塔里木盆地库车坳陷膏盐岩分布特征及油气地质意义

宋金鹏 ，田盼盼 ，代俊杰 ，杨连刚 ，戴瑞瑞 ，郭喜阳

（1.中国石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆 库尔勒 841000；2.中国石油塔里木油田分公司克拉油气开发部，新疆 库尔勒 841000；3.中石油煤层气有限责任公司勘探开发事业部，陕西 延安 717200；4.中国石油新疆油田分公司准东采油厂，新疆 克拉玛依 834000）

膏盐岩是指在有充足的盐类物质来源、封闭和稳定的沉降构造条件，以及干旱—半干旱的气候条件下形成的蒸发岩[1]，主要由石膏、硬石膏、变水石膏、石盐、盐类物质组成。膏盐岩致密，塑性强，易流动，其存在对有机质的生成、演化[2-3]，压实、成岩作用[4]及原生孔隙的保存[2]，油气运移[5-6]、保存及油气藏的形成[7-8]均具有重要作用。资料显示，膏盐岩沉积盆地的油气资源量巨大，全球膏盐岩沉积盆地约占已发现工业油气流沉积盆地的58%，却控制着已探明油气储量的90%[9]。

1 膏盐岩成因及物质来源

库车坳陷位于塔里木盆地北部，属于南天山褶皱带南缘再生前陆盆地[10-11]，面积 3.7×104km2，内部分为北部单斜带、克拉苏构造带、秋里塔格构造带、南部斜坡带、乌什凹陷、拜城凹陷及阳霞凹陷等构造单元（见图1）。该坳陷内新生代发育古近系库姆格列木群（E1-2km）和新近系吉迪克组（N1j）2套巨厚膏盐岩层。近年来，KS2，DN2，ZQ1等盐下大型油气藏持续获得重大发现，进一步证实了库车坳陷膏盐岩下具有广阔的勘探前景。但膏盐岩埋藏深，分布复杂，钻井工程难度大。

图1 库车坳陷构造单元划分及膏盐岩垂向分布

各地区样品的分析结果表明：海相环境下，w（Sr）/w（Ba）（w 为质量分数）大于 1.0，w（Sr）/w（Ca）和 w（Mn）/w（Fe）均大于 0.2；而陆相环境下，w（Sr）/w（Ba）小于0.6，w（Sr）/w（Ca）和 w（Mn）/w（Fe）均小于 0.2[12-13]。 同时，陆源物质越丰富，w（Ti）和 w（87Sr）/w（86Sr）越高：现代海水的 w（87Sr）/w（86Sr）约为 0.709 20，云南勐野井混源盐岩的 w（87Sr）/w（86Sr）为 0.707 12～0.709 73，柴达木盆地陆源盐岩的 w（87Sr）/w（86Sr）为 0.711 50～0.711 60[14-15]。

区域构造演化及元素质量分数表明（见表1）：早白垩世的库车坳陷处于弱伸展环境[16]，构造稳定，发育多期叠置连片的湖相扇三角洲、辫状河三角洲沉积；晚期受南北向构造挤压应力作用，坳陷内发生较大规模的隆升和剥蚀[17-18]。古新世时期，库车坳陷气候干旱炎热，地势西低东高，经受来自西南部的大规模海侵，海水为古近系盐岩沉积提供了重要物质来源。在构造较稳定、气候长期干热的条件下，强蒸发作用导致水体盐度增加，在坳陷中西部的拜城凹陷结晶析出大面积、巨厚膏盐岩，厚度可达3 000余米，局部有盐岩透镜体出露地表。

表1 库车坳陷膏盐岩元素质量分数及比值

始新世喜马拉雅运动期间，新特提斯洋闭合[19-20]，受印度板块和欧亚板块远距离碰撞挤压效应的影响，南天山造山带开始隆升，库车坳陷发生大规模海退；同时，逆冲推覆区域向东发育，沉积中心向东移动至秋里塔格构造带东段。中新世时期，库车坳陷东部地区发育为澙湖，此时的沉积中心在阳霞凹陷附近地区，该时期样品的 w（87Sr）/w（86Sr）及 w（Ti）等较高，表明陆源物质注入残余海水，混合后高度浓缩，形成吉迪克组巨厚的膏盐岩沉积。

