黃蘇衛(wèi)
(1.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院,北京102249;2.中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室,北京102249)
柯坪地區(qū)整個古生界與塔里木盆地內(nèi)鉆井揭示的地層完全相同,二疊紀(jì)末期的隆起依然可與盆內(nèi)的隆起區(qū)相比,與之不同的只是在此之后本區(qū)再沒有接受巨厚或較厚的中、新生界沉積,由此表明柯坪沖斷帶在前中生代是塔里木盆地的一部分,具備油氣成藏的基本條件。雖然有學(xué)者指出了該區(qū)的良好前景[1-2],但晚期強(qiáng)烈的構(gòu)造運動導(dǎo)致的破壞以及現(xiàn)今露頭觀察到的廣泛分布的油苗,致使人們對油氣能否聚集、聚集后能否良好地保存,進(jìn)而是否有完整的油氣藏存在難以達(dá)成共識。呂修祥等認(rèn)為柯坪地區(qū)雖然經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運動,仍有油氣藏存在的可能性,油氣苗的發(fā)現(xiàn)可以證明油氣藏的破壞,同時也辯證地證明了油藏存在的可能性[3]。從油氣勘探的角度,與盆地內(nèi)部相比其風(fēng)險要大得多,因此,長期以來,勘探涉足極少,地質(zhì)研究更多地是關(guān)注盆地內(nèi)部。對柯坪地區(qū)的古地理格局、生儲蓋時空分布等均沒有系統(tǒng)全面的認(rèn)識,進(jìn)而制約了對該區(qū)油氣資源潛力的認(rèn)識和勘探前景的評價。然而,隨著中深1 井在寒武系膏鹽層下的發(fā)現(xiàn),提高了人們對柯坪沖斷帶滑脫層——中寒武統(tǒng)膏鹽層[4]下地層成藏可能性的關(guān)注度。
柯坪沖斷帶位于塔里木盆地西北緣,北以烏恰-阿合奇斷裂為界與南天山相鄰,南以柯坪塔格斷裂與巴楚隆起和阿瓦提坳陷分界,東為庫車前陸褶皺帶和塔北隆起,西至喀什凹陷,面積大約2×104km2??缕簺_斷帶的主體由五六排近于平行的逆沖巖席組成,1 個巖席長30~50 km,一般在2 個巖席之間有厚度不大的現(xiàn)代沖積扇充填(見圖1)。出露地層古生界齊全,且與盆地內(nèi)具有很好的可對比性。長期以來,柯坪沖斷帶是人們認(rèn)識塔里木盆地的天然實驗室,但將其作為塔里木盆地的一部分或與塔里木盆地一起進(jìn)行整體編圖、研究的工作并不多。多數(shù)關(guān)于塔里木盆地沉積、構(gòu)造、巖相古地理編圖,柯坪地區(qū)均為空白區(qū)。
就大地構(gòu)造位置而言,研究區(qū)位于天山褶皺系與塔里木盆地間。其構(gòu)造變動既受天山褶皺系活動的控制,又與塔里木盆地構(gòu)造變動息息相關(guān)。
從地層接觸關(guān)系來看,柯坪逆掩推覆帶的形成時間是在新近紀(jì)上新世的庫車期,推測本區(qū)在被推覆體掩埋之前的構(gòu)造面貌是巴楚隆起向西北方向的延伸段。不僅與沖斷層伴生的地面構(gòu)造發(fā)育,而且據(jù)1997年專門針對柯坪斷隆采集的地震剖面,經(jīng)過處理解釋,發(fā)現(xiàn)推覆構(gòu)造帶變形復(fù)雜,在推覆帶之下存在比較完整的隱伏構(gòu)造。
圖1 柯坪沖斷帶地面衛(wèi)星圖
根據(jù)野外實際考察,結(jié)合遙感影象和地震剖面解釋以及區(qū)域地質(zhì)資料分析,按構(gòu)造變形特征,以皮羌斷裂和印干山為界將柯坪沖斷系大致分為3 個區(qū):
1)皮羌斷裂以西部分,稱之為西克爾區(qū)。這里褶皺和沖斷構(gòu)造變形共同存在,上盤牽引構(gòu)造得到了有效保留,是柯坪斷隆地面構(gòu)造最為發(fā)育的地區(qū)。
