塔里木盆地震旦系裂谷发育特征及其对油气勘探的指导意义

冯许魁，刘永彬，韩长伟，严 威，董 磊，赫英福

（1.中国石油东方地球物理公司研究院库尔勒分院，新疆库尔勒841001；2.中国石油塔里木油田分公司）

塔里木盆地震旦系地层是前震旦纪变质岩基底之上第一套沉积盖层，其形成的区域构造背景、应力机制及其继承性活动对下古生界地层的沉积具有一定继承性控制作用，尤其对寒武系中下统地层沉积具有重要控制作用，对于现今油气勘探也具有重要指导意义。

前人基于露头资料和早期地震资料，从震旦系地层的形成机制和控制背景角度对震旦系的发育特征做了大量研究［1－3］，但由于受资料品质和占有资料较少等原因限制，对于震旦系发育特征研究还不够深入。近几年由于地震资料和钻井资料大量增加，因此有条件对震旦系发育特征及其对油气控制作用展开深入研究。本文在前人研究基础之上，旨在综合露头、钻井和地震资料精细刻画震旦系发育特征，并通过震旦系对后续地层的继承性控制作用研究，阐述其对油气勘探的指导意义，优选有利区带，指导油气勘探与生产。

1 震旦系裂谷发育特征研究及新认识

1.1 盆地周边露头区震旦系发育特征

从目前盆地露头区的调查结果来看，震旦系地层主要分布在盆地东北缘的库鲁克塔格地区、西北缘的柯坪－阿克苏地区以及西南缘昆仑山区西部的哈拉斯坦河－塔斯洪湖地区的山前地带［1－6］，各区沉积特征差异较大：库鲁克塔格地区，震旦系地层可分为上下两个统，下统厚约4 350 m，包括贝义西组、照壁山组、阿勒通沟组、特瑞爱肯组，以碎屑岩沉积为主，夹火山喷发岩、冰碛岩、薄层石灰岩及灰岩透镜体；上统厚约1 900 m，包括扎摩克提组、育肯沟组、水泉组、汉格尔乔克组，其中下部以碎屑岩沉积为主、夹薄层泥灰岩，顶部以冰碛砾岩为主，夹白云质石英砂岩、泥质粉砂岩透镜体。柯坪－阿克苏地区震旦系地层也可分为上下两个统，下统厚约2 000 m，包括巧恩布拉克组和尤尔美拉克组，以海相碎屑岩沉积为主，加少量凝灰岩、石灰岩、砾岩和冰碛岩；上统厚约760 m，包括苏盖特布拉克组和奇格布拉克组，苏盖特布拉克组以滨浅海沉积为主，夹玄武岩及少量碳酸盐岩；奇格拉克组主要为富含镁质的碳酸盐岩建造，夹少量碎屑岩。昆仑山地区，震旦系地层也可分为上下两个统，厚约2 800 m，下统恰克马克力克组以红色粗碎屑岩沉积为主，夹冰碛岩、纹泥岩；上统库尔卡克组以杂色细碎屑沉积岩为主，顶部和底部为白云岩、鲕状白云岩，上统克孜苏胡木组以镁质碳酸盐岩为主，夹碎屑岩。

震旦系是塔里木运动后第一次海侵时期产物［2］，但沉积差异较大，露头区沉积可能是塔里木克拉通周边裂陷期沉积；结合台盆区钻探结果，总体上认为震旦系可分为两套沉积体系，即碎屑岩沉积体系和碳酸盐岩沉积体系。

1.2 钻井及地震反射特征

据统计，塔里木盆地钻遇或钻穿震旦系地层的探井共有16口，通过综合标定后，共有三种地震反射特征（见图1）。第一种是以星火1井为代表的较连续弱振幅席状反射特征：星火1井钻穿了震旦系地层，其中钻遇震旦系上统奇格布拉克组白云岩238 m，苏盖特布拉克泥岩12 m，其下为前震旦系底基，未钻遇震旦系下统地层，分析认为该组反射特征代表震旦系上统顶部白云岩地层；第二种是以塔东1井为代表的楔状反射特征：塔东1井钻遇震旦系上统白云岩91 m，其下地层未钻穿，结合库鲁克塔格露头区震旦系沉积特征分析认为，91 m白云岩是震旦系上统地层，其下巨厚地层是震旦系下统碎屑岩、冰碛岩及火山岩沉积，因此楔状反射特征主要代表震旦系碎屑岩、冰碛岩及火山岩沉积地层；第三种是以中深1井为代表的杂乱反射特征：中深1井钻穿寒武系直接进入前震旦系基底，据同位素测年，年龄大约在19亿年左右，因此该杂乱反射不是震旦系变质地层，应该代表前震旦系基底。

