塔里木盆地下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖沉積特征及生烴成藏配置

塔里木盆地下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖沉積特征及生烴成藏配置

目前，許多科學家認為塔里木盆地臺盆地海相的主要泉巖來自寒武系，但對具體泉巖的來源仍有很大不同。主要觀點的爭論是，主要泉巖來自中、下寒武統(tǒng)（下奧陶統(tǒng)）或中、上奧陶統(tǒng)。不同特定層泉巖的分布范圍、生烴潛力和藏生烴形成時間存在較大差異，這直接影響了塔里木盆地臺盆地區(qū)油氣勘探選擇和戰(zhàn)略勘探領域的選擇。筆者通過對海平面變化及沉積相分析、地震反射特征識別、生烴-成藏配置關系分析等認為,下奧陶統(tǒng)上部-中奧陶統(tǒng)是塔里木盆地臺盆區(qū)海相主力烴源巖。1沉積水體的垂直分布層序地層學研究表明,海相盆地中沉積有機質含量變化與相對海平面-沉積水體深度變化之間存在良好的對應關系。最大海侵時期也就是沉積水體總體變深的時期,所形成的沉積物中的有機質含量相對最高,這可能與最大海泛期所造成的沉積環(huán)境更趨于還原環(huán)境有關,從而更有利于沉積有機質的保存。在塔里木盆地震旦系—奧陶系中,相對海平面變化與沉積有機質含量之間亦呈現出良好的相關性,這可以由代表盆地相區(qū)的塔東2井來說明。從圖1看到,塔東2井震旦系—奧陶系為連續(xù)沉積,由下向上沉積水深呈現出多次變化,其中以下奧陶統(tǒng)上部—中奧陶統(tǒng)下部黑土凹組沉積時期的沉積水深最大,代表了塔里木盆地自震旦紀至奧陶紀期間的最大海侵期,這與全球二級海平面相對最高時期也是吻合的。巖心觀察顯示,塔東2井黑土凹組為黑色碳質泥頁巖與灰黑色硅質頁巖、硅質巖薄互層,具水平紋理,含碳質瀝青(染手),見較多莓狀黃鐵礦(反映沉積環(huán)境屬于強還原條件),屬于典型的深海饑餓盆地相沉積,也是震旦系—奧陶系中惟一缺乏碳酸鹽沉積的層位,說明其沉積水深已經大于碳酸鹽溶解深度(CCD),約1500m以上。從殘余有機碳含量(TOC)變化也可看到,黑土凹組是震旦系—奧陶系中相對最高的層位,其平均有機碳含量達2.85%,完全可與下寒武統(tǒng)媲美。雖然塔東地區(qū)的中上奧陶統(tǒng)卻爾卻克群沉積水深也很大,但由于它是濁流沉積及具有很高的沉積速率,所以其沉積有機質含量很低。圖1中,ln(Th/K)為自然伽馬能譜測井Th/K的自然對數,大致反映了沉積水深的相對變化,其數值變大則相對沉積水深變小。這樣的相對沉積水深與有機質含量相關性在柯坪地區(qū)、巴楚-塔中及輪南地區(qū)的奧陶系中也有良好的顯示。沉積相研究表明,上述地區(qū)的奧陶系總體呈現下奧陶統(tǒng)相對水體較淺(以臺地相為主)而中、上奧陶統(tǒng)沉積水體變深(以陸棚、斜坡及滯流盆地相為主)的格局,也有稱之為臺地的沉沒。因此其烴源巖主要發(fā)育在中上奧陶統(tǒng)之中而不同于塔東盆地相區(qū)的奧陶系烴源巖主要發(fā)育于中、下奧陶統(tǒng)中(表1),這是因為上述臺地-陸棚相地區(qū)的中、上奧陶統(tǒng)缺乏濁流沉積,致使其沉積速率較低及沉積有機質含量較高。