质体反射率(Ro)等值线

2.2 烃源岩生物标志化合物特征

饱和烃气相色谱特征在一定程度上可以反映烃源岩的母质类型、沉积环境和热成熟度等特征[11,19-20]。从烃源岩的气相色谱分析可知(图6)，中下侏罗统Plover组以后峰型或后双峰型为主，表明其母源中陆源高等植物来源占有相当的比例，由Londonderry断隆向Sahul凹陷方向，气相色谱变为前双峰型；中上侏罗统Elang和Frigate组以双峰型为主，说明其母源来自水生生物和陆源高等植物的共同贡献，而且水生生物的比重明显增加。(n-C21+n-C22)/(n-C28+n-C29)比值的高低反映了母质中水生生物来源与陆源高等植物所占比例的大小(表2)，该比值沿Londonderry断隆—Sahul凹陷—Sahul断隆方向逐渐增加，说明有机质母源由以陆源高等植物为主向以水生生物来源为主变化。类异戊二烯型链烷烃以姥鲛烷的含量高于植烷为特征(多数Pr/Ph>2)，说明原始母质总体处于偏氧化的沉积环境；该比值同样由陆缘向盆地方向逐渐减小，反映其沉积水体的氧化性在逐渐降低。

C27规则甾烷/C29规则甾烷(αααC27R/αααC29R)比值经常被用于判别烃源岩母质中陆源高等植物和低等水生生物所占比重。从表2和图7可知，Londonderry断隆Plover和Elang组的αααC27R/αααC29R比值均小于1，Sahul凹陷在0.48～2之间变化，而Sahul断隆则均高于1，这一特征说明烃源岩母质来源明显受陆源输入的影响，由陆地向海盆方向，高等植物输入逐渐减弱，水生生物来源逐渐增强。

图6 澳大利亚波拿巴盆地侏罗系烃源岩典型气相色谱

表2 澳大利亚波拿巴盆地侏罗系烃源岩生物标志化合物参数

从图7所反映的不同构造单元烃源岩三环萜烷、孕甾烷的相对含量，以及表2中常用于烃源岩成熟度参数的Ts/Tm和C29αββ/(ααα+αββ)比值的变化来看，来自Sahul断隆和Sahul凹陷的烃源岩样品具有相对更为丰富的三环萜烷和孕甾烷，Sahul断隆烃源岩的Ts/Tm比值明显高于其他2个构造单元，而Londonderry断隆最低；C29αββ/(ααα+αββ)比值也具有相似的变化趋势。这均说明，有机质成熟度由东部的Sahul断隆，向中部的Sahul凹陷和西部的Londonderry断隆是逐渐降低的，这也与镜质体反射率的测试结果一致。

3 烃源岩发育的构造—沉积背景

从早—中侏罗世开始，受澳大利亚大陆与印度板块、南极洲板块之间分离产生的伸展应力作用控制，在区域近南北或北北西—南南东方向的伸展构造背景下，澳大利亚西北大陆边缘进入裂陷活跃期[15-16]。早中侏罗—晚侏罗世是波拿巴盆地大陆边缘裂陷的主裂陷幕(裂陷Ⅰ幕)，此时隆起规模大，裂陷深度大、范围小，强烈的差异抬升和沉降作用造就了波拿巴盆地“大隆小凹”的构造格局[17-18]。裂陷为烃源岩的形成提供了高可容纳空间和欠补偿的沉积环境，而“隆凹相间”的沉积格局有利于半封闭—半开放沉积水体的形成。

在大陆边缘裂陷的活跃期，波拿巴盆地基底持续沉降，隆起区持续隆升，古地形高差大，丰富的陆源碎屑供给和长期发育的物源体系为海陆过渡相烃源岩的形成起到了重要的控制作用。在裂陷初始阶段(早—中侏罗世)，研究区主要以河流和三角洲物源体系为主(图2，8)[3,6,17-18]。来自南部陆地方向的河流和三角洲沉积十分发育，携带了大量的陆源碎屑物质入盆，含煤层系发育，研究区广泛发育滨浅海沉积，仅在狭长的凹陷和地堑(Vulcan次盆)中央发育小范围、较厚的以浅海—较深海细粒沉积物为主的局限海沉积。由于陆源物质输入强度大，且局限海范围小，本期发育的烃源岩富含陆源植物碎片与孢粉化石，含少量海相浮游化石(沟鞭藻)，除了在凹陷和地堑的中央位置发育油型烃源岩外，多以气型烃源岩为主。在此时期形成了最为重要的Plover组海陆过渡相主力烃源岩。经过Callovian期短暂的构造反转和抬升剥蚀之后，进入裂陷稳定发展阶段(中—晚侏罗世)，裂陷活动再次加强，陆源供给有所减弱，广泛发育的大型三角洲逐渐被中小型三角洲和扇三角洲取代。此时，分布在凹陷和地堑的局限海范围有所扩大，烃源岩中低等海相浮游生物占有一定的比重，但仍以发育海陆过渡相烃源岩为主。此阶段形成了Elang和Frigate组2套次要烃源岩。

图7 澳大利亚波拿巴盆地侏罗系烃源岩典型甾、萜质量色谱

图8 澳大利亚波拿巴盆地早—中侏罗世沉积相展布[21]

总之，物源体系的供给类型和强度以及“隆凹相间”的沉积格局共同控制了波拿巴盆地大陆边缘裂陷期海陆过渡相烃源岩发育特征，河流三角洲的发育为陆源高等植物输入提供了有力条件，“隆凹相间”的构造格局有利于形成相对稳定的水体环境。

