塘古坳陷YL6井寒武系鹽下變質巖地層厘定及地質意義

付小濤，王 斌，王 祥，王孝明，屈 洋，任 憑，周浩棟，李向云

(中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

圖1 塘古坳陷構造單元劃分Fig.1 Tectonic units in the Tanggu Depression

YL6井是部署在塔里木盆地塘古坳陷瑪東構造帶上的一口預探井，其鉆探目的為探索該區(qū)域寒武系鹽下白云巖的含油氣性，評價穩(wěn)定構造帶寒武系原生油氣藏的勘探潛力。該井于2016年鉆穿中寒武統(tǒng)膏鹽巖層，后在6 997 m之下鉆揭了一套厚約420 m的變質巖，因未能鉆遇預計的下寒武統(tǒng)厚層白云巖目的層而失利。對于YL6井鉆揭的這套變質巖地層時代還沒有形成統(tǒng)一認識，如果其代表的是早寒武世塔南前震旦結晶基底在塘古坳陷的延伸，則意味著瑪東構造帶可能區(qū)域性缺失下寒武統(tǒng)，針對該區(qū)寒武系鹽下的油氣勘探則失去意義；若其為下寒武統(tǒng)白云巖經局部熱變質形成，該區(qū)域應廣泛發(fā)育未變質的下寒武統(tǒng)白云巖，變質現(xiàn)象可能僅在局部存在。因此，YL6井寒武系鹽下的這套變質巖地層歸屬及變質成因是制約該區(qū)域寒武系鹽下下步勘探方向和部署的重要問題，開展對YL6井寒武系鹽下變質巖的地層厘定具有重要意義。本文擬從巖心、薄片、掃描電鏡、地震、測井等資料入手，探討YL6井底變質巖的巖石特征、變質成因及地層時代歸屬，并對該區(qū)寒武系鹽下原生油氣藏勘探前景進行了分析，為今后寒武系鹽下白云巖油氣勘探提供借鑒和參考。

1 地質概況

塘古坳陷位于塔里木盆地西南部，塔中、巴楚隆起以南，由瑪東沖斷帶、塘北次凹、塘南臺地、塘南次凹、塘南凸起等次級構造單元構成(圖1)。其中瑪東構造帶位于塘古坳陷西部，是受古生代滑脫逆沖斷裂控制的構造帶，由5排近平行的NEE-SWW走向沖斷層組成[1-2]，沖斷層以中寒武統(tǒng)膏鹽巖為滑脫面，向上延伸至志留系或石炭系底(圖2)，在強烈的逆沖作用下，奧陶系大幅度抬升形成斷壘帶構造樣式，寒武系鹽下構造保持相對穩(wěn)定。

圖2 瑪東沖斷帶地質結構剖面(剖面位置見圖1)Fig.2 Geologic cross section of the Madong tectonic belt (location shown in Fig.1)

圖3 YL6井底大理巖巖屑、巖心及鏡下特征Fig.3 Features of the cores and slices of the marble in well YL6 (a)YL6井白色片狀大理巖巖屑；(b)大理巖巖心見高角度裂縫，泥質充填；(c)巖心斷面呈純白色；(d)淺綠色蛇紋石條帶；(e)6 979 m，巖屑薄片，白云石大理巖，嵌晶結構，白云石重結晶；(f)7 412 m，巖心薄片，大理巖段普遍發(fā)育的纖維狀蛇紋石；(g)7 300 m，大理巖中常見硅灰石、透輝石、橄欖石等變質礦物

研究區(qū)已鉆探井揭示該區(qū)自上而下發(fā)育新生界第四系、新近系、古近系和古生界二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系中上統(tǒng)，目前尚無鉆井鉆揭下寒武統(tǒng)沉積巖。前人研究表明，塔西南在早寒武世—早中奧陶世發(fā)育一條近EW向塔南古陸[3-6]，受古隆起格局的控制，塘古坳陷在早寒武世發(fā)生第一次大規(guī)模海侵時主要為局限臺地沉積，形成以白云巖和泥質白云巖為主的下寒武統(tǒng)[6-7]，其厚度向北呈現(xiàn)逐漸增厚的趨勢，向南超覆尖滅于古隆起。

