塔里木盆地沙雅隆起形成演化与油气分布规律

谢大庆,郑孟林,蒋华山,郭忻

(1.中国石化 西北油田分公司研究院,新疆 乌鲁木齐 830011;2.中国石化 石油勘探开发研究院,北京100083)

沙雅隆起位于塔里木盆地北部,北与库车坳陷以提尔根北断裂带-亚南断裂带-大尤尔都斯断裂带-羊塔克断裂带分界,东与库鲁克塔格断隆以山前断裂为界,南与北部坳陷(阿满坳陷)(满加尔凹陷-顺托果勒低凸起-阿瓦堤凹陷)为过渡关系,西与阿瓦堤凹陷以喀拉玉尔滚断裂为界,面积约 3.66万平方公里。该区油气勘探成果丰富,已经发现了塔河、轮南、雅克拉、大涝坝、英买力等众多油气田,在AnZ、Z、∈、O、D3、C、T-J、K1、E1-2km、E3s、N2k等十一个层位发现工业油气。塔河油田是中国目前发现的最大的海相油田,因此,该区始终是地质勘探人员关注的热点地区。 前人已从结构、不整合面的分布、断裂、沉积储层和油气成藏等各个方面进行了深入的研究(吴亚军等,1998;何发岐,2002;何登发,2002;刘静江等,2004;吴东胜等,2006;胡剑风等,2007;吕修祥等,2007;赵宗举等,2009),取得了丰富的成果。但哪些构造事件在隆起形成和油气成藏过程中至关重要,哪些因素控制着油气的成藏与分布,始终存在争议。本文通过钻井资料的分析和地震资料解释,进行了地质编图和演化图的编制,对复杂油气藏分布规律和控制因素进行了解剖,明确了关键构造事件和隆起的演化特征,并对油气成藏的控制因素进行了解剖,以期有效指导该区下一步的油气勘探。

1 沙雅隆起地质结构

塔里木盆地沙雅隆起是一个被新生界埋藏了的古隆起,无论在结构上还是构造的发育特征上都具有纵向分层性,现今的构造区划分主要以被埋藏的下古生界古隆起结构、地层的残存分布为依据,分为雅克拉断凸、英买力凸起、哈拉哈塘凹陷、阿克库勒凸起、草湖凹陷和库尔勒鼻凸等次级构造单元(图1),根据地震和钻井资料,隆起及其斜坡带,不同的构造单元下古生界的赋存状态和地质结构存在差异。在雅克拉断凸,南、北分别受北东东向轮台断裂带-沙雅断裂带-红旗断裂带和提尔根北断裂带-亚南断裂带-大尤尔都斯断裂带-羊塔克断裂带的控制,两条边界断裂带在平面上都呈雁列式组合,凸起东段古生界基本缺失,白垩系直接不整合在前震旦系变质岩和局限分布的震旦系之上,变质岩系以轮台断裂和提尔根北断裂分别向南、向北逆冲于奥陶系和震旦系-寒武系之上,剖面上构成 Y 字型(图2b),是古隆起的最高部位。在雅克拉断凸中段,自西向东为星火1-英买32-星火2-英买6-东河24-沙7井,揭示了围绕雅克拉断凸变质岩系条带状分布着震旦系-寒武系-奥陶系的白云岩、泥灰岩、砂屑灰岩、泥晶灰岩等碳酸盐岩,南以沙雅断裂和红旗断裂逆冲于南部的奥陶系和志留系之上,上盘的奥陶系-寒武系-震旦系向凸起高点方向剥蚀尖灭,北侧元古界变质岩以亚南断裂带-大尤尔都斯断裂向北逆冲于震旦系-下古生界之上。凸起南部不整合覆盖着三叠系、侏罗系,高部位及北部覆盖着白垩系砂泥岩。

图1 塔里木盆地沙雅隆起区前东河砂岩-石炭系残余地层分布图Fig.1 Distrubution of the Pre-Carboniferous remnant strata in the Shaya Uplift of the Tarim Basin

西段玉东2井-星火1井地区主要为寒武系-奥陶系中、下统碳酸盐岩,并遭受了强烈的剥蚀,英买35-34井区残留的志留系上部被剥蚀,下部不整合在残余的奥陶系、寒武系不同地层之上,上被二叠系火山岩或白垩系碎屑岩不整合覆盖。

