塔西南坳陷早、中寒武世岩相古地理格局分析

田 雷， 崔海峰， 刘 军， 张年春

( 中国石油勘探开发研究院 西北分院，甘肃 兰州 730020 )

塔西南坳陷早、中寒武世岩相古地理格局分析

田 雷， 崔海峰， 刘 军， 张年春

( 中国石油勘探开发研究院 西北分院，甘肃 兰州 730020 )

塔西南坳陷早、中寒武世岩相古地理格局是该区中、下寒武统烃源岩和白云岩规模储集层发育的重要因素。以露头、钻井及地震资料为基础，根据寒武系沉积前古构造，中、下寒武世地层结构，以及地震相特征，分析塔西南坳陷早、中寒武世古地理格局，研究寒武系生储盖特征及油气勘探意义。结果表明：研究区寒武系沉积前昆仑山前叶城—皮山—和田一带发育南华—震旦系裂谷体系，呈楔状向巴楚隆起剥蚀尖灭。受继承性沉降作用的影响，早、中寒武世巴楚隆起为克拉通内坳陷台地相碳酸盐岩沉积，山前凹陷为克拉通边缘盆地相沉积，从巴楚隆起向南到昆仑山前表现为被动大陆边缘背景下的“台地—斜坡—盆地”的古地理格局。在麦盖提斜坡南部到山前凹陷北部发育北西向展布的台地边缘相，其中下寒武统为缓坡型台缘；中寒武统在坳陷西段为缓坡型台缘，坳陷的中、东段为弱镶边型台缘。山前盆地相烃源灶、斜坡区台缘礁滩相高能颗粒白云岩及膏泥岩盖层等生储盖条件，决定塔西南坳陷中、下寒武统台缘带具有较大的勘探潜力。

岩相古地理； 早、中寒武世； 台地边缘； 颗粒滩； 塔西南坳陷

0 引言

岩相古地理重建对揭示含油气区生储盖发育特征有重要意义[1]。塔西南坳陷是塔里木盆地寒武—奥陶系碳酸盐岩油气勘探的有利接替区，中、下寒武统是该区深层碳酸盐岩重要的储集层和区域性盖层[2]，也是烃源岩发育的重要层位[3]，早、中寒武世岩相古地理特征关系到有利储集层、区域盖层和烃源岩的发育展布。

中、下寒武统位于塔里木叠合盆地底部[4]，具有埋藏深度大、揭示钻井少、研究程度低等特点，岩相古地理研究处于起步阶段。塔里木盆地岩相古地理方面研究主要是关于盆地级的区域性，贾承造等概括塔里木盆地寒武纪的沉积格局[5-6]；冯增昭等利用钻井和露头资料，通过“单因素分析、多因素综合作图法”编制塔里木地区寒武纪岩相古地理图[7]；刘伟等以露头和钻井资料为基础、以地震资料为依托，研究塔里木地区寒武纪岩相古地理及沉积演化[4]；赵宗举、杨永剑等利用钻井、露头及地震资料，以层序为单元，编制塔里木盆地寒武系岩相古地理图[8-9]；陈永权等基于地震资料，对塔里木盆地寒武纪岩相古地理格局重新划分[9]。虽然人们对塔里木盆地整体上“西台东盆”的古地理格局认识较为一致，但受资料条件限制的影响，在塔西南坳陷早、中寒武世岩相古地理格局上存在较大争议。冯增昭等认为塔西南坳陷早、中寒武世整体为台地，昆仑山前露头区存在两个小的陆块[7]；刘伟、陈永权等认为早、中寒武世昆仑山前发育古隆起，甚至早寒武世该区为古陆[4,10]；赵宗举、杨永剑等认为早、中寒武世昆仑山前叶城—和田一带为盆地相区[8-9]。对塔西南坳陷早、中寒武世岩相古地理格局认识不清，成为制约该区寒武—奥陶系油气勘探的重要因素。文中利用露头、钻井及地震资料，分析塔西南坳陷早、中寒武世岩相古地理格局，为该区深层寒武系油气勘探提供依据。

