塔里木盆地海相油氣成藏研究進(jìn)展

顧 憶，黃繼文，賈存善，邵志兵，孫永革，路清華

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；2.浙江大學(xué) 地球科學(xué)院，杭州 310027)

油氣藏形成于復(fù)雜的自然地質(zhì)系統(tǒng)之中。油氣從生成到成藏涉及到生、儲、蓋、運、聚、保及時空配置等多個成藏要素。油氣成藏研究即以油氣藏為目標(biāo)，以地球化學(xué)方法為主要手段，重點關(guān)注油氣藏在不同時間及三維空間位置賦存狀態(tài)及其演化，從多學(xué)科、多角度、多視域全方位闡述油氣藏形成、演變的歷史。油氣成藏研究的關(guān)鍵問題是烴源巖及其演化、油氣源對比、油氣成藏期次及油藏后生改造等，油氣成藏研究的終極目標(biāo)是明確油氣藏形成機理，指出成藏主控因素與富集規(guī)律，以指導(dǎo)油氣勘探，這也是石油地質(zhì)學(xué)研究的核心所在。

1 研究背景與面臨的問題

塔里木盆地的形成經(jīng)歷了震旦紀(jì)—中泥盆世、晚泥盆世—三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)—第四紀(jì)3個伸展—聚斂旋回演化階段，盆地演化與構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的地球動力學(xué)過程與方式?jīng)Q定了盆地具有復(fù)雜的疊加地質(zhì)結(jié)構(gòu)，制約著油氣聚集與分布[1]。塔里木盆地勘探實踐表明，海相油氣主要分布于沙雅隆起、卡塔克隆起及古城墟隆起，已發(fā)現(xiàn)油氣藏類型性質(zhì)多樣，既富油又富氣，原油物性變化大，顯示出油氣成藏的復(fù)雜性：即油氣藏成藏后的破壞與改造作用、不同地質(zhì)時期油氣多期次充注的疊加改造作用。

塔里木盆地海相油氣成藏研究面臨3個主要問題：(1)海相主力烴源巖的確認(rèn)、分布及其演化；(2)海相油氣藏分布特征及油氣地球化學(xué)特征；(3)油氣主要成藏期判識及其成藏模式。

烴源巖研究是油氣成藏研究的基礎(chǔ)與首要問題。塔里木盆地海相烴源巖層系受不同地區(qū)沉積環(huán)境與沉積相的控制，發(fā)育程度差異較大。寒武—奧陶系烴源巖埋深大、壓力高、演化程度高，同時揭示井少，地層古老又缺乏鏡質(zhì)體，演化程度的確定困難。油氣地球化學(xué)是油氣成藏研究的重要手段之一。塔里木盆地海相油氣成藏歷史長，經(jīng)歷多期次充注與多類型后生改造，如何選擇適用的地球化學(xué)對比參數(shù)顯得尤為重要。近年來流體包裹體、稀有氣體同位素、方解石U-Pb、Re-Os同位素等成藏定年技術(shù)的發(fā)展，為油氣成藏期次的判識提供了重要的技術(shù)支撐。

目前，通過大量的實際樣品分析與模擬實驗、大量的地質(zhì)、地球化學(xué)綜合分析，結(jié)合構(gòu)造演化、層序地層學(xué)、沉積相與沉積環(huán)境等研究成果，塔里木盆地海相油氣成藏研究取得了顯著的進(jìn)展。

2 臺盆區(qū)海相油氣成藏研究進(jìn)展

2.1 油氣主要來自寒武系—中下奧陶統(tǒng)烴源巖

塔里木盆地臺盆區(qū)海相油氣藏主要存在以下4種類型：(1)以塔河油田奧陶系為代表的重質(zhì)油—超重質(zhì)油藏；(2)以英買力地區(qū)為代表的奧陶系內(nèi)幕中質(zhì)油藏；(3)以順北1號油氣藏為代表的輕質(zhì)—揮發(fā)油藏；(4)以順南地區(qū)為代表的天然氣藏。

油氣地球化學(xué)分析是油—油(氣)對比、油氣成因類型、來源等的重要手段。原油地球化學(xué)特征參數(shù)一方面與原油生源條件有關(guān)，另一方面也隨成熟度的增大有規(guī)律性的變化。生物標(biāo)志物含量隨成熟度的增大而降低，進(jìn)一步加大了原油地球化學(xué)生標(biāo)參數(shù)對比的難度。

