塔里木盆地西北缘柯坪冲断带寒武系盐下成藏条件

黄苏卫

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249）

0 引言

柯坪地区整个古生界与塔里木盆地内钻井揭示的地层完全相同，二叠纪末期的隆起依然可与盆内的隆起区相比，与之不同的只是在此之后本区再没有接受巨厚或较厚的中、新生界沉积，由此表明柯坪冲断带在前中生代是塔里木盆地的一部分，具备油气成藏的基本条件。虽然有学者指出了该区的良好前景［1-2］，但晚期强烈的构造运动导致的破坏以及现今露头观察到的广泛分布的油苗，致使人们对油气能否聚集、聚集后能否良好地保存，进而是否有完整的油气藏存在难以达成共识。吕修祥等认为柯坪地区虽然经历了复杂的构造运动，仍有油气藏存在的可能性，油气苗的发现可以证明油气藏的破坏，同时也辩证地证明了油藏存在的可能性［3］。从油气勘探的角度，与盆地内部相比其风险要大得多，因此，长期以来，勘探涉足极少，地质研究更多地是关注盆地内部。对柯坪地区的古地理格局、生储盖时空分布等均没有系统全面的认识，进而制约了对该区油气资源潜力的认识和勘探前景的评价。然而，随着中深1 井在寒武系膏盐层下的发现，提高了人们对柯坪冲断带滑脱层——中寒武统膏盐层［4］下地层成藏可能性的关注度。

1 区域地质概况

柯坪冲断带位于塔里木盆地西北缘，北以乌恰-阿合奇断裂为界与南天山相邻，南以柯坪塔格断裂与巴楚隆起和阿瓦提坳陷分界，东为库车前陆褶皱带和塔北隆起，西至喀什凹陷，面积大约2×104km2。柯坪冲断带的主体由五六排近于平行的逆冲岩席组成，1 个岩席长30～50 km，一般在2 个岩席之间有厚度不大的现代冲积扇充填（见图1）。出露地层古生界齐全，且与盆地内具有很好的可对比性。长期以来，柯坪冲断带是人们认识塔里木盆地的天然实验室，但将其作为塔里木盆地的一部分或与塔里木盆地一起进行整体编图、研究的工作并不多。多数关于塔里木盆地沉积、构造、岩相古地理编图，柯坪地区均为空白区。

就大地构造位置而言，研究区位于天山褶皱系与塔里木盆地间。其构造变动既受天山褶皱系活动的控制，又与塔里木盆地构造变动息息相关。

从地层接触关系来看，柯坪逆掩推覆带的形成时间是在新近纪上新世的库车期，推测本区在被推覆体掩埋之前的构造面貌是巴楚隆起向西北方向的延伸段。不仅与冲断层伴生的地面构造发育，而且据1997年专门针对柯坪断隆采集的地震剖面，经过处理解释，发现推覆构造带变形复杂，在推覆带之下存在比较完整的隐伏构造。

图1 柯坪冲断带地面卫星图

根据野外实际考察，结合遥感影象和地震剖面解释以及区域地质资料分析，按构造变形特征，以皮羌断裂和印干山为界将柯坪冲断系大致分为3 个区：

1）皮羌断裂以西部分，称之为西克尔区。这里褶皱和冲断构造变形共同存在，上盘牵引构造得到了有效保留，是柯坪断隆地面构造最为发育的地区。

2）皮羌断裂和阴干山之间，称之为柯坪区。这里冲断作用为主，各推覆体在地表一般都是以单面山形式存在。

3）阴干山构造带以东，称之为阿克苏区。其构造变形是柯坪断隆之中最复杂的，挤压走滑和逆冲推覆作用都很强烈，形成了本地区最为复杂的构造变形样式组合（见图2），体现了柯坪断隆“南北分带，东西分区（块）”独特的构造特征。

图2 柯坪冲断带构造分带及构造圈闭

2 成藏条件及模式

寒武系、奥陶系是塔里木盆地主要烃源岩发育段，西部碳酸盐台地相沉积主要发育局限台地—蒸发台地相碳酸盐岩型烃源岩，属高位体系域泻湖沉积［5］。野外露头也证实了柯坪地区寒武系该套烃源岩的存在［6-7］，具备油气生成的物质基础。李椿等认为，柯坪地区寒武系的烃源岩虽然不如奥陶系，但仍可生成相当数量的凝析油和大量天然气［8］。柯坪冲断带由于复杂的构造运动，油气储集空间相对较发育，关键是油气保存条件——盖层的发育对该区油气的成藏起着重要的控制作用。

2.1 烃源岩

研究区寒武系地层主要分布于东部喀拉铁克山、肖尔布拉克一带及柯坪塔格、依木干他乌南坡。岩性为一套海相碳酸盐岩，以白云岩为主，底部普遍具有含磷层，厚度1 075.2 m，与下伏上震旦统奇格布拉克组假整合接触。根据纵向岩性组合及古生物特征，可将其划分为3 个统6 个组，由下至上依次为下寒武统玉尔吐斯组、肖尔布拉克组、吾松格尔组、中寒武统沙依里克组、阿瓦塔格组、上寒武统下丘里塔格组。

