塔北奥陶系碳酸盐岩沉积演化特征及台地发育模式

赵学钦，杨海军，马 青，周成刚，孙崇浩，尹铁君，蔡 泉，孙仕勇

(1.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010;2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000;3.西南石油大学资源与环境学院，四川 成都 610500;4.中国石油东方地球物理有限责任公司研究院库尔勒分院，新疆 库尔勒 841000)

碳酸盐岩沉积相模式不但可以反映沉积时的水动力、古气候条件、海平面升降、大地构造背景以及它们的演化特点，也是描绘和模拟碳酸盐岩中的储集相的有效工具［1-3］。塔里木盆地古生界尤其是寒武系—奥陶系碳酸盐岩地层分布面积广，厚度大，油气勘探潜力大［4-14］，目前发现和探明了塔河、哈德逊、英卖力、塔中一号断裂折坡带［7-11］等油气田。塔北地区奥陶系碳酸盐岩是塔里木盆地油气重要的产量区带，目前已建成塔河、哈德逊、英卖力等多个油气区块。本文在沉积相类型研究的基础上，重点对塔北奥陶系碳酸盐岩地层沉积相类型及相带区域分布特征开展研究，结合区域地质特征和沉积背景，建立奥陶系碳酸盐岩沉积演化模式。

1 区域地质概况

研究区位于塔里木盆地北部(以下简称塔北)，北靠库车坳陷，南邻满加尔凹陷，包括轮南、英买力及哈拉哈塘等地区，呈近东西向展布［15，16］(图1)。区内奥陶系地层可划分为下奥陶统蓬莱坝组(O1p)，中下奥陶统鹰山组(O1-2y)，中奥陶统一间房组(O2y)，上奥陶统吐木休克组(O3t)、良里塔格组(O3l)和桑塔木组(O3s)［17，18］。下奥陶统蓬莱坝组主要在研究区北部钻遇，而且仅少数井钻遇，该组岩性以云质泥晶灰岩为主夹砂屑灰岩、砂屑云岩;中、下奥陶统鹰山组可以分为4段，其中鹰一段和鹰二段为中奥陶统，岩性以泥晶灰岩为主夹砂屑灰岩，属开阔台地台内洼地夹台内砂屑滩沉积;鹰三段和鹰四段为下奥陶统，岩性为泥晶灰岩、颗粒灰岩、云质灰岩、灰质云岩、白云岩、灰质泥岩薄互层，属半局限台地沉积。一间房组岩性以亮晶颗粒灰岩为主夹生物灰岩、泥晶灰岩薄层，沉积相为开阔台地浅滩夹点礁。上奥陶统吐木休克组是塔北地区的区域性标志层，岩性以棕色、青灰色泥灰岩、泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩为主，为台地整体沉没至上斜坡时期的沉积;良里塔格组岩性以瘤状灰岩为主，上部出现较纯的台缘礁滩体砂屑灰岩和生物灰岩，为台地边缘-斜坡沉积;桑塔木组岩性以深灰色泥岩为主夹灰岩，为混积陆棚-斜坡盆地沉积［19］。从区域地层分布情况看，在靠近塔北古隆起中部区域的奥陶系遭到强烈剥蚀，而在南部地区奥陶系保存较全(图1)。

图1 塔北地区奥陶系分布图Fig.1 Distribution of the Ordovician strata in northern Tarim Basin

2 沉积相展布规律

研究区上奥陶统吐木休克组岩性从青灰色、灰绿色泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩相变到棕褐色瘤状灰岩再相变到棕褐色钙质泥岩，测井曲线特征明显，自然伽玛和电阻率曲线均表现为漏斗型特征，其在全区分布且易于对比。因此，吐木休克组通常被作为塔北奥陶系的对比标志层［19］。

