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塔里木盆地西北緣柯坪地區(qū)油氣勘探前景再認(rèn)識(shí)①

2014-12-02 02:39:36呂修祥白忠凱謝玉權(quán)楊先茂
沉積學(xué)報(bào) 2014年4期
關(guān)鍵詞:油苗柯坪石炭

呂修祥 白忠凱 謝玉權(quán) 楊先茂

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院 北京 102249;2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 102249;3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心 北京 100029;4.中國(guó)石油塔里木油田勘探開發(fā)研究院 新疆庫(kù)爾勒 841000)

0 引言

柯坪地區(qū)位于塔里木盆地西北緣,面積近2×104km2,地面是新近紀(jì)以來(lái)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的沖斷帶[1]??缕簺_斷帶由多排逆沖巖席構(gòu)成,每個(gè)巖席包含從寒武系到二疊系的地層,逆沖巖席有六排以上之多,但有的地方只有二、三排[2]。印干和皮羌兩條大型走滑斷裂將柯坪沖斷帶分三個(gè)區(qū),自東向西為阿克蘇區(qū)、柯坪區(qū)和西克爾區(qū)(圖1)。南北方向上,大致以孔烏臘齊、皮羌至哈拉峻一線為界,分為北帶和南帶。野外出露的地層與塔里木盆地內(nèi)部具有很好的可比性[3,4],也正因如此,柯坪地區(qū)成為研究盆地內(nèi)覆蓋區(qū)地層、沉積、儲(chǔ)層、烴源巖等油氣成藏條件的天然實(shí)驗(yàn)室。塔里木盆地經(jīng)過(guò)20多年大規(guī)模的勘探已經(jīng)成為我國(guó)石油工業(yè)重要的生產(chǎn)基地,那么柯坪地區(qū)是否有勘探前景呢?早在1996年,筆者曾在《沉積學(xué)報(bào)》發(fā)表文章對(duì)柯坪地區(qū)的油氣前景進(jìn)行過(guò)探討[5],之后塔里木油田在該區(qū)部署過(guò)地震采集,并發(fā)現(xiàn)大型逆沖斷層之下發(fā)育隱伏構(gòu)造。

近十多年來(lái),諸多學(xué)者立足野外地質(zhì)調(diào)查和樣品測(cè)試、有限的地震和重力資料解釋,對(duì)柯坪沖斷帶進(jìn)行了斷裂、構(gòu)造、烴源巖、儲(chǔ)集層等方面的研究,取得了重要進(jìn)展,為進(jìn)一步的油氣資源調(diào)查和選區(qū)提供了依據(jù)。①明確了柯坪沖斷帶發(fā)育寒武系、奧陶系、石炭—二疊系多套優(yōu)質(zhì)烴源巖。下古生界烴源巖的研究相對(duì)較多,而對(duì)上古生界烴源巖的研究相對(duì)薄弱。寒武系玉爾吐斯組、中上奧陶統(tǒng)薩爾干組、上奧陶統(tǒng)印干組發(fā)育泥質(zhì)烴源巖和碳酸鹽巖烴源巖,但與盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)海相原油分子地球化學(xué)特征有差異[6]。②明確了柯坪沖斷帶發(fā)育多套多類型儲(chǔ)層,包括寒武—二疊系碳酸鹽巖和志留系、石炭系碎屑巖;上震旦—下奧陶統(tǒng)受熱液改造的白云巖儲(chǔ)層[7]、寒武—奧陶系硅質(zhì)巖儲(chǔ)層[8]、奧陶系生物礁以及古巖溶儲(chǔ)集層[9,10]??缕旱貐^(qū)石炭系、二疊系生物群十分發(fā)育[11],相應(yīng)地石炭—二疊系礁灰?guī)r儲(chǔ)集層比盆地內(nèi)發(fā)育[12]。③明確了柯坪沖斷帶在古隆起背景上地面及地下發(fā)育多種類型圈閉[13~15],野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)地面背斜構(gòu)造,如薩拉姆背斜等;通過(guò)地震解釋,發(fā)現(xiàn)的隱伏背斜構(gòu)造,如西克爾構(gòu)造等。但喜山期斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈的破壞作用增加了柯坪沖斷帶這些構(gòu)造是否富含油氣的疑慮,勘探的風(fēng)險(xiǎn)更大,保存是關(guān)鍵。

