塔里木盆地中西部寒武系盐下烃源岩再认识

黄苏卫，任 桦，屈怡倩

（1. 中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120；2. 河南油田采油二厂地质研究所，河南南阳 473000；3. 大庆油田有限责任公司采油五厂，黑龙江大庆 163000）

塔里木盆地中西部寒武系盐下烃源岩再认识

黄苏卫1，任 桦2，屈怡倩3

（1. 中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120；2. 河南油田采油二厂地质研究所，河南南阳 473000；3. 大庆油田有限责任公司采油五厂，黑龙江大庆 163000）

前人研究认为塔里木盆地中西部下寒武统盐下主力烃源岩为玉尔吐斯组泥质烃源岩，但对肖尔布拉克组碳酸盐岩作为烃源岩的可能性甚少提及。本文通过野外露头和钻井岩心观察，结合岩石热解分析，证实肖尔布拉克组泻湖相碳酸盐岩横向分布更稳定，厚度更大，同样具备较高的有机碳含量和较好的有机质类型，且成熟度高，亦可作为下寒武统盐下主力烃源岩。

烃源岩；肖尔布拉克组；下寒武统盐下；塔里木盆地

随着油气勘探工作的不断深入，塔里木盆地深层海相层系将逐渐成为其油气勘探的重要接替领域。过去人们普遍认为深层海相地层很难存在具有工业价值的油气，主要是由于塔里木盆地海相地层时代老，埋藏较深，烃源岩演化程度较高，经历多期改造，古老油气藏大部分遭到破坏且储层的非均质性强，勘探难度和风险较大[1]。近几年的理论和勘探实践证明油气可以成藏并保存于深部地层，朱光有等通过对塔里木盆地原油的热稳定性分析以及低地温梯度和快速深埋过程的补偿效应研究指出塔里木盆地液态石油的大量消亡深度下限在9 000 ～ 10 000 m以下，超过9 000 m的寒武系中古油藏多裂解成气，发生二次运移调整[2]，而塔里木盆地西部古隆起寒武系盐下地层的埋藏深度基本都在这一范围内，再加上中寒武统膏盐岩层的保护作用，油气藏形成和保存下来的可能性极大，因而寒武系盐下地层将成为重要的石油与天然气勘探接替区，所以对其烃源岩认识的深化对油气勘探具有重要的指导作用。

1 地质背景

中寒武世，塔里木盆地区域性膏盐岩相沉积发育，主要分布在盆地的中西部地区，分布面积大约为12×104km2，在巴楚隆起西部的和4井、方1井、康2井以及中部地区的巴东4井和中深1井等钻井中均揭示了膏盐岩层的存在（图1），厚度从几十米到几百米变化不等，显示了较好的封闭性，对其下寒武统古油藏起到良好的保存作用。钻遇寒武系的10余口钻井中揭示的中—下寒武统的岩性组合基本一致，底部为碎屑岩段，厚度薄，有的钻井中甚至缺失，向上为灰色、深灰色的白云岩、膏质白云岩夹白云质泥岩或者泥质白云岩，中部为盐膏岩夹膏质白云岩、灰岩。含膏白云岩段因局部沉积环境不同而造成沉积厚度变化较大，呈中间薄，东西部逐渐变厚的趋势。其中，下盐膏岩亚段在同1井—方1井一带厚度稳定在230 ～ 270 m，在和4井区加厚至400 m以上，但往东有所减薄，在塔参1井仅几十米厚，在中4井厚度也小于200 m；上盐膏岩段相对稳定分布，一般厚200 ～ 300 m（和田1井厚度达318 m），仅在向东部的和4和塔参1井减薄。塔中隆起及其东西两侧斜坡区也十分发育膏盐岩，但厚度变化范围较大，其中塔中隆起部位厚度稳定，一般均超过了600 m，为油气成藏创造了优越的盖层条件（图2）。

图1 塔里木盆地中西部地区膏盐岩分布范围[3]

