塔里木盆地震旦系裂谷發育特征及其對油氣勘探的指導意義

馮許魁，劉永彬，韓長偉，嚴 威，董 磊，赫英福

（1.中國石油東方地球物理公司研究院庫爾勒分院，新疆庫爾勒841001；2.中國石油塔里木油田分公司）

塔里木盆地震旦系地層是前震旦紀變質巖基底之上第一套沉積蓋層，其形成的區域構造背景、應力機制及其繼承性活動對下古生界地層的沉積具有一定繼承性控制作用，尤其對寒武系中下統地層沉積具有重要控制作用，對于現今油氣勘探也具有重要指導意義。

前人基于露頭資料和早期地震資料，從震旦系地層的形成機制和控制背景角度對震旦系的發育特征做了大量研究［1－3］，但由于受資料品質和占有資料較少等原因限制，對于震旦系發育特征研究還不夠深入。近幾年由于地震資料和鉆井資料大量增加，因此有條件對震旦系發育特征及其對油氣控制作用展開深入研究。本文在前人研究基礎之上，旨在綜合露頭、鉆井和地震資料精細刻畫震旦系發育特征，并通過震旦系對后續地層的繼承性控制作用研究，闡述其對油氣勘探的指導意義，優選有利區帶，指導油氣勘探與生產。

1 震旦系裂谷發育特征研究及新認識

1.1 盆地周邊露頭區震旦系發育特征

從目前盆地露頭區的調查結果來看，震旦系地層主要分布在盆地東北緣的庫魯克塔格地區、西北緣的柯坪－阿克蘇地區以及西南緣昆侖山區西部的哈拉斯坦河－塔斯洪湖地區的山前地帶［1－6］，各區沉積特征差異較大：庫魯克塔格地區，震旦系地層可分為上下兩個統，下統厚約4 350 m，包括貝義西組、照壁山組、阿勒通溝組、特瑞愛肯組，以碎屑巖沉積為主，夾火山噴發巖、冰磧巖、薄層石灰巖及灰巖透鏡體；上統厚約1 900 m，包括扎摩克提組、育肯溝組、水泉組、漢格爾喬克組，其中下部以碎屑巖沉積為主、夾薄層泥灰巖，頂部以冰磧礫巖為主，夾白云質石英砂巖、泥質粉砂巖透鏡體。柯坪－阿克蘇地區震旦系地層也可分為上下兩個統，下統厚約2 000 m，包括巧恩布拉克組和尤爾美拉克組，以海相碎屑巖沉積為主，加少量凝灰巖、石灰巖、礫巖和冰磧巖；上統厚約760 m，包括蘇蓋特布拉克組和奇格布拉克組，蘇蓋特布拉克組以濱淺海沉積為主，夾玄武巖及少量碳酸鹽巖；奇格拉克組主要為富含鎂質的碳酸鹽巖建造，夾少量碎屑巖。昆侖山地區，震旦系地層也可分為上下兩個統，厚約2 800 m，下統恰克馬克力克組以紅色粗碎屑巖沉積為主，夾冰磧巖、紋泥巖；上統庫爾卡克組以雜色細碎屑沉積巖為主，頂部和底部為白云巖、鮞狀白云巖，上統克孜蘇胡木組以鎂質碳酸鹽巖為主，夾碎屑巖。

震旦系是塔里木運動后第一次海侵時期產物［2］，但沉積差異較大，露頭區沉積可能是塔里木克拉通周邊裂陷期沉積；結合臺盆區鉆探結果，總體上認為震旦系可分為兩套沉積體系，即碎屑巖沉積體系和碳酸鹽巖沉積體系。

