塔里木盆地麦盖提斜坡皮山北新1井白云质角砾岩地层时代厘定

罗少辉, 李九梅, 王 辉

1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011 2.河北工程大学河北省资源勘测研究重点实验室，河北 邯郸 056038 3.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

0 引言

塔里木盆地油气勘探主要目的层以古生界为主，对中生代以来研究突破较小。其中，位于麦盖提斜坡的玉北地区整体缺失中生界，只在皮山北新1井古近系膏岩之下钻遇一套6 884～7 150 m以白云质角砾碳酸盐岩为主的沉积层，前人对该套地层油气成因及圈闭类型进行了研究[1-2]，但未进行系统的地层划分分析。张长建等[2]对皮山北新1井区的构造模式及演化做了详细的研究，认为该区发育典型的复式破火山口构造，其经历了海西期以来完整的火山喷发、塌陷、复活和再塌陷的演化阶段。

由于该区为岩浆构造，构造演化复杂，且邻区可用于地层对比的钻井、露头资料较少，对这套古近系膏岩盐之下的角砾岩地层特征认识不清，制约了对该区的下步勘探部署，因此准确厘定其时代归属、预测其平面展布，对理清麦盖提斜坡白垩纪—古近纪沉积特征具有重要的地质意义。本文结合皮山北新1井大量岩心、钻测井、元素及地震资料等，在岩石学、古生物及地球化学分析基础上，对该井钻遇的一套白云质角砾岩的特征及地层时代进行深入研究，以期对下步油气勘探具有指导意义。

1 地质背景

皮山北新1井位于新疆维吾尔自治区皮山县境内，地处天山南麓的塔里木盆地塔克拉玛干沙漠西南部，其构造位置处于麦盖提斜坡与叶城和田凹陷的结合部位(图1)。该井是塔里木盆地麦盖提斜坡皮山构造高部位的1口探井[1]。该区经历了加里东中期、海西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等多期构造运动。

图1 塔里木盆地皮山北新1井构造位置图Fig.1 Tectonic location of Well PSBX1 in the northern Tarim basin

塔里木盆地为多期叠合盆地[3]，麦盖提斜坡现今格局呈现为一大型南倾斜坡，前期研究认为其绝大部分地区自下而上发育震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、古近系、新近系、第四系，志留系、泥盆系局限分布，缺失中生界。利用塔西南周缘造山带的露头资料，发现前人[4-12]对塔西南地区白垩系—古近系均进行过深入研究。郝诒纯等[6]认为塔西南地区白垩纪—古近纪发育海相沉积，海相沉积的发育与塔里木海湾的演化史有关，白垩纪晚期，受燕山期构造活动影响，特提斯海水自塔里木盆地西北侵入盆地内部，但并未影响麦盖提斜坡，古近纪海侵得到继承和发展，开始进入研究区。张长建等[2]认为中二叠统沉积末期，皮山北新1井区深部地幔热源上拱，从而在井区形成一系列正断层，随着岩浆活动加强，深部岩浆沿断裂呈裂隙式喷发，火山喷发结束后，深部岩浆房坍塌形成破火山口。

2 皮山北新1井角砾岩特征

2.1 地层岩电特征

皮山北新1井古近系膏岩之下发育碳酸盐岩，岩性为浅灰色灰质白云岩、角砾状白云岩、粉—细晶白云岩，以及灰色泥质灰岩、深灰色泥岩、浅黄灰色—灰色泥晶灰岩、灰色白云质灰岩，灰色泥岩。

常规测井响应特征为：自然伽马(GR)值约为30 API；双侧向电阻率曲线多重合，深侧向电阻率(RLLD)为10～100 Ω·m；声波时差(AC)值为164～197 μs/m；密度(DEN)为2.65～2.72 g/cm3(图2)。

2.2 皮山北新1井角砾岩分段特征

皮山北新1井角砾岩段下部取心段化石丰富，根据岩心观察，下部取心段可进一步细分为3个组段，自下而上分别为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3段(图3)。上部取心段化石减少，根据岩性特征可进一步细分为4个组段，自下而上分别为Ⅱ段(角砾状白云岩段)、Ⅲ段(角砾岩段)、Ⅳ段(角砾状白云岩段)和Ⅴ段(角砾岩段)(图4)。