图2 塔里木盆地中西部地区中下寒武统对比

深层钻探实践表明，中下寒武统膏盐岩层和白云岩的存在组成良好的储盖组合，然而寒武系烃源岩由于其埋藏较深，钻井资料相对较少，前人针对寒武系烃源岩的研究基本上都是从宏观上提出下—中寒武统烃源岩是塔里木盆地的主力海相烃源岩之一[4-8]，而涉及到具体区域和具体层位的研究以及系统性的评价则较少，尤其是针对塔里木盆地中西部地区寒武系盐下烃源岩的发育特征和评价更少，而这恰恰是寒武系盐下油气成藏的关键。因而勘探过程中落实烃源岩的发育条件，将成为油气勘探的关键。

2 烃源岩沉积特征

塔里木盆地中西部地区寒武系主要发育下寒武统的玉尔吐斯组、肖尔布拉克组和吾松格尔组地层，中寒武统主要是沙依里克组和阿瓦塔格组，上寒武统为下丘里塔格组（图2）。烃源岩有泥质烃源岩和碳酸盐岩烃源岩两类，涉及本文寒武系盐下的泥质烃源岩主要是指下寒武统的玉尔吐斯组，碳酸盐岩类烃源岩主要是指肖尔布拉克组。阿瓦塔格组和吾松格尔组、沙依里克组烃源岩相对不发育。

众所周知，沉积环境对海相烃源岩起到强烈的控制作用。现代海洋考察发现，有利于富有机质沉积物堆积的环境主要有缺氧的滞留盆地，如黑海、波罗的海等；具有上升洋流的大陆边缘陆棚环境，如秘鲁海岸、非洲西南部等；咸化的泻湖环境，蒸发岩与暗色生油层呈现互层状；局限海湾陆棚环境，如波斯湾、孟加拉湾等；正常的陆棚环境，有机质质量分数约1 % ～ 2 %；深海远洋环境，有机质含量相对较低[9-12]。

玉尔吐斯组在柯坪地区肖尔布拉克露头剖面上（图1），下部为含磷硅质岩夹薄层或透镜状白云岩，中部为碳质泥页岩及黄绿色、灰绿色页岩夹白云岩，上部为黑色泥晶白云岩（图3a，3b），该类岩石组合说明其沉积环境逐渐由欠补偿深海盆地相逐渐向斜坡相转变，可能是由于碳酸盐岩台地侧向加积所致。黑色页岩和硅质岩的矿物学和岩石学特征、微量元素和稀土元素含量特征，同位素（Re-Os和Sr-Nd）地球化学特征显示其明显受到上升洋流和海底热水活动的影响[13-16]，有利于有机质的富集和保存。然而在盆地内部巴楚隆起和塔中隆起部位的钻井则揭示出该组岩性为褐红色泥岩与细粒砂岩不等厚互层以及底部偶见紫红色硅藻岩甚至缺失该套岩石组合。这一事实说明该组沉积向盆地内部碳酸盐岩台地方向逐渐发生相变，可能仅在台地内凹陷部位呈不连续沉积，沉积环境的改变将导致有机质富集程度发生改变。

肖尔布拉克组为大套局限台地相的泻湖白云岩沉积，下部为灰色—深灰色细晶白云岩，含硅质结核，中部为灰色中细晶白云岩，藻纹层白云岩发育，上部为亮晶白云岩、藻纹层白云岩夹砂屑白云岩、泥质白云岩。在阿克苏西沟剖面中肖尔布拉克组白云岩敲击时硫化氢气味浓重，可能说明沉积过程中以还原环境为主（图3c、3d）。前人对寒武系蒸发泻湖相烃源岩进行研究时，往往把重点放在中寒武统蒸发泻湖相的膏盐岩段[5-8]，而多把下寒武统肖尔布拉克组作为储层进行研究，忽视了该组作为烃源岩的可能。肖尔布拉克组整体沉积环境相对稳定，在盆地中西部地区广泛分布，厚度稳定，处于蒸发岩形成的早期阶段，水体盐度逐渐增加，底部水体流动性减弱，容易造成大量生物死亡，为烃类的生成提供了物质基础，再加上之后蒸发岩的沉积，能够对沉积的有机质进行覆盖，形成封闭的还原环境，肖尔布拉克组微量元素也证实缺氧沉积环境的存在，并且可能受到上升洋流作用[17]，有利于有机质的富集和保存，但在垂向上可能存在环境差异，非均质性明显。