1.2 鉆井及地震反射特征

據統計，塔里木盆地鉆遇或鉆穿震旦系地層的探井共有16口，通過綜合標定后，共有三種地震反射特征（見圖1）。第一種是以星火1井為代表的較連續弱振幅席狀反射特征：星火1井鉆穿了震旦系地層，其中鉆遇震旦系上統奇格布拉克組白云巖238 m，蘇蓋特布拉克泥巖12 m，其下為前震旦系底基，未鉆遇震旦系下統地層，分析認為該組反射特征代表震旦系上統頂部白云巖地層；第二種是以塔東1井為代表的楔狀反射特征：塔東1井鉆遇震旦系上統白云巖91 m，其下地層未鉆穿，結合庫魯克塔格露頭區震旦系沉積特征分析認為，91 m白云巖是震旦系上統地層，其下巨厚地層是震旦系下統碎屑巖、冰磧巖及火山巖沉積，因此楔狀反射特征主要代表震旦系碎屑巖、冰磧巖及火山巖沉積地層；第三種是以中深1井為代表的雜亂反射特征：中深1井鉆穿寒武系直接進入前震旦系基底，據同位素測年，年齡大約在19億年左右，因此該雜亂反射不是震旦系變質地層，應該代表前震旦系基底。

對三種地震相進行全盆地追蹤對比發現，代表基底的雜亂反射分布于整個盆地，代表震旦系下統碎屑巖楔狀反射分布于北部坳陷東西兩側、塔西南山前及麥蓋提斜坡，代表震旦系上統白云巖段弱振幅連續席狀反射分布于北部凹陷及塔西南麥蓋提斜坡，較楔形反射分布范圍要大（見圖2a）。

圖1 震旦系地震反射特征

圖2 塔里木盆地震旦系地震相、地層厚度平面圖

1.3 震旦系分布特征

在地震相識別基礎之上，利用地震資料并結合露頭資料對震旦系地層進行平面成圖（見圖2b）。從圖中可以清楚發現震旦系地層厚度變化規律：在北部坳陷，以阿滿為界，震旦系形成東西兩個沉積厚區，東邊的為庫滿沉積厚區，該區與盆地東北緣的庫魯克塔格露頭區相接，從西向東沉積加厚；西邊的為阿瓦提沉積厚區，該區與盆地西北緣的柯坪－阿克蘇露頭區相接，從東向西加厚。這兩個沉積厚區向阿滿及塔中、塔北地區沉積減薄。在塔西南地區，震旦系地層存在兩個沉積厚區，一個沿麥蓋提斜坡形成東西向條帶形沉積厚區，另一個在昆侖山前形成由北向南加厚沉積區，該沉積區與西南緣昆侖山區西部的哈拉斯坦河－塔斯洪湖露頭區相接，整體由北向南加厚。

1.4 震旦系形成機制及新認識

前人通過盆地周邊震旦系露頭區研究，普遍認為震旦紀為裂谷期［7－8］，在區域拉張構造背景下，塔里木盆地南北緣均處于被動大陸邊緣，其裂谷作用具有北強南弱、東強西弱的特點，北緣發育庫滿坳拉槽。本次在這一認識基礎上，根據以上震旦系地震相和地層分布特征研究結果，通過地震資料，結合航磁研究認識，深化了震旦系形成機制認識，形成了兩點新的認識：第一，通過地震資料結合前人認識研究認為，盆地震旦系沉積可分為裂陷期和坳陷期兩期沉積（見圖3c），裂陷期以碎屑巖、冰磧巖和火山巖沉積為主，地震剖面上，裂陷期表現為楔形反射，內幕地層向底基超覆沉積，坳陷期以碳酸鹽巖（白云巖）沉積為主，地震剖面上，坳陷期沉積表現為平行較連續弱振幅席狀反射特征，坳陷期沉積位于裂陷期沉積之上，較裂陷期沉積范圍要大，二者之間可能為拆離不整合；第二，綜合航磁、地震相及地層發育規律，結合區域拉張構造背景，以大地構造三聯點理論為依據，研究認為，受伊犁－中天山地塊和昆侖地塊裂谷作用［9－10］控制，塔里木盆地震旦系發育滿加爾、阿瓦提及麥蓋提三大坳拉槽（見圖3a），同時發育巴楚－塔中、塔北及和田三大古陸；根據航磁研究結果［11－12］，中央隆起帶發育一條高磁異常，北部坳陷為磁異常低，塔西南邊緣為磁異常低，內部有條帶型磁異常高，與本次研究的震旦系裂谷分布規律相似，磁異常低對應震旦紀裂谷分布區（見圖3b）；另外，通過地震資料研究發現，庫滿坳拉槽南北邊界均清楚，表現為由塔北、塔中古陸向庫滿坳拉槽楔形加厚（見圖3c），阿瓦提坳拉槽南邊界楔形特征清楚，北邊界地震由于地震資料差，反射特征不清楚，但有楔型反射影子；麥蓋提斜坡坳拉槽南北邊界地震楔形反射特征均清楚（見圖3d），較為落實，昆侖山前楔形反射特征清楚。