2加標響應面試驗在塔里木盆地北部坳陷的滿加爾凹陷西部及阿瓦提凹陷中的奧陶系地震反射組合中,普遍見到了Tg5″的連續(xù)追蹤強反射(圖2),其上、下均為較弱反射或是空白反射。根據該區(qū)迄今為止惟一鉆遇的塔中29井該套反射波組的情況看,Tg5″強反射實際代表了中奧陶統(tǒng)上部—上奧陶統(tǒng)下部吐木休克組下斜坡—盆地邊緣相鈣屑濁積巖及碎屑流沉積的地震響應(圖3)。這套異地沉積實際上是中奧陶世晚期—晚奧陶世早期塔中-巴楚隆起隆升剝蝕產物被搬運到滿加爾凹陷西部及阿瓦提凹陷中形成的“外來事件沉積”。這次隆升剝蝕事件在塔中-巴楚隆起及塔北隆起均存在,造成了地層缺失及沉積間斷達3～10Ma,但在北部坳陷區(qū)則表現為連續(xù)沉積。圖3中,深灰色含礫砂屑灰?guī)r,屬下斜坡水下重力流(碎屑流)沉積;右側為砂屑灰?guī)r,下斜坡鈣屑濁積巖。根據塔中29井5650～6269m鉆遇Tg5″之上的空白弱反射帶為大套(厚約600m)泥巖夾少量泥灰?guī)r的地質事實,可以推測其下的空白弱反射帶(約100～150ms)也應為以大套泥質巖為主的反射,厚度為100～300m,層位大致相當于下奧陶統(tǒng)上部—中奧陶統(tǒng)下部亦即塔東地區(qū)的黑土凹組,其反射特征與下寒武統(tǒng)泥巖烴源巖的反射特征十分類似(圖2),而中上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)下部臺地相碳酸鹽巖及上奧陶統(tǒng)濁積巖-陸棚相砂泥巖的反射均表現為中—弱連續(xù)中—弱振幅反射特征。也正因為Tg5″上、下巖性均以泥質巖為主,它們與以砂礫屑灰?guī)r為主的碳酸鹽巖之間才得以形成如此強而連續(xù)并大面積分布的Tg5″反射帶。3奧陶統(tǒng)下產品基因組織特點對不同相區(qū)代表性鉆井及地面露頭沉積相研究表明(表1),塔里木盆地中下奧陶統(tǒng)總體表現為向上變深的沉積特征。這種沉積水體加深的特征在下奧陶統(tǒng)上部就有所表現,尤其是在盆地相(塔東1井、2井)及斜坡相區(qū)(庫南1井、英買2井、柯坪剖面)表現更為顯著,在臺地相區(qū)(塔參1井、和4井、方1井)也有表現,說明早奧陶世晚期塔里木盆地的海侵具有普遍性。特別是在塔中地區(qū)的塔中5(3548～3553m)、塔中43及塔中38井中見到了下奧陶統(tǒng)下部的局限臺地相白云巖向上快速相變?yōu)橄聤W陶統(tǒng)上部—中奧陶統(tǒng)下部崩塌斜坡相礫屑灰?guī)r或礫屑白云巖(圖4),充分說明了塔中地區(qū)早奧陶世晚期已有明顯的海侵過程。圖4中,灰色藻疊層臺緣礁前白云質崩塌角礫巖,角礫成分主要為淺灰色藻疊層泥晶白云巖、藻凝塊白云巖,呈棱角狀大小混雜,基底式支撐膠結。在塔中43—塔中5—塔中38井下奧陶統(tǒng)上部—中奧陶統(tǒng)下部所見到的崩塌型陡岸斜坡相帶的展布,可能主要受塔中I號斷裂帶由南向北的同生逆沖活動控制,該陡岸斜坡帶可能一直向西延伸到和4井至方1井區(qū)北側。