塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局分析

田 雷， 崔海峰， 劉 軍， 張年春

( 中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，甘肅 蘭州 730020 )

塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局分析

田 雷， 崔海峰， 劉 軍， 張年春

( 中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，甘肅 蘭州 730020 )

塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局是該區(qū)中、下寒武統(tǒng)烴源巖和白云巖規(guī)模儲集層發(fā)育的重要因素。以露頭、鉆井及地震資料為基礎，根據寒武系沉積前古構造，中、下寒武世地層結構，以及地震相特征，分析塔西南坳陷早、中寒武世古地理格局，研究寒武系生儲蓋特征及油氣勘探意義。結果表明：研究區(qū)寒武系沉積前昆侖山前葉城—皮山—和田一帶發(fā)育南華—震旦系裂谷體系，呈楔狀向巴楚隆起剝蝕尖滅。受繼承性沉降作用的影響，早、中寒武世巴楚隆起為克拉通內坳陷臺地相碳酸鹽巖沉積，山前凹陷為克拉通邊緣盆地相沉積，從巴楚隆起向南到昆侖山前表現(xiàn)為被動大陸邊緣背景下的“臺地—斜坡—盆地”的古地理格局。在麥蓋提斜坡南部到山前凹陷北部發(fā)育北西向展布的臺地邊緣相，其中下寒武統(tǒng)為緩坡型臺緣；中寒武統(tǒng)在坳陷西段為緩坡型臺緣，坳陷的中、東段為弱鑲邊型臺緣。山前盆地相烴源灶、斜坡區(qū)臺緣礁灘相高能顆粒白云巖及膏泥巖蓋層等生儲蓋條件，決定塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)臺緣帶具有較大的勘探潛力。

巖相古地理； 早、中寒武世； 臺地邊緣； 顆粒灘； 塔西南坳陷

0 引言

巖相古地理重建對揭示含油氣區(qū)生儲蓋發(fā)育特征有重要意義[1]。塔西南坳陷是塔里木盆地寒武—奧陶系碳酸鹽巖油氣勘探的有利接替區(qū)，中、下寒武統(tǒng)是該區(qū)深層碳酸鹽巖重要的儲集層和區(qū)域性蓋層[2]，也是烴源巖發(fā)育的重要層位[3]，早、中寒武世巖相古地理特征關系到有利儲集層、區(qū)域蓋層和烴源巖的發(fā)育展布。

中、下寒武統(tǒng)位于塔里木疊合盆地底部[4]，具有埋藏深度大、揭示鉆井少、研究程度低等特點，巖相古地理研究處于起步階段。塔里木盆地巖相古地理方面研究主要是關于盆地級的區(qū)域性，賈承造等概括塔里木盆地寒武紀的沉積格局[5-6]；馮增昭等利用鉆井和露頭資料，通過“單因素分析、多因素綜合作圖法”編制塔里木地區(qū)寒武紀巖相古地理圖[7]；劉偉等以露頭和鉆井資料為基礎、以地震資料為依托，研究塔里木地區(qū)寒武紀巖相古地理及沉積演化[4]；趙宗舉、楊永劍等利用鉆井、露頭及地震資料，以層序為單元，編制塔里木盆地寒武系巖相古地理圖[8-9]；陳永權等基于地震資料，對塔里木盆地寒武紀巖相古地理格局重新劃分[9]。雖然人們對塔里木盆地整體上“西臺東盆”的古地理格局認識較為一致，但受資料條件限制的影響，在塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局上存在較大爭議。馮增昭等認為塔西南坳陷早、中寒武世整體為臺地，昆侖山前露頭區(qū)存在兩個小的陸塊[7]；劉偉、陳永權等認為早、中寒武世昆侖山前發(fā)育古隆起，甚至早寒武世該區(qū)為古陸[4,10]；趙宗舉、楊永劍等認為早、中寒武世昆侖山前葉城—和田一帶為盆地相區(qū)[8-9]。對塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局認識不清，成為制約該區(qū)寒武—奧陶系油氣勘探的重要因素。文中利用露頭、鉆井及地震資料，分析塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局，為該區(qū)深層寒武系油氣勘探提供依據。

1 地質背景

塔里木盆地按照構造單元劃分為塔北隆起、北部坳陷、巴楚隆起、塔中隆起、東南隆起、庫車坳陷、塘古坳陷、東南坳陷和西南坳陷。塔西南坳陷位于盆地西南部，西北邊緣以柯坪斷裂帶為界，東南以塘古孜巴斯凹陷為界，西南與西昆侖造山帶接壤，自北向南包括麥蓋提斜坡、喀什和葉城—和田凹陷等二級構造單元[11-12]，總面積約為20×104km2。

