塔里木盆地阿克庫勒凸起奧陶系海西晚期古巖溶特征

劉存革，徐明軍，云 露，劉永立，王勝利，羅明霞

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059； 2.中國石化 西北油田分公司，烏魯木齊 830011； 3.中國石油 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木盆地阿克庫勒凸起奧陶系海西晚期古巖溶特征

劉存革1,2，徐明軍3，云 露2，劉永立2，王勝利2，羅明霞2

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059； 2.中國石化 西北油田分公司，烏魯木齊 830011； 3.中國石油 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

基于三維地震和鉆井資料，結(jié)合現(xiàn)代巖溶學(xué)，探討了塔里木盆地阿克庫勒凸起于奇和輪南地區(qū)海西晚期古巖溶特征。研究結(jié)果表明，于奇地區(qū)主要表現(xiàn)為準(zhǔn)平原特征，發(fā)育溶溝、洼地等巖溶地貌，明顯受斷裂的控制，地表水系呈多期特征。于奇地區(qū)準(zhǔn)平原的形成與構(gòu)造部位、地層產(chǎn)狀、古氣候和侵蝕基準(zhǔn)面等因素密切相關(guān)。輪南地區(qū)抬升幅度較高，夷平作用不完全，仍殘留部分峰叢地貌。海西早期古巖溶形成的是大型峰叢—洼地巖溶地貌，地表和地下水系較為發(fā)育，與海西晚期存在較大差異。同時(shí)，于奇地區(qū)與海西晚期古巖溶作用相關(guān)的縫洞儲(chǔ)集體主要沿?cái)嗔褞Х植?，而輪南地區(qū)整體發(fā)育，縫洞儲(chǔ)集體發(fā)育分布受侵蝕基準(zhǔn)面、斷裂和準(zhǔn)平原化程度控制。

古巖溶；準(zhǔn)平原；奧陶系；海西晚期；阿克庫勒凸起；塔里木盆地

碳酸鹽巖地層中巖溶現(xiàn)象較為普遍，在我國南方地區(qū)表現(xiàn)較為典型?，F(xiàn)代巖溶研究對(duì)碳匯、地下水綜合治理與利用、工程施工等方面具有重要的意義[1]。對(duì)石油勘探開發(fā)而言，關(guān)注的則是古巖溶作用，因?yàn)槠淠軌蛟谔妓猁}巖地層中形成大量儲(chǔ)存油氣的洞穴和小型孔洞縫。在國內(nèi)的鄂爾多斯、四川、塔里木等盆地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量與古巖溶作用密切相關(guān)的碳酸鹽巖油氣藏[2]。

在塔里木盆地北部阿克庫勒凸起發(fā)現(xiàn)了塔河—輪南超大型奧陶系碳酸鹽巖縫洞型油氣田[3-4]，其儲(chǔ)集層是受加里東中期、海西早期和海西晚期多期古巖溶作用形成的縫洞型儲(chǔ)集體，具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。目前，阿克庫勒凸起在加里東中期和海西早期的古巖溶作用研究程度較高[5-11]，海西晚期古巖溶領(lǐng)域由于未取得油氣突破，關(guān)注程度低，研究認(rèn)識(shí)薄弱。

本文以三維地震和鉆井資料為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代巖溶學(xué)，探討海西晚期古巖溶作用特征與控制因素，建立了海西晚期古巖溶發(fā)育模式，以期為該巖溶領(lǐng)域的勘探部署提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地北部沙雅隆起在加里東中晚期形成北東向隆起[12]，阿克庫勒凸起西北地區(qū)處于構(gòu)造較高部位，形成了北北東向和北北西向走滑斷裂體系，加里東中期古巖溶較為發(fā)育。海西早期，沙雅隆起受北西—南東向區(qū)域擠壓應(yīng)力的影響，構(gòu)造出現(xiàn)分異，形成了向西南傾伏、北東向展布的阿克庫勒凸起雛形。凸起中北部地區(qū)中上奧陶統(tǒng)、志留—泥盆系被完全剝蝕，中下奧陶統(tǒng)鷹山組也遭受不同程度的剝蝕(圖1)。海西早期，古巖溶作用強(qiáng)烈且持續(xù)時(shí)間長，對(duì)加里東中期古巖溶產(chǎn)物進(jìn)行了強(qiáng)烈改造，是阿克庫勒凸起奧陶系碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲(chǔ)集體的主要形成時(shí)期[6]，在輪南地區(qū)和北部于奇地區(qū)形成2個(gè)巖溶高地。