圖3 塔里木盆地震旦系裂谷發育特征

2 對油氣勘探的指導意義

震旦系繼承性活動作用對于下古生界地層沉積體系具有一定控制作用，尤其對震旦系自身發育烴源巖、寒武系下統玉爾吐斯烴源巖、肖爾布拉克沉積儲層及中寒武沉積蓋層具有直接控制作用，對古隆起和晚期構造具有間接控制作用，對油氣勘探和有利區帶優選具有重要指導意義。

2.1 對烴源巖的控制作用

震旦系裂谷沉積體系及其繼承性沉降作用對烴源巖控制作用表現在兩個方面，一是對震旦系自身烴源巖控制作用，二是對寒武系玉爾吐斯組烴源巖控制作用。

庫魯克塔格地區，照壁山剖面震旦系水泉組發現165.07 m泥巖沉積 ，有機碳為1.56%～3.3%，恢復后為3.12%～6.6% ；育肯溝組發現24.79 m泥巖沉積，有機碳數據1.06%，恢復后為2.12%；特瑞愛肯組底發現泥巖327 m，有機碳為2.96%。以上有機碳數據均達到了好生油巖標準，說明震旦系發育良好烴源巖，另外分析發現，這些烴源巖均發育在震旦系裂谷期沉積地層中，從地震剖面上看，楔形反射底部存在一套強波組，結合整體地層特征，推測該套強波組為裂陷期泥巖沉積反射，因此認為，震旦系裂陷期沉積范圍就是震旦系烴源巖分布范圍。

寒武系玉爾吐斯組是塔里木盆地一套重要烴源巖［13］，是震旦系之上第一套沉積地層，因此寒武系玉爾吐斯沉積前震旦系古地貌對其沉積具有重要影響作用。兩點證據表明，震旦系繼承活動作用對玉爾吐斯烴源巖具有一定控制作用。第一，從鉆井和露頭資料看，有震旦系沉積的地區就有玉爾吐斯組分布，星火1井鉆遇震旦系地層，同時鉆遇33 m玉爾吐斯黑色泥頁巖，柯坪露頭剖面上發現震旦系地層，同時也發現玉爾吐斯組烴源巖；第二，沒有震旦系的地區同時也缺失玉爾吐斯組，中央隆起帶的和4、同1、巴探5、瑪北1、塔參1、中深1等鉆井未鉆遇震旦系，同時也未鉆遇玉爾吐斯組烴源巖。當然，根據以上兩點也不能完全說明有震旦系就一定有玉爾吐斯組。因此本次研究認為，震旦系對玉爾吐斯組有兩種可能控制結果，其一，有震旦系，就有玉爾吐斯組；其二，玉爾吐斯組僅存在于震旦系裂陷期范圍內，或范圍稍大，向隆起區發生相變。根據以上認識，結合震旦系發育特征認識編制了玉爾吐斯烴源巖分布圖（見圖4），圖中淺色加深色范圍是玉爾吐斯第一種可能分布范圍，淺色范圍是玉爾吐斯第二種可能分布范圍。

