塔里木盆地震旦系裂谷發(fā)育特征及其對油氣勘探的指導(dǎo)意義

馮許魁，劉永彬，韓長偉，嚴(yán) 威，董 磊，赫英福

（1.中國石油東方地球物理公司研究院庫爾勒分院，新疆庫爾勒841001；2.中國石油塔里木油田分公司）

塔里木盆地震旦系地層是前震旦紀(jì)變質(zhì)巖基底之上第一套沉積蓋層，其形成的區(qū)域構(gòu)造背景、應(yīng)力機(jī)制及其繼承性活動對下古生界地層的沉積具有一定繼承性控制作用，尤其對寒武系中下統(tǒng)地層沉積具有重要控制作用，對于現(xiàn)今油氣勘探也具有重要指導(dǎo)意義。

前人基于露頭資料和早期地震資料，從震旦系地層的形成機(jī)制和控制背景角度對震旦系的發(fā)育特征做了大量研究［1－3］，但由于受資料品質(zhì)和占有資料較少等原因限制，對于震旦系發(fā)育特征研究還不夠深入。近幾年由于地震資料和鉆井資料大量增加，因此有條件對震旦系發(fā)育特征及其對油氣控制作用展開深入研究。本文在前人研究基礎(chǔ)之上，旨在綜合露頭、鉆井和地震資料精細(xì)刻畫震旦系發(fā)育特征，并通過震旦系對后續(xù)地層的繼承性控制作用研究，闡述其對油氣勘探的指導(dǎo)意義，優(yōu)選有利區(qū)帶，指導(dǎo)油氣勘探與生產(chǎn)。

1 震旦系裂谷發(fā)育特征研究及新認(rèn)識

1.1 盆地周邊露頭區(qū)震旦系發(fā)育特征

從目前盆地露頭區(qū)的調(diào)查結(jié)果來看，震旦系地層主要分布在盆地東北緣的庫魯克塔格地區(qū)、西北緣的柯坪－阿克蘇地區(qū)以及西南緣昆侖山區(qū)西部的哈拉斯坦河－塔斯洪湖地區(qū)的山前地帶［1－6］，各區(qū)沉積特征差異較大：庫魯克塔格地區(qū)，震旦系地層可分為上下兩個統(tǒng)，下統(tǒng)厚約4 350 m，包括貝義西組、照壁山組、阿勒通溝組、特瑞愛肯組，以碎屑巖沉積為主，夾火山噴發(fā)巖、冰磧巖、薄層石灰?guī)r及灰?guī)r透鏡體；上統(tǒng)厚約1 900 m，包括扎摩克提組、育肯溝組、水泉組、漢格爾喬克組，其中下部以碎屑巖沉積為主、夾薄層泥灰?guī)r，頂部以冰磧礫巖為主，夾白云質(zhì)石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖透鏡體?？缕海⒖颂K地區(qū)震旦系地層也可分為上下兩個統(tǒng)，下統(tǒng)厚約2 000 m，包括巧恩布拉克組和尤爾美拉克組，以海相碎屑巖沉積為主，加少量凝灰?guī)r、石灰?guī)r、礫巖和冰磧巖；上統(tǒng)厚約760 m，包括蘇蓋特布拉克組和奇格布拉克組，蘇蓋特布拉克組以濱淺海沉積為主，夾玄武巖及少量碳酸鹽巖；奇格拉克組主要為富含鎂質(zhì)的碳酸鹽巖建造，夾少量碎屑巖。昆侖山地區(qū)，震旦系地層也可分為上下兩個統(tǒng)，厚約2 800 m，下統(tǒng)恰克馬克力克組以紅色粗碎屑巖沉積為主，夾冰磧巖、紋泥巖；上統(tǒng)庫爾卡克組以雜色細(xì)碎屑沉積巖為主，頂部和底部為白云巖、鮞狀白云巖，上統(tǒng)克孜蘇胡木組以鎂質(zhì)碳酸鹽巖為主，夾碎屑巖。