沙雅隆起南部自西向东分别为英买力凸起、哈拉哈塘凹陷、阿克库勒凸起、草湖凹陷和库尔勒鼻凸,凹陷内地层保存较好,凸起区地层遭受了剥蚀,中、下泥盆统缺失。英买力凸起中部为北东向展布的二叠纪岩体,下古生界、石炭系分布在岩体两侧,向雅克拉断凸方向剥蚀尖灭,上被三叠系、白垩系及新生界碎屑岩不整合覆盖,内发育了北东向的英买7等断裂带。阿克库勒凸起主体部位为下奥陶统,由轮台断裂向南逐渐过渡为中奥陶统、上奥陶统、志留系,为向南西方向倾伏的鼻状背斜构造,上被东河砂岩-石炭系或三叠系不整合覆盖。中上奥陶统、下奥陶统、石炭系-二叠系均遭受不同程度的剥蚀。凸起上的下古生界发育了近南北向、北东向和北西向的断裂,对该区碳酸盐岩岩溶的发育具有重要控制作用。库尔勒鼻凸中上奥陶统、志留系、东河砂岩-石炭系、二叠系向隆起顶部渐次缺失,下奥陶统遭受严重剥蚀,三叠系、侏罗系分别不整合在下伏地层之上,凸起上主要发育北西向的向南西方向逆冲的断裂构造。哈拉哈塘凹陷和草湖凹陷介于上述凸起之间,为向北翘倾的向斜,地层发育齐全,志留系不整合覆盖于奥陶系之上,下伏于东河砂岩-石炭系-二叠系及中新生界之下,哈拉哈塘凹陷下古生界的近南北向断裂和北东、北西向断裂破坏了向斜构造的完整性,并控制了碳酸盐岩层系的岩溶发育特征。英买力凸起、哈拉哈塘凹陷、草湖凹陷与阿克库勒凸起一起为呈北东向斜列展布的向南西方向倾伏的背、向斜构造,北侧受北东东向的轮台-沙雅-红旗断裂带的控制,英买力凸起被后期岩体破坏(图1)。

图2 沙雅隆起结构剖面图Fig.2 Geological profiles of the Shaya Uplift in the Tarim Basin

沙雅隆起的三叠系、侏罗系主要分布在南翼,向隆起高部位方向超覆尖灭,自南而北分别不整合在二叠系、东河砂岩-石炭系、志留系、奥陶系、寒武系、震旦系及元古界变质岩系之上,库车坳陷的三叠系、侏罗系向沙雅隆起方向超覆沉积,但没有沉积到现今的沙雅隆起的位置,说明隆起在三叠纪、侏罗纪整体是一个北东东向的分隔了南、北三叠系、侏罗系沉积的正向构造单元。白垩系全区均有分布,整体表现为南厚北薄的特征,但表现了沙雅隆起整体被埋藏的特征。新生界沉积为南薄北厚,呈现区域性北倾单斜的特征,与古生界的南倾形成了剖面上的“入”字型结构。隆起南侧的中生界的北倾是新生代构造作用下形成的。

根据现今元古界变质岩系、震旦系和下古生界的残余分布及与上覆地层的接触关系,隆起区存在众多的不整合,主要存在四种接触关系:第一种是上奥陶统桑塔木组碎屑岩与其下伏良里塔格组碳酸盐岩层系的接触,主要在隆起的南斜坡,表现为平行不整合接触;第二种是志留系碎屑岩与奥陶系-寒武系碳酸盐岩层系的不整合接触,主要在西部的英买34-35井区,阿克库勒凸起西翼;第三种为东河砂岩-石炭系的砂泥岩与下古生界碳酸盐岩层系的不整合接触,主要在阿克库勒凸起S103–S91–T443–S40–S69以北,于奇1井北-于奇4井北以南的地区,是一个多期剥蚀叠合形成的复合不整合面,由中奥陶统一间房组(O2yj)沉积末、上奥陶统沉积末、志留系沉积末的多期构造运动形成的叠合不整合面;第四种是中生界的三叠系、侏罗系或白垩系与下古生界及更老地层的不整合接触,在于奇1井北-于奇4井北到轮台断裂广大地区碳酸盐岩与上覆的三叠系砂泥岩不整合接触,轮台断裂以北的雅克拉断凸主要是白垩系、侏罗系或三叠系与下古生界、震旦系、前震旦系不整合接触,在亚南断裂带以北,除大涝坝地区局部存在石炭系与下伏震旦系-寒武系的不整合、星火 3井钻遇二叠系火山岩外,整体为中生界(主要为白垩系)的砂泥岩与前震旦系、震旦系、下古生界的不整合(图2)。

综上所述,沙雅隆起表现为南北分带、纵向分层的结构特征,隆起地质结构显示了多期构造事件形成的地层不整合,在这些不整合之中,志留系沉积前、东河砂岩-石炭系沉积前(艾华国和兰林英,1996)和中生界前不整合面(张克银等,1996)在该地区广泛分布,代表了隆起在不同时期的关键构造事件。