2 YL6井底變質巖特征

2.1 巖石學特征

YL6井深6 997 m以下巖屑呈白色片狀，巖心斷面為純白色，裂縫發(fā)育(圖3(a)-(c))，碳酸鎂鈣含量為75%～83%，碳酸鈣含量為2%～9%，其他含量為12%～17%，巖心中常見淺綠色或墨綠色條帶及斑塊(圖3(d))，具油脂光澤，掃描電鏡顯示其淺綠色成分主要為Mg、Si、O，其中Mg與Si摩爾比約1.5∶1(表1)，與蛇紋石分子式Mg6[Si4O10](OH)8[8]相符，鏡下呈纖維狀或葉片狀集合體，正交光下呈一級灰白干涉色，旋轉360°全亮，白色主體的碳酸鹽巖類巖石鏡下表現(xiàn)為粒狀變晶結構(圖3(e)-(f))，主要成分為白云石、方解石，另外在部分巖屑薄片中還見少量石膏及橄欖石、硅灰石等變質礦物(圖3(g))。根據巖屑、巖心、掃描電鏡及鏡下特征，YL6井底變質巖主要為白云石大理巖，次為蛇紋石白云石大理巖、蛇紋石方解石大理巖、蛇紋巖。

表1YL6井大理巖段蛇紋石掃描電鏡定量鑒定數(shù)據

Table1SEMquantitativeanalysisdataoftheserpentinefromthemarbleinwellYL6

元素質量分數(shù)/%原子百分含量/%凈強度誤差/%C12.7618.9150.79.9O49.4354.98874.18.18Mg23.0516.871 554.26.71Si14.239.011 157.76.21Ca0.530.2353.63.44

2.2 變質段與變質強度

圖4 YL6寒武系白云巖過渡變質特征Fig.4 Transitional features of the Cambrian dolomite in well YL6

宏觀上，YL6井巖屑呈現(xiàn)出肉眼可見的明顯變化是在6 997 m之后，直至井底7 420 m都為純白色片狀巖屑，鏡下鑒定主要為白云石大理巖或蛇紋石大理巖，而6 997 m之上以灰色、灰黑色白云巖、膏質云巖和石膏巖為主。通過此次對6 500 m之下的巖屑進行系統(tǒng)、密集的取樣分析發(fā)現(xiàn)，在6 997 m之上的中寒武統(tǒng)膏質白云巖間也發(fā)現(xiàn)了大理巖，其最早出現(xiàn)的深度為6 893 m，層位為中寒武統(tǒng)沙依里克組，6 893～6 997 m之間主體巖性為含石膏泥質云巖、粉細晶云巖、泥質粉晶云巖以及泥質灰?guī)r，但在6 900 m、6 957 m、6 974 m、6 979 m、6 983 m、6 992 m、6 996 m等深度的巖屑中都見到了大理巖巖屑，在6 974 m能見到白云巖巖屑部分發(fā)生大理巖化(圖4)，表明白云巖向大理巖過渡的變質特征。取樣間隔大，大理巖豐度低可能是導致前期研究未在6 997 m之上發(fā)現(xiàn)變質的主要原因。因此，YL6井大理巖并非“突變式”出現(xiàn)于6 997 m之下，而是在整個中下寒武統(tǒng)呈現(xiàn)出“漸變式”隨深度增大逐漸增多的特征。

在大理巖段巖屑薄片中除廣泛可見蛇紋石外，在鏡下還發(fā)現(xiàn)了硅灰石、透輝石、透閃石、橄欖石等多種高溫變質礦物，多呈星點狀或片狀分布于大理巖中，部分發(fā)生蛇紋石化，形成了硅灰石大理巖、透閃石大理巖、橄欖石大理巖等(圖4)。這些特征變質礦物的出現(xiàn)隨深度呈現(xiàn)出一定規(guī)律性:蛇紋石在整個變質巖段均見分布；硅灰石主要出現(xiàn)于7 100～7 300 m；透輝石、透閃石主要出現(xiàn)于7 250～7 360 m；橄欖石主要出現(xiàn)于7 350～7 420 m。變質礦物的分布隨著深度的增加表現(xiàn)出由低級變質礦物向高級變質礦物過渡的特征(圖4)。