海西晚期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)受南北向擠壓應(yīng)力作用，輪臺(tái)斷裂和亞南斷裂活化，兩者夾持的雅輪斷凸帶強(qiáng)烈隆升，造成塔河地區(qū)整體掀斜，形成北高南低的形態(tài)。于奇北部地區(qū)地層剝蝕嚴(yán)重，二疊系、石炭系地層被剝蝕歹盡，造成三疊系直接覆蓋在中下奧陶統(tǒng)鷹山組之上(圖1)。同時(shí)，南部阿克庫勒斷壘帶、阿克庫木斷壘帶形成[13]，與輪古西斷裂夾持的輪南斷塊隆升，中下奧陶統(tǒng)頂面由西北向東南降低，西北高部位三疊系也覆蓋在中下奧陶統(tǒng)鷹山組之上(圖1)。阿克庫木斷壘帶和輪古西斷裂在印支—燕山期均繼續(xù)活動(dòng)，前者活動(dòng)強(qiáng)度大于后者。喜馬拉雅晚期，受庫車前陸盆地快速沉降的影響，沙雅隆起發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，于奇中部地區(qū)中下奧陶統(tǒng)頂面呈穹窿形態(tài)。

2 海西晚期古巖溶地貌特征

2.1 于奇地區(qū)北部

海西晚期，中下奧陶統(tǒng)鷹山組在阿克庫勒凸起北部于奇地區(qū)出露的面積較大，于奇中三維僅覆蓋其南部部分地區(qū)和阿克庫木斷壘帶北側(cè)海西早期古巖溶發(fā)育區(qū)(圖1)。阿克庫木斷壘帶北側(cè)石炭系巴楚組和卡拉沙依組由南向北、由東西兩側(cè)向中部地區(qū)減薄，呈下超上削的特征(圖2)，鷹山組在海西早期形成了大型的巖溶殘丘群，為峰叢—洼地巖溶地貌(圖3a)。海西晚期巖溶地貌與海西早期的差異較大，主要表現(xiàn)為準(zhǔn)平原特征。準(zhǔn)平原是海拔和相對(duì)高度較低的、由長期流水侵蝕所形成的廣闊平坦的地面[14]，而地表的起伏受外動(dòng)力地質(zhì)作用形成準(zhǔn)平原的過程稱之為準(zhǔn)平原化作用，準(zhǔn)平原是夷平面的一種類型[14-15]。于奇北部地區(qū)準(zhǔn)平原分布的面積較大，巖溶殘丘不發(fā)育，發(fā)育一些溶溝、溶蝕洼地，反映出海西晚期古巖溶作用對(duì)前期巖溶地貌改造的較為徹底。東南和西南地區(qū)巖溶地貌現(xiàn)象更為豐富，地表明河、盲谷、落水洞、洼地、峰叢等均有發(fā)育(圖3a)。從圖2可以看出，北部夷平面縫洞型儲(chǔ)集體僅在斷裂處發(fā)育，斷裂帶之間的地區(qū)儲(chǔ)集體發(fā)育程度較差。

圖1 塔里木盆地阿克庫勒凸起中下奧陶統(tǒng)頂面上覆地層展布

圖2 塔里木盆地于奇地區(qū)過于奇7井南北向地震剖面剖面位置見圖1測線AA′

準(zhǔn)平原南側(cè)發(fā)育一個(gè)小型階地，反映出海西晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)至少存在2幕抬升過程：第1幕運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)平原的形成階段，持續(xù)時(shí)間較長；第Ⅱ幕運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于階地的形成，持續(xù)的時(shí)間相對(duì)較短。階地與準(zhǔn)平原的邊界東西兩側(cè)相對(duì)平緩，中部相對(duì)陡峭。階地上準(zhǔn)平原化作用不完全，仍發(fā)育一些小型巖溶殘丘，在地震剖面上雜亂反射特征較為明顯，表明鷹山組風(fēng)化殼發(fā)育巖溶縫洞型儲(chǔ)集體。

2.2 輪南地區(qū)

