許 麗，李江海，王洪浩，黃少英，能 源

(1.造山帶與地殼演化教育部重點實驗室，北京 100871；2.北京大學，北京 100871；3.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

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庫車坳陷大北地區(qū)古近紀沉積特征及鹽湖演化

許 麗1，2，李江海1，2，王洪浩1，2，黃少英3，能 源3

(1.造山帶與地殼演化教育部重點實驗室，北京 100871；2.北京大學，北京 100871；3.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

依據(jù)巖性組合及測井曲線變化，對大北地區(qū)古近系膏鹽巖進行分段研究，結合元素地球化學分析，研究其沉積環(huán)境，建立古鹽湖演化模式。研究認為：該區(qū)古近系膏鹽巖可分為3段，即下部膏泥巖段、中部膏鹽巖段和上部泥巖段。古氣候主要為干熱氣候，湖泊可分為微咸水湖、半咸水湖、咸水湖和鹽湖，為常年性較深水湖泊下的缺氧還原環(huán)境。研究區(qū)鹽湖演化存在多期補給和咸化事件，初始階段(膏泥巖段)對應于3次海侵事件及3次強烈蒸發(fā)階段；中—高級階段(膏鹽巖段)在強烈蒸發(fā)時期發(fā)生2次鹽湖淡化事件；消亡階段(泥巖段)鹽湖快速淡化。該研究為研究區(qū)鹽下油氣勘探提供了地質基礎，對古氣候、古環(huán)境指示具有重要意義。

膏鹽巖；沉積特征；古鹽湖演化；大北地區(qū)；庫車坳陷

0 引 言

鹽湖盆地的鹽下油氣勘探長期以來一直是石油界關注的研究領域[1]。庫車坳陷是中國中西部天然氣儲量發(fā)現(xiàn)最多、油氣勘探和研究程度最高的前陸盆地，是西氣東輸?shù)闹髁鈪^(qū)[2]。大北地區(qū)位于其西部，古近系膏鹽巖分布及變形特征對該區(qū)油氣成藏產(chǎn)生了重要影響，形成煤成氣、特低孔滲、深層(大于5 600 m)等多種類型的特種油氣藏[3-4]。目前，已發(fā)現(xiàn)大北1、大北3、大北201等多個鹽下含油氣構造，具有良好的勘探前景。

研究膏鹽巖區(qū)域分布特征，劃分膏鹽巖內幕層序組合，能為該區(qū)鹽下油氣勘探提供更加可靠的地質基礎；分析膏鹽巖沉積環(huán)境，建立古鹽湖演化模式，對古氣候、古環(huán)境指示具有重要意義。但前人的研究均將膏鹽巖層作為一個整體，主要探討鹽巖變形樣式及鹽構造形成機制[5-6]，對膏鹽巖沉積環(huán)境、鹽內幕層序及古鹽湖演化的研究較少。因此，在前人研究的基礎上，基于井震結合，對庫車坳陷西部大北地區(qū)的膏鹽巖內幕沉積層序進行劃分，并結合重點井的巖屑地球化學分析，分析其沉積環(huán)境，重建古鹽湖演化模式。

1 區(qū)域地質背景

庫車坳陷位于塔里木盆地北部，是盆地重要的油氣勘探區(qū)。古新世—始新世和中新世，庫車地區(qū)處于干旱湖泊—鹽湖的環(huán)境下，在西部和東部分別沉積了古新統(tǒng)—始新統(tǒng)庫姆格列木群(E1-2km)和中新統(tǒng)吉迪克組(N1j)膏鹽巖[7]。鹽巖作為研究區(qū)最重要的滑脫層，起到協(xié)調鹽上層和鹽下層變形的作用。按照該區(qū)變形強弱的不同，庫車坳陷自北向南可劃分為北部單斜帶、克拉蘇—依奇克里克構造帶、中軸凹陷帶、秋里塔格構造帶和南部斜坡帶等5個構造變形帶[8]。其中，克拉蘇—依奇克里克構造帶和秋里塔格構造帶屬于收縮型強變形帶，并分隔了弱變形帶(北部單斜帶、中軸凹陷帶和南部斜坡帶)。

大北地區(qū)位于庫車坳陷西部的克拉蘇構造帶，受控于鹽巖原始沉積和后期塑性流變，該區(qū)為庫車坳陷西部膏鹽巖的主要厚度中心。研究認為，研究區(qū)在垂直于區(qū)域主應力方向(近NE—SW向)，鹽巖厚度變化相對平穩(wěn)。在平行于區(qū)域主應力方向(近NW—SE向)，受天山山前構造帶的擠壓作用，導致膏鹽巖塑性流變，厚度變化較大。膏鹽巖主要集中在研究區(qū)南部的鹽背斜(大宛齊背斜)中，在背斜核部，古近系地層厚度最大可超過6 000 m。鹽下發(fā)育克拉蘇與拜城北2條主斷裂，其夾持的楔形體內派生一系列次級逆沖斷層，形成由北向南的逆沖疊瓦構造。該構造構成的圈閉是大北氣田天然氣富集的有利區(qū)帶[9]。目前，大北1、大北2、大北101、大北102等多口井均獲得工業(yè)氣流。