2.3 酸性熱液活動相關產物

圖5 YL6井底酸性巖漿活動相關次生礦物鏡下特征Fig.5 Microscopic features of the felsic magmatism-related secondary minerals in well YL6(a)7 095 m，花崗細晶巖巖屑；(b)7 125 m，花崗細晶巖巖屑；(c)7 115 m，粒狀玉髓，主要由小米粒狀玉髓組成；(d)7 413.06 m蛇紋石交代橄欖石假象；(e)7 412.46 m(巖心薄片)，蛇紋石交代方解石殘余；(f)7 415.8 m(巖心薄片)，蛇紋石交代方解石、白云石殘余

在YL6井大理巖段的部分巖屑薄片中還發(fā)現(xiàn)了花崗細晶巖和玉髓(圖5(a)-(c))，花崗細晶巖成分以長石、正長石為主，晶粒較大，石英含量相對較少且晶粒細小，具嵌晶結構。花崗細晶巖與酸性巖漿的侵入有關，是花崗質巖漿演化晚期的產物[9]，因此它的出現(xiàn)說明大理巖的形成可能與其附近的酸性巖漿—熱液體系的活動有關。在7 075 m和7 115 m深度的巖屑中還發(fā)現(xiàn)了小米粒狀、纖狀或放射狀的玉髓，它的出現(xiàn)說明在成巖過程中有酸性熱液的活動。

同時，在7 116～7 144 m井段的多處巖屑中均見到了墨綠色蛇紋石。蛇紋石是一種高鎂礦物，它既可以由橄欖石等高含鎂硅酸鹽礦物受熱蝕變形成，也可以由富硅的熱液與鎂質碳酸鹽巖類巖石(如白云巖或云質灰?guī)r等)發(fā)生蛇紋石化形成蛇紋石大理巖[10-11]。鏡下可見YL6井底蛇紋石中有橄欖石蝕變殘余以及橄欖石被完全蝕變后的假象(圖5(d))，但這種類型的蛇紋石主要見于大理巖段底部(即橄欖石發(fā)育段)，而絕大部分蛇紋石為熱液交代白云石或方解石形成，鏡下常見白云石或方解石殘余(圖5(e)-(f))。大理巖中伴生的花崗細晶巖、玉髓以及大量蛇紋石的出現(xiàn)說明大理巖原巖的變質過程與酸性巖漿以及與其相關的氣態(tài)或液態(tài)溶液引起的變質作用密切相關。

2.4 海綿骨針

圖6 YL6井底海綿骨針井下特征Fig.6 Features of sponge spicules from well YL6(a)6 959 m，硅質海綿骨針化石，放射狀、纖狀玉髓交代方解石；(b)7 025 m，多軸海綿骨針，硅質云巖；(c)-(d)7 002 m，單偏光(c)和正交光(d)下海綿骨針碎片形態(tài)，硅質云巖

海綿動物是一種在寒武紀開始大量繁盛并且迅速演化的原始多細胞動物，目前最可靠、時代最老的海綿骨針化石產自于下寒武統(tǒng)梅樹村階底部的巖石中[12-13]。在YL6井6 950～7 025 m井段發(fā)現(xiàn)大量海綿骨針，密集出現(xiàn)段為6 990～7 002 m，位于以大理巖為主的巖性段，鏡下形態(tài)以呈柱狀、米粒狀、棒狀、紡錘狀為主，個別可見完整的三軸骨針形態(tài)(圖6)，其所在單個巖屑的巖性主要為云巖、硅質巖及硅質云巖，常見白云石局部硅化，形成纖維狀或放射狀硅質巖，反映了骨針硅質巖的白云巖交代成因，其原巖為淺水沉積產物，而非廣泛發(fā)育于玉爾吐斯組的深水沉積成因硅質巖[14]，因此這套大理巖出現(xiàn)海綿骨針的層段(大理巖段頂部7 000 m附近)并不能與寒武系底部玉爾吐斯組相對應。

3 變質巖成因分析

通過對YL6井寒武系鹽下大理巖的分析，我們認為這套大理巖的原巖為在塔里木臺盆區(qū)廣泛分布的下寒武統(tǒng)巨厚層白云巖，而非代表前寒武系區(qū)域變質基底，與巖漿活動相關的局部熱變質是導致大理巖形成的主要原因。總結理由主要有以下幾點。

