银额盆地居延海坳陷地层归属探讨

2020-08-18张进学李付雷杨升权张博恩马玉柱

石油地球物理勘探 2020年4期

张进学李付雷孙博杨升权张博恩马玉柱

（东方地球物理公司研究院乌鲁木齐分院，新疆乌鲁木齐830016）

1 概况

银额（银根—额济纳旗）盆地位于古亚洲洋与特提斯洋的交会部位，处于华北板块与塔里木板块、天山—兴安造山系与秦—祁—昆造山系的交切、复合地带［1-3］，经历了早白垩世（K1）断陷和新生代（E-Q）坳陷构造演化阶段。居延海坳陷位于银额盆地西部，发育乌珠尔、路井、天草等八个凹陷（图1），东部紧邻绿园隆起。目前勘探程度低，下白垩统（K1）的地层归属存在分歧［4-7］，这对于盆地的早期评价与勘探方向的选择有着很大的影响。

为了明确地层归属，本文通过镜质体反射率、古生物化石分析及地层岩电特征、地震反射特征对比，提出了不同认识，并据此分析坳陷的二叠系勘探潜力。

图1 银额盆地居延海坳陷区域位置图

2 地层划分依据

前人认为，居延海坳陷基底为石炭—二叠系，盖层为中新生界。其中，白垩系主要以下白垩统巴音戈壁组（K1b）、苏红图组（K1s）为主，一般厚度为1500～3000m，最厚可达4000m以上；石炭—二叠系推测最大厚度为2400m［8-11］。K1b可进一步细分为一、二、三段，即K1b1、K1b2、K1b3；K1s可进一步细分为一、二段，即K1s1、K1s2。根据镜质体反射率、古生物化石分析、地层岩电特征和地震反射特征，本文将前人划分方案中的K1b归为二叠系。

2.1 镜质体反射率分析

镜质体反射率可以用于估算地层剥蚀量，也可以用于识别地层不整合面［12］。

按照区域构造和沉积特征，银额盆地古生代与中生代之间发育海西褶皱运动，二叠系和白垩系之间呈区域角度不整合接触或者大型沉积间断。

从天1井镜质体反射率曲线（图2）可以看到，在K1b沉积末期，埋深1425m处镜质体反射率值有一个突变点，反映在地层沉积过程中有一次大的构造运动或者沉积间断。

因此，推测此界面应为中生界与古生界二叠系之间的界面，而前人把该界面上、下地层都划归为下白垩统［13］。

图2 天1井镜质体反射率随深度变化曲线

2.2 古生物化石分析

2017年完钻的蒙额地1井（位于乌珠尔凹陷）在K1b（前人划分方案）获得了延吉叶肢介动物群中的延吉叶肢介未定种、新叠饰叶肢介未定种、加氏圆通古斯卡叶肢介（比较种）、额济纳旗半圆李氏叶肢介（新种）和内蒙古点列叶肢介（新种）等古生物化石。这些古生物化石均为晚二叠世代表性叶肢介，与中国甘肃肃南县上二叠统肃南组和内蒙古东部上二叠统陶海营子组所产的半圆李氏叶肢介非常相似。据此，古生物化石证据支持将K1b划归二叠系。

2.3 岩电特征分析

根据区域沉积背景，二叠系和白垩系具有不同的岩性特征和电性特征。

图3 银额盆地居延海坳陷天1井地层划分

以天草凹陷天1井为例（图3），白垩系（本文地层划分方案）碎屑岩矿物主要为石英和长石，岩屑含量低，含砾粗—中砂岩中石英、长石、岩屑和黑云母含量分别为64%、20%、15%和1%，呈次棱角状—次圆状；中—细砂岩中石英、长石、岩屑含量分别为45%、47%～50%、4%～15%，以变质岩岩屑和泥岩岩屑为主，呈次棱角状—次圆状，分选较好，火山岩成分不发育，具有低声波时差、低电阻特征。二叠系（本文地层划分方案，前人方案中的K1b）碎屑岩中石英、长石、岩屑平均含量分别为20%～30%、10%～25%、40%～70%；岩屑成分以中酸性火山岩岩屑为主，少量变质岩屑；岩性以细砾岩、砂砾岩、含砾砂岩为主，呈次棱角状，岩石结构和成分成熟度都较低，具有低声波时差、高电阻的特征。

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路井凹陷钻井揭示二叠系（本文地层划分方案，前人方案中的K1b）石英、长石、岩屑含量分别为10%～30%、10%～35%、50%～80%，岩屑成分以中酸性火山岩岩屑为主，少量变质岩屑，分选差，呈次棱角状，具有矿物成分成熟度和结构成熟度低的特点，与天草凹陷基本类似。