震旦系是塔里木運(yùn)動后第一次海侵時期產(chǎn)物［2］，但沉積差異較大，露頭區(qū)沉積可能是塔里木克拉通周邊裂陷期沉積；結(jié)合臺盆區(qū)鉆探結(jié)果，總體上認(rèn)為震旦系可分為兩套沉積體系，即碎屑巖沉積體系和碳酸鹽巖沉積體系。

1.2 鉆井及地震反射特征

據(jù)統(tǒng)計，塔里木盆地鉆遇或鉆穿震旦系地層的探井共有16口，通過綜合標(biāo)定后，共有三種地震反射特征（見圖1）。第一種是以星火1井為代表的較連續(xù)弱振幅席狀反射特征：星火1井鉆穿了震旦系地層，其中鉆遇震旦系上統(tǒng)奇格布拉克組白云巖238 m，蘇蓋特布拉克泥巖12 m，其下為前震旦系底基，未鉆遇震旦系下統(tǒng)地層，分析認(rèn)為該組反射特征代表震旦系上統(tǒng)頂部白云巖地層；第二種是以塔東1井為代表的楔狀反射特征：塔東1井鉆遇震旦系上統(tǒng)白云巖91 m，其下地層未鉆穿，結(jié)合庫魯克塔格露頭區(qū)震旦系沉積特征分析認(rèn)為，91 m白云巖是震旦系上統(tǒng)地層，其下巨厚地層是震旦系下統(tǒng)碎屑巖、冰磧巖及火山巖沉積，因此楔狀反射特征主要代表震旦系碎屑巖、冰磧巖及火山巖沉積地層；第三種是以中深1井為代表的雜亂反射特征：中深1井鉆穿寒武系直接進(jìn)入前震旦系基底，據(jù)同位素測年，年齡大約在19億年左右，因此該雜亂反射不是震旦系變質(zhì)地層，應(yīng)該代表前震旦系基底。

對三種地震相進(jìn)行全盆地追蹤對比發(fā)現(xiàn)，代表基底的雜亂反射分布于整個盆地，代表震旦系下統(tǒng)碎屑巖楔狀反射分布于北部坳陷東西兩側(cè)、塔西南山前及麥蓋提斜坡，代表震旦系上統(tǒng)白云巖段弱振幅連續(xù)席狀反射分布于北部凹陷及塔西南麥蓋提斜坡，較楔形反射分布范圍要大（見圖2a）。

圖1 震旦系地震反射特征

圖2 塔里木盆地震旦系地震相、地層厚度平面圖

1.3 震旦系分布特征

在地震相識別基礎(chǔ)之上，利用地震資料并結(jié)合露頭資料對震旦系地層進(jìn)行平面成圖（見圖2b）。從圖中可以清楚發(fā)現(xiàn)震旦系地層厚度變化規(guī)律：在北部坳陷，以阿滿為界，震旦系形成東西兩個沉積厚區(qū)，東邊的為庫滿沉積厚區(qū)，該區(qū)與盆地東北緣的庫魯克塔格露頭區(qū)相接，從西向東沉積加厚；西邊的為阿瓦提沉積厚區(qū)，該區(qū)與盆地西北緣的柯坪－阿克蘇露頭區(qū)相接，從東向西加厚。這兩個沉積厚區(qū)向阿滿及塔中、塔北地區(qū)沉積減薄。在塔西南地區(qū)，震旦系地層存在兩個沉積厚區(qū)，一個沿麥蓋提斜坡形成東西向條帶形沉積厚區(qū)，另一個在昆侖山前形成由北向南加厚沉積區(qū)，該沉積區(qū)與西南緣昆侖山區(qū)西部的哈拉斯坦河－塔斯洪湖露頭區(qū)相接，整體由北向南加厚。