塔里木盆地早、中寒武世為弱伸展背景下的被動大陸邊緣沉積[13]，整體表現(xiàn)為西臺東盆的古地理格局：盆地中西部巴楚隆起、塔中隆起、北部坳陷的中西部為碳酸鹽巖臺地，得到巴楚隆起的方1井、和4井、巴探5井、瑪北1井、同1井和塔中隆起的塔參1井、中深1井等鉆井的證實；盆地東部塔東1井以北地區(qū)為深海和次深海盆地，塔東1井、塔東2井、米蘭1井、英東2井等鉆井及庫魯克塔格露頭證實盆地相沉積區(qū)的存在。臺地與盆地相區(qū)之間為臺槽過渡帶，發(fā)育臺地邊緣和陸棚斜坡相沉積[14]。巴楚隆起以南麥蓋提斜坡和昆侖山前凹陷沒有寒武系鉆井揭示。人們對于早、中寒武世昆侖山前凹陷是古隆起還是深海盆地存在分歧，主要有兩方面原因：(1)塔西南坳陷昆侖山前鐵克里克露頭剖面顯示，前寒武南華—震旦系之上覆蓋泥盆系奇自拉夫群砂礫巖[15]，缺失中、下寒武統(tǒng)，對認識該區(qū)早、中寒武世巖相古地理特征缺乏可靠資料；(2)二維地震資料顯示，巴楚隆起向西南到山前凹陷葉城—皮山—和田一帶中、下寒武統(tǒng)厚度減薄，可以解釋為中、下寒武統(tǒng)向古隆起上超減薄，或解釋為由臺地相碳酸鹽巖向欠補償盆地相泥頁巖轉化的沉積減薄。

圖1 塔西南坳陷構造位置

2 巴楚—昆侖山前凹陷古地理格架

寒武系沉積前古構造，中、下寒武統(tǒng)地層結構和地震相特征等分析表明，早寒武世昆侖山前凹陷為臺槽過渡帶，從巴楚地區(qū)向南到昆侖山前表現(xiàn)為被動大陸邊緣背景下的“臺地—緩坡—盆地”的古地理格局，碳酸鹽巖臺地的顯著特征是其邊緣發(fā)育十分寬緩的斜坡，向盆地方向地層厚度平緩降低。該巖相古地理格局包括前寒武系古構造格局、地層結構與地震相、下寒武統(tǒng)顆粒灘三方面證據。

2.1 前寒武系古構造格局

塔里木板塊前寒武系沉積前經歷青白口紀基底形成、南華—震旦紀早期裂谷發(fā)育期、震旦紀晚期裂谷裂后快速生長期[13]。震旦紀末期柯坪運動整體抬升，導致板塊區(qū)域性構造地貌的差異[15]。早寒武世早期塔里木板塊經歷長尺度、大規(guī)模的海侵，早寒武世中期到中寒武世整體表現(xiàn)為海退過程[16]。因此，中、下寒武統(tǒng)表現(xiàn)為超覆沉積在震旦紀末期古地貌之上的特征，海侵之前震旦紀末古構造對早、中寒武世巖相古地理格局有重要控制作用。

巴楚隆起鉆井揭示該區(qū)缺失震旦系：方1井、和4井下寒武統(tǒng)白云巖下發(fā)育前震旦系玄武巖、輝綠巖和酸性火山巖；瑪北1井、巴探5井下寒武統(tǒng)白云巖下發(fā)育黑云鉀長片麻巖和雜亂堆積角礫巖，為前震旦系變質巖系，反映該區(qū)前寒武系為抬升剝蝕基底(見圖2)。塔西南坳陷西昆侖山前鐵克里克露頭發(fā)現(xiàn)前寒武系存在南華—震旦系，南華—震旦系為裂谷沉積體系。南華系自下而上發(fā)育陸相山前沖積砂礫巖沉積組合、海相濱淺海冰磧巖組合和海相濱淺海砂礫巖組合，為斷陷型次穩(wěn)定沉積建造，類似華南南華紀裂谷的裂谷體；震旦系自下而上發(fā)育海相濱淺?！璧叵嗌澳鄮r組合和臺地相碳酸鹽巖組合，為坳陷型穩(wěn)定沉積建造，類似華南南華紀裂谷的裂谷蓋。二維地震資料顯示，山前凹陷寒武系下部發(fā)育震旦系“楔狀體”反射(見圖3(a))，內部地層呈中頻、中弱振幅及高連續(xù)平行反射。結合露頭資料，判斷震旦系“楔狀體”為南華—震旦系裂谷向盆內的延伸?！靶铙w”反射由南向北逐漸剝蝕尖滅，表明震旦紀末期柯坪運動致使盆地整體抬升，形成寒武系底界區(qū)域不整合面。地震追蹤結果表明，震旦系“楔狀體”在昆侖山前莎車—葉城—皮山—和田一帶穩(wěn)定分布，裂谷走向呈北西—南東向展布。對西昆侖山庫地地區(qū)蛇綠巖套的研究表明，該支裂谷在震旦紀—早古生代已經演化發(fā)展成為大洋[18]，特別是在蛇綠巖套中發(fā)現(xiàn)早古生代放射蟲[19]，進一步證實寒武紀昆侖山前一帶為深海或次深海盆地。至于鐵克里克露頭剖面南華—震旦系之上缺失寒武—奧陶系，應該與晚加里東期洋盆閉合區(qū)域隆升運動有關。