2 大北地區(qū)膏鹽巖沉積特征

大北地區(qū)膏鹽巖層厚度分布極不均勻，但在層序上具有普遍性規(guī)律。對膏鹽巖內部沉積層段進行劃分能更好地研究該區(qū)膏鹽巖的沉積特征，也是建立鹽湖演化的基礎。

研究區(qū)古近系膏鹽巖為典型陸相蒸發(fā)鹽巖，與海相蒸發(fā)鹽巖相比，該區(qū)含鹽地層巖性變化大，鹽內雜質較多，除石鹽、石膏外，還可見大量泥巖、砂巖、粉砂巖和少量泥質灰?guī)r沉積。由于鹽巖在后期構造應力作用下發(fā)生塑性流變，且流動性規(guī)律較差，在對膏鹽巖段沉積層序進行劃分的過程中，需要剝離鹽巖塑性流的影響。采用的方法是利用詳實的鉆井及三維地震資料，通過井震結合，首先對能夠在全區(qū)進行類比的大套巖性組合進行劃分，建立旋回的基本框架，然后進一步通過相鄰井之間能干層標定，剝離小范圍內膏鹽巖流動對厚度變化的影響。

從劃分結果(圖1、2)可以看出，大北地區(qū)古近系膏鹽巖可進行全區(qū)類比的大套巖性組合可以劃分為3段：下部為膏泥巖段，巖性以石鹽(石膏)和泥巖交互沉積為主，受基底斷裂影響明顯；中部為膏鹽巖段，巖性以石鹽為主，夾少量石膏、泥巖等碎屑巖能干層；上部為泥巖段，巖性以泥巖為主，偶見石膏和石鹽層，厚度較薄，且在全區(qū)厚度變化較小。

圖1 大北地區(qū)近東—西向井震結合剖面

圖2 大北地區(qū)近北東—南西向井震結合剖面

在上述框架基礎上，選取相鄰井之間的能干層作為標尺，剝離鹽巖流動在小范圍內的影響，進一步對膏泥巖段和膏鹽巖段進行劃分。研究區(qū)膏泥巖段自下而上可分為6個亞段，每層厚度不大，約為30～150 m，按巖性特征可分為泥巖層亞段和膏鹽巖層亞段2類，2個亞段相間分布，形成3套旋回。膏鹽巖段自下而上分為3個亞段：最底部Ⅰ亞段(鹽—泥層組合)以石鹽沉積為主，其上部沉積薄層泥巖，沉積較為連續(xù)；中部Ⅱ亞段沉積厚層石鹽，偶爾夾有薄層泥巖及石膏，厚度變化較大，最小為50 m，最大可達850 m；頂部Ⅲ亞段(泥—鹽層組合)厚度約為50～300 m，一部分地區(qū)由泥巖逐漸變?yōu)辂}巖沉積，另一部分地區(qū)為泥巖、鹽巖交互沉積。

3 大北地區(qū)膏鹽巖地球化學分析

地殼中元素的遷移富集規(guī)律，一方面取決于自身的物理化學性質，另一方面取決于地質環(huán)境。因此，沉積巖中元素的含量變化和含量組合在一定程度上能反映古環(huán)境、古氣候[10]。

