塔里木盆地玉北地區(qū)奧陶系良里塔格組沉積相及沉積模式

姜海健，楊 鑫，儲呈林，陳強路，喬桂林

( 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 214151； 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083 )

0 引言

塔里木盆地塔中地區(qū)上奧陶統(tǒng)良里塔格組臺地邊緣礁灘相儲層和油氣藏的發(fā)現(xiàn)，表明良里塔格組具有較好的勘探前景[1-2]。塔中地區(qū)良里塔格組受控于南北緣的邊界斷裂，形成斷控鑲邊臺地型模式，臺緣相帶發(fā)育[3-5]。塔河地區(qū)和巴楚隆起西北緣良里塔格組為緩坡型—弱鑲邊臺地模式，臺緣相帶相對較寬，礁灘體厚度較小，由一系列小礁體組成，臺內(nèi)灘較為發(fā)育[6-8]。因此，不同的臺地模式導致沉積相和儲層發(fā)育具有較大差異[1,9-10]。根據(jù)鉆井、地震等資料的沉積相劃分與對比，劉忠寶等確定晚奧陶世早期盆地南部巴楚地區(qū)至玉北地區(qū)的臺盆結(jié)構(gòu)[11]。以鑲邊碳酸鹽巖臺地模式為主，黃臣軍等建立玉北地區(qū)良里塔格組的標準微相類型及其分布相帶[12]。根據(jù)鉆井巖心的微相類型和沉積環(huán)境研究，蔡習堯等認為玉北地區(qū)晚奧陶世發(fā)育開闊臺地、臺地邊緣與臺緣斜坡3種沉積環(huán)境[13]。

筆者綜合鉆測井和地震等資料，分析塔里木盆地玉北地區(qū)良里塔格組沉積微相組合、臺緣相帶—臺緣斜坡地層，以及沉積地貌特征、臺緣相帶控制因素等，玉北地區(qū)為類似塔河地區(qū)的緩坡型—弱鑲邊臺地模式，并非塔中地區(qū)的鑲邊臺地模式，不發(fā)育鑲邊型臺地邊緣生物礁相，臺地邊緣相帶主要發(fā)育臺緣顆粒灘相地層，并隨海平面變化，臺緣灘相具有一定的遷移特征。通過碳酸鹽巖緩坡臺地層序結(jié)構(gòu)、沉積響應和沉積模式等研究，揭示其地層沉積演化規(guī)律和沉積相的主要控制因素，為研究區(qū)油氣勘探提供指導。

1 地質(zhì)概況

玉北地區(qū)位于塔里木盆地麥蓋提斜坡東段，北部與巴楚隆起瑪扎塔格斷裂帶為界，東部延伸到塘古孜巴斯凹陷，南部與塔西南坳陷的葉城—喀什凹陷過渡至昆侖山山前(見圖1)。晚奧陶世是塔里木盆地重要的構(gòu)造變革期，塔里木板塊從東西向伸展轉(zhuǎn)為南北向擠壓，塔里木盆地從“西臺東盆”的格局變化為南北分異，即由統(tǒng)一的碳酸鹽巖臺地分化為塔里木北部和中部兩個碳酸鹽巖臺地[14]。奧陶紀末至志留系，隨昆侖洋逐漸俯沖、消減至關(guān)閉，致使塔里木盆地西南部大幅抬升為前緣隆起區(qū)，中上奧陶統(tǒng)在玉北地區(qū)西南部地層缺失[15-18]，剝蝕線呈NWW走向(見圖1)。

圖1 塔里木盆地玉北地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 The generalized geologic map of Yubei Area in Tarim Basin

玉北地區(qū)良里塔格組地層發(fā)育上奧陶統(tǒng)的三個牙形石帶[19]，具有良里塔格組典型的碳同位素正漂移特征[20-21]；同時，GR測井曲線呈突然增大的特征，也可以作為良里塔格組地層出現(xiàn)的標志[22]。良里塔格組相當于凱迪階或凱迪階下部[23-24]，按照2013年國際年代地層表，凱迪階的起止年齡為(453.0±0.7)和(445.2±1.4)Ma，相當于8.0 Ma，分為兩個三級層序(SQ1和SQ2)[22,25]。良里塔格組具有典型的含泥灰?guī)r段、純灰?guī)r段和泥質(zhì)條帶灰?guī)r段[26-28]，玉北地區(qū)為含泥灰?guī)r段、純灰?guī)r段地層，部分泥質(zhì)條帶灰?guī)r段地層遭受剝蝕，因此玉北地區(qū)良里塔格組發(fā)育SQ1層序和部分SQ2層序(見表1和圖2)。良里塔格組含泥灰?guī)r段構(gòu)成SQ1層序的海侵體系域，發(fā)育泥晶灰?guī)r—泥質(zhì)灰?guī)r；純灰?guī)r段構(gòu)成SQ1層序的高位體系域，較發(fā)育泥亮晶顆粒灰?guī)r。良里塔格組泥質(zhì)條帶灰?guī)r段構(gòu)成SQ2層序，發(fā)育大量泥晶灰?guī)r和泥晶—亮晶顆?；?guī)r等。

