塔中及相鄰地區(qū)早奧陶世沉積格局新論

嚴(yán)威 王興志 王振宇 楊海軍 冉麗君

(1.西南石油大學(xué)成都610500;2.塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院新疆庫爾勒841000; 3.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司川西采氣廠四川德陽618000)

塔中及相鄰地區(qū)早奧陶世沉積格局新論

嚴(yán)威1王興志1王振宇1楊海軍2冉麗君3

(1.西南石油大學(xué)成都610500;2.塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院新疆庫爾勒841000; 3.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司川西采氣廠四川德陽618000)

前人的觀點認(rèn)為，早奧陶世的塔里木盆地是一個統(tǒng)一的“大碳酸鹽巖臺地”，斜坡相呈馬蹄形發(fā)育在古城—輪南一線。通過對塔中地區(qū)滿加1井—塔中29井一線及相鄰地區(qū)下—中奧陶統(tǒng)的巖石學(xué)、沉積學(xué)和地震地層學(xué)等方面的研究，發(fā)現(xiàn)這一線的下奧陶統(tǒng)主要由一套較深水的斜坡及海槽沉積構(gòu)成，其地層厚度和地震反射特征也明顯與周邊地區(qū)不同，認(rèn)為塔中及相鄰地區(qū)在早奧陶世期間已經(jīng)從早期的塔里木“大碳酸鹽臺地”中分化獨立出來，分裂成塔中—巴楚臺地、古城臺地、塘南臺地三塊孤立臺地，以塔北隔海相望。各孤立臺地周緣發(fā)育臺地邊緣高能礁灘沉積體，呈條帶狀展布，主要由中高能粒屑灘組成;向內(nèi)相變?yōu)榕_地相，發(fā)育臺內(nèi)灘、臺內(nèi)洼地、灘間海等亞相;向外進(jìn)入較深水的斜坡—海槽沉積區(qū)，從而確立了塔中及相鄰地區(qū)早奧陶世新的區(qū)域沉積格局。新沉積格局的確立，對于確立下奧陶統(tǒng)新的有利勘探區(qū)帶具有重要的理論和現(xiàn)實意義，大大提升了研究區(qū)下奧陶統(tǒng)的油氣勘探戰(zhàn)略地位。

塔中下奧陶統(tǒng)海槽孤立臺地沉積格局

0 引言

對塔里木盆地塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)而言，雖然前人對該區(qū)的地層、沉積、儲層和成巖等方面做了大量的研究工作［1～5］，但針對其早奧陶世區(qū)域沉積格局等基礎(chǔ)地質(zhì)問題的認(rèn)識，仍顯薄弱，這極大地制約該地區(qū)下奧陶統(tǒng)油氣的勘探和目標(biāo)評價。

“八五”—“十五”期間，前人研究認(rèn)為:寒武紀(jì)—早奧陶世期間，塔里木盆地的斜坡帶位于古城地區(qū)東側(cè)，向東進(jìn)入盆地相，向西的古城、塔中、巴楚等地區(qū)為一個“碳酸鹽大臺地”［1，2］;而晚奧陶世的斜坡相則位于塔中地區(qū)東端的塔中I號構(gòu)造帶附近，該帶以東的地區(qū)(包括古城地區(qū))全部沉陷為盆地相［3，4］。顯然，晚奧陶世期間，塔中地區(qū)已經(jīng)從早期的大臺地體系中分裂出來，但仍認(rèn)為早奧陶世的塔中地區(qū)是原塔里木“碳酸鹽大臺地”的一部分。

