田 雷， 崔海峰， 劉 軍， 張年春

( 中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，甘肅 蘭州 730020 )

塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局分析

田 雷， 崔海峰， 劉 軍， 張年春

( 中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，甘肅 蘭州 730020 )

塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局是該區(qū)中、下寒武統(tǒng)烴源巖和白云巖規(guī)模儲集層發(fā)育的重要因素。以露頭、鉆井及地震資料為基礎(chǔ)，根據(jù)寒武系沉積前古構(gòu)造，中、下寒武世地層結(jié)構(gòu)，以及地震相特征，分析塔西南坳陷早、中寒武世古地理格局，研究寒武系生儲蓋特征及油氣勘探意義。結(jié)果表明：研究區(qū)寒武系沉積前昆侖山前葉城—皮山—和田一帶發(fā)育南華—震旦系裂谷體系，呈楔狀向巴楚隆起剝蝕尖滅。受繼承性沉降作用的影響，早、中寒武世巴楚隆起為克拉通內(nèi)坳陷臺地相碳酸鹽巖沉積，山前凹陷為克拉通邊緣盆地相沉積，從巴楚隆起向南到昆侖山前表現(xiàn)為被動大陸邊緣背景下的“臺地—斜坡—盆地”的古地理格局。在麥蓋提斜坡南部到山前凹陷北部發(fā)育北西向展布的臺地邊緣相，其中下寒武統(tǒng)為緩坡型臺緣；中寒武統(tǒng)在坳陷西段為緩坡型臺緣，坳陷的中、東段為弱鑲邊型臺緣。山前盆地相烴源灶、斜坡區(qū)臺緣礁灘相高能顆粒白云巖及膏泥巖蓋層等生儲蓋條件，決定塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)臺緣帶具有較大的勘探潛力。

巖相古地理； 早、中寒武世； 臺地邊緣； 顆粒灘； 塔西南坳陷

0 引言

巖相古地理重建對揭示含油氣區(qū)生儲蓋發(fā)育特征有重要意義[1]。塔西南坳陷是塔里木盆地寒武—奧陶系碳酸鹽巖油氣勘探的有利接替區(qū)，中、下寒武統(tǒng)是該區(qū)深層碳酸鹽巖重要的儲集層和區(qū)域性蓋層[2]，也是烴源巖發(fā)育的重要層位[3]，早、中寒武世巖相古地理特征關(guān)系到有利儲集層、區(qū)域蓋層和烴源巖的發(fā)育展布。

中、下寒武統(tǒng)位于塔里木疊合盆地底部[4]，具有埋藏深度大、揭示鉆井少、研究程度低等特點，巖相古地理研究處于起步階段。塔里木盆地巖相古地理方面研究主要是關(guān)于盆地級的區(qū)域性，賈承造等概括塔里木盆地寒武紀(jì)的沉積格局[5-6]；馮增昭等利用鉆井和露頭資料，通過“單因素分析、多因素綜合作圖法”編制塔里木地區(qū)寒武紀(jì)巖相古地理圖[7]；劉偉等以露頭和鉆井資料為基礎(chǔ)、以地震資料為依托，研究塔里木地區(qū)寒武紀(jì)巖相古地理及沉積演化[4]；趙宗舉、楊永劍等利用鉆井、露頭及地震資料，以層序為單元，編制塔里木盆地寒武系巖相古地理圖[8-9]；陳永權(quán)等基于地震資料，對塔里木盆地寒武紀(jì)巖相古地理格局重新劃分[9]。雖然人們對塔里木盆地整體上“西臺東盆”的古地理格局認(rèn)識較為一致，但受資料條件限制的影響，在塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局上存在較大爭議。馮增昭等認(rèn)為塔西南坳陷早、中寒武世整體為臺地，昆侖山前露頭區(qū)存在兩個小的陸塊[7]；劉偉、陳永權(quán)等認(rèn)為早、中寒武世昆侖山前發(fā)育古隆起，甚至早寒武世該區(qū)為古陸[4,10]；趙宗舉、楊永劍等認(rèn)為早、中寒武世昆侖山前葉城—和田一帶為盆地相區(qū)[8-9]。對塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局認(rèn)識不清，成為制約該區(qū)寒武—奧陶系油氣勘探的重要因素。文中利用露頭、鉆井及地震資料，分析塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理格局，為該區(qū)深層寒武系油氣勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地按照構(gòu)造單元劃分為塔北隆起、北部坳陷、巴楚隆起、塔中隆起、東南隆起、庫車坳陷、塘古坳陷、東南坳陷和西南坳陷。塔西南坳陷位于盆地西南部，西北邊緣以柯坪斷裂帶為界，東南以塘古孜巴斯凹陷為界，西南與西昆侖造山帶接壤，自北向南包括麥蓋提斜坡、喀什和葉城—和田凹陷等二級構(gòu)造單元[11-12]，總面積約為20×104km2。