1.4 震旦系形成機(jī)制及新認(rèn)識

前人通過盆地周邊震旦系露頭區(qū)研究，普遍認(rèn)為震旦紀(jì)為裂谷期［7－8］，在區(qū)域拉張構(gòu)造背景下，塔里木盆地南北緣均處于被動大陸邊緣，其裂谷作用具有北強(qiáng)南弱、東強(qiáng)西弱的特點(diǎn)，北緣發(fā)育庫滿坳拉槽。本次在這一認(rèn)識基礎(chǔ)上，根據(jù)以上震旦系地震相和地層分布特征研究結(jié)果，通過地震資料，結(jié)合航磁研究認(rèn)識，深化了震旦系形成機(jī)制認(rèn)識，形成了兩點(diǎn)新的認(rèn)識：第一，通過地震資料結(jié)合前人認(rèn)識研究認(rèn)為，盆地震旦系沉積可分為裂陷期和坳陷期兩期沉積（見圖3c），裂陷期以碎屑巖、冰磧巖和火山巖沉積為主，地震剖面上，裂陷期表現(xiàn)為楔形反射，內(nèi)幕地層向底基超覆沉積，坳陷期以碳酸鹽巖（白云巖）沉積為主，地震剖面上，坳陷期沉積表現(xiàn)為平行較連續(xù)弱振幅席狀反射特征，坳陷期沉積位于裂陷期沉積之上，較裂陷期沉積范圍要大，二者之間可能為拆離不整合；第二，綜合航磁、地震相及地層發(fā)育規(guī)律，結(jié)合區(qū)域拉張構(gòu)造背景，以大地構(gòu)造三聯(lián)點(diǎn)理論為依據(jù)，研究認(rèn)為，受伊犁－中天山地塊和昆侖地塊裂谷作用［9－10］控制，塔里木盆地震旦系發(fā)育滿加爾、阿瓦提及麥蓋提三大坳拉槽（見圖3a），同時發(fā)育巴楚－塔中、塔北及和田三大古陸；根據(jù)航磁研究結(jié)果［11－12］，中央隆起帶發(fā)育一條高磁異常，北部坳陷為磁異常低，塔西南邊緣為磁異常低，內(nèi)部有條帶型磁異常高，與本次研究的震旦系裂谷分布規(guī)律相似，磁異常低對應(yīng)震旦紀(jì)裂谷分布區(qū)（見圖3b）；另外，通過地震資料研究發(fā)現(xiàn)，庫滿坳拉槽南北邊界均清楚，表現(xiàn)為由塔北、塔中古陸向庫滿坳拉槽楔形加厚（見圖3c），阿瓦提坳拉槽南邊界楔形特征清楚，北邊界地震由于地震資料差，反射特征不清楚，但有楔型反射影子；麥蓋提斜坡坳拉槽南北邊界地震楔形反射特征均清楚（見圖3d），較為落實(shí)，昆侖山前楔形反射特征清楚。

圖3 塔里木盆地震旦系裂谷發(fā)育特征

2 對油氣勘探的指導(dǎo)意義

震旦系繼承性活動作用對于下古生界地層沉積體系具有一定控制作用，尤其對震旦系自身發(fā)育烴源巖、寒武系下統(tǒng)玉爾吐斯烴源巖、肖爾布拉克沉積儲層及中寒武沉積蓋層具有直接控制作用，對古隆起和晚期構(gòu)造具有間接控制作用，對油氣勘探和有利區(qū)帶優(yōu)選具有重要指導(dǎo)意義。

2.1 對烴源巖的控制作用

震旦系裂谷沉積體系及其繼承性沉降作用對烴源巖控制作用表現(xiàn)在兩個方面，一是對震旦系自身烴源巖控制作用，二是對寒武系玉爾吐斯組烴源巖控制作用。

庫魯克塔格地區(qū)，照壁山剖面震旦系水泉組發(fā)現(xiàn)165.07 m泥巖沉積 ，有機(jī)碳為1.56%～3.3%，恢復(fù)后為3.12%～6.6% ；育肯溝組發(fā)現(xiàn)24.79 m泥巖沉積，有機(jī)碳數(shù)據(jù)1.06%，恢復(fù)后為2.12%；特瑞愛肯組底發(fā)現(xiàn)泥巖327 m，有機(jī)碳為2.96%。以上有機(jī)碳數(shù)據(jù)均達(dá)到了好生油巖標(biāo)準(zhǔn)，說明震旦系發(fā)育良好烴源巖，另外分析發(fā)現(xiàn)，這些烴源巖均發(fā)育在震旦系裂谷期沉積地層中，從地震剖面上看，楔形反射底部存在一套強(qiáng)波組，結(jié)合整體地層特征，推測該套強(qiáng)波組為裂陷期泥巖沉積反射，因此認(rèn)為，震旦系裂陷期沉積范圍就是震旦系烴源巖分布范圍。