表1 塔里木盆地中上奧陶統(tǒng)地層Table 1 The stratigraphic correlation table of Middle and Upper Ordovician in Tarim Basin

圖2 玉北地區(qū)良里塔格組鉆井巖心照片F(xiàn)ig.2 The well-core photographs of Lianglitage Formation in Yubei Area

2 沉積微相類型

玉北地區(qū)良里塔格組主要沉積微相(巖相)包括9種類型(見表2)。每種微相代表水動力、可容納空間、臺地位置等沉積環(huán)境特征。盡管玉北地區(qū)良里塔格組上部地層遭受剝蝕，但是通過層序地層格架的建立(見表1)，可以分析同一時期臺地不同位置巖心和薄片的顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分等微相特征，研究沉積環(huán)境。

表2 玉北地區(qū)良里塔格組沉積微相類型和特征Table 2 Microfacies types and characteristics of Lianglitage Formation in Yubei Area

2.1 含陸緣碎屑泥灰?guī)r—灰質(zhì)泥巖(MF1)

巖性為棕紅色—灰褐色含灰質(zhì)團塊的泥巖、泥灰?guī)r等，含大量陸緣碎屑(見圖2(a))?；屹|(zhì)團塊呈柱狀、長條狀或不規(guī)則形狀等分布特征，其成分為含陸緣碎屑及生物碎屑泥晶灰?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r，生屑包括介形、棘皮、三葉蟲等(見圖2(e)、圖3(a))。形成機理可能是在風暴作用下，將臺緣和臺緣斜坡帶未固結(jié)的巖石搬運到臺緣斜坡坡折帶坡腳—陸棚環(huán)境，與原地的泥巖及泥灰?guī)r沉積在一起。

2.2 含生物碎屑泥灰?guī)r—泥質(zhì)灰?guī)r(MF2)

含有生物碎屑，質(zhì)量分數(shù)為10%～20%,生物碎屑個體較完整，以浮游生物為主(見圖3(b))。常與含生物碎屑泥晶灰?guī)r—泥晶生屑灰?guī)r沉積微相(MF3)組合，發(fā)育于臺緣斜坡相和陸棚相。

2.3 含生物碎屑泥晶灰?guī)r—泥晶生屑灰?guī)r(MF3)

呈灰色、深灰色，含有大量生物化石，如腹足、腕足、三葉蟲、有孔蟲、介形蟲等，化石完整，巖性以泥晶基質(zhì)為主，含泥晶生屑灰?guī)r—生屑泥晶灰?guī)r，總體沉積環(huán)境為浪基面之下臺緣灘外側(cè)—臺緣斜坡帶(見圖3(c))。

2.4 泥晶顆粒灰?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r(MF4)

包含各種類型顆粒，分選一般或較差，常見生物碎屑化石，是一種較為常見的沉積微相類型(見圖3(d))，沉積環(huán)境為局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣及臺緣斜坡。

2.5 泥晶顆粒灰?guī)r—亮晶顆?；?guī)r(MF5)

常見球粒、砂屑、生屑、礫屑等顆粒，泥晶、亮晶膠結(jié)，分選較好—中等—較差，為中厚層，常與亮晶砂屑—礫屑灰?guī)r(MF6)和泥晶顆粒灰?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r(MF4)形成組合，常發(fā)育于潟湖、臺內(nèi)灘和臺緣灘相等環(huán)境(見圖2(c)、圖3(e))。

2.6 亮晶砂屑—礫屑灰?guī)r(MF6)

常見平行層理、前積結(jié)構(gòu)，為中厚層，顆粒以砂屑—礫屑為主，質(zhì)量分數(shù)為50%～75%，分布于臺內(nèi)灘和臺緣灘相(見圖3(e))。

2.7 亮晶生物碎屑灰?guī)r(MF7)

常呈灰褐色、深灰色，生物屑為多種類型生物碎屑，顆粒常被泥晶套化，包括介形、苔蘚、腕足、三葉蟲、珊瑚等；局部發(fā)育內(nèi)緩坡低能環(huán)境均質(zhì)的、基本不含化石的泥晶灰?guī)r/泥亮晶灰?guī)r(見圖2(a-b)、圖3(f-g))。與灰質(zhì)泥巖(MF9)交互沉積，處于臺緣帶的灘壩、生屑灘至開闊臺地過渡的沉積相帶。

