塔里木盆地寒武系鹽下領(lǐng)域勘探關(guān)鍵問題與攻關(guān)方向

呂海濤，耿鋒，3，尚凱

［1.中國石化深部地質(zhì)與資源重點(diǎn)實驗室，北京 102206；2.中國石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083］

1 勘探概況

塔里木盆地臺盆區(qū)寒武系是一套重要的含油氣層系［1-5］，自1984年SC2井在塔北海相碳酸鹽巖取得油氣勘探突破以來，已對寒武系部署近50口探井［6-8］。根據(jù)鉆探的主要地質(zhì)目標(biāo)，可大致分為4個勘探領(lǐng)域（圖1；表1）：①前震旦系—奧陶系碳酸鹽巖潛山領(lǐng)域，集中分布在塔北的雅克拉斷凸—沙西凸起地區(qū)，先后發(fā)現(xiàn)了雅克拉氣藏、橋古氣藏、YM32油氣藏和牙哈氣藏［9-12］。這一領(lǐng)域未能取得較大油氣發(fā)現(xiàn)的主要原因是潛山型圈閉規(guī)模小。②中-上寒武統(tǒng)臺緣領(lǐng)域，主要分布在西滿加爾地區(qū)，以TS1井、CHT1井及ML1井為代表［13-16］，目前為止尚未取得油氣勘探突破，失利的主要原因是缺少區(qū)域性優(yōu)質(zhì)蓋層。③中寒武統(tǒng)鹽下領(lǐng)域，主要分布在巴楚隆起、卡塔克隆起和沙雅隆起的阿克庫勒凸起，取得了以ZS1井、KT1井及LT1井為代表的重要油氣發(fā)現(xiàn)［17-18］，展現(xiàn)了良好的勘探潛力。但這一領(lǐng)域失利井也較多，失利原因復(fù)雜多樣。④孔雀河斜坡區(qū)的頁巖氣領(lǐng)域，以K1井為代表，因保存條件不好、含氣量低而失利。

表1 塔里木盆地寒武系重點(diǎn)鉆井情況統(tǒng)計Table 1 Statistics of the key exploratory wells targeting the Cambrian in the Tarim Basin

圖1 塔里木盆地寒武系不同勘探領(lǐng)域鉆井分布Fig.1 Distribution of exploratory wells targeting the Cambrian of diverse fields in the Tarim Basin

本文簡要回顧塔里木盆地寒武系勘探歷程，通過對以下幾口具有里程碑意義的探井進(jìn)行總結(jié)，剖析寒武系鹽下成藏地質(zhì)條件，以期對盆地下一步的勘探工作提供借鑒。

1）XH1井是塔里木盆地臺盆區(qū)首口可與柯坪露頭區(qū)玉爾吐斯組烴源巖對比的探井。以此為起點(diǎn)，開始了以玉爾吐斯組為主力烴源巖的研究熱潮，逐步形成了以臺地相區(qū)玉爾吐斯組為主力烴源巖的勘探思路［19］，支撐了塔河—哈拉哈塘地區(qū)、順北地區(qū)的勘探部署和油氣發(fā)現(xiàn)。

2）TS1井是臺地相區(qū)針對中寒武統(tǒng)臺緣領(lǐng)域的第一口探井，完鉆井深8 408 m。TS1井雖然未能實現(xiàn)油氣突破，但取得了兩點(diǎn)極其重要的地質(zhì)認(rèn)識：一是在埋深大于8 000 m的超深層，仍然發(fā)育良好的碳酸鹽巖儲層；二是在大于160℃的地層溫度條件下，仍保存有液態(tài)烴［20］。這些認(rèn)識為塔里木盆地超深層勘探提供了理論指導(dǎo)。

3）ZS1井是塔里木盆地首口在寒武系鹽下肖爾布拉克組及阿瓦塔格組鹽間白云巖地層中獲工業(yè)油氣流的探井，表明寒武系鹽下白云巖儲層具有富集規(guī)模油氣資源的地質(zhì)條件和良好的勘探潛力［17］。

4）LT1井是針對塔北地區(qū)鹽下儲層肖爾布拉克組“進(jìn)積體”進(jìn)行鉆探并獲得工業(yè)油氣流的探井，在肖爾布拉克組白云巖段7 940~8 260 m深度試獲油氣流［18］。LT1井的鉆探成功，對于聚焦肖爾布拉克組白云巖開展勘探具有重要指導(dǎo)意義。

