塔里木盆地寒武紀(jì)巖相古地理與油氣

楊偉利，王毅

(中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

楊曉影

(中石油渤海鉆探井下作業(yè)分公司，河北 任丘 062552)

云金表，蔡習(xí)堯，劉忠寶，解國(guó)軍

(中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

塔里木盆地寒武紀(jì)巖相古地理與油氣

楊偉利，王毅

(中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

楊曉影

(中石油渤海鉆探井下作業(yè)分公司，河北 任丘 062552)

云金表，蔡習(xí)堯，劉忠寶，解國(guó)軍

(中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

在分析塔里木盆地鉆井、地震、野外露頭、古生物、同位素等資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)地層的重新厘定，以碳酸鹽巖沉積體系、沉積地貌和沉積環(huán)境為核心，參考盆地周緣構(gòu)造背景，編制了寒武紀(jì)各世巖相古地理圖。紐芬蘭世，盆地中南部發(fā)育古中央隆起，隆起北部發(fā)育潮坪-瀉胡相、陸棚相，為快速海侵下的碎屑巖沉積，經(jīng)推測(cè)，南部具有相似沉積環(huán)境；第二世，滿加爾坳拉槽快速沉降，形成東盆西臺(tái)的古地理格局；第三世和芙蓉世沉積環(huán)境具有很好的繼承性，都代表了穩(wěn)定沉降背景下的格局。結(jié)合野外露頭和鉆井揭示，預(yù)測(cè)了寒武系玉爾吐斯組烴源巖分布，結(jié)果表明其主要分布在古中央隆起的北部廣大地區(qū)，厚度一般在10～30m之間；推測(cè)古隆起南部也發(fā)育該套烴源巖。

古地理；烴源巖；寒武紀(jì)；油氣勘探；塔里木盆地

長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)塔里木盆地寒武紀(jì)古地理格局，前人已開(kāi)展了幾輪工作[1～3]，研究成果對(duì)于塔里木油氣勘探起到了重要的促進(jìn)作用。隨著塔里木油氣不斷發(fā)現(xiàn)，寒武系烴源巖，特別是玉爾吐斯組烴源巖的分布，成為勘探部署的重要依據(jù)，而巖相古地理恢復(fù)是預(yù)測(cè)其分布的最有效手段。近年來(lái)，隨著新的區(qū)域二維地震、三維地震、深層探井資料增加，為塔里木盆地寒武紀(jì)巖相古地理的恢復(fù)和烴源巖的預(yù)測(cè)奠定了良好基礎(chǔ)。以地層格架的建立和井震資料的精細(xì)標(biāo)定為基礎(chǔ)，以碳酸鹽巖沉積體系、沉積地貌和沉積環(huán)境等要素為核心，參考盆地周緣構(gòu)造背景，形成了綜合古地理編圖方法，恢復(fù)了塔里木盆地寒武紀(jì)巖相古地理。結(jié)合野外露頭和鉆井資料，預(yù)測(cè)了寒武系烴源巖分布，預(yù)測(cè)了有利區(qū)帶。

1 地層劃分與對(duì)比

塔里木臺(tái)地相區(qū)(盆地相區(qū))寒武系發(fā)育紐芬蘭統(tǒng)玉爾吐斯組(西山布拉克組下段)、第二統(tǒng)肖爾布拉克組和吾松格爾組(西山布拉克組上段和西大山組)、第三統(tǒng)沙依里克組和阿瓦塔格組(莫合爾山組)和芙蓉統(tǒng)下丘里塔格組(表1)。

表1 塔里木盆地臺(tái)、盆區(qū)寒武系劃分對(duì)比關(guān)系表

綜合對(duì)比認(rèn)為，柯坪地區(qū)玉爾吐斯組與塔東西山布拉克組下段同為紐芬蘭世全球海平面上升和缺氧事件在塔里木盆地留下的沉積記錄，主要為黑色薄層泥(頁(yè))巖夾深灰色薄層泥-粉晶灰?guī)r、硅質(zhì)磷塊巖；古生物以小殼類化石為主；電性均以特高尖峰狀自然伽馬、低電阻率為特征，可對(duì)比性好(圖1)；在西部臺(tái)地相區(qū)玉爾吐斯組相變?yōu)樗樾紟r，同1井在碎屑巖段獲該組上部的小殼類化石組合。

圖1 塔里木盆地寒武系劃分對(duì)比圖

2 沉積體系與沉積相

通過(guò)對(duì)典型露頭剖面、單井相分析，結(jié)合地層厚度、地震相等研究，在寒武系識(shí)別出3種沉積體系。

2.1 碳酸鹽臺(tái)地沉積體系

碳酸鹽臺(tái)地沉積體系是塔里木盆地寒武系的沉積主體，包括開(kāi)闊臺(tái)地、局限臺(tái)地、蒸發(fā)臺(tái)地、臺(tái)地邊緣等相類型。

