塔里木盆地麥蓋提斜坡皮山北新1井白云質角礫巖地層時代厘定

羅少輝, 李九梅, 王 輝

1.中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，烏魯木齊 830011 2.河北工程大學河北省資源勘測研究重點實驗室，河北 邯鄲 056038 3.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249

0 引言

塔里木盆地油氣勘探主要目的層以古生界為主，對中生代以來研究突破較小。其中，位于麥蓋提斜坡的玉北地區整體缺失中生界，只在皮山北新1井古近系膏巖之下鉆遇一套6 884～7 150 m以白云質角礫碳酸鹽巖為主的沉積層，前人對該套地層油氣成因及圈閉類型進行了研究[1-2]，但未進行系統的地層劃分分析。張長建等[2]對皮山北新1井區的構造模式及演化做了詳細的研究，認為該區發育典型的復式破火山口構造，其經歷了海西期以來完整的火山噴發、塌陷、復活和再塌陷的演化階段。

由于該區為巖漿構造，構造演化復雜，且鄰區可用于地層對比的鉆井、露頭資料較少，對這套古近系膏巖鹽之下的角礫巖地層特征認識不清，制約了對該區的下步勘探部署，因此準確厘定其時代歸屬、預測其平面展布，對理清麥蓋提斜坡白堊紀—古近紀沉積特征具有重要的地質意義。本文結合皮山北新1井大量巖心、鉆測井、元素及地震資料等，在巖石學、古生物及地球化學分析基礎上，對該井鉆遇的一套白云質角礫巖的特征及地層時代進行深入研究，以期對下步油氣勘探具有指導意義。

1 地質背景

皮山北新1井位于新疆維吾爾自治區皮山縣境內，地處天山南麓的塔里木盆地塔克拉瑪干沙漠西南部，其構造位置處于麥蓋提斜坡與葉城和田凹陷的結合部位(圖1)。該井是塔里木盆地麥蓋提斜坡皮山構造高部位的1口探井[1]。該區經歷了加里東中期、海西期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期等多期構造運動。

圖1 塔里木盆地皮山北新1井構造位置圖Fig.1 Tectonic location of Well PSBX1 in the northern Tarim basin

塔里木盆地為多期疊合盆地[3]，麥蓋提斜坡現今格局呈現為一大型南傾斜坡，前期研究認為其絕大部分地區自下而上發育震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、古近系、新近系、第四系，志留系、泥盆系局限分布，缺失中生界。利用塔西南周緣造山帶的露頭資料，發現前人[4-12]對塔西南地區白堊系—古近系均進行過深入研究。郝詒純等[6]認為塔西南地區白堊紀—古近紀發育海相沉積，海相沉積的發育與塔里木海灣的演化史有關，白堊紀晚期，受燕山期構造活動影響，特提斯海水自塔里木盆地西北侵入盆地內部，但并未影響麥蓋提斜坡，古近紀海侵得到繼承和發展，開始進入研究區。張長建等[2]認為中二疊統沉積末期，皮山北新1井區深部地幔熱源上拱，從而在井區形成一系列正斷層，隨著巖漿活動加強，深部巖漿沿斷裂呈裂隙式噴發，火山噴發結束后，深部巖漿房坍塌形成破火山口。

2 皮山北新1井角礫巖特征

2.1 地層巖電特征

皮山北新1井古近系膏巖之下發育碳酸鹽巖，巖性為淺灰色灰質白云巖、角礫狀白云巖、粉—細晶白云巖，以及灰色泥質灰巖、深灰色泥巖、淺黃灰色—灰色泥晶灰巖、灰色白云質灰巖，灰色泥巖。

常規測井響應特征為：自然伽馬(GR)值約為30 API；雙側向電阻率曲線多重合，深側向電阻率(RLLD)為10～100 Ω·m；聲波時差(AC)值為164～197 μs/m；密度(DEN)為2.65～2.72 g/cm3(圖2)。

2.2 皮山北新1井角礫巖分段特征

皮山北新1井角礫巖段下部取心段化石豐富，根據巖心觀察，下部取心段可進一步細分為3個組段，自下而上分別為Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3段(圖3)。上部取心段化石減少，根據巖性特征可進一步細分為4個組段，自下而上分別為Ⅱ段(角礫狀白云巖段)、Ⅲ段(角礫巖段)、Ⅳ段(角礫狀白云巖段)和Ⅴ段(角礫巖段)(圖4)。