5）KT1井（北京京能油氣資源開發(fā)有限公司）是柯坪露頭區(qū)首口獲得高產(chǎn)油氣流的鉆井［21］，其帶來的最直接啟示是：即便在復(fù)雜構(gòu)造帶，中寒武統(tǒng)膏鹽巖也能為油氣成藏提供良好的封蓋條件，為臺盆區(qū)走滑斷裂發(fā)育區(qū)超深層碳酸鹽巖的勘探部署提供指導(dǎo)。

2 成藏條件

經(jīng)過多年的勘探實踐和眾多學(xué)者的研究攻關(guān)，對寒武系油氣成藏基本條件，尤其是烴源巖、儲層和膏鹽巖蓋層與保存［22-25］等方面的研究取得了豐富的成果。

2.1 烴源巖

隨著揭示寒武系鉆井的增多，對中-下寒武統(tǒng)烴源巖，尤其是對玉爾吐斯組烴源巖的研究不斷深入，取得的主要進(jìn)展包括以下兩個方面。

1）早寒武世初期海侵背景下，沉積形成的泥質(zhì)巖為臺盆區(qū)海相主力烴源巖。

這套沉積體系大致可劃分為4個相區(qū)。東部地區(qū)，大體以中寒武統(tǒng)臺緣帶分布為界，中-下寒武統(tǒng)臺地相區(qū)的玉爾吐斯組為深水陸棚相沉積，中-下寒武統(tǒng)斜坡-盆地相區(qū)的西山布拉克組為深海盆地相沉積，二者在沉積序列上可以大致對比。深水陸棚相區(qū)玉爾吐斯組是優(yōu)質(zhì)烴源巖，先后被XH1井、LT1井和TS5井證實；這套烴源巖也是整個碳酸鹽臺地相區(qū)海相油氣藏的主力烴源巖。在中央隆起區(qū)，與玉爾吐斯組等時沉積的是一套潮坪相陸源碎屑巖為主的沉積地層，已經(jīng)多口鉆井證實，基本得到了公認(rèn)（圖2）。根據(jù)水動力條件及地震相位結(jié)構(gòu)特征的變化，潮坪相到盆地相之間的相帶類型可劃分為淺水陸棚相和深水陸棚相。淺水陸棚相區(qū)鉆井資料不足，但通過區(qū)域?qū)Ρ确治?，推測其生烴指標(biāo)較差，這可能是吐木休克構(gòu)造帶寒武系鹽下領(lǐng)域鉆探失利的主要原因。

圖2 塔里木盆地早寒武世初期烴源巖發(fā)育模式及分布預(yù)測Fig.2 Development mode and distribution prediction of source rocks in the Early Cambrian，Tarim Basin

2）塔西南地區(qū)下寒武統(tǒng)可能發(fā)育與盆地北部區(qū)域類似的烴源巖層。

由于缺少鉆井資料，對于塔西南地區(qū)寒武系沉積結(jié)構(gòu)的研究，主要是基于少數(shù)幾條區(qū)域二維地震剖面的結(jié)構(gòu)特征。2008年以來，隨著地震資料數(shù)量的增多和品質(zhì)的提升，越來越多的學(xué)者認(rèn)為中-下寒武統(tǒng)向南因水深加大而出現(xiàn)沉積相突變，使地層厚度減薄。但與此同時，對于古隆起分布范圍的認(rèn)識仍存在較大分歧，需要在今后的研究中逐步統(tǒng)一。

2.2 儲層

在盆地中南部地區(qū)，寒武系鹽下肖爾布拉克組以白云巖為主，但在盆地北部地區(qū)，受沉積環(huán)境變化的影響，肖爾布拉克組以灰?guī)r為主，僅局部發(fā)育少部分白云巖。除巖性存在變化外，碳酸鹽巖地層的厚度也存在較大差異，北部地區(qū)顯著大于南部，TS5井肖爾布拉克組厚478 m，而南部肖爾布拉克組厚度一般為70～200 m。

肖爾布拉克組儲集空間類型多樣，既有顆粒碳酸鹽巖粒間（溶）孔和白云巖晶間孔，也發(fā)育厘米級的孔洞。另外，各種尺度的構(gòu)造裂縫也是有效的儲集空間類型。但到目前為止，鹽下肖爾布拉克組分米級及以上的洞穴型儲集空間鮮見。