本次研究将吐木休克组的顶拉平进行区域沉积相分析，建立东西向区域连井沉积相对比图(图2)，该连井剖面西起英买力低凸起YM2井、YM101井，穿过哈拉哈塘凹陷HA6井、HD17井，东至轮南低凸起的LG35井、LG36井。分析表明，中下奥陶统鹰山组、一间房组和上奥陶统吐木休克组的沉积相横向分布较稳定，上奥陶统良里塔格组沉积相横向变化较大。具体特征如下:

(1)下奥陶统蓬莱坝组和中下奥陶统鹰山组下部(鹰三段、鹰四段)在本区仅有少数井钻遇并钻穿，岩性主要为粉晶云岩、细晶云岩与含云灰岩呈近等厚互层，间夹薄层状砂屑灰岩、泥晶灰岩，为局限台地泻湖-潮坪相夹障壁滩坝沉积，厚度分布稳定，东部LG36井附近障壁滩坝发育。中下奥陶统鹰山组鹰二段下部为泥晶灰岩、泥晶砂屑灰岩、含云灰岩、粉晶云岩、细晶云岩互层(图3b)，上部以泥晶灰岩为主，间夹中厚层状砂屑灰岩，表现为半局限台地向开阔台地沉积环境的转变，主要为滩间海夹砂屑滩沉积，厚度分布稳定，东部LG36井附近砂屑滩发育。

(2)中下奥陶统鹰山组鹰一段的岩性在YM2井区、HA6井区和HD23井区主要以褐灰色含燧石结核泥晶灰岩为主夹砂屑灰岩和砂砾屑灰岩薄层(图3a)，为开阔台地台内洼地沉积物，在YM101井区和轮南低凸起的LG35井区、LG36井区岩性主要为亮晶砂屑灰岩夹泥晶灰岩，为开阔台地台内滩夹滩间海沉积，并且厚度分布比较稳定。

(3)中奥陶统一间房组沉积时期的沉积相类型基本继承了鹰山组开阔台地相特征，但海水变浅，为开阔台地台内浅滩夹托盘类生物点礁，发育为砂屑灰岩、砂砾屑灰岩夹托盘类生物灰岩(图3d)。HD17井区的一间房组沉积物变粗，发育砂砾屑灰岩和塌积角砾岩(图3c)，显示出HD17井区的海水较浅、波浪能量高的沉积特征;在YM2井区，一间房组岩性较细，为砂屑灰岩和生屑砂屑灰岩夹泥晶灰岩薄层。一间房组和鹰山组的分层界线较难确定，特别是在HA6井区。

图2 塔北奥陶系碳酸盐岩沉积相东西向连井对比剖面Fig.2 EW-trending well-tie section correlation of the sedimentary facies of the Ordovician carbonate rocks in northern Tarim Basin

(4)奥陶系上统吐木休克组地层在研究区沉积厚度稳定，沉积物和沉积序列特征基本一致，岩性从青灰色/灰绿色泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩相变到棕褐色瘤状灰岩再相变到棕褐色钙质泥岩(图3e、f)，沉积相均为沉没台地-斜坡相，反映了塔北地区中奥陶统一间房组为开阔台地整体沉没至上斜坡的沉积特征。

(5)奥陶系上统良里塔格组的沉积厚度和沉积相变化较大，哈得17、YM2和YM1井区良里塔格组沉积厚度较薄，主要为鲕粒灰岩、生屑泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩夹薄层泥岩(图3h、i、j)，为台内洼地(滩间海)沉积;而在HA6井区、LG35井区和轮古36井区，良里塔格组上部沉积了较厚的台地边缘台缘洼地瘤状灰岩和台缘滩砂屑灰岩沉积(图3g)，显示出孤立台地沉积特征，顶部出现较纯的砂屑灰岩和砂砾屑灰岩沉积物(图3h)，沉积时能量较高，显示沉积期曾经暴露于海平面之上。