图3 玉尔吐斯组和肖尔布拉克组野外露头照片

3 烃源岩有机地化特征

3.1 有机质丰度

柯坪冲断带的肖尔布拉克剖面有多人进行过研究，对于其中的玉尔吐斯组有机碳含量评价认为有机碳质量分数多数在2.0 %以上，有的甚至高达7 % ～ 14 %，证实了其良好的有机质丰度[4，18-21]。玉尔吐斯组在该剖面黑色页岩厚8.24 m，笔者对黑色页岩取样进行热解分析，发现其TOC值分布范围为1.39 % ～ 9.8 %，均值为6.45 %（图4），TOC＞5 %的样品约占90 %，由此进一步证实该套烃源岩为高丰度烃源岩；而生烃潜力反映该套烃源岩却属于差烃源岩，12个样品S1+ S2值分布范围为0.1 ～ 1.93 mg/g，均值0.62 mg/g，造成这种现象的主要原因可能是由于寒武系烃源岩热演化成熟度较高，现今已达高—过成熟阶段，大量可溶烃类已排出，另外试验样品取自野外露头也可能产生一定影响，降低生烃潜量S1+ S2实验分析数值。在阿克苏东沟剖面的野外露头取样进行试验后，同样发现玉尔吐斯组有机质丰度很高，TOC大部分大于1.0 %，同样为较好的烃源岩（图2）。

图4 肖尔布拉克剖面下寒武统玉尔吐斯组有机地化柱状图

肖尔布拉克组作为烃源岩，很少被人提及。梁狄刚等（2000）曾提出中—下寒武统蒸发泻湖相烃源岩，其指出方1井、和4井中下寒武统在400 m厚的盐层之下出现一套含泥质白云岩，TOC值分布范围为0.5 % ～ 2.43 %，两口井TOC平均值分别为0.81 %和0.91 %，TOC大于0.5 %的层段厚度分别为173 m和195 m，是一套重要的烃源岩。笔者通过查看完井报告，各井地层对比（图2）发现，其取样层位主体实际上就是下寒武统的肖尔布拉克组。然而和4井取样部位上段分布在5 031 ～ 5 328 m中寒武统的阿瓦塔格组内，可发现其TOC值基本都在0.5 %以下，有机质丰度反而相对较低，难以作为有效的烃源岩。

另外，笔者还对阿克苏东沟剖面肖尔布拉克组露头15块样品进行分析实验（图2），发现TOC分布范围为0.21 % ～ 0.42 %，均值为0.30 %，整体数值相对较低，但考虑到实验样品取自野外露头表面，而前人研究中也曾使用野外露头样品实验值的3倍对烃源岩进行评价[22]，再加上该套烃源岩本身为高—过成熟烃源岩，势必存在有机碳的消耗（约2倍[23]），由此可知肖尔布拉克组作为较好的烃源岩具有较大的生烃潜力。

3.2 有机质类型

前人研究指出，寒武系烃源岩的母质类型主要为菌藻类生物，为Ⅰ型或Ⅱ1有机质[4，6，7，9]。巴楚隆起和4井下寒武统肖尔布拉克组烃源岩中干酪根样品检测发现，其生物组成包括：来源不明的管状体和叶片占15 %；与宏观藻类有关的长孢子的叶片占15 %；游离的藻孢囊占10 %；盐藻，球状甲藻及其孢囊占40 %；动物残片占20 %。这一结论验证了下寒武统肖尔布拉克组烃源岩干酪根为菌藻母源，有机质类型较好，为典型的腐泥型。

由于研究区内寒武系烃源岩热演化成熟度较高，且取样为露头样品，因而在进行干酪根类型划分时，应选取受热演化程度影响相对较低的参数进行有机质类型划分。干酪根碳同位素受风化作用和成熟度影响小，是较为可靠的指标。