塔里木盆地早、中寒武世為弱伸展背景下的被動大陸邊緣沉積[13]，整體表現(xiàn)為西臺東盆的古地理格局：盆地中西部巴楚隆起、塔中隆起、北部坳陷的中西部為碳酸鹽巖臺地，得到巴楚隆起的方1井、和4井、巴探5井、瑪北1井、同1井和塔中隆起的塔參1井、中深1井等鉆井的證實；盆地東部塔東1井以北地區(qū)為深海和次深海盆地，塔東1井、塔東2井、米蘭1井、英東2井等鉆井及庫魯克塔格露頭證實盆地相沉積區(qū)的存在。臺地與盆地相區(qū)之間為臺槽過渡帶，發(fā)育臺地邊緣和陸棚斜坡相沉積[14]。巴楚隆起以南麥蓋提斜坡和昆侖山前凹陷沒有寒武系鉆井揭示。人們對于早、中寒武世昆侖山前凹陷是古隆起還是深海盆地存在分歧，主要有兩方面原因：(1)塔西南坳陷昆侖山前鐵克里克露頭剖面顯示，前寒武南華—震旦系之上覆蓋泥盆系奇自拉夫群砂礫巖[15]，缺失中、下寒武統(tǒng)，對認(rèn)識該區(qū)早、中寒武世巖相古地理特征缺乏可靠資料；(2)二維地震資料顯示，巴楚隆起向西南到山前凹陷葉城—皮山—和田一帶中、下寒武統(tǒng)厚度減薄，可以解釋為中、下寒武統(tǒng)向古隆起上超減薄，或解釋為由臺地相碳酸鹽巖向欠補(bǔ)償盆地相泥頁巖轉(zhuǎn)化的沉積減薄。

圖1 塔西南坳陷構(gòu)造位置

2 巴楚—昆侖山前凹陷古地理格架

寒武系沉積前古構(gòu)造，中、下寒武統(tǒng)地層結(jié)構(gòu)和地震相特征等分析表明，早寒武世昆侖山前凹陷為臺槽過渡帶，從巴楚地區(qū)向南到昆侖山前表現(xiàn)為被動大陸邊緣背景下的“臺地—緩坡—盆地”的古地理格局，碳酸鹽巖臺地的顯著特征是其邊緣發(fā)育十分寬緩的斜坡，向盆地方向地層厚度平緩降低。該巖相古地理格局包括前寒武系古構(gòu)造格局、地層結(jié)構(gòu)與地震相、下寒武統(tǒng)顆粒灘三方面證據(jù)。

2.1 前寒武系古構(gòu)造格局

塔里木板塊前寒武系沉積前經(jīng)歷青白口紀(jì)基底形成、南華—震旦紀(jì)早期裂谷發(fā)育期、震旦紀(jì)晚期裂谷裂后快速生長期[13]。震旦紀(jì)末期柯坪運動整體抬升，導(dǎo)致板塊區(qū)域性構(gòu)造地貌的差異[15]。早寒武世早期塔里木板塊經(jīng)歷長尺度、大規(guī)模的海侵，早寒武世中期到中寒武世整體表現(xiàn)為海退過程[16]。因此，中、下寒武統(tǒng)表現(xiàn)為超覆沉積在震旦紀(jì)末期古地貌之上的特征，海侵之前震旦紀(jì)末古構(gòu)造對早、中寒武世巖相古地理格局有重要控制作用。