關于巴楚斷隆北側的吐木休克斷裂是否為早奧陶世晚期—中奧陶世早期與塔中I號斷裂一樣的同生控相斷裂問題尚有待研究。但根據巴楚-塔中隆起區(qū)均缺失中奧陶世晚期—晚奧陶世早期沉積來看,巴楚隆起北側也應存在諸如塔中隆起北側塔中I號斷裂一樣的同生逆沖控相斷裂,從而造成這2個隆起帶構造演化歷史的相似性。因此,推測巴楚-塔中隆起北側在早奧陶世晚期—中奧陶世早期(相當于黑土凹組沉積時期)存在一條主要受控于由南向北同生逆沖斷裂活動的陡岸斜坡帶,其向北應該是分布于滿加爾凹陷西部及阿瓦提凹陷的盆地邊緣相帶,圖2中Tg5″之下的空白弱反射即為該盆地邊緣相沉積的響應;而在塔北隆起南側的中下奧陶統(tǒng)則為緩坡相帶(圖5),這已為庫南1井及英買2井的鉆井證實;巴楚隆起西北側的柯坪地區(qū)下奧陶統(tǒng)上部—中奧陶統(tǒng)下部也為緩坡相。當然,黑土凹組在滿加爾凹陷西部及阿瓦提凹陷的盆地邊緣相沉積水深小于塔東地區(qū)及滿加爾凹陷東部的深海饑餓盆地相深度,根據不同沉積環(huán)境沉積速率與沉積有機質含量相關分析(圖6),可以初步預測滿加爾凹陷南西部黑土凹組平均殘余有機碳含量約為1.0%,應該說具備了較好的生烴條件。4塔中地區(qū)早期內生油氣藏及成藏期及烴源巖時代從塔中地區(qū)典型鉆井一維盆地模擬情況看到(圖7),下寒武統(tǒng)源巖生油高峰期為晚奧陶世—志留紀(泥盆紀),生氣高峰期為晚古生代及其之后;滿加爾凹陷區(qū)下奧陶統(tǒng)上部及中奧陶統(tǒng)源巖生油高峰期為石炭紀晚期—三疊紀,第三紀以來進入干氣階段;塔中隆起區(qū)上奧陶統(tǒng)良里塔格組源巖生油高峰期為白堊紀以來,目前仍處于生油高峰期。由于滿加爾凹陷南部比北部沉積了更厚的中上奧陶統(tǒng)及二疊系,故造成了下寒武統(tǒng)及中下奧陶統(tǒng)烴源巖生烴高峰期的差異。即:南部比北部早,北部的下寒武統(tǒng)源巖生油高峰可能遲至志留紀—石炭紀(在塔北隆起帶南側附近可遲至泥盆紀—二疊紀),侏羅紀以來才進入干氣階段;中下奧陶統(tǒng)源巖生油高峰可遲至中生代(圖8),而上奧陶統(tǒng)源巖自晚第三紀以來才進入生油高峰期。對構造圈閉形成期分析表明,現今塔中地區(qū)已經發(fā)現油田的構造圈閉形成期及成藏期均為三疊紀以前,三疊紀以來形成的圈閉均無油。典型的對照為:塔中45井區(qū)奧陶系內幕圈閉形成于晚奧陶世—志留紀,此井獲得高產油流,其上的志留系—石炭系內幕完整背斜形成于中晚三疊世,此處無油;塔中12井奧陶系—志留系內幕圈閉形成于晚奧陶世—泥盆紀,此井獲得油氣流,其上的石炭系內幕背斜形成于中晚三疊世,此處無油;塔中30井區(qū)奧陶系內幕圈閉形成于晚奧陶世—志留紀,此井獲得油流,其上的石炭系內幕背斜形成于早第三紀末期,此處無油。塔中4油田和塔中1氣田1的CⅢ油氣層砂巖儲層伊利石同位素測年分析表明,其形成時代為二疊紀,也說明了油氣藏形成于晚海西期。因此,塔中地區(qū)原生油氣藏應該主要形成于晚海西期(二疊紀),據源巖生烴期推測,其主力烴源巖應為中下奧陶統(tǒng)源巖。