2 沙雅隆起形成演化

对于沙雅隆起的形成演化,存在多种认识(刘学锋,1996;贾承造,1997;安海亭等,2009),演化阶段的划分也存在差异。随着勘探技术的进步和成果资料的不断丰富,通过隆起的结构、地层分布、不整合特征以及构造定年资料的分析,作者将沙雅隆起的构造演化划分为沉积古隆起演化阶段(发生期),构造古隆起演化阶段(发展期)和埋藏古隆起演化阶段(消亡改造期)。

2.1 沉积古隆起演化阶段

塔里木盆地下古生界碳酸盐岩沉积特征显示了沙雅隆起至少在奥陶纪中晚期已经开始形成,为水下隆起,受资料和研究的限制,对当时隆起规模难以确定。在阿克库勒凸起区的一间房组礁滩相碳酸盐岩建造指示了该区北部水体变浅。一间房组与上覆恰尔巴克组之间为平行不整合接触,指示了中奥陶统沉积后存在沉积间断。在T705、S60、S76、S86井存在中奥陶统一间房组礁滩相灰岩,在礁滩发育区,恰尔巴克组沉积变薄,礁体的延伸方向为北东东向,是该区隆起存在的沉积证据。恰尔巴克组瘤状灰岩是浅水、强水动力环境产物,也显示了该区隆起的存在。良里塔格组礁滩相碳酸盐岩建造和桑塔木组在该区也存在平行不整合特征,是隆起暴露在水面之上形成的间断沉积面。

2.2 构造古隆起形成演化阶段

奥陶纪末期,中昆仑地块与塔里木板块碰撞,阿尔金南、北地块之间的洋盆也发生闭合,导致塔里木盆地发生一次较为强烈的构造运动,塔东地区强烈褶皱、反转,沙雅隆起在该次构造事件中冲断、褶皱发育,轮台断裂和亚南断裂强烈冲断,雅克拉断凸形成(图3e、4a),并成为了志留系沉积的物源区。英买力地区志留系砂岩锆石年龄主要分布于新元古代早期,表明其主要物源来自前寒武系(邬光辉等,2009a),证实北部元古界变质岩系已经成为物源区,英买 34-35井区志留系不整合在奥陶系和寒武系等不同时代地层之上(图2a),在东河4井南,志留系超覆在上奥陶统桑塔木组和良里塔格组之上,艾丁 19井证实志留系不整合于中奥陶统一间房组碳酸盐岩之上,事实说明志留系沉积前,该区已经发生了较为强烈的构造变形,并遭受了强烈的剥蚀。

志留系沉积后,塔里木盆地发生了更为强烈的构造事件,盆地整体抬升、剥蚀。中晚泥盆世,南天山洋在库车地区以北开始关闭,在盆地北部形成了北北西向挤压构造作用,隆起区沿轮台断裂发生了挤压-右旋剪切作用,断裂上盘变质岩基底坚硬,而下盘的沉积地层则形成了斜列展布的背、向斜构造(图3c,4b),英买力凸起、哈拉哈塘凹陷、阿克库勒凸起以及草湖凹陷等形成,在这种剪切应力的作用下,在阿克库勒凸起、哈拉哈塘凹陷以及英买力凸起上发育了近南北向和近东西向的剪切断层,断层断距小,但对碳酸盐岩层系储层改造具有重要作用。这次构造事件导致了隆起区在中晚泥盆世长期处于隆升剥蚀状态,基本奠定了现今被埋藏的构造古隆起形态,也是碳酸盐岩岩溶形成的重要时期。

图3 沙雅隆起构造演化剖面Fig.3 Structural evolution of the Shaya Uplift in the Tarim Basin

东河砂岩-石炭系沉积期到白垩纪,经历了石炭纪末、二叠纪末、三叠纪末和侏罗纪末的多次构造事件,隆起的规模不断发生变化,早古生代地层总体是被埋藏。东河砂岩-石炭系向沙雅隆起区超覆沉积,在阿克库勒凸起,东河砂岩和巴楚组向北分别覆盖在志留系、上奥陶统桑塔木组、良里塔格组之上,石炭系卡拉沙依组在于奇3-轮古423-沙66-沙70-轮古19以北地区沉积于中、下奥陶统碳酸盐岩或上奥陶统的碳酸盐岩、泥岩之上,为一套海相以泥岩为主的砂泥岩建造。在沙雅隆起北部沿亚南断裂带局部钻遇石炭系碎屑岩,在库车坳陷的依南2井钻遇石炭系的碳酸盐岩。虽然在隆起区高部位石炭系整体缺失,隆起翼部地层的超覆沉积特征说明了沙雅隆起的存在。

图4 沙雅隆起在不同时期构造与应力场分析图Fig.4 Structural stress analysis of the Shaya Uplift in the Tarim Basin