寒武系玉爾吐斯組是塔里木盆地一套重要烴源巖［13］，是震旦系之上第一套沉積地層，因此寒武系玉爾吐斯沉積前震旦系古地貌對其沉積具有重要影響作用。兩點(diǎn)證據(jù)表明，震旦系繼承活動作用對玉爾吐斯烴源巖具有一定控制作用。第一，從鉆井和露頭資料看，有震旦系沉積的地區(qū)就有玉爾吐斯組分布，星火1井鉆遇震旦系地層，同時鉆遇33 m玉爾吐斯黑色泥頁巖，柯坪露頭剖面上發(fā)現(xiàn)震旦系地層，同時也發(fā)現(xiàn)玉爾吐斯組烴源巖；第二，沒有震旦系的地區(qū)同時也缺失玉爾吐斯組，中央隆起帶的和4、同1、巴探5、瑪北1、塔參1、中深1等鉆井未鉆遇震旦系，同時也未鉆遇玉爾吐斯組烴源巖。當(dāng)然，根據(jù)以上兩點(diǎn)也不能完全說明有震旦系就一定有玉爾吐斯組。因此本次研究認(rèn)為，震旦系對玉爾吐斯組有兩種可能控制結(jié)果，其一，有震旦系，就有玉爾吐斯組；其二，玉爾吐斯組僅存在于震旦系裂陷期范圍內(nèi)，或范圍稍大，向隆起區(qū)發(fā)生相變。根據(jù)以上認(rèn)識，結(jié)合震旦系發(fā)育特征認(rèn)識編制了玉爾吐斯烴源巖分布圖（見圖4），圖中淺色加深色范圍是玉爾吐斯第一種可能分布范圍，淺色范圍是玉爾吐斯第二種可能分布范圍。

圖4 寒武系玉爾吐斯組烴源巖平面分布

2.2 對寒武系下統(tǒng)儲層的控制作用

地震和鉆井資料研究表明，震旦系繼承性裂谷沉降邊緣控制了下寒武統(tǒng)臺地邊緣相帶的分布，繼承性古陸控制了寒武系下統(tǒng)臺地的分布，進(jìn)而控制了下寒武統(tǒng)潮坪－云巖坪儲層的沉積分布。

通過地震資料研究發(fā)現(xiàn)，震旦系裂谷邊緣與寒武系臺地邊緣相帶沉積相關(guān)性較好，震旦系裂谷沉積邊緣就是后期寒武系臺緣相帶發(fā)育的位置，理由有三：其一，從過塔北－羅西地震剖面（見圖5 a）可以看出，塔北和羅西震旦系裂谷邊緣之上均發(fā)育寒武系臺緣相帶，二者對應(yīng)關(guān)系良好；其二，據(jù)此認(rèn)識，本次在阿瓦提沿震旦系裂谷邊緣識別出了寒武系下統(tǒng)緩坡臺緣相帶，從圖5b地震剖面反射特征可以看出，寒武系下統(tǒng)從阿滿向阿瓦提凹陷沉積減薄，反射波組由雜亂弱振幅反射變化為席狀強(qiáng)反射，其上發(fā)育前積反射結(jié)構(gòu)，與古城已證實(shí)下寒武統(tǒng)臺緣相帶特征相似并對應(yīng)（見圖6），說明該區(qū)裂谷邊緣發(fā)育緩坡臺緣相帶；其三，對寒武系下統(tǒng)臺緣相帶平面追蹤后，寒武系臺緣相帶與震旦系裂谷邊緣相吻合，臺緣相帶沿庫滿震旦紀(jì)裂谷邊緣、阿瓦提震旦紀(jì)裂谷邊緣環(huán)形展布（見圖6）。分析認(rèn)為，震旦紀(jì)裂谷邊緣是地貌較高單元，水體相對較淺，適合后期寒武系臺地邊緣礁灘相帶發(fā)育，向盆地水體加深，相變?yōu)樾逼孪嗪团璧叵唷?/p>

