韓祥磊

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

0 引 言

吐哈盆地二疊系劃分為三統(tǒng)四組，自下而上分別為下二疊統(tǒng)依爾希土組(P1y)、中二疊統(tǒng)大河沿組(P2d)及塔爾朗組(P2t)、上二疊統(tǒng)梧桐溝組(P3w)。其中，大河沿組和塔爾朗組合稱桃東溝群[1]。前人研究表明，吐哈盆地在晚石炭世時，從盆地南部覺羅塔格殘留火山島向北到東準(zhǔn)噶爾泉子街一帶是一個逐漸加深的濱、淺海斜坡，屬于準(zhǔn)噶爾殘留洋盆的南翼[2]。中二疊世時準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地由前期分隔的前陸盆地轉(zhuǎn)化為漸趨統(tǒng)一的大型內(nèi)陸坳陷[3]。中二疊統(tǒng)塔爾朗組作為一套主要烴源巖，由于目前盆內(nèi)鉆井揭示的地層殘缺不全，對其認(rèn)識還存在分歧，有的學(xué)者認(rèn)為吐哈盆地中二疊世為孤立的小型斷陷[4-5]，有的學(xué)者認(rèn)為吐哈盆地在中二疊世為廣盆[6-7]。通過野外地質(zhì)考察取得的大量樣品及其分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合盆內(nèi)鉆井、地震資料等，針對二疊系盆地性質(zhì)、塔爾朗組沉積相、烴源巖特征開展了研究，分析評價了二疊系烴源巖勘探潛力，該研究對區(qū)帶優(yōu)選及勘探部署具有一定的指導(dǎo)意義。

1 二疊系盆地性質(zhì)

P1y的火山巖元素分析表明[8]，火山巖噴發(fā)背景為初始大陸裂谷。P1y沉積晚期主要發(fā)育有玄武巖、凝灰?guī)r等火成巖。分析大南湖、朗1井等9條剖面的玄武巖地球化學(xué)特征可知，原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素分配曲線整體呈右傾，Nb、Ta元素輕度虧損，Sr元素富集，說明該巖漿成分混染了地殼物質(zhì)； 元素Th與Ta含量比的平均值為5.45，位于初始裂谷分布區(qū)間(Th與Ta含量比的平均范圍為4.00～10.00)。由Zr/Y-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖可知，玄武巖樣品幾乎投點(diǎn)于板內(nèi)形成環(huán)境。因此，P1y的玄武巖為大陸裂谷初始期的噴發(fā)產(chǎn)物。

中二疊統(tǒng)塔爾朗組P2t沉積時期，吐哈盆地廣泛沉積暗色地層。從吐哈盆地周緣露頭來看，以深灰色、灰色泥巖為主，夾薄層灰?guī)r、細(xì)砂巖等，主要為半深湖—深湖、濱淺湖沉積，厚度為200～500 m，除托參1井外，吐哈盆地其他地區(qū)至今未見P2t發(fā)育邊緣粗相帶。另外，該區(qū)地震剖面上的中二疊統(tǒng)具有平行—亞平行反射特征，沉積背景穩(wěn)定，不具備小型斷陷的特點(diǎn)，現(xiàn)今殘留分布為后期構(gòu)造運(yùn)動的結(jié)果。

吐哈盆地與準(zhǔn)噶爾盆地之間的博格達(dá)山地區(qū)自早石炭世形成裂谷后，至中二疊世基本處于拉張環(huán)境中，完成了由海相沉積向陸相沉積的轉(zhuǎn)變。晚二疊世博格達(dá)山初次擠壓隆升，其后處于拉伸剝蝕的準(zhǔn)平原化階段[9-11]。古水流分析表明，現(xiàn)今的博格達(dá)山一帶在中二疊世為匯水區(qū)(圖1)。中二疊世在博格達(dá)山南緣古水流為北東東向，博格達(dá)山北緣古水流從北向南。區(qū)域?qū)Ρ缺砻?，該區(qū)的塔爾朗組與準(zhǔn)東地區(qū)的平地泉組巖性組合有較好的對比性，以暗色細(xì)碎屑巖沉積為主，區(qū)域穩(wěn)定分布，多數(shù)地區(qū)具有深水沉積的特點(diǎn)，反映了吐哈—準(zhǔn)東相似的沉積背景。