1 地质背景

塔里木盆地按照构造单元划分为塔北隆起、北部坳陷、巴楚隆起、塔中隆起、东南隆起、库车坳陷、塘古坳陷、东南坳陷和西南坳陷。塔西南坳陷位于盆地西南部，西北边缘以柯坪断裂带为界，东南以塘古孜巴斯凹陷为界，西南与西昆仑造山带接壤，自北向南包括麦盖提斜坡、喀什和叶城—和田凹陷等二级构造单元[11-12]，总面积约为20×104km2。

塔里木盆地早、中寒武世为弱伸展背景下的被动大陆边缘沉积[13]，整体表现为西台东盆的古地理格局：盆地中西部巴楚隆起、塔中隆起、北部坳陷的中西部为碳酸盐岩台地，得到巴楚隆起的方1井、和4井、巴探5井、玛北1井、同1井和塔中隆起的塔参1井、中深1井等钻井的证实；盆地东部塔东1井以北地区为深海和次深海盆地，塔东1井、塔东2井、米兰1井、英东2井等钻井及库鲁克塔格露头证实盆地相沉积区的存在。台地与盆地相区之间为台槽过渡带，发育台地边缘和陆棚斜坡相沉积[14]。巴楚隆起以南麦盖提斜坡和昆仑山前凹陷没有寒武系钻井揭示。人们对于早、中寒武世昆仑山前凹陷是古隆起还是深海盆地存在分歧，主要有两方面原因：(1)塔西南坳陷昆仑山前铁克里克露头剖面显示，前寒武南华—震旦系之上覆盖泥盆系奇自拉夫群砂砾岩[15]，缺失中、下寒武统，对认识该区早、中寒武世岩相古地理特征缺乏可靠资料；(2)二维地震资料显示，巴楚隆起向西南到山前凹陷叶城—皮山—和田一带中、下寒武统厚度减薄，可以解释为中、下寒武统向古隆起上超减薄，或解释为由台地相碳酸盐岩向欠补偿盆地相泥页岩转化的沉积减薄。

图1 塔西南坳陷构造位置

2 巴楚—昆仑山前凹陷古地理格架

寒武系沉积前古构造，中、下寒武统地层结构和地震相特征等分析表明，早寒武世昆仑山前凹陷为台槽过渡带，从巴楚地区向南到昆仑山前表现为被动大陆边缘背景下的“台地—缓坡—盆地”的古地理格局，碳酸盐岩台地的显著特征是其边缘发育十分宽缓的斜坡，向盆地方向地层厚度平缓降低。该岩相古地理格局包括前寒武系古构造格局、地层结构与地震相、下寒武统颗粒滩三方面证据。

2.1 前寒武系古构造格局

塔里木板块前寒武系沉积前经历青白口纪基底形成、南华—震旦纪早期裂谷发育期、震旦纪晚期裂谷裂后快速生长期[13]。震旦纪末期柯坪运动整体抬升，导致板块区域性构造地貌的差异[15]。早寒武世早期塔里木板块经历长尺度、大规模的海侵，早寒武世中期到中寒武世整体表现为海退过程[16]。因此，中、下寒武统表现为超覆沉积在震旦纪末期古地貌之上的特征，海侵之前震旦纪末古构造对早、中寒武世岩相古地理格局有重要控制作用。