Ⅰ-1段：上部，灰黑色白云岩，颜色比下部稍浅，在剖面上，可见具有一定的定向排列的扁平状砾石，但是整体岩性主要是灰黑色白云岩；下部，灰黑色白云岩，可见少量砾石呈漂浮状，砾石磨圆较好，发育被沥青充填的溶蚀孔洞，陆源碎屑较多，多为硅质，含量变化大。

Ⅰ-2段：灰黑色纹层白云岩，岩心表面见到大量的变形特征。浅色为白云岩，暗色有机质含量相对丰富，在一定的地质条件下会形成滑动变形的镜面构造。下部具有一定的陆源硅质碎屑物质的发育。

Ⅰ-3段：角砾岩。角砾成分复杂，主要由灰黑色—深灰色粉晶白云岩、灰白色结晶灰岩、灰白色粉晶白云岩及少量玉髓、石英组成(陆源硅质碎屑成分和结构比较复杂)。灰白色灰岩砾石基本没有磨圆和分选，白云岩砾石(不论颜色)都具有一定的磨圆与分选，在泥岩表面上，可见到黄铁矿颗粒，裂缝发育，并被方解石和白云石及少量沥青充填。

Ⅱ段：角砾状白云岩。与上段区别主要在于砾石颗粒是否发生位移。本段岩心破碎严重，岩心表面裂缝呈网状，溶蚀孔洞主要发育在砾石颗粒之间的胶结物中，并多被石膏等充填。可能意味着在发生岩溶作用后，颗粒较小，溶蚀比较充分。

Ⅲ段：角砾岩。为成分相对单一的角砾岩，多块白云岩角砾，破碎后，期间为亮晶白云岩胶结，并偶见方解石胶结物，角砾岩呈现漂浮状，砾石分选和磨圆都较差，此段陆源碎屑较多，局部单块硅质体积分数达40%，且硅质多磨圆，颗粒较大。胶结物中溶蚀孔洞发育，裂缝发育，多为低角度缝，储层物性较好。

Ⅳ段：角砾状白云岩。主要岩性为灰色粉晶白云岩，发育溶蚀孔洞，且被云岩、膏质等充填。局部发育大量斜缝。

Ⅴ段：角砾岩。角砾成分较复杂，角砾主要岩性为灰白色亮晶灰岩、灰色粉晶白云岩及灰色粉晶白云岩，硅质陆源碎屑含量较低。其角砾具有一定的磨圆，颗粒大小为1～2 mm。灰岩、白云岩角砾大小差异很大，完全没有分选性，浅灰色灰岩完全没有磨圆，而白云岩砾石具有一定的磨圆。

通过岩心观察认为：皮山北新1井角砾岩上部层段陆源物质很少；角砾分选差、磨圆差，角砾颗粒上见早期成岩作用形成的构造裂缝；取心、成像测井解释见膏质团块。角砾岩搬运距离稍远，但是也属于近源堆积，角砾状白云岩是极近或原地快速堆积而成，角砾岩、角砾状白云岩互相叠置，说明其角砾岩的成因与岩溶或膏溶作用有关，角砾岩上部层段初步判断其成因可能属岩溶、膏溶成因。角砾岩下部层段沉积构造发育，有一定数量的陆源碎屑，颗粒物较细小，其成因可能与上部层段具有较大差异，可能与小型洼地的滑塌等作用有关。

图2 皮山北新1井古近系、白垩系综合柱状图Fig.2 Integrated Paleogene and Cretaceous column of Well PSBX1

图3 皮山北新1井角砾岩下段岩心照片与分段柱状图Fig.3 Lower breccia section core photos and Stratigraphic column of Well PSBX1

2.3 地震反射特征

白垩系角砾岩地层速度约为5 800 m/s，上覆古近系阿尔塔什组膏泥岩地层速度约为4 800 m/s，上下地层产生较大的反射系数(T30地震反射波)，形成两谷夹一峰的连续中—强反射波组特征。当白垩系顶部储层发育时，与上覆地层形成的反射系数变小，反射能量变弱，形成连续强反射背景下的相对弱反射特征[2]，井震匹配关系较好(图5)。

通过分析剖面上地震反射同相地震物理特征及接触关系，确定了古近系膏岩之下碳酸盐岩的地震层序特征。综合考虑沉积体的外形、侧向接触关系及其岩相环境等方面的对应关系，皮山破火山口整体构造层可分为下部古生界基底、中层杂乱火成岩层、白垩系沉积构造层及新生界4套结构。沉积构造层分布于外环凹陷区和核心凹陷区，目前钻井仅揭示沉积构造层最上的白云质角砾岩，其地震特征表现为中强振幅、连续好、平行反射结构、充填构形。