從目前來看，已揭示出的規(guī)模儲層主要發(fā)育在白云巖段，以裂縫-孔洞型為主，測井解釋多為Ⅱ類儲層（孔隙度2%～5%）。Ⅰ類儲層（孔隙度>5%）發(fā)育程度普遍不高，主要表現(xiàn)為小孔洞或孔隙密集發(fā)育，而且Ⅰ類儲層單層厚度小，一般不超過10 m（圖3）。從區(qū)域?qū)Ρ葋砜?，Ⅰ類和Ⅱ類儲層主要發(fā)育在肖爾布拉克組頂面，研究認(rèn)為主要與海平面短暫下降暴露有關(guān)。

圖3 塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組儲層對比Fig.3 Cross?well correlation of the reservoir in the Cambrian Xiaoerbulake Formation，Tarim Basin

受礁灘相控制的儲層在肖爾布拉克組發(fā)育程度不高。從目前研究成果來看，在柯坪露頭區(qū)有一定的分布，但與生物丘灘、高能相帶相關(guān)的原始粒間孔等普遍不發(fā)育，所見多為次生溶蝕改造溶蝕孔隙、孔洞。高能相帶區(qū)鉆井尚未見到沉積相控制的規(guī)模儲層，如TS5井、LT1井等。

2.3 區(qū)域蓋層與保存條件

對肖爾布拉克組而言，最主要的區(qū)域蓋層是下寒武統(tǒng)吾松格爾組和中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組含膏鹽巖地層，主要分布在巴楚隆起、塔中隆起及阿瓦提斷陷地區(qū)，面積約23×104km2（圖4）。其次是中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組及下寒武統(tǒng)吾松格爾組開闊臺地相區(qū)的泥質(zhì)白云巖地層，主要分布在塔北地區(qū)。

圖4 塔里木盆地寒武系區(qū)域蓋層巖相分布與斷裂綱要疊合圖Fig.4 Lithofacies map of the regional Cambrian cap rock in the Tarim Basin with faults outlined

根據(jù)張仲培等［24］對巴楚隆起區(qū)的研究，寒武系膏鹽巖封蓋性能好，在加里東晚期即具備封閉油氣的能力，到海西晚期已具備封閉干氣的能力。KT1井（京能公司）也間接證實了這一認(rèn)識。

塔北、塔中及順北地區(qū)出現(xiàn)了新情況，不但在這套區(qū)域蓋層之下發(fā)現(xiàn)了油氣藏，如ZS1井油氣藏、LT1井油氣藏，而且在其上奧陶統(tǒng)，同樣發(fā)現(xiàn)了多個主要來源于玉爾吐斯組烴源巖的大型油氣田（藏），如塔河油氣田、塔中油氣田和順北油氣田等。尤其是發(fā)現(xiàn)了以順北為代表的中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖斷控型油氣藏之后，就要求我們要更加辯證、動態(tài)地評價肖爾布拉克組的保存條件。目前主要有兩種認(rèn)識：一是油氣主要順斷裂帶在上覆的儲-蓋組合中成藏，深部富集成藏的資源規(guī)模不大，因此在塔河和塔中地區(qū)寒武系鹽下領(lǐng)域勘探潛力不佳；二是寒武系烴源巖生成的油氣優(yōu)先富集在肖爾布拉克組儲層中，具有“近水樓臺”的優(yōu)勢，尤其是印支期以來，隨著斷裂活動變?nèi)跻约耙蚵裆畛掷m(xù)加大導(dǎo)致的烴源巖演化程度增高，更有利于近源的肖爾布拉克組成藏。

3 成藏模式

基于對上述勘探實踐和成藏條件的綜合分析，本文認(rèn)為適合寒武系鹽下領(lǐng)域勘探的基本成藏理論是“源-蓋控?zé)N”［25］“（古）構(gòu)造控聚”和“儲層控富”3個方面，主要有“原地?zé)N源巖、垂向運(yùn)聚成藏”和“異地?zé)N源巖、側(cè)向運(yùn)聚成藏”2種模式。

3.1 原地?zé)N源巖、垂向運(yùn)聚成藏模式

這一成藏模式主要發(fā)育于塔北地區(qū)，以LT1井為代表（圖5）。烴源巖為本地深水陸棚相玉爾吐斯組，另外還可能發(fā)育前寒武系烴源巖［26］。區(qū)域蓋層主要為下寒武統(tǒng)吾松格爾組泥質(zhì)白云巖。儲層主要為肖爾布拉克組白云巖裂縫-孔洞型儲層。但在塔北地區(qū)，該成藏模式卻面臨3個具體的地質(zhì)問題。