二叠系在该区仅有中二叠统火山碎屑岩建造,在阿克库勒凸起区该套地层不整合于石炭系卡拉沙依组砂泥岩之上,在羊塔-英买力地区不整合于中、下奥陶统和寒武系之上。在英买力凸起存在北东展布的侵入岩体应该也是中二叠世火山活动时期的表现。火山岩与该区地层之间的关系也显示了在中二叠统火山岩和火山碎屑岩沉积前,沙雅隆起区曾经有过一次较为强烈的隆升剥蚀,这次构造事件是将沙雅隆起高部位的石炭系剥蚀殆尽还是石炭纪时期隆起高部位就没有沉积还需要进一步研究,但隆起在该时期是存在的,在构造事件中以隆升剥蚀为主,隆起的范围很大,南已经跨越了北部坳陷(阿满坳陷),北至库车坳陷内,但隆起区下古生界结构没有发生大的变化。

三叠纪在沙雅隆起南北两侧都形成了沉积坳陷,并向隆起区超覆沉积,该时期的沙雅隆起涵盖了库车坳陷的南斜坡,是南北两大沉积坳陷的物源区。侏罗纪,南北两大坳陷沉积范围进一步扩大,隆起萎缩到雅克拉断凸老地层区。构造演化剖面显示了白垩纪盆地主体沉积在隆起南部(图3),地层厚度由南、北两个沉积坳陷区向雅克拉断凸方向逐渐超覆减薄,隆起规模逐渐缩小,随着雅克拉断凸沉降逐渐接受沉积,整个沙雅隆起被全部埋藏。

综上所述,志留纪沉积前后的构造事件对早期沉积古隆起进行了强烈的改造,成为被断层、褶皱所控制的构造古隆起,是隆起重要形成演化期。东河砂岩-石炭系沉积期到白垩纪,沙雅隆起在不同时期的规模存在差异,如石炭系沉积后到三叠系沉积前隆起规模很大,三叠纪、侏罗纪到白垩纪逐渐变小,但隆起结构、构造特征没有发生大的变化,整体表现为隆起逐渐萎缩,被上覆地层超覆埋藏的过程。

2.3 隆起埋藏消亡演化阶段

古近纪,印度板块与欧亚板块的碰撞作用还没有影响到塔里木地区(刘池洋等,2009),沙雅隆起区地层沉积厚度在数十米到三百米之间,整体变化平缓,为碎屑岩建造。该时期盆地处于弱伸展-剪切构造环境(图4c),在塔河油田深部控制碳酸盐岩层系的近南北向和北东向断裂的上覆三叠系-白垩系-古近系内,发育了与断裂大角度相交的雁列组合正断层,与深部断裂延伸方向一致。亚南断裂带的上、下盘的白垩系、古近系内都存在北东向与断裂带大角度相交的正断层,英买7井区的北东向雁列组合正断层指示了右旋走滑特征(图2b,图3)。根据断裂性质及组合,反推构造应力场,沙雅隆起在古近系受到了北西-南东向的拉张-剪切作用,导致该区的基底断裂重新活动,在浅部盖层形成了具有走滑性质的正断层组合,是导致隆起深浅层构造差异的原因。

新近纪以来,印度板块向北俯冲碰撞挤压构造作用加强(刘池洋等,2009),塔里木盆地南、北两大造山带复活,并向盆地强烈逆冲,塔西南和库车地区大规模沉降,形成前陆坳陷,盆地中部沿巴楚和北部坳陷(阿满坳陷)南部形成了盆地中部巨大的隆起,分隔了南北两大坳陷区,沙雅隆起处于库车坳陷与中部隆起的斜坡部位,在库车坳陷强烈下陷作用下,沙雅隆起发生了翘倾作用,导致了三叠系-白垩系由沉积期的南倾转为向北倾(图3),而古生界仍然表现为南倾,但南倾幅度与翘倾前发生变化。隆起高部位区是这种翘翘板运动的枢纽部位,成为了盆地有利的油气聚集区。

综上所述,沙雅隆起的形成演化具有阶段性、复合性和迁移性。寒武纪-奥陶纪,表现为沉积古隆起,志留纪沉积前,隆起限于雅克拉断凸及周缘斜坡区,雅克拉断凸在当时为复式断背斜构造。东河砂岩-石炭系沉积前,在雅克拉断凸南缘下盘,形成了斜列展布的复式背向斜构造,沙雅隆起的深部结构形成。中二叠世火山活动前,沙雅隆起的规模比现今隆起范围要大,按照下二叠统的剥蚀范围,北部坳陷(阿满坳陷)与沙雅隆起相邻地区也处于隆起剥蚀区,库车坳陷大部也是与沙雅隆起一起处于隆起剥蚀状态。此后在中生代,隆起逐渐被埋藏。沙雅隆起在新近纪的翘倾构造作用中处于枢纽部位。