柯坪冲断带寒武系主要为白云岩，局部夹灰岩，个别地层段含薄层泥岩，属海相碳酸盐岩台地局限海沉积。该系中下统含油性地层剖面位于阿克苏县肖尔布拉克建化厂，上统剖面位于柯坪东北同古四布隆。2 剖面寒武系烃源岩厚327.04 m，其中泥质岩仅4.6 m，碳酸盐岩厚322.4 m，以泥晶白云岩为主，烃源岩厚度占地层厚度的30.4%。盐下各层段烃源岩评价结果如表1所示，可以看出柯坪地区寒武系盐下地层具备生烃潜力。

表1 寒武系烃源岩评价

另外，柯坪地区阿克苏市西南部发现的2 个寒武系油苗，一个位于阿克苏县建化厂磷矿丝毫洞内，发现于玉尔吐斯组（1y）底部，另外一个位于肖尔布拉克剖面玉尔吐斯组的薄层灰岩溶缝内。这些油苗显示了寒武系生油的可能性，是最直接的证据。

2.2 储集空间

中、下寒武统储集岩为碳酸盐岩，以白云岩为主，孔隙类型主要是裂缝、溶蚀孔洞、晶间溶孔、颗粒内溶孔、白云岩晶间角孔及压溶型缝合线等，其中以缝洞型储层为主［9］。

断裂带附近岩溶储层往往发育，缝洞型储层发育受控于断裂展布方向［10］，柯坪冲断带断裂的发育为缝洞型储层发育提供了可能。阿克苏市肖尔布拉克剖面中以阿瓦塔格组储集岩发育最佳，累计厚度为143.0 m，占地层厚度的54.8%，其次为肖尔布拉克组、吾松格尔组和沙依里克组，玉尔吐斯组储集性能最差。膏盐层在阿瓦塔格组发育，因其隔热性差、热导率高，导致地温梯度较低，降低了盐下地层温度，抑制了成岩作用，有助于膏盐层下伏地层发育相对较高的孔隙度［11］。另外，膏岩层的存在，由于其较强的流动性，在压实作用过程中可能起到泄压作用，有助于孔隙的保存。同时随着埋深增大，温度升高，石膏转化为硬石膏，脱去大量结晶水，其中富含有机酸，可对碳酸盐岩溶蚀，形成次生孔隙［12-13］。

震旦纪末期，柯坪运动使震旦纪裂陷盆地回返，震旦系遭受严重剥蚀，形成准平原化古地貌。上震旦统的白云岩遭受了长期的风化、淋滤。而后，塔里木盆地及周缘区域应力场由拉张变为挤压，由此产生的褶皱、断裂作用导致了震旦系白云岩中大量裂缝和次生孔隙的形成，使得物性大为改善，从而形成了上震旦统风化壳储集体［14］。

2.3 保存条件

柯坪冲断带位于强烈的构造活动带，发育大型的逆冲推覆断裂，具有油气运移通道和封堵油气散失的双重作用［15］，为油气运移和聚集提供条件；反之，这种构造特征对油气的保存也存在不利的一面。柯坪地区广泛分布的油气显示也证实了油气的泄露具有普遍性，因而油气藏的形成需要更高的保存条件。油气藏的保存条件除了盖层的封闭外，还需考虑构造的破坏程度。对柯坪冲断带油气保存条件的研究大致可以划分为2 个部分：一是盖层的封盖作用；二是上层推覆体对下伏隐伏背斜的保护。

在所有盖层中，以中寒武统阿瓦塔格组为最好。中寒武世柯坪冲断带与巴楚隆起同为塔里木盆地的有机组成部分，两者之间经历了相似的构造和沉积作用，该时期巴楚隆起和柯坪冲断带蒸发台地相广泛发育，沉积于蒸发台地相的膏盐岩层段在柯坪地区广泛分布。从邻区内钻井数据中可以发现，中寒武统与膏盐岩的厚度具有很好的相关性（见图3），因而可以推测出，在柯坪地区中寒武统发育的地方，膏盐岩具有相关的厚度，且作为整个柯坪推覆构造的滑脱层，其厚度值得期待。该膏盐层使下伏古隆起中的油气得到了较好的保存，因而在盐下构造隆起中形成大型油气田的可能性就更大，成藏模式见图4。

图3 中寒武统厚度与膏盐岩层的相关性

图4 成藏模式预测

2.4 生储盖组合评价

研究区以下寒武统玉尔吐斯组—中寒武统沙依里克组为主要生油层，下寒武统肖尔布拉克组至中寒武统沙依里克组作为储集层，中寒武统中下部作为直接盖层构成正常的生储盖组合。本组合生油条件、储集条件和盖层条件均较好。生油层以灰色白云岩为主，但玉尔吐斯组发育高有机碳质量分数的泥质烃源岩，且野外发现有寒武系液态油苗，表明寒武系烃源岩仍然可以生油。储集层厚564.7 m，以白云岩为主，加权平均孔隙度2.17%，但野外发现白云岩发育大量的裂缝，有助于提高白云岩的储集性能。盖层以含膏泥岩、云质泥岩和泥云岩为主，厚83.4 m，系区内“好”生储盖组合。