在對大北地區(qū)古近系膏鹽巖層序組合劃分的基礎上，結合重點井巖屑地球化學分析來探討膏鹽巖的沉積環(huán)境及古氣候。由于石鹽和石膏在溶樣中存在離子混入問題，挑選泥巖、膏泥巖巖屑進行分析化驗。測試的指標主要包括湖泊鹽度、水體深度、氧化還原條件及古氣候。其中，以鎂元素與鈣元素的比值(Mg/Ca，下同)作為區(qū)分鹽度參數(shù)，比值小于0.25表示微咸水，介于0.25～0.50表示半咸水，介于0.50～1.00表示咸水，大于1.00表示鹽湖環(huán)境[11]。湖泊水體深度指標有2個，一個是釩元素、鎳元素與錳元素之和(V+Ni+Mn，下同)；另一個是鐵元素、鋁元素之和與鈣元素、鎂元素之和的比值[(Fe+Al)/(Ca+Mg)，下同]。(V+Ni+Mn)含量介于150.00×10-6～170.00×10-6μg/g為濱淺湖，介于170.00×10-6～190.00×10-6μg/g為半深湖，大于190.00×10-6μg/g為深湖環(huán)境[12]；(Fe+Al)/(Ca+Mg)值小于1.30為深湖，介于1.30～2.00為半深湖，大于2.00為淺湖沉積[13]。古湖泊氧化還原條件指標也有2個，一個是鎳元素與鈷元素之比(Ni/Co，下同)；另一個是釩元素與釩元素、鎳元素之和的比值[V/(V+Ni)，下同]。Ni/Co值不小于1.80代表還原環(huán)境，小于1.80代表氧化環(huán)境[14]；V/(V+Ni)值大于0.46為厭氧環(huán)境，小于0.46表示富氧環(huán)境[15]。以鍶元素與銅元素的比值(Sr/Cu，下同)作為古氣候指標，比值介于1.00～10.00指示溫濕氣候，大于10.00指示干熱氣候[16]。巖屑地球化學實驗委托中國地質科學院國家地質測試中心進行，實驗數(shù)據(jù)相關處理結果見表1、2。

表1 大北地區(qū)重點井泥巖、膏泥巖巖屑鹽度、水體深度地球化學分析

表2 大北地區(qū)重點井泥巖、膏泥巖巖屑氧化還原條件、古氣候地球化學分析

從表中可以看出，研究區(qū)重點井泥巖段、膏泥巖段沉積環(huán)境從微咸水到咸水均有分布，考慮到進行實驗的泥巖、膏泥巖與未進行實驗的石膏、石鹽在層位上相間分布，而石膏和石鹽又是典型鹽湖環(huán)境下的產(chǎn)物，故該區(qū)鹽湖演化應存在多期淡水補給和咸化事件。從水深測定結果來看，研究區(qū)古近系膏鹽巖基本在深湖環(huán)境下沉積，少部分地區(qū)為半深湖環(huán)境。從氧化還原條件測定結果來看，研究區(qū)所處的環(huán)境以還原環(huán)境為主，極少部分為氧化環(huán)境。從古環(huán)境測定結果來看，該區(qū)膏鹽巖沉積階段主要為干熱氣候，短暫出現(xiàn)過溫濕氣候。

4 大北地區(qū)古鹽湖演化模式

基于大北地區(qū)重點井巖屑的地球化學分析，并結合鹽內層序劃分和連井剖面對比，建立大北地區(qū)古近紀鹽湖從形成到消亡的演化模式(圖3)。

圖3 大北地區(qū)古近紀鹽湖演化模式

古近系是庫車坳陷由海變陸的時期，古特提斯海水繼晚白堊世的入侵與退縮后，重新進入該區(qū)[17]。古新統(tǒng)是目前庫車坳陷發(fā)現(xiàn)的最早鹽層，對應于該區(qū)膏泥巖段底部，以厚度小、結構不均一、鹽質差為特征，其分布范圍比較局限，僅在大北地區(qū)東南部見石膏、膏質泥巖、含膏泥巖及薄層鹽巖。古新統(tǒng)是古鹽湖發(fā)展初期階段。由于北部天山褶皺帶持續(xù)上升，庫車坳陷在古近紀和新近紀早期頻繁升降，研究區(qū)膏泥巖段出現(xiàn)膏鹽巖層亞段—泥巖層亞段交互沉積的3套韻律層，對應3次強烈蒸發(fā)階段及3次的海侵事件，局部地區(qū)出現(xiàn)的第3化石層及含生物化石的薄層泥灰?guī)r則為海侵的主要證據(jù)。而東部克深地區(qū)膏泥巖段只出現(xiàn)一套膏鹽巖—泥巖交互沉積，表明海侵方向從西往東，且前2次海侵范圍不大，未到達克深地區(qū)。

以3次海侵時間為界限，可將膏泥巖段演化自下而上分為6個階段。第2、4、6段為泥巖層亞段，對應于海侵階段，主要表現(xiàn)為微咸水—半咸水沉積，巖性以泥巖類為主，均為深湖、還原條件下的產(chǎn)物；第1、3、5段為膏鹽巖層亞段，為海退后蒸發(fā)作用加強、逐步沉積的膏鹽巖層，整體表現(xiàn)為半深湖—深湖、還原條件為主的半咸水—咸水沉積，在部分地區(qū)首先出現(xiàn)硫酸鹽沉積階段，沉積石膏、硬石膏，繼而達到氯化鈉沉積階段，析出石鹽，如DB302、303井區(qū)。在圖3中，將膏泥巖6個階段簡化為“蒸發(fā)—海侵—蒸發(fā)”3段，其他2次海侵旋回即“海侵—蒸發(fā)”與此類似，只是蒸發(fā)作用強度略有不同。

