塔里木盆地順托果勒低隆起一間房組分布及地質(zhì)意義

尚 凱，呂海濤，曹自成，韓 俊，龔 偉，黃 誠

(中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

對于塔里木盆地奧陶系地層劃分對比，前人已開展了大量工作[1-6]，建立了相對完善的生物地層劃分標(biāo)準(zhǔn)，但主要集中在盆地周緣及盆內(nèi)勘探程度較高的地區(qū)，僅有少量成果報(bào)道涉及順托果勒低隆起南部的塔中北斜坡[6-7]。近年來，順托果勒低隆起部署的SN4井和ST1井等多口井在奧陶系鷹山組—一間房組碳酸鹽巖獲得了油氣突破[8-9]。然而，研究區(qū)總體勘探程度較低，鉆遇地層不全，尤其是牙形石等古生物化石資料獲取難度大等客觀原因，給奧陶系地層的精細(xì)劃分對比帶來了一定的困難，成為了制約勘探開發(fā)進(jìn)展的瓶頸。前期張智禮等[7]從碳同位素地層學(xué)的角度對順托果勒低隆起南部個別鉆井一間房組進(jìn)行了識別和劃分。隨著油氣勘探工作的深入，近期相繼部署了一批鉆井和三維地震，尤其是在SN2井和SB2井中獲得了中下奧陶統(tǒng)牙形石化石，為奧陶系地層的研究提供了資料支撐。本文基于對測錄井、生物地層、同位素地層學(xué)和地震等多種資料的綜合分析，總結(jié)順托果勒低隆起一間房組地層發(fā)育特征，通過連井地層劃分對比、地震剖面標(biāo)定與追蹤解釋以及參考鄰區(qū)的研究成果[5-7,10-11]，探討一間房組地層分布，以期為該區(qū)奧陶系的進(jìn)一步研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順托果勒低隆起北接沙雅隆起，南與卡塔克隆起、古城墟隆起相連，東西方向處于滿加爾、阿瓦提2大坳陷之間的低梁部位(圖1)。順托果勒低隆起主要形成于加里東中期Ⅰ幕[8]，后期構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，地層發(fā)育較全。奧陶系自下而上發(fā)育下奧陶統(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)恰爾巴克組、良里塔格組和卻爾卻克組。一間房組和上覆恰爾巴克組及下伏鷹山組均為整合接觸。一間房組沉積期，順托果勒低隆起主要為一套開闊臺地相沉積，發(fā)育臺內(nèi)丘灘，奧陶系鉆井均鉆穿或鉆達(dá)該套地層。

2 巴楚露頭區(qū)一間房組發(fā)育特征

塔里木盆地中奧陶統(tǒng)一間房組為周志毅和周棣康于1990年在盆地西北部巴楚一間房露頭區(qū)新建的組名[4]，相當(dāng)于原丘里塔格群上亞群的頂部，層型剖面位于良里塔格山西南側(cè)南一溝剖面。一間房組主要出露于巴楚、柯坪和烏什等地區(qū)，發(fā)育臺內(nèi)緩坡—臺地邊緣礁灘沉積體系[12-13]。

根據(jù)李越等[3]、趙宗舉等[13]和焦養(yǎng)泉等[14]研究認(rèn)為，巴楚露頭區(qū)一間房組厚度在70 m左右，發(fā)育一套開闊臺地—臺地邊緣礁灘沉積體系(圖2)。由瓶筐石—海綿障積巖和棘屑灰?guī)r、少量隱藻粘結(jié)巖組成的礁灘復(fù)合體主要發(fā)育在一間房組中下部，并夾一層規(guī)模較小的藻丘。上部主要為灘間潮下低能環(huán)境為主的沉積，以泥晶灰?guī)r為主，含燧石團(tuán)塊以及海綿骨針、介殼、三葉蟲等生物碎屑。本組產(chǎn)中奧陶世達(dá)瑞威爾期3個牙形刺化石帶[2]。

3 一間房組發(fā)育特征及分布

3.1 巖性與電性特征

(1)上覆地層。上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組(也稱吐木休克組)為一套碳酸鹽巖斜坡—陸棚相沉積的棕紅色或褐灰色含泥灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r，厚度20～30 m，泥質(zhì)含量較高，自然伽馬曲線呈齒化鐘形，一般4～100API；電阻率曲線呈微齒化漏斗狀，值4～3 000 Ω·m，和自然伽馬曲線組合成“八字形”特征[10]。與一間房組地層巖性差異較大，電性特征差異明顯，成像測井主要表現(xiàn)為層狀特征，容易區(qū)分(表1)。