3 沙雅隆起油气聚集规律

3.1 油气分布特征

沙雅隆起的结构和演化特征控制了油气的聚集与分布,形成了两个构造油气聚集带,一个油气聚集区(图5、图6)。北部沿羊塔克断裂带-英买32断裂带-大尤尔都斯断裂带-亚南断裂带-提尔根北断裂带形成了沙雅隆起北部的油气聚集带,目前发现了提尔根、大涝坝(牙哈)、英买 7、32、33、34、35、羊塔1等油气藏(田)。中部沿轮台断裂带-沙雅断裂带-东河塘断裂带-红旗断裂带形成了沙雅隆起中部的构造油气聚集带,发现了雅克拉、东河塘、红旗油气田以及轮西 2等油气藏。沙雅隆起的南斜坡为凸、凹相间的构造格局,自西向东存在英买力凸起、哈拉哈塘凹陷、阿克库勒凸起、草湖凹陷、库尔勒鼻凸等构造单元,已经发现了塔河、轮南-桑塔木等大型油气田和哈6、艾丁4、英买1、英买2等油气藏,其南紧邻阿瓦提、满加尔生油坳陷,是隆起最为富集的油气聚集区。

两个构造油气聚集带、一个油气聚集区的油气来源存在差异,羊塔-英买 32 潜山-牙哈潜山的油气藏的油气均来自北部的三叠系-侏罗系陆相烃源岩。中部油气聚集带油气主要来自南侧满加尔凹陷的寒武系-奥陶系海相烃源岩,也有北部三叠系-侏罗系陆相烃源岩的贡献,为混源油气聚集带。南部油气聚集区油气来自南侧北部坳陷(阿满坳陷)寒武系-奥陶系海相烃源岩。

羊塔克断裂带-英买 32断裂带-大尤尔都斯断裂带-亚南断裂带-提尔根北断裂带为深层逆冲带形成的寒武系-奥陶系基岩潜山,浅层走滑拉张雁列组合形成的复合断裂带,已在寒武系、志留系、白垩系、古近系、新近系发现了油气藏,油气藏分布与断裂带形成的圈闭密切相关。在中东段的亚南断裂带,古近纪-新近纪,亚南断裂发生了走滑作用,在古近系-新近系内形成了雁列组合正断层,断裂的多期活动为油气运移提供了通道,古近系、新近系的断鼻构造圈闭成为浅层油气成藏的良好圈闭。牙哈 5、7号潜山为受断裂控制的潜山-地层复合型圈闭,储层为中寒武统白云岩,底板为下寒武统白云岩,盖层是白垩系卡普沙良群泥岩。

图5 沙雅隆起油气分布图Fig.5 Oil and gas distribution in the Shaya Uplift within the Tarim Basin

图6 沙雅隆起油藏综合模式图Fig.6 Hydrocarbon reservoir profile of the Shaya Uplift in the Tarim Basin

西段的羊塔克构造带上发现羊塔 1、羊塔 5油气藏,英买32构造带、英买7构造带上发现英买32、33、34、35、英买7油气藏。英买32构造带发现的油气藏的储层为寒武系-奥陶系和志留系,盖层为白垩系卡普沙浪群泥岩(崔海峰等,2009),为受断裂构造控制的不整合地层油气藏。英买32井区主要为寒武系潜山,向北东方向依次出露上寒武统、中寒武统和下寒武统,上寒武统潜山储层发育明显好于中、下寒武统,其岩性主要以白云岩为主,基质孔隙度较高,具良好的储集性能,主要储集层包括岩溶型储集层和白云岩基质孔隙型储集层。英买34、英买35 志留系潜山,依木干他乌组、塔塔埃尔塔格组已经被剥蚀殆尽,只残留柯坪塔格组沥青砂岩段,岩性为中厚、巨厚层状岩屑石英细砂岩、中细岩屑石英砂岩及细砂质中粒岩屑石英砂岩,偶夹粉砂岩、薄层状泥岩、粉砂质泥岩(崔海峰等,2009)。英买7号油藏圈闭是断背斜潜山背景下受两套盖层控制的油气藏,储层为下奥陶统白云岩,油藏西北翼油层上覆盖层为白垩系底部褐色泥岩,东南翼油层上覆盖层为奥陶系致密的内碎屑灰岩,英买 9井奥陶系岩芯证实这套内碎屑灰岩不宜溶蚀,缝洞很不发育,渗透性极差,成为该圈闭的有效盖层,油源主要来源于北部库车坳陷的陆相烃源岩。