圖2 塔西南坳陷南華系—震旦系—中、下寒武統(tǒng)沉積相(露頭剖面巖性參考文獻[17])Fig.2 The Nanhua-Sinian and middle-lower Cambrian sedimentary contrast section in southwest depression of Tarim basin(outcrop section reference to the conference[17])

綜上所述，塔西南坳陷前寒武系古構造格局表現(xiàn)為：北部巴楚隆起及周緣為剝蝕高地，向南地勢平緩降低，到莎車—葉城—皮山—和田一帶發(fā)育南華—震旦系裂谷盆地。受柯坪運動及繼承性沉降作用的影響，早、中寒武世巴楚隆起為克拉通內坳陷臺地相碳酸鹽巖沉積，山前凹陷為克拉通邊緣盆地相區(qū)。

2.2 地層結構與地震相

碳酸鹽巖臺地、臺地邊緣及盆地相的沉積環(huán)境差異較大，具有不同的巖性組合、層理結構及沉積特征，在地震剖面上表現(xiàn)為特定的地層結構和地震反射特征。塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)從巴楚隆起到山前凹陷整體上劃分為3個二級地震相單元，與碳酸鹽巖臺地、臺地邊緣及盆地相具有良好的對應關系，不同沉積相對應不同的地震相特征。

2.2.1 碳酸鹽巖臺地相

由巴楚隆起鉆井沉積相(見圖2)可見，早、中寒武世碳酸鹽巖臺地包括局限、蒸發(fā)、開闊3種性質的臺地。局限臺地相主要發(fā)育于下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組和沙依里克組下段，巖性以白云巖為主，地震相特征為中高頻、中弱振幅、較高連續(xù)的平行反射。蒸發(fā)臺地相主要發(fā)育于中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組和下寒武統(tǒng)吾松格爾組，巖性以膏巖、鹽巖和褐色泥巖等蒸發(fā)巖及膏質云巖、泥質云巖為主，地震相特征為高頻、強振幅、高連續(xù)的平行反射，膏巖層在強烈構造變形區(qū)表現(xiàn)為雜亂反射。開闊臺地相發(fā)育于中寒武統(tǒng)沙依里克組上段，巖性以深灰色泥晶灰?guī)r、白云質灰?guī)r和含泥灰?guī)r為主，屬于中寒武統(tǒng)早期廣泛海侵的產物，由于厚度較薄，不構成臺地的主體。

整體上，碳酸鹽巖臺地相沉積厚度大，雙程旅行時為200～250 ms，臺地性質和沉積特征明顯受海平面變化和氣候條件的控制，垂向上巖性特征變化大，但平面上分布穩(wěn)定，地震相特征整體表現(xiàn)為中高頻、高—較高連續(xù)的平行反射，成層性好，反映同一時期臺地內為相對穩(wěn)定條件下的均勻沉積。