2.1.1 臺盆區(qū)典型海相原油特征

(1)油氣地球化學(xué)特征精細(xì)對比，明確了強還原環(huán)境生烴母質(zhì)原油的地化特征。

常用的油氣地球化學(xué)分析主要包括：輕烴指紋、飽和烴色譜、色質(zhì)、芳烴色質(zhì)、原油及組分碳同位素、飽和烴單體烴碳同位素等方法[2]。

中深1井中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組凝析油是來源于寒武系的典型端元油[3]；對塔中52等井奧陶系原油分析表明，特殊的三環(huán)萜烷分布與中上奧陶統(tǒng)烴源巖地化特征相近[4]。

塔里木盆地臺盆區(qū)大量原油樣品的地球化學(xué)分析表明，整體上，無論是輕烴指紋、飽和烴特征(圖1)、飽和烴色質(zhì)甾、萜烷分布(圖2)，還是原油單體、原油組分碳同位素特征(圖3)，除順西地區(qū)原油顯示出差異外，塔河、塔中、順北原油地球化學(xué)特征均具相似性，表明其來源的一致性(原油受后生改造對碳同位素影響較大，后文另述)。

圖1 塔里木盆地臺盆區(qū)原油輕烴nC7—MCH—RCPC7和原油Pr/Ph—(Ph/nC18-Pr/nC17)的相關(guān)性

圖2 塔里木盆地臺盆區(qū)典型海相原油甾烷、萜烷分布特征

圖3 塔里木盆地臺盆區(qū)原油、順2井烴源巖模擬抽提物正構(gòu)烷烴單體碳同位素(a)和原油飽—芳烴碳同位素分布(b)

同時，塔河油田及英買力英古2井奧陶系原油檢出了豐富的芳基類異戊二烯烴，它是光合綠硫細(xì)菌的成巖轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，是強厭氧環(huán)境下有機質(zhì)生油貢獻(xiàn)的一個顯著標(biāo)志[5]。

(2)上奧陶統(tǒng)烴源巖熱解模擬實驗，明確了臺地相弱還原環(huán)境上奧陶統(tǒng)烴源巖地化特征。

長期以來，對上奧陶統(tǒng)烴源巖的研究主要根據(jù)巖石抽提物地球化學(xué)特征開展[6]。上奧陶統(tǒng)良里塔格組主要為碳酸鹽巖，具有既是烴源巖又是儲層的雙重特點，常規(guī)的油—巖對比可能成為實際意義上的油—油對比。前期通過對塔北44口鉆遇上奧陶統(tǒng)鉆井中的267塊樣品的分析，表明上奧陶統(tǒng)有機質(zhì)豐度低，有機質(zhì)類型偏腐殖型為主，不發(fā)育烴源巖，基本不具備形成規(guī)模油氣的烴源條件；上奧陶統(tǒng)烴源巖直接抽提物的地球化學(xué)特征介于原油與巖心熱解模擬產(chǎn)物之間[7]。

前人研究認(rèn)為[8]，上奧陶統(tǒng)良里塔格組臺地相烴源巖C24四環(huán)萜烷含量高；而盆地相中上奧陶統(tǒng)薩爾干組烴源巖、中下奧陶統(tǒng)黑土凹組烴源巖C24四環(huán)萜烷含量低，與寒武系烴源巖基本一致；塔中地區(qū)上奧陶統(tǒng)烴源巖的正構(gòu)烷烴具明顯的奇碳優(yōu)勢，Pr/Ph>1.0，也表明了塔中北斜坡臺地相上奧陶統(tǒng)烴源巖以泥灰質(zhì)沉積為主，母質(zhì)類型偏腐殖型，具有碳同位素相對較重(-30‰左右)、易生氣等特征[9]。HUANG等[10]也在塔中發(fā)現(xiàn)一類高C19三環(huán)萜烷、高C24四環(huán)萜烷、高Ts含量的原油，與順西1井、順西101井良里塔格組原油的異常特征相似(圖4)。由此認(rèn)為，以上奧陶統(tǒng)良里塔格組為代表的臺地相偏腐殖型烴源巖是該類原油的主要貢獻(xiàn)者。