蒸發(fā)臺(tái)地相以厚層狀鹽巖、膏巖、石膏巖和含膏或膏質(zhì)白云巖夾薄層紅色泥巖、膏泥巖沉積為主，常形成鳥(niǎo)眼構(gòu)造、干裂、蒸發(fā)礦物以及風(fēng)暴粉屑紋層和潮上準(zhǔn)同生白云石等；缺乏完整生物化石和生物擾動(dòng)構(gòu)造。主要形成于寒武紀(jì)第二、三世時(shí)期，巴探5井在第二統(tǒng)可見(jiàn)蒸發(fā)臺(tái)地相鹽巖沉積。

局限臺(tái)地相主要為白云巖、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r及膏質(zhì)白云巖，主要有疊層石、鳥(niǎo)眼及窗格孔、礫屑和球粒等沉積構(gòu)造。主要發(fā)育在鹽間灰(白云)巖段、鹽下白云巖段，在個(gè)別井區(qū)的下膏鹽巖段和含膏白云巖段中也有發(fā)育。

開(kāi)闊臺(tái)地相從粒屑到灰泥都有，生物種類多，數(shù)量豐富，主要有紅藻、藍(lán)綠藻、海綿、苔蘚蟲(chóng)、珊瑚、棘皮類、腕足類、介形類、腹足類及海百合等。

臺(tái)地邊緣相由顆粒巖和生物巖類組成，常發(fā)育礁或者藻丘。在地震剖面上，往往具有臺(tái)地邊緣地層增厚，向盆地地層減薄的現(xiàn)象，地震內(nèi)部反射具雜亂或者前積反射特征。

2.2 陸棚沉積體系

塔里木盆地寒武紀(jì)陸棚沉積體系以斜坡和淺水陸棚為主。斜坡以深灰色、褐色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，夾褐灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r等；淺水陸棚沉積界面處于氧化還原界面以下，主要為泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、硅質(zhì)巖及薄層粉砂巖，具水平層理及韻律層理，化石含量高。如尉犁1井和塔東2井下寒武統(tǒng)西山布拉克組和西大山組，巖性為灰黑色白云質(zhì)泥巖、黑色泥巖與泥質(zhì)灰?guī)r不等厚互層。

2.3 盆地沉積體系

分布于盆地東部的滿加爾坳陷深海平原區(qū)。巖石類型主要為泥質(zhì)灰?guī)r和暗色泥頁(yè)巖、放射蟲(chóng)硅質(zhì)巖。

3 盆地邊界

塔里木板塊是一個(gè)具有前震旦紀(jì)結(jié)晶基底的大陸板塊，介于天山、昆侖山造山帶之間，由南天山北緣縫合帶、康西瓦縫合帶和阿爾金斷裂帶所圍限。震旦紀(jì)以來(lái)，由新疆克拉通裂解而來(lái)，南天山構(gòu)成板塊北部被動(dòng)邊緣，西昆侖山與阿爾金山分別構(gòu)成板塊南部和東南部活動(dòng)邊緣。

塔里木板塊包括塔里木盆地穩(wěn)定區(qū)和周邊的多期邊緣活動(dòng)帶[4，5]。它是一個(gè)自元古宙超大陸裂解出來(lái)的古生代獨(dú)立的板塊，北部邊界為南天山北界斷裂帶(即尼古拉耶夫線，又稱南天山構(gòu)造帶)；西南部邊界為康西瓦斷裂帶(昆侖造山帶)；東南部邊界為阿爾金斷裂帶(阿爾金造山帶)。

4 巖相古地理特征

4.1 紐芬蘭世

寒武系底部玉爾吐斯組沉積時(shí)期，塔里木盆地北部存在著寒武紀(jì)(更早延至新元古代)-早中奧陶世期間發(fā)育的古大洋[6，7]。寒武紀(jì)早期，塔里木盆地北緣遭受快速海侵，使其北緣以及南天山洋(現(xiàn)位置)的廣大區(qū)域成為陸棚沉積區(qū)。紐芬蘭世盆地內(nèi)部繼承震旦紀(jì)格局，發(fā)育古中央隆起(圖2(a))，巴探5井、瑪北1井、中深1井等缺失該時(shí)期沉積。古隆起北側(cè)發(fā)育潮坪-瀉湖相、淺海陸棚相。目前，揭穿該套地層有星火1井、尉犁1井、塔東1井、塔參1井等及柯坪、庫(kù)魯克塔格等露頭區(qū)?？缕郝额^為含磷暗色泥頁(yè)巖，夾有硅質(zhì)條帶；星火1井鉆遇為灰黑色泥頁(yè)巖、淺灰色硅質(zhì)巖；塔東地區(qū)為一套含磷暗色泥質(zhì)巖地層，夾有白云巖、硅質(zhì)巖層，是在寒武紀(jì)第一次快速海侵時(shí)形成的淺海陸棚環(huán)境。在其與古隆起之間為潮坪-瀉湖沉積，巖性為碎屑巖(同1井)和白云巖(和4井)。盆地西南緣地震反射也發(fā)育一套下超的凝縮沉積，由該時(shí)期伸展背景推測(cè)也發(fā)育淺海陸棚環(huán)境，具有類似沉積。