圖1 塔里木盆地順托果勒低隆起平面位置及過SN1、SN5和 SN7井地震反射剖面Fig.1 Sketch map of Shuntuoguole lower uplift in Tarim Basin and seismic profile crossing wells SN1, SN5 and SN7

圖2 塔里木盆地巴楚露頭區(qū)一間房組礁—灘沉積體系垂向序列

(2)一間房組。根據(jù)測、錄井及巖心資料，一間房組自下而上可分為兩段。下段在巖性上以灰色砂屑灰?guī)r、顆?；?guī)r、藻屑灰?guī)r、藻灰?guī)r和藻粘結(jié)灰?guī)r為主，夾泥晶灰?guī)r、粉屑灰?guī)r，鈣藻、介形蟲、三葉蟲和棘屑等生物碎屑含量豐富；自然伽馬曲線較平直或呈微齒狀低值，值4～20 API，電阻率值跨度較大，分布范圍40～100 000 Ω·m，曲線呈鋸齒狀特征(表1)。研究區(qū)東南部的順南、古隆地區(qū)電阻率曲線多呈高值平直曲線。上段巖性較為致密，以灰色泥晶灰?guī)r為主，夾薄層砂屑泥晶灰?guī)r，巖性較純、致密。測井曲線上自然伽馬值普遍較下段高，形態(tài)平直，值9～87 API，電阻率一般4～100 000 Ω·m，曲線向上逐漸表現(xiàn)出降低趨勢。

(3)下伏地層。鷹山組為一套碳酸鹽巖臺地沉積，上段厚380 m左右，巖性較純，以厚層塊狀致密灰?guī)r為主；自然伽馬曲線總體較平直，局部呈低幅齒狀，值一般5～30 API，電阻率曲線表現(xiàn)為較平緩的齒狀或微齒狀高值，70～100 000 Ω·m(表1)。鷹山組與一間房組在FMI成像測井圖像較易區(qū)分，界面之下鷹山組上部為開闊臺地顆粒灘相，成像測井圖像為淺黃色高阻中—厚層塊狀；界面之上一間房組圖像顏色較深，地層層理特征清晰，可能反映了一間房組沉積早期新一期海進(jìn)條件下的相對低能薄層沉積。

3.2 生物地層學(xué)證據(jù)

以牙形石為代表的生物地層學(xué)方面的資料是判斷一間房組存在與否的關(guān)鍵證據(jù)。前人研究表明[1-6]，一間房組產(chǎn)中奧陶世達(dá)瑞威爾期3個牙形石帶，自下而上分別是Amorphognathusvariabilis牙形石帶、Eoplacognathussuecicus牙形石帶和Pygodusserrus牙形石帶。Amorphognathusvariabilis牙形石帶相當(dāng)于中奧陶世Darriwilian早—中期，對應(yīng)中國華南地區(qū)牯牛潭組早中期，在塔里木盆地見于大灣溝組和一間房組[1-2]。Eoplacognathussuecicus牙形石帶的地質(zhì)時代為中奧陶世Darriwilian中期，是中奧陶世晚期的標(biāo)準(zhǔn)牙形石帶化石，在柯坪、巴楚等地主要分布在一間房組上部和大灣溝組。Pygodusserrus牙形石帶地質(zhì)時代為中奧陶世Darriwilian晚期，產(chǎn)于柯坪、巴楚和輪南等地區(qū)大灣溝組和一間房組，為中奧陶世末的標(biāo)準(zhǔn)牙形石，包含2個亞帶[1-2,4]：Eoplacognathusfoliaceus和Eoplacognathusprotoramosus。在塔里木盆地，大部分學(xué)者通常將Pygodusserrus牙形石帶劃在一間房組頂部的化石帶。