圖1博格達(dá)山及周邊地區(qū)中二疊統(tǒng)古水流方向

綜上所述，二疊紀(jì)吐哈盆地為裂谷盆地，可進(jìn)一步劃分為裂谷初始期(P1y—P2d)、裂谷鼎盛期(P2t)、裂谷萎縮期(P3w)3個階段。裂谷初始期P1y主要發(fā)育紫紅色砂礫巖、礫巖等粗碎屑巖沉積，礫石大小混雜，分選較差，棱角分明，為典型的沖積扇沉積，噴發(fā)產(chǎn)物為火成巖。P2d沉積時期，為裂谷充填沉積階段，主要發(fā)育近源的礫巖、砂礫巖等粗碎屑沉積。P2t沉積時期，準(zhǔn)噶爾—吐哈盆地可能是連通的，廣泛沉積暗色地層，以深灰色、灰色泥巖為主，是吐哈盆地二疊系烴源巖主要發(fā)育層系。P3w沉積時期，湖盆急劇萎縮，水體變淺，主要發(fā)育雜色中細(xì)礫巖、含礫粗砂巖、中砂巖夾灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、紫紅色泥巖不等厚互層。

2 塔爾朗組沉積相特征

前期研究表明，塔爾朗組(P2t)為主要烴源巖發(fā)育層系[12-13]。通過對吐哈盆地周緣露頭剖面(塔爾朗溝剖面、艾維爾溝剖面等)以及井資料(艾參1、魯南1井)進(jìn)行分析，在吐哈盆地廣泛發(fā)育半深湖—深湖相沉積(圖2)。塔爾朗溝剖面塔爾朗組為厚層的深灰色、灰黑色泥巖夾薄層灰?guī)r及泥灰?guī)r，見有大量的小型雙殼類化石呈“富集”狀態(tài)產(chǎn)出，泥巖中水平層理極其發(fā)育，反映了低能的水體環(huán)境，指示該區(qū)域?yàn)榘肷詈詈喑练e。對吐哈地區(qū)野外剖面塔爾朗組80塊泥巖樣品進(jìn)行了微量元素[14]分析。各剖面Sr與Ba比值的平均值為0.440 0～2.100 0，B含量平均值為52.000 0～55.000 0 μg/g，B與Ga的比值的平均值為4.200 0～5.200 0，Rb與K的比值的平均值為0.005 5～0.005 6，表明古水體鹽度為半咸水—咸水；V與V和Ni之和的比值的平均值為0.640 0～0.910 0、Ni與Co的比值的為1.900～4.400、V與Cr的比值的平均值為1.360 0～5.300 0，表明介質(zhì)為還原—強(qiáng)還原條件，屬于半深湖—深湖相沉積。

圖2 吐哈盆地塔爾朗組沉積時期主要沉積相類型及平面展布

吐哈盆地北緣的魚兒溝、十三間房北、一碗泉西、庫萊剖面及托克遜凹陷托北1、鹽1井一帶為濱淺湖相沉積。魚兒溝剖面塔爾朗組為深灰色泥巖夾灰綠色細(xì)礫巖、中細(xì)砂巖等，砂巖百分含量較高，約為30%；泥巖、粉砂巖中水平層理發(fā)育，顯示出較低能的環(huán)境。一碗泉西剖面塔爾朗組為灰色、灰綠色泥巖夾灰綠色細(xì)礫巖、灰色灰質(zhì)砂巖等，細(xì)礫巖夾層呈透鏡狀，礫石成分以灰?guī)r為主，反映出近源的特點(diǎn)；灰質(zhì)砂巖橫向分布穩(wěn)定，平行層理發(fā)育，具有濱岸砂的特點(diǎn)、泥巖顏色偏淺[15]。托北1井塔爾朗組下部以褐色、棕紅色泥巖為主，夾大量的雜色細(xì)礫巖，RD測井曲線呈齒狀，應(yīng)為濱淺湖沉積。鹽1井塔爾朗組下部發(fā)育褐色石膏質(zhì)泥巖，反映了蒸發(fā)、淺水環(huán)境。

吐哈盆地西南部發(fā)育辮狀河三角洲。托克遜凹陷的托參1井塔爾朗組由雜色砂礫巖、不等粒砂巖、深灰色泥巖構(gòu)成若干個正旋回，測井曲線SP、RD也表現(xiàn)為多個正旋回特征[16]，測井曲線具有箱形漸變?yōu)殓娦蔚奶攸c(diǎn)，表明辮狀河三角洲前緣亞相中水下分流河道發(fā)育。

