塔里木盆地寒武纪岩相古地理与油气

2017-06-05杨伟利王毅

长江大学学报(自科版) 2017年11期

关键词：寒武纪塔里木盆地台地

杨伟利，王毅

(中石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

杨晓影

(中石油渤海钻探井下作业分公司，河北任丘 062552)

云金表，蔡习尧，刘忠宝，解国军

(中石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

塔里木盆地寒武纪岩相古地理与油气

杨伟利，王毅

(中石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

杨晓影

(中石油渤海钻探井下作业分公司，河北任丘 062552)

云金表，蔡习尧，刘忠宝，解国军

(中石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

在分析塔里木盆地钻井、地震、野外露头、古生物、同位素等资料的基础上，通过地层的重新厘定，以碳酸盐岩沉积体系、沉积地貌和沉积环境为核心，参考盆地周缘构造背景，编制了寒武纪各世岩相古地理图。纽芬兰世，盆地中南部发育古中央隆起，隆起北部发育潮坪-瀉胡相、陆棚相，为快速海侵下的碎屑岩沉积，经推测，南部具有相似沉积环境；第二世，满加尔坳拉槽快速沉降，形成东盆西台的古地理格局；第三世和芙蓉世沉积环境具有很好的继承性，都代表了稳定沉降背景下的格局。结合野外露头和钻井揭示，预测了寒武系玉尔吐斯组烃源岩分布，结果表明其主要分布在古中央隆起的北部广大地区，厚度一般在10～30m之间；推测古隆起南部也发育该套烃源岩。

古地理；烃源岩；寒武纪；油气勘探；塔里木盆地

长期以来，针对塔里木盆地寒武纪古地理格局，前人已开展了几轮工作[1～3]，研究成果对于塔里木油气勘探起到了重要的促进作用。随着塔里木油气不断发现，寒武系烃源岩，特别是玉尔吐斯组烃源岩的分布，成为勘探部署的重要依据，而岩相古地理恢复是预测其分布的最有效手段。近年来，随着新的区域二维地震、三维地震、深层探井资料增加，为塔里木盆地寒武纪岩相古地理的恢复和烃源岩的预测奠定了良好基础。以地层格架的建立和井震资料的精细标定为基础，以碳酸盐岩沉积体系、沉积地貌和沉积环境等要素为核心，参考盆地周缘构造背景，形成了综合古地理编图方法，恢复了塔里木盆地寒武纪岩相古地理。结合野外露头和钻井资料，预测了寒武系烃源岩分布，预测了有利区带。

1 地层划分与对比

塔里木台地相区(盆地相区)寒武系发育纽芬兰统玉尔吐斯组(西山布拉克组下段)、第二统肖尔布拉克组和吾松格尔组(西山布拉克组上段和西大山组)、第三统沙依里克组和阿瓦塔格组(莫合尔山组)和芙蓉统下丘里塔格组(表1)。

表1 塔里木盆地台、盆区寒武系划分对比关系表

综合对比认为，柯坪地区玉尔吐斯组与塔东西山布拉克组下段同为纽芬兰世全球海平面上升和缺氧事件在塔里木盆地留下的沉积记录，主要为黑色薄层泥(页)岩夹深灰色薄层泥-粉晶灰岩、硅质磷块岩；古生物以小壳类化石为主；电性均以特高尖峰状自然伽马、低电阻率为特征，可对比性好(图1)；在西部台地相区玉尔吐斯组相变为碎屑岩，同1井在碎屑岩段获该组上部的小壳类化石组合。

图1 塔里木盆地寒武系划分对比图

2 沉积体系与沉积相

通过对典型露头剖面、单井相分析，结合地层厚度、地震相等研究，在寒武系识别出3种沉积体系。

2.1 碳酸盐台地沉积体系

碳酸盐台地沉积体系是塔里木盆地寒武系的沉积主体，包括开阔台地、局限台地、蒸发台地、台地边缘等相类型。

蒸发台地相以厚层状盐岩、膏岩、石膏岩和含膏或膏质白云岩夹薄层红色泥岩、膏泥岩沉积为主，常形成鸟眼构造、干裂、蒸发矿物以及风暴粉屑纹层和潮上准同生白云石等；缺乏完整生物化石和生物扰动构造。主要形成于寒武纪第二、三世时期，巴探5井在第二统可见蒸发台地相盐岩沉积。

局限台地相主要为白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩、泥晶灰岩及膏质白云岩，主要有叠层石、鸟眼及窗格孔、砾屑和球粒等沉积构造。主要发育在盐间灰(白云)岩段、盐下白云岩段，在个别井区的下膏盐岩段和含膏白云岩段中也有发育。