蔡習(xí)堯等[10]在順托果勒低隆起東南部的古隆1井一間房組5 874～5 876 m發(fā)現(xiàn)了中國奧陶系中統(tǒng)頂界標(biāo)準(zhǔn)化石——Pygodusserra化石帶，為中奧陶世晚期蘭維爾階頂部到晚奧陶世早期蘭代洛階中、下部的標(biāo)準(zhǔn)帶化石，在塔里木盆地為一間房組頂部的最高1個牙形石帶。在5 876～5 879 m巖心中發(fā)現(xiàn)了中奧陶統(tǒng)上部的標(biāo)準(zhǔn)牙形石——Eoplacognathussuecicus化石帶。在恰爾巴克組發(fā)現(xiàn)了中國上奧陶統(tǒng)底界的標(biāo)準(zhǔn)牙形石Pygoudsanserinus以及Pygodusserra的上延化石分子，證明了該區(qū)一間房組地層的存在，并且與恰爾巴克組為連續(xù)沉積。

表1 塔里木盆地順托果勒低隆起中下奧陶統(tǒng)測井參數(shù)特征Table 1 Logging parameter characteristics of Lower-Middle Ordovician in Shuntuoguole lower uplift, Tarim Basin

本次研究針對研究區(qū)新鉆井進(jìn)行了古生物樣品的采集，并在SN2井和SB2井巖心和巖屑中分別獲得了牙形石帶化石。SN2井在6 375.08～6 377.98 m巖心中發(fā)現(xiàn)有Pygodusserrus，該化石特征明顯，是中奧陶統(tǒng)上部至上奧陶統(tǒng)底部的帶化石，另發(fā)現(xiàn)有中奧陶統(tǒng)上部的常見化石Periodonaculeatus、Periodonflabellum和Scabbardellasp.，依據(jù)化石組合特征可判斷該段巖心層位應(yīng)位于一間房組的上部。

SB2井在7 442.25～7 446.93 m巖心(圖3)中發(fā)現(xiàn)Eoplacognathussuecicus(圖版Ⅰ1)、Pygodusanitae(圖版Ⅰ2)、Periodonaculeatus、Protopanderodusno-gamii、P.varicostatus和Panderodusgracilis等牙形石化石，其中Eoplacognathussuecicus和Pygodusanitae分別是我國南方和國際北大西洋區(qū)中奧陶統(tǒng)達(dá)瑞威爾階Eoplacognsthussuecicus帶及上部Pygodusanitae亞帶的帶分子，對應(yīng)塔里木盆地中奧陶統(tǒng)一間房組中部同名帶及亞帶。其他化石多為我國南方和塔里木盆地中奧陶統(tǒng)的重要分子和常見分子。綜合分析確定層位為塔里木盆地一間房組中部Eoplacognathussuecicus帶Pygodusanitae亞帶，對應(yīng)我國和國際中奧陶統(tǒng)達(dá)瑞威爾階中部同名帶及亞帶。同時，在井段7 443～7 510m巖屑樣品中發(fā)現(xiàn)有Pygodusserrus(圖版Ⅰ3～5)、Periodonaculeatus(圖版Ⅰ6～10)、Protopanderodusnogamii、P.varicostatus和Panderodusgracilis等牙形石化石，Pygodusserrus是我國南方中奧陶統(tǒng)牯牛潭組和塔里木盆地中奧陶統(tǒng)一間房組上部Pygodusserrus帶的帶分子，其他如Periodonaculeatus、Protopanderodusvaricostatus、P.nogamii和Panderodusgracilis等都是塔里木盆地中奧陶統(tǒng)一間房組的重要分子和常見分子，確定層位為塔里木盆地一間房組下—中部。在第5回次巖心中發(fā)現(xiàn)了Periodonflabellum(圖版Ⅰ11～12)、Paoistodusoriginalis(圖版Ⅰ13)等鷹山組牙形石化石(圖3，圖版Ⅰ)，為我國南方和新疆塔里木盆地中奧陶統(tǒng)大坪階上部Paoistodusoriginalis帶的帶分子和重要分子[1,15]。同時還發(fā)現(xiàn)了其他如Protopanderoduscooperi和Paltodusjemtlandicus等主要由下奧陶統(tǒng)上部開始出現(xiàn)并延伸至中奧陶統(tǒng)的重要分子和常見分子。這些資料表明，本區(qū)鷹山組和一間房組為連續(xù)沉積，無地層缺失，目前該井厘定的一間房組底界是正確的。

圖3 塔里木盆地SB2井一間房組層序地層柱狀圖Fig.3 Sequence stratigraphic column of Yijianfang Formation in well SB2, Tarim Basin

