塔里木盆地西北缘柯坪地区油气勘探前景再认识①

吕修祥 白忠凯 谢玉权 杨先茂

(1.中国石油大学(北京)地球科学学院 北京 102249;2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室 北京 102249;3.中国地质调查局油气资源调查中心 北京 100029;4.中国石油塔里木油田勘探开发研究院 新疆库尔勒 841000)

0 引言

柯坪地区位于塔里木盆地西北缘，面积近2×104km2，地面是新近纪以来新构造运动形成的冲断带［1］。柯坪冲断带由多排逆冲岩席构成，每个岩席包含从寒武系到二叠系的地层，逆冲岩席有六排以上之多，但有的地方只有二、三排［2］。印干和皮羌两条大型走滑断裂将柯坪冲断带分三个区，自东向西为阿克苏区、柯坪区和西克尔区(图1)。南北方向上，大致以孔乌腊齐、皮羌至哈拉峻一线为界，分为北带和南带。野外出露的地层与塔里木盆地内部具有很好的可比性［3，4］，也正因如此，柯坪地区成为研究盆地内覆盖区地层、沉积、储层、烃源岩等油气成藏条件的天然实验室。塔里木盆地经过20多年大规模的勘探已经成为我国石油工业重要的生产基地，那么柯坪地区是否有勘探前景呢?早在1996年，笔者曾在《沉积学报》发表文章对柯坪地区的油气前景进行过探讨［5］，之后塔里木油田在该区部署过地震采集，并发现大型逆冲断层之下发育隐伏构造。

近十多年来，诸多学者立足野外地质调查和样品测试、有限的地震和重力资料解释，对柯坪冲断带进行了断裂、构造、烃源岩、储集层等方面的研究，取得了重要进展，为进一步的油气资源调查和选区提供了依据。①明确了柯坪冲断带发育寒武系、奥陶系、石炭—二叠系多套优质烃源岩。下古生界烃源岩的研究相对较多，而对上古生界烃源岩的研究相对薄弱。寒武系玉尔吐斯组、中上奥陶统萨尔干组、上奥陶统印干组发育泥质烃源岩和碳酸盐岩烃源岩，但与盆地内发现海相原油分子地球化学特征有差异［6］。②明确了柯坪冲断带发育多套多类型储层，包括寒武—二叠系碳酸盐岩和志留系、石炭系碎屑岩;上震旦—下奥陶统受热液改造的白云岩储层［7］、寒武—奥陶系硅质岩储层［8］、奥陶系生物礁以及古岩溶储集层［9，10］。柯坪地区石炭系、二叠系生物群十分发育［11］，相应地石炭—二叠系礁灰岩储集层比盆地内发育［12］。③明确了柯坪冲断带在古隆起背景上地面及地下发育多种类型圈闭［13～15］，野外调查发现地面背斜构造，如萨拉姆背斜等;通过地震解释，发现的隐伏背斜构造，如西克尔构造等。但喜山期断裂活动强烈的破坏作用增加了柯坪冲断带这些构造是否富含油气的疑虑，勘探的风险更大，保存是关键。

柯坪地区油气勘探的最大风险就是保存问题，油苗分布广(图2)，破坏作用强，是其与盆地内部各勘探区块相比最不利的条件。盆地内部勘探领域和目标尚多，柯坪地区一直没有进行钻探。2009～2012年，我们参与了国土资源部主持的全国油气选区国家专项，在《塔里木盆地新领域油气资源调查》项目中承担了相关研究调查任务，对柯坪地区的油气成藏条件又一次进行了探讨，连续几年开展野外剖面观测和样品分析测试，并与国外具有相似地质背景的盆地进行了对比分析，认为广泛分布的油苗只能使油气保存的风险增大，但并不能成为否定该区有油气聚集的证据。本文集近几年的研究认识，对柯坪地区几个潜在领域的勘探前景进行分析，期望能凝聚共识，推动柯坪地区油气资源调查与勘探。

图1 柯坪冲断带地理位置及构造纲要图1.柯坪塔格断层;2.柯坪塔格背斜;3.依木干他乌断层;4.卡拉布克塞塔格断层;5.孔乌腊奇背斜;6.依木干他乌南断层;7.奥兹尔塔格断层;8.皮羌山断层;9.皮羌山向斜;10.托克散阿达拜山背斜;11.阿合齐—乌恰断层;12.皮羌断层;13.萨尔干断层;14.印干断层;15.科克布克三山断层;16.奥伊布拉克山断层Fig.1 Location of the Kalpin thrust belts and its structural units

图2 塔里木盆地西北缘柯坪冲断带油苗分布图Fig.2 Oil seepages in the Kalpin thrust belt of northwestern Tarim Basin