2)皮羌斷裂和陰干山之間,稱之為柯坪區(qū)。這里沖斷作用為主,各推覆體在地表一般都是以單面山形式存在。
3)陰干山構(gòu)造帶以東,稱之為阿克蘇區(qū)。其構(gòu)造變形是柯坪斷隆之中最復(fù)雜的,擠壓走滑和逆沖推覆作用都很強(qiáng)烈,形成了本地區(qū)最為復(fù)雜的構(gòu)造變形樣式組合(見圖2),體現(xiàn)了柯坪斷隆“南北分帶,東西分區(qū)(塊)”獨特的構(gòu)造特征。
圖2 柯坪沖斷帶構(gòu)造分帶及構(gòu)造圈閉
寒武系、奧陶系是塔里木盆地主要烴源巖發(fā)育段,西部碳酸鹽臺地相沉積主要發(fā)育局限臺地—蒸發(fā)臺地相碳酸鹽巖型烴源巖,屬高位體系域瀉湖沉積[5]。野外露頭也證實了柯坪地區(qū)寒武系該套烴源巖的存在[6-7],具備油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)。李椿等認(rèn)為,柯坪地區(qū)寒武系的烴源巖雖然不如奧陶系,但仍可生成相當(dāng)數(shù)量的凝析油和大量天然氣[8]??缕簺_斷帶由于復(fù)雜的構(gòu)造運動,油氣儲集空間相對較發(fā)育,關(guān)鍵是油氣保存條件——蓋層的發(fā)育對該區(qū)油氣的成藏起著重要的控制作用。
研究區(qū)寒武系地層主要分布于東部喀拉鐵克山、肖爾布拉克一帶及柯坪塔格、依木干他烏南坡。巖性為一套海相碳酸鹽巖,以白云巖為主,底部普遍具有含磷層,厚度1 075.2 m,與下伏上震旦統(tǒng)奇格布拉克組假整合接觸。根據(jù)縱向巖性組合及古生物特征,可將其劃分為3 個統(tǒng)6 個組,由下至上依次為下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組、肖爾布拉克組、吾松格爾組、中寒武統(tǒng)沙依里克組、阿瓦塔格組、上寒武統(tǒng)下丘里塔格組。
柯坪沖斷帶寒武系主要為白云巖,局部夾灰?guī)r,個別地層段含薄層泥巖,屬海相碳酸鹽巖臺地局限海沉積。該系中下統(tǒng)含油性地層剖面位于阿克蘇縣肖爾布拉克建化廠,上統(tǒng)剖面位于柯坪東北同古四布隆。2 剖面寒武系烴源巖厚327.04 m,其中泥質(zhì)巖僅4.6 m,碳酸鹽巖厚322.4 m,以泥晶白云巖為主,烴源巖厚度占地層厚度的30.4%。鹽下各層段烴源巖評價結(jié)果如表1所示,可以看出柯坪地區(qū)寒武系鹽下地層具備生烴潛力。
表1 寒武系烴源巖評價
另外,柯坪地區(qū)阿克蘇市西南部發(fā)現(xiàn)的2 個寒武系油苗,一個位于阿克蘇縣建化廠磷礦絲毫洞內(nèi),發(fā)現(xiàn)于玉爾吐斯組(1y)底部,另外一個位于肖爾布拉克剖面玉爾吐斯組的薄層灰?guī)r溶縫內(nèi)。這些油苗顯示了寒武系生油的可能性,是最直接的證據(jù)。
中、下寒武統(tǒng)儲集巖為碳酸鹽巖,以白云巖為主,孔隙類型主要是裂縫、溶蝕孔洞、晶間溶孔、顆粒內(nèi)溶孔、白云巖晶間角孔及壓溶型縫合線等,其中以縫洞型儲層為主[9]。
斷裂帶附近巖溶儲層往往發(fā)育,縫洞型儲層發(fā)育受控于斷裂展布方向[10],柯坪沖斷帶斷裂的發(fā)育為縫洞型儲層發(fā)育提供了可能。阿克蘇市肖爾布拉克剖面中以阿瓦塔格組儲集巖發(fā)育最佳,累計厚度為143.0 m,占地層厚度的54.8%,其次為肖爾布拉克組、吾松格爾組和沙依里克組,玉爾吐斯組儲集性能最差。膏鹽層在阿瓦塔格組發(fā)育,因其隔熱性差、熱導(dǎo)率高,導(dǎo)致地溫梯度較低,降低了鹽下地層溫度,抑制了成巖作用,有助于膏鹽層下伏地層發(fā)育相對較高的孔隙度[11]。另外,膏巖層的存在,由于其較強(qiáng)的流動性,在壓實作用過程中可能起到泄壓作用,有助于孔隙的保存。同時隨著埋深增大,溫度升高,石膏轉(zhuǎn)化為硬石膏,脫去大量結(jié)晶水,其中富含有機(jī)酸,可對碳酸鹽巖溶蝕,形成次生孔隙[12-13]。