圖4 寒武系玉爾吐斯組烴源巖平面分布

2.2 對寒武系下統儲層的控制作用

地震和鉆井資料研究表明，震旦系繼承性裂谷沉降邊緣控制了下寒武統臺地邊緣相帶的分布，繼承性古陸控制了寒武系下統臺地的分布，進而控制了下寒武統潮坪－云巖坪儲層的沉積分布。

通過地震資料研究發現，震旦系裂谷邊緣與寒武系臺地邊緣相帶沉積相關性較好，震旦系裂谷沉積邊緣就是后期寒武系臺緣相帶發育的位置，理由有三：其一，從過塔北－羅西地震剖面（見圖5 a）可以看出，塔北和羅西震旦系裂谷邊緣之上均發育寒武系臺緣相帶，二者對應關系良好；其二，據此認識，本次在阿瓦提沿震旦系裂谷邊緣識別出了寒武系下統緩坡臺緣相帶，從圖5b地震剖面反射特征可以看出，寒武系下統從阿滿向阿瓦提凹陷沉積減薄，反射波組由雜亂弱振幅反射變化為席狀強反射，其上發育前積反射結構，與古城已證實下寒武統臺緣相帶特征相似并對應（見圖6），說明該區裂谷邊緣發育緩坡臺緣相帶；其三，對寒武系下統臺緣相帶平面追蹤后，寒武系臺緣相帶與震旦系裂谷邊緣相吻合，臺緣相帶沿庫滿震旦紀裂谷邊緣、阿瓦提震旦紀裂谷邊緣環形展布（見圖6）。分析認為，震旦紀裂谷邊緣是地貌較高單元，水體相對較淺，適合后期寒武系臺地邊緣礁灘相帶發育，向盆地水體加深，相變為斜坡相和盆地相。

圖5 震旦系裂谷邊緣對寒武－奧陶系臺緣相帶控制剖面

和田古陸是震旦紀裂谷作用形成的古陸，是一個震旦紀之后寒武－奧陶紀繼承的古陸，該古陸對寒武系沉積相帶具有重要控制作用。根據巖相古地理研究認識［14－15］，從南至北，早寒武世沉積模式為緩坡－古陸－局限臺地－開闊臺地－臺緣－斜坡－深水陸盆相沉積模式（見圖6），該古陸南側為緩坡沉積模式，北側與威爾遜模式相似，從淺到深發育局限臺地－開闊臺地－臺緣－斜坡－盆地模式，在和田古陸北側局限臺地可細分為混積潮坪亞相與半蒸發云巖坪亞相。康2、巴探5、瑪北1、方1、和4及中深1等井揭示，寒武系下統發育云巖坪沉積儲層，儲層類型評價為I類、II類和III類，其中I、II類儲層占到25%～73%，是寒武系鹽下較好勘探領域。根據以上認識，本次研究認為，繼承性古陸控制了寒武系下統臺地的分布，進而控制了下寒武統潮坪－云巖坪儲層的沉積分布。

2.3 對寒武系中統蓋層的控制作用

震旦系裂谷及其繼承性活動作用對寒武系中統的控制作用表現在兩個方面：其一，震旦系繼承性裂谷邊緣發育的寒武系中下統臺緣相帶，尤其是古城－輪西臺緣相帶對于中寒武統古城以西膏鹽巖沉積具有重要控制作用，從過古城臺緣相帶地震剖面可以看出（見圖7），中下寒武統臺緣相帶由于規模型海退事件，整體向盆地側向加積并遷移，致使臺緣相帶內側水體受限，發育膏鹽巖夾灰巖或云巖沉積，中寒武統地層明顯向臺緣相帶超覆減薄沉積；其二，震旦紀繼承性古隆起對中寒武統沉積相帶的控制，巖相古地理研究表明，中寒武世，由于受繼承性震旦紀和田古隆起、塔北古隆起及規模海退事件影響，中寒武世塔里木盆地沉積模式從南至北主要表現為緩坡－蒸發臺地－臺緣－斜坡－盆地相模式，塔北凸起北部發育藻云巖、泥質云巖紅層［16］，塔北凸起南部發育蒸發鹽巖，和田古陸北側以潮坪相泥質云巖為主、向南以膏鹽及鹽巖沉積為主。