為了進(jìn)一步明確上奧陶統(tǒng)烴源巖產(chǎn)物地球化學(xué)特征，選擇順2井上奧陶統(tǒng)桑塔木組6729.5m井段灰質(zhì)泥巖(Ro為0.99%)開展了模擬地層壓力(65 MPa)下不加水的黃金管熱模擬實驗。實驗在中科院廣州地化所進(jìn)行。由于樣品TOC含量較低(0.25%)，采用了干酪根富集后再實驗?zāi)M的方法。模擬結(jié)果表明，3個較低成熟度模擬樣的飽和烴色譜整體表現(xiàn)為較高的Pr/Ph值(>1.2)，顯示出烴源巖沉積于弱還原性環(huán)境，與順西奧陶系原油(圖1)類似。模擬成熟度較低的樣品，飽和烴萜烷C24Te/C26TT—C19/C20TT參數(shù)(圖4)、飽和烴單體碳同位素都顯示出與順西奧陶系原油可比，而區(qū)別于塔河、順北、英買力等地區(qū)臺盆區(qū)典型海相原油(圖3)。因此，通過油氣地球化學(xué)精細(xì)對比及上奧陶統(tǒng)烴源巖熱模擬實驗，表明塔里木盆地臺盆區(qū)絕大部分原油來源于寒武系—中下奧陶統(tǒng)緩坡相源巖，順西—塔中西北部地區(qū)奧陶系原油可能有上奧陶統(tǒng)臺地相偏腐殖型烴源巖的貢獻(xiàn)(表1)。

圖4 塔里木盆地臺盆區(qū)奧陶系原油和順2井O3烴源巖熱模擬產(chǎn)物萜烷參數(shù)對比塔中樣品據(jù)參考文獻(xiàn)[10]。

表1 塔里木盆地臺盆區(qū)海相原油成因分類

2.1.2 海相油藏后生改造作用與程度

一般來說，油藏后生改造包括深埋/巖漿烘烤引起的熱裂解及構(gòu)造抬升引起的油藏水洗氧化、生物降解等。塔河油田奧陶系油藏重質(zhì)—超重質(zhì)油中高濃度的25-降藿烷系列化合物的出現(xiàn)，是原油遭受生物降解的重要證據(jù)[11-12]。原油地球化學(xué)特征分析表明，塔河—塔中、順北地區(qū)原油總體為高成熟度原油，古隆起分布受氧化降解改造的重質(zhì)—超重質(zhì)油藏[13]，臺盆區(qū)深層—超深層碳酸鹽巖儲層多處于高溫、高壓環(huán)境，總體為高成熟度的輕質(zhì)—揮發(fā)油藏，可能經(jīng)受熱裂解、硫酸鹽熱化學(xué)還原(TSR)、運移分餾、氣洗等后生改造。因此，塔里木盆地超深層油藏深埋后生改造作用類型與程度成為勘探關(guān)注的焦點問題之一。

塔河油田重質(zhì)、超重質(zhì)油藏為氧化降解成因已成共識[13-15]，本文僅討論油藏后生熱蝕變作用。

(1)硫酸鹽熱化學(xué)還原(TSR)作用

TSR是熱動力驅(qū)動下烴類和硫酸鹽之間的化學(xué)反應(yīng)，烴類在高溫下將硫酸鹽礦物還原生成H2S與CO2等酸性氣體，是高含H2S天然氣形成的重要機制[16]。研究表明，TSR中硫化氫形成需要3個基本條件，即充足的烴類、大于120 ℃的儲層溫度、含蒸發(fā)巖的碳酸鹽巖儲層[16]。TSR反應(yīng)形成的硫化氫能夠促進(jìn)碳酸鹽巖儲層改造而形成優(yōu)質(zhì)儲層[17]。