震旦紀(jì)末期,柯坪運動使震旦紀(jì)裂陷盆地回返,震旦系遭受嚴(yán)重剝蝕,形成準(zhǔn)平原化古地貌。上震旦統(tǒng)的白云巖遭受了長期的風(fēng)化、淋濾。而后,塔里木盆地及周緣區(qū)域應(yīng)力場由拉張變?yōu)閿D壓,由此產(chǎn)生的褶皺、斷裂作用導(dǎo)致了震旦系白云巖中大量裂縫和次生孔隙的形成,使得物性大為改善,從而形成了上震旦統(tǒng)風(fēng)化殼儲集體[14]。
柯坪沖斷帶位于強(qiáng)烈的構(gòu)造活動帶,發(fā)育大型的逆沖推覆斷裂,具有油氣運移通道和封堵油氣散失的雙重作用[15],為油氣運移和聚集提供條件;反之,這種構(gòu)造特征對油氣的保存也存在不利的一面。柯坪地區(qū)廣泛分布的油氣顯示也證實了油氣的泄露具有普遍性,因而油氣藏的形成需要更高的保存條件。油氣藏的保存條件除了蓋層的封閉外,還需考慮構(gòu)造的破壞程度。對柯坪沖斷帶油氣保存條件的研究大致可以劃分為2 個部分:一是蓋層的封蓋作用;二是上層推覆體對下伏隱伏背斜的保護(hù)。
在所有蓋層中,以中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組為最好。中寒武世柯坪沖斷帶與巴楚隆起同為塔里木盆地的有機(jī)組成部分,兩者之間經(jīng)歷了相似的構(gòu)造和沉積作用,該時期巴楚隆起和柯坪沖斷帶蒸發(fā)臺地相廣泛發(fā)育,沉積于蒸發(fā)臺地相的膏鹽巖層段在柯坪地區(qū)廣泛分布。從鄰區(qū)內(nèi)鉆井?dāng)?shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn),中寒武統(tǒng)與膏鹽巖的厚度具有很好的相關(guān)性(見圖3),因而可以推測出,在柯坪地區(qū)中寒武統(tǒng)發(fā)育的地方,膏鹽巖具有相關(guān)的厚度,且作為整個柯坪推覆構(gòu)造的滑脫層,其厚度值得期待。該膏鹽層使下伏古隆起中的油氣得到了較好的保存,因而在鹽下構(gòu)造隆起中形成大型油氣田的可能性就更大,成藏模式見圖4。
圖3 中寒武統(tǒng)厚度與膏鹽巖層的相關(guān)性
圖4 成藏模式預(yù)測
研究區(qū)以下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組—中寒武統(tǒng)沙依里克組為主要生油層,下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組至中寒武統(tǒng)沙依里克組作為儲集層,中寒武統(tǒng)中下部作為直接蓋層構(gòu)成正常的生儲蓋組合。本組合生油條件、儲集條件和蓋層條件均較好。生油層以灰色白云巖為主,但玉爾吐斯組發(fā)育高有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的泥質(zhì)烴源巖,且野外發(fā)現(xiàn)有寒武系液態(tài)油苗,表明寒武系烴源巖仍然可以生油。儲集層厚564.7 m,以白云巖為主,加權(quán)平均孔隙度2.17%,但野外發(fā)現(xiàn)白云巖發(fā)育大量的裂縫,有助于提高白云巖的儲集性能。蓋層以含膏泥巖、云質(zhì)泥巖和泥云巖為主,厚83.4 m,系區(qū)內(nèi)“好”生儲蓋組合。