圖6 塔里木盆地下寒武統沉積相分布

圖7 中、下寒武統臺緣相帶對中寒武統蓋層控制剖面

2.4 對古隆起和晚期構造的控制作用

分析古隆起的構造演化及現今構造單元格局發現，震旦紀裂谷作用及其繼承活動作用對古隆起的形成和現今構造格局的形成具有重要影響作用：震旦紀裂谷作用形成的塔北古陸及巴楚－塔中古陸與現今的塔北隆起及塔中隆起對應關系良好，繼承發育形成了現今的塔北隆起和中央隆起；震旦紀裂谷作用形成的阿瓦提－庫滿裂谷與現今的北部坳陷對應關系良好，繼承發育形成了現今的北部坳陷。當然早期震旦紀形成的構造格局由于后期構造運動，在現今構造單元并不一定完全存在，震旦紀裂谷作用形成的和田古陸由于喜山期昆侖山的構造運動，在現今構造單元中已變成塔西南前陸盆地的前淵帶。另外，震旦紀的裂谷作用對晚期構造也具有一定控制作用，控制塔中低凸起北緣的晚加里東－早海西斷裂是在早期震旦紀裂谷作用形成的正斷列帶基礎之上反轉形成的；控制巴楚斷隆北緣的喜山期吐木休克斷裂也是在震旦紀形成的阿瓦提裂谷南緣的正斷裂帶基礎之上形成的。

2.5 對油氣勘探的指導意義

震旦紀裂谷及其繼承性活動作用控制了寒武系下統烴源巖及儲層的分布，控制了中統膏鹽巖蓋層的分布，控制了古隆起的構造演化。根據以上控制作用，通過對寒武系中下統儲蓋組合的綜合評價，結合油氣成藏演化和目前勘探能力（鉆探深度限制），研究認為，塔中是下步寒武系鹽下勘探的最有利區帶，巴楚地區是下步寒武系鹽下勘探的重點探索區帶：第一，從生儲蓋配置角度結合勘探埋深限制來看，寒武系下統古城臺緣相帶、塔北北緣臺緣相帶及阿瓦提臺緣相帶非常有利，但埋深較大，而塔中、巴楚－瑪東地區發育潮坪－云巖坪儲層或白云巖儲層，其上為中寒武統膏鹽巖蓋層，距阿瓦提、庫滿及麥蓋提斜坡震旦系裂谷控制的玉爾吐斯烴源巖較近或立體疊致，且現今埋深相對較淺，整體埋深小于7 500 m；第二，從構造成藏演化角度，塔中古隆起及鹽下構造繼承發育，油氣勘探最為有利，目前已獲突破，塔北隆起晚期遭受改造，破壞較大，不利成藏，巴楚－瑪東早期是塔西南隆起區前緣，喜山期發生翹傾，有利油氣調整。塔中鹽下構造長期繼承發育，與四川高石梯－磨溪氣田相似，成藏條件最為有利，巴楚與威遠類似，保存較好的背斜構造也具備成藏條件，是重點探索領域。

3 結論

（1）震旦紀塔里木盆地表現為伸展拉張構造背景，處于裂谷期，受天山洋和昆侖洋裂谷作用控制，發育滿加爾、阿瓦提及麥蓋提三大坳拉槽，同時發育巴楚－塔中，塔北及和田三大古陸。

（2）震旦系裂谷作用及其繼承性活動作用直接控制了寒武系下統玉爾吐斯烴源巖的分布，控制了下統臺緣相帶及臺地的發育及展布，間接控制了中寒武統蓋層的分布，同時也間接控制了古隆起和二級構造帶的發育和演化，對油氣勘探具有重要指導意義。

（3）塔中寒武系鹽下大構造繼承發育，是最有利勘探區帶；巴楚和瑪東地區是寒武系鹽下勘探值得探索的領域。

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