1 寒武系膏盐岩发育，盐下保存条件好

膏盐岩是形成油气藏的优质盖层［16］。俄罗斯地台东西伯利亚盆地涅帕—鲍图奥滨古隆起早奥陶世之后经历了长期的提升剥蚀，缺失中奥陶统—下石炭统，剥蚀时间超过150 Ma，但该隆起上尤鲁布钦等以里菲—文德系为目的层的大型油气田并未遭到破坏，关键就是寒武系发育一套分布十分稳定、厚度800～1 000 m的膏盐岩①金之钧，吕修祥，蔡忠贤，等.塔里木盆地中央隆起带与西伯利亚台地含油气性对比研究.中国石油大学(北京)，2002。巨厚膏盐岩具有良好的封闭性能，使后期强烈的构造活动并没有导致巨型油气藏的破坏。

库车前陆冲断带克拉2大气田、克深、大北等一批大型气田，其储集层为白垩系巴什基奇克组、盖层是古近系库姆格列木组膏盐岩。库车前陆盆地逆冲带内台阶状逆地层及相关褶皱都是伴随着中新世以来的造山运动形成的［17］，油气成藏期次研究证实库车前陆冲断带经历了早期聚油晚期气的过程，大型气田的形成对应于2.5 Ma以来三叠—侏罗系烃源岩生干气阶段［18］。库车前陆盆地山前地表油苗也十分的普遍(如依奇克里克侏罗系油苗，含油层被抬升地表)。但古近系膏盐岩优质盖层的存在，即使喜山期构造活动强烈，同样能形成盐下大型油气聚集。

塔里木盆地寒武系膏盐岩发育与否，对寒武系碳酸盐岩是否有油气聚集关系密切。位于塔北隆起的塔深1井在下寒武统白云岩中见到轻质油，但缺乏有效盖层，没能形成工业聚集;位于塔中隆起的中深1井中寒武统发育膏盐岩盖层，盐间及盐下碳酸盐岩中获得了油气流，不仅进一步证实塔里木盆地寒武系膏盐岩对其下油气聚集的关键控制作用，同时也揭示盐间及以下发育优质储层。塔里木已有钻井揭示，寒武系蒸发环境下发育的膏盐岩主要分布在西部地区［19］，其沉积相和厚度变化均有向柯坪地区延伸的趋势。

柯坪冲断带寒武纪是塔里木盆地的一部分，野外露头揭示中寒武统发育膏盐岩，具备发育优质盖层的基本条件。寒武系目的层在大型冲断断层上、下盘埋深差异大，依地震资料和同1井钻揭地层推测，位于柯坪塔格断裂下盘西克尔隐伏构造(图3)寒武系顶埋深近7 000 m;通过露头地质调查落实的地面构造萨拉姆布拉克背斜，依附近出露地层厚度测算，寒武系盐下目的层埋深约3 000 m，无论是冲断层的上盘还是下盘，膏盐岩盖层才是关键。为减少投资，可以考虑钻探地面构造，以寒武系盐间和盐下碳酸盐岩为目的层(图4)。

2 露头区奥陶系轻质油指示残余油藏的存在

图3 柯坪地区KP00-704地震及地质剖面(测线位置见图1)Fig.3 Interpreted seismic profile and corresponding geological profile of KP00-704(see Fig.1 for location)

位于阿克苏市西南约60 km、沙井子镇西北约15 km处奥陶系碳酸盐岩出露地表，青松采石场大湾沟组(O2d)灰岩节理面以及裂缝带、晶洞内部广泛见到轻质油(图5)。从孤立于晶洞内原油的存在判断原油来自奥陶系本身;阿克苏油苗、沥青质热解产物及储层吸附/包裹烃的生物标志物组成和碳同位素特征指示油苗与其储层吸附/包裹烃具有不同的来源［20］，可能有寒武系、奥陶系的双重贡献。而沙井子断裂下盘的沙南构造带沙南1井、沙南2井在三叠系砂岩中获得轻质可动油，其油源对比结果指示油源为奥陶系烃源岩。

图4 塔里木盆地西北缘柯坪地区寒武系储盖组合柱状图Fig.4 Cambrian reservoir-sealing column in the Kalpin thrust belt of northwestern Tarim Basin

事实证明，柯坪冲断带东北段奥陶系具备良好的生油条件，柯坪地区奥陶系发育萨尔干组、印干组两套烃源岩(图6)。在柯坪、乌什至阿克苏一带发育萨尔干组、印干组黑色页岩系，并可与国内外相当地层精确对比，代表了从台地到斜坡的不同生物相和岩相带，以柯坪大湾沟剖面为代表，它也是全球上奥陶统底界的辅助层型剖面之所在［21］，对中上奥陶统萨尔干黑色页岩的生烃潜力评价普遍较高［22～25］。