图4 皮山北新1井角砾岩上部岩心照片与分段柱状图Fig.4 Upper breccia section core photos and stratigraphic column of Well PSBX1

图5 皮山北新1井合成地震记录Fig.5 Synthetic seismogram of Well PSBX1

白云质角砾岩沉积构造层整体表现为从中间向周围变薄的趋势，在角砾岩体东部位置其尖灭点表现为中强振幅向弱振幅的突变点，在角砾岩体北部位置表现为塌陷湖盆的湖盆边缘，地震特征为逐层上超的最高位置。从地震解释情况来看，白云质角砾岩的分布范围受控于首次破火山口的塌陷作用，而厚薄趋势可能受控于复活之后的坳陷作用(图6)。

3 地层划分证据

皮山北新1井钻揭的白云质角砾岩地层上、下段隶属于不同的时代，上段为古近系吐依洛克组，下段为白垩系依格孜牙组。白垩系和古近系的界线，是地质历史上的一个重大地质事件，由于它涉及曾盛极一时的恐龙类的绝灭，哺乳动物的兴起，其他许多生物类别的衰退、消亡与复苏以及全球自然环境的巨变。作为这一灾变事实物质记录的灾变事件层，可为识别和确定白垩系与古近系界线提供重要依据[6]。

灾变现象除生物的绝灭与复苏外，还发现天体物质的大量加入，使得界线层中铱、钴、镍等元素和碳、氧稳定同位素异常。这与生物灾变有着共同的切入点，两者显示了良好的同步性和一致性。这就为确定白垩系与古近系界线提供了良好的标志与物质记录。

3.1 生物地层划分依据

皮山北新1井角砾岩古生物化石特征对皮山北新1井取心段进行了大量古生物分析：吐依洛克组多未检测到化石，依格孜牙组岩心薄片以及以下地层的岩屑薄片鉴定中发现大量的生物化石碎片。样品的统计结果表明:依格孜牙组薄片上生物碎屑主要有棘屑、腕足、介形虫、褐藻等，在岩石结构组分中生物碎屑体积分数丰富，最高可达72.0%，样品平均生物碎屑体积分数为40.5%。而吐依洛克组极少见到生物化石，仅在该组顶部见到少量生物碎屑，组分占30.0%，局部见到棘屑类生物碎片，总体生物不发育；同样在海相碳酸盐岩沉积物中，生物化石发育特征具有较大的突变性。这说明在该处附近存在一个造成生物大量灭绝的事件。在白垩纪末期存在一次地质事件，造成海洋水体发生了重大的变化，大规模生物灭绝，此后一段时间内，缺少生物化石的记录；在大灭绝事件数10万年后，海洋重新恢复生机，开始有生物化石的记录，但是生物化石总量还较少。

图6 皮山北新1井区角砾岩地震反射特征 Fig.6 Seismic reflection of breccia in Well PSBX1 area

皮山北新1井依格孜牙组发现比较丰富的孢粉化石，其中以下部深灰色岩性中最为丰富。孢粉化石主要来源于填隙物中的碎屑成分。具体孢粉分布和组合特征如下。

少量蕨类孢子：芦木孢属Calamospora，圆形光面孢属Punctatisporites，拟套环孢属Densoisporites，光面单缝孢属Laevigatosporites，具唇孢属Toroisporis，克鲁克孢属Klukisporites，圆瘤孢属Rotverrusporites。大量裸子植物：松科Pinaceae，云杉粉属Piceaepollenites，双束松粉属Pinuspollenites，杉粉属Taxodiaceaepollenites，克拉梭粉属Classopollis，环圈克拉梭粉Classopollisannulatus，雪松粉属Cedripites，罗汉松粉属Podocarpidites，单远极沟粉属Monosulcites，无口器粉属Inaperturopollenites，周壁粉属Perinopollenites，微囊粉属Parvisaccites，圆形粉属Rotundipollis，假云杉粉属Pseudopicea。另有少量有待进一步确认的被子植物花粉。