对三种地震相进行全盆地追踪对比发现，代表基底的杂乱反射分布于整个盆地，代表震旦系下统碎屑岩楔状反射分布于北部坳陷东西两侧、塔西南山前及麦盖提斜坡，代表震旦系上统白云岩段弱振幅连续席状反射分布于北部凹陷及塔西南麦盖提斜坡，较楔形反射分布范围要大（见图2a）。

图1 震旦系地震反射特征

图2 塔里木盆地震旦系地震相、地层厚度平面图

1.3 震旦系分布特征

在地震相识别基础之上，利用地震资料并结合露头资料对震旦系地层进行平面成图（见图2b）。从图中可以清楚发现震旦系地层厚度变化规律：在北部坳陷，以阿满为界，震旦系形成东西两个沉积厚区，东边的为库满沉积厚区，该区与盆地东北缘的库鲁克塔格露头区相接，从西向东沉积加厚；西边的为阿瓦提沉积厚区，该区与盆地西北缘的柯坪－阿克苏露头区相接，从东向西加厚。这两个沉积厚区向阿满及塔中、塔北地区沉积减薄。在塔西南地区，震旦系地层存在两个沉积厚区，一个沿麦盖提斜坡形成东西向条带形沉积厚区，另一个在昆仑山前形成由北向南加厚沉积区，该沉积区与西南缘昆仑山区西部的哈拉斯坦河－塔斯洪湖露头区相接，整体由北向南加厚。

1.4 震旦系形成机制及新认识

前人通过盆地周边震旦系露头区研究，普遍认为震旦纪为裂谷期［7－8］，在区域拉张构造背景下，塔里木盆地南北缘均处于被动大陆边缘，其裂谷作用具有北强南弱、东强西弱的特点，北缘发育库满坳拉槽。本次在这一认识基础上，根据以上震旦系地震相和地层分布特征研究结果，通过地震资料，结合航磁研究认识，深化了震旦系形成机制认识，形成了两点新的认识：第一，通过地震资料结合前人认识研究认为，盆地震旦系沉积可分为裂陷期和坳陷期两期沉积（见图3c），裂陷期以碎屑岩、冰碛岩和火山岩沉积为主，地震剖面上，裂陷期表现为楔形反射，内幕地层向底基超覆沉积，坳陷期以碳酸盐岩（白云岩）沉积为主，地震剖面上，坳陷期沉积表现为平行较连续弱振幅席状反射特征，坳陷期沉积位于裂陷期沉积之上，较裂陷期沉积范围要大，二者之间可能为拆离不整合；第二，综合航磁、地震相及地层发育规律，结合区域拉张构造背景，以大地构造三联点理论为依据，研究认为，受伊犁－中天山地块和昆仑地块裂谷作用［9－10］控制，塔里木盆地震旦系发育满加尔、阿瓦提及麦盖提三大坳拉槽（见图3a），同时发育巴楚－塔中、塔北及和田三大古陆；根据航磁研究结果［11－12］，中央隆起带发育一条高磁异常，北部坳陷为磁异常低，塔西南边缘为磁异常低，内部有条带型磁异常高，与本次研究的震旦系裂谷分布规律相似，磁异常低对应震旦纪裂谷分布区（见图3b）；另外，通过地震资料研究发现，库满坳拉槽南北边界均清楚，表现为由塔北、塔中古陆向库满坳拉槽楔形加厚（见图3c），阿瓦提坳拉槽南边界楔形特征清楚，北边界地震由于地震资料差，反射特征不清楚，但有楔型反射影子；麦盖提斜坡坳拉槽南北边界地震楔形反射特征均清楚（见图3d），较为落实，昆仑山前楔形反射特征清楚。

图3 塔里木盆地震旦系裂谷发育特征

2 对油气勘探的指导意义

震旦系继承性活动作用对于下古生界地层沉积体系具有一定控制作用，尤其对震旦系自身发育烃源岩、寒武系下统玉尔吐斯烃源岩、肖尔布拉克沉积储层及中寒武沉积盖层具有直接控制作用，对古隆起和晚期构造具有间接控制作用，对油气勘探和有利区带优选具有重要指导意义。

2.1 对烃源岩的控制作用

震旦系裂谷沉积体系及其继承性沉降作用对烃源岩控制作用表现在两个方面，一是对震旦系自身烃源岩控制作用，二是对寒武系玉尔吐斯组烃源岩控制作用。

库鲁克塔格地区，照壁山剖面震旦系水泉组发现165.07 m泥岩沉积 ，有机碳为1.56%～3.3%，恢复后为3.12%～6.6% ；育肯沟组发现24.79 m泥岩沉积，有机碳数据1.06%，恢复后为2.12%；特瑞爱肯组底发现泥岩327 m，有机碳为2.96%。以上有机碳数据均达到了好生油岩标准，说明震旦系发育良好烃源岩，另外分析发现，这些烃源岩均发育在震旦系裂谷期沉积地层中，从地震剖面上看，楔形反射底部存在一套强波组，结合整体地层特征，推测该套强波组为裂陷期泥岩沉积反射，因此认为，震旦系裂陷期沉积范围就是震旦系烃源岩分布范围。