3.1.1 儲層規(guī)模及預(yù)測

LT1井肖爾布拉克組儲層主要發(fā)育在頂部厚度不大的白云巖段，巨厚的灰?guī)r地層中儲層并不發(fā)育。與之相距不遠(yuǎn)的TS5井，盡管更加靠近斷裂帶，不但儲層不發(fā)育，甚至在肖爾布拉克頂部連白云巖都欠發(fā)育。因此，如何準(zhǔn)確預(yù)測規(guī)模儲集體，將是這一區(qū)帶能否取得規(guī)模油氣發(fā)現(xiàn)的首要問題。

3.1.2 烴源巖熱演化

從LT1井、TS5井玉爾吐斯組烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro=1.5%～1.7%）來分析，本地應(yīng)發(fā)育一定規(guī)模的輕質(zhì)-凝析油氣資源，但實際情況卻是油氣成熟度低于下伏烴源巖的熱演化程度，不但上覆奧陶系以中-重質(zhì)油藏為主，僅零星見到輕質(zhì)油氣藏，而且LT1井肖爾布拉克組主要以油為主，本地玉爾吐斯組烴源巖晚期生烴潛力評價和晚期油氣富集規(guī)律需要進(jìn)一步深入研究。

3.1.3 大斷裂封閉性

塔北地區(qū)普遍發(fā)育從基底到中淺層的走滑斷裂，且于印支期—燕山期尚有不同程度的活動。受這些斷裂對油氣運(yùn)移的控制，不但在奧陶系碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)了大型油氣藏，而且在石炭系、三疊系，甚至是白堊系都發(fā)現(xiàn)了來自同一源巖的油氣藏。因此，對于寒武系鹽下成藏而言，斷裂在對碳酸鹽巖儲層發(fā)育起到主控作用的同時，又對上覆蓋層的連續(xù)性起到致命的破壞作用，這就給該領(lǐng)域油氣成藏評價帶來了更大的不確定性，使得勘探風(fēng)險進(jìn)一步增大。

3.2 異地?zé)N源巖、側(cè)向運(yùn)聚成藏模式

該成藏模式主要發(fā)育于塔中和巴楚地區(qū)。以ZS1井為代表（圖6），該地缺失烴源巖，或者玉爾吐斯組烴源巖發(fā)育較差，規(guī)模成藏需要外部烴源巖側(cè)向供給；肖爾布拉克組白云巖儲層較發(fā)育；吾松格爾組和阿瓦塔格組巨厚膏鹽巖為肖爾布拉克組提供了極佳的蓋層條件［27］。但在塔中和巴楚地區(qū)，這一成藏模式也同樣面臨著3個具體的地質(zhì)問題。

3.2.1 運(yùn)移效率

盡管從構(gòu)造背景來看，塔中和巴楚都屬于隆起區(qū)，是油氣運(yùn)聚的指向區(qū)，但是由于側(cè)向烴源巖區(qū)普遍發(fā)育著深切基底的大斷裂，而且在其上覆奧陶系見到了大規(guī)模油氣藏，如順北油氣田、塔中油氣田及和田河氣田等，油氣最終運(yùn)聚到隆起區(qū)寒武系鹽下圈閉內(nèi)的規(guī)模和效率有可能會受到影響。

3.2.2 圈閉可靠性

巨厚的寒武系膏鹽巖為油氣成藏提供優(yōu)良蓋層的同時，也為圈閉落實和儲層預(yù)測提出了嚴(yán)苛的技術(shù)挑戰(zhàn)。由于疊加了多期構(gòu)造運(yùn)動，吾松格爾組膏鹽巖發(fā)生了嚴(yán)重的蠕動，肖爾布拉克組也發(fā)生了復(fù)雜的變形，這就使得準(zhǔn)確落實構(gòu)造圈閉變得很困難。另外，中-下寒武統(tǒng)巨厚膏鹽巖對地震波的屏蔽作用，也使得利用地震資料開展碳酸鹽巖儲層預(yù)測的精度不能滿足落實巖性圈閉的需要。目前認(rèn)為，圈閉可靠性仍然是該領(lǐng)域勘探失利的最主要原因。

3.2.3 儲層厚度

從實鉆結(jié)果來看，雖然塔中和巴楚地區(qū)肖爾布拉克組儲集空間類型多樣，物性也相對較好，但是儲層厚度普遍不大，Ⅱ類及以上級別的儲層厚度一般在15～50 m，儲/地比一般為30%～50%。另外，在塔中地區(qū)，盡管肖爾布拉克組整體為白云巖，但地層厚度并不大。因而，如果沒有規(guī)模儲層，即便能夠發(fā)現(xiàn)油氣層，也很難獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 有利區(qū)帶與攻關(guān)方向