巴楚隆起钻井揭示该区缺失震旦系：方1井、和4井下寒武统白云岩下发育前震旦系玄武岩、辉绿岩和酸性火山岩；玛北1井、巴探5井下寒武统白云岩下发育黑云钾长片麻岩和杂乱堆积角砾岩，为前震旦系变质岩系，反映该区前寒武系为抬升剥蚀基底(见图2)。塔西南坳陷西昆仑山前铁克里克露头发现前寒武系存在南华—震旦系，南华—震旦系为裂谷沉积体系。南华系自下而上发育陆相山前冲积砂砾岩沉积组合、海相滨浅海冰碛岩组合和海相滨浅海砂砾岩组合，为断陷型次稳定沉积建造，类似华南南华纪裂谷的裂谷体；震旦系自下而上发育海相滨浅海—盆地相砂泥岩组合和台地相碳酸盐岩组合，为坳陷型稳定沉积建造，类似华南南华纪裂谷的裂谷盖。二维地震资料显示，山前凹陷寒武系下部发育震旦系“楔状体”反射(见图3(a))，内部地层呈中频、中弱振幅及高连续平行反射。结合露头资料，判断震旦系“楔状体”为南华—震旦系裂谷向盆内的延伸。“楔状体”反射由南向北逐渐剥蚀尖灭，表明震旦纪末期柯坪运动致使盆地整体抬升，形成寒武系底界区域不整合面。地震追踪结果表明，震旦系“楔状体”在昆仑山前莎车—叶城—皮山—和田一带稳定分布，裂谷走向呈北西—南东向展布。对西昆仑山库地地区蛇绿岩套的研究表明，该支裂谷在震旦纪—早古生代已经演化发展成为大洋[18]，特别是在蛇绿岩套中发现早古生代放射虫[19]，进一步证实寒武纪昆仑山前一带为深海或次深海盆地。至于铁克里克露头剖面南华—震旦系之上缺失寒武—奥陶系，应该与晚加里东期洋盆闭合区域隆升运动有关。

图2 塔西南坳陷南华系—震旦系—中、下寒武统沉积相(露头剖面岩性参考文献[17])Fig.2 The Nanhua-Sinian and middle-lower Cambrian sedimentary contrast section in southwest depression of Tarim basin(outcrop section reference to the conference[17])

综上所述，塔西南坳陷前寒武系古构造格局表现为：北部巴楚隆起及周缘为剥蚀高地，向南地势平缓降低，到莎车—叶城—皮山—和田一带发育南华—震旦系裂谷盆地。受柯坪运动及继承性沉降作用的影响，早、中寒武世巴楚隆起为克拉通内坳陷台地相碳酸盐岩沉积，山前凹陷为克拉通边缘盆地相区。

2.2 地层结构与地震相

碳酸盐岩台地、台地边缘及盆地相的沉积环境差异较大，具有不同的岩性组合、层理结构及沉积特征，在地震剖面上表现为特定的地层结构和地震反射特征。塔西南坳陷中、下寒武统从巴楚隆起到山前凹陷整体上划分为3个二级地震相单元，与碳酸盐岩台地、台地边缘及盆地相具有良好的对应关系，不同沉积相对应不同的地震相特征。

2.2.1 碳酸盐岩台地相

由巴楚隆起钻井沉积相(见图2)可见，早、中寒武世碳酸盐岩台地包括局限、蒸发、开阔3种性质的台地。局限台地相主要发育于下寒武统肖尔布拉克组和沙依里克组下段，岩性以白云岩为主，地震相特征为中高频、中弱振幅、较高连续的平行反射。蒸发台地相主要发育于中寒武统阿瓦塔格组和下寒武统吾松格尔组，岩性以膏岩、盐岩和褐色泥岩等蒸发岩及膏质云岩、泥质云岩为主，地震相特征为高频、强振幅、高连续的平行反射，膏岩层在强烈构造变形区表现为杂乱反射。开阔台地相发育于中寒武统沙依里克组上段，岩性以深灰色泥晶灰岩、白云质灰岩和含泥灰岩为主，属于中寒武统早期广泛海侵的产物，由于厚度较薄，不构成台地的主体。

整体上，碳酸盐岩台地相沉积厚度大，双程旅行时为200～250 ms，台地性质和沉积特征明显受海平面变化和气候条件的控制，垂向上岩性特征变化大，但平面上分布稳定，地震相特征整体表现为中高频、高—较高连续的平行反射，成层性好，反映同一时期台地内为相对稳定条件下的均匀沉积。

