塔西南坳陷震旦纪末古构造格局及其油气意义

崔海峰 刘江丽 田 雷 刘 军 张年春

（ 1中国地质调查局西安地质调查中心；2中国石油杭州地质研究院；3中国石油勘探开发研究院西北分院 ）

下寒武统玉尔吐斯组发育在寒武系底部，主要岩性为灰黑色含磷结核硅质岩、黑色碳质页岩及白云岩夹页岩[1]，是塔里木盆地重要的烃源岩，其分布范围对于油气勘探部署至关重要。目前盆地内仅有星火1井和塔东1井等钻井钻遇，主要分布在塔中隆起—巴楚隆起以北坳陷区域，隆起之上的和4井、方1井、巴探5井和玛北1井等多口钻井中下寒武统白云岩直接覆盖在基底之上，玉尔吐斯组没有沉积。塔中隆起—巴楚隆起南侧的塔西南坳陷内由于玉尔吐斯组没有钻井和野外露头揭示，其分布存在不同观点，一种认为前寒武纪塔西南坳陷整体为一大范围隆起区，玉尔吐斯组没有分布[2]；其二认为塔西南坳陷发育北西西向新元古代裂谷，玉尔吐斯组基本上全区均有分布[3]。上述两种截然不同的认识与目前油气勘探发现也不相吻合，玉尔吐斯组烃源岩的分布制约着塔西南坳陷麦盖提斜坡的油气勘探部署。本文旨在结合塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组已钻井信息，分析塔西南坳陷南华系—震旦系—寒武系地震相特征，厘清下寒武统玉尔吐斯组分布与前寒武纪古构造格局之间的关系，为油气勘探部署提供依据。

1 南华纪—震旦纪构造特征

塔里木板块具有统一的前寒武纪基底，新元古代青白口纪、南华纪和震旦纪地层构成了基底之上的第一套盖层，其中南华纪—震旦纪沉积地层分布广泛。板块周缘的南华纪—震旦纪沉积地层记录了新元古代时期涉及Rodinia超大陆裂解期的构造热事件，发现了以裂谷、基性岩墙群、A型花岗岩和双峰式火山岩为代表的一系列地质记录。塔西南西昆仑北缘的前寒武纪变质地层中，发育新元古代A型片麻状花岗岩，年龄为815±57Ma，其岩石学特征反映出裂解构造背景[4]；莎车南部露头区南华系底部发育玄武岩[5]，之下的青白口系也被大量的辉绿岩岩墙侵入，而辉绿岩和玄武岩形成于大陆板内裂解背景[6]。在区域拉张的构造背景下塔西南坳陷发育南华纪—震旦纪裂谷，地震资料上反射特征明显，从昆仑山前中段北东向延伸至麦盖提斜坡，同时也发育加里东早期正断层活动，断层没有断穿上寒武统，具有同沉积断层特征。

西昆仑北坡露头上的南华系—震旦系角度不整合于青白口系苏库罗克群之上，盖于泥盆系奇自拉夫群之下，自下而上为南华系牙拉古孜组、波龙组、克里西组和雨塘组，以及震旦系库尔卡克组和克孜苏胡木组[7-8]。岩性从下向上主要为粗砾岩夹砂岩、火山碎屑岩、冰碛岩和白云岩，反映出裂谷形成、沉积充填的构造—沉积过程，由南华系断陷沉积转化为震旦系坳陷沉积，可对比华南南华纪裂谷盆地的裂谷体和裂谷盖特征[9]。

塔西南坳陷区（包括麦盖提斜坡）的南华系—震旦系没有钻井揭示，学者普遍认为其没有沉积，理由是西昆仑铁克里克地区露头上未发现寒武系—下泥盆统，认为前寒武纪塔里木板块发生库鲁克塔格运动，造成盆地基底整体抬升，特别是巴楚隆起—麦盖提斜坡区域大范围处于剥蚀区，直至早寒武世肖尔布拉克期白云岩沉积，肖尔布拉克组之下的玉尔吐斯组烃源岩则不发育。随着深层油气勘探逐步引起关注和深层地震资料品质不断改善，塔西南坳陷区南华系—震旦系可以明显识别出来（图1），主要利用盆地钻穿寒武系钻井，标定前寒武纪的变质岩、玄武岩、花岗岩及下震旦统砂岩和火山碎屑岩的地震相特征（图2），进而解释巴楚隆起—塔西南坳陷的南华系和震旦系分布。裂谷的展布从盆地基底航磁和居里面资料上得到一定证实，塔西南坳陷基底航磁表现为北东向正负异常相间分布，中长波长的磁异常向上延拓结果上呈北东向展布的特征也越明显，向北扩展至塔里木河附近；盆地居里面图上塔西南坳陷的叶城、皮山和和田等地区为居里面的下凹区[10]，与露头上发现的南华系—震旦系相对应。

