劉永立,尤東華,高利君,張衛(wèi)峰,謝乘飛

[1.中國地質(zhì)大學(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北 武漢 430074; 2.中國石化 西北油田分公司, 新疆 烏魯木齊 830011; 3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所,江蘇 無錫 214126]

近年來，塔里木盆地深層碳酸鹽巖油氣勘探一直備受關注，尤其是寒武系-下奧陶統(tǒng)白云巖領域，除了在塔北古潛山區(qū)和塔中古潛山區(qū)獲得一定范圍的油氣成果外，構(gòu)造相對平緩的臺盆區(qū)尚未獲得規(guī)模油氣發(fā)現(xiàn)。塔里木盆地臺盆區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組普遍發(fā)育局限臺地相白云巖，塔河地區(qū)較為典型，沙88井、塔深1井和塔深2井均在蓬萊壩組揭示厚層狀白云巖。前人對蓬萊壩組巖相和沉積相進行了一些研究[1-4]，基本認識趨于一致。高志前等[3]認為臺盆區(qū)晚寒武世-早中奧陶世為弱鑲邊斜坡型碳酸鹽巖臺地;熊冉等[4]也對整個盆地蓬萊壩組沉積相進行了分析，認為塔北地區(qū)早奧陶世總體水體較淺，發(fā)育局限臺地相。

海相碳酸鹽巖中硅質(zhì)巖較為常見，其成因主要分為4種：生物或生物化學成因的(層狀)硅質(zhì)巖、化學沉積成因的層狀硅質(zhì)巖、機械作用形成的硅質(zhì)巖、以及富硅質(zhì)流體(熱液)交代成因的硅質(zhì)巖。塔里木盆地寒武系-奧陶系硅質(zhì)巖分布普遍，前期研究主要集中于寒武系硅質(zhì)巖，特別是寒武系底部玉爾吐斯組(烴源巖層系)，中-下奧陶統(tǒng)硅質(zhì)巖也有部分涉及，成因看法存在一定爭議。李慶[5]、楊程宇[6]提出塔里木盆地西北緣玉爾吐斯組層狀硅質(zhì)巖為熱水沉積成因，而楊宗玉[7]認為玉爾吐斯組薄層狀硅質(zhì)巖以(微)生物化學作用為主，機械作用和后期交代作用為次的綜合成因模式。楊瑞東[8]、陳永權(quán)[9]利用元素與同位素等地球化學方法，提出塔里木盆地東部下寒武統(tǒng)層狀硅質(zhì)巖為沉積成因，中、西部寒武系臺地相中硅化巖與深部硅化流體交代作用相關。朱東亞[10]、李映濤[11]、洪才均[12]指出臺盆區(qū)寒武系-奧陶系碳酸鹽巖中發(fā)育巖漿熱液成因的硅質(zhì)巖和硅化現(xiàn)象。袁雪君[13]發(fā)現(xiàn)塔北躍進地區(qū)中奧陶統(tǒng)一間房組硅質(zhì)結(jié)核中的微體生物化石組合以營浮游生活的疑源類和營底棲生活的絲狀藍藻化石為主，反映了中奧陶統(tǒng)開闊臺地發(fā)育生物成因的硅質(zhì)結(jié)核。關于塔里木盆地硅質(zhì)巖儲集性能方面的研究相對較少，李映濤[11]、傅恒[14]提出了塔中北坡順南地區(qū)鷹山組發(fā)育熱液硅化作用形成的硅質(zhì)巖裂縫孔洞型儲層，陸朋朋[15]對塔里木盆地西北緣露頭區(qū)蓬萊壩組發(fā)育硅質(zhì)巖裂縫型儲層進行了簡單闡述。