图5 柯坪冲断带青松采石场奥陶系油苗照片Fig.5 Oil seepages of outcrop in Qingsong Ordovician stone pit of the Kalpin thrust belt

图6 柯坪冲断带地区奥陶系综合柱状图Fig.6 Ordovician reservoir-sealing column in the Kalpin thrust belt of northwestern Tarim Basin

位于美国中央稳定台地之上的辛辛那提隆起，残留地层主体是寒武—奥陶系、在隆起翼部有泥盆系—宾西法利亚系，顶部为第四系覆盖。奥陶系碳酸盐岩在隆起北邻的密执安盆地、西邻的伊利诺伊盆地均为油气产层。辛辛那提隆起区奥陶系碳酸盐岩(Tren-ton灰岩、Knox白云岩)油藏多为受不整合面控制的碳酸盐岩内幕(潜山)油藏，盖层为致密碳酸盐岩［26］。从志留纪开始，辛辛那提隆起周缘下沉接受沉积、形成了相应的盆地，而隆起区一致处于抬升剥蚀状态，所以隆起区的目的层埋藏很浅(图7)，油气在古隆起的斜坡部位相对高点聚集，产层深度一般小于500 m，其油源是奥陶系页岩及泥灰岩。

图7 美国中部台地辛辛那提隆起油藏剖面Fig.7 Cincinnatian reservoir section of the central plateau uplift in the USA

柯坪冲断带东北段出露的奥陶系油藏与美国辛辛那提隆起油气藏的形成具有一定的相似性。奥陶系是塔里木盆地的重要产层，本身又具备生油气能力，同时碳酸盐岩储集层发育背景及其影响因素与辛辛那提隆起具有相似性;塔中、塔北隆起的勘探实践也证实，奥陶系碳酸盐岩发育受沉积控制的台缘礁滩型、受不整合界面控制的岩溶型、受深部流体控制的热液型等多类储集体;特别是青松采石场奥陶系灰岩出露地表的油流，反映晚期的抬升作用使部分遭受破坏，但其轻质、可动的特点又指示本区可能有如辛辛那提隆起区类似的油气藏存在。因此以该区为切入点，可以探索奥陶系浅层残留油气藏。

3 石炭—二叠系烃源岩及碳酸盐岩储集层发育

2009～2011年，我们分别对柯坪冲断带乌什县城南库鲁石炭系剖面、柯坪县城西南苏巴什石炭—二叠系剖面、阿图什市皮羌石炭—二叠系剖面进行了观察和样品岩石热解分析，结果如表1所示。据金之钧等(2004)提出的泥质岩及碳酸盐岩作为烃源岩的下限标准，TOC值取0.5%［27］，柯坪地区石炭—二叠系具备生烃能力。结合塔里木盆地西部井点石炭—二叠系烃源岩的评价分析①吕修祥，杨海军，白忠凯，等.塔里木盆地阿瓦提凹陷及周缘地区多目的层油气资源调查及选区评价.中国石油大学(北京)，2010，石炭系、二叠系烃源岩在包括柯坪冲断带在内的整个西部均有分布，但并不是大面积连片分布，在塔里木盆地西部存在多个石炭—二叠系的烃源灶［28］。

表1 柯坪冲断带石炭—二叠系岩石样品热解数据简表Table 1 Rock pyrolytic data of Carboniferous and Permian in Kalpin thrust belt

柯坪地区的地面油苗以及邻区气田的油气源对比结果，证实柯坪地区具有石炭—二叠系烃源岩的贡献。普昌油苗分布区有康克林组灰岩晶洞内的沥青、形成于早二叠世晚期的辉长岩体中的油苗、二叠系巴里克里克组黑灰岩晶洞及裂缝中的油苗。康克林组软沥青产自封闭的晶洞内，显示其油源来自于本身。可动油苗油源对比指示其主要来自二叠系烃源岩。临近柯坪冲断带西南部的喀什凹陷发现了阿克莫木气田和克拉托含气构造，产层为白垩系砂岩。天然气具有干燥系数高、非烃气体含量高和甲、乙烷碳同位素含量高的特征，反映烃源岩演化程度高，处于过成熟阶段。出露于喀什凹陷南缘的库山河剖面石炭系烃源岩厚度大、有机质丰度高、演化程度高，结合岩石样品生烃动力学模拟实验研究，阿克莫木气田以及克拉托构造的气源主要为石炭—二叠系烃源岩［29，30］。