图1 塔西南坳陷南华纪裂谷分布图

图2 钻穿寒武系的过井地震剖面

2 震旦纪末古构造格局

露头和地震资料反映出塔西南坳陷有南华系—震旦系分布，但震旦纪末期的塔西南坳陷是否为大范围古隆区则缺少直接证据，该期构造事件（柯坪运动）只能通过间接手段进行研究，如早寒武世地层分布和岩相古地理特征研究。

首先，巴楚隆起上有6口井钻穿寒武系，其中舒探1井、方1井、和4井、巴探5井和玛北1井揭示下寒武统肖尔布拉克组直接盖于前寒武纪基底之上，没有钻遇下寒武统玉尔吐斯组和震旦系（图3）；同1井钻遇下寒武统玉尔吐斯组和下震旦统苏盖特布拉克组，不过玉尔吐斯组岩性已经相变为紫红色砂泥岩。塔中隆起东部有3口井钻穿寒武系，塔参1井、中深1井和中深5井揭示下寒武统肖尔布拉克组直接盖在前寒武纪花岗岩之上。塔西南坳陷东段玛东冲断带上新完钻的玉龙6井中寒武统直接盖在前寒武纪大理岩之上。上述钻井均处于塔西南坳陷北部，表明震旦纪末巴楚隆起—塔中隆起东部为基底古隆起，控制着下寒武统分布，古地貌高部位下寒武统玉尔吐斯组或整个下寒武统没有沉积。盆地北部的星火1井、塔东1井和库南1井揭示下寒武统盖在上震旦统齐格布拉克组之上，下寒武统玉尔吐斯组有沉积，上震旦统齐格布拉克组盖在盆地基底之上，结合地震标定整个盆地北部震旦系基本上都有分布。

其次，塔西南坳陷区没有钻井钻至寒武系，其震旦纪末的构造形态可以通过中—下寒武统的沉积格局来恢复。巴楚隆起中部的康2井、巴探5井和和4井的下寒武统肖尔布拉克组发育蒸发潟湖相的盐岩夹层，西段的舒探1井、方1井和同1井与东段的玛北1井下寒武统肖尔布拉克组则为潮坪相的白云岩，其中舒探1井局部为竹叶状粒屑白云岩。中部的康2井肖尔布拉克组为271m（未钻穿），比西部同1井肖尔布拉克组191m和中东部的巴探5井肖尔布拉克组183m厚近于100m，玛北1井肖尔布拉克组则更薄，为138m（图4），反映出肖尔布拉克组沉积期东、西段古地貌要高于中部，向东过渡到玉龙6井的地貌高部位（下寒武统没有沉积）。中部的早寒武世沉积凹陷继承了北东向的南华系—震旦系裂谷构造格局。

图4 巴楚隆起—塔西南坳陷下寒武统肖尔布拉克组地层对比图

第三，塔西南坳陷区下寒武统厚度由麦盖提斜坡向西昆仑山前方向减薄，存在碳酸盐台地向盆地沉积相变减薄和西昆仑山前发育北西向展布的古陆两种认识。发育古陆的观点即认为震旦纪末期塔西南坳陷靠近西昆仑山前遭受抬升，控制着下寒武统沉积减薄甚至没有沉积。但是塔里木盆地早寒武世为缓坡沉积模式，塔西南坳陷可能为局限台地，向南过渡为盆地相，地震剖面上中寒武统发育向西昆仑山前的前积楔状体（图5），表明西昆仑山前为盆地相，下寒武统厚度减薄是沉积相变减薄[11]，这与北部台地下寒武统向满加尔凹陷相变减薄现象一致。