巴楚隆起鉆井揭示該區(qū)缺失震旦系：方1井、和4井下寒武統(tǒng)白云巖下發(fā)育前震旦系玄武巖、輝綠巖和酸性火山巖；瑪北1井、巴探5井下寒武統(tǒng)白云巖下發(fā)育黑云鉀長片麻巖和雜亂堆積角礫巖，為前震旦系變質(zhì)巖系，反映該區(qū)前寒武系為抬升剝蝕基底(見圖2)。塔西南坳陷西昆侖山前鐵克里克露頭發(fā)現(xiàn)前寒武系存在南華—震旦系，南華—震旦系為裂谷沉積體系。南華系自下而上發(fā)育陸相山前沖積砂礫巖沉積組合、海相濱淺海冰磧巖組合和海相濱淺海砂礫巖組合，為斷陷型次穩(wěn)定沉積建造，類似華南南華紀(jì)裂谷的裂谷體；震旦系自下而上發(fā)育海相濱淺?！璧叵嗌澳鄮r組合和臺地相碳酸鹽巖組合，為坳陷型穩(wěn)定沉積建造，類似華南南華紀(jì)裂谷的裂谷蓋。二維地震資料顯示，山前凹陷寒武系下部發(fā)育震旦系“楔狀體”反射(見圖3(a))，內(nèi)部地層呈中頻、中弱振幅及高連續(xù)平行反射。結(jié)合露頭資料，判斷震旦系“楔狀體”為南華—震旦系裂谷向盆內(nèi)的延伸?！靶铙w”反射由南向北逐漸剝蝕尖滅，表明震旦紀(jì)末期柯坪運動致使盆地整體抬升，形成寒武系底界區(qū)域不整合面。地震追蹤結(jié)果表明，震旦系“楔狀體”在昆侖山前莎車—葉城—皮山—和田一帶穩(wěn)定分布，裂谷走向呈北西—南東向展布。對西昆侖山庫地地區(qū)蛇綠巖套的研究表明，該支裂谷在震旦紀(jì)—早古生代已經(jīng)演化發(fā)展成為大洋[18]，特別是在蛇綠巖套中發(fā)現(xiàn)早古生代放射蟲[19]，進(jìn)一步證實寒武紀(jì)昆侖山前一帶為深?；虼紊詈Ｅ璧亍Ｖ劣阼F克里克露頭剖面南華—震旦系之上缺失寒武—奧陶系，應(yīng)該與晚加里東期洋盆閉合區(qū)域隆升運動有關(guān)。

圖2 塔西南坳陷南華系—震旦系—中、下寒武統(tǒng)沉積相(露頭剖面巖性參考文獻(xiàn)[17])Fig.2 The Nanhua-Sinian and middle-lower Cambrian sedimentary contrast section in southwest depression of Tarim basin(outcrop section reference to the conference[17])

綜上所述，塔西南坳陷前寒武系古構(gòu)造格局表現(xiàn)為：北部巴楚隆起及周緣為剝蝕高地，向南地勢平緩降低，到莎車—葉城—皮山—和田一帶發(fā)育南華—震旦系裂谷盆地。受柯坪運動及繼承性沉降作用的影響，早、中寒武世巴楚隆起為克拉通內(nèi)坳陷臺地相碳酸鹽巖沉積，山前凹陷為克拉通邊緣盆地相區(qū)。

2.2 地層結(jié)構(gòu)與地震相

碳酸鹽巖臺地、臺地邊緣及盆地相的沉積環(huán)境差異較大，具有不同的巖性組合、層理結(jié)構(gòu)及沉積特征，在地震剖面上表現(xiàn)為特定的地層結(jié)構(gòu)和地震反射特征。塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)從巴楚隆起到山前凹陷整體上劃分為3個二級地震相單元，與碳酸鹽巖臺地、臺地邊緣及盆地相具有良好的對應(yīng)關(guān)系，不同沉積相對應(yīng)不同的地震相特征。