輪南地區(qū)鷹山組在海西晚期暴露地表的地區(qū)受輪古西斷裂和阿克庫木斷壘帶控制，出露的面積小于于奇北部地區(qū)(圖1)。阿克庫木斷壘帶在海西晚期隆起幅度較高，西側(cè)上覆三疊系地層，頂面相對(duì)平坦，向東南傾斜，下石炭統(tǒng)巴楚組和卡拉沙依組依次向西超覆在鷹山組之上(圖2，3a)。斷壘帶南側(cè)發(fā)育有峰叢地貌。輪古西斷裂控制的海西晚期古巖溶發(fā)育范圍也較小，地貌向東緩慢傾斜(圖4)，三疊系底部地層向西超覆沉積，風(fēng)化殼巖溶峰叢較為發(fā)育。輪南地區(qū)鷹山組出露的地區(qū)，準(zhǔn)平原化作用不徹底，風(fēng)化殼發(fā)育明顯的串珠狀反射特征，預(yù)示著縫洞儲(chǔ)集體發(fā)育，與北部于奇地區(qū)存在明顯差異。

圖3 塔里木盆地于奇中三維中下奧陶統(tǒng)頂面立體顯示(時(shí)間域)(a)和中下奧陶統(tǒng)頂面以下30 ms分頻混色圖(b)

2.3 海西晚期古巖溶水系特征

碳酸鹽巖地層巖溶發(fā)生時(shí)期,會(huì)產(chǎn)生各種規(guī)模的地表水系和地下暗河系統(tǒng)。為更好反映海西晚期和海西早期2期巖溶水系的特征，本文采用了分頻混色的技術(shù)來刻畫水系(圖3b)。

分頻混色分析技術(shù)是在頻譜分解基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，對(duì)同一地質(zhì)體，不同頻率數(shù)據(jù)體具有不同響應(yīng)特征。原始偏移數(shù)據(jù)體經(jīng)過譜分解得到一系列窄帶調(diào)諧數(shù)據(jù)體之后，通過RGB混色技術(shù)融合高、中、低3個(gè)頻段能量體來刻畫地質(zhì)現(xiàn)象。該技術(shù)通過在塔河地區(qū)艾丁—于奇西地區(qū)的應(yīng)用，表明20，40，60 Hz能量體的混合顯示能夠較好反映古巖溶風(fēng)化殼地表水系和地下暗河系統(tǒng)的展布特征。

在海西晚期古巖溶作用發(fā)育晚期，風(fēng)化剝蝕作用較為強(qiáng)烈，由于夷平面接近侵蝕基準(zhǔn)[16]，地表起伏小、地下水埋深很淺，僅發(fā)育一些下切較深的地表河道(圖3b)。如于奇20井西側(cè)和東側(cè)的地表明河，兩者均切割了前期南西西—北東東向展布的由北向南流的水系，而且早期形成的水系展布與殘留的階地展布方向不一致，反映了階地形成時(shí)期水系變化較為劇烈和當(dāng)時(shí)的構(gòu)造趨勢。暗河系統(tǒng)在東南和西南地層變化的地區(qū)相對(duì)發(fā)育。在阿克庫木斷壘帶海西晚期古巖溶發(fā)育區(qū)，依然可以看出一些條帶狀的水系特征，其主要向南展布。于奇地區(qū)和輪南地區(qū)海西晚期鷹山組出露地區(qū)為裸露—埋藏型水文地質(zhì)單元[17]，巖溶水系統(tǒng)從鷹山組出露區(qū)進(jìn)入到周圍下石炭統(tǒng)覆蓋區(qū)。

圖4 塔里木盆地輪南地區(qū)過輪古西斷裂東西向地震剖面剖面位置見圖1測線BB′

與海西晚期古巖溶水系特征相比，海西早期古巖溶作用形成的水系在東側(cè)表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)狀，明顯受到地貌控制，但西側(cè)巖溶峰叢發(fā)育，地表明河和暗河體系交織在一起，連續(xù)性較差。

3 古巖溶主控因素與發(fā)育模式

3.1 海西晚期古巖溶主控因素

3.1.1 巖性

碳酸鹽巖是巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)，純凈、厚層的碳酸鹽巖有利于巖溶的發(fā)育。根據(jù)LX4、LN13、YQ20、YQ7以及LN1等井揭示的鷹山組上部巖性主要為純凈、致密的微晶灰?guī)r和砂屑灰?guī)r，LN1和LN13井揭示的奧陶系埋藏較深，鷹山組下部白云石化作用逐漸加強(qiáng)，蓬萊壩組以白云巖為主。因此，鷹山組巖性有利于海西晚期古巖溶的發(fā)育。于奇北部地區(qū)中下奧陶統(tǒng)地層厚度較大，呈近似水平狀分布，也有助于準(zhǔn)平原的形成。