另外,下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組至中寒武統(tǒng)沙依里克組本身不僅具有較好的儲集條件,而且具有一定的生油條件,還可形成2 個自生自儲式的次一級生儲蓋組合。
柯坪沖斷帶具備油氣成藏和賦存的條件,尤其是寒武系鹽下目的層。寒武系膏巖層作為柯坪沖斷帶的主要滑脫層,在底層擠壓沖斷過程中,必然伴隨著膏巖層形態(tài)的變化以及下伏中下寒武統(tǒng)地層的變形,特別是沖斷帶巖席之下發(fā)育的深層隱伏背斜。這些背斜其上被逆沖推覆體覆蓋,經(jīng)歷的變形過程較簡單,背斜保存較完整。寒武系烴源巖成熟生烴排烴后直接在寒武系儲層中聚集,之后可能發(fā)生構(gòu)造運動,使地層的形態(tài)發(fā)生改變,但其上膏巖層作為直接蓋層,將有效地保護(hù)油氣免于構(gòu)造破壞,但油氣在地層變形后可能向構(gòu)造高部位進(jìn)一步富集形成油氣藏(見圖4)。
與寒武系地層平行不整合接觸的震旦系地層,在震旦紀(jì)末遭受嚴(yán)重的剝蝕作用,出露地表風(fēng)化、淋濾后再加上區(qū)域應(yīng)力場由拉張到擠壓的轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致白云巖中大量裂縫和次生孔隙發(fā)育,物性大為改善。在之后深埋壓實過程中,上覆膏巖層的存在,可能對后期沉積的地層靜壓力有一定的泄壓作用,有可能導(dǎo)致其物性有較好的保留。寒武系烴源巖成熟生烴后,直接向下排烴,沿不整合面運移、聚集、成藏(見圖4)。從現(xiàn)有地震剖面上可以看出,寒武系下基巖地層隆起的幅度和范圍都很可觀,再加上烴源巖和膏巖層的雙重封閉作用,油氣藏的前景相當(dāng)可觀。
柯坪沖斷帶北部阿克蘇區(qū)相對于中南部的柯坪區(qū)和西克爾區(qū)構(gòu)造運動更加劇烈,破壞可能更加嚴(yán)重,大部分沖斷體具有暴露式的沖斷前鋒,而沖斷帶的南部傾末端局部可能發(fā)育隱蔽式的沖斷前鋒,成為油氣聚集的構(gòu)造帶。
伴隨近年來地震及重、磁、電多種勘探手段的實施,柯坪地區(qū)地表構(gòu)造已經(jīng)能清晰地顯示出來,地下隱伏構(gòu)造也逐漸呈現(xiàn)出較為完整的形態(tài); 然而地表構(gòu)造遭受了不同程度的破壞,生油層和目的層出露地表,大量的油氣顯示也揭示了其油氣破壞過程。因此,地面構(gòu)造大部分都已無勘探潛力,而柯坪沖斷帶下盤的隱伏構(gòu)造,因上盤推覆體的掩覆而得到有效保存,是柯坪沖斷帶上最有潛力的油氣勘探新領(lǐng)域。
通過電法和地震資料的解釋,對柯坪地區(qū)的圈閉進(jìn)行普查,發(fā)現(xiàn)柯坪沖斷帶各推覆體下盤均發(fā)育有隱伏構(gòu)造帶,其中有一部分可見完整的背斜形態(tài),特別是南緣的柯坪塔格推覆體下部和第2 排奧孜格爾塔格-依木干他烏推覆體的下部(見圖2)。這些背斜構(gòu)造由古生界組成,形態(tài)比較完整。作為推覆體的下盤構(gòu)造帶,相對于上盤受到構(gòu)造的改造程度較低,為油氣保存提供了較好的條件。
在這些重點區(qū)域,還需要進(jìn)行更加細(xì)致的工作進(jìn)一步指導(dǎo)勘探。以地震手段為主,野外觀察為輔,落實寒武系地層沉積時的巖相古地理圖,預(yù)測烴源巖發(fā)育的范圍和厚度以及有機(jī)質(zhì)的高豐度沉積區(qū)。利用地層的埋藏演化史和沖斷帶的構(gòu)造演化史,推測出有機(jī)質(zhì)成熟度的具體分布圖,再結(jié)合膏巖層的分布進(jìn)行勘探。通過試驗確定膏巖層的突破壓力和有效封蓋厚度,疊合有機(jī)質(zhì)的豐度和類型的發(fā)育區(qū)以及有利的構(gòu)造位置,確定勘探有利區(qū)。另外,震旦系基巖作為有效儲層在柯平?jīng)_斷帶應(yīng)該值得重點注意,其成藏潛力巨大。最后在這些工作的基礎(chǔ)上,實施重點的鉆探工作,以期取得重大突破。