图5 塔西南坳陷中—下寒武统向西昆仑山前的前积反射体地震剖面（剖面位置见图1）

第四，塔西南坳陷区震旦纪末期构造活动造成南华系—震旦系遭受剥蚀，现今西昆仑山前地震剖面上仅发现一个向北尖灭的楔状体（图6a），顶面为剥蚀面，主要分布在盆地东南边界部位，推测楔状体为南华系，其上是否有下寒武统沉积未知，不过柯坪构造运动（南方称之为桐湾运动）是一全球性构造运动，影响范围很广，应该为大范围构造夷平面，塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组沉积期为碳酸盐缓坡沉积模式也与之有关，考虑到下寒武统玉尔吐斯组和肖尔布拉克组沉积早期为全球大范围海侵期，推测西昆仑山前震旦纪末隆起在早寒武世已经沉降，接受玉尔吐斯组和肖尔布拉克组沉积，区内加里东早期正断层也较为发育，现今仍有保留，反映当时处于伸展构造背景下。

最后，塔西南坳陷发育塔西南古隆起（又称为和田古隆起），对其形成时代的认识也是导致塔西南坳陷早寒武世发育古陆观点的原因之一。塔西南古隆起为奥陶纪末期大幅度抬升的古隆起，地震剖面上可以明显看出石炭系超覆减薄在上奥陶统桑塔木组泥岩之上（图6b），虽然中—晚奥陶世也发育短暂平行不整合，造成一间房组缺失，但是大规模抬升时期为奥陶纪末。奥陶纪末期的古隆起形成[12-13]，掩盖了塔西南坳陷下寒武统为沉积相变减薄的现象，导致地层减薄即为古陆的观点。盆地北部满加尔凹陷的上奥陶统桑塔木组也是沉积在相变减薄的中—下寒武统之上，其奥陶纪末期没有强烈的抬升剥蚀，认为奥陶系和寒武系为继承性沉积，中—下寒武统为相变沉积减薄，塔西南坳陷中—下寒武统沉积格局应该与之相似。

综上所述，震旦纪末期巴楚隆起—塔中隆起东部—玛东冲断带北部地区为古地貌相对高部位（图7），区内下寒武统玉尔吐斯组没有沉积或相变，局部地区肖尔布拉克组也缺失（如玉龙6井附近）。塔西南坳陷也遭受剥蚀，形成西昆仑山前的楔状体，坳陷中段的裂谷内发育南华系—震旦系。早寒武世塔西南坳陷沉降接受沉积，受南华纪—震旦纪裂谷控制，坳陷中部沉积厚度明显大于东部、西部。

3 下寒武统烃源岩分布特征

塔里木盆地寒武系烃源岩的形成和分布与其沉积环境关系密切，而沉积环境受控于震旦纪末盆地古构造格局。早期研究认为塔里木盆地寒武纪期间基本保持中西部台地、东部盆地的沉积格局[8]，特别是满加尔凹陷在寒武纪期间为欠补偿的深水盆地沉积，形成了较好的烃源岩[14]，已被塔北轮南—塔河地区和塔中地区的油气勘探成果所证实。塔西南坳陷寒武系烃源岩的分布存在争议，其一认为震旦纪末麦盖提斜坡及南部地区处于古构造隆起区，下寒武统玉尔吐斯组没有沉积；其二认为麦盖提斜坡全区均有下寒武统玉尔吐斯组烃源岩分布，但是近期完钻的群古2井和玛东2井没有见到油气显示，玉北区块多口钻井仅见油迹、油斑，可以证实油气供给不足[15]。笔者认为塔西南坳陷有下寒武统玉尔吐斯组烃源岩分布，其受控于震旦纪末古构造格局，即塔西南坳陷中段南华纪—震旦纪裂谷[16]和加里东早期正断层[17]形成的洼槽控制着烃源岩的分布（图8）。最新完钻的罗斯2井处于裂谷之上，在奥陶系蓬莱坝组和上寒武统下丘里塔格组白云岩见到300多米的油气显示，其中蓬莱坝组测试获得高产工业气流，其干气的干燥系数和氮含量等与和田河气田西侧的玛3井、玛8井以及鸟山气藏的山1井均一致[18-19]，断层沟通了白云岩岩溶储层与深层下寒武统烃源岩，间接证实了塔西南坳陷中段丰富的油气源条件[20-21]。

