塔里木盆地阿克库勒凸起奥陶系海西晚期古岩溶特征

刘存革，徐明军，云 露，刘永立，王胜利，罗明霞

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059； 2.中国石化 西北油田分公司，乌鲁木齐 830011； 3.中国石油 塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)

塔里木盆地阿克库勒凸起奥陶系海西晚期古岩溶特征

刘存革1,2，徐明军3，云 露2，刘永立2，王胜利2，罗明霞2

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059； 2.中国石化 西北油田分公司，乌鲁木齐 830011； 3.中国石油 塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)

基于三维地震和钻井资料，结合现代岩溶学，探讨了塔里木盆地阿克库勒凸起于奇和轮南地区海西晚期古岩溶特征。研究结果表明，于奇地区主要表现为准平原特征，发育溶沟、洼地等岩溶地貌，明显受断裂的控制，地表水系呈多期特征。于奇地区准平原的形成与构造部位、地层产状、古气候和侵蚀基准面等因素密切相关。轮南地区抬升幅度较高，夷平作用不完全，仍残留部分峰丛地貌。海西早期古岩溶形成的是大型峰丛—洼地岩溶地貌，地表和地下水系较为发育，与海西晚期存在较大差异。同时，于奇地区与海西晚期古岩溶作用相关的缝洞储集体主要沿断裂带分布，而轮南地区整体发育，缝洞储集体发育分布受侵蚀基准面、断裂和准平原化程度控制。

古岩溶；准平原；奥陶系；海西晚期；阿克库勒凸起；塔里木盆地

碳酸盐岩地层中岩溶现象较为普遍，在我国南方地区表现较为典型。现代岩溶研究对碳汇、地下水综合治理与利用、工程施工等方面具有重要的意义[1]。对石油勘探开发而言，关注的则是古岩溶作用，因为其能够在碳酸盐岩地层中形成大量储存油气的洞穴和小型孔洞缝。在国内的鄂尔多斯、四川、塔里木等盆地已经发现了大量与古岩溶作用密切相关的碳酸盐岩油气藏[2]。

在塔里木盆地北部阿克库勒凸起发现了塔河—轮南超大型奥陶系碳酸盐岩缝洞型油气田[3-4]，其储集层是受加里东中期、海西早期和海西晚期多期古岩溶作用形成的缝洞型储集体，具有强烈的非均质性。目前，阿克库勒凸起在加里东中期和海西早期的古岩溶作用研究程度较高[5-11]，海西晚期古岩溶领域由于未取得油气突破，关注程度低，研究认识薄弱。

本文以三维地震和钻井资料为基础，结合现代岩溶学，探讨海西晚期古岩溶作用特征与控制因素，建立了海西晚期古岩溶发育模式，以期为该岩溶领域的勘探部署提供借鉴。

1 地质背景

塔里木盆地北部沙雅隆起在加里东中晚期形成北东向隆起[12]，阿克库勒凸起西北地区处于构造较高部位，形成了北北东向和北北西向走滑断裂体系，加里东中期古岩溶较为发育。海西早期，沙雅隆起受北西—南东向区域挤压应力的影响，构造出现分异，形成了向西南倾伏、北东向展布的阿克库勒凸起雏形。凸起中北部地区中上奥陶统、志留—泥盆系被完全剥蚀，中下奥陶统鹰山组也遭受不同程度的剥蚀(图1)。海西早期，古岩溶作用强烈且持续时间长，对加里东中期古岩溶产物进行了强烈改造，是阿克库勒凸起奥陶系碳酸盐岩岩溶缝洞型储集体的主要形成时期[6]，在轮南地区和北部于奇地区形成2个岩溶高地。

海西晚期，构造运动受南北向挤压应力作用，轮台断裂和亚南断裂活化，两者夹持的雅轮断凸带强烈隆升，造成塔河地区整体掀斜，形成北高南低的形态。于奇北部地区地层剥蚀严重，二叠系、石炭系地层被剥蚀歹尽，造成三叠系直接覆盖在中下奥陶统鹰山组之上(图1)。同时，南部阿克库勒断垒带、阿克库木断垒带形成[13]，与轮古西断裂夹持的轮南断块隆升，中下奥陶统顶面由西北向东南降低，西北高部位三叠系也覆盖在中下奥陶统鹰山组之上(图1)。阿克库木断垒带和轮古西断裂在印支—燕山期均继续活动，前者活动强度大于后者。喜马拉雅晚期，受库车前陆盆地快速沉降的影响，沙雅隆起发生构造反转，于奇中部地区中下奥陶统顶面呈穹窿形态。