寒武系玉尔吐斯组是塔里木盆地一套重要烃源岩［13］，是震旦系之上第一套沉积地层，因此寒武系玉尔吐斯沉积前震旦系古地貌对其沉积具有重要影响作用。两点证据表明，震旦系继承活动作用对玉尔吐斯烃源岩具有一定控制作用。第一，从钻井和露头资料看，有震旦系沉积的地区就有玉尔吐斯组分布，星火1井钻遇震旦系地层，同时钻遇33 m玉尔吐斯黑色泥页岩，柯坪露头剖面上发现震旦系地层，同时也发现玉尔吐斯组烃源岩；第二，没有震旦系的地区同时也缺失玉尔吐斯组，中央隆起带的和4、同1、巴探5、玛北1、塔参1、中深1等钻井未钻遇震旦系，同时也未钻遇玉尔吐斯组烃源岩。当然，根据以上两点也不能完全说明有震旦系就一定有玉尔吐斯组。因此本次研究认为，震旦系对玉尔吐斯组有两种可能控制结果，其一，有震旦系，就有玉尔吐斯组；其二，玉尔吐斯组仅存在于震旦系裂陷期范围内，或范围稍大，向隆起区发生相变。根据以上认识，结合震旦系发育特征认识编制了玉尔吐斯烃源岩分布图（见图4），图中浅色加深色范围是玉尔吐斯第一种可能分布范围，浅色范围是玉尔吐斯第二种可能分布范围。

图4 寒武系玉尔吐斯组烃源岩平面分布

2.2 对寒武系下统储层的控制作用

地震和钻井资料研究表明，震旦系继承性裂谷沉降边缘控制了下寒武统台地边缘相带的分布，继承性古陆控制了寒武系下统台地的分布，进而控制了下寒武统潮坪－云岩坪储层的沉积分布。

通过地震资料研究发现，震旦系裂谷边缘与寒武系台地边缘相带沉积相关性较好，震旦系裂谷沉积边缘就是后期寒武系台缘相带发育的位置，理由有三：其一，从过塔北－罗西地震剖面（见图5 a）可以看出，塔北和罗西震旦系裂谷边缘之上均发育寒武系台缘相带，二者对应关系良好；其二，据此认识，本次在阿瓦提沿震旦系裂谷边缘识别出了寒武系下统缓坡台缘相带，从图5b地震剖面反射特征可以看出，寒武系下统从阿满向阿瓦提凹陷沉积减薄，反射波组由杂乱弱振幅反射变化为席状强反射，其上发育前积反射结构，与古城已证实下寒武统台缘相带特征相似并对应（见图6），说明该区裂谷边缘发育缓坡台缘相带；其三，对寒武系下统台缘相带平面追踪后，寒武系台缘相带与震旦系裂谷边缘相吻合，台缘相带沿库满震旦纪裂谷边缘、阿瓦提震旦纪裂谷边缘环形展布（见图6）。分析认为，震旦纪裂谷边缘是地貌较高单元，水体相对较浅，适合后期寒武系台地边缘礁滩相带发育，向盆地水体加深，相变为斜坡相和盆地相。

图5 震旦系裂谷边缘对寒武－奥陶系台缘相带控制剖面

和田古陆是震旦纪裂谷作用形成的古陆，是一个震旦纪之后寒武－奥陶纪继承的古陆，该古陆对寒武系沉积相带具有重要控制作用。根据岩相古地理研究认识［14－15］，从南至北，早寒武世沉积模式为缓坡－古陆－局限台地－开阔台地－台缘－斜坡－深水陆盆相沉积模式（见图6），该古陆南侧为缓坡沉积模式，北侧与威尔逊模式相似，从浅到深发育局限台地－开阔台地－台缘－斜坡－盆地模式，在和田古陆北侧局限台地可细分为混积潮坪亚相与半蒸发云岩坪亚相。康2、巴探5、玛北1、方1、和4及中深1等井揭示，寒武系下统发育云岩坪沉积储层，储层类型评价为I类、II类和III类，其中I、II类储层占到25%～73%，是寒武系盐下较好勘探领域。根据以上认识，本次研究认为，继承性古陆控制了寒武系下统台地的分布，进而控制了下寒武统潮坪－云岩坪储层的沉积分布。