石炭—二叠系碳酸盐岩发育优质储集层(图8)。一是康克林组礁灰岩，位于柯坪冲断带西北区的柯克布克三山、奥伊布拉克山区发现有厚度大、孔洞发育的礁灰岩(图9)。生物礁的发育极大地改善了储集岩的性能，灰岩孔隙类型为粒间孔、晶间孔及生物骨架孔;二是巴立克立组，苏巴什剖面该组灰岩储集岩厚度24.93 m，灰岩内生物碎屑发育，孔隙以生物骨架孔为主［31］，区内广泛分布着由藻类形成岸礁，可成为重要的储集体。柯坪地区石炭纪为开阔海—局限海台地沉积，二叠纪为浅海盆地边缘沉积［32］，结合整个塔里木盆地的沉积环境看，石炭—二叠纪时期海水向西南退出，柯坪地区石炭系、二叠系具备发育海相礁灰岩的基本条件，而就石炭—二叠系碳酸盐岩而言，柯坪冲断带比盆地内储集层发育的条件更为有利。

图8 柯坪冲断带地区苏巴什剖面石炭—二叠系综合柱状图Fig.8 Carboniferous-Permian reservoir-sealing column in the Subashi outcrop of Kalpin thrust belt

图9 柯坪冲断带石炭—二叠系康克林组礁灰岩照片Fig.9 Kangkelin biolithite of the Carboniferous and Permian of Kalpin thrust belt

图10 柯坪冲断带过哈拉峻盆地地质剖面(见图1中KP00-L1线)Fig.10 Seismic profile cross the Halajun Basin in the Kalpin thrust belt(as the KP00-L1 line in the Fig.1)

保存与破坏是柯坪冲断带石炭—二叠系油气赋存的主要矛盾。皮羌村附近在康克林组出露地层的晶洞中见到软沥青，这套地层向西南的哈拉俊盆地方向倾覆，埋深逐渐加大，二叠系之上为古近系膏泥岩覆盖，具备形成地层岩性油气藏的条件(图10)。塔里木盆地西部石炭—二叠系烃源岩热演化差异很大，既有处在生油阶段也有处在生气阶段，柯克亚、阿克莫木等油气田证实石炭—二叠系烃源岩的贡献;石炭—二叠系在柯坪地区发育良好的储集层，深埋条件下古近系的封盖作用为该层系油气成藏并得到保存创造了条件。

4 结论与建议

(1)柯坪冲断带古生界与塔里木盆地为一整体，露头剖面及油苗的油气源对比也证实该区发育寒武—奥陶系烃源岩;石炭—二叠系沉积结束时，塔里木盆地海水向西南方向退出，因此柯坪地区发育有石炭—二叠系烃源岩;从烃源岩的角度看，柯坪冲断带比塔里木克拉通内部(西部)石炭系、二叠系两套烃源岩更为发育。

(2)出露地表的油苗产出层位多，寒武系、奥陶系、志留系、石炭系、二叠系中均见到油苗;分布范围广，从东北段阿克苏油苗区到西南段西克尔油苗区延伸320 km，邻区发现了阿克莫木气田。油苗和气田的油气源对比结果显示，油气源既有来自奥陶系，也有来自石炭系、二叠系，柯坪地区曾经历过大规模的油气成藏过程。

(3)保存条件是柯坪冲断带能否获得油气发现的关键问题，但仅限于地面调查和有限的、品质较差的地震剖面难于开展更深入的研究。事实上，寒武系膏盐是一套优质盖层，盐下是否有保存尚不清楚;露出地表的奥陶系碳酸盐岩中尚能见到轻质油流，地下是否有残留油藏不清楚;石炭—二叠系灰岩是见到油苗点最多层段，地下是否有藏赋存不清楚。

(4)针对柯坪冲断带的构造成排成带分布、多套目的层曾经大规模成藏与后期强烈破坏并存的现实，建议投入必要的地震、选择地质目标实施钻探，以推进该区的认识和勘探。可选钻探目标:一是萨拉姆布拉克地面背斜，以落实寒武系玉尔吐斯组及其他潜在烃源岩、盐间及盐下碳酸盐岩含油气性为目的;二是青松采石场奥陶系，以探索碳酸盐岩残留油藏为目的;三是哈拉俊盆地石炭—二叠系，以落实礁灰岩延伸性及其含油气性为目的。

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31 王黎东，于炳松，张永旺，等.塔里木盆地西部康克林组沉积期生物礁滩体——以柯坪地区苏巴什露头剖面为例［J］.现代地质，2006，20(2):291-298［Wang Lidong，Yu Bingsong，Zhang Yongwang，et al.Characteristics of reef and beach facies in the Kangkelin age from western Tarim Basin-A case study from the Subashi Outcrop section in the Keping area ［J］.Geoscience，2006，20(2):291-298］

32 李国雄，王正元，潘国恩.新疆柯坪地区晚震旦世至早二叠世沉积相［M］.北京:地质出版社，1992［Li Guoxiong，Wang Zhengyuan，Pan Guoen.Late Sinian to Early Permian Sedimentary Facies in the Keping Area，Xinjiang［M］.Beijing:Geological Publishing House，1992］