3.1.2 古氣候

在各種氣候條件下，均有夷平面的存在。而且濕潤并間有干旱的地區(qū)，化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)，有利于建造和保存夷平面[14]。二疊紀(jì)晚期—三疊紀(jì)早期，塔里木盆地氣候相對(duì)干旱，尤其在三疊紀(jì)早期間歇出現(xiàn)相對(duì)濕潤的氣候[18]，有助于于奇北部地區(qū)準(zhǔn)平原的形成。

3.1.3 構(gòu)造與斷層

(1)褶皺構(gòu)造。斷層、斷層的交匯處、褶皺構(gòu)造的核部和轉(zhuǎn)折端常是巖溶發(fā)育的有利部位，特別是傾伏背斜和向斜的傾伏端和仰起端是構(gòu)造應(yīng)力集中部位[19]，巖體破碎，裂縫發(fā)育，巖溶較為強(qiáng)烈。于奇北部鷹山組出露地區(qū)向南凸出，研究區(qū)處于背斜向南的傾伏端，在長期的溶蝕風(fēng)化過程中，形成了面積較大、地形平坦的準(zhǔn)平原。而輪南地區(qū)鷹山組出露區(qū)由阿克庫木斷壘帶和輪古西斷裂控制，斷裂、裂縫非常發(fā)育，也有利于巖溶作用的發(fā)生。

(2)斷層性質(zhì)。斷層使巖層發(fā)生破裂，形成密集的破碎帶，有利于大氣淡水的滲入和徑流，形成強(qiáng)徑流帶，但不同的斷層性質(zhì)對(duì)巖溶的發(fā)育控制作用存在差異。于奇地區(qū)加里東中期形成的北東向走滑斷裂體系在海西晚期繼承性活動(dòng)，斷裂面近于直立，易于接受周圍地層水的補(bǔ)給，沿?cái)嗔寻l(fā)育一些溶溝、洼地等巖溶地貌，其長軸方向均指向斷層走向，表明沿控水?dāng)嗔逊较颍橘|(zhì)導(dǎo)水性好、滲透性強(qiáng)，導(dǎo)水系數(shù)大[20]。尤其在東南和西南階地特征不明顯的地方，均存在北東向斷裂帶，巖溶作用強(qiáng)烈，造成準(zhǔn)平原和階地之間沒有明顯的分界。

圖5 塔里木盆地于奇、輪南地區(qū)海西晚期古巖溶發(fā)育模式

輪南地區(qū)阿克庫木斷壘帶和輪古西斷裂均為逆斷層，此外還發(fā)育北東向、北西向共軛剪切破裂帶和南北向張性破裂帶[13]，這些斷裂除阿克庫木斷壘帶的2條主斷裂處于擠壓狀態(tài)，其他斷裂均有助于巖溶作用的進(jìn)行。

3.1.4 侵蝕基準(zhǔn)面

侵蝕基準(zhǔn)面往往指河流垂直下切侵蝕的界限，海平面是全球性的侵蝕基準(zhǔn)面[16]，巖溶地貌形成過程是在侵蝕基準(zhǔn)以上整個(gè)巖層內(nèi)進(jìn)行[21]。在巖溶地區(qū)內(nèi)發(fā)育的河道、溶溝可以作為局部的侵蝕基準(zhǔn)面，且對(duì)巖溶地貌的形成、演化具有較強(qiáng)烈的控制作用。由于于奇北部地區(qū)在海西晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中隆升幅度較小，鷹山組風(fēng)化殼接近侵蝕基準(zhǔn)面，地表起伏較小，水動(dòng)力條件差，大氣淡水主要沿?cái)嗔押偷乇砗拥琅潘?，地下水系不發(fā)育，造成北部地區(qū)縫洞型儲(chǔ)集體主要沿?cái)嗔褞Оl(fā)育。而輪南地區(qū)抬升幅度高于北部于奇地區(qū)，準(zhǔn)平原化作用不完全，水動(dòng)力條件較好，縫洞型儲(chǔ)集體依然發(fā)育，地震剖面上串珠狀反射特征較為典型(圖2，4)。

3.2 海西晚期古巖溶發(fā)育模式

3.2.1 于奇地區(qū)