應用小型高精度差分[5-7]定位模塊，提供巡檢人員實時定位服務(wù)，并配合電子定位設(shè)備終端[8]，實時或者定時將高精度位置坐標信息發(fā)送至桿塔尋路助手,為桿塔尋路助手的路徑導航、步行軌跡記錄等應用提供基礎(chǔ)支撐。

2.8 亮晶鮞?；?guī)r(MF8)

為淺灰色亮晶鮞?；?guī)r，鮞粒質(zhì)量分數(shù)為50%～80%，鮞粒磨圓分選好，為0.6～1.0 mm(見圖2(d)、圖3(h))。含少量砂屑、團塊等顆粒，鮞粒核心主要為生物碎屑和泥晶等構(gòu)成，反映中等能量的潮汐沖洗環(huán)境，處于臺緣帶內(nèi)側(cè)的鮞粒灘位置能量稍低的部位。

2.9 含白云石的泥巖—灰質(zhì)泥巖—泥灰?guī)r(MF9)

為紅褐色、褐紅色含大量白云石的灰質(zhì)泥巖—泥灰?guī)r，生物碎屑不發(fā)育，發(fā)育水平層理。常與亮晶生物碎屑灰?guī)r(MF3)形成組合(見圖2(a)、圖3(i))。大量白云石的發(fā)育代表局限環(huán)境，主要發(fā)育于潮坪—潟湖環(huán)境。

3 沉積相特征

根據(jù)玉北地區(qū)東西向連井剖面分析，良里塔格組早期海侵(SQ1-TST)，臺緣灘相向陸地退積，YB8井發(fā)育礁灘相沉積，PS2井發(fā)育開闊臺地相，YB4井發(fā)育臺緣斜坡相。高水位期(SQ1-HST)，臺緣灘相向盆地方向進積，發(fā)育于YB5井一帶，臺緣斜坡相帶位于YB5—YB9井之間，YB8—YB4井一帶為開闊臺地相，局部發(fā)育臺內(nèi)顆粒灘。SQ2時期，重新海侵，臺緣灘相退至YB8—YB4井一帶，PS2井為潟湖沉積，由于靠近臺緣帶，沉積能量較強，局部發(fā)育亮晶生物碎屑灰?guī)r。YB9井及以東地區(qū)受到北東向斷裂的控制，沉積水體快速加深，發(fā)育陸棚相(見圖4)。

3.1 臺地相

主要包括開闊臺地臺內(nèi)灘、灘間海和局限臺地潟湖相等，發(fā)育于PS2、YB8和YB4井等。

3.1.1 臺內(nèi)灘

YB8井SQ1層序HST發(fā)育臺內(nèi)灘相，表現(xiàn)為GR和KTH曲線低值，Th/K值較高，主要發(fā)育泥晶顆?；?guī)r—亮晶顆?；?guī)r(MF5)、亮晶生物碎屑灰?guī)r(MF7)和亮晶鮞?；?guī)r(MF8)等。

3.1.2 灘間海

灘間海相在臺內(nèi)廣泛發(fā)育，主要表現(xiàn)為GR和KTH曲線值稍高，Th/K值變化大，總體較高，主要發(fā)育泥晶顆?；?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r(MF4)和泥晶顆粒灰?guī)r—亮晶顆?；?guī)r(MF5)等。

PS2井良里塔格組SQ2層序發(fā)育的微相組合為：亮晶生物碎屑灰?guī)r(MF7)、泥晶顆?；?guī)r—亮晶顆?；?guī)r(MF5)、泥晶顆?；?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r(MF4)和含白云石的泥巖—灰質(zhì)泥巖—泥灰?guī)r(MF9)。GR較高，為20～70 API，平均為30 API，局部巖心灰質(zhì)—白云質(zhì)泥巖的增加導致GR突然加大(見圖4)。Th/K高值對應亮晶生物碎屑灰?guī)r段—亮晶顆粒灰?guī)r段，Th/K低值對應泥晶顆?；?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r和含有白云石的泥巖—灰質(zhì)泥巖—泥灰?guī)r段。PS2井良里塔格組厘米級別的泥質(zhì)灰?guī)r—灰質(zhì)泥巖與亮晶生屑灰?guī)r出現(xiàn)頻繁互層，可能和塔中地區(qū)類似的米蘭科維奇旋回、記錄幾萬～十幾萬年的海平面變化旋回[29-30]有關(guān)。