2 膏盐岩垂向岩性组合特征

受沉积及构造活动的影响，库车坳陷E1-2km膏盐岩层岩性多样，主要由盐岩、硬石膏岩、泥岩、膏质泥岩、白云岩、泥质粉砂岩等组成，垂向分布及组合特征复杂。其中，克拉苏构造带西部地区E1-2km膏盐岩垂向分为2层，上部以盐岩为主，下部以膏泥互层为主；东部地区E1-2km膏盐岩则主要为盐、膏、泥互层沉积，底部均发育1套或多套石膏夹白云岩沉积组合。而库车坳陷东部地区N1j膏盐岩的中上部以厚层蓝灰色泥岩、厚层膏岩、盐岩为主，下部发育膏泥岩互层，底部以粉砂岩为主；西部地区N1j膏盐岩的岩性为砂泥互层。

根据录井、测井及取心资料，将膏盐岩层垂向岩性组合分为4个类型。

——MG型（泥-膏型）以薄层膏质泥岩、泥膏岩与盐岩、膏岩频繁互层为主，反映了水体经历多次的淡—咸—盐—淡变化。单个组合厚度不等，一般为10～150 m。该类型多出现在E1-2km中上段，平面上多分布在沉积边缘（如克拉苏构造带北缘KS，BZ地区）。

——GS型（膏-盐型）主要为厚层盐岩、膏岩夹薄层泥质岩类。单个组合厚度一般为20～300m，局部可达600m。该类型多集中出现在E1-2km中段，平面上分布在膏盐岩沉积中心，为气候干燥炎热、长期较稳定环境的产物。

——GD型（膏-灰型）以灰质、云质岩类为主，夹薄层膏质岩，岩性组合自下而上为泥岩、泥膏岩、白云岩、泥灰岩、泥膏岩、泥岩。单个组合厚度一般为10～25 m，库车坳陷西部局部地区灰质、云质岩类发育多期，厚度不等。该类型多出现在E1-2km下段，平面上发育较稳定、分布范围广，是盐底的重要标志层。

——GM型（膏-泥型）以厚层含膏泥岩、膏质泥岩为主，夹薄层膏岩、盐岩，局部含薄层灰质、云质岩类。该类型多出现在E1-2km上段，自下而上依次发育泥岩、膏质泥岩、泥膏岩、盐岩、泥灰岩、泥岩，平面上多分布在沉积中心外围。

录井、测井资料证实，库车坳陷古近系、新近系发育典型的蒸发岩沉积旋回：在湖水浓缩（E1-2km时期）后淡水大量注入（N1j时期）的过程中，自下而上依次发育砂泥岩、白云岩、膏质泥岩、膏岩、盐岩、膏岩、膏质泥岩、砂泥岩，局部夹薄层碎屑岩，相应的岩性组合呈GM—GD—MG—GS—MG—GD—GM分布。

3 膏盐岩平面分布规律

受沉积时古地形和后期构造作用的影响，库车坳陷膏盐岩层呈北厚南薄、西厚东薄的特点，垂向分布形态与现今地层产状基本一致。膏盐岩集中分布在克拉苏构造带和秋里塔格构造带，平面上的展布形态与构造带和主要逆冲断裂带走向一致，呈近东西向分布；南北向受沉积相变及挤压应力的影响，作为主要滑脱层的膏盐岩层发生塑性流动变形，厚度变化大。

其中，E1-2km膏盐岩主要分布在拜城凹陷、克拉苏构造带、秋里塔格构造带等中西部地区，厚度在100～3 000 m。克拉苏构造带中部地区厚度最大，可达4 400 m；秋里塔格构造带西部地区次之，向东至秋里塔格构造带中段地区尖灭（见图2）。而N1j膏盐岩主要位于秋里塔格构造带东段—阳霞凹陷西部、南部斜坡带东部地区。秋里塔格构造带东段厚度最大，厚度超过2 700 m，岩性主要为巨厚盐岩层夹薄层粉砂岩；向西岩性主要为砂泥互层夹薄膏岩，至秋里塔格构造带中部地区尖灭；北部构造带因遭受剥蚀，残余厚度较薄（见图2）。