2.2.1 碳酸鹽巖臺地相

由巴楚隆起鉆井沉積相(見圖2)可見，早、中寒武世碳酸鹽巖臺地包括局限、蒸發(fā)、開闊3種性質(zhì)的臺地。局限臺地相主要發(fā)育于下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組和沙依里克組下段，巖性以白云巖為主，地震相特征為中高頻、中弱振幅、較高連續(xù)的平行反射。蒸發(fā)臺地相主要發(fā)育于中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組和下寒武統(tǒng)吾松格爾組，巖性以膏巖、鹽巖和褐色泥巖等蒸發(fā)巖及膏質(zhì)云巖、泥質(zhì)云巖為主，地震相特征為高頻、強(qiáng)振幅、高連續(xù)的平行反射，膏巖層在強(qiáng)烈構(gòu)造變形區(qū)表現(xiàn)為雜亂反射。開闊臺地相發(fā)育于中寒武統(tǒng)沙依里克組上段，巖性以深灰色泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和含泥灰?guī)r為主，屬于中寒武統(tǒng)早期廣泛海侵的產(chǎn)物，由于厚度較薄，不構(gòu)成臺地的主體。

整體上，碳酸鹽巖臺地相沉積厚度大，雙程旅行時為200～250 ms，臺地性質(zhì)和沉積特征明顯受海平面變化和氣候條件的控制，垂向上巖性特征變化大，但平面上分布穩(wěn)定，地震相特征整體表現(xiàn)為中高頻、高—較高連續(xù)的平行反射，成層性好，反映同一時期臺地內(nèi)為相對穩(wěn)定條件下的均勻沉積。

2.2.2 臺地邊緣相

由塔西南坳陷西段北東—南西向中下寒武統(tǒng)區(qū)域格架地震解釋剖面(見圖3(a))可見，麥蓋提斜坡和山前凹陷北部地區(qū)為臺地向南的平緩減薄帶，向西南方向地層厚度平緩降低，未見明顯坡折。地震相特征表現(xiàn)為發(fā)育兩套中弱振幅、中頻反射的前積復(fù)合體(見圖3(b))，一套發(fā)育于下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組，前積層底界為寒武系底；另一套發(fā)育于中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組，前積層底界為阿瓦塔格組底，兩套前積層底界為典型的下超型層序界面，前積角度十分平緩，厚度薄，呈疊瓦狀。前積作用規(guī)模大，下寒武統(tǒng)由北西向南東方向可達(dá)40～60 km；中寒武統(tǒng)相對較小，為30～40 km。前積反射特征反映該區(qū)為淺水碳酸鹽巖臺地與深水盆地沉積過渡的臺緣斜坡帶，前積體由北西向南東方向逐漸下超終止，指示昆侖山前為盆地方向。巴楚隆起中寒武統(tǒng)為局限、封閉、水體不流暢的蒸發(fā)瀉湖膏巖、鹽巖沉積，瀉湖中心向臺地外邊緣依次過渡為蒸發(fā)潮坪相膏云巖和臺地邊緣礁灘微相白云巖，由方1—和4井區(qū)向南到巴探5—瑪北1井區(qū)阿瓦塔格組，膏鹽巖厚度變小，膏云巖含量增加，暗示向南逐漸過渡為蒸發(fā)潮坪和臺地邊緣相。

由塔西南坳陷中、東段地震剖面(見圖3(c)、(d))可見，下寒武統(tǒng)地層厚度為平緩減薄，未見明顯坡折。在皮山和和田以北約10 km處，中寒武統(tǒng)發(fā)育明顯的臺緣帶和丘狀披覆構(gòu)造，臺緣帶地層低幅度增厚，向西南方向地層明顯減薄。地層內(nèi)部發(fā)育兩期明顯的前積體，前積角度大，呈S型斜交前積結(jié)構(gòu)，反映坳陷中、東段中寒武統(tǒng)臺緣帶具有弱鑲邊結(jié)構(gòu)。該地層結(jié)構(gòu)為典型的臺緣帶結(jié)構(gòu)特征，是塔西南坳陷中寒武統(tǒng)存在臺緣帶的有力證據(jù)。