早始新世末期盆地下沉，再次接受海水補給(即研究區(qū)第3次海侵)，濃縮鹵水被強烈沖淡。受干旱氣候的影響，湖水又一次蒸發(fā)濃縮，并在早始新世晚期造成生物大量死亡，形成含生物化石的泥灰?guī)r夾石膏薄層，此層可作為該區(qū)膏泥巖段與膏鹽巖段的分界。強烈的蒸發(fā)作用一直持續(xù)到始新世末期，形成厚度大、分布廣、質量好的石鹽層，即該區(qū)膏鹽巖段。據(jù)現(xiàn)有資料及測井、錄井解釋分析，膏鹽巖段沉積期間發(fā)生過2次較大范圍的鹽湖淡化事件，可能與陸緣水及地下水的補給有關。規(guī)模不大的淡水補給未能造成盆地的劇烈淡化，只是在短暫的相對淡化過程中沉積了薄層的石膏、泥巖，后又恢復了石鹽的沉積。

以2次鹽湖淡化事件為界線，可將膏鹽巖段鹽湖演化分為3段。第1階段為膏鹽巖段I亞段，對應于膏鹽巖段底部鹽—泥組合，該階段為鹽湖演化中級階段，為咸水湖—鹽湖相，在南北兩側存在2個小的鹽巖沉積中心；第2階段為膏鹽巖段Ⅱ亞段，對應于膏鹽巖段中部鹽巖段，該階段為鹽湖演化高級階段，研究區(qū)整體為鹽湖環(huán)境，南北兩側石鹽沉積中心厚度增大，最厚可達2 000 m，鹽湖邊緣地區(qū)鹽巖厚度只有上百米；第3階段為膏鹽巖段Ⅲ亞段，對應于膏鹽巖段上部泥—鹽組合，該階段鹽湖開始出現(xiàn)退化趨勢，南北兩側石鹽沉積厚度減小，淡水的補給使鹽度減小，由鹽湖相變?yōu)橄趟?、半咸水湖環(huán)境，在南部DB201、DB4井區(qū)依然為石鹽沉積，表明淡水補給主要來自北部。

鹽湖演化的消亡階段對應頂部的泥巖段，整體表現(xiàn)為微咸水沉積，南部主要為半咸水沉積，沉積物以泥巖類為主，夾石膏沉積層。

5 結 論

(1) 大北地區(qū)古近系膏鹽巖可進行全區(qū)類比的大套巖性組合可劃分為3段：下部為膏泥巖段，巖性以石鹽(石膏)和泥巖交互沉積為主，受基底斷裂影響明顯，自下而上可分為6個亞段；中部為膏鹽巖段，巖性以石鹽為主，夾少量碎屑巖能干層，自下而上分為3個亞段；上部為泥巖段，巖性以泥巖為主，偶見石膏和石鹽層。膏鹽巖沉積自底部膏泥巖段開始，在中部膏鹽巖段達到頂峰，到上部泥巖段逐漸停止，與古鹽湖從形成到消亡相對應。

(2) 研究區(qū)古近系膏鹽巖沉積時期古氣候主要為干熱氣候，底部膏泥巖段沉積時出現(xiàn)短暫溫熱氣候。該時期湖泊類型可分為微咸水湖、半咸水湖、咸水湖和鹽湖，主要為常年性較深水湖泊，沉積環(huán)境主要為湖泊浪基面之下的缺氧還原環(huán)境。

(3) 研究區(qū)鹽湖演化存在多期補給和咸化事件。膏泥巖段為古鹽湖演化初級階段，對應于3次海侵事件及3次強烈蒸發(fā)，可分為6個階段，前2次海侵范圍不大，海侵方向從西往東，早始新世末期第3次海侵影響范圍最大；膏鹽巖段為古鹽湖演化中—高級階段，以2次短暫的鹽湖淡化事件為界線，可分為3個階段，第2階段石鹽沉積厚度最大，鹽湖范圍達到最大；泥巖段則對應古鹽湖演化的消亡階段，膏鹽巖沉積逐漸結束，整體為微咸水—咸水湖環(huán)境。

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編輯 黃華彪

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.013

20160408；改回日期：20160710

國家重點基礎研究發(fā)展計劃“973”項目“中國西部古亞洲洋構造域火山巖油氣藏形成的地質背景”(2009CB219302)

許麗(1990-)，女，2012年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(北京)地質工程專業(yè)，2016年畢業(yè)于北京大學地質學專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)主要從事石油地質學、含油氣盆地構造研究工作。

TE122.1

A

1006-6535(2016)05-0056-06