1)柯坪沖斷帶寒武系鹽下地層有效烴源巖發(fā)育,存在良好的儲集空間,生儲蓋組合匹配,具備油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ),潛力巨大。
2)中寒武統(tǒng)膏巖層的發(fā)育在沖斷帶的發(fā)育過程中起到滑脫層的作用,雖然該區(qū)構(gòu)造運動強(qiáng)烈,但鹽下地層經(jīng)歷構(gòu)造運動相對簡單,再加上膏巖層的封蓋作用,早期生成的油氣被保存的可能性很大。
3)柯坪沖斷帶的勘探重點應(yīng)放在柯坪區(qū)和西克爾區(qū)。阿克蘇地區(qū)構(gòu)造活動相對較弱、保存條件相對較好,尤其是柯坪沖斷帶下盤的隱伏構(gòu)造,因上盤推覆體的掩覆而得到有效保存,是柯坪沖斷帶上最有潛力的油氣勘探新領(lǐng)域。
致謝:感謝指導(dǎo)老師呂修祥教授在本文寫作過程中給予的指導(dǎo),感謝各位師兄在寫作過程給予的幫助和意見。
[1]呂修祥,嚴(yán)俊君.塔里木盆地西北緣柯坪地區(qū)油氣前景[J].沉積學(xué)報,1996,14(3):30-37.
[2]楊庚.塔里木西北緣北西向古隆起的存在及油氣勘探前景[J].新疆地質(zhì),2003,21(2):157-162.
[3]呂修祥,李建交,趙風(fēng)云,等.塔里木盆地西部環(huán)阿瓦提凹陷區(qū)油氣勘探前景再認(rèn)識[J].海相油氣地質(zhì),2007,12(3):10-14.
[4]馬德明,陳江力,曾昌民,等.塔里木盆地西北緣柯枰沖斷帶的構(gòu)造變形特征[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報,2007,14(4):340-347.
[5]于炳松,周立峰.塔里木盆地寒武-奧陶系烴源巖在層序地層格架中的分布[J].中國西部油氣地質(zhì),2005,1(1):58-61.
[6]葉留生,王根長,翟曉先.塔里木盆地庫車河及柯坪地質(zhì)[J].新疆地質(zhì),1997,15(2):174-192.
[7]郭峰,郭嶺.柯坪地區(qū)肖爾布拉克寒武系層序及沉積演化[J].地層學(xué)雜志,2011,35(2):164-171.
[8]李椿,王艷麗,杜鴻烈,等.塔里木盆地柯坪地區(qū)烴源巖評價[J].新疆石油學(xué)院學(xué)報,2001,13(1):22-25.
[9]孟祥豪,張哨楠,藺軍,等.中國陸上最深井塔深1 井寒武系優(yōu)質(zhì)儲集空間主控因素分析[J].?dāng)鄩K油氣田,2011,18(1):1-5.
[10]鄔興威,苑剛,陳光新,等.塔河地區(qū)斷裂對奧陶系古巖溶的控制作用[J].?dāng)鄩K油氣田,2005,12(3):7-9.
[11]孫海龍.渤南洼陷膏巖層發(fā)育與深層儲層次生孔隙發(fā)育的關(guān)系[J].河南石油,2005,19(2):14-16.
[12]高霞,謝慶斌.淺析膏巖發(fā)育與油氣成藏的關(guān)系[J].石油地質(zhì)與工程,2007,21(1):9-11.
[13]王東旭,曾濺輝,宮秀梅.膏鹽巖層對油氣成藏的影響[J].天然氣地球科學(xué),2005,16(3):329-333.
[14]呂修祥,白忠凱,付輝.從東西伯利亞看塔里木盆地寒武系鹽下碳酸鹽巖勘探前景[J].新疆石油地質(zhì),2009,30(2):157-162.
[15]曹自成,杜永明,岳勇.巴楚隆起色里布亞斷裂活動及其控油作用[J].?dāng)鄩K油氣田,2009,16(5):5-7.