中深1井在寒武系鹽下阿瓦塔格、肖爾布拉克組2個層位發(fā)現(xiàn)了內(nèi)幕油氣藏[3,18-19]。中深1C井下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組天然氣以烴類氣體為主，甲烷占62.7%～63.0%，CO2占24.1%～25%，H2S占7.22%～8.27%，屬高含硫干氣氣藏[20]；凝析油樣品全油色譜以非鏈烷烴化合物分布為特征，正構(gòu)烷烴化合物難以分辨，輕烴損失嚴(yán)重，輕烴中富含單芳化合物(苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等)(圖5b)，區(qū)別于中深1井中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組凝析油(圖5a)及塔河奧陶系等海相主體原油。同時，原油飽和烴單體碳同位素值差異很大。雖然在正構(gòu)烷烴分布上存在巨大差異，但中、下寒武統(tǒng)2個層位的原油在生標(biāo)組成上并沒有本質(zhì)上的差異。萜類化合物的分布均具較豐富的長側(cè)鏈三環(huán)萜烷及較高含量的C29藿烷和伽馬蠟烷；甾類化合物具較高重排甾烷，代表油氣來源于缺氧環(huán)境條件下沉積的海相頁巖，具有同源性。低碳數(shù)三環(huán)萜烷的相對富集則與高演化程度有關(guān)。

因此，TSR作用對原油的改造有以下標(biāo)志：①TSR優(yōu)先誘發(fā)芳構(gòu)化，芳構(gòu)化遠(yuǎn)大于環(huán)化；②二苯并噻吩含量異常高[22]；③原油碳同位素偏重5‰以上[19]；④天然氣含高含量H2S；⑤原油硫同位素偏輕15‰以上[23]。

(2)原油熱裂解作用

原油裂解是最常見的后生改造作用，普遍特征是烴類發(fā)生環(huán)化與芳構(gòu)化，最終成為終極產(chǎn)物——石墨和甲烷。塔東2油藏的高含量稠環(huán)芳烴及重碳同位素組成即為經(jīng)歷過高溫裂解影響的重要證據(jù)[24]，而并非寒武系烴源巖的基本特征。順南1井原油是典型受熱裂解改造的殘余原油。順南1井位于塔里木盆地順托果勒低隆起南部，該區(qū)以干氣、重甲烷碳同位素(-36‰～-38‰)為特征，H2S含量不高，且鉆遇焦瀝青，僅順南1井產(chǎn)有少量凝析油。該凝析油高碳數(shù)正構(gòu)烷烴含量相對較低(圖6a)，正構(gòu)烷烴半對數(shù)分布成非常好的線性關(guān)系，指示未受氣侵、蒸發(fā)分餾或多期充注影響；生標(biāo)組合特征與塔河奧陶系原油主體相似，表現(xiàn)為富含長側(cè)鏈三環(huán)萜烷、高C29藿烷、高伽馬蠟烷、富含重排甾烷等，揭示主要來源于寒武系烴源巖。然而，順南1井凝析油富含輕芳烴及高豐度稠環(huán)芳烴(圖6b)，原油單體碳同位素也明顯偏重(圖3)。無論是芳構(gòu)化還是環(huán)化程度，順南1井原油均要明顯強于臺盆區(qū)正常下古生界海相原油，揭示其經(jīng)歷了較高的熱演化；較低的Pr/nC17和Ph/nC18比值也從一個側(cè)面反映了其高演化特征。

圖5 塔里木盆地中深1井寒武系阿瓦塔格組和中深1C井肖爾布拉克組儲層原油全烴色譜圖

圖6 塔里木盆地順南1井原油全油色譜譜圖特征(a)和稠環(huán)芳烴分布特征(b)

TSR實質(zhì)上是一個烴類被氧化的過程，并具有低碳數(shù)直鏈烴類優(yōu)先被氧化，優(yōu)先發(fā)生芳構(gòu)化作用，同時伴隨著無機硫的加入。因此，TSR過程中存在著硫同位素和碳同位素的動力學(xué)分餾。隨著TSR作用加劇，殘留輕烴分子碳同位素表現(xiàn)為富13C，含硫化合物硫同位素則傾向于無機硫同位素特征。而單純的原油熱裂解主要是鏈的斷裂、環(huán)化與芳構(gòu)化，殘留分子中直鏈烴、環(huán)烷烴和芳香烴均表現(xiàn)為富集13C，含硫化合物硫同位素基本不變?；谠摾碚摲治觯幂p烴同位素中環(huán)烷烴的穩(wěn)定性，構(gòu)建了甲基環(huán)己烷分子碳同位素與二苯并噻吩硫同位素的原油熱蝕變判識圖版(圖7)。