本文通過對塔中地區(qū)東側(cè)滿加1#—塔中29#一線及相鄰地區(qū)下—中奧陶統(tǒng)的巖石學(xué)、沉積學(xué)和地震地層學(xué)等方面的研究，認(rèn)為塔中及相鄰地區(qū)在早奧陶世期間也不再隸屬于前人所述的大臺地體系范疇，而是形成了巴楚—塔中、塘南和古城三個孤立臺地，與塔北隔海相望，各孤立臺地之間由相對深水的海槽相隔離。這種新沉積格局的確立，對進(jìn)一步確定臺緣有利儲集相帶，指出下奧陶統(tǒng)有利的勘探區(qū)帶和勘探方向具有重要的理論及現(xiàn)實意義，擴(kuò)大了勘探領(lǐng)域。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)主要位于塔中—古城地區(qū)，面積近2.75 ×104km2，在區(qū)域構(gòu)造位置上處于塔里木盆地中央隆起中段，東臨滿加爾凹陷，北靠阿瓦提凹陷，西接巴楚隆起，南臨塘古凹陷(圖1)。塔中低隆構(gòu)造單元主要形成于泥盆紀(jì)末期，在低隆軸部石炭系巴楚組泥巖蓋層呈角度不整合覆蓋在奧陶系風(fēng)化殼上，向兩翼下伏地層依次為志留系、泥盆系。

從航磁資料揭示的塔里木盆地基底和深部斷裂分布圖可以看出，其基底斷裂呈棋盤格狀的組合型式(圖2)。其中，東西向斷裂中的塔中北緣深斷裂(FC1)、唐古孜巴斯北緣深斷裂(FC2)被北西向的土木休克斷裂(FD1)、塔中I號斷裂(FD2)和古城東緣斷裂(FD3)所交截，這五條斷裂基本控制了塔中及其相鄰地區(qū)基底巖相、構(gòu)造的展布及后期的沉積演化［5］。換言之，本身存在的棋盤格式的基底斷裂，在早奧陶世構(gòu)造拉張作用的背景下，可能會導(dǎo)致一系列隆凹相間地貌的發(fā)育，它們是塔中地區(qū)早奧陶世沉積格局形成和演化的內(nèi)在機(jī)制。

塔中及相鄰地區(qū)的奧陶系自下而上可依次劃分為下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組，中下奧陶統(tǒng)鷹山組、中奧陶統(tǒng)一間房組和上奧陶統(tǒng)吐木休克組、良里塔格組、桑塔木組，下奧陶統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)在區(qū)域上廣泛分布，中奧陶統(tǒng)大部分遭受剝蝕，只在局部地區(qū)殘留［6，7］。

圖1 研究區(qū)位置及區(qū)域構(gòu)造單元劃分(據(jù)賈承造，1995年修改)Fig.1Structural units of Tarim Basin.Note the location of the studied area(after Jia Chengzhao，1995)

圖2 塔里木盆地基底和深部斷裂分布圖(據(jù)賈承造，2004年)Fig.2Basement and deep-buried faults in Tarim Basin(after Jia Chengzhao，2004)

2 新沉積格局的論證

在前人的結(jié)論里，早奧陶世時期塔里木盆地的斜坡帶呈馬蹄形發(fā)育在古城地區(qū)東側(cè)，向西的塔中、巴楚、塘南等地區(qū)隸屬于統(tǒng)一的碳酸鹽巖“大臺地”，自西向東呈現(xiàn)臺地—斜坡—盆地的沉積格局(圖3)。因篇幅所限，新格局研究重點也集中在東西向。

2.1 斜坡相

塔中243井下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組6 170～6 178.5 m處，下部為斜坡相正常沉積的泥晶灰?guī)r夾重力流沉積的砂屑灰?guī)r，見沖刷面;頂部為斜坡相滑塌—重力流沉積的角礫灰?guī)r，角礫主要為砂屑灰?guī)r，分選、磨圓較差，礫間充填泥晶灰?guī)r，可見揉皺變形和錯斷(圖4)。

塔中5井下奧陶統(tǒng)鷹山組3 549～3 553.1 m處，下部主要表現(xiàn)為斜坡相滑塌—重力流沉積的角礫云巖，角礫呈次棱角狀—棱角狀，一般礫徑1～8 cm，角礫成分主要為泥—粉晶云巖，礫間由細(xì)粒砂礫屑、云泥、灰泥支撐，分選差，見揉皺變形構(gòu)造;上部為斜坡相的巖崩沉積，從臺緣崩塌而至的巨礫沉積物的成分主要為泥—粉晶云巖、泥晶云巖，巨礫大小不一，混雜堆積，呈次棱角狀—棱角狀，礫徑＞8 cm，礫間充填破碎小角礫、細(xì)粒砂屑、云泥(圖5)。