對塔河油田及哈得4油田成藏期的研究表明,其原生油藏主要形成于晚海西期—燕山期,滿加爾凹陷北部埋藏-生烴史也說明其主力烴源巖應為寒武系—中下奧陶統(tǒng)。塔中4、塔中1、塔中16及塔中45井區(qū)油氣藏儲層(奧陶系及石炭系)烴類包裹體測溫結果及埋藏史分析表明,塔中地區(qū)存在晚奧陶世—志留紀(泥盆紀)、二疊紀—三疊紀及第三紀主要烴類包裹體形成期,前2期以油為主,第3期以氣為主,大致反映了下寒武統(tǒng)、中下奧陶統(tǒng)烴源巖的生油高峰期及其生氣期。塔北地區(qū)主要有晚海西期、燕山期—喜馬拉雅早期、喜馬拉雅晚期有機包裹體,前2期以油為主,第3期以氣為主,也大致反映了寒武系—中下奧陶統(tǒng)烴源巖的生油高峰期及其生氣期。5沉積相與油氣源巖在塔中地區(qū)目前已經發(fā)現的油藏主要分布于靠近塔中I號斷裂帶地區(qū),向南遠離該斷裂帶則油藏減少,說明石油主要是塔中Ⅰ號斷裂帶溝通了滿加爾凹陷油源區(qū)而運移成藏的。類似的情況也見于塔北隆起帶,海相成因油氣藏主要分布于塔北隆起南部,而陸相油氣田則分布于隆起帶北部,說明海相油氣源來自于其南側的滿加爾凹陷寒武系—中下奧陶統(tǒng)烴源巖分布區(qū),上奧陶統(tǒng)良里塔格組灰泥丘間洼地泥灰?guī)r及陸棚內洼地泥灰?guī)r烴源巖僅分布于塔中—巴楚隆起區(qū),包括柯坪地區(qū)出露的印干組及塔北隆起區(qū),而滿加爾凹陷及塘古孜巴斯坳陷上奧陶統(tǒng)主要為濁積巖,缺乏較好生烴潛力。因此,在塔中隆起及塔北隆起上已發(fā)現的海相油氣藏分布規(guī)律與其上普遍分布的上奧陶統(tǒng)良里塔格組烴源巖的展布情況并不十分吻合,也從一個側面說明其主力烴源巖非為上奧陶統(tǒng)。6油源成因與油源環(huán)境對塔里木盆地海相油氣藏的油源問題,由于不同的研究者采用不同的生物標志化合物進行油源對比123,從而得出了不同的結論。由于滿加爾凹陷寒武系—奧陶系為連續(xù)沉積,造成其古生物和生物標志化合物特征及演化的連續(xù)性。可以推測,下奧陶統(tǒng)上部—中奧陶統(tǒng)源巖(相當于塔東地區(qū)的黑土凹組)的生物標志化合物特征應該介于寒武系與上奧陶統(tǒng)之間而呈過渡漸變狀態(tài)。另外,塔里木盆地海相烴源油氣藏具有以下基本特征:①多源混合;②多期生烴與油氣藏充注成藏;③油氣較長距離的運移;④成藏后的改造與調整作用強烈;⑤主力源巖主要生烴期后的成熟度變化(增高),而其所生成的烴類向上運聚成藏后的成熟度后期變化不大;⑥總體上原生油氣藏形成較早(多在早中生代甚至更早)。這些特征造成了多種類型油氣藏的存在及其在空間上的復合與疊置。因此在油源對比中要充分考慮到上述特征與復雜性。油源對比目前采用的主要是高碳數大分子結構的生物標志化合物的相對比值關系參數,均會不同程度地受到油氣運移分餾效應的影響,即油藏中極其微量的高碳數大分子結構生物標志化合物的相對豐度極容易受到不同距離烴源巖生成原油因運移分餾效應的影響,易表現出受距離最近的油源巖的影響,但可能并非油藏主力油源巖及生標參數特征。對于占油藏中微量的生物標志化合物能否完全代表占油藏中大部分的飽和烴的來