(1)區(qū)域變質作用形成的大理巖因受到強大定向壓力的作用往往具有明顯的片理構造，重結晶晶粒通常具有定向拉長的特征，且成分比較復雜[15]，而YL6井大理巖鏡下可見不具有定向拉長的特征，成分比較單一，與區(qū)域變質巖有明顯區(qū)別。此外，塔里木臺盆區(qū)鉆揭前寒武的探井(方1、和4、巴探5、瑪北1、楚探1等)揭示前寒武變質基底巖性主要為玄武巖、千枚巖、片麻巖等火山巖或典型區(qū)域變質巖，未發(fā)現(xiàn)大理巖的變質基底。

(2)大理巖如果是早期形成的區(qū)域變質基底，則基底之上的地層應為未變質的中上寒武統(tǒng)，前述研究結果表明大理巖在中寒武統(tǒng)膏質云巖中也有分布，只是出現(xiàn)頻率有所降低，并非在未變質的云巖之下以“突變式”的形式出現(xiàn)，而在厚層膏鹽之上則再未發(fā)現(xiàn)云巖變質現(xiàn)象，這可能與巨厚膏鹽巖層導熱性較碳酸鹽巖差以及對變質流體的封擋有關。同時，在大理巖中發(fā)現(xiàn)的特征變質礦物也反映了從淺至深變質強度由低變高的變質序列。無論是大理巖的分布特征還是特征變質礦物的分布規(guī)律，都符合深部變質熱源在向上傳導的過程中熱量逐漸散失而導致變質強度逐漸減弱的特征。

圖7 過YL6井地震剖面Fig.7 Through-well seismic profile of well YL6

圖8 YL6井寒武系鹽下地層測井解釋成果圖Fig.8 Logging interpretation diagram of the Cambrian sub-salt sequences in well YL6

(3)前文所述花崗細晶巖的發(fā)現(xiàn)反映了大理巖的形成與附近酸性巖漿的活動密切相關，而巖漿活動過程中所析出的氣態(tài)或液態(tài)流體是形成玉髓化巖、蛇紋巖、硅質巖的物質基礎。這說明YL6井大理巖的形成是局部構造—巖漿活動的結果。

(4)海綿骨針化石的發(fā)現(xiàn)進一步證實其附近深度的大理巖原巖最可靠的時代應為早寒武世，而自井深7 025 m以后未能再發(fā)現(xiàn)海綿骨針可能與大理巖變質程度有關:隨著深度的增大，變質作用的增強導致含海綿骨針的原巖發(fā)生強烈蝕變，致使骨針形態(tài)難以辨認。

(5)地震資料顯示YL6井寒武系鹽層及鹽下地層發(fā)生構造變形，鹽底區(qū)域上表現(xiàn)為低中頻、較強振幅、較連續(xù)反射特征，鹽下地層表現(xiàn)為雜亂反射特征，雜亂反射體兩側地層反射軸連續(xù)(圖7)。一般而言厚層白云巖具有連續(xù)性和平行性好的地震反射特征，后期由于變形、變質或巖漿侵入等改造作用容易形成雜亂、空白反射特征[16]，因此YL6鹽下的雜亂反射可能是后期構造破碎與變質作用綜合導致的。測井資料顯示大理巖段地層傾角15°～55°不等，井眼地應力方向為NW-SE向，井周發(fā)育高角度裂縫，且裂縫傾向主要為NEE向(圖8)。地震與測井資料反映寒武系膏鹽層及下部地層受北西—南東向構造應力的強烈影響，可能與加里東中晚期阿爾金地體與塔里木地體的碰撞擠壓有關[17-18]，受構造擠壓作用形成的斷裂破碎帶是溝通深部熱源導致下寒武統(tǒng)白云巖變質的主要因素。