乌珠尔凹陷额探2井钻遇K1b（前人地层划分方案）以火山岩成分为主的角砾岩较发育，火山岩锆石年龄测算为294.1±5.7Ma，应归为二叠系。

另外，居东凹陷居参1井K1b（前人地层划分方案）主要以含凝灰质泥岩、火山岩成分的砾岩为主。该套地层向北抬升、剥蚀并出露地表，在蒙古国诺颜坳陷二叠系普遍可见，进一步提供了居延海坳陷白垩系K1b（前人地层划分方案）属于二叠系的证据。

2.4 煤系地层对比

蒙古国南戈壁省诺颜坳陷（临近居延海坳陷北侧）广泛发育二叠系煤系地层。居延海坳陷与其具有统一的沉积演化背景，因此煤系地层可以作为地层对比、划分的重要标志之一。

该套煤系地层在蒙古国南部广泛分布，自西部阿尔泰到东部南戈壁省地层时代由老变新（即早石炭世—晚石炭世—二叠纪），与自西向东海水逐渐退出的沉积演化规律一致。乌珠尔凹陷蒙额地1井K1b钻遇煤层11层，累计厚度9.29m，单层厚度最大为3.19m，与诺颜坳陷二叠系煤系地层具有相同的岩石学特征。这一结果表明居延海坳陷K1b属于二叠系可能性更大。同时，这突破了以往银额盆地二叠系没有煤系地层的认识，为重新评价银额盆地二叠系的勘探潜力提供了依据。

2.5 地震反射特征

在银额盆地构造演化过程中，晚海西运动导致居延海坳陷挤压抬升，二叠系遭受不同程度的剥蚀，斜坡和凹陷区剥蚀作用较弱。该时期自西向东形成了凹凸相间的构造格局，缺失三叠系及侏罗系早期的沉积。至早白垩世，居延海坳陷开始断陷沉积。所以二叠系与上覆地层之间形成区域不整合界面，并且在盆地周缘露头清楚可见不整合接触关系。

图4 过天草凹陷的南西—北东向二维地震解释剖面

近年来，天草凹陷实施了三维地震勘探［14-18］。从北西—南东向三维地震剖面（图5a）［19］可见，K1s1广泛分布于天草凹陷，K1s1底地震反射波形较稳定，为2个相位、中等振幅、较连续反射，与下伏反射层呈低角度不整合接触，K1s1底界面之下K1b3的地层削截现象明显（红色箭头所示）；之上可见K1s1上超现象（蓝色箭头所示）。K1s1底界面为区域不整合面，在全区可以对比、追踪。从三维资料区的北西—南东向剖面（图5）和南西—北东向剖面（图6）可见，该不整合界面分布稳定，剥蚀和超覆特征明显。不整合面上、下地震反射波组差异较大，之上呈中强振幅、连续性较好、波组相间出现特征；之下呈中强振幅、连续性较差、短轴状同相轴特征。

通过已钻井的地层及沉积背景的分析，白垩系内部（巴音戈壁组和苏红图组之间，K1s/K1b）应为连续沉积，不存在区域角度不整合面。结合前述的岩性特征及镜质体反射率的分析，根据井震标定，该不整合面应为古生界和中生界的分界面，本文认为应该是K1b和二叠系的分界面（图5b）。

从过天草凹陷南西—北东向地震剖面（图6）可以看出，K1b、P、C三套构造层反射特征清楚，其中：白垩系底与二叠系呈明显角度不整合接触，具有下剥、上超特征；二叠系沉积后期遭受基底隆升作用，反转后形成现今的大型鼻隆构造；石炭系为次连续、中弱振幅的杂乱反射特征，与上覆二叠系呈不整合接触关系。

综上所述，前人划分方案的K1b（K1b1、K1b2和K1b3）应归为二叠系。

图5 过天草凹陷的北西—南东向三维地震解释剖面

图6 过天草凹陷的南西—北东向三维地震解释剖面

3 二叠系勘探潜力分析

本文利用新采集的三维地震资料，利用层位归属新认识，通过构造精细解释，落实了居延海坳陷二叠纪凹凸相间的构造格局。北部路井凹陷具中间薄、两边厚的特点，最大残余厚度（图7）超过3300m，底界埋深为750～3950m；南部天草凹陷具北厚南薄的特点，最大厚度超过3000m，底界埋深350～4050m［20］。

图7 居延海坳陷西部二叠系残余厚度图

二叠系暗色泥岩最大厚度约为500m，烃源岩最大厚度约为400m。天6井等揭示暗色泥岩、碳质泥岩有机碳含量均比较高，平均在2%以上。依据古近系沉积前古埋深计算源岩镜质体反射率，二叠系源岩在古近系沉积前大部分地区镜质体反射率已达0.7%的生烃门限，目前已进入大量生、排烃阶段。预测石油资源量为9600万t，天然气资源量为240亿m3，油气当量合计1.2亿t。因此，居延海坳陷二叠系具有较大油气勘探潜力。