4.2 第二世

寒武紀(jì)第二世，盆地周邊呈現(xiàn)“兩洋夾一臺(tái)”的格局(圖2(b))。海水自古昆侖洋和天山洋上侵后全部覆蓋塔里木地塊，沉積格局東西分異，形成盆地、斜坡、臺(tái)地邊緣、開(kāi)闊臺(tái)地及局限臺(tái)地等沉積體系。西部臺(tái)地主要發(fā)育膏巖、鹽巖、碳酸鹽巖巖相；東部為克拉通邊緣盆地硅質(zhì)巖相區(qū)。二者之間沿輪南、滿參1井一線形成彎月形的臺(tái)地邊緣灰?guī)r巖隆帶，在其東側(cè)即為斜坡礫屑灰?guī)r相帶。

4.3 第三世

寒武紀(jì)第三世海平面下降，在海退背景下塔西克拉通內(nèi)坳陷發(fā)育寬廣的膏泥坪沉積(圖2(c))，屬局限臺(tái)地內(nèi)坳陷產(chǎn)物；塔東仍為克拉通邊緣坳陷，僅發(fā)生沉積相帶的遷移, 塔東1井莫合爾山組為巨厚層灰黑色泥灰?guī)r夾厚層狀同色泥巖。與第二世相比，第三世開(kāi)闊臺(tái)地相區(qū)明顯減小，臺(tái)地邊緣相發(fā)育，塔深1井揭示臺(tái)地邊緣相和前緣斜坡相主要為藻礁白云巖、藻礁灰?guī)r、砂屑灰(白云)巖和生物碎屑灰?guī)r、泥灰?guī)r等，滿加爾西緣斜坡向東遷移，塔西南斜坡向北遷移。

4.4 芙蓉世

芙蓉世基本繼承了早期原型盆地的特點(diǎn)(圖2(d))。與第二世、第三世相比，芙蓉世盆地相縮小，局限臺(tái)地相主要發(fā)育在巴楚-塔中地區(qū)，巖性均為大套白云巖。開(kāi)闊臺(tái)地相主要為厚層-塊狀白云巖、含泥白云巖。半深海盆地相分布于庫(kù)魯克塔格地區(qū)，主要巖性為薄層灰?guī)r和泥頁(yè)巖。陸棚相僅有塔東1井揭穿，主要有灰色泥晶-粉晶灰?guī)r、灰色、灰黑色瘤狀泥晶-粉晶灰?guī)r夾灰黑色鈣質(zhì)泥巖，含幾丁蟲(chóng)、筆石、微古植物化石。庫(kù)南1井鉆遇斜坡相，主要為灰?guī)r和泥灰?guī)r。

圖2 塔里木盆地寒武紀(jì)巖相古地理

5 巖相古地理與油氣

盡管臺(tái)盆區(qū)主力烴源巖有寒武系、奧陶系之爭(zhēng)，但油氣主要來(lái)源于早古生代烴源巖的認(rèn)識(shí)是一致的[8～19]。上述爭(zhēng)議主要是由于區(qū)內(nèi)烴源巖分布層位埋藏深度大、鉆井揭示點(diǎn)少，加之早古生代復(fù)雜的沉積格局和演化推測(cè)性所致。通過(guò)編制巖相古地理圖件和分析野外露頭、鉆井等資料，預(yù)測(cè)了寒武紀(jì)烴源巖分布，主要包括寒武系底部玉爾吐斯組及對(duì)應(yīng)的西山布拉克組烴源巖。

5.1 玉爾吐斯組烴源巖特征

玉爾吐斯組烴源巖是早古生代第一次海侵形成的海相烴源巖，為一套灰黑色含磷或含磷結(jié)核硅質(zhì)巖、黑色碳質(zhì)頁(yè)巖。在露頭和鉆井上都有發(fā)現(xiàn)，阿克蘇肖爾布拉克剖面玉爾吐斯組厚9.2m，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(TOC)為0.04%～2.59%(11件樣品)，其中4件樣品w(TOC)分布于1.87%～2.59%?？缕郝额^區(qū)玉爾吐斯組磷質(zhì)、硅質(zhì)巖和黑色頁(yè)巖厚32.7m；高志勇等[15]測(cè)得其w(TOC)為 7%～14%；儲(chǔ)呈林等[20]測(cè)得阿克蘇東二溝玉爾吐斯組中下部硅質(zhì)巖和碳質(zhì)泥巖w(TOC)為0.04%～12.19%(平均4.82%)；顧憶等[13]分析星火1井玉爾吐斯組碳質(zhì)泥巖的w(TOC)為1.00%～9.43%(平均5.50%)(7件樣品)。無(wú)論露頭區(qū)還是井下，玉爾吐斯組都顯示為一套非常好的烴源巖。