3 碳酸盐岩台地沉积演化模式探讨

通过对研究区钻井岩石特征、沉积结构的研究，以及沉积相在纵横向剖面上的组合变化特征的详细分析，结合区域地质特征和沉积背景，根据威尔逊碳酸盐岩台地沉积模式［3］，建立了塔北地区奥陶纪之不同时期的碳酸盐岩台地沉积模式(图4)。

3.1 早奥陶世局限台地-半局限台地沉积

从塔北地区蓬莱坝组和鹰山组下部地层岩性组合关系看，塔北地区的早奥陶世沉积格局是寒武纪沉积格局的沿续［18，20］，发育泥晶灰岩与细晶白云岩、粉晶白云岩呈略等厚互层沉积，为局限台地-半局限台地沉积环境。局限台地可进一步划分为潮坪、泻湖和障壁滩坝3个亚相，半局限台地进一步划分为半局限泻湖、台内滩和滩间海3个亚相(图4A)。

3.2 中奥陶世开阔台地沉积

塔北地区中奥陶统包括鹰山组上部和一间房组，岩性组合下部以泥晶灰岩为主夹亮晶颗粒灰岩，往上颗粒逐渐变粗;上部以亮晶颗粒灰岩为主夹泥晶灰岩。一间房组出现生物礁灰岩。从沉积环境上看，塔北地区中奥陶世为开阔台地沉积环境(图4B)，水体深度向上变浅;地层厚度上，厚度稳定，无显著性变化。中奥陶世开阔台地可进一步分为台内滩、台内生物点礁、滩间海(台内洼地)3个亚相［19］，其中台内点礁主要分布在中奥陶统一间房组。

图3 塔北地区奥陶系碳酸盐岩沉积特征Fig.3 Description of the Ordovician carbonate rocks in northern Tarim Basin

图4 塔北奥陶系碳酸盐岩台地演化模式Fig.4 Models showing the evolution of Ordovician carbonate platforms in northern Tarim Basin

3.3 晚奥陶世初期沉没台地沉积

晚奥陶世吐木休克组沉积时期，塔北地区整体沉降，沉积界面逐渐沉没于正常浪基面之下。下部岩性为褐灰色、红灰色泥晶灰岩、泥质灰岩、瘤状灰岩，向上过渡为红色、灰绿色钙质泥岩、泥岩，反应了向上水体变深，泥质含量增加。测井曲线向上自然伽马显著升高、电阻率显著降低，表现为钟形。沉积环境为静水、低能沉积环境，受风暴浪作用时可形成中高能的风暴沉积层，平面上沉积相组合表现为沉没台地-斜坡-盆地［19］(图4C)。

3.4 晚奥陶世开阔台地-台地边缘沉积

上奥陶统良里塔格组沉积时期，伴随着构造活动，塔北地区开始整体抬升，但抬升幅度略小于海平面上升幅度［21］。晚奥陶世早中期主要发育开阔台地，但水体深度较中奥陶世加深，沉积物以鲕粒灰岩、生屑泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩为主，为台内洼地亚相夹台内滩。良里塔格组沉积晚期，塔北地区演化为台地边缘系统，沿LG36-LG35-HD27-HA6井一带形成了一定厚度和规模的台缘礁滩体沉积组合，台地边缘发育台缘滩和台缘洼地组合(图4D)。台地边缘发育历史较短，为一个早期夭折型台地边缘事例［19］。

4 结论

通过对塔北地区奥陶系碳酸盐岩的岩石特征、沉积结构的研究，以及沉积相在纵、横向剖面上的组合变化特征的详细分析，结合区域地质特征和沉积背景，建立了塔北地区奥陶纪不同时期的沉积模式:

(1)研究区蓬莱坝组、鹰山组鹰四段、鹰三段为局限台地相，鹰二段为半局限台地相，鹰一段和一间房组沉积时期均属于碳酸盐开阔台地相，向上水体不断变浅，一间房组沉积时期开始出现点礁;上奥陶统吐木休克组沉积时区域整体沉降，为沉没台地-斜坡-盆地沉积。

(2)上奥陶统良里塔格组沉积时盆地整体抬升，为台地边缘-斜坡沉积环境。早、中期以发育碳酸盐开阔台地为特征，晚期演化为台地边缘系统，沿LG36-LG35-HD27井-HA6井一带形成了台缘礁滩体沉积组合，在台地边缘发育台缘滩和台缘洼地组合。

［1］顾家裕，马锋，季丽丹.碳酸盐岩台地类型、特征及主控因素［J］.古地理学报.2009，11(01):21 －22.