圖7中將塔里木盆地臺盆區(qū)深層—超深層油藏?zé)嵛g變分為三級，即未/輕度蝕變、中度蝕變以及重度蝕變。順北深層油藏經(jīng)歷了輕微TSR改造，且主要出現(xiàn)在順北1井區(qū)，與井口硫化氫測試結(jié)果相吻合；中深1C井肖爾布拉克組原油經(jīng)歷了嚴(yán)重的TSR作用，是經(jīng)受重度TSR的典型代表；順南1井則主要經(jīng)受了中度的熱裂解作用，這與生物標(biāo)志化合物的檢測結(jié)果一致，如稠環(huán)芳烴的檢出。據(jù)此認(rèn)為，順南1井凝析油主要是經(jīng)歷了中度的熱裂解作用。

圖7 塔里木盆地臺盆區(qū)深層—超深層油藏?zé)嵛g變判識圖版

總之，塔里木盆地塔北(塔河—輪南、哈拉哈塘)、塔中、順北乃至玉北奧陶系油氣藏，除順西—塔中西北部部分油氣藏原油地球化學(xué)性質(zhì)有較大差異外，整個臺盆區(qū)原油均顯示出地球化學(xué)生標(biāo)的一致性，表明主要來源于一套相似沉積環(huán)境、相似成烴母質(zhì)的烴源巖。中深1C井下寒武統(tǒng)、順南1井凝析油以及塔東2井原油經(jīng)歷過不同程度的后生改造，從而顯示出差異的正構(gòu)烷烴分布、芳烴分布及不同的碳、硫同位素特征。

2.2 玉爾吐斯組主力烴源巖的確認(rèn)及其演化

柯坪地表露頭肖爾布拉克剖面下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組(-C1y)實測地層厚度為9.2 m，巖性為黑色碳質(zhì)頁巖，TOC縱向上具有下高上低特征，下部與含磷層伴生的烴源巖具特高有機質(zhì)豐度，TOC最高達(dá)22.39%；星火1井玉爾吐斯組7件灰黑色碳質(zhì)頁巖TOC含量為1.00%～9.43%，TOC縱向上同樣也有下高上低的特征，與肖爾布拉克剖面類似[25]。據(jù)朱光有等[26]對柯坪地區(qū)10余個露頭剖面點的綜合分析，厚度分布穩(wěn)定在10～15 m，TOC分布于4%～16%。由于演化程度較高，瀝青“A”含量較低，最高也僅1 457.15×10-6。

孔雀河斜坡鉆探的孔探1井鉆遇了與玉爾吐斯組同時代的西山布拉克組地層，厚約16 m，25件樣品TOC分布于1.64%～33.1%，縱向上同樣下高上低；上覆下寒武統(tǒng)西大山組，厚度50 m，109件樣品TOC分布于1.37%～14.93%，平均值為4.24%，均屬于高有機質(zhì)豐度的烴源巖。

塔里木盆地寒武系沉積前的古構(gòu)造格局對于寒武紀(jì)早期快速海侵形成的優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布有顯著控制作用。震旦紀(jì)末期的柯坪運動導(dǎo)致部分地區(qū)抬升，寒武系沉積前存在的東西向古隆起帶，對寒武紀(jì)早期烴源巖的發(fā)育具重要影響[27-28]。中央隆起帶方1、和4、同1、夏河1、巴探5、瑪北1、中深1、塔參1等鉆井均未發(fā)現(xiàn)該套烴源巖。中石油最近在中寒1井、沙雅隆起輪探1井、旗探1井均鉆遇玉爾吐斯組，表明塔北地區(qū)玉爾吐斯組烴源巖的分布廣泛。

目前，勘探界一般已經(jīng)公認(rèn)塔里木盆地主力烴源巖為寒武系—中下奧陶統(tǒng)，但學(xué)術(shù)界仍有一些爭議[29]。

2.2.1 玉爾吐斯組烴源巖沉積環(huán)境與發(fā)育模式

早寒武世是全球生物發(fā)展演化的重要時期，發(fā)生了包括寒武紀(jì)生命大爆發(fā)、第一次生物大滅絕、大洋缺氧事件等全球重要環(huán)境事件。這一時期，塔里木盆地和四川盆地均廣泛沉積富有機質(zhì)巖層，并構(gòu)成了各自盆地的重要烴源巖[30]。

