2021-4-9 | 矿业研究论文
澳大利亚陆上盆地泥页岩及其地化指标
１.泥页岩评价指标的确定
根据对北美页岩气盆地的统计，高产且经济效益好的页岩气储层往往分布面积广，埋深适中，厚度大（大于３０ｍ），总有机碳高（ＴＯＣ＞２％），成熟程度适中（Ｒｏ值为１.１％～２.５％），含气量较高（３～１０ｍ３／ｔ），产水量较少，黏土含量中等（小于４０％）和脆性较高（即低泊松比、高杨氏弹性模量），以及围岩条件有利于水力压裂控制。产层大多为含油气系统中的主力烃源岩，尤以受上升洋流影响、混合型干酪根为主的海进体系域黑色页岩为佳。因此，本次澳大利亚页岩勘探潜力评价选取以下几个主要参数：１）有机碳含量ＴＯＣ＞２％；２）镜质体反射率Ｒｏ＞０.６％或者热解Ｔｍａｘ＞４３５℃；３）厚度大于３０ｍ，且平面上有一定的分布面积，埋藏适中。由于缺乏各盆地的岩石矿物资料，对主要盆地储层岩石脆性的分析较少讨论。
２.主要泥页岩地化指标
澳大利亚陆上主要分布了８个盆地：ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地，Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地，Ｃａｒｐｅｎｔａｒｉａ盆地，Ｃａｎｎｉｎｇ盆地，Ａｍａｄｅｕｓ盆地，Ｏｆｆｉｃｅｒ盆地，Ｅｒｏｍａｎｇａ盆地，Ｂｏｗｅｎ?Ｓｕｒａｔ盆地。其中ＭｃＡｒｔｈｕｒ和Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地主要为新元古代—古生代盆地，Ｃａｎｎｉｎｇ和Ａｍａｄｅｕｓ盆地主要为古生代盆地，Ｃａｒｐｅｎｔａｒｉａ、Ｃｏｏｐｅｒ和Ｂｏｗｅｎ?Ｓｕｒａｔ盆地主要为古生代—中生代盆地。新元古代和古生代形成的烃源岩图２Ｃａｒｐｅｎｔａｒｉａ盆地和Ｏｆｆｉｃｅｒ盆地地化指标图３部分澳大利亚陆上盆地地化指标一般为海相烃源岩，以Ｉ型和Ⅱ型干酪根为主，有利于形成较大规模的页岩气。中生代多发育海陆交互相岩性组合，Ⅲ型干酪根或煤系地层较普遍，是煤层气勘探的有利地区。图２—４为各个盆地的主要烃源岩的地化指标。Ｃａｒｐｅｎｔａｒｉａ和Ｏｆｆｉｃｅｒ盆地的ＴＯＣ和Ｔｍａｘ值均较低，不利于页岩气开发；其他盆地具备页岩气２１勘探的基本条件，但盆地内不同位置仍存在较大差异。根据不同构造部位烃源岩地化指标及热演化程度，来了解每个盆地有页岩气勘探潜力的地区。
１）ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地
ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地位于澳大利亚的北部，目前油气勘探程度低，针对油气勘探的探井少且基本集中在盆地的西部。南部及东部地区因遭受剥蚀大，主要保留古元古代—中元古代地层，火成岩发育，是世界级的锌银产地。ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地主要为新元古—早古生代盆地，经历４期构造运动：(１）新元古代裂谷期，盆地内发育冰川、海相和浅海相环境，地层以砂岩为主，夹杂砾岩、白云岩等；(２）寒武纪裂谷扩展期，中寒武世Ｈｕｃｋｉｔｔａ运动导致前寒武纪板块抬升；(３）奥陶纪挤压期，Ｄｅｌａｍｅｒｉａｎ造山运动，盆地遭受剥蚀；（４）中—新生代挤压期，以Ｒｏｄｉｎｇａｎ运动和ＡｌｉｃｅＳｐｒｉｎｇｓ运动为代表，盆地隆起，接受剥蚀。