圖5 震旦系裂谷邊緣對寒武－奧陶系臺緣相帶控制剖面

和田古陸是震旦紀(jì)裂谷作用形成的古陸，是一個震旦紀(jì)之后寒武－奧陶紀(jì)繼承的古陸，該古陸對寒武系沉積相帶具有重要控制作用。根據(jù)巖相古地理研究認(rèn)識［14－15］，從南至北，早寒武世沉積模式為緩坡－古陸－局限臺地－開闊臺地－臺緣－斜坡－深水陸盆相沉積模式（見圖6），該古陸南側(cè)為緩坡沉積模式，北側(cè)與威爾遜模式相似，從淺到深發(fā)育局限臺地－開闊臺地－臺緣－斜坡－盆地模式，在和田古陸北側(cè)局限臺地可細(xì)分為混積潮坪亞相與半蒸發(fā)云巖坪亞相。康2、巴探5、瑪北1、方1、和4及中深1等井揭示，寒武系下統(tǒng)發(fā)育云巖坪沉積儲層，儲層類型評價為I類、II類和III類，其中I、II類儲層占到25%～73%，是寒武系鹽下較好勘探領(lǐng)域。根據(jù)以上認(rèn)識，本次研究認(rèn)為，繼承性古陸控制了寒武系下統(tǒng)臺地的分布，進(jìn)而控制了下寒武統(tǒng)潮坪－云巖坪儲層的沉積分布。

2.3 對寒武系中統(tǒng)蓋層的控制作用

震旦系裂谷及其繼承性活動作用對寒武系中統(tǒng)的控制作用表現(xiàn)在兩個方面：其一，震旦系繼承性裂谷邊緣發(fā)育的寒武系中下統(tǒng)臺緣相帶，尤其是古城－輪西臺緣相帶對于中寒武統(tǒng)古城以西膏鹽巖沉積具有重要控制作用，從過古城臺緣相帶地震剖面可以看出（見圖7），中下寒武統(tǒng)臺緣相帶由于規(guī)模型海退事件，整體向盆地側(cè)向加積并遷移，致使臺緣相帶內(nèi)側(cè)水體受限，發(fā)育膏鹽巖夾灰?guī)r或云巖沉積，中寒武統(tǒng)地層明顯向臺緣相帶超覆減薄沉積；其二，震旦紀(jì)繼承性古隆起對中寒武統(tǒng)沉積相帶的控制，巖相古地理研究表明，中寒武世，由于受繼承性震旦紀(jì)和田古隆起、塔北古隆起及規(guī)模海退事件影響，中寒武世塔里木盆地沉積模式從南至北主要表現(xiàn)為緩坡－蒸發(fā)臺地－臺緣－斜坡－盆地相模式，塔北凸起北部發(fā)育藻云巖、泥質(zhì)云巖紅層［16］，塔北凸起南部發(fā)育蒸發(fā)鹽巖，和田古陸北側(cè)以潮坪相泥質(zhì)云巖為主、向南以膏鹽及鹽巖沉積為主。