塔河油田西南部的塔深6井在蓬萊壩組揭示不同的巖性組合，主要為礫屑白云巖、深灰色角礫狀硅質(zhì)和淺灰色層狀硅質(zhì)巖，且淺灰色層狀硅質(zhì)巖具有一定的儲集性能。本文通過三維地震、巖心、薄片和掃描電鏡等觀測方法手段，對塔深6井獨特的巖性組合進行分析，提出蓬萊壩組硅質(zhì)巖以生物成因和機械滑塌作用為主，進一步深化了塔河油田下奧陶統(tǒng)沉積演化和儲層發(fā)育模式，從而為塔里木盆地超深層油氣勘探提供了理論基礎。

1 蓬萊壩組沉積背景

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫勒凸起主體部位，為中國最大的古生界海相碳酸鹽巖油氣田[16]。阿克庫勒凸起在前期穩(wěn)定的寒武系-奧陶系碳酸鹽巖臺地基礎上，后期經(jīng)歷了加里東中晚期—海西期構(gòu)造運動而形成了北東向展布的古鼻凸，并伴隨了中-下奧陶統(tǒng)頂部古巖溶縫洞型儲集體群的形成過程。

寒武紀—中奧陶世末，塔河地區(qū)一直處于塔里木克拉通東北部，沉降速率穩(wěn)定，發(fā)育了寒武系-中下奧陶統(tǒng)近3 000 m巨厚的碳酸鹽巖沉積。寒武紀塔河地區(qū)自西向東橫向跨越了臺地-臺緣-斜坡相區(qū)及典型的進積型臺地發(fā)展，發(fā)育了從下寒武統(tǒng)緩坡臺地相到中-上寒武統(tǒng)大型鑲邊臺地相的縱向沉積序列[3,17]，主要為局限水體作用下的大套白云巖沉積層系。到早-中奧陶世，塔河地區(qū)基本繼承了晚寒武世碳酸鹽巖臺地的古地理格局，但海平面緩慢上升，水體由局限條件逐漸向半局限-開闊條件轉(zhuǎn)變，自下而上形成了下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組局限臺地相白云巖層段(圖1，圖2)、中-下奧陶統(tǒng)鷹山組下段半局限-半開闊臺地相灰質(zhì)云巖-云質(zhì)灰?guī)r互層段、鷹山組上段-一間房組開闊臺地相純灰?guī)r段的縱向臺地沉積類型和巖性組合序列。

2 塔深6井蓬萊壩組特征

沙88井、塔深1井、于奇6井和塔深2井等前期鉆井，揭示蓬萊壩組除頂部夾薄層灰?guī)r外，整體發(fā)育黃灰色、淺灰色薄層狀-塊狀含灰質(zhì)粉細晶白云巖、粉細晶白云巖，局部見中晶白云巖和少許深灰色或灰白色硅質(zhì)團塊。

塔深6井位于塔河地區(qū)西南部，蓬萊壩組發(fā)育深灰色或灰白色角礫狀硅質(zhì)巖、灰色層狀硅質(zhì)巖、灰色礫屑白云巖、淺灰色含灰質(zhì)粉細晶白云巖，以及粉細晶白云巖，其巖性組合特征與前期鉆井差異性較大，尤其是整體發(fā)育不同類型、不同規(guī)模的硅質(zhì)巖和礫屑白云巖(圖3)。

圖1 塔北地區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組沉積相Fig.1 Sedimentary facies of the Penglaiba Formation in the Lower Ordovician,Tabei area

圖2 塔河油田寒武系-中下奧陶統(tǒng)沉積相帶東西向展布典型地震剖面(拉平寒武系頂面，剖面位置見圖1)Fig.2 Typical E-W seismic profiles of the sedimentary facies zone of the Cambrian and Middle-to-Lower Ordovician,Tahe oilfield(flattened on top Cambrian，seeFig.1 for the profile location) 震旦系頂面；寒武下統(tǒng)肖爾布拉克組頂面；中寒武統(tǒng)頂面；上寒武統(tǒng)下丘里塔格群頂面；寒武系頂面； 下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組頂面；中奧陶統(tǒng)一間房組頂面；奧陶系頂面；石炭系巴楚組頂面