Ⅰ-1段：上部，灰黑色白云巖，顏色比下部稍淺，在剖面上，可見具有一定的定向排列的扁平狀礫石，但是整體巖性主要是灰黑色白云巖；下部，灰黑色白云巖，可見少量礫石呈漂浮狀，礫石磨圓較好，發育被瀝青充填的溶蝕孔洞，陸源碎屑較多，多為硅質，含量變化大。

Ⅰ-2段：灰黑色紋層白云巖，巖心表面見到大量的變形特征。淺色為白云巖，暗色有機質含量相對豐富，在一定的地質條件下會形成滑動變形的鏡面構造。下部具有一定的陸源硅質碎屑物質的發育。

Ⅰ-3段：角礫巖。角礫成分復雜，主要由灰黑色—深灰色粉晶白云巖、灰白色結晶灰巖、灰白色粉晶白云巖及少量玉髓、石英組成(陸源硅質碎屑成分和結構比較復雜)。灰白色灰巖礫石基本沒有磨圓和分選，白云巖礫石(不論顏色)都具有一定的磨圓與分選，在泥巖表面上，可見到黃鐵礦顆粒，裂縫發育，并被方解石和白云石及少量瀝青充填。

Ⅱ段：角礫狀白云巖。與上段區別主要在于礫石顆粒是否發生位移。本段巖心破碎嚴重，巖心表面裂縫呈網狀，溶蝕孔洞主要發育在礫石顆粒之間的膠結物中，并多被石膏等充填。可能意味著在發生巖溶作用后，顆粒較小，溶蝕比較充分。

Ⅲ段：角礫巖。為成分相對單一的角礫巖，多塊白云巖角礫，破碎后，期間為亮晶白云巖膠結，并偶見方解石膠結物，角礫巖呈現漂浮狀，礫石分選和磨圓都較差，此段陸源碎屑較多，局部單塊硅質體積分數達40%，且硅質多磨圓，顆粒較大。膠結物中溶蝕孔洞發育，裂縫發育，多為低角度縫，儲層物性較好。

Ⅳ段：角礫狀白云巖。主要巖性為灰色粉晶白云巖，發育溶蝕孔洞，且被云巖、膏質等充填。局部發育大量斜縫。

Ⅴ段：角礫巖。角礫成分較復雜，角礫主要巖性為灰白色亮晶灰巖、灰色粉晶白云巖及灰色粉晶白云巖，硅質陸源碎屑含量較低。其角礫具有一定的磨圓，顆粒大小為1～2 mm。灰巖、白云巖角礫大小差異很大，完全沒有分選性，淺灰色灰巖完全沒有磨圓，而白云巖礫石具有一定的磨圓。

通過巖心觀察認為：皮山北新1井角礫巖上部層段陸源物質很少；角礫分選差、磨圓差，角礫顆粒上見早期成巖作用形成的構造裂縫；取心、成像測井解釋見膏質團塊。角礫巖搬運距離稍遠，但是也屬于近源堆積，角礫狀白云巖是極近或原地快速堆積而成，角礫巖、角礫狀白云巖互相疊置，說明其角礫巖的成因與巖溶或膏溶作用有關，角礫巖上部層段初步判斷其成因可能屬巖溶、膏溶成因。角礫巖下部層段沉積構造發育，有一定數量的陸源碎屑，顆粒物較細小，其成因可能與上部層段具有較大差異，可能與小型洼地的滑塌等作用有關。

圖2 皮山北新1井古近系、白堊系綜合柱狀圖Fig.2 Integrated Paleogene and Cretaceous column of Well PSBX1

圖3 皮山北新1井角礫巖下段巖心照片與分段柱狀圖Fig.3 Lower breccia section core photos and Stratigraphic column of Well PSBX1

2.3 地震反射特征

白堊系角礫巖地層速度約為5 800 m/s，上覆古近系阿爾塔什組膏泥巖地層速度約為4 800 m/s，上下地層產生較大的反射系數(T30地震反射波)，形成兩谷夾一峰的連續中—強反射波組特征。當白堊系頂部儲層發育時，與上覆地層形成的反射系數變小，反射能量變弱，形成連續強反射背景下的相對弱反射特征[2]，井震匹配關系較好(圖5)。

通過分析剖面上地震反射同相地震物理特征及接觸關系，確定了古近系膏巖之下碳酸鹽巖的地震層序特征。綜合考慮沉積體的外形、側向接觸關系及其巖相環境等方面的對應關系，皮山破火山口整體構造層可分為下部古生界基底、中層雜亂火成巖層、白堊系沉積構造層及新生界4套結構。沉積構造層分布于外環凹陷區和核心凹陷區，目前鉆井僅揭示沉積構造層最上的白云質角礫巖，其地震特征表現為中強振幅、連續好、平行反射結構、充填構形。