在海西晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，于奇地區(qū)向南掀斜，北部地區(qū)位置較高，鷹山組風(fēng)化剝蝕作用強(qiáng)烈。同時(shí)，由于鷹山組風(fēng)化殼距侵蝕基準(zhǔn)面較近，海西早期古巖溶作用殘留的峰叢—洼地巖溶地貌被完全夷平(圖5a)，形成地形起伏較為平緩的準(zhǔn)平原，為準(zhǔn)平原巖溶模式。受北東向斷裂的影響，縫洞型儲(chǔ)集體主要發(fā)育在斷裂和南部階地上。

3.2.2 輪南地區(qū)

輪南地區(qū)阿克庫木斷壘帶在海西晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中隆升幅度較大，輪古西斷裂次之，兩者夾持的斷塊剝蝕作用較為強(qiáng)烈。由于鷹山組風(fēng)化殼距侵蝕基準(zhǔn)面較遠(yuǎn)，水動(dòng)力條件較好，強(qiáng)烈改造了海西早期巖溶地貌。阿克庫木斷壘帶上地形相對(duì)平緩，輪古西斷裂及東南地區(qū)仍發(fā)育峰叢—洼地巖溶地貌，巖溶縫洞儲(chǔ)集體整體發(fā)育。因此，輪南地區(qū)海西晚期古巖溶作用表現(xiàn)為裸露斷凸型巖溶模式。

4 結(jié)論

(1)阿克庫勒凸起海西晚期古巖溶特征在于奇地區(qū)和輪南地區(qū)表現(xiàn)差異較大，于奇地區(qū)主要為準(zhǔn)平原特征，溶溝、洼地等巖溶地貌受斷裂控制較為明顯，準(zhǔn)平原的形成與構(gòu)造部位、地層產(chǎn)狀、古氣候和侵蝕基準(zhǔn)面等因素密切相關(guān)；而輪南地區(qū)因抬升幅度較高，準(zhǔn)平原化作用不完全，兩者均與海西早期大型峰叢—洼地巖溶地貌特征差異較大。

(2)于奇地區(qū)海西晚期水系呈多期特征，早期水系展布與目前地貌特征不一致，且明顯受到晚期水系的切割、改造，與海西早期的巖溶水系特征存在明顯差異。

(3)于奇地區(qū)在海西晚期古巖溶作用中表現(xiàn)為準(zhǔn)平原巖溶模式，縫洞型儲(chǔ)集體沿?cái)嗔褞Х植迹欢喣系貐^(qū)表現(xiàn)為裸露斷凸型巖溶模式，縫洞型儲(chǔ)集體較為發(fā)育。

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(編輯 黃 娟)

Characteristics of Late Hercynian paleokarsts in Akekule Uplift, Tarim Basin

Liu Cunge1,2, Xu Mingjun3, Yun Lu2, Liu Yongli2, Wang Shengli2, Luo Mingxia2

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 2.SINOPECNorthwestOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang830011,China;3.TarimOilfieldCompany,PetroChina,Korla,Xinjiang841000,China)

Based on 3D seismic and drilling data, combined with modern karstology, this paper discussed the characteristics of Late Hercynian paleokarsts in the Yuqi and Lunan areas of the Akekule Uplift, the Tarim Basin. Study results showed that the Yuqi area was a peneplain, developing karst landforms such as grikes and depressions, which were controlled by faults. The surface water system featured multiple periods. The formation of peneplain in the Yuqi area was closely related to tectonic position, stratum attitude, paleoclimate and the base level of erosion. The Lunan area rose higher than the Yuqi area in the Late Hercynian. Some peak clusters remained since peneplanation was not complete. Large peak cluster and depression karst landforms formed in the Early Hercynian, and groundwater systems were well developed, which was different from the situation in the Late Hercynian. Fracture and cave reservoirs related to the Late Hercynian paleokarsts were mainly distributed along fault zones in the Yuqi area. They were widespread in the Lunnan area, and were controlled by the base level of erosion, fault and peneplanation degree.

paleokarst; peneplain; Ordovician; Late Hercynian; Akekule Uplift; Tarim Basin

1001-6112(2015)03-0280-06

10.11781/sysydz201503280

2014-12-29；

2015-03-05。

劉存革(1976—)，男，高級(jí)工程師，從事碳酸鹽巖沉積與儲(chǔ)層研究。E-mail：liucunge@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05005-004)和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973計(jì)劃”項(xiàng)目(2012CB214800)資助。

TE122.2

A