塔里木盆地库车坳陷膏盐岩分布特征及油气地质意义

2021-11-25宋金鹏田盼盼代俊杰杨连刚戴瑞瑞郭喜阳

断块油气田 2021年6期

宋金鹏，田盼盼，代俊杰，杨连刚，戴瑞瑞，郭喜阳

（1.中国石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆库尔勒 841000；2.中国石油塔里木油田分公司克拉油气开发部，新疆库尔勒 841000；3.中石油煤层气有限责任公司勘探开发事业部，陕西延安 717200；4.中国石油新疆油田分公司准东采油厂，新疆克拉玛依 834000）

膏盐岩是指在有充足的盐类物质来源、封闭和稳定的沉降构造条件，以及干旱—半干旱的气候条件下形成的蒸发岩[1]，主要由石膏、硬石膏、变水石膏、石盐、盐类物质组成。膏盐岩致密，塑性强，易流动，其存在对有机质的生成、演化[2-3]，压实、成岩作用[4]及原生孔隙的保存[2]，油气运移[5-6]、保存及油气藏的形成[7-8]均具有重要作用。资料显示，膏盐岩沉积盆地的油气资源量巨大，全球膏盐岩沉积盆地约占已发现工业油气流沉积盆地的58%，却控制着已探明油气储量的90%[9]。

1 膏盐岩成因及物质来源

库车坳陷位于塔里木盆地北部，属于南天山褶皱带南缘再生前陆盆地[10-11]，面积 3.7×104km2，内部分为北部单斜带、克拉苏构造带、秋里塔格构造带、南部斜坡带、乌什凹陷、拜城凹陷及阳霞凹陷等构造单元（见图1）。该坳陷内新生代发育古近系库姆格列木群（E1-2km）和新近系吉迪克组（N1j）2套巨厚膏盐岩层。近年来，KS2，DN2，ZQ1等盐下大型油气藏持续获得重大发现，进一步证实了库车坳陷膏盐岩下具有广阔的勘探前景。但膏盐岩埋藏深，分布复杂，钻井工程难度大。

图1 库车坳陷构造单元划分及膏盐岩垂向分布

各地区样品的分析结果表明：海相环境下，w（Sr）/w（Ba）（w 为质量分数）大于 1.0，w（Sr）/w（Ca）和 w（Mn）/w（Fe）均大于 0.2；而陆相环境下，w（Sr）/w（Ba）小于0.6，w（Sr）/w（Ca）和 w（Mn）/w（Fe）均小于 0.2[12-13]。同时，陆源物质越丰富，w（Ti）和 w（87Sr）/w（86Sr）越高：现代海水的 w（87Sr）/w（86Sr）约为 0.709 20，云南勐野井混源盐岩的 w（87Sr）/w（86Sr）为 0.707 12～0.709 73，柴达木盆地陆源盐岩的 w（87Sr）/w（86Sr）为 0.711 50～0.711 60[14-15]。

区域构造演化及元素质量分数表明（见表1）：早白垩世的库车坳陷处于弱伸展环境[16]，构造稳定，发育多期叠置连片的湖相扇三角洲、辫状河三角洲沉积；晚期受南北向构造挤压应力作用，坳陷内发生较大规模的隆升和剥蚀[17-18]。古新世时期，库车坳陷气候干旱炎热，地势西低东高，经受来自西南部的大规模海侵，海水为古近系盐岩沉积提供了重要物质来源。在构造较稳定、气候长期干热的条件下，强蒸发作用导致水体盐度增加，在坳陷中西部的拜城凹陷结晶析出大面积、巨厚膏盐岩，厚度可达3 000余米，局部有盐岩透镜体出露地表。

表1 库车坳陷膏盐岩元素质量分数及比值

始新世喜马拉雅运动期间，新特提斯洋闭合[19-20]，受印度板块和欧亚板块远距离碰撞挤压效应的影响，南天山造山带开始隆升，库车坳陷发生大规模海退；同时，逆冲推覆区域向东发育，沉积中心向东移动至秋里塔格构造带东段。中新世时期，库车坳陷东部地区发育为澙湖，此时的沉积中心在阳霞凹陷附近地区，该时期样品的 w（87Sr）/w（86Sr）及 w（Ti）等较高，表明陆源物质注入残余海水，混合后高度浓缩，形成吉迪克组巨厚的膏盐岩沉积。

2 膏盐岩垂向岩性组合特征

受沉积及构造活动的影响，库车坳陷E1-2km膏盐岩层岩性多样，主要由盐岩、硬石膏岩、泥岩、膏质泥岩、白云岩、泥质粉砂岩等组成，垂向分布及组合特征复杂。其中，克拉苏构造带西部地区E1-2km膏盐岩垂向分为2层，上部以盐岩为主，下部以膏泥互层为主；东部地区E1-2km膏盐岩则主要为盐、膏、泥互层沉积，底部均发育1套或多套石膏夹白云岩沉积组合。而库车坳陷东部地区N1j膏盐岩的中上部以厚层蓝灰色泥岩、厚层膏岩、盐岩为主，下部发育膏泥岩互层，底部以粉砂岩为主；西部地区N1j膏盐岩的岩性为砂泥互层。

根据录井、测井及取心资料，将膏盐岩层垂向岩性组合分为4个类型。

——MG型（泥-膏型）以薄层膏质泥岩、泥膏岩与盐岩、膏岩频繁互层为主，反映了水体经历多次的淡—咸—盐—淡变化。单个组合厚度不等，一般为10～150 m。该类型多出现在E1-2km中上段，平面上多分布在沉积边缘（如克拉苏构造带北缘KS，BZ地区）。

