宋金鵬 ，田盼盼 ，代俊杰 ，楊連剛 ，戴瑞瑞 ，郭喜陽

（1.中國石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油塔里木油田分公司克拉油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒 841000；3.中石油煤層氣有限責(zé)任公司勘探開發(fā)事業(yè)部，陜西 延安 717200；4.中國石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠，新疆 克拉瑪依 834000）

膏鹽巖是指在有充足的鹽類物質(zhì)來源、封閉和穩(wěn)定的沉降構(gòu)造條件，以及干旱—半干旱的氣候條件下形成的蒸發(fā)巖[1]，主要由石膏、硬石膏、變水石膏、石鹽、鹽類物質(zhì)組成。膏鹽巖致密，塑性強(qiáng)，易流動(dòng)，其存在對有機(jī)質(zhì)的生成、演化[2-3]，壓實(shí)、成巖作用[4]及原生孔隙的保存[2]，油氣運(yùn)移[5-6]、保存及油氣藏的形成[7-8]均具有重要作用。資料顯示，膏鹽巖沉積盆地的油氣資源量巨大，全球膏鹽巖沉積盆地約占已發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流沉積盆地的58%，卻控制著已探明油氣儲(chǔ)量的90%[9]。

1 膏鹽巖成因及物質(zhì)來源

庫車坳陷位于塔里木盆地北部，屬于南天山褶皺帶南緣再生前陸盆地[10-11]，面積 3.7×104km2，內(nèi)部分為北部單斜帶、克拉蘇構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶、南部斜坡帶、烏什凹陷、拜城凹陷及陽霞凹陷等構(gòu)造單元（見圖1）。該坳陷內(nèi)新生代發(fā)育古近系庫姆格列木群（E1-2km）和新近系吉迪克組（N1j）2套巨厚膏鹽巖層。近年來，KS2，DN2，ZQ1等鹽下大型油氣藏持續(xù)獲得重大發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了庫車坳陷膏鹽巖下具有廣闊的勘探前景。但膏鹽巖埋藏深，分布復(fù)雜，鉆井工程難度大。

圖1 庫車坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨案帑}巖垂向分布

各地區(qū)樣品的分析結(jié)果表明：海相環(huán)境下，w（Sr）/w（Ba）（w 為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于 1.0，w（Sr）/w（Ca）和 w（Mn）/w（Fe）均大于 0.2；而陸相環(huán)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]。 同時(shí)，陸源物質(zhì)越豐富，w（Ti）和 w（87Sr）/w（86Sr）越高：現(xiàn)代海水的 w（87Sr）/w（86Sr）約為 0.709 20，云南勐野井混源鹽巖的 w（87Sr）/w（86Sr）為 0.707 12～0.709 73，柴達(dá)木盆地陸源鹽巖的 w（87Sr）/w（86Sr）為 0.711 50～0.711 60[14-15]。

區(qū)域構(gòu)造演化及元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)表明（見表1）：早白堊世的庫車坳陷處于弱伸展環(huán)境[16]，構(gòu)造穩(wěn)定，發(fā)育多期疊置連片的湖相扇三角洲、辮狀河三角洲沉積；晚期受南北向構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用，坳陷內(nèi)發(fā)生較大規(guī)模的隆升和剝蝕[17-18]。古新世時(shí)期，庫車坳陷氣候干旱炎熱，地勢西低東高，經(jīng)受來自西南部的大規(guī)模海侵，海水為古近系鹽巖沉積提供了重要物質(zhì)來源。在構(gòu)造較穩(wěn)定、氣候長期干熱的條件下，強(qiáng)蒸發(fā)作用導(dǎo)致水體鹽度增加，在坳陷中西部的拜城凹陷結(jié)晶析出大面積、巨厚膏鹽巖，厚度可達(dá)3 000余米，局部有鹽巖透鏡體出露地表。

表1 庫車坳陷膏鹽巖元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及比值

始新世喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期間，新特提斯洋閉合[19-20]，受印度板塊和歐亞板塊遠(yuǎn)距離碰撞擠壓效應(yīng)的影響，南天山造山帶開始隆升，庫車坳陷發(fā)生大規(guī)模海退；同時(shí)，逆沖推覆區(qū)域向東發(fā)育，沉積中心向東移動(dòng)至秋里塔格構(gòu)造帶東段。中新世時(shí)期，庫車坳陷東部地區(qū)發(fā)育為澙湖，此時(shí)的沉積中心在陽霞凹陷附近地區(qū)，該時(shí)期樣品的 w（87Sr）/w（86Sr）及 w（Ti）等較高，表明陸源物質(zhì)注入殘余海水，混合后高度濃縮，形成吉迪克組巨厚的膏鹽巖沉積。