5.2 玉爾吐斯組烴源巖分布

通過(guò)紐芬蘭世巖相古地理編圖，結(jié)合野外露頭和鉆井資料，預(yù)測(cè)了玉爾吐斯組及其相應(yīng)層位烴源巖分布(圖3)。該套烴源巖在古中央隆起區(qū)以北廣泛分布，北部的陸棚斜坡相區(qū)，厚度超過(guò)了30m，在目前的阿瓦提-順托-滿加爾的大部分地區(qū)，烴源巖厚度在10～30m之間，主要是泥巖、硅藻巖、磷灰?guī)r；向古隆起方向，逐漸相變?yōu)槌逼合嗌皫r，方1井、和4井、同1井對(duì)應(yīng)為紅色砂巖沉積，而塔參1井、瑪北1井、巴探5井及中深1井等缺失玉爾吐斯組。推測(cè)，在古中央隆起區(qū)南部相同環(huán)境下該時(shí)期的烴源巖也發(fā)育較為廣泛。

5.3 烴源巖分布與深層油氣勘探

塔里木盆地深層油氣勘探包括寒武系鹽下、奧陶系蓬萊壩組-鷹山組2個(gè)領(lǐng)域。寒武系鹽下主要是第二統(tǒng)蒸發(fā)巖與下伏白云巖儲(chǔ)蓋組合；奧陶系蓬萊壩組-鷹山組是中上奧陶統(tǒng)泥巖、致密灰?guī)r與下伏白云巖、灰?guī)r儲(chǔ)層組合。

圖3 塔里木寒武系玉爾吐斯組烴源巖分布圖

在寒武系鹽下領(lǐng)域，廣泛分布的玉爾吐斯組為其提供了良好的烴源巖條件，巴楚隆起北緣和塔中隆起肖爾布拉克組依然是有利的勘探區(qū)。盡管在巴楚地區(qū)巴探5井、瑪北1井、和4井、方1井等先后失利，但塔中地區(qū)中深1井寒武系鹽下的油氣成果堅(jiān)定了該領(lǐng)域的潛力[21]。巴楚隆起鉆探失利主要是因?yàn)榫嚯x烴源巖太遠(yuǎn)或圈閉與油氣形成不匹配，而繼承性古隆起背景是塔中寒武系鹽下油氣成藏與保存的關(guān)鍵要素。構(gòu)造演化結(jié)果顯示，塔中隆起形成早，繼承性強(qiáng)，是油氣運(yùn)聚的長(zhǎng)期有利指向區(qū)，利于油氣的長(zhǎng)期保存。巴楚隆起定型于喜山期，北緣靠近烴源巖分布區(qū)，是晚期成藏的有利區(qū)。

6 結(jié)論

1)塔里木盆地寒武紀(jì)早期紐芬蘭世在盆地周緣拉張背景下，繼承震旦紀(jì)格局，發(fā)育古中央隆起，以碎屑巖快速海侵為特征，形成南北分帶古地理格局；第二世開(kāi)始，在滿加爾坳拉槽強(qiáng)烈沉降的背景下，形成東盆西臺(tái)東西分帶格局，此后，塔里木臺(tái)盆區(qū)進(jìn)入穩(wěn)定沉降階段，第三世和芙蓉世繼承了該格局。

2)寒武系玉爾吐斯組為主力烴源巖，主要分布在北部坳陷的廣大地區(qū)，古中央隆起區(qū)缺失，推測(cè)古中央隆起南側(cè)同樣發(fā)育，為一套快速海侵條件下形成的泥質(zhì)沉積。

3)分析了塔里木盆地深層寒武系鹽下和奧陶系兩個(gè)領(lǐng)域的油氣發(fā)現(xiàn)特征和主控因素，指出了有利勘探區(qū)。

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[編輯] 鄧?yán)?/p>

2016-10-13

楊偉利(1973-)，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事沉積學(xué)、油氣勘探工作， yangwl.syky@sinopec.com。

TE121.3

A

1673-1409(2017)11-0001-06

[引著格式]楊偉利，王毅，楊曉影，等.塔里木盆地寒武紀(jì)巖相古地理與油氣[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(11):1～6.