与新元古裂陷相伴生，广泛发育Ｖｅｌｋｅｒｒｉ组和Ｋｙａｌｌａ组海相烃源岩，该烃源岩以Ⅰ型和Ⅱ型干酪根为主，具有一定的热演化程度（Ｔｍａｘ值为４３５～４５５℃），但ＴＯＣ值在各盆地差异较大，只有ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地西部和Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地北部数值较大。这种不均一性可能和当时的古地貌有关。ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地古生代抬升较大，地层剥蚀量大，盆地西部大部分地区仅保留了新元古的Ｖｅｌｋｅｒｒｉ地层。盆地由北向南的钻井揭示，该地层埋深加大，普遍厚度超过２００ｍ，地层中部ＴＯＣ值普遍大于２％，且Ｔｍａｘ值大于４３５℃，具有页岩油气勘探的潜力。元古宙Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地北部的Ｂｅｅｔａｌｏｏ次盆地和ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地为一个盆地，新元古代的地层普遍保留完整。Ｋｙａｌｌａ组和Ｖｅｌｋｅｒｒｉ组钻井均有钻遇，且厚度分布稳定。Ｋｙａｌｌａ组埋深大于１５００ｍ的面积超过１０００ｋｍ２，Ｖｅｌｋｅｒｒｉ组埋深超过１５００ｍ的面积达到６０００ｋｍ２，Ｖｅｌｋｅｒｒｉ组总厚度一般大于５００ｍ，其中地化指标最好的中段厚度为１５０ｍ。Ｂｅｅｔａｌｏｏ次盆地中Ｖｅｌｋｅｒｒｉ组ＴＯＣ值平均为２.３８，大部分Ｔｍａｘ值大于４３５℃，厚度稳定，埋深适中，是比较好的页岩气勘探潜力区。
２）Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地
Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地位于澳大利亚的中北部，面积为３５５６０３ｋｍ２。盆地西南部陆续进行了一些勘探，并有少量的油气发现，Ｄｕｌｃｉｅ和Ｔｏｋｏ洼陷中寒武统具有一定的页岩气勘探前景。早寒武世造山运动将Ｇｅｏｒｇｉｎａ和Ａｍａｄｅｕｓ盆地分开，盆地西部地层主要为冲积扇和扇三角洲沉积，东部为杂色生物扰动泥岩，后覆盖一套白云岩；中寒武世盆地再次沉降，为浅的陆架环境，沉积包含生物礁的灰岩及外陆架的黑色泥页岩，并逐渐水退；晚寒武世到泥盆纪经历数次造山运动，以潮间、潮上沉积物为主，中奥陶世后为湖相沉积。南Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地中寒武统ＴＯＣ值为０.１％～８.６％，平均１.９７％，以Ⅰ型和Ⅱ型干酪根为主，Ｔｍａｘ值为４３５～４５０℃。地化指标最好的地层位于ＡｒｔｈｕｒＣｒｅｅｋ下部的地层。中寒武统的烃源岩分布受古地貌控制，仅在该盆地的西南部钻探有页岩气（油）勘探潜力的ＡｒｔｈｕｒＣｒｅｅｋ泥岩，其地层沉积中心位于南Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地的Ｄｕｌｃｉｅ和Ｔｏｋｏ洼陷内，向北地层逐渐减薄尖灭，洼陷内地层分布较稳定，从洼陷边缘的几十米到洼陷内六七百米，整体表现为箕状断陷。Ｏｗｅｎ－２井位于Ｔｏｋｏ洼陷，在下ＡｒｔｈｕｒＣｒｅｅｋ地层钻遇了厚度超过１００ｍ的暗色泥岩（夹薄层泥灰岩）。平面上，ＡｒｔｈｕｒＣｒｅｅｋ下部地层在靠近西南盆地边界大断裂的凹陷部位较厚，可达３００ｍ以上。