2.1 硅質(zhì)巖

塔深6井蓬萊壩組硅質(zhì)巖非常豐富，與前期鉆井揭示巖性存在較大差別，主要分為3種類型：深灰色硅質(zhì)團塊、深灰色或淺灰色角礫狀硅質(zhì)巖和灰色均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖。前期臺盆區(qū)鉆井蓬萊壩組硅質(zhì)團塊較為常見，角礫狀硅質(zhì)巖少見，但均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖從未發(fā)現(xiàn)過。

1)深灰色硅質(zhì)團塊

寒武系頂部、蓬萊壩組和鷹山組頂部均有不同程度發(fā)育(圖3)，直徑多超過10 cm(圖4)，巖性致密，物性差，硅質(zhì)為隱晶質(zhì)，直接產(chǎn)于黃灰色含灰質(zhì)白云巖或白云巖之中，邊界平滑，兩者之間無膠結(jié)物，局部被后期高角度構(gòu)造裂縫切割，充填方解石。該類型硅質(zhì)巖在塔河地區(qū)上部地層鷹山組和一間房組中較為常見，應為沉積-成巖早期形成[3,17]。

2)深灰色或淺灰色角礫狀硅質(zhì)巖

角礫大小不一(圖4)，長軸0.5～5 cm不等，形狀多樣，邊界極不規(guī)則，棱角分明，無磨圓現(xiàn)象，雜亂無章，無定向排列現(xiàn)象。該類型硅質(zhì)巖分布最為普遍，多以鑲嵌狀分布于黃灰色含灰質(zhì)白云巖或白云巖中，與圍巖之間無膠結(jié)物(圖4c，e)，局部角礫(第4回次巖心頂部，圖4d)之間點接觸，局部見方解石充填，且深灰色角礫狀硅質(zhì)與深灰色硅質(zhì)團塊巖性和微觀結(jié)構(gòu)相似，兩者常伴生,均為隱晶質(zhì)。該類型硅質(zhì)巖在塔深6井蓬萊壩組中、下部最為發(fā)育(圖3)，上部夾雜于層狀硅質(zhì)巖之間。在塔河地區(qū)前期寒武-奧陶系鉆井中極為少見，推測深灰色或淺灰色角礫狀硅質(zhì)巖為沉積-成巖早期機械破碎后，再沉積所致。

圖3 塔河油田塔深6井奧陶系蓬萊壩組綜合柱狀圖Fig.3 The composite column of the Ordovician Penglaiba Formation in Well Tashen 6,Tahe oilfield

3)灰色均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖

集中分布于蓬萊壩組中、上部至鷹山組底部(圖5)，其中，單層厚度最大可達60 m左右，上部呈薄夾層狀產(chǎn)出(圖3)。均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖，紋層發(fā)育(圖5b，e)，紋層厚度小于1 mm，硅質(zhì)多為隱晶質(zhì)，具有一定的儲集性能，儲集空間為相對孤立的晶間微孔(圖5c，f，g)，單個微孔直徑多為1～6 μm，沿紋層定向排列，微孔中未見明顯充填物。其實測孔隙度為11.0%～17.4%，滲透率為0.03×10-3～0.36×10-3μm2，中孔、低滲特征，取心后久置見原油外滲。另外，掃描電鏡觀察在700～4 000放大倍數(shù)下，見微生物菌絲(圖5h—j)。該類型硅質(zhì)巖可能與古生物有關。該類型硅質(zhì)巖和中孔低滲的硅質(zhì)儲層，在塔河地區(qū)，乃至塔里木盆地前期寒武系-奧陶系鉆井中均未見到[5-15]，具有一定特殊性。

2.2 礫屑白云巖

屬于碎屑白云巖中常見的一種[18-20]。碎屑白云巖由淺水潟湖或局限臺地的白云巖碎屑，經(jīng)過干裂、潮汐或風暴作用等，搬運至較深水區(qū)(如臺緣斜坡、潟湖等)再沉積，形成夾層或濁積扇，往往和灰泥碎屑混在一起。