3.2 緩坡型臺緣灘相

緩坡型臺緣灘相主要受海平面的變化和古地貌控制，隨海平面變化，臺地邊緣相帶的位置不斷發(fā)生遷移。該相帶包括生屑灘—砂屑灘—鮞粒灘等臺緣灘相組合及灘間深水相帶，位于臺地邊緣相帶的主體部位，代表鉆井為YB4井。主要發(fā)育亮晶鮞?；?guī)r(MF8)、亮晶砂屑—礫屑灰?guī)r(MF6)、泥晶顆?；?guī)r—亮晶顆粒灰?guī)r(MF5)和泥晶顆?；?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r(MF4)，偶夾含生物碎屑泥灰?guī)r—泥質(zhì)灰?guī)r(MF2)(見圖4)。GR曲線呈平直且低值特征，GR為5～10 API，平均為7 API。YB4井良里塔格組上部巖心段(5 828.00～5 836.00 m)為薄層地層(MF6—MF5—MF4—MF2)發(fā)育段，Th/K值呈“波浪型”特征；下部中厚層沉積微相(MF8和MF6)發(fā)育段的Th/K值呈“箱狀”特征，Th/K值可以較好對應相應的沉積微相及組合。該巖心段總體為較明亮的塊狀結(jié)構(gòu)特征，局部見溶蝕縫洞和縫合線(顏色發(fā)灰發(fā)暗)。

3.3 臺緣緩斜坡相

YB4井良里塔格組下部及YB5井沉積相帶發(fā)育。該沉積相帶位于臺地邊緣帶外側(cè)，沉積水體加深，較發(fā)育含大量生物碎屑泥晶灰?guī)r—泥晶生屑灰?guī)r(MF3)、泥晶顆?；?guī)r—顆粒泥晶灰?guī)r(MF4)和含生物碎屑泥灰?guī)r—泥質(zhì)灰?guī)r(MF2)。常發(fā)育有孔蟲、棘皮、介形、腕足、腹足等大量生物碎屑，生物個體完整，呈“漂浮狀”分布于泥晶灰?guī)r，局部生屑發(fā)育，形成泥晶生屑灰?guī)r，呈局部堆積特征，形成生物丘和障積巖(見圖3(b))。

YB5井良里塔格組巖心段(5 904.00～5 912.00 m)可見GR值較高、“微起伏”，GR為22～55 API，平均為35 API。Th/K值呈“波浪狀”起伏，Th/K高值可能對應沉積微相MF3—MF4，Th/K低值可能對應沉積微相MF2。該段巖心成像測井顯示為薄層狀明暗相間的特征，發(fā)育水平層理，局部見生物擾動構(gòu)造形成的不規(guī)則斑點狀構(gòu)造(見圖4)。

3.4 陸棚相

由于受到加里東中期Ⅱ幕運動影響，形成北東向斷裂，YB9井及以東地區(qū)水體加深，發(fā)育陸棚相沉積，主要巖相為含陸緣碎屑灰質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r(MF8)；YB9井發(fā)育大量灰?guī)r團塊，主要是由于YB9井位于臺緣斜坡坡腳—陸棚邊緣，大量搬運的灰?guī)r團塊與泥灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖一起沉積，含大量陸緣碎屑(見圖2(e)、圖3(a))。

4 巖相古地理及沉積模式

4.1 地震相分布特征

中奧陶世末，和田古隆起雛形形成，呈西南高、北東低，玉北地區(qū)東部斷裂開始活動，主要構(gòu)造應力方向受南北擠壓；玉北地區(qū)東部北東向斷裂帶非構(gòu)造主要應力方向上逆沖幅度較小，主要表現(xiàn)為向東傾末的緩斜坡[31-33]。玉北地區(qū)從西向東YB4—YB9井地層厚度緩慢減薄，并無明顯臺地邊緣相帶(見圖5)。

在巴楚隆起東段的巴東2—巴東4井附近，良里塔格組臺緣帶受控于逆沖斷層，形成厚層的臺地邊緣帶，表現(xiàn)為雜亂反射特征，斷層下盤形成厚度較薄的臺緣斜坡—陸棚相帶，地震反射連續(xù)性較好、振幅較強，因此，該段良里塔格組為斷控鑲邊型臺地邊緣(見圖6)。