圖3 塔里木盆地早奧陶世沉積相平面分布圖(據(jù)顧家裕等，1993－1994)Fig.3Planner map showing the distribution of sedimentary facies in Tarim Basin during the Early Ordovician

圖4 塔中243井蓬萊壩組斜坡亞相相序圖Fig.4Facies succession of marginal slope in Formation from Well TZ243

圖5 塔中5井鷹山組斜坡亞相相序圖Fig.5Facies successions of mid-upper slope in Penglaiba Yingshan Formation from Well TZ5

2.2 臺地邊緣相

古城4井上寒武統(tǒng)—中奧陶統(tǒng)發(fā)育一套臺緣相沉積。上寒武統(tǒng)以灰白色礫屑云巖為主，明顯垮塌成因的白云巖角礫屬碳酸鹽臺地跌積前緣沉積;蓬萊壩組主要為亮晶砂屑灰?guī)r、砂屑云質(zhì)灰?guī)r、泥微晶砂屑灰?guī)r、夾灰—褐灰色泥晶灰?guī)r、含云灰?guī)r，為臺緣砂屑灘夾灘間海沉積;一間房組主要是褐灰色亮晶砂屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、藻鮞灰?guī)r夾粘結(jié)巖、生屑泥晶灰?guī)r等，屬臺緣中高能砂屑灘夾藻丘沉積(圖6)。

圖6 古城4井寒武系—中奧陶統(tǒng)臺緣相相序圖Fig.6Facies successions of platform edge in Cambrian～mid-Ordovician from Well GC4

該臺緣相的發(fā)現(xiàn)，確立了古城地區(qū)的臺地沉積體系。

根據(jù)威爾遜模式，沿塔中243—塔中5井一線的斜坡帶向東的下傾方向，應(yīng)該進(jìn)入盆地相;而在該斜坡帶的東側(cè)卻額外出現(xiàn)了古城臺地，由此可以推測，塔中—古城臺地之間應(yīng)該存在一套深水沉積，說明塔中、古城地區(qū)在早奧陶世蓬萊壩組沉積時期就可能已經(jīng)分化、獨立開來，呈現(xiàn)為兩個孤立臺地。

在塔中—古城之間推測出深水沉積區(qū)處沒有下奧陶統(tǒng)的取心，因此無法知曉其沉積的具體巖性。

2.3 盆地相

塔中29井中上奧陶統(tǒng)卻爾卻克組(相當(dāng)于良里塔格組)5 380.06～5 385.65 m處為盆地相沉積，以鈣質(zhì)泥巖為主，夾薄層粉砂巖，同時發(fā)育濁流作用形成的粉砂巖、砂巖，見沖刷作用形成的泥礫巖，發(fā)育沖刷面構(gòu)造(圖7);北部的滿加1井卻爾卻克組5 822.08～6 830.08 m處亦為盆地相沉積，以鈣質(zhì)泥巖為主，發(fā)育水平層理，低密度濁流成因的鈣質(zhì)泥巖與薄層棘屑灰?guī)r不等厚互層，發(fā)育沖刷面和鮑瑪序列。

圖7 塔中29井卻爾卻克組盆地相相序圖Fig.7Basinal facies successions in Querqueke Formation from Well TZ29

結(jié)合眾所周知的同時期的塔中良里塔格組臺緣礁灘體和古城地區(qū)卻爾卻克組的剝蝕現(xiàn)象，可以推斷該時期的塔中、古城地區(qū)應(yīng)該呈現(xiàn)出兩邊高、中間低的地貌特征。寒武紀(jì)—中奧陶世末期，整個塔里木盆地處于統(tǒng)一的構(gòu)造拉張背景，因此卻爾卻克組時期該地貌的呈現(xiàn)，應(yīng)該是早奧陶世相似地貌繼承性發(fā)展的結(jié)果。