圖6 塔里木盆地下寒武統(tǒng)沉積相分布

圖7 中、下寒武統(tǒng)臺緣相帶對中寒武統(tǒng)蓋層控制剖面

2.4 對古隆起和晚期構(gòu)造的控制作用

分析古隆起的構(gòu)造演化及現(xiàn)今構(gòu)造單元格局發(fā)現(xiàn)，震旦紀(jì)裂谷作用及其繼承活動作用對古隆起的形成和現(xiàn)今構(gòu)造格局的形成具有重要影響作用：震旦紀(jì)裂谷作用形成的塔北古陸及巴楚－塔中古陸與現(xiàn)今的塔北隆起及塔中隆起對應(yīng)關(guān)系良好，繼承發(fā)育形成了現(xiàn)今的塔北隆起和中央隆起；震旦紀(jì)裂谷作用形成的阿瓦提－庫滿裂谷與現(xiàn)今的北部坳陷對應(yīng)關(guān)系良好，繼承發(fā)育形成了現(xiàn)今的北部坳陷。當(dāng)然早期震旦紀(jì)形成的構(gòu)造格局由于后期構(gòu)造運(yùn)動，在現(xiàn)今構(gòu)造單元并不一定完全存在，震旦紀(jì)裂谷作用形成的和田古陸由于喜山期昆侖山的構(gòu)造運(yùn)動，在現(xiàn)今構(gòu)造單元中已變成塔西南前陸盆地的前淵帶。另外，震旦紀(jì)的裂谷作用對晚期構(gòu)造也具有一定控制作用，控制塔中低凸起北緣的晚加里東－早海西斷裂是在早期震旦紀(jì)裂谷作用形成的正斷列帶基礎(chǔ)之上反轉(zhuǎn)形成的；控制巴楚斷隆北緣的喜山期吐木休克斷裂也是在震旦紀(jì)形成的阿瓦提裂谷南緣的正斷裂帶基礎(chǔ)之上形成的。

2.5 對油氣勘探的指導(dǎo)意義

震旦紀(jì)裂谷及其繼承性活動作用控制了寒武系下統(tǒng)烴源巖及儲層的分布，控制了中統(tǒng)膏鹽巖蓋層的分布，控制了古隆起的構(gòu)造演化。根據(jù)以上控制作用，通過對寒武系中下統(tǒng)儲蓋組合的綜合評價，結(jié)合油氣成藏演化和目前勘探能力（鉆探深度限制），研究認(rèn)為，塔中是下步寒武系鹽下勘探的最有利區(qū)帶，巴楚地區(qū)是下步寒武系鹽下勘探的重點(diǎn)探索區(qū)帶：第一，從生儲蓋配置角度結(jié)合勘探埋深限制來看，寒武系下統(tǒng)古城臺緣相帶、塔北北緣臺緣相帶及阿瓦提臺緣相帶非常有利，但埋深較大，而塔中、巴楚－瑪東地區(qū)發(fā)育潮坪－云巖坪儲層或白云巖儲層，其上為中寒武統(tǒng)膏鹽巖蓋層，距阿瓦提、庫滿及麥蓋提斜坡震旦系裂谷控制的玉爾吐斯烴源巖較近或立體疊致，且現(xiàn)今埋深相對較淺，整體埋深小于7 500 m；第二，從構(gòu)造成藏演化角度，塔中古隆起及鹽下構(gòu)造繼承發(fā)育，油氣勘探最為有利，目前已獲突破，塔北隆起晚期遭受改造，破壞較大，不利成藏，巴楚－瑪東早期是塔西南隆起區(qū)前緣，喜山期發(fā)生翹傾，有利油氣調(diào)整。塔中鹽下構(gòu)造長期繼承發(fā)育，與四川高石梯－磨溪?dú)馓锵嗨?，成藏條件最為有利，巴楚與威遠(yuǎn)類似，保存較好的背斜構(gòu)造也具備成藏條件，是重點(diǎn)探索領(lǐng)域。

3 結(jié)論

（1）震旦紀(jì)塔里木盆地表現(xiàn)為伸展拉張構(gòu)造背景，處于裂谷期，受天山洋和昆侖洋裂谷作用控制，發(fā)育滿加爾、阿瓦提及麥蓋提三大坳拉槽，同時發(fā)育巴楚－塔中，塔北及和田三大古陸。

（2）震旦系裂谷作用及其繼承性活動作用直接控制了寒武系下統(tǒng)玉爾吐斯烴源巖的分布，控制了下統(tǒng)臺緣相帶及臺地的發(fā)育及展布，間接控制了中寒武統(tǒng)蓋層的分布，同時也間接控制了古隆起和二級構(gòu)造帶的發(fā)育和演化，對油氣勘探具有重要指導(dǎo)意義。

（3）塔中寒武系鹽下大構(gòu)造繼承發(fā)育，是最有利勘探區(qū)帶；巴楚和瑪東地區(qū)是寒武系鹽下勘探值得探索的領(lǐng)域。

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