开阔台地相从粒屑到灰泥都有，生物种类多，数量丰富，主要有红藻、蓝绿藻、海绵、苔藓虫、珊瑚、棘皮类、腕足类、介形类、腹足类及海百合等。

台地边缘相由颗粒岩和生物岩类组成，常发育礁或者藻丘。在地震剖面上，往往具有台地边缘地层增厚，向盆地地层减薄的现象，地震内部反射具杂乱或者前积反射特征。

2.2 陆棚沉积体系

塔里木盆地寒武纪陆棚沉积体系以斜坡和浅水陆棚为主。斜坡以深灰色、褐色泥岩、砂质泥岩为主，夹褐灰色泥质粉砂岩、粉砂岩、泥晶灰岩、泥灰岩等；浅水陆棚沉积界面处于氧化还原界面以下，主要为泥岩、泥质灰岩、灰岩、硅质岩及薄层粉砂岩，具水平层理及韵律层理，化石含量高。如尉犁1井和塔东2井下寒武统西山布拉克组和西大山组，岩性为灰黑色白云质泥岩、黑色泥岩与泥质灰岩不等厚互层。

2.3 盆地沉积体系

分布于盆地东部的满加尔坳陷深海平原区。岩石类型主要为泥质灰岩和暗色泥页岩、放射虫硅质岩。

3 盆地边界

塔里木板块是一个具有前震旦纪结晶基底的大陆板块，介于天山、昆仑山造山带之间，由南天山北缘缝合带、康西瓦缝合带和阿尔金断裂带所围限。震旦纪以来，由新疆克拉通裂解而来，南天山构成板块北部被动边缘，西昆仑山与阿尔金山分别构成板块南部和东南部活动边缘。

塔里木板块包括塔里木盆地稳定区和周边的多期边缘活动带[4，5]。它是一个自元古宙超大陆裂解出来的古生代独立的板块，北部边界为南天山北界断裂带(即尼古拉耶夫线，又称南天山构造带)；西南部边界为康西瓦断裂带(昆仑造山带)；东南部边界为阿尔金断裂带(阿尔金造山带)。

4 岩相古地理特征

4.1 纽芬兰世

寒武系底部玉尔吐斯组沉积时期，塔里木盆地北部存在着寒武纪(更早延至新元古代)-早中奥陶世期间发育的古大洋[6，7]。寒武纪早期，塔里木盆地北缘遭受快速海侵，使其北缘以及南天山洋(现位置)的广大区域成为陆棚沉积区。纽芬兰世盆地内部继承震旦纪格局，发育古中央隆起(图2(a))，巴探5井、玛北1井、中深1井等缺失该时期沉积。古隆起北侧发育潮坪-瀉湖相、浅海陆棚相。目前，揭穿该套地层有星火1井、尉犁1井、塔东1井、塔参1井等及柯坪、库鲁克塔格等露头区。柯坪露头为含磷暗色泥页岩，夹有硅质条带；星火1井钻遇为灰黑色泥页岩、浅灰色硅质岩；塔东地区为一套含磷暗色泥质岩地层，夹有白云岩、硅质岩层，是在寒武纪第一次快速海侵时形成的浅海陆棚环境。在其与古隆起之间为潮坪-瀉湖沉积，岩性为碎屑岩(同1井)和白云岩(和4井)。盆地西南缘地震反射也发育一套下超的凝缩沉积，由该时期伸展背景推测也发育浅海陆棚环境，具有类似沉积。

4.2 第二世

寒武纪第二世，盆地周边呈现“两洋夹一台”的格局(图2(b))。海水自古昆仑洋和天山洋上侵后全部覆盖塔里木地块，沉积格局东西分异，形成盆地、斜坡、台地边缘、开阔台地及局限台地等沉积体系。西部台地主要发育膏岩、盐岩、碳酸盐岩岩相；东部为克拉通边缘盆地硅质岩相区。二者之间沿轮南、满参1井一线形成弯月形的台地边缘灰岩岩隆带，在其东侧即为斜坡砾屑灰岩相带。

4.3 第三世

寒武纪第三世海平面下降，在海退背景下塔西克拉通内坳陷发育宽广的膏泥坪沉积(图2(c))，属局限台地内坳陷产物；塔东仍为克拉通边缘坳陷，仅发生沉积相带的迁移, 塔东1井莫合尔山组为巨厚层灰黑色泥灰岩夹厚层状同色泥岩。与第二世相比，第三世开阔台地相区明显减小，台地边缘相发育，塔深1井揭示台地边缘相和前缘斜坡相主要为藻礁白云岩、藻礁灰岩、砂屑灰(白云)岩和生物碎屑灰岩、泥灰岩等，满加尔西缘斜坡向东迁移，塔西南斜坡向北迁移。