3 塔爾朗組烴源巖特征

3.1 地球化學(xué)特征

采用干酪根有機(jī)元素方法對23塊樣品進(jìn)行分析[17]。根據(jù)有機(jī)元素測試分析結(jié)果，測試樣品氫與碳原子比為0.400 0～1.087 0，氧與碳原子比為0.063 0～0.275 0。將氫與碳原子比、氧與碳原子比投點(diǎn)于Van Kerevenlen圖解上(圖3)，可以看出，塔爾朗組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ—Ⅲ型，既可大量生油，也可大量生氣。

采用有機(jī)碳和巖石熱解分析方法[18-19]對42塊樣品進(jìn)行了測試分析，確定其有機(jī)質(zhì)的豐度。分析化驗(yàn)表明，塔爾朗組露頭暗色泥巖的有機(jī)碳含量普遍高。艾維爾溝剖面13塊測試樣品中，有機(jī)碳含量為2.32%～9.62%，平均為5.43%；塔爾朗溝剖面13塊測試樣品中，有機(jī)碳含量為1.65%～7.73%，平均為4.73%。中二疊統(tǒng)塔爾朗組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度為好—極好。通過對14塊艾維爾溝、塔爾朗溝和桃樹園剖面塔爾朗組烴源巖樣品進(jìn)行鏡煤分析測試，其中8個樣品的Ro為0.70%～1.15%，表明塔爾朗組烴源巖已處于成熟階段。

圖3吐哈盆地中二疊統(tǒng)塔爾朗組樣品干酪根關(guān)系

3.2 勘探潛力分析

綜合野外露頭、盆內(nèi)覆蓋區(qū)鉆井及區(qū)域沉積相研究等成果，認(rèn)為塔爾朗組烴源巖具有區(qū)域沉積、殘余分布的特點(diǎn)，現(xiàn)今主要分布在大河沿、臺北凹陷、魯克沁、哈密西南部等地區(qū)，面積約為12 730 km2(圖4)。

圖4吐哈盆地中二疊統(tǒng)塔爾朗組P2t烴源巖厚度

基于大量野外露頭和探井化驗(yàn)取得的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，運(yùn)用生烴系數(shù)法進(jìn)行資源量估算[20]，二疊系塔爾朗組烴源巖油氣資源量約為12.8×108t，表明該套源巖具有較大的勘探潛力。其中，臺北凹陷塔爾朗組烴源巖殘留厚度大、埋藏深，與該區(qū)烴源巖相鄰的臺南凹陷魯克沁油田，截至2017年底，已探明石油地質(zhì)儲量約1.5×109t。油源對比表明，該區(qū)二疊系、三疊系原油主要來自臺北凹陷[21]；盆地西部托克遜凹陷發(fā)現(xiàn)了伊拉湖油田，哈密坳陷紅1井在二疊系見油斑顯示，油源對比表明均來自該套源巖，展示了良好的勘探前景[22-23]。按照源控論觀點(diǎn)，臺北凹陷、托克遜凹陷、科牙依凹陷、哈密坳陷二疊系烴源巖殘留展布區(qū)內(nèi)及周邊均是有利勘探區(qū)。

4 結(jié) 論

(1) 吐哈盆地二疊紀(jì)為裂谷盆地，可進(jìn)一步劃分為裂谷初始期、裂谷鼎盛期、裂谷萎縮期3個階段。塔爾朗組處于裂谷鼎盛期，P2t沉積時期，準(zhǔn)噶爾盆地—吐哈盆地可能是連通的，具有廣盆一體化沉積，現(xiàn)今表現(xiàn)為殘留分布的特點(diǎn)，是吐哈盆地主要的烴源巖層系。

(2) 吐哈盆地中二疊統(tǒng)塔爾朗組發(fā)育湖泊相沉積，主要相帶為濱淺湖、半深湖—深湖亞相

(3) 中二疊統(tǒng)塔爾朗組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ—Ⅲ型，有機(jī)碳含量為0.50%～9.62%，Ro為0.70%～1.15%，烴源巖厚度為300 m左右，殘余分布面積約為12 730 km2，綜合評價為一套厚度大，指標(biāo)好，分布廣的烴源巖，展示了較大的勘探潛力。

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