4 瑪東寒武系鹽下勘探潛力

目前在瑪東沖斷帶周緣已發(fā)現(xiàn)玉北1油田、和田河氣田、鳥山氣藏、羅斯2氣藏等8個油氣田(藏)，瑪東地區(qū)的瑪東1、瑪東2、瑪參1等井奧陶系均有油氣顯示，表明瑪東沖斷帶具有良好的油源條件，研究表明，塘古坳陷油氣源主要來自寒武系或更古老地層，而發(fā)育于盆地西南部的南華紀裂谷沉積可能是最重要的生烴中心[19-20]。巴楚及塔中地區(qū)已鉆揭寒武系鹽下白云巖井的巖心資料表明鹽下白云巖儲層主要為裂縫—孔洞型儲層，孔隙度0.19%～16.6%，滲透率0.002×10-3～982×10-3μm2，說明基質孔隙非均質性較強，測井解釋結果表明肖爾布拉克組普遍發(fā)育I、II類儲層(圖9)，平均儲地比15%。另外，中寒武統(tǒng)膏鹽巖是一套在盆地中西部廣泛分布的區(qū)域優(yōu)質蓋層，YL6井鉆揭中寒武純膏鹽巖、泥巖厚達214 m。因此瑪東地區(qū)寒武系鹽下具有良好的生儲蓋條件。

研究表明，瑪東構造帶寒武系鹽下構造自早加里東期形成以來保持相對穩(wěn)定[21]，晚海西期是油氣大規(guī)模充注期[22-24]，寒武系鹽下圈閉可捕獲油氣形成原生油氣藏，喜山期的構造反轉導致寒武系鹽下油氣藏重新調整，但并未對寒武系鹽下圈閉形成破壞。地震資料表明，類似YL6井寒武系鹽下雜亂反射僅在局部形成，且塔西南地區(qū)石炭系沉積前并沒有發(fā)生大規(guī)模的火山活動，因此瑪東地區(qū)應發(fā)育正常的寒武系鹽下白云巖，在變質作用未影響下寒武統(tǒng)的廣大區(qū)域仍有發(fā)現(xiàn)原生油氣藏的潛力，而下寒武統(tǒng)發(fā)生變質的區(qū)域則可尋找?guī)r性—構造復合油氣藏。

5 下寒武統(tǒng)厚度探討

已鉆井資料表明，臺盆區(qū)下寒武統(tǒng)白云巖厚度一般在160～300 m，其中肖爾布拉克組厚度一般80～200 m，YL6井鉆揭了420 m厚大理巖，其母巖可能并不全是下寒武統(tǒng)白云巖。測井資料顯示，YL6井電阻率曲線在7 290 m之后出現(xiàn)明顯升高，數(shù)值比7 290之上高約一個數(shù)量級，此外7 290 m以下的GR曲線也較平直，與上部劇烈跳躍的特征有顯著差別。成像測井資料顯示7 290 m為一個巖石性質發(fā)生明顯改變的界面，界面之下的大理巖質地均一，裂縫發(fā)育較少，與上部地層有明顯區(qū)別。因此，YL6井鉆揭大理巖的母巖可能是整個下寒武統(tǒng)以及部分震旦系奇格布拉克組白云巖，寒武系底的界限可能在7 290 m左右，YL6井下寒武統(tǒng)白云巖厚度大約為290 m。因資料有限，目前對于YL6井寒武系底的界限還無法進行精確界定，在此僅作探討。

6 結 論

(1)YL6井寒武系鹽下變質巖為白云石大理巖、蛇紋石大理巖，其間發(fā)現(xiàn)的“過渡”變質現(xiàn)象、酸性熱液活動相關產物以及高級變質礦物向深部增多的特征表明這套大理巖的形成與酸性氣態(tài)或液態(tài)溶液引起的熱接觸變質作用密切相關，而并非區(qū)域變質作用形成的變質基底。

(2)YL6井大理巖中海綿骨針的發(fā)現(xiàn)以及區(qū)域沉積背景、地震和測井資料表明，瑪東地區(qū)應廣泛分布正常沉積的下寒武統(tǒng)巨厚白云巖，只在局部因晚期斷裂溝通深部熱源導致下寒武統(tǒng)發(fā)生大理巖化。

(3)瑪東地區(qū)寒武系鹽下具備優(yōu)質石油地質條件和成藏條件，鹽下原生背斜油氣藏和巖性—構造復合油氣藏是下一步有利勘探目標。