整體上，在麥蓋提斜坡南部到山前凹陷北部，塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)發(fā)育北西向展布的臺地邊緣相，其中下寒武統(tǒng)為緩坡型臺地邊緣；中寒武統(tǒng)在坳陷西段為緩坡型臺地邊緣，坳陷中、東段為弱鑲邊型臺地邊緣。

圖3 塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 The interpretation seismic sections of lower-middle Cambrian in southwest depression of Tarim basin(section location in Fig.1)

2.2.3 深水盆地相

主要分布于山前凹陷葉城—皮山—和田一帶，厚度明顯減薄，地震波雙程旅行時為100～150 ms，地震相特征表現(xiàn)為中低頻、中弱振幅、連續(xù)性好的平行反射。由于沉積環(huán)境穩(wěn)定，地震相橫向變化小，分布穩(wěn)定。

2.3 下寒武統(tǒng)顆粒灘

有關(guān)碳酸鹽巖緩坡及緩坡臺地邊緣型碳酸鹽巖臺地沉積方面的研究較多[20-21]，包括川黔地區(qū)震旦系燈影組碳酸鹽巖臺地[21]、四川盆地寒武系龍王廟組碳酸鹽巖緩坡、土庫曼斯坦阿姆河盆地卡洛夫—牛津階緩斜坡臺地[20]等。緩坡型碳酸鹽巖臺地的臺內(nèi)和臺緣帶常發(fā)育礁灘體，且多為成群成帶規(guī)模展布。因此，存在臺內(nèi)和臺緣帶礁灘體發(fā)育帶，可以明確塔西南坳陷早、中寒武世的古地理格局。

鉆井揭示，塔西南坳陷中下寒武統(tǒng)臺內(nèi)高能相帶主要為臺內(nèi)顆粒灘，發(fā)育層系主要為下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組，規(guī)模和數(shù)量十分有限，厚度普遍小于10 m。雖然高能顆粒灘在已鉆井中總體不發(fā)育，但地震資料顯示下寒武統(tǒng)發(fā)育大量高能顆粒灘異常反射特征，分為兩類：一類位于臺地區(qū)，地震反射特征主要為中弱振幅透鏡狀反射(見圖4(a))，頂?shù)诪橹袕?qiáng)振幅，內(nèi)部為低角度前積反射結(jié)構(gòu)，可能與臺內(nèi)灘的遷移有關(guān)；另一類位于臺地邊緣斜坡區(qū)(見圖4(b))，主要發(fā)育于臺地邊緣上斜坡，地震反射時間異常增厚，與灘體周緣中強(qiáng)振幅連續(xù)反射相比，振幅明顯減弱，形態(tài)略為雜亂，主要呈中弱振幅串珠狀、波狀反射。

圖4 目的層顆粒灘地震反射特征(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic reflection feature of Grain beach in the destination layer(section location in fig.1)

根據(jù)顆粒灘地震反射異常的平面精細(xì)刻畫結(jié)果，預(yù)測塔西南坳陷下寒武統(tǒng)高能顆粒灘亞相的平面分布(見圖5)。下寒武統(tǒng)臺內(nèi)和臺地邊緣相廣泛發(fā)育顆粒灘，其中臺內(nèi)灘主要圍繞康2—巴探5—瑪北1井區(qū)周緣分布，預(yù)測臺內(nèi)灘體為18個，總面積約為3 240 km2，單個灘體呈北西—南東走向，長軸長度為15～