塔里木盆地的下寒武統(tǒng)黑色巖系露頭主要發(fā)育于阿克蘇柯坪與塔東庫魯克塔格地區(qū)。柯坪地區(qū)下寒武統(tǒng)地層屬玉爾吐斯組，庫魯克塔格地區(qū)則為西山布拉克組。2個地區(qū)黑色巖系主要巖性均為黑色頁巖、硅質(zhì)巖、磷塊巖和白云巖，呈薄層狀或透鏡狀分布，下部以磷塊巖和硅質(zhì)巖為主，上部則以白云巖為主，庫魯克塔格地區(qū)硅質(zhì)巖變厚。多數(shù)研究認(rèn)為，下寒武統(tǒng)黑色巖系形成于海底熱水沉積環(huán)境，其中硅質(zhì)巖的地球化學(xué)特征表現(xiàn)出與海底熱水或火山活動有關(guān)，并與熱液有關(guān)的上升洋流有關(guān)[31]。

基于玉爾吐斯組烴源巖在露頭剖面和鉆井的特征、不同沉積微相生烴母質(zhì)類型及其干酪根碳同位素特征，建立了玉爾吐斯組緩坡型烴源巖發(fā)育模式(圖8)。

早寒武世，隨塔里木逐漸從裂谷盆地演化為被動大陸邊緣盆地，玉爾吐斯組沉積期的快速海侵，熱液流體隨上升洋流將大量還原性氣體、多金屬元素(Ba、V、Fe、Cr、Ni、Cu、U等)以及生命營養(yǎng)元素(Si、P、N等)帶入海洋，從而激發(fā)藻類的大量繁盛(主要成烴生物)，而缺氧環(huán)境使得黑色巖系中的有機質(zhì)得以大量保存，最終形成富有機質(zhì)的黑色頁巖?？缕旱貐^(qū)玉爾吐斯組底部含磷黑色頁巖的TOC高達(dá)20%以上，與現(xiàn)代海相沉積磷質(zhì)巖分布于中、低緯度(低于40°)且一側(cè)為深水大洋盆地的溫暖氣候帶的大陸邊緣環(huán)境相似[32]。

2.2.2 玉爾吐斯組烴源巖分布預(yù)測

從星火1井—柯坪露頭—同1井—巴探5井—瑪北1井—民參1井—鐵克里克露頭前寒武系剖面和同1井—方1井—和4井—塔參1井—塔東2井—尉犁1井前寒武系對比剖面[27]顯示，寒武系沉積前盆地內(nèi)存在東西向的古隆起帶，環(huán)繞古隆起帶的大部分地區(qū)為地勢平坦的濱淺海碳酸鹽巖臺地，在晚震旦世末的柯坪運動中，全區(qū)抬升遭受不同程度的剝蝕，古地貌特征表現(xiàn)為從中央隆起帶向南北兩側(cè)平緩降低。新近鉆探的位于古隆起邊緣的舒探1井、夏河1井等井，玉爾吐斯組烴源巖基本不發(fā)育。同時，對塔里木盆地西緣新元古代研究認(rèn)為，同樣也經(jīng)歷了陸內(nèi)斷陷到初始被動大陸邊緣的盆地演化序列，麥蓋提斜坡南華系—震旦系厚度大、分布廣，預(yù)測有寒武系玉爾吐斯組烴源巖的分布[28]。

圖8 塔里木盆地下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組發(fā)育模式

2.2.3 玉爾吐斯組烴源巖演化

下古生界以碳酸鹽巖地層為主，缺乏鏡質(zhì)體，常用古溫標(biāo)恢復(fù)沉積盆地?zé)釟v史的方法存在不確定性[33]。雖然對于塔里木盆地早期熱盆、晚期冷盆的認(rèn)識基本統(tǒng)一[34-35]，但對塔里木盆地海西晚期以來烴源巖的熱演化存在較大爭議。順北超深層奧陶系碳酸鹽巖輕質(zhì)—揮發(fā)油藏的發(fā)現(xiàn)[36]，對烴源巖熱演化研究提出了新的挑戰(zhàn)。