2 膏鹽巖垂向巖性組合特征

受沉積及構(gòu)造活動(dòng)的影響，庫車坳陷E1-2km膏鹽巖層巖性多樣，主要由鹽巖、硬石膏巖、泥巖、膏質(zhì)泥巖、白云巖、泥質(zhì)粉砂巖等組成，垂向分布及組合特征復(fù)雜。其中，克拉蘇構(gòu)造帶西部地區(qū)E1-2km膏鹽巖垂向分為2層，上部以鹽巖為主，下部以膏泥互層為主；東部地區(qū)E1-2km膏鹽巖則主要為鹽、膏、泥互層沉積，底部均發(fā)育1套或多套石膏夾白云巖沉積組合。而庫車坳陷東部地區(qū)N1j膏鹽巖的中上部以厚層藍(lán)灰色泥巖、厚層膏巖、鹽巖為主，下部發(fā)育膏泥巖互層，底部以粉砂巖為主；西部地區(qū)N1j膏鹽巖的巖性為砂泥互層。

根據(jù)錄井、測井及取心資料，將膏鹽巖層垂向巖性組合分為4個(gè)類型。

——MG型（泥-膏型）以薄層膏質(zhì)泥巖、泥膏巖與鹽巖、膏巖頻繁互層為主，反映了水體經(jīng)歷多次的淡—咸—鹽—淡變化。單個(gè)組合厚度不等，一般為10～150 m。該類型多出現(xiàn)在E1-2km中上段，平面上多分布在沉積邊緣（如克拉蘇構(gòu)造帶北緣KS，BZ地區(qū)）。

——GS型（膏-鹽型）主要為厚層鹽巖、膏巖夾薄層泥質(zhì)巖類。單個(gè)組合厚度一般為20～300m，局部可達(dá)600m。該類型多集中出現(xiàn)在E1-2km中段，平面上分布在膏鹽巖沉積中心，為氣候干燥炎熱、長期較穩(wěn)定環(huán)境的產(chǎn)物。

——GD型（膏-灰型）以灰質(zhì)、云質(zhì)巖類為主，夾薄層膏質(zhì)巖，巖性組合自下而上為泥巖、泥膏巖、白云巖、泥灰?guī)r、泥膏巖、泥巖。單個(gè)組合厚度一般為10～25 m，庫車坳陷西部局部地區(qū)灰質(zhì)、云質(zhì)巖類發(fā)育多期，厚度不等。該類型多出現(xiàn)在E1-2km下段，平面上發(fā)育較穩(wěn)定、分布范圍廣，是鹽底的重要標(biāo)志層。

——GM型（膏-泥型）以厚層含膏泥巖、膏質(zhì)泥巖為主，夾薄層膏巖、鹽巖，局部含薄層灰質(zhì)、云質(zhì)巖類。該類型多出現(xiàn)在E1-2km上段，自下而上依次發(fā)育泥巖、膏質(zhì)泥巖、泥膏巖、鹽巖、泥灰?guī)r、泥巖，平面上多分布在沉積中心外圍。

錄井、測井資料證實(shí)，庫車坳陷古近系、新近系發(fā)育典型的蒸發(fā)巖沉積旋回：在湖水濃縮（E1-2km時(shí)期）后淡水大量注入（N1j時(shí)期）的過程中，自下而上依次發(fā)育砂泥巖、白云巖、膏質(zhì)泥巖、膏巖、鹽巖、膏巖、膏質(zhì)泥巖、砂泥巖，局部夾薄層碎屑巖，相應(yīng)的巖性組合呈GM—GD—MG—GS—MG—GD—GM分布。

3 膏鹽巖平面分布規(guī)律

受沉積時(shí)古地形和后期構(gòu)造作用的影響，庫車坳陷膏鹽巖層呈北厚南薄、西厚東薄的特點(diǎn)，垂向分布形態(tài)與現(xiàn)今地層產(chǎn)狀基本一致。膏鹽巖集中分布在克拉蘇構(gòu)造帶和秋里塔格構(gòu)造帶，平面上的展布形態(tài)與構(gòu)造帶和主要逆沖斷裂帶走向一致，呈近東西向分布；南北向受沉積相變及擠壓應(yīng)力的影響，作為主要滑脫層的膏鹽巖層發(fā)生塑性流動(dòng)變形，厚度變化大。

其中，E1-2km膏鹽巖主要分布在拜城凹陷、克拉蘇構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶等中西部地區(qū)，厚度在100～3 000 m。克拉蘇構(gòu)造帶中部地區(qū)厚度最大，可達(dá)4 400 m；秋里塔格構(gòu)造帶西部地區(qū)次之，向東至秋里塔格構(gòu)造帶中段地區(qū)尖滅（見圖2）。而N1j膏鹽巖主要位于秋里塔格構(gòu)造帶東段—陽霞凹陷西部、南部斜坡帶東部地區(qū)。秋里塔格構(gòu)造帶東段厚度最大，厚度超過2 700 m，巖性主要為巨厚鹽巖層夾薄層粉砂巖；向西巖性主要為砂泥互層夾薄膏巖，至秋里塔格構(gòu)造帶中部地區(qū)尖滅；北部構(gòu)造帶因遭受剝蝕，殘余厚度較薄（見圖2）。