2.2.2 臺地邊緣相

由塔西南坳陷西段北東—南西向中下寒武統(tǒng)區(qū)域格架地震解釋剖面(見圖3(a))可見，麥蓋提斜坡和山前凹陷北部地區(qū)為臺地向南的平緩減薄帶，向西南方向地層厚度平緩降低，未見明顯坡折。地震相特征表現(xiàn)為發(fā)育兩套中弱振幅、中頻反射的前積復合體(見圖3(b))，一套發(fā)育于下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組，前積層底界為寒武系底；另一套發(fā)育于中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組，前積層底界為阿瓦塔格組底，兩套前積層底界為典型的下超型層序界面，前積角度十分平緩，厚度薄，呈疊瓦狀。前積作用規(guī)模大，下寒武統(tǒng)由北西向南東方向可達40～60 km；中寒武統(tǒng)相對較小，為30～40 km。前積反射特征反映該區(qū)為淺水碳酸鹽巖臺地與深水盆地沉積過渡的臺緣斜坡帶，前積體由北西向南東方向逐漸下超終止，指示昆侖山前為盆地方向。巴楚隆起中寒武統(tǒng)為局限、封閉、水體不流暢的蒸發(fā)瀉湖膏巖、鹽巖沉積，瀉湖中心向臺地外邊緣依次過渡為蒸發(fā)潮坪相膏云巖和臺地邊緣礁灘微相白云巖，由方1—和4井區(qū)向南到巴探5—瑪北1井區(qū)阿瓦塔格組，膏鹽巖厚度變小，膏云巖含量增加，暗示向南逐漸過渡為蒸發(fā)潮坪和臺地邊緣相。

由塔西南坳陷中、東段地震剖面(見圖3(c)、(d))可見，下寒武統(tǒng)地層厚度為平緩減薄，未見明顯坡折。在皮山和和田以北約10 km處，中寒武統(tǒng)發(fā)育明顯的臺緣帶和丘狀披覆構造，臺緣帶地層低幅度增厚，向西南方向地層明顯減薄。地層內部發(fā)育兩期明顯的前積體，前積角度大，呈S型斜交前積結構，反映坳陷中、東段中寒武統(tǒng)臺緣帶具有弱鑲邊結構。該地層結構為典型的臺緣帶結構特征，是塔西南坳陷中寒武統(tǒng)存在臺緣帶的有力證據。

整體上，在麥蓋提斜坡南部到山前凹陷北部，塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)發(fā)育北西向展布的臺地邊緣相，其中下寒武統(tǒng)為緩坡型臺地邊緣；中寒武統(tǒng)在坳陷西段為緩坡型臺地邊緣，坳陷中、東段為弱鑲邊型臺地邊緣。

圖3 塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 The interpretation seismic sections of lower-middle Cambrian in southwest depression of Tarim basin(section location in Fig.1)

2.2.3 深水盆地相

主要分布于山前凹陷葉城—皮山—和田一帶，厚度明顯減薄，地震波雙程旅行時為100～150 ms，地震相特征表現(xiàn)為中低頻、中弱振幅、連續(xù)性好的平行反射。由于沉積環(huán)境穩(wěn)定，地震相橫向變化小，分布穩(wěn)定。

2.3 下寒武統(tǒng)顆粒灘

有關碳酸鹽巖緩坡及緩坡臺地邊緣型碳酸鹽巖臺地沉積方面的研究較多[20-21]，包括川黔地區(qū)震旦系燈影組碳酸鹽巖臺地[21]、四川盆地寒武系龍王廟組碳酸鹽巖緩坡、土庫曼斯坦阿姆河盆地卡洛夫—牛津階緩斜坡臺地[20]等。緩坡型碳酸鹽巖臺地的臺內和臺緣帶常發(fā)育礁灘體，且多為成群成帶規(guī)模展布。因此，存在臺內和臺緣帶礁灘體發(fā)育帶，可以明確塔西南坳陷早、中寒武世的古地理格局。

鉆井揭示，塔西南坳陷中下寒武統(tǒng)臺內高能相帶主要為臺內顆粒灘，發(fā)育層系主要為下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組，規(guī)模和數量十分有限，厚度普遍小于10 m。雖然高能顆粒灘在已鉆井中總體不發(fā)育，但地震資料顯示下寒武統(tǒng)發(fā)育大量高能顆粒灘異常反射特征，分為兩類：一類位于臺地區(qū)，地震反射特征主要為中弱振幅透鏡狀反射(見圖4(a))，頂底為中強振幅，內部為低角度前積反射結構，可能與臺內灘的遷移有關；另一類位于臺地邊緣斜坡區(qū)(見圖4(b))，主要發(fā)育于臺地邊緣上斜坡，地震反射時間異常增厚，與灘體周緣中強振幅連續(xù)反射相比，振幅明顯減弱，形態(tài)略為雜亂，主要呈中弱振幅串珠狀、波狀反射。

圖4 目的層顆粒灘地震反射特征(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic reflection feature of Grain beach in the destination layer(section location in fig.1)