——GS型（膏-盐型）主要为厚层盐岩、膏岩夹薄层泥质岩类。单个组合厚度一般为20～300m，局部可达600m。该类型多集中出现在E1-2km中段，平面上分布在膏盐岩沉积中心，为气候干燥炎热、长期较稳定环境的产物。

——GD型（膏-灰型）以灰质、云质岩类为主，夹薄层膏质岩，岩性组合自下而上为泥岩、泥膏岩、白云岩、泥灰岩、泥膏岩、泥岩。单个组合厚度一般为10～25 m，库车坳陷西部局部地区灰质、云质岩类发育多期，厚度不等。该类型多出现在E1-2km下段，平面上发育较稳定、分布范围广，是盐底的重要标志层。

——GM型（膏-泥型）以厚层含膏泥岩、膏质泥岩为主，夹薄层膏岩、盐岩，局部含薄层灰质、云质岩类。该类型多出现在E1-2km上段，自下而上依次发育泥岩、膏质泥岩、泥膏岩、盐岩、泥灰岩、泥岩，平面上多分布在沉积中心外围。

录井、测井资料证实，库车坳陷古近系、新近系发育典型的蒸发岩沉积旋回：在湖水浓缩（E1-2km时期）后淡水大量注入（N1j时期）的过程中，自下而上依次发育砂泥岩、白云岩、膏质泥岩、膏岩、盐岩、膏岩、膏质泥岩、砂泥岩，局部夹薄层碎屑岩，相应的岩性组合呈GM—GD—MG—GS—MG—GD—GM分布。

3 膏盐岩平面分布规律

受沉积时古地形和后期构造作用的影响，库车坳陷膏盐岩层呈北厚南薄、西厚东薄的特点，垂向分布形态与现今地层产状基本一致。膏盐岩集中分布在克拉苏构造带和秋里塔格构造带，平面上的展布形态与构造带和主要逆冲断裂带走向一致，呈近东西向分布；南北向受沉积相变及挤压应力的影响，作为主要滑脱层的膏盐岩层发生塑性流动变形，厚度变化大。

其中，E1-2km膏盐岩主要分布在拜城凹陷、克拉苏构造带、秋里塔格构造带等中西部地区，厚度在100～3 000 m。克拉苏构造带中部地区厚度最大，可达4 400 m；秋里塔格构造带西部地区次之，向东至秋里塔格构造带中段地区尖灭（见图2）。而N1j膏盐岩主要位于秋里塔格构造带东段—阳霞凹陷西部、南部斜坡带东部地区。秋里塔格构造带东段厚度最大，厚度超过2 700 m，岩性主要为巨厚盐岩层夹薄层粉砂岩；向西岩性主要为砂泥互层夹薄膏岩，至秋里塔格构造带中部地区尖灭；北部构造带因遭受剥蚀，残余厚度较薄（见图2）。

图2 库车坳陷E1-2km，N1j膏盐岩平面分布

干旱条件下，湖水持续蒸发浓缩，卤水达到饱和后将按矿物的溶解度大小依次析出碳酸盐、硫酸盐和石盐等，相应的平面分布也具有明显的规律性：从水体边缘到沉积中心，呈砂泥岩—石灰岩—白云岩—膏岩—厚层盐岩的环带状分布。当季节性洪水补给陆源碎屑，或风暴使水体振荡，正常析出序列会遭到破坏而夹杂薄层碎屑沉积。

4 膏盐岩油气地质意义

膏盐岩性质特殊，对油气生成、演化、运移及保存等各个阶段均有明显的积极作用。

首先，膏盐岩热导率高，热传导效应明显，可有效延缓有机质的热演化。室内常温下，盐岩的热导率比砂泥岩等常见沉积岩高2～4倍，而杂基和孔隙内的流体可使其热导率比常见沉积岩高10～30倍[21]。与无盐地区（见图3a）相比，库车坳陷发育的巨厚膏盐岩将下部正常地层的热量、有机质演化生成的热量向上快速传递，大幅降低了盐下地层的温度（见图3b，3c），使得侏罗系、三叠系烃源岩的生烃高峰延缓至新近纪晚期[22]。而坳陷内部的大型逆冲褶皱系及系列逆冲断层，主要形成于新近纪上新世喜山末期，排烃高峰则位于新近纪中、上新世。生、排烃高峰迟于构造圈闭形成，沉积储层和构造圈闭集中发育在盐下的极佳“生、运、储、盖”时空耦合关系，对于油气藏的形成极为有利。

图3 库车坳陷埋深与地层温度、地层压力的关系

其次，膏盐岩异常致密，有利于异常高压的形成。石膏在压实过程中转化为硬石膏，并释放出大量的水分，脱出的水分滞留在致密膏盐岩层内，引起泥岩欠压实而形成异常高压（见图3d—3f）。异常高压阻碍了上部地层正常的压实作用，也使下部白垩系储层的成岩作用演化进程明显放缓（如抑制石英次生加大），有利于储层孔隙度的保存，显著改善了目的层的储集物性。

库车坳陷膏盐岩层异常高压与致密的物理性质，共同形成了极佳的封盖能力，与白垩系储层、侏罗系和三叠系烃源岩形成了优质的生、储、盖组合。同时，当埋深大、温度高、内部发育薄层泥岩时，膏盐岩塑性显著增强，易流动，可以很好地阻隔、吸收强烈的构造应力。勘探成果已证实，上新世时期库车坳陷克拉苏构造带盐下地层的挤压、断裂等构造活动强烈，但E1-2km膏盐岩的突破压力达60 MPa，仍极好地保存了下部的构造圈闭形态，并有效封堵油气，形成多个大型高压油气藏（见图4）。