礫屑白云巖是塔深6井蓬萊壩組另一典型巖性(圖6a,b)，與角礫狀硅質(zhì)巖相伴生，兩者結(jié)構(gòu)具有一定相似性，白云質(zhì)角礫大小不一，長軸1～10 cm不等，形狀多樣，邊界極不規(guī)則，棱角分明，局部與硅質(zhì)角礫共生，混雜堆積。礫屑白云巖分布較為普遍，在蓬萊壩組整套地層中不同程度發(fā)育，指示了塔深6井在早奧陶世蓬萊壩組沉積期可能一直處于碳酸鹽巖臺地水動力較弱的相對深水區(qū)。

圖4 塔河油田塔深6井蓬萊壩組典型硅質(zhì)團塊(a，b)和角礫狀硅質(zhì)巖(c—f)巖心照片及巖石薄片照片F(xiàn)ig.4 Core and thin section photos of typical siliceous mass(a，b)and brecciated siliceous rock(c—f)in the Penglaiba Formation in Well Tashen 6,Tahe oilfielda.深灰色硅質(zhì)團塊，黃灰色灰質(zhì)白云巖，被高角度構(gòu)造裂縫切割，方解石全充填，埋深7 440.00～7 440.22 m；b.隱晶質(zhì)硅質(zhì)，微裂縫發(fā)育，埋深7 440.00 m；c.淺灰色不規(guī)則角礫狀硅質(zhì)，雜亂分布，無分選,埋深7 441.94～7 442.34 m；d.深灰色角礫狀硅質(zhì)巖，上部為點接觸，之間充填方解石，下部呈長條狀或竹葉狀，嵌入式分布于基巖中，雜亂分布,埋深7 524.63～7 524.92 m；e.灰色粉細晶礫屑白云巖，局部夾深灰色不規(guī)則 角礫狀硅質(zhì)，雜亂分布，無分選,埋深7 690.40～7 690.47 m；f.井壁取心，灰色粉細晶白云巖，夾深灰色角礫狀硅質(zhì),埋深7 716.48 m

2.3 滑塌構(gòu)造

也稱水底滑坡構(gòu)造[9-10]，通常是指碎屑巖或碳酸鹽巖沉積物在斜坡上受重力或其它外力驅(qū)使發(fā)生運動和位移所產(chǎn)生的各種同生變形構(gòu)造，常表現(xiàn)為塑性變形，伴隨小型斷裂和角礫化及巖性混雜等現(xiàn)象，分布范圍從局部到數(shù)百米、上千米不等。其與水底斜坡有關，主要發(fā)生于三角洲前緣、碳酸鹽巖臺緣斜坡和海底峽谷等。

塔深6井蓬萊壩組中、上部局部層段發(fā)育滑塌構(gòu)造，如第3～4回次取心段(圖6c，d)，圍巖中層面和基質(zhì)發(fā)生塑性流動混跡，尤其是層面扭曲明顯，層間厚度差異較大，夾礫屑白云巖和角礫狀硅質(zhì)。典型滑塌構(gòu)造，證明塔深6井當時可能處于存在一定坡度的斜坡區(qū)，造成了早期沉積物失穩(wěn)。

3 地震反射結(jié)構(gòu)

塔河地區(qū)蓬萊壩組全區(qū)展布比較穩(wěn)定，地層厚度在350 m左右。前期塔深1井、于奇6井、塔深2井和塔深6井均揭穿蓬萊壩組，厚度分別為345，395，363和276 m，以塔深6井地層厚度最薄。

塔河地區(qū)蓬萊壩組整體地震反射結(jié)構(gòu)平穩(wěn)，表現(xiàn)為3根連續(xù)性較好的同相軸，中、上部短連續(xù)的強弱反射相間，下部強反射連續(xù)較好。而塔深6井蓬萊壩組目標類型，表現(xiàn)為兩根短軸狀“下凹型”強反射同相軸(圖7a，b)，且時窗跨度約為80 ms，明顯低于周邊正常地層反射區(qū)時窗跨度的100 ms。因此，進一步證實塔深6井蓬萊壩組厚度存在突變，薄于周邊。