根據顆粒灘地震反射異常的平面精細刻畫結果，預測塔西南坳陷下寒武統(tǒng)高能顆粒灘亞相的平面分布(見圖5)。下寒武統(tǒng)臺內和臺地邊緣相廣泛發(fā)育顆粒灘，其中臺內灘主要圍繞康2—巴探5—瑪北1井區(qū)周緣分布，預測臺內灘體為18個，總面積約為3 240 km2，單個灘體呈北西—南東走向，長軸長度為15～

圖5 塔西南坳陷下寒武統(tǒng)沉積相平面分布

45 km，臺內局部隆起微地貌可能控制臺內灘的發(fā)育；臺地邊緣顆粒灘主要沿伽師—麥蓋提到斜坡東段玉北1井區(qū)周緣成群成帶分布，反映處于臺地邊緣斜坡的淺水迎浪部位，水體能量強，有利于高能顆粒灘的規(guī)模發(fā)育，預測臺地邊緣顆粒灘為28個，總面積約為8 400 km2，單個灘體主要呈北西—南東走向，長軸長度為10～50 km。這證實顆粒灘集中發(fā)育的區(qū)帶為臺地邊緣斜坡的淺水區(qū)，其西南方向為臺地邊緣深水斜坡—盆地相區(qū)。

3 油氣勘探意義

塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理分析表明，山前凹陷葉城—皮山—和田一帶的中、下寒武統(tǒng)為斜坡—盆地相沉積，而不是古隆起或古陸沉積。根據滿加爾凹陷東部中、下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相區(qū)沉積物有機質含量特征，確定塔西南坳陷下古生界中、下寒武統(tǒng)為一套富含有機質的巖性組合，為塔西南地區(qū)下古生界碳酸鹽巖油氣藏的主力烴源灶。塔西南山前凹陷中、下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相的確定，對于尋找該區(qū)油氣、明確勘探主攻方向具有重要意義。

2013年，塔中隆起中深1井在下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組白云巖獲得油氣發(fā)現(xiàn)[21]，不僅證實下寒武統(tǒng)白云巖儲層具備形成大型油氣藏的地質條件，也為塔里木盆地碳酸鹽巖油氣勘探指示新的方向。塔西南坳陷早寒武世巖相古地理分析表明，巴楚—麥蓋提斜坡北部地區(qū)下寒武統(tǒng)廣泛發(fā)育顆粒灘相白云巖，高能顆粒灘的規(guī)模發(fā)育為后期溶蝕增孔形成優(yōu)質白云巖儲集層提供充分的物質基礎[22]。巴楚隆起方1井、和4井、巴探5井等鉆井揭示，下寒武統(tǒng)白云巖儲集空間類型主要為晶間孔、晶間溶孔、粒內孔、粒間孔和生物溶孔[23-25]，無論是殘余結構孔隙(粒間孔和粒內孔)還是成巖過程中形成的孔隙(晶間孔、晶間溶孔和生物溶孔)，均在原始顆粒巖基礎上形成，且儲層發(fā)育受控于高能顆粒灘。因此，巴楚—麥蓋提斜坡下寒武統(tǒng)是重要的勘探層系和領域。

4 結論

(1)寒武系沉積前昆侖山前葉城—皮山—和田一帶發(fā)育南華—震旦系裂谷體系，呈楔狀向巴楚隆起剝蝕尖滅。受繼承性沉降作用的影響，早、中寒武世巴楚隆起為克拉通內坳陷臺地相碳酸鹽巖沉積，山前凹陷為克拉通邊緣盆地相沉積，從巴楚隆起向南到昆侖山前表現(xiàn)為被動大陸邊緣背景下的臺地—斜坡—盆地的古地理格局。

(2)在麥蓋提斜坡南部到山前凹陷北部發(fā)育北西向展布的臺地邊緣相，其中下寒武統(tǒng)為緩坡型臺地邊緣，在臺內和臺地邊緣廣泛發(fā)育顆粒灘；中寒武統(tǒng)在坳陷西段為緩坡型臺地邊緣，坳陷中、東段為弱鑲邊型臺地邊緣。

(3)山前盆地相烴源灶、斜坡區(qū)臺緣礁灘相高能顆粒白云巖及膏泥巖蓋層等生儲蓋條件，決定塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)臺緣帶具有較大的勘探潛力。

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2016-06-06；編輯：張兆虹

中國石油天然氣股份有限公司科學研究與技術開發(fā)項目(090106-4)

田 雷(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事沉積儲層與石油地質方面的研究。

TE122.14

A

2095-4107(2016)06-0018-08

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.06.003