綜合各鉆井所得出的牙形石資料分析結(jié)果，可以確定一間房組在順托果勒低隆起是存在的，并且中上奧陶統(tǒng)的牙形石帶是連續(xù)的，一間房組與上覆恰爾巴克組為海水逐漸加深的連續(xù)沉積，和巴楚露頭剖面具有相似的變化趨勢，反映了海平面上升背景下的構(gòu)造淹沒型層序[13]。

3.3 同位素地層學(xué)特征

海相碳酸鹽巖碳同位素值隨時間的波動變化對應(yīng)全球碳循環(huán)的變化，其漂移特征常常與大洋缺氧事件、海平面升降和沉積環(huán)境等地質(zhì)環(huán)境事件相關(guān)，一般認(rèn)為碳同位變重的趨勢表明了全球海平面相對上升，具有全球性一致的特點(diǎn)[16-18]。尤其是對于古生物化石資料缺乏的地區(qū)，碳同位素地層學(xué)可作為地層劃分對比十分有效的方法，因此目前已廣泛地應(yīng)用于地層層序研究中。張智禮等[11]、劉存革等[18]分別對塔里木盆地中央隆起帶和塔北隆起奧陶紀(jì)碳同位素開展過研究，認(rèn)為塔里木盆地奧陶紀(jì)達(dá)瑞威爾期中期和凱迪期早期共有2次明顯的碳同位素正漂移，導(dǎo)致了奧陶系各組碳同位素值出現(xiàn)明顯差異，可作為地層劃分對比的依據(jù)。

為了分析研究區(qū)奧陶系碳同位素波動特征，對重點(diǎn)鉆井進(jìn)行了采樣，采集過程中注意避開巖石風(fēng)化帶、溶蝕和重結(jié)晶作用明顯的樣品。挑選了SB2和SN2等4口井177件樣品進(jìn)行碳氧同位素分析測定，所有樣品均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測試，測試儀器為MAT-253氣體同位素質(zhì)譜計(jì)，測試結(jié)果以PDB標(biāo)準(zhǔn)給出。

通常認(rèn)為氧同位素對于成巖作用的影響較為敏感，可用來評價δ13C的有效性。當(dāng)δ18O<-10‰時反映成巖改造比較強(qiáng)烈，碳同位素的原始組分可能已經(jīng)改變，失去了地層研究的意義[11]。本次研究的樣品δ18O值分布在-9.90‰～-4.60‰，表明樣品的δ13C的值可以用來反映沉積期古水深的變化。測定結(jié)果表明：鷹山組—恰爾巴克組碳酸鹽巖碳同位素值波動幅度較大，δ13C為-2.7‰～1.6‰(表2)。其中鷹山組δ13C為-2.70‰～-0.10‰，平均值為-1.41‰；一間房組δ13C為-1.40‰～0.70‰，平均值為-0.29‰，并具有由負(fù)值向正值漂移的趨勢；恰爾巴克組δ13C為0.1‰～1.60‰，平均值為0.74‰，碳同位素值自下而上表現(xiàn)為由中下奧陶統(tǒng)較穩(wěn)定的負(fù)值逐漸增大為上奧陶統(tǒng)的正值，這與全球奧陶紀(jì)碳同位素曲線[18]、塔里木盆地巴楚露頭區(qū)[13]和中央隆起帶[11]等地區(qū)的變化趨勢具有一致性。曲線總體反映了鷹山組—恰爾巴克組沉積期海平面逐漸上升、水體不斷加深的特征，進(jìn)一步佐證了順托果勒低隆起一間房組的存在。

表2 塔里木盆地順托果勒低隆起奧陶系碳氧同位素分析結(jié)果Table 2 Ordovician carbon and oxygen isotope analysis results of Shuntuoguole lower uplift, Tarim Basin

注：SN1井部分?jǐn)?shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[7]。表中數(shù)字意義為：最小值～最大值/平均值。

圖4 塔里木盆地重點(diǎn)鉆井一間房組地層劃分對比Fig.4 Stratigraphic correlation of Yijianfang Formation in main wells of Tarim Basin

3.4 地震反射特征

3.5 一間房組地層分布

順托果勒低隆起一間房組的識別和對比，為建立該區(qū)奧陶系區(qū)域性地層對比格架奠定了基礎(chǔ)，為全盆地奧陶系的劃分對比創(chuàng)造了條件?；趯ρ芯繀^(qū)一間房組地層識別的各種資料的綜合分析，筆者對本區(qū)一間房組的頂、底界面進(jìn)行了厘定，并建立了重點(diǎn)鉆井連井地層對比格架剖面。從近南北向的古城4—古隆1—SN1—SB2—YJ1X連井對比剖面(圖4)可以看出，SN1井區(qū)一間房組厚度較大，大于200 m，其次為SB2和古隆1井區(qū)，厚度在140～160 m，應(yīng)為沉積環(huán)境差異導(dǎo)致。