2.4 海槽相的提出

海槽是指水深在最大波浪作用面(風(fēng)暴浪底)之下的近線狀展布的條形盆地，它包括較陡的斜坡及平緩的盆底，海槽中的主要沉積物是表層海水懸浮物、浮游生物產(chǎn)生的遠(yuǎn)洋沉積物和由各種密度流向深水搬運的臺地碳酸鹽以及少量的火山屑［8～10］。它雖然也是一種洼地沉積，但以發(fā)育斜坡重力流沉積的顯著特點與一般的“臺內(nèi)洼地”相區(qū)別，“海槽”的發(fā)育，可使大型的臺地/陸棚分化為一系列的孤立臺地體系，形成大的、顯著的相帶分異，形成不同的臺緣—斜坡體系。

塔中—古城間的深水沉積區(qū)明顯具備海槽的伴生標(biāo)志:①發(fā)育控制海槽邊界的同生正斷層，如塔中I號同生正斷層(位于FD2處，并受其控制);②海槽邊部發(fā)育重力垮塌，槽底重力流發(fā)育，如塔中243井、塔中5井;③具備深水沉積物:塔中29井、滿加1井卻爾卻克組盆地相沉積可能是在早奧陶世構(gòu)造拉張的背景下，由下奧陶統(tǒng)深水沉積繼承性發(fā)展的結(jié)果。因此在沒有取心證據(jù)的情況下大膽預(yù)測其為海槽相。

2.5 地層厚度變化證據(jù)

從塔中—古城地區(qū)鷹山組地層厚度等值線圖(圖8)可以看出:塔中—巴楚地區(qū)地層厚度的高值區(qū)(＞500 m)基本上分布在南北東三側(cè)，北部沿方1井—和4井一線(北側(cè)臺緣)，南邊沿康1井—瑪4井—塘參1井—塔中3井一線(南側(cè)臺緣)，東部沿塔中452井—塔中243井—塔中5井一線(東側(cè)臺緣);另外，在臺地內(nèi)部的塔中75井—塔中79井一線也存在一個地層厚度的高值區(qū)(臺內(nèi)洼地)，可能受控于FD1，是早奧陶世補(bǔ)償沉積的結(jié)果，主要沉積泥質(zhì)條帶泥晶灰?guī)r;在塔參1井—塔中38井—塔中48井一線由于后期的構(gòu)造運動，存在一個剝蝕區(qū);塔中452井—塔中243井—塔中5井臺緣一線往東見厚度減薄區(qū)(塔古海槽，＜250 m)，呈現(xiàn)欠補(bǔ)償沉積特征;向古城4井和塔中32井方向沉積厚度依次增加，最終至古城臺地沉積厚度達(dá)600 m以上，佐證早了奧陶世時期塔中—古城表現(xiàn)為兩邊高中間低的的沉積特征及臺地—海槽—臺地相間的沉積格局。

2.6 塔中—古城地區(qū)東西向格局分布的地震地層學(xué)證據(jù)

由于區(qū)域測線都是二維地震資料，地震界面反射特征不是特別明顯，不易進(jìn)行區(qū)域追蹤，但總體上還是可以看出奧陶系碳酸鹽巖在區(qū)域地震剖面上的反射特征和厚度特征。由圖9可以看出:塔中62井附近呈現(xiàn)弱振幅、低頻、亂崗狀的臺緣相特征反射，厚度較厚;古城4井附近亦呈現(xiàn)中等振幅、中頻、中等連續(xù)、丘狀的臺緣特征反射;塔中—古城之間見一弱振幅、中頻、低連續(xù)、亞平行的盆地相反射區(qū)，厚度也迅速減薄。因此，塔中地區(qū)和古城地區(qū)應(yīng)該分別存在兩套臺緣—斜坡體系，之間可以見到明顯的一個凹陷。