圖4 皮山北新1井角礫巖上部巖心照片與分段柱狀圖Fig.4 Upper breccia section core photos and stratigraphic column of Well PSBX1

圖5 皮山北新1井合成地震記錄Fig.5 Synthetic seismogram of Well PSBX1

白云質角礫巖沉積構造層整體表現為從中間向周圍變薄的趨勢，在角礫巖體東部位置其尖滅點表現為中強振幅向弱振幅的突變點，在角礫巖體北部位置表現為塌陷湖盆的湖盆邊緣，地震特征為逐層上超的最高位置。從地震解釋情況來看，白云質角礫巖的分布范圍受控于首次破火山口的塌陷作用，而厚薄趨勢可能受控于復活之后的坳陷作用(圖6)。

3 地層劃分證據

皮山北新1井鉆揭的白云質角礫巖地層上、下段隸屬于不同的時代，上段為古近系吐依洛克組，下段為白堊系依格孜牙組。白堊系和古近系的界線，是地質歷史上的一個重大地質事件，由于它涉及曾盛極一時的恐龍類的絕滅，哺乳動物的興起，其他許多生物類別的衰退、消亡與復蘇以及全球自然環境的巨變。作為這一災變事實物質記錄的災變事件層，可為識別和確定白堊系與古近系界線提供重要依據[6]。

災變現象除生物的絕滅與復蘇外，還發現天體物質的大量加入，使得界線層中銥、鈷、鎳等元素和碳、氧穩定同位素異常。這與生物災變有著共同的切入點，兩者顯示了良好的同步性和一致性。這就為確定白堊系與古近系界線提供了良好的標志與物質記錄。

3.1 生物地層劃分依據

皮山北新1井角礫巖古生物化石特征對皮山北新1井取心段進行了大量古生物分析：吐依洛克組多未檢測到化石，依格孜牙組巖心薄片以及以下地層的巖屑薄片鑒定中發現大量的生物化石碎片。樣品的統計結果表明:依格孜牙組薄片上生物碎屑主要有棘屑、腕足、介形蟲、褐藻等，在巖石結構組分中生物碎屑體積分數豐富，最高可達72.0%，樣品平均生物碎屑體積分數為40.5%。而吐依洛克組極少見到生物化石，僅在該組頂部見到少量生物碎屑，組分占30.0%，局部見到棘屑類生物碎片，總體生物不發育；同樣在海相碳酸鹽巖沉積物中，生物化石發育特征具有較大的突變性。這說明在該處附近存在一個造成生物大量滅絕的事件。在白堊紀末期存在一次地質事件，造成海洋水體發生了重大的變化，大規模生物滅絕，此后一段時間內，缺少生物化石的記錄；在大滅絕事件數10萬年后，海洋重新恢復生機，開始有生物化石的記錄，但是生物化石總量還較少。

圖6 皮山北新1井區角礫巖地震反射特征 Fig.6 Seismic reflection of breccia in Well PSBX1 area

皮山北新1井依格孜牙組發現比較豐富的孢粉化石，其中以下部深灰色巖性中最為豐富。孢粉化石主要來源于填隙物中的碎屑成分。具體孢粉分布和組合特征如下。

少量蕨類孢子：蘆木孢屬Calamospora，圓形光面孢屬Punctatisporites，擬套環孢屬Densoisporites，光面單縫孢屬Laevigatosporites，具唇孢屬Toroisporis，克魯克孢屬Klukisporites，圓瘤孢屬Rotverrusporites。大量裸子植物：松科Pinaceae，云杉粉屬Piceaepollenites，雙束松粉屬Pinuspollenites，杉粉屬Taxodiaceaepollenites，克拉梭粉屬Classopollis，環圈克拉梭粉Classopollisannulatus，雪松粉屬Cedripites，羅漢松粉屬Podocarpidites，單遠極溝粉屬Monosulcites，無口器粉屬Inaperturopollenites，周壁粉屬Perinopollenites，微囊粉屬Parvisaccites，圓形粉屬Rotundipollis，假云杉粉屬Pseudopicea。另有少量有待進一步確認的被子植物花粉。