2.2.2 台地边缘相

由塔西南坳陷西段北东—南西向中下寒武统区域格架地震解释剖面(见图3(a))可见，麦盖提斜坡和山前凹陷北部地区为台地向南的平缓减薄带，向西南方向地层厚度平缓降低，未见明显坡折。地震相特征表现为发育两套中弱振幅、中频反射的前积复合体(见图3(b))，一套发育于下寒武统肖尔布拉克组，前积层底界为寒武系底；另一套发育于中寒武统阿瓦塔格组，前积层底界为阿瓦塔格组底，两套前积层底界为典型的下超型层序界面，前积角度十分平缓，厚度薄，呈叠瓦状。前积作用规模大，下寒武统由北西向南东方向可达40～60 km；中寒武统相对较小，为30～40 km。前积反射特征反映该区为浅水碳酸盐岩台地与深水盆地沉积过渡的台缘斜坡带，前积体由北西向南东方向逐渐下超终止，指示昆仑山前为盆地方向。巴楚隆起中寒武统为局限、封闭、水体不流畅的蒸发瀉湖膏岩、盐岩沉积，瀉湖中心向台地外边缘依次过渡为蒸发潮坪相膏云岩和台地边缘礁滩微相白云岩，由方1—和4井区向南到巴探5—玛北1井区阿瓦塔格组，膏盐岩厚度变小，膏云岩含量增加，暗示向南逐渐过渡为蒸发潮坪和台地边缘相。

由塔西南坳陷中、东段地震剖面(见图3(c)、(d))可见，下寒武统地层厚度为平缓减薄，未见明显坡折。在皮山和和田以北约10 km处，中寒武统发育明显的台缘带和丘状披覆构造，台缘带地层低幅度增厚，向西南方向地层明显减薄。地层内部发育两期明显的前积体，前积角度大，呈S型斜交前积结构，反映坳陷中、东段中寒武统台缘带具有弱镶边结构。该地层结构为典型的台缘带结构特征，是塔西南坳陷中寒武统存在台缘带的有力证据。

整体上，在麦盖提斜坡南部到山前凹陷北部，塔西南坳陷中、下寒武统发育北西向展布的台地边缘相，其中下寒武统为缓坡型台地边缘；中寒武统在坳陷西段为缓坡型台地边缘，坳陷中、东段为弱镶边型台地边缘。

图3 塔西南坳陷中、下寒武统地震解释剖面(剖面位置见图1)Fig.3 The interpretation seismic sections of lower-middle Cambrian in southwest depression of Tarim basin(section location in Fig.1)

2.2.3 深水盆地相

主要分布于山前凹陷叶城—皮山—和田一带，厚度明显减薄，地震波双程旅行时为100～150 ms，地震相特征表现为中低频、中弱振幅、连续性好的平行反射。由于沉积环境稳定，地震相横向变化小，分布稳定。

2.3 下寒武统颗粒滩

有关碳酸盐岩缓坡及缓坡台地边缘型碳酸盐岩台地沉积方面的研究较多[20-21]，包括川黔地区震旦系灯影组碳酸盐岩台地[21]、四川盆地寒武系龙王庙组碳酸盐岩缓坡、土库曼斯坦阿姆河盆地卡洛夫—牛津阶缓斜坡台地[20]等。缓坡型碳酸盐岩台地的台内和台缘带常发育礁滩体，且多为成群成带规模展布。因此，存在台内和台缘带礁滩体发育带，可以明确塔西南坳陷早、中寒武世的古地理格局。

钻井揭示，塔西南坳陷中下寒武统台内高能相带主要为台内颗粒滩，发育层系主要为下寒武统肖尔布拉克组，规模和数量十分有限，厚度普遍小于10 m。虽然高能颗粒滩在已钻井中总体不发育，但地震资料显示下寒武统发育大量高能颗粒滩异常反射特征，分为两类：一类位于台地区，地震反射特征主要为中弱振幅透镜状反射(见图4(a))，顶底为中强振幅，内部为低角度前积反射结构，可能与台内滩的迁移有关；另一类位于台地边缘斜坡区(见图4(b))，主要发育于台地边缘上斜坡，地震反射时间异常增厚，与滩体周缘中强振幅连续反射相比，振幅明显减弱，形态略为杂乱，主要呈中弱振幅串珠状、波状反射。

图4 目的层颗粒滩地震反射特征(剖面位置见图1)Fig.4 Seismic reflection feature of Grain beach in the destination layer(section location in fig.1)