圖5 塔河油田塔深6井蓬萊壩組典型均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖心照片(井壁取心)及其顯微特征照片F(xiàn)ig.5 Core(sidewall coring)photos and microscopic photos of typical lamellar homogeneous siliceous rocks in the Penglaiba Formation in Well Tashen 6,Tahe oilfielda.硅質(zhì)巖，久置原油外滲，埋深7 547.47 m；b.鑄體薄片照片重構(gòu)，微孔順層分布，埋深7 547.47 m；c.微孔發(fā)育，面孔率20%，浸染狀，埋深7 547.47 m；d.層狀硅質(zhì)巖，原油外滲，埋深7 561.49 m；e.鑄體薄片照片重構(gòu)，微孔順層分布，埋深7 561.49 m；f.微孔發(fā)育，面孔率20%，浸染狀，埋深7 561.49 m;g.硅質(zhì)巖，微孔、裂縫狀溶孔發(fā)育，孔隙度為12.3%，滲透率為0.09×10-3 μm2，埋深7 576.71 m；h.硅質(zhì)巖，微孔發(fā)育，見 微生物菌絲，埋深7 576.71 m，；i.硅質(zhì)巖，微孔發(fā)育，見微生物菌絲，埋深7 576.71 m；j.硅質(zhì)巖，微孔發(fā)育，見微生物菌絲，埋深7 576.71 m

圖6 塔河油田塔深6井蓬萊壩組典型礫屑白云巖(a，b)和滑塌沉積構(gòu)造(c，d)巖心照片F(xiàn)ig.6 Core photos showing typical intraclast dolomite(a，b)and slumping structures(c，d)in the Penglaiba Formation in Well Tashen 6,Tahe oilfielda.灰色礫屑白云巖，夾灰色角礫狀硅質(zhì)不均勻分布，下部發(fā)育滑塌構(gòu)造，埋深7 442.34～7 442.55 m；b.灰色礫屑白云巖，有竹葉狀特征，局部見角 礫狀硅質(zhì)，兩者直接接觸，無明顯膠結(jié)物，埋深7 526.81～7 526.91 m；c.滑塌構(gòu)造，基質(zhì)塑性變形，夾灰色礫屑白云巖和少量深灰色角礫狀硅質(zhì)， 埋深7 519.17～7 519.36 m；d.滑塌構(gòu)造，基質(zhì)和層間泥質(zhì)塑性變形，夾灰色礫屑白云巖和少量深灰色角礫狀硅質(zhì)，埋深7 520.12～7 520.26 m

利用層拉平技術，分別拉平寒武系頂面和鷹山組下段頂面進行對比(圖7a，圖7b，圖8a，圖8b)，發(fā)現(xiàn)塔深6井區(qū)晚寒武世為正常臺地沉積區(qū)，同相軸基本趨于平行。早奧陶世逐步形成了一個近似橢圓形的局部負地形，南北長約300 m，東西寬約200 m，為局限臺地內(nèi)部的局部低洼深水區(qū)。由于比正常沉積地層薄近80 m(圖7a)，忽略壓實矯正，蓬萊壩組沉積末期，水體比局限臺地深至少80 m。鷹山組沉積早期，局部低洼區(qū)被上覆地層填平補齊，恢復為正常臺地沉積區(qū)，鷹山組下段中、上部同相軸基本趨于平行。

圖7 塔河油田過塔深6井蓬萊壩組南北向和東西向時間地震偏移剖面Fig.7 The N-S and E-W time migrated seismic profiles of the Penglaiba Formation across Well Tashen 6,Tahe oilfielda.拉平(鷹山組下段頂面)；b.拉平(寒武系頂面) 中寒武統(tǒng)頂面；寒武系頂面；下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組頂面；中-下奧陶系統(tǒng)鷹山組下段頂面