圖8 巴楚—塔中—古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組地層厚度等值線圖Fig.8Thickness isopach of Yingshan Formation in the Lower Ordovician，Bachu-Tazhong-Gucheng area

圖9 塔中169—塔中62—古城4井奧陶系地層層系地震地質(zhì)解釋模型Fig.9Seismic cross-section across TZ169－TZ62－GC4 wells and interpretation for the Ordovician succession

圖10 塔中—巴楚—古城地區(qū)早奧陶世沉積格局立體示意圖Fig.10Sketch map showing the paleotopography at Tazhong-Bachu-Gucheng in the Early Ordovician

3 結(jié)論

各種證據(jù)表明，早奧陶世沉積時期，由于構(gòu)造裂陷作用引起了早期“統(tǒng)一大臺地”的分裂，巴楚—塔中臺地、古城臺地、塘南臺地以孤立臺地的形式從大臺地中分化、獨立出來，各臺地之間以海槽相隔離，臺地邊緣高能礁灘沉積體沿塔中—巴楚臺地周緣、塘南臺地北側(cè)、古城臺地東側(cè)發(fā)育，呈條帶狀分布;向內(nèi)相變?yōu)榕_地相，見臺內(nèi)灘、臺內(nèi)洼地亞相;向外相變?yōu)樾逼?、海槽沉積;古城臺緣向東由陡斜坡進(jìn)入滿東盆地，古城臺地西側(cè)地形較為平緩，以寬緩的斜坡過渡到塔古海槽(圖10)

與早期“大臺地”理論相比，兩者主要區(qū)別在于:“大臺地”理論將早奧陶世時期的整個塔里木盆地看成是一個統(tǒng)一的大碳酸鹽臺地，斜坡沉積區(qū)僅發(fā)育在古城—輪南一線;而新格局中，大臺地卻分化成幾個孤立臺地，各孤立臺地的向海一側(cè)分布有多個斜坡—海槽沉積區(qū)。

新的沉積格局在理論上豐富了連陸孤立碳酸鹽巖臺地的實例;同時，海槽內(nèi)可能發(fā)育下奧陶統(tǒng)烴源巖，為有利的生油巖相，又緊鄰臺緣高能儲集相帶，構(gòu)成了有力的生儲組合，這對深化塔中及相鄰地區(qū)下奧陶的勘探具有重要的意義，大大提升了研究區(qū)尤其是鷹山組的油氣勘探戰(zhàn)略地位。

References)

1賈承造.塔里木板塊構(gòu)造演化［C］∥李清波等主編.現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)研究文集(上).南京:南京大學(xué)出版社，1992:185-198［Jia Chengzhao.The structural evolution of Tarim plate［C］∥Li Qingbo，et al.，eds.Collected-Works of Modern Geology Researches(Part one).Nanjing:University of Nanjing Press，1992:185-198］

2何遠(yuǎn)碧，王振宇，陳景山，等.塔里木盆地寒武—奧陶紀(jì)生物組合和生物相［J］.新疆石油地質(zhì)，1995，16(2):114-115［［He Yuanbi，Wang Zhenyu，Chen Jingshan，et al.Biological assemblages and biofacies of Cambrian-Ordovician in Tarim Basin［J］.Xinjiang Petroleum Geology，1995，162(2):114-115］

3陳景山，王振宇，代宗仰，等.塔中地區(qū)中上奧陶統(tǒng)臺地鑲邊體系分析［J］.古地理學(xué)報，1999，1(2):8-17［Chen Jingshan，Wang Zhenyu，Dai Zhongyang，et al.Research for rimmed carbonate platform of mid-upper Ordovician in Tazhong area［J］.Journal of Palaeogeography，1999，1(2):8-17］

4顧家裕，等.沉積相與油氣［M］∥塔里木盆地油氣勘探叢書.北京:石油工業(yè)出版社，1994［Gu Jiayu，et al.Sedimentary Facies and Hydrocarbon［M］∥Exploration Series of Tarim Basin.Beijing:Petroleum Industry Press，1994］