根据颗粒滩地震反射异常的平面精细刻画结果，预测塔西南坳陷下寒武统高能颗粒滩亚相的平面分布(见图5)。下寒武统台内和台地边缘相广泛发育颗粒滩，其中台内滩主要围绕康2—巴探5—玛北1井区周缘分布，预测台内滩体为18个，总面积约为3 240 km2，单个滩体呈北西—南东走向，长轴长度为15～

图5 塔西南坳陷下寒武统沉积相平面分布

45 km，台内局部隆起微地貌可能控制台内滩的发育；台地边缘颗粒滩主要沿伽师—麦盖提到斜坡东段玉北1井区周缘成群成带分布，反映处于台地边缘斜坡的浅水迎浪部位，水体能量强，有利于高能颗粒滩的规模发育，预测台地边缘颗粒滩为28个，总面积约为8 400 km2，单个滩体主要呈北西—南东走向，长轴长度为10～50 km。这证实颗粒滩集中发育的区带为台地边缘斜坡的浅水区，其西南方向为台地边缘深水斜坡—盆地相区。

3 油气勘探意义

塔西南坳陷早、中寒武世岩相古地理分析表明，山前凹陷叶城—皮山—和田一带的中、下寒武统为斜坡—盆地相沉积，而不是古隆起或古陆沉积。根据满加尔凹陷东部中、下寒武统斜坡—盆地相区沉积物有机质含量特征，确定塔西南坳陷下古生界中、下寒武统为一套富含有机质的岩性组合，为塔西南地区下古生界碳酸盐岩油气藏的主力烃源灶。塔西南山前凹陷中、下寒武统斜坡—盆地相的确定，对于寻找该区油气、明确勘探主攻方向具有重要意义。

2013年，塔中隆起中深1井在下寒武统肖尔布拉克组白云岩获得油气发现[21]，不仅证实下寒武统白云岩储层具备形成大型油气藏的地质条件，也为塔里木盆地碳酸盐岩油气勘探指示新的方向。塔西南坳陷早寒武世岩相古地理分析表明，巴楚—麦盖提斜坡北部地区下寒武统广泛发育颗粒滩相白云岩，高能颗粒滩的规模发育为后期溶蚀增孔形成优质白云岩储集层提供充分的物质基础[22]。巴楚隆起方1井、和4井、巴探5井等钻井揭示，下寒武统白云岩储集空间类型主要为晶间孔、晶间溶孔、粒内孔、粒间孔和生物溶孔[23-25]，无论是残余结构孔隙(粒间孔和粒内孔)还是成岩过程中形成的孔隙(晶间孔、晶间溶孔和生物溶孔)，均在原始颗粒岩基础上形成，且储层发育受控于高能颗粒滩。因此，巴楚—麦盖提斜坡下寒武统是重要的勘探层系和领域。

4 结论

(1)寒武系沉积前昆仑山前叶城—皮山—和田一带发育南华—震旦系裂谷体系，呈楔状向巴楚隆起剥蚀尖灭。受继承性沉降作用的影响，早、中寒武世巴楚隆起为克拉通内坳陷台地相碳酸盐岩沉积，山前凹陷为克拉通边缘盆地相沉积，从巴楚隆起向南到昆仑山前表现为被动大陆边缘背景下的台地—斜坡—盆地的古地理格局。

(2)在麦盖提斜坡南部到山前凹陷北部发育北西向展布的台地边缘相，其中下寒武统为缓坡型台地边缘，在台内和台地边缘广泛发育颗粒滩；中寒武统在坳陷西段为缓坡型台地边缘，坳陷中、东段为弱镶边型台地边缘。

(3)山前盆地相烃源灶、斜坡区台缘礁滩相高能颗粒白云岩及膏泥岩盖层等生储盖条件，决定塔西南坳陷中、下寒武统台缘带具有较大的勘探潜力。

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2016-06-06；编辑：张兆虹

中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目(090106-4)

田 雷(1982-)，男，硕士，工程师，主要从事沉积储层与石油地质方面的研究。

TE122.14

A

2095-4107(2016)06-0018-08

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.06.003