2 海西晚期古岩溶地貌特征

2.1 于奇地区北部

海西晚期，中下奥陶统鹰山组在阿克库勒凸起北部于奇地区出露的面积较大，于奇中三维仅覆盖其南部部分地区和阿克库木断垒带北侧海西早期古岩溶发育区(图1)。阿克库木断垒带北侧石炭系巴楚组和卡拉沙依组由南向北、由东西两侧向中部地区减薄，呈下超上削的特征(图2)，鹰山组在海西早期形成了大型的岩溶残丘群，为峰丛—洼地岩溶地貌(图3a)。海西晚期岩溶地貌与海西早期的差异较大，主要表现为准平原特征。准平原是海拔和相对高度较低的、由长期流水侵蚀所形成的广阔平坦的地面[14]，而地表的起伏受外动力地质作用形成准平原的过程称之为准平原化作用，准平原是夷平面的一种类型[14-15]。于奇北部地区准平原分布的面积较大，岩溶残丘不发育，发育一些溶沟、溶蚀洼地，反映出海西晚期古岩溶作用对前期岩溶地貌改造的较为彻底。东南和西南地区岩溶地貌现象更为丰富，地表明河、盲谷、落水洞、洼地、峰丛等均有发育(图3a)。从图2可以看出，北部夷平面缝洞型储集体仅在断裂处发育，断裂带之间的地区储集体发育程度较差。

图1 塔里木盆地阿克库勒凸起中下奥陶统顶面上覆地层展布

图2 塔里木盆地于奇地区过于奇7井南北向地震剖面剖面位置见图1测线AA′

准平原南侧发育一个小型阶地，反映出海西晚期构造运动至少存在2幕抬升过程：第1幕运动对应于准平原的形成阶段，持续时间较长；第Ⅱ幕运动对应于阶地的形成，持续的时间相对较短。阶地与准平原的边界东西两侧相对平缓，中部相对陡峭。阶地上准平原化作用不完全，仍发育一些小型岩溶残丘，在地震剖面上杂乱反射特征较为明显，表明鹰山组风化壳发育岩溶缝洞型储集体。

2.2 轮南地区

轮南地区鹰山组在海西晚期暴露地表的地区受轮古西断裂和阿克库木断垒带控制，出露的面积小于于奇北部地区(图1)。阿克库木断垒带在海西晚期隆起幅度较高，西侧上覆三叠系地层，顶面相对平坦，向东南倾斜，下石炭统巴楚组和卡拉沙依组依次向西超覆在鹰山组之上(图2，3a)。断垒带南侧发育有峰丛地貌。轮古西断裂控制的海西晚期古岩溶发育范围也较小，地貌向东缓慢倾斜(图4)，三叠系底部地层向西超覆沉积，风化壳岩溶峰丛较为发育。轮南地区鹰山组出露的地区，准平原化作用不彻底，风化壳发育明显的串珠状反射特征，预示着缝洞储集体发育，与北部于奇地区存在明显差异。

图3 塔里木盆地于奇中三维中下奥陶统顶面立体显示(时间域)(a)和中下奥陶统顶面以下30 ms分频混色图(b)

2.3 海西晚期古岩溶水系特征

碳酸盐岩地层岩溶发生时期,会产生各种规模的地表水系和地下暗河系统。为更好反映海西晚期和海西早期2期岩溶水系的特征，本文采用了分频混色的技术来刻画水系(图3b)。

分频混色分析技术是在频谱分解基础上发展起来的新技术，对同一地质体，不同频率数据体具有不同响应特征。原始偏移数据体经过谱分解得到一系列窄带调谐数据体之后，通过RGB混色技术融合高、中、低3个频段能量体来刻画地质现象。该技术通过在塔河地区艾丁—于奇西地区的应用，表明20，40，60 Hz能量体的混合显示能够较好反映古岩溶风化壳地表水系和地下暗河系统的展布特征。