中部轮台断裂带-雅克拉断裂带-东河塘断裂带-红旗断裂带形成的油气聚集带由一系列的断背斜、断鼻组成。断裂带走向呈北东东向,形成雁列组合,深层控制了古生界地层的分布和构造-地层圈闭的发育,浅层在中、新生界发育雁列组合的正断层组合,与北部的油气聚集带的构造活动特征具有类似性。构造带上发现的雅克拉油气田和东河塘油气田是最大的油气田。轮台断裂是一条由北向南逆冲,后期具有走滑特征的多期活动断层,早期与北部的亚南断裂构成背冲构造,形成雅克拉断凸。喜马拉雅期与亚南断裂带一样具有走滑特征,在中、新生界形成了雁列组合的正断层组合。雅克拉构造是轮台断裂上盘古生界为被断层复杂化的向南倾伏的单斜,上被中生界不整合覆盖,形成的构造不整合地层油气藏(图6)。雅克拉油气田油气产层为前中生界震旦系、寒武系、下奥陶统及不整合面上的中生界侏罗系、下白垩统,并在古近系苏维依组发现良好的油气显示。古生界及震旦系产层的盖层为下侏罗统底部泥质岩,下侏罗统产层的盖层为该统上部的泥质岩,卡普沙良群底块砂岩产层的盖层为该群中上部泥质岩(叶德胜和高国强,1992)。

在沙雅隆起的南部,英买力凸起-哈拉哈塘凹陷-阿克库勒凸起在加里东期总体处于隆起南倾斜坡区,寒武系-奥陶系的碳酸盐岩在加里东晚期-海西早期长期暴露地表,并受近南北向、近东西向、北西向和北东向断裂改造,长期暴露风化、淋滤,形成了良好的缝洞型储层,且后期得到较好的埋藏保存,与上覆泥岩盖层形成了大型的地层不整合圈闭,目前已经发现的塔河油田就位于阿克库勒凸起上,与其北部同位于阿克库勒凸起上的轮南-桑塔木油田,一起形成了塔里木盆地超大规模的海相油气田。油田的主要产层为奥陶系碳酸盐岩缝洞储集层,上覆的志留系、石炭系及中生界是良好盖层。上覆地层内发育的低幅度背斜圈闭、岩性圈闭及复合圈闭,由断裂、不整合与下覆碳酸盐岩沟通,形成了次生油气藏。哈拉哈塘凹陷哈6井在石炭系底砾岩获得低产工业油气流,在奥陶系和志留系见到良好油气显示;艾丁 4 井在中奥陶统一间房组获得高产工业油气流。英买1、2井油气藏位于英买力凸起上。该区勘探成果证实了奥陶系碳酸盐岩岩溶储层、志留系、东河砂岩-石炭系等存在多套储盖组合,具有以深部碳酸盐岩层系为主,多层系含油的特征。

沙雅隆起油气藏的分布具有分带、分区和纵向分层特征,受断裂、地层不整合、岩性、油源等多种因素的控制。碳酸盐岩层系是沙雅隆起重要的油气聚集层系,浅层碎屑岩层系形成的油气藏与地层不整合、断裂构造、低幅度构造和深层碳酸盐岩油气藏位置密切相关,主要表现为后期构造作用过程中形成的次生油气藏,与该区后期改造过程中的翘倾、反转等构造作用密切相关。

3.2 油气成藏控制因素

沙雅隆起的油气聚集、分布特征与烃源岩的分布、隆起的地层沉积特征、多期隆升剥蚀和褶皱、断裂构造变形等多种因素有关,碳酸盐岩的油气藏和碎屑岩油气藏也存在差异。

1) 断裂构造对油气藏的控制作用

沙雅隆起的断裂构造发育,沿雅克拉断凸南、北两大断裂构造带形成油气聚集带说明了大型断裂对油气聚集与成藏的直接控制。沙雅隆起的断裂存在多期形成、多期活动和多期叠加改造(图4),碳酸盐岩地层中断裂构造的发育一方面改善了储层性能,另一方面增强了碳酸盐岩的渗透和溶蚀性。在石炭系、中新生界发育与基底断裂走向斜交的高角度剪切缝和沿构造走向密集发育的近垂直张性缝(北东向)成为碎屑岩层系油气成藏的重要油气运移通道,岩心裂缝中多见原油、软沥青充填及烃类包裹体,在断裂附近的低幅度构造内聚集成藏。

2) 不整合面对油气藏的控制作用

沙雅隆起的不整合面众多,对油气运聚的贡献体现在两个方面,一是下伏碳酸盐岩顶面不整合面的存在是碳酸盐岩岩溶形成的重要因素,形成重要储集层;另一方面,不整合面上、下地层之间形成的风化层成为重要的油气输导层。隆起区在上奥陶统、中下奥陶统、志留系、东河砂岩-石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系、新生界等之间及与下伏老地层之间都存在平行不整合或角度不整合接触,众多的不整合面的存在为油气的运聚提供了重要的疏导条件。对油气成藏具有重要意义的不整合面为志留系沉积前、东河砂岩-石炭系沉积前、三叠系和白垩系沉积前形成的不整合面。志留系沉积前,雅克拉断凸南、北两侧的断裂强烈的逆冲作用使奥陶系、寒武系碳酸盐岩在高部位已经大面积暴露地表,遭受风化、剥蚀,形成岩溶储层。东河砂岩-石炭系沉积前,盆地发生了整体的区域抬升和构造变形作用,隆起南缘形成的斜列背、向斜构造曾遭受强烈剥蚀(图1、图4)。在地层发生断裂、褶皱的情况下,在倾斜地层中溶蚀作用沿着碳酸盐岩易溶层发生溶蚀。在英买力凸起和阿克库勒凸起地区,北东向、北西向、近南北向和近东西向的断裂构造发育(安海亭等,2009),密集断裂构造增强了碳酸盐岩溶蚀作用。