2.3 对寒武系中统盖层的控制作用

震旦系裂谷及其继承性活动作用对寒武系中统的控制作用表现在两个方面：其一，震旦系继承性裂谷边缘发育的寒武系中下统台缘相带，尤其是古城－轮西台缘相带对于中寒武统古城以西膏盐岩沉积具有重要控制作用，从过古城台缘相带地震剖面可以看出（见图7），中下寒武统台缘相带由于规模型海退事件，整体向盆地侧向加积并迁移，致使台缘相带内侧水体受限，发育膏盐岩夹灰岩或云岩沉积，中寒武统地层明显向台缘相带超覆减薄沉积；其二，震旦纪继承性古隆起对中寒武统沉积相带的控制，岩相古地理研究表明，中寒武世，由于受继承性震旦纪和田古隆起、塔北古隆起及规模海退事件影响，中寒武世塔里木盆地沉积模式从南至北主要表现为缓坡－蒸发台地－台缘－斜坡－盆地相模式，塔北凸起北部发育藻云岩、泥质云岩红层［16］，塔北凸起南部发育蒸发盐岩，和田古陆北侧以潮坪相泥质云岩为主、向南以膏盐及盐岩沉积为主。

图6 塔里木盆地下寒武统沉积相分布

图7 中、下寒武统台缘相带对中寒武统盖层控制剖面

2.4 对古隆起和晚期构造的控制作用

分析古隆起的构造演化及现今构造单元格局发现，震旦纪裂谷作用及其继承活动作用对古隆起的形成和现今构造格局的形成具有重要影响作用：震旦纪裂谷作用形成的塔北古陆及巴楚－塔中古陆与现今的塔北隆起及塔中隆起对应关系良好，继承发育形成了现今的塔北隆起和中央隆起；震旦纪裂谷作用形成的阿瓦提－库满裂谷与现今的北部坳陷对应关系良好，继承发育形成了现今的北部坳陷。当然早期震旦纪形成的构造格局由于后期构造运动，在现今构造单元并不一定完全存在，震旦纪裂谷作用形成的和田古陆由于喜山期昆仑山的构造运动，在现今构造单元中已变成塔西南前陆盆地的前渊带。另外，震旦纪的裂谷作用对晚期构造也具有一定控制作用，控制塔中低凸起北缘的晚加里东－早海西断裂是在早期震旦纪裂谷作用形成的正断列带基础之上反转形成的；控制巴楚断隆北缘的喜山期吐木休克断裂也是在震旦纪形成的阿瓦提裂谷南缘的正断裂带基础之上形成的。

2.5 对油气勘探的指导意义

震旦纪裂谷及其继承性活动作用控制了寒武系下统烃源岩及储层的分布，控制了中统膏盐岩盖层的分布，控制了古隆起的构造演化。根据以上控制作用，通过对寒武系中下统储盖组合的综合评价，结合油气成藏演化和目前勘探能力（钻探深度限制），研究认为，塔中是下步寒武系盐下勘探的最有利区带，巴楚地区是下步寒武系盐下勘探的重点探索区带：第一，从生储盖配置角度结合勘探埋深限制来看，寒武系下统古城台缘相带、塔北北缘台缘相带及阿瓦提台缘相带非常有利，但埋深较大，而塔中、巴楚－玛东地区发育潮坪－云岩坪储层或白云岩储层，其上为中寒武统膏盐岩盖层，距阿瓦提、库满及麦盖提斜坡震旦系裂谷控制的玉尔吐斯烃源岩较近或立体叠致，且现今埋深相对较浅，整体埋深小于7 500 m；第二，从构造成藏演化角度，塔中古隆起及盐下构造继承发育，油气勘探最为有利，目前已获突破，塔北隆起晚期遭受改造，破坏较大，不利成藏，巴楚－玛东早期是塔西南隆起区前缘，喜山期发生翘倾，有利油气调整。塔中盐下构造长期继承发育，与四川高石梯－磨溪气田相似，成藏条件最为有利，巴楚与威远类似，保存较好的背斜构造也具备成藏条件，是重点探索领域。

3 结论

（1）震旦纪塔里木盆地表现为伸展拉张构造背景，处于裂谷期，受天山洋和昆仑洋裂谷作用控制，发育满加尔、阿瓦提及麦盖提三大坳拉槽，同时发育巴楚－塔中，塔北及和田三大古陆。

（2）震旦系裂谷作用及其继承性活动作用直接控制了寒武系下统玉尔吐斯烃源岩的分布，控制了下统台缘相带及台地的发育及展布，间接控制了中寒武统盖层的分布，同时也间接控制了古隆起和二级构造带的发育和演化，对油气勘探具有重要指导意义。

（3）塔中寒武系盐下大构造继承发育，是最有利勘探区带；巴楚和玛东地区是寒武系盐下勘探值得探索的领域。

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