图2 库车坳陷E1-2km，N1j膏盐岩平面分布

干旱条件下，湖水持续蒸发浓缩，卤水达到饱和后将按矿物的溶解度大小依次析出碳酸盐、硫酸盐和石盐等，相应的平面分布也具有明显的规律性：从水体边缘到沉积中心，呈砂泥岩—石灰岩—白云岩—膏岩—厚层盐岩的环带状分布。当季节性洪水补给陆源碎屑，或风暴使水体振荡，正常析出序列会遭到破坏而夹杂薄层碎屑沉积。

4 膏盐岩油气地质意义

膏盐岩性质特殊，对油气生成、演化、运移及保存等各个阶段均有明显的积极作用。

首先，膏盐岩热导率高，热传导效应明显，可有效延缓有机质的热演化。室内常温下，盐岩的热导率比砂泥岩等常见沉积岩高2～4倍，而杂基和孔隙内的流体可使其热导率比常见沉积岩高10～30倍[21]。与无盐地区（见图3a）相比，库车坳陷发育的巨厚膏盐岩将下部正常地层的热量、有机质演化生成的热量向上快速传递，大幅降低了盐下地层的温度（见图3b，3c），使得侏罗系、三叠系烃源岩的生烃高峰延缓至新近纪晚期[22]。而坳陷内部的大型逆冲褶皱系及系列逆冲断层，主要形成于新近纪上新世喜山末期，排烃高峰则位于新近纪中、上新世。生、排烃高峰迟于构造圈闭形成，沉积储层和构造圈闭集中发育在盐下的极佳“生、运、储、盖”时空耦合关系，对于油气藏的形成极为有利。

图3 库车坳陷埋深与地层温度、地层压力的关系

其次，膏盐岩异常致密，有利于异常高压的形成。石膏在压实过程中转化为硬石膏，并释放出大量的水分，脱出的水分滞留在致密膏盐岩层内，引起泥岩欠压实而形成异常高压（见图3d—3f）。异常高压阻碍了上部地层正常的压实作用，也使下部白垩系储层的成岩作用演化进程明显放缓（如抑制石英次生加大），有利于储层孔隙度的保存，显著改善了目的层的储集物性。

库车坳陷膏盐岩层异常高压与致密的物理性质，共同形成了极佳的封盖能力，与白垩系储层、侏罗系和三叠系烃源岩形成了优质的生、储、盖组合。同时，当埋深大、温度高、内部发育薄层泥岩时，膏盐岩塑性显著增强，易流动，可以很好地阻隔、吸收强烈的构造应力。勘探成果已证实，上新世时期库车坳陷克拉苏构造带盐下地层的挤压、断裂等构造活动强烈，但E1-2km膏盐岩的突破压力达60 MPa，仍极好地保存了下部的构造圈闭形态，并有效封堵油气，形成多个大型高压油气藏（见图4）。

图4 库车坳陷盐下构造圈闭成藏模式

5 结论

1）库车坳陷发育古近系和新近系2套巨厚膏盐岩层。其中，E1-2km主要由海侵盐水混杂部分陆源物质形成，N1j则由陆源物质注入残余海水形成。

2）库车坳陷膏盐岩层垂向上岩性组合可分为MG，GS，GD，GM等4个类型，发育典型的蒸发岩沉积旋回，相应的岩性组合类型呈GM—GD—MG—GS—MG—GD—GM分布。受沉积和构造作用的影响，膏盐岩在平面上分别以克拉苏构造带中部地区和秋里塔格构造带东段为中心呈环带状分布，厚度变化大。

3）库车坳陷膏盐岩在强烈的构造挤压应力下，有效降低了盐下地层温度，形成异常高压，延缓了有机质的热演化和成岩作用演化进程，有利于大型油气藏的形成、保存和储层物性的改善。