东河砂岩-石炭系角度不整合覆盖于志留系、奥陶系不同地层之上。其沉积前在雅克拉断凸、英买力凸起、阿克库勒凸起等高部位已经缺失志留系、上奥陶统,中、下奥陶统也遭受了不同程度的剥蚀。岩溶地貌起伏较大,总体为北高南低的特征,北侧为岩溶高地,南侧为岩溶谷地。

三叠系底部为一套泥岩、泥岩夹粉砂岩,阿克库勒地区厚度 0～65 m,自北向南增厚,输导性能较差。地层自南而北不整合于石炭系卡拉沙依组砂岩、粉砂岩、奥陶系灰岩、寒武系碳酸盐岩和元古界变质岩等不同地层之上。喜马拉雅期构造作用导致了三叠系、侏罗系、白垩系由南倾转为北倾,深部油气由南而北运移,并向上运移到该不整合面后方向由北向南,在断裂控制的低幅度构造区成藏。

3) 碳酸盐岩层系的差异性溶蚀对油气成藏的控制

沙雅隆起碳酸盐岩油气成藏不仅受到了构造、地层不整合等因素的控制,其本身岩性的复杂性也控制了油气成藏特征。众多学者对碳酸盐岩不整合岩溶储层的纵向分层特征进行了研究,划分为不整合面下的表生岩溶带、垂直潜流岩溶带和水平潜流岩溶带(林忠民,2002;张涛和闫相宾,2007;胡剑风等,2007;吴欣松等,2009),表生岩溶带和水平潜流岩溶带是碳酸盐岩岩溶储层最为发育的层位,一般认为岩溶作用受控于构造、层序、岩相、流体性质和时间(Plan,2005;张涛和闫相宾,2007;何治亮等,2010)以及微生物(Engel and Randall,2011)等多种因素。事实上,碳酸盐岩既可以在构造作用、成岩作用和岩溶作用下形成良好的储层,也可以是致密的良好盖层,碳酸盐岩岩溶作用具有选择性(卢西亚,2010)。碳酸盐岩岩溶主要发育在可溶性相对较好的岩层中(钱海涛等,2008),国内外碳酸盐岩溶蚀试验研究(韩庆之和张佑廷,1998;Plan,2005;卢西亚,2010)表明,岩石成份决定了溶蚀差异,岩石的溶蚀性表现为云质灰岩>灰岩>灰质云岩>白云岩(韩庆之和张佑廷,1998)。塔河油田的钻井资料统计结果也证实白云岩的岩溶孔洞都小于灰岩地层的溶蚀孔洞(张涛和闫相宾,2007)。

沙雅隆起区碳酸盐岩储层发育主要有三个层位,即寒武系、中下奥陶统顶部和上奥陶统下部碳酸盐岩。奥陶系自下而上划分为下统蓬莱坝组、下中统鹰山组、中统一间房组和上统恰尔巴克组、良里塔格组、桑塔木组。目前在阿克库勒凸起区发现的油气主要集中在鹰山组、一间房组和良里塔格组,桑塔木组和恰尔巴克组在油气成藏中为重要的盖层(图6)。轮古7井区钻井成果显示,鹰山组碳酸盐岩储层具有分层性,三套储层之间被致密的灰岩层分隔(陈沛等,2008)。轮古17-轮古13井区奥陶系一间房组为缝洞型储层,恰尔巴克组的泥灰岩段为其盖层。塔河油田油气虽然联片分布,但油气在碳酸盐岩层系的分布层位具有多储盖组合的特点,在塔河北部为鹰山组碳酸盐岩缝洞储层与石炭系泥岩构成储盖组合。在上奥陶统尖灭线以南,成藏复杂,纵向上形成了一间房组、良里塔格组两套碳酸盐岩缝洞储层,前者与上奥陶统恰尔巴克组泥岩、泥灰岩构成了储盖组合,后者或与自身上覆的致密灰岩层构成储盖组合,或与上覆的桑塔木组泥岩构成了储盖组合。