4 海陆过渡相烃源岩发育模式

通过对波拿巴盆地大陆边缘裂陷期海陆过渡相烃源岩地球化学特征、构造演化、沉积充填特征的综合分析，可总结出大陆边缘裂陷期海陆过渡相烃源岩的发育模式(图9)。

海陆过渡相烃源岩发育在大陆边缘裂陷的主裂陷期。盆地构造的差异裂陷作用强、裂陷深度大范围小，形成了以狭长凹陷为主要沉积中心的“大隆深凹”的构造格局；在滨浅海广泛分布的沉积环境背景下，物源体系以海侵期的河流—三角洲为主，陆源碎屑输入较强，烃源岩以海陆过渡相的碳质泥页岩为主，广泛发育含煤层系，仅在狭长的凹陷和地堑中央发育局限海沉积。从陆地向开阔海盆方向，可以划分为三角洲平原相—前三角洲相—滨浅海相等3个烃源岩发育相带。其中，三角洲平原相烃源岩主要由碳质泥岩夹煤系地层组成，富含陆源植物碎屑与孢粉化石，有机质丰度高，有机质类型以Ⅲ型为主，陆源高等植物是其主要母质来源；前三角洲相主要以富含陆源有机质泥岩为主，仍以陆源高等植物碎片和孢粉化石为主，海相浮游植物化石有所增加，有机母质中水生生物所占比重有所增加，有机质类型以Ⅲ-Ⅱ2型为主；滨浅海相由含海陆双源的泥岩组成，海相浮游(沟鞭藻)化石明显增加，虽仍以陆源高等植物为主，但水生生物已经占有相当的比重，有机质类型变好，以Ⅱ2-Ⅱ1型为主，具有一定的生油能力。

图9 澳大利亚波拿巴盆地海陆过渡相烃源岩发育模式

5 结论

(1)受海陆过渡相沉积环境的影响，沿着陆源向海盆输入的方向，烃源岩有机质丰度逐渐降低，有机质类型由以腐殖型为主向腐泥腐殖混合型干酪根变化；烃源岩的气相色谱由后峰型、后双峰型向前双峰型变化，(n-C21+n-C22)/(n-C28+n-C29)比值逐渐增加，Pr/Ph比值降低，αααC27R/αααC29R比值增大，说明海陆过渡相烃源岩有机质来源由以陆源有机质为主向以陆源和水生生物混合为主的转变，沉积环境由强氧化向弱氧化—弱还原过渡。

(2)海陆过渡相烃源岩发育在大陆边缘裂陷的主裂陷期，强烈的差异构造沉降不仅为烃源岩的沉积充填提供了高可容纳空间和欠补偿的沉积环境，而且“隆凹相间”的沉积格局形成的半封闭—半开放的沉积环境有利于海陆过渡相烃源岩的发育。

(3)海陆过渡相烃源岩以海侵期的河流—三角洲物源体系为主，仅在狭长的凹陷和地堑中央发育局限海沉积，总体上可以划分为三角洲平原相—前三角洲相—滨浅海相等3个烃源岩发育相带；岩性上以碳质泥页岩为主，广泛发育含煤层系，富含陆源植物碎片与孢粉化石，含少量海相浮游化石，分布范围广，陆源物质输入强，以生气有机质为主。

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(编辑 黄 娟)

Geochemical characteristics and development model of transitional source rocks during the continental margin rifting stage, Bonaparte Basin, Australia

Hou Yuguang1, He Sheng1, Yang Xianghua1, Duan Wei1, Zhu Guanghui2, Xu Xiaoming2, Dong Tian1

(1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China; 2.BeijingResearchCenterofChinaNationalOffshoreOilCorporation,Beijing100027,China)

The comprehensive analyses of tectonic settings, depositional fillings and organic geochemical characteristics indicated that the source rocks in the Bonaparte Basin were deposited during the main stage of continental margin rifting, and the well-developed river delta sedimentary system was beneficial for terrigenous organic matter input. The episodic rifting of the basin and the differential subsidence of contemporaneous faults provided both plentiful accommodation space and an underfilled depositional environment. Moreover, the pattern of “uplift alternating with sag” was favorable for the development of a semi-restricted depositional environment. The transitional source rocks were deposited in an oxic depositional environment with a large amount of terrigenous input. They mainly consist of carboniferous mudstones and coal-bearing series. Abundant terrigenous plant debris and some marine planktonic debris were observed. The terrigenous materials played a very important role in organic matter accumulation. With shifting sediment sources, the organic matter enrichment was decreasing and the kerogen was increasingly dominated by sapropelic organic matter. Then-alkane distribution was characterized by a back-end biased and bimodal pattern. The (n-C21+n-C22)/(n-C28+n-C29) andαααC27R/αααC29Rratios were increasing, while the Pr/Ph ratio was decreasing. All these variations also indicated that the source organic matter was changing from terrigenous to marine, and the depositional environment was changing from oxic to dysoxic conditions.

geochemical characteristics; transitional source rocks; continental margin rifting stage; Bonaparte Basin; Australia

1001-6112(2015)03-0374-09

10.11781/sysydz201503374

2014-03-05；

2015-03-18。

侯宇光(1979—)，男，副教授，从事油气地质、盆地分析教学和科研工作。E-mail：sporthyg@126.com。

何生(1956—)，男，教授，博士生导师，从事油气成藏、非常规油气地质教学与研究。E-mail：shenghe@cug.edu.cn。

TE122.1+1

A

国家油气重大专项(2008ZX05030-02)，国家自然基金项目(41302111)，中国地质大学(武汉)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUGL110247)和中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室基金项目(TPR-2013-19)联合资助。