模擬實驗研究表明，壓力對于烴源巖的演化具重要影響[37-39]。通過對歷年來塔里木盆地臺盆區(qū)大量等效鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)分析，以及不同構(gòu)造單元單井成熟度、剖面成熟度特征、地溫梯度、大地?zé)崃髦捣治觯耘璧啬M軟件(PetroMod)為平臺，建立了高壓力對海相烴源巖生烴演化的抑制模型[40]，重點分析了臺盆區(qū)玉爾吐斯組主力烴源巖在不同地質(zhì)時期的熱演化過程。

研究表明，滿加爾坳陷區(qū)及塘古巴斯坳陷區(qū)，隨著晚奧陶世一套巨厚的混積陸棚地層的快速沉積、志留紀(jì)巨厚的碎屑巖沉積覆蓋，加里東晚期寒武系快速深埋，烴源巖進(jìn)入生烴高峰，等效鏡質(zhì)體反射率分布于0.6%～1.2%，表現(xiàn)出東高西低的特征。海西期地層沉積較薄且受海西早期剝蝕的影響，主要受時間補償效應(yīng)使烴源巖進(jìn)一步成熟，滿加爾坳陷區(qū)及塘古巴斯坳陷進(jìn)入高成熟階段，圍斜及順托果勒地區(qū)等效鏡質(zhì)體反射率為1.2%，為成熟階段，表現(xiàn)由東高西低變?yōu)槟媳毕虻膬傻蛢筛?。喜馬拉雅期盆地表現(xiàn)為南北前陸盆地特征，盆地中心沉積較穩(wěn)定，山前地帶活動強烈，前陸坳陷快速充填補齊，使得烴源巖成熟度快速增加；滿加爾、阿瓦提坳陷處于過成熟階段，沙雅隆起及卡塔克隆起主體區(qū)受前期剝蝕影響，成熟度增加較少；順托果勒地區(qū)處于高—過成熟階段，以生成凝析油氣為主；塔西南地區(qū)受前陸盆地沉積影響明顯，烴源巖快速深埋，熱演化快速達(dá)到過成熟階段。

2.3 臺盆區(qū)海相油氣分布特征

塔里木盆地海相碳酸鹽巖油氣勘探已經(jīng)歷了三十余年，發(fā)現(xiàn)了一大批海相油氣田(藏)，明確已發(fā)現(xiàn)海相油氣藏的分布特征，將為下步勘探部署提供基礎(chǔ)依據(jù)。

圖9 塔里木盆地下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖厚度平面分布預(yù)測

2.3.1 臺盆區(qū)奧陶系油氣成藏特征對比

在古構(gòu)造演化基礎(chǔ)上，通過油氣成熟度厘定、綜合多種成藏定年技術(shù)方法(流體包裹體分析與古溫壓恢復(fù)、飽和/露點壓力、Re-Os同位素定年、方解石U-Pb定年等)，對典型油氣藏成藏期進(jìn)行了厘定，明確了塔里木盆地典型油氣藏的成藏特征(表2)。

2.3.2 臺盆區(qū)奧陶系油氣分布

通過對臺盆區(qū)已發(fā)現(xiàn)油田、鉆井的油氣物理性質(zhì)、油氣地球化學(xué)特征的對比與不同地區(qū)海相油氣藏類型的梳理，編制了塔里木盆地臺盆區(qū)奧陶系油氣藏類型平面分布圖(圖10)。

總體看來，塔里木盆地臺盆區(qū)奧陶系海相油氣藏呈現(xiàn)圍繞沙雅、卡塔克古隆起分布特征，油氣藏類型由隆起至坳陷由重質(zhì)油藏逐漸變?yōu)檩p質(zhì)油藏、揮發(fā)油藏及天然氣藏，顯示出明確的源控特征。早期成藏的原油(加里東—海西早期、海西晚期)規(guī)模大，但由于保存條件差的影響，以殘留古油藏為主，主要分布于隆起相對高部位(艾丁、于奇、塔河主體區(qū))。燕山期以來由于封蓋保存條件變好，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖在“低地溫、大埋藏、高壓力”條件下持續(xù)生排烴，沿通源斷裂運聚，在順托果勒低隆奧陶系儲層中形成揮發(fā)油藏(如順北1號斷裂帶)。順南地區(qū)由于地溫梯度高，以天然氣藏為主。