在海西晚期古岩溶作用发育晚期，风化剥蚀作用较为强烈，由于夷平面接近侵蚀基准[16]，地表起伏小、地下水埋深很浅，仅发育一些下切较深的地表河道(图3b)。如于奇20井西侧和东侧的地表明河，两者均切割了前期南西西—北东东向展布的由北向南流的水系，而且早期形成的水系展布与残留的阶地展布方向不一致，反映了阶地形成时期水系变化较为剧烈和当时的构造趋势。暗河系统在东南和西南地层变化的地区相对发育。在阿克库木断垒带海西晚期古岩溶发育区，依然可以看出一些条带状的水系特征，其主要向南展布。于奇地区和轮南地区海西晚期鹰山组出露地区为裸露—埋藏型水文地质单元[17]，岩溶水系统从鹰山组出露区进入到周围下石炭统覆盖区。

图4 塔里木盆地轮南地区过轮古西断裂东西向地震剖面剖面位置见图1测线BB′

与海西晚期古岩溶水系特征相比，海西早期古岩溶作用形成的水系在东侧表现为网络状，明显受到地貌控制，但西侧岩溶峰丛发育，地表明河和暗河体系交织在一起，连续性较差。

3 古岩溶主控因素与发育模式

3.1 海西晚期古岩溶主控因素

3.1.1 岩性

碳酸盐岩是岩溶发育的基础，纯净、厚层的碳酸盐岩有利于岩溶的发育。根据LX4、LN13、YQ20、YQ7以及LN1等井揭示的鹰山组上部岩性主要为纯净、致密的微晶灰岩和砂屑灰岩，LN1和LN13井揭示的奥陶系埋藏较深，鹰山组下部白云石化作用逐渐加强，蓬莱坝组以白云岩为主。因此，鹰山组岩性有利于海西晚期古岩溶的发育。于奇北部地区中下奥陶统地层厚度较大，呈近似水平状分布，也有助于准平原的形成。

3.1.2 古气候

在各种气候条件下，均有夷平面的存在。而且湿润并间有干旱的地区，化学风化作用强，有利于建造和保存夷平面[14]。二叠纪晚期—三叠纪早期，塔里木盆地气候相对干旱，尤其在三叠纪早期间歇出现相对湿润的气候[18]，有助于于奇北部地区准平原的形成。

3.1.3 构造与断层

(1)褶皱构造。断层、断层的交汇处、褶皱构造的核部和转折端常是岩溶发育的有利部位，特别是倾伏背斜和向斜的倾伏端和仰起端是构造应力集中部位[19]，岩体破碎，裂缝发育，岩溶较为强烈。于奇北部鹰山组出露地区向南凸出，研究区处于背斜向南的倾伏端，在长期的溶蚀风化过程中，形成了面积较大、地形平坦的准平原。而轮南地区鹰山组出露区由阿克库木断垒带和轮古西断裂控制，断裂、裂缝非常发育，也有利于岩溶作用的发生。

(2)断层性质。断层使岩层发生破裂，形成密集的破碎带，有利于大气淡水的渗入和径流，形成强径流带，但不同的断层性质对岩溶的发育控制作用存在差异。于奇地区加里东中期形成的北东向走滑断裂体系在海西晚期继承性活动，断裂面近于直立，易于接受周围地层水的补给，沿断裂发育一些溶沟、洼地等岩溶地貌，其长轴方向均指向断层走向，表明沿控水断裂方向，介质导水性好、渗透性强，导水系数大[20]。尤其在东南和西南阶地特征不明显的地方，均存在北东向断裂带，岩溶作用强烈，造成准平原和阶地之间没有明显的分界。

图5 塔里木盆地于奇、轮南地区海西晚期古岩溶发育模式

轮南地区阿克库木断垒带和轮古西断裂均为逆断层，此外还发育北东向、北西向共轭剪切破裂带和南北向张性破裂带[13]，这些断裂除阿克库木断垒带的2条主断裂处于挤压状态，其他断裂均有助于岩溶作用的进行。

3.1.4 侵蚀基准面

侵蚀基准面往往指河流垂直下切侵蚀的界限，海平面是全球性的侵蚀基准面[16]，岩溶地貌形成过程是在侵蚀基准以上整个岩层内进行[21]。在岩溶地区内发育的河道、溶沟可以作为局部的侵蚀基准面，且对岩溶地貌的形成、演化具有较强烈的控制作用。由于于奇北部地区在海西晚期构造运动中隆升幅度较小，鹰山组风化壳接近侵蚀基准面，地表起伏较小，水动力条件差，大气淡水主要沿断裂和地表河道排水，地下水系不发育，造成北部地区缝洞型储集体主要沿断裂带发育。而轮南地区抬升幅度高于北部于奇地区，准平原化作用不完全，水动力条件较好，缝洞型储集体依然发育，地震剖面上串珠状反射特征较为典型(图2，4)。