5賈承造，等.盆地構(gòu)造演化與區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)［M］∥塔里木盆地油氣勘探叢書.北京:石油工業(yè)出版社，1995［Jia Chengzhao，et al.Basin Structural Evolution and Geological Tectonic［M］∥Exploration Series of Tarim Basin.Beijing:Petroleum Industry Press，1995］

6張師本，等.塔里木盆地震旦紀(jì)至二疊紀(jì)地層古生物(Ⅱ)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1991:31-61［Zhang Shiben，et al.Stratigraphy Paleontology from Sinian system to Permian in Tarim Basin(Ⅱ)［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，1991:31-61］

7趙治信，張桂芝.塔里木盆地井下奧陶紀(jì)牙形石及地層［C］∥童曉光，梁狄剛，主編.塔里木盆地油氣勘探論文集.烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社，1992:64-74［Zhao Zhixin，Zhang Guizhi.Conodont and formation of lower-Ordovician［C］∥Tong Xiaoguang，Liang Degang，eds.Exploration Series of Tarim Basin.Ulumuqi:Science and Technology Health Press，1992:64-74］

8王一剛，文應(yīng)初，洪海濤，等，四川盆地及鄰區(qū)上二疊統(tǒng)一下三疊統(tǒng)海槽的深水沉積特征［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2006(10):702-714［Wang Yigang，Wen Yingchu，Hong Haitao，et al.Characteristics of deep-water sediment for trough in upper Permian-lower Triassic at Sichuan basin and adjacent area［J］.Oil＆Gas Geology，2006(10): 702-714］

9王一剛，文應(yīng)初，洪海濤，等.四川盆地開江—梁平海槽內(nèi)發(fā)現(xiàn)大隆組［J］.天然氣工業(yè)，2006，(9):32-36［Wang Yigang，Wen Yingchu，Hong Haitao，et al.The discovery of Dalong Formation in Kai-Jiang-Liangping trough of Sichuan Basin［J］.Natural Gas Industry，2006，(9):32-36］

10Bates R L，Jackson J A.Dictionary of Geological Terms［M］.Third edition.New York:Anchor Press，1984:536-538

New Evidence on the Sedimentary Framework of the Early Ordovician in Central Tarim and Adjacent Area

YAN Wei1WANG Xing-zhi1WANG Zhen-yu1YANG Hai-jun2RAN Li-jun3
(1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500; 2.The Exploration and Development Research Institute of Tarim Petroleum Company，Korla Xinjiang 841000; 3.The West-Sichuan Gas Production Factory of Southwest Oil and Gas Corporation，SINOPEC，Deyang Sichuan 618000)

sThe previous viewpoint considered that，the early Tarim basin was an“unified carbonate platform”，its slope was developed along the Gucheng-Lunnan area.Based on sedimentologic and seismic stratigraphic data from the lower-middle Ordovician，deep-water slope and basinal facies were recognized along the MJ1-TZ29 section，so that the Tazhong and its adjacent areas could have already been isolated from the“unified carbonate platform”and seprated into three platforms of Tazhong-Bachu，Gucheng and Tangnan，which was also faced with TaBei area across a trough.The high-energy reef-shore bodies bandingly developed among the edge of each isolated platform as a band，which were mainly composed of mid-high energy grain banks.Inwards，it becomes the deposition of platform，developing the subphases of intraplatform banks，intraplatform depression and interabeach seas and soon.Outwards it becomes deeper-water deposition area of slope-trough.Under this circumstance，the new regional depositional pattern of the Tazhong and adjacent areas has been established.This new pattern has great theoretical and realistic significance for the establishment of new favourable exploration zones.It also greatly increases the strategic position for the petroleum exploration in lower Ordovician of research area.

Tazhong area;lower-middle Ordovician;trough;isolated platform;sedimentary framework

book=6,ebook=489

嚴(yán)威男1981年出生沉積及儲層地質(zhì)學(xué)E-mail:yuchen_tz@163.com

P512.2

A

2009-08-10;收修改稿日期:2009-10-23