本文利用干酪根碳同位素划分有机质类型时采用表1中所示的划分标准，实验测定结果如图5。由图5可以看出利用干酪根碳同位素进行类型划分时，寒武系玉尔吐斯组和肖尔布拉克组烃源岩有机质干酪根碳同位素全部小于-29.5‰，均为Ⅰ型干酪根。

3.3 有机质成熟度

表1 利用干酪根碳同位素划分海相烃源岩有机质类型标准[24]

吴炳茂等（2005）的盆地模拟结果表明，志留纪末期（409 Ma），下寒武统顶界有机质已经达到成熟阶段，部分地区已达到过成熟阶段，到二叠系末期（250 Ma），下寒武统烃源岩基本达到高成熟和过成熟阶段。不同研究人员得出的塔里木盆地寒武系烃源岩的成熟度具体数值虽然有所差异，从1.6 % ～ 2.85 %，但都说明其成熟度达到了高成熟和过成熟阶段[4，6-10]。笔者在野外露头观测中，在肖尔布拉克剖面的肖尔布拉克组的两处裂缝中发现固体沥青，测试其反射率经过换算得到等效镜质体反射率值为2.56 %和1.84 %；取自星火1井肖尔布拉克组的三个样品测定镜状体反射率换算成等效镜质体反射率分别为1.36 %、1.78 %和1.38 %，这些均说明烃源岩热演化程度已经达到高成熟和过成熟阶段。

镜状体反射率测定结果如表2所示，从测定结果中可以看出，玉尔吐斯组四个样品（DGy-1、DGy-2、DGy-3、DGy-4）测定的镜状体反射率最大值为1.45 %，最小值为0.85 %，利用各个样品的测定平均值按照公式RoE= 0.533 Ro镜状体+ 0.667换算后得到等效镜质体反射率（RoE）分布范围为1.23 % ～ 1.33 %，平均值为1.27 %，达到了高成熟演化阶段；肖尔布拉克组共测定1个样品（DGx-1），测定的镜状体反射率平均值为1.12 %，换算后得到等效镜质体反射率（RoE）为1.26 %，同样达到了高成熟演化阶段。

图5 碳同位素划分有机质类型

表2 野外样品镜状体反射率测定结果

4 勘探实例分析及建议

塔中隆起中深1井和中深1C井肖尔布拉克组和阿瓦塔格组发现具有工业价值的天然气，经过烃类组分对比发现，肖尔布拉克组产出气总烃质量分数为63.6 % ～ 79.1 %，甲烷质量分数为62.7 % ～ 78.3 %，C2+重烃质量分数均＜1.0 %，干燥系数均为0.99，属于典型的过成熟干气（表3），与中—下寒武统气源的过成熟干气具有可对比性；阿瓦塔格组产出的天然气烃类组成总体偏湿，干燥系数介于0.75 ～ 0.78之间，是典型的高成熟湿气，王铁冠等认为是奥陶系气源生成的天然气 。另外，肖尔布拉克组产出气δ13C1-4值分布曲线和δ13C1值与典型的寒武系气源天然气存在差异（图6）。寒武系气源的天然气δ13C1值＞-40 ‰，而肖尔布拉克组产出的天然气δ13C1值＜-40‰（表3，图6），介于寒武系气源和奥陶系气源天然气之间；寒武系气源的过成熟干气δ13C1-4值分布曲线较平缓，而肖尔布拉克组产出天然气斜率较大，同样处于两者之间（图6），而且在塔中隆起玉尔吐斯组页岩在实钻中并未发现该套地层，出现这种对比结果，笔者认为肖尔布拉克组产出的天然气主体很有可能由本组生成，同时也受到隆起带北部满加尔凹陷奥陶系烃源岩少量充注影响。

下寒武统玉尔吐斯组和肖尔布拉克组都是较好的烃源岩，但在中深1井之前，塔里木盆地多口钻穿寒武膏盐岩层的深钻井，仅仅是见到油气显示而已，并未取得重大的突破，这可能一方面是烃源岩中有机质的丰度受横向和纵向相变控制，使不同地区烃源岩条件产生差异；另一方面也有可能是受到其他成藏要素的控制，如构造、储层发育状况以及成藏匹配条件等。