图6 塔西南坳陷东南部南华系楔状体地震剖面（剖面位置见图1）

图7 塔里木盆地震旦纪末古地貌图

图8 塔西南坳陷中段南华系—震旦系地震剖面

下寒武统玉尔吐斯组是一套优质烃源岩，其形成机理、形成模式和赋存状态被很多学者研究[22-24]，提出与上升洋流、大洋缺氧等有关的多种形成模式。玉尔吐斯组中发育含磷结核硅质岩，磷的沉积一般与生物事件有关[25]，大洋深部的缺氧事件使底水富磷质，有学者研究认为磷矿形成与超大陆裂解、生物爆发有关联[26]。硅质岩低的Th/U和Rb/Sr比值也证明了有深部物源和热水注入迹象的沉积环境[27]，结合黑色页岩地球化学特征认为硅质岩的形成与上升洋流的影响有关，其中也蕴含Rodinia大陆裂解的信息[28]。因此，下寒武统玉尔吐斯组烃源岩形成于与上升洋流—热水活动—缺氧事件有关的浅海—陆棚沉积环境中。

早寒武世发生大规模海侵，玉尔吐斯组超覆沉积，此次海侵规模较大，几乎覆盖了整个塔里木盆地，与全球性海平面上升、缺氧事件相对应。在巴楚—塔中隆起古构造高部位上水体较浅，为一套潮坪相沉积（同1井钻遇，属于基底古隆起北侧沉积体系），古隆起周缘海水逐渐变深，浅海—陆棚沉积环境下发育玉尔吐斯组烃源岩。烃源岩是否发育取决于震旦纪末古构造位置，古构造高部位下寒武统玉尔吐斯组一般没有沉积，如巴探5井、玛北1井、玉龙6井、中深1井和塔参1井；构造低部位特别是上震旦统白云岩沉积区域往往下寒武统玉尔吐斯组也有发育，如基底古隆起北部的星火1和塔东1井。基底古隆起南部的塔西南坳陷区，北东向展布的裂谷内则是下寒武统玉尔吐斯组烃源岩发育的有利部位。因此，塔西南坳陷南华纪—震旦纪裂谷分布区域可以间接反映下寒武统玉尔吐斯组分布范围。

4 结论

（1）震旦纪末塔里木盆地发生柯坪构造运动，造成寒武系与下伏地层之间发育区域不整合面。盆地北部地区下寒武统玉尔吐斯组与震旦系齐格布拉克组白云岩平行不整合接触；巴楚—塔中隆起东部下寒武统白云岩与基底花岗岩或变质岩角度不整合接触；盆地南部没有钻井揭示，西昆仑山前露头区泥盆系盖在震旦系之上。塔西南坳陷东南部地震资料上存在向北尖灭的楔状体，推测为南华系，与上覆寒武系为角度不整合接触。

（2）震旦纪末塔里木盆地发育巴楚隆起—塔中隆起东部和南北两侧坳陷的古构造格局。北侧有星火1井和塔东1井等钻探证实；南侧只能通过中—下寒武统碳酸盐台地结构来反推，结合中寒武统发育向西昆仑山前的前积反射体和奥陶纪末形成塔西南古隆起的认识，塔西南坳陷中—下寒武统向西昆仑山前过渡为斜坡—盆地相，这与早寒武世大规模海侵和柯坪运动大范围剥蚀夷平作用形成下寒武统肖尔布拉克组沉积期缓坡型台地相对应。

（3）塔西南坳陷下寒武统烃源岩发育受控于震旦纪末古构造格局，主要分布在塔西南坳陷中段北东向展布的南华纪—震旦纪裂谷区和西昆仑山前。震旦纪末古构造高部位下寒武统玉尔吐斯组一般没有沉积，构造低部位特别是上震旦统白云岩发育区域往往有下寒武统玉尔吐斯组发育。塔西南坳陷下寒武统玉尔吐斯组沉积环境为斜坡—盆地相，烃源岩形成与上升洋流—热水活动—缺氧事件有关。