圖2 庫車坳陷E1-2km，N1j膏鹽巖平面分布

干旱條件下，湖水持續(xù)蒸發(fā)濃縮，鹵水達(dá)到飽和后將按礦物的溶解度大小依次析出碳酸鹽、硫酸鹽和石鹽等，相應(yīng)的平面分布也具有明顯的規(guī)律性：從水體邊緣到沉積中心，呈砂泥巖—石灰?guī)r—白云巖—膏巖—厚層鹽巖的環(huán)帶狀分布。當(dāng)季節(jié)性洪水補(bǔ)給陸源碎屑，或風(fēng)暴使水體振蕩，正常析出序列會(huì)遭到破壞而夾雜薄層碎屑沉積。

4 膏鹽巖油氣地質(zhì)意義

膏鹽巖性質(zhì)特殊，對油氣生成、演化、運(yùn)移及保存等各個(gè)階段均有明顯的積極作用。

首先，膏鹽巖熱導(dǎo)率高，熱傳導(dǎo)效應(yīng)明顯，可有效延緩有機(jī)質(zhì)的熱演化。室內(nèi)常溫下，鹽巖的熱導(dǎo)率比砂泥巖等常見沉積巖高2～4倍，而雜基和孔隙內(nèi)的流體可使其熱導(dǎo)率比常見沉積巖高10～30倍[21]。與無鹽地區(qū)（見圖3a）相比，庫車坳陷發(fā)育的巨厚膏鹽巖將下部正常地層的熱量、有機(jī)質(zhì)演化生成的熱量向上快速傳遞，大幅降低了鹽下地層的溫度（見圖3b，3c），使得侏羅系、三疊系烴源巖的生烴高峰延緩至新近紀(jì)晚期[22]。而坳陷內(nèi)部的大型逆沖褶皺系及系列逆沖斷層，主要形成于新近紀(jì)上新世喜山末期，排烴高峰則位于新近紀(jì)中、上新世。生、排烴高峰遲于構(gòu)造圈閉形成，沉積儲(chǔ)層和構(gòu)造圈閉集中發(fā)育在鹽下的極佳“生、運(yùn)、儲(chǔ)、蓋”時(shí)空耦合關(guān)系，對于油氣藏的形成極為有利。

圖3 庫車坳陷埋深與地層溫度、地層壓力的關(guān)系

其次，膏鹽巖異常致密，有利于異常高壓的形成。石膏在壓實(shí)過程中轉(zhuǎn)化為硬石膏，并釋放出大量的水分，脫出的水分滯留在致密膏鹽巖層內(nèi)，引起泥巖欠壓實(shí)而形成異常高壓（見圖3d—3f）。異常高壓阻礙了上部地層正常的壓實(shí)作用，也使下部白堊系儲(chǔ)層的成巖作用演化進(jìn)程明顯放緩（如抑制石英次生加大），有利于儲(chǔ)層孔隙度的保存，顯著改善了目的層的儲(chǔ)集物性。

庫車坳陷膏鹽巖層異常高壓與致密的物理性質(zhì)，共同形成了極佳的封蓋能力，與白堊系儲(chǔ)層、侏羅系和三疊系烴源巖形成了優(yōu)質(zhì)的生、儲(chǔ)、蓋組合。同時(shí)，當(dāng)埋深大、溫度高、內(nèi)部發(fā)育薄層泥巖時(shí)，膏鹽巖塑性顯著增強(qiáng)，易流動(dòng)，可以很好地阻隔、吸收強(qiáng)烈的構(gòu)造應(yīng)力?？碧匠晒炎C實(shí)，上新世時(shí)期庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶鹽下地層的擠壓、斷裂等構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，但E1-2km膏鹽巖的突破壓力達(dá)60 MPa，仍極好地保存了下部的構(gòu)造圈閉形態(tài)，并有效封堵油氣，形成多個(gè)大型高壓油氣藏（見圖4）。

圖4 庫車坳陷鹽下構(gòu)造圈閉成藏模式

5 結(jié)論

1）庫車坳陷發(fā)育古近系和新近系2套巨厚膏鹽巖層。其中，E1-2km主要由海侵鹽水混雜部分陸源物質(zhì)形成，N1j則由陸源物質(zhì)注入殘余海水形成。

2）庫車坳陷膏鹽巖層垂向上巖性組合可分為MG，GS，GD，GM等4個(gè)類型，發(fā)育典型的蒸發(fā)巖沉積旋回，相應(yīng)的巖性組合類型呈GM—GD—MG—GS—MG—GD—GM分布。受沉積和構(gòu)造作用的影響，膏鹽巖在平面上分別以克拉蘇構(gòu)造帶中部地區(qū)和秋里塔格構(gòu)造帶東段為中心呈環(huán)帶狀分布，厚度變化大。

3）庫車坳陷膏鹽巖在強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓應(yīng)力下，有效降低了鹽下地層溫度，形成異常高壓，延緩了有機(jī)質(zhì)的熱演化和成巖作用演化進(jìn)程，有利于大型油氣藏的形成、保存和儲(chǔ)層物性的改善。