皮山北新1井K/E地层划分依据郝诒纯等[6]认为塔里木盆地西南地区白垩系-古近系的界线应在依格孜牙组与其上覆的吐依洛克组之间，这是一条反映有机界重大变革的自然界线。依据包括：1)在塔西南地区阿克彻依、阿尔塔什和乌依塔克等剖面的依格孜牙组中找到丰富的固着蛤类化石，说明固着蛤动物群在依格孜牙组中上部很繁盛，到该组顶部完全消失，没有延续到吐依洛克组，前人[6]的工作早已确认固着蛤类是海相无脊椎动物中在白垩纪末集群绝灭的重要类别之一，据此可以推断白垩系-古近系间的界线位于依格孜牙组与吐依洛克组之间。2)孢子花粉较系统地分析研究表明，依格孜牙组的孢粉组合具典型的赛诺期特征，吐依洛克组中没有找到孢粉化石，阿尔塔什组的孢粉组合中含多种被子植物孢粉，与中亚地区及我国许多其他地区对比，其时代应属早、中古新世。

3.2 碳氧同位素划分依据

许靖华等[13]认为白垩系与古近系界线地层碳同位素异常变化是全球各地普遍存在的现象，变化的总趋势是由正值偏向负值，或由大变小，平均变化幅度为3‰～4‰。孟昌等[5]认为塔西南地区库孜贡苏剖面白垩系与古近系界线地层的碳稳定同位素分析结果也存在上述异常。依格孜牙组δ13C值全为正值，变化幅度不大，为3.74‰～4.63‰，反映了较为稳定的海相环境。在吐依洛克组底部δ13C值存在着显著的负异常。吐依洛克组与依格孜牙组之间存在着一次地质事件，它打破了古海洋水体中地球化学配制的稳定平衡状态，从而导致整个古海洋中生物链之破坏，造成碳同位素分馏平衡被打破，引起生物集群绝灭。

利用δ13C对皮山北新1井白云质角砾岩井段开展地层划分，认为在古近系吐依洛克组δ13C均为负值，为-1.00‰～-2.20‰，平均-1.55‰，在白垩系依格孜牙组δ13C均为正值，为1.30‰～3.80‰，平均2.64‰(图2)。在吐依洛克组与依格孜牙组之间存在碳同位素的突变，暗示该处附近可能存在造成同位素变化的事件，指示海洋环境的剧烈变化，这可以与全球K/E界线处对比。皮山北新1井白云质角砾岩段δ18O值也具有上述异常。

3.3 元素地球化学划分依据

自1979年Alvarez 等发现K/T界线中铱异常进而提出地外星体撞击地球论后，全球各地K/T界线处几乎都发现了这一稀有金属元素异常现象[14]。世界各地K/T界线不仅铱元素，而且其他铂族元素也存在丰度异常。K/T界线处普遍出现薄层黏土沉积，其中铂族元素尤其是铱(Ir)元素的含量比它的上下层位高出几倍甚至二三十倍，所以，以生物绝灭事件、地层中的地球化学异常作为研究和确定白垩系-古近系界线的重要依据基本成为共识。

皮山北新1井白云质角砾岩段，自下而上，铂族元素在吐依洛克组与依格孜牙组之间见到明显的异常，其含量明显增大，尤其以Rh、Ru、Ir、Os等最为明显。以Ir这一标志性元素为例，Ir元素在地层中质量分数的基准值是0.05个单位，而该处样品中Ir质量分数为0.33个单位，是地层基准值的6.6倍，而其上、下地层多在基准值附近变化(图2)。该处是一个很明显的突变点，元素地球化学分析认为K/E界线应该在该深度(7 068 m)附近。

4 结论

1)此次研究改变了前期对麦盖提斜坡中、新生界沉积特征的认识，认为白垩系在麦盖提斜坡局限分布，晚白垩世海侵对麦盖提斜坡局部如皮山北新1井区有影响。皮山北新1井区钻揭的中、新生界白云质角砾岩上段为古近系吐依洛克组，下段为白垩系依格孜牙组。

2)皮山北新1井白垩系-古近系的界线与全球普遍存在的古生物特征、碳氧同位素异常、元素地球化学异常具有相同的特征。

3)该套地层的形成也与塔里木海湾的演化发育密切相关。海西晚期的火山活动对该区构造的形成及地层的改造具有重要控制作用，构造滑塌角砾岩和溶塌角砾岩是皮山北新1井区白云质角砾岩的两种成因。

致谢：研究过程中得到了中石化勘探开发研究院的张仲培博士、中国地质大学(北京)万晓樵老师的指导和帮助，在此表示感谢。