3.2 海西晚期古岩溶发育模式

3.2.1 于奇地区

在海西晚期构造运动中，于奇地区向南掀斜，北部地区位置较高，鹰山组风化剥蚀作用强烈。同时，由于鹰山组风化壳距侵蚀基准面较近，海西早期古岩溶作用残留的峰丛—洼地岩溶地貌被完全夷平(图5a)，形成地形起伏较为平缓的准平原，为准平原岩溶模式。受北东向断裂的影响，缝洞型储集体主要发育在断裂和南部阶地上。

3.2.2 轮南地区

轮南地区阿克库木断垒带在海西晚期构造运动中隆升幅度较大，轮古西断裂次之，两者夹持的断块剥蚀作用较为强烈。由于鹰山组风化壳距侵蚀基准面较远，水动力条件较好，强烈改造了海西早期岩溶地貌。阿克库木断垒带上地形相对平缓，轮古西断裂及东南地区仍发育峰丛—洼地岩溶地貌，岩溶缝洞储集体整体发育。因此，轮南地区海西晚期古岩溶作用表现为裸露断凸型岩溶模式。

4 结论

(1)阿克库勒凸起海西晚期古岩溶特征在于奇地区和轮南地区表现差异较大，于奇地区主要为准平原特征，溶沟、洼地等岩溶地貌受断裂控制较为明显，准平原的形成与构造部位、地层产状、古气候和侵蚀基准面等因素密切相关；而轮南地区因抬升幅度较高，准平原化作用不完全，两者均与海西早期大型峰丛—洼地岩溶地貌特征差异较大。

(2)于奇地区海西晚期水系呈多期特征，早期水系展布与目前地貌特征不一致，且明显受到晚期水系的切割、改造，与海西早期的岩溶水系特征存在明显差异。

(3)于奇地区在海西晚期古岩溶作用中表现为准平原岩溶模式，缝洞型储集体沿断裂带分布；而轮南地区表现为裸露断凸型岩溶模式，缝洞型储集体较为发育。

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(编辑 黄 娟)

Characteristics of Late Hercynian paleokarsts in Akekule Uplift, Tarim Basin

Liu Cunge1,2, Xu Mingjun3, Yun Lu2, Liu Yongli2, Wang Shengli2, Luo Mingxia2

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 2.SINOPECNorthwestOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang830011,China;3.TarimOilfieldCompany,PetroChina,Korla,Xinjiang841000,China)

Based on 3D seismic and drilling data, combined with modern karstology, this paper discussed the characteristics of Late Hercynian paleokarsts in the Yuqi and Lunan areas of the Akekule Uplift, the Tarim Basin. Study results showed that the Yuqi area was a peneplain, developing karst landforms such as grikes and depressions, which were controlled by faults. The surface water system featured multiple periods. The formation of peneplain in the Yuqi area was closely related to tectonic position, stratum attitude, paleoclimate and the base level of erosion. The Lunan area rose higher than the Yuqi area in the Late Hercynian. Some peak clusters remained since peneplanation was not complete. Large peak cluster and depression karst landforms formed in the Early Hercynian, and groundwater systems were well developed, which was different from the situation in the Late Hercynian. Fracture and cave reservoirs related to the Late Hercynian paleokarsts were mainly distributed along fault zones in the Yuqi area. They were widespread in the Lunnan area, and were controlled by the base level of erosion, fault and peneplanation degree.

paleokarst; peneplain; Ordovician; Late Hercynian; Akekule Uplift; Tarim Basin

1001-6112(2015)03-0280-06

10.11781/sysydz201503280

2014-12-29；

2015-03-05。

刘存革(1976—)，男，高级工程师，从事碳酸盐岩沉积与储层研究。E-mail：liucunge@163.com。

国家科技重大专项(2011ZX05005-004)和国家重点基础研究发展计划“973计划”项目(2012CB214800)资助。

TE122.2

A