根據(jù)上述有關(guān)烴源巖、儲層、蓋層和保存條件的認(rèn)識以及不同區(qū)帶的成藏模式，優(yōu)選出寒武系鹽下3個有利勘探區(qū)。塔中和塔北地區(qū)最為有利，以Ⅰ類和Ⅱ類區(qū)為主，其次為面向麥蓋提斜坡區(qū)的色力布亞-海米羅斯-瑪扎塔格構(gòu)造帶（圖7）。

4.1 面向滿加爾方向的塔中隆起區(qū)

面向滿加爾方向的塔中隆起區(qū)可能是塔里木盆地寒武系鹽下領(lǐng)域勘探最為有利的地區(qū)（圖7）。前期部署的ZS1井和ZS5井已經(jīng)獲得油氣發(fā)現(xiàn)［17］，ZH1井和ZH2井揭示了物性較好的白云巖儲層［28-29］。隆起區(qū)大型構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉，也是下步勘探部署的重點(diǎn)方向。

圖7 塔里木盆地寒武系鹽下領(lǐng)域油氣區(qū)帶分布Fig.7 Distribution of play fairways in the Cambrian pre?salt sequence，Tarim Basin

同時在未來的勘探中，要不斷提高圈閉落實程度和儲層預(yù)測精度，探索成藏過程模擬。

4.2 面向麥蓋提斜坡區(qū)的色力布亞-海米羅斯-瑪扎塔格構(gòu)造帶

該構(gòu)造帶可能是塔西南地區(qū)寒武系鹽下領(lǐng)域勘探較有利的地區(qū)之一。目前研究表明，麥蓋提斜坡區(qū)發(fā)育下寒武統(tǒng)烴源巖和中寒武統(tǒng)膏鹽巖。BT5井、MB1井等實鉆證實，肖爾布拉克組發(fā)育白云巖儲層。

同時在未來的勘探中，要進(jìn)一步提高圈閉的落實程度，探索成藏過程模擬。

4.3 面向塔北地區(qū)的阿克庫勒凸起

LT1井的油氣勘探突破表明，阿克庫勒凸起寒武系鹽下具有油氣成藏條件，但隨后TS5井、LT3井的實鉆情況［7］卻警示了此領(lǐng)域成藏的復(fù)雜性。

該區(qū)寒武系鹽下面臨的主要地質(zhì)風(fēng)險是巖相分布預(yù)測的可靠性、斷裂破壞作用和晚期油氣充注規(guī)模，建議加強(qiáng)沉積相帶類型與白云巖成因研究，以及灰?guī)r規(guī)模儲層類型與預(yù)測研究，同時強(qiáng)化斷層封閉性和烴源巖生烴史研究。

5 結(jié)論

1）塔里木盆地寒武系鹽下領(lǐng)域發(fā)育較好烴源巖、儲集層及蓋層條件，但在不同區(qū)帶，三者的配置關(guān)系存在明顯差異，這可能是目前該領(lǐng)域勘探僅取得點(diǎn)上突破、未能在面上展開的主要原因。盡管如此，仍要對寒武系鹽下領(lǐng)域給予高度重視，因為這是繼奧陶系碳酸鹽巖領(lǐng)域之后最有可能發(fā)現(xiàn)大油氣藏的領(lǐng)域。與此同時，要謹(jǐn)慎展開探井部署，要通過扎實的基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)來解決重點(diǎn)區(qū)帶的勘探難題，盡可能降低勘探風(fēng)險，提高鉆井成功率。

2）針對這個領(lǐng)域，要實現(xiàn)高質(zhì)量勘探部署和導(dǎo)向意義的油氣發(fā)現(xiàn)，需要做好三方面工作：一是要進(jìn)一步做好各項基礎(chǔ)研究，降低部署決策風(fēng)險，提高勘探成功率，實現(xiàn)寒武系鹽下領(lǐng)域從有利區(qū)到成藏區(qū)的跨越；二是落實找準(zhǔn)“甜點(diǎn)區(qū)”，實現(xiàn)寒武系鹽下領(lǐng)域從油氣發(fā)現(xiàn)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的跨越；三是降低勘探成本，尤其是鉆井成本，實現(xiàn)寒武系鹽下領(lǐng)域從資源發(fā)現(xiàn)到經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)的跨越。