［2］TUCKER M E，WRIGHT V P，DICKSON J A D.Carbonate Sedimentology［M］.Oxford:Blackwell Science Ltd.，1990.

［3］WILLSON J L.Carbonate Facies in Geologic History［M］.New York:Springer-Verlag，Berlin Heidberg New York，1975.

［4］马宝林，温常庆.塔里木沉积岩形成演化与油气［M］.北京:科学出版社，1991.206.

［5］顾家裕，周兴熙.塔里木盆地轮南潜山岩溶及油气分布规律［M］.北京:石油工业出版社，2001.268.

［6］顾家裕，张师本，朱极敏，等.塔里木盆地沉积与储层［M］.北京:石油工业出版社，2003.400.

［7］景建恩，魏文博，梅忠武.塔河油田奥陶系岩溶洞穴发育特征及其与油气的关系［J］.吉林大学学报(地球科学版)，2005，35(5):622－625.

［8］康玉柱.塔里木盆地寒武—奥陶系油气勘探重大进展及建议［J］.中国西部油气地质，2006，2(3):237 －240.

［9］杨宁，吕修祥，周新源，等.塔里木盆地碳酸盐岩油气聚集带［J］.地质学报，2006，80(3):398 －405.

［10］周新源，杨海军，韩剑发，等.中国海相油气田勘探实例之十二塔里木盆地轮南奥陶系油气田的勘探与发现［J］.海相油气地质，2009，14(4):67 －77.

［11］赵学钦，马青，王振宇，等.断裂对碳酸盐岩地层储集空间的影响——以塔里木盆地轮古东地区奥陶系碳酸盐岩地层为例［J］.地质科学，2010，45(1):292 －306.

［12］周庆凡，汪时成.塔北地区寒武系—奥陶系源岩含油气系统研究［J］.大地构造与成矿学，1999，23(3):274 －280.

［13］刘玉魁，郑多明，王建宁，等.塔里木盆地英买力低凸起奥陶系碳酸盐岩储层特征及其成岩作用［J］.天然气地球科学，2005，16(5):587 －591.

［14］赵孟军，秦胜飞，潘文庆，等.塔北隆起轮西地区奥陶系潜山油藏油气来源分析［J］.新疆石油地质，2008，29(4):478－481.

［15］贾承造等.盆地构造演化与区域构造地质［M］.北京:石油工业出版社，1995.174.

［16］安海亭，李海银，王建忠，等.塔北地区构造和演化特征及其对油气成藏的控制［J］.大地构造与成矿学，2009，33(1):142－147.

［17］郭峰，赖生华，郭岭.塔里木盆地大坂塔格奥陶系地层层序及沉积演化［J］.地层学杂志，2010，34(2):135 －144.

［18］王招明，姜仁旗，吴金才，等.塔里木盆地寒武系——奥陶系碳酸盐岩层序地层特征［J］.中国石油勘探，2011(1):9－14.

［19］马青，赵学钦，陈沛，等.轮南周缘地区奥陶系碳酸盐岩沉积相发育规律［J］.西南石油大学学报，2007，29(4):26 －29.

［20］康玉柱.塔里木盆地寒武-奥陶系古岩溶特征与油气分布［J］.新疆石油地质，2005，26(5):14 －22.

［21］李伟，鲍志东，张枝焕，等.塔里木盆地奥陶纪海平面变化［J］.中国西部油气地质，2006(2):135 －139.