另外，下寒武统肖尔布拉克组至中寒武统沙依里克组本身不仅具有较好的储集条件，而且具有一定的生油条件，还可形成2 个自生自储式的次一级生储盖组合。

2.5 成藏模式预测

柯坪冲断带具备油气成藏和赋存的条件，尤其是寒武系盐下目的层。寒武系膏岩层作为柯坪冲断带的主要滑脱层，在底层挤压冲断过程中，必然伴随着膏岩层形态的变化以及下伏中下寒武统地层的变形，特别是冲断带岩席之下发育的深层隐伏背斜。这些背斜其上被逆冲推覆体覆盖，经历的变形过程较简单，背斜保存较完整。寒武系烃源岩成熟生烃排烃后直接在寒武系储层中聚集，之后可能发生构造运动，使地层的形态发生改变，但其上膏岩层作为直接盖层，将有效地保护油气免于构造破坏，但油气在地层变形后可能向构造高部位进一步富集形成油气藏（见图4）。

与寒武系地层平行不整合接触的震旦系地层，在震旦纪末遭受严重的剥蚀作用，出露地表风化、淋滤后再加上区域应力场由拉张到挤压的转变，导致白云岩中大量裂缝和次生孔隙发育，物性大为改善。在之后深埋压实过程中，上覆膏岩层的存在，可能对后期沉积的地层静压力有一定的泄压作用，有可能导致其物性有较好的保留。寒武系烃源岩成熟生烃后，直接向下排烃，沿不整合面运移、聚集、成藏（见图4）。从现有地震剖面上可以看出，寒武系下基岩地层隆起的幅度和范围都很可观，再加上烃源岩和膏岩层的双重封闭作用，油气藏的前景相当可观。

3 勘探方向和建议

柯坪冲断带北部阿克苏区相对于中南部的柯坪区和西克尔区构造运动更加剧烈，破坏可能更加严重，大部分冲断体具有暴露式的冲断前锋，而冲断带的南部倾末端局部可能发育隐蔽式的冲断前锋，成为油气聚集的构造带。

伴随近年来地震及重、磁、电多种勘探手段的实施，柯坪地区地表构造已经能清晰地显示出来，地下隐伏构造也逐渐呈现出较为完整的形态； 然而地表构造遭受了不同程度的破坏，生油层和目的层出露地表，大量的油气显示也揭示了其油气破坏过程。因此，地面构造大部分都已无勘探潜力，而柯坪冲断带下盘的隐伏构造，因上盘推覆体的掩覆而得到有效保存，是柯坪冲断带上最有潜力的油气勘探新领域。

通过电法和地震资料的解释，对柯坪地区的圈闭进行普查，发现柯坪冲断带各推覆体下盘均发育有隐伏构造带，其中有一部分可见完整的背斜形态，特别是南缘的柯坪塔格推覆体下部和第2 排奥孜格尔塔格-依木干他乌推覆体的下部（见图2）。这些背斜构造由古生界组成，形态比较完整。作为推覆体的下盘构造带，相对于上盘受到构造的改造程度较低，为油气保存提供了较好的条件。

在这些重点区域，还需要进行更加细致的工作进一步指导勘探。以地震手段为主，野外观察为辅，落实寒武系地层沉积时的岩相古地理图，预测烃源岩发育的范围和厚度以及有机质的高丰度沉积区。利用地层的埋藏演化史和冲断带的构造演化史，推测出有机质成熟度的具体分布图，再结合膏岩层的分布进行勘探。通过试验确定膏岩层的突破压力和有效封盖厚度，叠合有机质的丰度和类型的发育区以及有利的构造位置，确定勘探有利区。另外，震旦系基岩作为有效储层在柯平冲断带应该值得重点注意，其成藏潜力巨大。最后在这些工作的基础上，实施重点的钻探工作，以期取得重大突破。

4 结论

1）柯坪冲断带寒武系盐下地层有效烃源岩发育，存在良好的储集空间，生储盖组合匹配，具备油气成藏的物质基础，潜力巨大。

2）中寒武统膏岩层的发育在冲断带的发育过程中起到滑脱层的作用，虽然该区构造运动强烈，但盐下地层经历构造运动相对简单，再加上膏岩层的封盖作用，早期生成的油气被保存的可能性很大。

3）柯坪冲断带的勘探重点应放在柯坪区和西克尔区。阿克苏地区构造活动相对较弱、保存条件相对较好，尤其是柯坪冲断带下盘的隐伏构造，因上盘推覆体的掩覆而得到有效保存，是柯坪冲断带上最有潜力的油气勘探新领域。

致谢：感谢指导老师吕修祥教授在本文写作过程中给予的指导，感谢各位师兄在写作过程给予的帮助和意见。

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