综上所述,碳酸盐岩差异性溶蚀形成了碳酸盐岩层系自身的储盖组合,但由于岩溶的形成与地层的隆升剥蚀关系密切,如果没有不整合面上覆地层的封盖作用,就难以形成有效圈闭。或者与盆地改造过程中形成的多种构造圈闭类型组合形成有效圈闭。笔者根据沙雅隆起碳酸盐岩油气藏成藏的封闭因素,划分为单因素封盖油气藏、双因素封盖油气藏和多因素封盖油气藏(图6)。单因素封盖油气藏是指碳酸盐岩岩溶储层被不整合面上覆泥岩盖层封盖而形成的油气藏,这类圈闭在沙雅隆起区普遍发育,主要为石炭系泥岩或三叠系、侏罗系、白垩系的泥岩不整合在震旦系、寒武系或奥陶系鹰山组、一间房组和良里塔格组之上而形成的不整合型岩溶油气藏。在阿克库勒凸起上发现的塔河油田、轮南潜山油气田多为这种类型。双因素封盖油气藏的形成受两套盖层因素的控制,可以是不整面上覆地层与碳酸盐岩中致密地层共同控制圈闭的形成,也可以是碳酸盐岩致密盖层与封闭性断层(或火山岩体)组合共同控制形成圈闭(图6)。多因素封盖油气藏控制因素复杂,碳酸盐岩地层倾角较大,存在碳酸盐岩易溶层和致密难溶层的交互层,还可能存在断层、火山岩等,与不整合面上覆盖层共同封盖形成圈闭。

4) 新近纪以来的翘倾对油气藏的调节-定位作用

新生代以来,中国大陆盆地构造活动性强烈(刘池洋,1996;刘池洋等,2000),导致盆地遭受了强烈的后期改造,沙雅隆起在古近纪弱伸展-剪切构造作用导致了该区先存断裂的复活,并在浅层形成了与深层断裂相关的次生断层,沟通了深层油藏与浅层圈闭,在浅层形成了众多的次生油气藏。新近纪的翘倾构造作用致使中生界由早期南倾变为北倾,而古生界虽然仍然为南倾,但角度也与以前相比变缓,这种变化导致该区的油气藏要重新调整与定位(刘池洋等,2000,2003)。因此,目前在隆起区发现的油气藏都是新近纪以来强烈构造作用下重新调整、再成藏而最终形成的。

4 认识与结论

塔里木盆地的古隆起始终是油气运聚的方向,这已经得到勘探实践和研究成果的证实(赵靖舟等,2007;邬光辉等,2009b),存在深部碳酸盐岩层系和中浅层碎屑岩层系两大勘探层系,隆起形成演化特征和岩性等多因素控制了油气的聚集与分布。通过沙雅隆起结构、演化及其对油气藏控制因素的解剖取得了以下认识:

1) 沙雅隆起经历了形成、发展与消亡改造等三大演化阶段。现今隆起深、浅部地层在剖面上表现为“入”字型结构,古生界南倾,中新生界北倾。现今隆起构造单元的划分是基于古生界的构造变形特征。志留系沉积前,雅克拉断凸形成,东河砂岩-石炭系沉积前,英买力凸起、哈拉哈唐凹陷、阿克库勒凸起、草湖凹陷形成,两次构造事件是沙雅隆起形成的关键构造事件。新近纪的构造事件不仅导致了隆起的南北向翘倾作用,并导致了隆起构造复杂化和最后定位。

2) 沙雅隆起的结构和演化特征控制了油气的聚集与分布,具有南北分带、纵向分层特征。北部沿羊塔克断裂带-英买 32断裂带-大尤尔都斯断裂带-亚南断裂带-提尔根北断裂带形成了隆起北部的油气聚集带。中部沿轮台断裂带-雅克拉断裂带-东河塘断裂带-红旗断裂带形成了沙雅隆起中部的构造油气聚集带。南部整体形成大型油气聚集区,是隆起最为富集的油气聚集区。在纵向上,深部碳酸盐岩层系是重要的油气聚集层系,浅层碎屑岩层系油气藏多与深层油气藏具有母子关系,位于深部大型油气藏的上部,多为次生油气藏。

3) 隆起区油气成藏受到多种因素控制，特别是碳酸盐岩层系的油气成藏受到了断裂、不整合和碳酸盐岩岩性的控制。断裂、不整合对碳酸盐岩优质岩溶储层的形成具有重要作用。碳酸盐岩溶蚀差异性是导致碳酸盐岩层系油气成藏复杂的重要因素。本文根据油气藏封盖条件划分为单因素、双因素和多因素等不同封盖条件下形成的油气藏。

致谢:本文在完成后得到刘池阳教授、吕修祥教授的审阅,并提出了宝贵的修改意见,在论文修改完成后刘池阳教授再次审阅,再次提出了重要的修改建议,使得本文得到进一步提升。彭守涛博士对论文提出了修改意见。在此对各位老师、同行的辛勤劳动表示衷心感谢！

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