３）Ｃａｎｎｉｎｇ盆地
Ｃａｎｎｉｎｇ盆地位于澳大利亚西北部，东北侧为布劳斯盆地，西南侧为卡那尔文盆地，南侧为Ｏｆｆｉｃｅｒ盆地。地表多为沙漠所覆盖，远离供应基地，勘探费用极其昂贵。陆地部分以古生界为主，中生界和新生界较薄。海域部分中生界和新生界较厚，古生界厚度尚不清楚。盆地分为Ｆｉｔｚｒｏｙ地槽Ｇｒｅｇｏｒｙ次盆，Ｗｉｌｌａｒａ次盆／Ｋｉｄｓｏｎ次盆和Ｂｒｏｏｍｅ台地等构造单元。现今油气的主要发现集中在Ｆｉｔｚｒｏｙ地槽两侧的构造高部位。盆地古生代地层有多套烃源岩，但只有奥陶系Ｇｏｌｄｗｙｅｒ组烃源岩的有机碳指标达到页岩气标准（平均ＴＯＣ值大于２％）。该套地层在Ｃａｎｎｉｎｇ盆地厚度大，分布稳定，但埋藏普遍较深（超过４０００ｍ）页岩气勘探成本较高。同时埋藏深使得该套地层Ｒｏ＞１％，在次盆的中心大多达到１..２％。现今主要钻井集中在Ｆｉｔｚｒｏｙ地槽两侧的构造位置较高的地区，所揭示的奥陶系Ｇｏｌｄｗｙｅｒ组ＴＯＣ值并不高，且地槽内该地层埋藏非常深，不利于页岩气的勘探和开发。盆地南部Ｗｉｌｌａｒａ次盆／Ｋｉｄｓｏｎ次盆现今勘探程度较低，盆地内Ｋｉｄｓｏｎ－１井钻遇了较高ＴＯＣ值的Ｇｏｌｄｗｙｅｒ组地层，且埋深相对较浅（大多小于４０００ｍ）。该地区已经成为页岩气勘探的重点关注区。
４）其他盆地
Ａｍａｄｅｕｓ盆地位于澳大利亚中部，该盆地发育上元古界和奥陶系海相泥页岩。但目前钻井解释的ＴＯＣ值都不高，为０.０１％～３.２％，平均０.４％，其页岩气勘探潜力有限。澳大利亚中东部的Ｅｒｏｍａｎｇａ盆地和Ｂｏｗｅｎ?Ｓｕｒａｔ盆地发育有上二叠统和侏罗系的煤系地层，是目前澳洲陆上主要的油气勘探盆地。这２个盆地的演化与安得曼海晚二叠世的扩张密切相关。澳大利亚东海岸受安得曼海的东西向扩张影响形成南北向造山带，以及平行于该造山带的构造格局。同时，东部海岸的隆升使得该地区东西向构造发生反转，形成Ｂｏｗｅｎ?Ｓｕｒａｔ火山弧后的闭塞—半闭塞环境，有利于煤系地层的发育。侏罗纪早期，盆地再次沉降，河流—湖相过渡环境沉积本地区第２套煤系地层。Ｅｒｏｍａｎｇａ盆地同时受到其西部的多次造山影响，早二叠世晚期构造反转，晚二叠世广泛发育煤系地层。Ｓｕｒａｔ盆地的煤层气已得到有效开发，Ｅｒｏｍａｎｇａ盆地还具有较大的勘探潜力，其西南部的一些次盆仍然可能残留古生代的海相沉积，但目前缺乏资料。
结论
澳大利亚陆上从北到南发育有一系列的新元古代到中生代的克拉通内裂谷，虽然经历了很长地质时间的、多次的构造变迁，局部依然保留了优质的海相沉积，从而成为未来页岩气勘探的潜在场所。其中，ＭｃＡｒｔｈｕｒ盆地的西部、Ｇｅｏｒｇｉｎａ盆地的北部和西南部、Ｃａｎｎｉｎｇ盆地的南部是最有希望获得页岩气突破的地区，值得各大油气公司关注。澳大利亚陆上盆地非常规油气资源较丰富，但迄今为止勘探开发程度还很低，特别是页岩气（油）的勘探才刚刚开始，是我国寻找海外非常规油气资源的理想地区。(本文图略)
本文作者：方勇 骆宗强 刘铁树 常迈 尹川 单位：中海油研究总院