下寒武统玉尔吐斯组和肖尔布拉克组两套地层有机质丰度受沉积微相控制明显，尤其是肖尔布拉克组大套的白云岩，整个层组中泥质含量在垂向上的分布明显受微相控制，不同的沉积微相岩性差别较大。在野外剖面观测中发现，肖尔布拉克组顺层溶蚀现象明显，溶蚀孔洞垂向分布成层状不均匀分布，推测可能与岩层中泥质含量有关。较纯的碳酸盐岩更易发生溶蚀作用，而泥质含量的增加使得溶蚀作用受到抑制。相反，泥质含量的增加往往意味着具有较高的有机质丰度，泥质碳酸盐岩的厚度关系到有效烃源岩的厚度，所以对烃源岩沉积微相的研究直接关系到对源岩条件的评价，需要进一步的精细工作。例如在重点区域开展更加精细的地震资料研究，利用地震资料的属性特征，对沉积相进行更加细致的刻画，划定有利沉积相的展布范围。考虑到玉尔吐斯组和肖尔布拉克组两套地层横向展布特征，在盆地西北缘的柯坪冲断带玉尔吐斯组和肖尔布拉克组两套地层分布连续性可能相对较好，两套地层可能均具有较好的供烃条件，具有较好的勘探前景。

表3 中深1井和中深1C井产出天然气烃类组成和稳定碳同位素组成

图6 天然气δ13C1-5值分布曲线气-气对比

5 结论

随着勘探实践的不断进步，塔里木盆地深层领域寒武系盐下的勘探必将成为重要的勘探层段，盐下烃源岩的认识对油气勘探具有重要意义。本文中对于寒武系盐下烃源岩主要有以下几点认识：

（1）下寒武统玉尔吐斯组烃源岩有机质丰度高、类型好、成熟度高，但厚度较薄，从盆地西部边缘向盆地内部横向相变明显，烃源条件变差，可能不具备对盆地中西部地区盐下油气藏大量供烃的条件。

（2）寒武系蒸发泻湖相烃源岩发育层位可能不仅在中寒武统，下寒武统盐下发育的肖尔布拉克组可能也是重要的烃源岩发育层段，且肖尔布拉克组有机质丰度相当可观，横向发育稳定，具有较大的生烃潜力。

（3）肖尔布拉克组有机质丰度垂向上成层状不连续分布，不同微相有机质丰度差别较大，勘探过程中，加强对沉积微相的研究，对认识下寒武统烃源岩生烃潜力至关重要。

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Recognition of Cambrian Pre-salt Source Rock in the Central and Western Part of Tarim Basin

HUANG Suwei1, REN Hua2, QU Yiqian3
（1. Institute of Exploration and Development, SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China; 2. Geological Institute of No.2 Oil Production Plant, Henan oil fi eld; Nanyang Henan 473000, China; 3. No.5 Oil Production Plant, Daqing Oil fi eld Limited Company, Daqing Heilongjiang 163000, China）

The mudstones of lower Cambrian Yuertus Formation in the central and western part of Tarim Basin have been regarded as the major source rocks, with little consideration to the carbonate rocks of Xiaoerbruk Formation. However, the observation of fi eld outcrops and drilling cores, together with the data of pyrolysis analysis, demonstrates the lagoon facies carbonate rocks of Xiaoerbruk Formation is also one of the major Cambrian pre-salt source rocks by the facts that it is more stable in the lateral distribution, thicker, relatively high content of organic matter, advantageous type of organic matter as well as high maturity.

Source rock; Xiaoerbruk Formation; Lower Cambrian pre-salt; Tarim Basin

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.01.014

1008-2336（2017）02-0014-07

2016-11-22；改回日期：2017-01-02

黄苏卫，男，1987年生，硕士，2015年毕业于中国石油大学（北京）矿产普查与勘探专业，从事油气成藏研究。

E-mail：huangsuwei1987@163.com。