4 硅質(zhì)巖成因

早奧陶世，塔河地區(qū)西南部蓬萊壩組局限臺地背景下，塔深6井附近形成了一個局部低洼區(qū)，其沉積速度低于正常臺地區(qū)。隨著地層穩(wěn)定沉積，沉積物表面地形高差不斷擴大，局限臺地上形成的白云巖和硅質(zhì)團塊在一定范圍內(nèi)沿著斜坡向水體較深的低洼區(qū)進行滑動遷移，發(fā)育典型的滑塌構(gòu)造和破碎作用，伴生了豐富的礫屑白云巖與角礫狀硅質(zhì)混雜堆積(圖9)，及多種巖性突變接觸面。

硅質(zhì)巖既有深水沉積，也有淺水沉積[18-19，21-30]，比如意大利侏羅紀放射蟲燧石巖便屬于淺水潮坪沉積。曾允孚[19]根據(jù)現(xiàn)代海洋沉積研究，從120～180 m和上千米深處所得到的硅質(zhì)浮游生物資料的一致性，提出淺水生物硅質(zhì)巖的存在是可能的。

蓬萊壩組沉積中期，塔深6井附近臺洼高差繼續(xù)擴大，達到數(shù)十米至上百米，低洼區(qū)開始沉積古老淺水造硅生物建造的均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖，發(fā)育密集的微孔隙，并殘留了菌絲等古生物痕跡。而后低洼區(qū)繼續(xù)發(fā)育滑塌構(gòu)造和均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖交互出現(xiàn)的沉積結(jié)構(gòu)，一直持續(xù)至鷹山組沉積早期逐漸被填平補齊。

5 結(jié)論

1)塔深6井蓬萊壩組揭示了一套以不同類型硅質(zhì)巖為特色的巖性組合和滑塌構(gòu)造，且地層厚度比周邊薄80 m左右，主要發(fā)育角礫狀硅質(zhì)、均勻?qū)訝罟栀|(zhì)和礫屑白云巖的巖性組合，特別是近60 m具有中孔、低滲物性的層狀硅質(zhì)儲層，與周邊典型局限臺地區(qū)厚層白云巖序列不同。

2)塔深6井蓬萊壩期為局限臺地背景下的局部低洼區(qū)，南北長約300 m，東西寬約200 m，臺洼高差可達上百米，發(fā)生滑塌而產(chǎn)生角礫狀硅質(zhì)和礫屑白云巖的混雜堆積，并形成淺水造硅生物建造的均勻?qū)訝罟栀|(zhì)巖，而后該低洼區(qū)被上覆鷹山組填平補齊。

3)塔深6井蓬萊壩組硅質(zhì)巖由沉積地形誘發(fā)的機械垮塌破碎和淺水-半深水生物成因為主，具有一定的特殊性。前期學者總結(jié)和提出了多種碳酸鹽巖沉積模式，并闡述相-亞相的分類標準，但從未涉及類似塔深6井蓬萊壩組沉積樣式，古陸表海局限臺地內(nèi)部局部低洼區(qū)出現(xiàn)滑塌白云巖-硅質(zhì)巖和沉積型硅質(zhì)巖，其古水深變化、沉積相和巖性序列等均有待于深入研究，對于深化和豐富塔里木盆地寒武系-奧陶系碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境和演化規(guī)律，特別是分析下奧陶統(tǒng)白云巖發(fā)育背景，具有重要的參考意義。

圖9 塔河油田塔深6井蓬萊壩組巖性組合示意圖Fig.9 A schematic diagram of lithological combination of the Penglaiba Formation in Well Tashen 6,Tahe oilfield O1-2y1.中-下奧陶統(tǒng)鷹山組上段；O1-2y2.中-下奧陶統(tǒng)鷹山組下段； O1p.下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組；3ql.上寒武統(tǒng)下丘里塔格群；2a.中寒武 統(tǒng)阿瓦塔格組

致謝：中國石化集團公司總經(jīng)理馬永生院士和油田事業(yè)部副主任蔡勛育教授親臨生產(chǎn)現(xiàn)場進行詳細觀察和探討，并提出寶貴意見和建議；科技部副主任何治亮教授和同仁們在成果交流中給予悉心指導，使我們對這一科學問題的認識得到很大提高，在此一并表示衷心感謝。