4.2 巖相古地理特征

巴楚東段的臺緣相帶向西斷層活動逐漸變?nèi)?，過渡為東西向的緩坡型臺緣。玉北及鄰區(qū)沉積相主要包括潟湖相、開闊臺地相、臺緣礁灘相、臺緣斜坡相和陸棚相等。隆起區(qū)處于構(gòu)造高部位，地層遭受剝蝕，可能發(fā)育巖溶相關(guān)的河流相。臺地內(nèi)發(fā)育潮坪、潟湖相，沉積能量較低，鹽度較高，潮坪相地層后期遭受剝蝕。開闊臺地相發(fā)育臺內(nèi)灘相和灘間海相地層，較發(fā)育泥晶灰?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r、泥晶顆?；?guī)r、亮晶顆粒灰?guī)r等。臺地邊緣相帶發(fā)育臺緣灘相，主要發(fā)育鮞粒灘、砂屑灘和生屑灘相等。向外為外緩坡相，有一定的坡度，水體逐漸加深，較發(fā)育泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r、泥晶顆?；?guī)r等，局部發(fā)育生物障積巖、生物丘等，呈點狀分布。再向外為緩傾斜坡，主要由加里東中期活動的逆沖走滑斷裂帶構(gòu)成，在斜坡坡腳—陸棚相帶發(fā)育泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖夾灰?guī)r團塊，灰?guī)r團塊由臺地邊緣和臺緣斜坡搬運而來(見圖(7-9))。

圖7 玉北及鄰區(qū)良里塔格組SQ1-TST巖相古地理Fig.7 The lithofacies paleogeographic map of SQ1-TST of Lianglitage Formation in the Yubei and adjacent areas

圖8 玉北及鄰區(qū)良里塔格組SQ1-HST巖相古地理Fig.8 The lithofacies paleogeographic map of SQ1-HST of Lianglitage Formation in the Yubei and adjacent areas

4.3 沉積模式

良里塔格組SQ1層序海侵體系域TST的臺地邊緣相帶較寬；至SQ1層序高位體系域HST海退，臺地邊緣相帶分布于YB5—SH2井一線；再到SQ2層序，臺地邊緣相帶分布寬度加大，分布于YB8—YB4井一帶。隨海平面的變化，玉北地區(qū)臺地邊緣相帶不斷發(fā)生側(cè)向遷移，巴楚東段的臺地邊緣相帶主要受控于邊界斷裂，臺緣分布位置固定；同時，玉北地區(qū)的臺地邊緣主要發(fā)育臺緣灘相地層，巴楚東段的臺地邊緣主要為臺緣礁灘相地層。因此，玉北地區(qū)的三級層序海侵體系域時期海平面快速上升，深水巖相向陸地方向進積作用，最大海泛面到達最近內(nèi)陸處；三級層序高位體系域時期，海平面逐漸下降，淺水巖相向盆地方向進積(見圖10)。

圖9 玉北及鄰區(qū)良里塔格組SQ2巖相古地理Fig.9 The lithofacies paleogeographic map of SQ2 of Lianglitage Formation in the Yubei and adjacent areas

圖10 玉北地區(qū)良里塔格組沉積模式Fig.10 The depositional model of Lianglitage Formation in Yubei Area

利用坡度計算公式，可以估算玉北地區(qū)緩傾斜坡的坡度[34]。YB5—YB9井分別處于臺緣斜坡和斜坡坡腳位置，可以作為計算坡度的鉆井，YB5井發(fā)育泥質(zhì)碳酸鹽巖，處于浪基面之下；YB9井主要以發(fā)育泥巖為主，處于氧化界面之下。因此，兩口井水深差為50～200 m，直線距離為29 km，兩口井連線與斜坡傾向夾角為30°～40°，斜坡角度為0.1°～0.5°(見圖10)。

5 結(jié)論

(1)塔里木盆地玉北地區(qū)良里塔格組發(fā)育9種沉積微相類型，沉積相帶一般由多種沉積微相構(gòu)成。主要發(fā)育的沉積相有局限臺地潟湖、開闊臺地灘間海、臺內(nèi)灘、臺緣灘、臺緣緩斜坡、生物丘和陸棚相等。

(2)局限臺地潟湖相發(fā)育厘米級別的泥質(zhì)灰?guī)r—灰質(zhì)泥巖與亮晶生屑灰?guī)r頻繁互層，可能記錄當時地球上米蘭科維奇天文周期導致的海平面變化的過程。

(3)臺地邊緣為緩坡型，主要發(fā)育鮞粒灘、砂屑灘和生屑灘相等。隨海平面變化，緩坡型臺地邊緣的沉積相帶有較明顯遷移現(xiàn)象。斷控鑲邊型臺地主要受控于邊界斷裂，沉積相帶的分布比較穩(wěn)定，較發(fā)育臺緣生物礁，表現(xiàn)為垂向加積特征。