皮山北新1井K/E地層劃分依據郝詒純等[6]認為塔里木盆地西南地區白堊系-古近系的界線應在依格孜牙組與其上覆的吐依洛克組之間，這是一條反映有機界重大變革的自然界線。依據包括：1)在塔西南地區阿克徹依、阿爾塔什和烏依塔克等剖面的依格孜牙組中找到豐富的固著蛤類化石，說明固著蛤動物群在依格孜牙組中上部很繁盛，到該組頂部完全消失，沒有延續到吐依洛克組，前人[6]的工作早已確認固著蛤類是海相無脊椎動物中在白堊紀末集群絕滅的重要類別之一，據此可以推斷白堊系-古近系間的界線位于依格孜牙組與吐依洛克組之間。2)孢子花粉較系統地分析研究表明，依格孜牙組的孢粉組合具典型的賽諾期特征，吐依洛克組中沒有找到孢粉化石，阿爾塔什組的孢粉組合中含多種被子植物孢粉，與中亞地區及我國許多其他地區對比，其時代應屬早、中古新世。

3.2 碳氧同位素劃分依據

許靖華等[13]認為白堊系與古近系界線地層碳同位素異常變化是全球各地普遍存在的現象，變化的總趨勢是由正值偏向負值，或由大變小，平均變化幅度為3‰～4‰。孟昌等[5]認為塔西南地區庫孜貢蘇剖面白堊系與古近系界線地層的碳穩定同位素分析結果也存在上述異常。依格孜牙組δ13C值全為正值，變化幅度不大，為3.74‰～4.63‰，反映了較為穩定的海相環境。在吐依洛克組底部δ13C值存在著顯著的負異常。吐依洛克組與依格孜牙組之間存在著一次地質事件，它打破了古海洋水體中地球化學配制的穩定平衡狀態，從而導致整個古海洋中生物鏈之破壞，造成碳同位素分餾平衡被打破，引起生物集群絕滅。

利用δ13C對皮山北新1井白云質角礫巖井段開展地層劃分，認為在古近系吐依洛克組δ13C均為負值，為-1.00‰～-2.20‰，平均-1.55‰，在白堊系依格孜牙組δ13C均為正值，為1.30‰～3.80‰，平均2.64‰(圖2)。在吐依洛克組與依格孜牙組之間存在碳同位素的突變，暗示該處附近可能存在造成同位素變化的事件，指示海洋環境的劇烈變化，這可以與全球K/E界線處對比。皮山北新1井白云質角礫巖段δ18O值也具有上述異常。

3.3 元素地球化學劃分依據

自1979年Alvarez 等發現K/T界線中銥異常進而提出地外星體撞擊地球論后，全球各地K/T界線處幾乎都發現了這一稀有金屬元素異常現象[14]。世界各地K/T界線不僅銥元素，而且其他鉑族元素也存在豐度異常。K/T界線處普遍出現薄層黏土沉積，其中鉑族元素尤其是銥(Ir)元素的含量比它的上下層位高出幾倍甚至二三十倍，所以，以生物絕滅事件、地層中的地球化學異常作為研究和確定白堊系-古近系界線的重要依據基本成為共識。

皮山北新1井白云質角礫巖段，自下而上，鉑族元素在吐依洛克組與依格孜牙組之間見到明顯的異常，其含量明顯增大，尤其以Rh、Ru、Ir、Os等最為明顯。以Ir這一標志性元素為例，Ir元素在地層中質量分數的基準值是0.05個單位，而該處樣品中Ir質量分數為0.33個單位，是地層基準值的6.6倍，而其上、下地層多在基準值附近變化(圖2)。該處是一個很明顯的突變點，元素地球化學分析認為K/E界線應該在該深度(7 068 m)附近。

4 結論

1)此次研究改變了前期對麥蓋提斜坡中、新生界沉積特征的認識，認為白堊系在麥蓋提斜坡局限分布，晚白堊世海侵對麥蓋提斜坡局部如皮山北新1井區有影響。皮山北新1井區鉆揭的中、新生界白云質角礫巖上段為古近系吐依洛克組，下段為白堊系依格孜牙組。

2)皮山北新1井白堊系-古近系的界線與全球普遍存在的古生物特征、碳氧同位素異常、元素地球化學異常具有相同的特征。

3)該套地層的形成也與塔里木海灣的演化發育密切相關。海西晚期的火山活動對該區構造的形成及地層的改造具有重要控制作用，構造滑塌角礫巖和溶塌角礫巖是皮山北新1井區白云質角礫巖的兩種成因。

致謝：研究過程中得到了中石化勘探開發研究院的張仲培博士、中國地質大學(北京)萬曉樵老師的指導和幫助，在此表示感謝。