4.4 芙蓉世

芙蓉世基本继承了早期原型盆地的特点(图2(d))。与第二世、第三世相比，芙蓉世盆地相缩小，局限台地相主要发育在巴楚-塔中地区，岩性均为大套白云岩。开阔台地相主要为厚层-块状白云岩、含泥白云岩。半深海盆地相分布于库鲁克塔格地区，主要岩性为薄层灰岩和泥页岩。陆棚相仅有塔东1井揭穿，主要有灰色泥晶-粉晶灰岩、灰色、灰黑色瘤状泥晶-粉晶灰岩夹灰黑色钙质泥岩，含几丁虫、笔石、微古植物化石。库南1井钻遇斜坡相，主要为灰岩和泥灰岩。

图2 塔里木盆地寒武纪岩相古地理

5 岩相古地理与油气

尽管台盆区主力烃源岩有寒武系、奥陶系之争，但油气主要来源于早古生代烃源岩的认识是一致的[8～19]。上述争议主要是由于区内烃源岩分布层位埋藏深度大、钻井揭示点少，加之早古生代复杂的沉积格局和演化推测性所致。通过编制岩相古地理图件和分析野外露头、钻井等资料，预测了寒武纪烃源岩分布，主要包括寒武系底部玉尔吐斯组及对应的西山布拉克组烃源岩。

5.1 玉尔吐斯组烃源岩特征

玉尔吐斯组烃源岩是早古生代第一次海侵形成的海相烃源岩，为一套灰黑色含磷或含磷结核硅质岩、黑色碳质页岩。在露头和钻井上都有发现，阿克苏肖尔布拉克剖面玉尔吐斯组厚9.2m，总有机碳质量分数w(TOC)为0.04%～2.59%(11件样品)，其中4件样品w(TOC)分布于1.87%～2.59%。柯坪露头区玉尔吐斯组磷质、硅质岩和黑色页岩厚32.7m；高志勇等[15]测得其w(TOC)为 7%～14%；储呈林等[20]测得阿克苏东二沟玉尔吐斯组中下部硅质岩和碳质泥岩w(TOC)为0.04%～12.19%(平均4.82%)；顾忆等[13]分析星火1井玉尔吐斯组碳质泥岩的w(TOC)为1.00%～9.43%(平均5.50%)(7件样品)。无论露头区还是井下，玉尔吐斯组都显示为一套非常好的烃源岩。

5.2 玉尔吐斯组烃源岩分布

通过纽芬兰世岩相古地理编图，结合野外露头和钻井资料，预测了玉尔吐斯组及其相应层位烃源岩分布(图3)。该套烃源岩在古中央隆起区以北广泛分布，北部的陆棚斜坡相区，厚度超过了30m，在目前的阿瓦提-顺托-满加尔的大部分地区，烃源岩厚度在10～30m之间，主要是泥岩、硅藻岩、磷灰岩；向古隆起方向，逐渐相变为潮坪相砂岩，方1井、和4井、同1井对应为红色砂岩沉积，而塔参1井、玛北1井、巴探5井及中深1井等缺失玉尔吐斯组。推测，在古中央隆起区南部相同环境下该时期的烃源岩也发育较为广泛。

5.3 烃源岩分布与深层油气勘探

塔里木盆地深层油气勘探包括寒武系盐下、奥陶系蓬莱坝组-鹰山组2个领域。寒武系盐下主要是第二统蒸发岩与下伏白云岩储盖组合；奥陶系蓬莱坝组-鹰山组是中上奥陶统泥岩、致密灰岩与下伏白云岩、灰岩储层组合。

图3 塔里木寒武系玉尔吐斯组烃源岩分布图

在寒武系盐下领域，广泛分布的玉尔吐斯组为其提供了良好的烃源岩条件，巴楚隆起北缘和塔中隆起肖尔布拉克组依然是有利的勘探区。尽管在巴楚地区巴探5井、玛北1井、和4井、方1井等先后失利，但塔中地区中深1井寒武系盐下的油气成果坚定了该领域的潜力[21]。巴楚隆起钻探失利主要是因为距离烃源岩太远或圈闭与油气形成不匹配，而继承性古隆起背景是塔中寒武系盐下油气成藏与保存的关键要素。构造演化结果显示，塔中隆起形成早，继承性强，是油气运聚的长期有利指向区，利于油气的长期保存。巴楚隆起定型于喜山期，北缘靠近烃源岩分布区，是晚期成藏的有利区。