圖5 塔西南坳陷下寒武統(tǒng)沉積相平面分布

45 km，臺內(nèi)局部隆起微地貌可能控制臺內(nèi)灘的發(fā)育；臺地邊緣顆粒灘主要沿伽師—麥蓋提到斜坡東段玉北1井區(qū)周緣成群成帶分布，反映處于臺地邊緣斜坡的淺水迎浪部位，水體能量強(qiáng)，有利于高能顆粒灘的規(guī)模發(fā)育，預(yù)測臺地邊緣顆粒灘為28個，總面積約為8 400 km2，單個灘體主要呈北西—南東走向，長軸長度為10～50 km。這證實顆粒灘集中發(fā)育的區(qū)帶為臺地邊緣斜坡的淺水區(qū)，其西南方向為臺地邊緣深水斜坡—盆地相區(qū)。

3 油氣勘探意義

塔西南坳陷早、中寒武世巖相古地理分析表明，山前凹陷葉城—皮山—和田一帶的中、下寒武統(tǒng)為斜坡—盆地相沉積，而不是古隆起或古陸沉積。根據(jù)滿加爾凹陷東部中、下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相區(qū)沉積物有機(jī)質(zhì)含量特征，確定塔西南坳陷下古生界中、下寒武統(tǒng)為一套富含有機(jī)質(zhì)的巖性組合，為塔西南地區(qū)下古生界碳酸鹽巖油氣藏的主力烴源灶。塔西南山前凹陷中、下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相的確定，對于尋找該區(qū)油氣、明確勘探主攻方向具有重要意義。

2013年，塔中隆起中深1井在下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組白云巖獲得油氣發(fā)現(xiàn)[21]，不僅證實下寒武統(tǒng)白云巖儲層具備形成大型油氣藏的地質(zhì)條件，也為塔里木盆地碳酸鹽巖油氣勘探指示新的方向。塔西南坳陷早寒武世巖相古地理分析表明，巴楚—麥蓋提斜坡北部地區(qū)下寒武統(tǒng)廣泛發(fā)育顆粒灘相白云巖，高能顆粒灘的規(guī)模發(fā)育為后期溶蝕增孔形成優(yōu)質(zhì)白云巖儲集層提供充分的物質(zhì)基礎(chǔ)[22]。巴楚隆起方1井、和4井、巴探5井等鉆井揭示，下寒武統(tǒng)白云巖儲集空間類型主要為晶間孔、晶間溶孔、粒內(nèi)孔、粒間孔和生物溶孔[23-25]，無論是殘余結(jié)構(gòu)孔隙(粒間孔和粒內(nèi)孔)還是成巖過程中形成的孔隙(晶間孔、晶間溶孔和生物溶孔)，均在原始顆粒巖基礎(chǔ)上形成，且儲層發(fā)育受控于高能顆粒灘。因此，巴楚—麥蓋提斜坡下寒武統(tǒng)是重要的勘探層系和領(lǐng)域。

4 結(jié)論

(1)寒武系沉積前昆侖山前葉城—皮山—和田一帶發(fā)育南華—震旦系裂谷體系，呈楔狀向巴楚隆起剝蝕尖滅。受繼承性沉降作用的影響，早、中寒武世巴楚隆起為克拉通內(nèi)坳陷臺地相碳酸鹽巖沉積，山前凹陷為克拉通邊緣盆地相沉積，從巴楚隆起向南到昆侖山前表現(xiàn)為被動大陸邊緣背景下的臺地—斜坡—盆地的古地理格局。

(2)在麥蓋提斜坡南部到山前凹陷北部發(fā)育北西向展布的臺地邊緣相，其中下寒武統(tǒng)為緩坡型臺地邊緣，在臺內(nèi)和臺地邊緣廣泛發(fā)育顆粒灘；中寒武統(tǒng)在坳陷西段為緩坡型臺地邊緣，坳陷中、東段為弱鑲邊型臺地邊緣。

(3)山前盆地相烴源灶、斜坡區(qū)臺緣礁灘相高能顆粒白云巖及膏泥巖蓋層等生儲蓋條件，決定塔西南坳陷中、下寒武統(tǒng)臺緣帶具有較大的勘探潛力。

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2016-06-06；編輯：張兆虹

中國石油天然氣股份有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項目(090106-4)

田 雷(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事沉積儲層與石油地質(zhì)方面的研究。

TE122.14

A

2095-4107(2016)06-0018-08

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.06.003