通過對區(qū)內(nèi)牙形石資料、巖電特征和同位素等資料的綜合分析，結(jié)合地震剖面標(biāo)定與追蹤解釋以及參考鄰區(qū)的研究成果[5-6, 19-22]，初步厘定出順托果勒低隆起一間房組分布范圍(圖5)?？傮w來看，一間房組為一套海侵背景下的產(chǎn)物，具有填平補(bǔ)齊的特征，殘留地層主要分布在古隆起周圍斜坡部位及隆起間低洼區(qū)。本組地層在順托果勒低隆起較厚，主要分布在140～220 m，SN1-ST1井區(qū)一線厚度最大，在200～220m，地層分別向南部的卡塔克隆起、古城墟隆起和北部的塔北隆起主體部位表現(xiàn)出減薄趨勢。一間房組沉積期，順托果勒低隆起處于塔東深水盆地與柯坪海灣之間，分別向東西兩側(cè)水體加深，厚度逐漸減薄[23]。

圖5 塔里木盆地順托果勒低隆起一間房組地層分布Fig.5 Distribution of Yijianfang Formation in Shuntuoguole lower uplift, Tarim Basin

4 地質(zhì)意義

4.1 中下奧陶統(tǒng)地層格架區(qū)域性認(rèn)識

前期順托果勒低隆起由于勘探程度較低，中下奧陶統(tǒng)巖性標(biāo)志層和生物化石資料缺乏，導(dǎo)致奧陶系地層劃分尤其是一間房組和鷹山組之間的界限厘定一直沒有得到很好的解決。本次研究在近期新鉆井中獲得了較為豐富的牙形石資料和碳同位素資料，首次為一間房組劃分對比提供了較為詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)生物化石和同位素地層學(xué)依據(jù)；同時，綜合巖電特征和地震資料證實(shí)了該區(qū)一間房組地層保存完整，并且在厚度上要比露頭及鄰區(qū)厚，對于建立順托果勒低隆起區(qū)域性地層對比格架及油氣勘探的綜合評價提供了地質(zhì)參考。

4.2 順托果勒低隆起主體區(qū)不具備發(fā)育加里東中期巖溶儲層的條件

5 結(jié)論

(1)在近期鉆井中發(fā)現(xiàn)了我國南方和國際北大西洋區(qū)中奧陶統(tǒng)達(dá)瑞威爾階Eoplacognathussuecicus和Pygodusanitae牙形石帶分子，以及代表中奧陶統(tǒng)上部至上奧陶統(tǒng)底部的帶化石Pygodusserrus，證明了順托果勒低隆起一間房組地層的存在，并且與巴楚露頭區(qū)及塔里木盆地其他地區(qū)可對比。

(2)一間房組地層受沉積環(huán)境和古隆起控制，順托果勒低隆起厚度主要分布在140～220 m，分別向四周呈現(xiàn)出變薄趨勢。其中SN1-ST1井區(qū)厚度最大，在200～220 m。

(3)中奧陶世順托果勒低隆起穩(wěn)定沉降，始終處于水下環(huán)境，鷹山組—恰爾巴克組之間為連續(xù)沉積，不存在剝蝕不整合面，順托果勒低隆起主體區(qū)不具備發(fā)育加里東中期巖溶儲層的條件。

致謝：本文得到了中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所錢一雄教授的指導(dǎo)與幫助，審稿專家及編輯老師提出了寶貴的修改意見，在此一并致以衷心感謝！

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圖版Ⅰ

所有圖版照片均產(chǎn)自SB2井一間房組7 442.25～7 510 m巖心或巖屑中，放大倍數(shù)見照片旁的線比例尺，長度代表100 μm。1.Eoplacognathussuecicus，口視；2.Pygodusanitae，側(cè)視；3.Pygodusserrus，口視；4.Pygodusserrus，側(cè)視；5.Pygodusserrus，側(cè)視；6～10.Periodonaculeatus，側(cè)視；11～12.Periodonflabellum，側(cè)視；13.Paoistodusoriginalis，側(cè)視