塔河奧陶系油氣藏主力烴源巖位于塔北本地及周緣斜坡區(qū)，中東部以寒武系—中下奧陶統(tǒng)、西部以寒武系玉爾吐斯組烴源巖為主。油氣性質(zhì)受不同成藏期次的影響，呈現(xiàn)由北向南密度依次減小趨勢，西北部表現(xiàn)為超重質(zhì)油—重質(zhì)油，中東部以中—輕質(zhì)油為主，于奇東地區(qū)則以氣藏為主。原油以高成熟為主，油氣輸導(dǎo)條件多樣化，油氣首先沿斷裂垂向輸導(dǎo)至不整合面/巖溶縫洞體，再沿不整合面/巖溶縫洞體大規(guī)?？焖龠\聚成藏，早期成藏的原油受不同程度的氧化降解而成重質(zhì)—超重質(zhì)油藏。加里東晚期—海西早期為古油藏形成、破壞期，海西晚期為主成藏期，燕山期為主要的調(diào)整、改造及再次充注期，因此，塔河主體區(qū)、艾丁地區(qū)為殘留—改造的古油藏；燕山期以來由于不同級別走滑斷裂的活動，輕質(zhì)原油有沿斷裂向隆起充注運聚的趨勢。

順北奧陶系油氣藏?zé)N源巖為原地寒武系玉爾吐斯組，儲層以一間房組斷溶體儲層為主，主力蓋層為上奧陶統(tǒng)桑塔木組泥巖；海西晚期后具良好保存條件，油氣以高演化階段的輕質(zhì)—揮發(fā)油為主。隨著構(gòu)造活動逐漸減弱，燕山期斷裂活動主要以北東向走滑斷裂活動為主(順北1號)，保持了海西晚期以來長期的封閉體系與壓力系統(tǒng)，油氣藏特征顯示出低氣/油比等受“高壓力”生烴演化抑制的油氣性質(zhì)。順北奧陶系通源斷裂既是垂向輸導(dǎo)通道，又是主要的油氣儲集空間，為“原地?zé)N源、斷裂控藏控富”的原生油氣藏。油氣藏埋藏深度大，原油未遭受明顯裂解，燕山期為主要成藏期。

表2 塔里木盆地臺盆區(qū)奧陶系油氣成藏特征對比

圖10 塔里木盆地臺盆區(qū)奧陶系油氣藏類型平面分布

從塔北、塔中油氣藏類型對比看，奧陶紀(jì)沙雅隆起為緩坡型古隆起，西部的玉爾吐斯組烴源巖長期位于隆起的斜坡部位，延緩了油氣的生成演化；而卡塔克隆起為高陡型古隆起，隆起上缺乏玉爾吐斯組烴源巖，需要由東部寒武系—中下奧陶統(tǒng)烴源巖供烴，且成熟度相對較高，油氣藏類型以凝析氣藏為主。從這個意義上說，塔北地區(qū)寒武系鹽下、奧陶系超深層油氣勘探應(yīng)更為有利。

3 結(jié)論

(1)除順西—塔中西北部部分原油外，塔里木盆地臺盆區(qū)原油均顯示出生物標(biāo)志物的相似性，表明主要來源于一套相似沉積環(huán)境、相似成烴母質(zhì)的烴源巖。塔里木盆地臺盆區(qū)海相油氣主要來源于寒武系—中下奧陶統(tǒng)烴源巖。中深1C井下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組儲層原油主要受TSR作用改造，順南1井凝析油主要受熱裂解改造作用的影響，從而顯示出差異的正構(gòu)烷烴分布、芳烴分布及不同的碳、硫同位素特征，而并非烴源巖不同所致。

(2)塔北地區(qū)奧陶系臺地相區(qū)存在下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖，燕山期以來長期低地溫背景下的“高壓生烴演化抑制模式”延緩了順托果勒低隆寒武系烴源巖的熱演化，順托果勒地區(qū)仍具晚期高成熟液態(tài)烴形成條件，這對塔北寒武系鹽下、奧陶系超深層油氣勘探具有重要意義。

(3)通過建立順北奧陶系“原地?zé)N源、斷裂控藏控富”成藏模式，明確在臺盆區(qū)尋找以下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組原地?zé)N源巖與燕山期以來晚期活動的走滑斷裂相匹配的、以晚期供烴為主的輕質(zhì)油藏—天然氣藏，是臺盆區(qū)超深層碳酸鹽巖領(lǐng)域油氣勘探的重要方向。