柯坪地區(qū)油氣勘探的最大風(fēng)險(xiǎn)就是保存問題,油苗分布廣(圖2),破壞作用強(qiáng),是其與盆地內(nèi)部各勘探區(qū)塊相比最不利的條件。盆地內(nèi)部勘探領(lǐng)域和目標(biāo)尚多,柯坪地區(qū)一直沒有進(jìn)行鉆探。2009~2012年,我們參與了國(guó)土資源部主持的全國(guó)油氣選區(qū)國(guó)家專項(xiàng),在《塔里木盆地新領(lǐng)域油氣資源調(diào)查》項(xiàng)目中承擔(dān)了相關(guān)研究調(diào)查任務(wù),對(duì)柯坪地區(qū)的油氣成藏條件又一次進(jìn)行了探討,連續(xù)幾年開展野外剖面觀測(cè)和樣品分析測(cè)試,并與國(guó)外具有相似地質(zhì)背景的盆地進(jìn)行了對(duì)比分析,認(rèn)為廣泛分布的油苗只能使油氣保存的風(fēng)險(xiǎn)增大,但并不能成為否定該區(qū)有油氣聚集的證據(jù)。本文集近幾年的研究認(rèn)識(shí),對(duì)柯坪地區(qū)幾個(gè)潛在領(lǐng)域的勘探前景進(jìn)行分析,期望能凝聚共識(shí),推動(dòng)柯坪地區(qū)油氣資源調(diào)查與勘探。

圖1 柯坪沖斷帶地理位置及構(gòu)造綱要圖1.柯坪塔格斷層;2.柯坪塔格背斜;3.依木干他烏斷層;4.卡拉布克塞塔格斷層;5.孔烏臘奇背斜;6.依木干他烏南斷層;7.奧茲爾塔格斷層;8.皮羌山斷層;9.皮羌山向斜;10.托克散阿達(dá)拜山背斜;11.阿合齊—烏恰斷層;12.皮羌斷層;13.薩爾干斷層;14.印干斷層;15.科克布克三山斷層;16.奧伊布拉克山斷層Fig.1 Location of the Kalpin thrust belts and its structural units

圖2 塔里木盆地西北緣柯坪沖斷帶油苗分布圖Fig.2 Oil seepages in the Kalpin thrust belt of northwestern Tarim Basin

1 寒武系膏鹽巖發(fā)育,鹽下保存條件好

膏鹽巖是形成油氣藏的優(yōu)質(zhì)蓋層[16]。俄羅斯地臺(tái)東西伯利亞盆地涅帕—鮑圖奧濱古隆起早奧陶世之后經(jīng)歷了長(zhǎng)期的提升剝蝕,缺失中奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng),剝蝕時(shí)間超過(guò)150 Ma,但該隆起上尤魯布?xì)J等以里菲—文德系為目的層的大型油氣田并未遭到破壞,關(guān)鍵就是寒武系發(fā)育一套分布十分穩(wěn)定、厚度800~1 000 m的膏鹽巖①金之鈞,呂修祥,蔡忠賢,等.塔里木盆地中央隆起帶與西伯利亞臺(tái)地含油氣性對(duì)比研究.中國(guó)石油大學(xué)(北京),2002。巨厚膏鹽巖具有良好的封閉性能,使后期強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)并沒有導(dǎo)致巨型油氣藏的破壞。

庫(kù)車前陸沖斷帶克拉2大氣田、克深、大北等一批大型氣田,其儲(chǔ)集層為白堊系巴什基奇克組、蓋層是古近系庫(kù)姆格列木組膏鹽巖。庫(kù)車前陸盆地逆沖帶內(nèi)臺(tái)階狀逆地層及相關(guān)褶皺都是伴隨著中新世以來(lái)的造山運(yùn)動(dòng)形成的[17],油氣成藏期次研究證實(shí)庫(kù)車前陸沖斷帶經(jīng)歷了早期聚油晚期氣的過(guò)程,大型氣田的形成對(duì)應(yīng)于2.5 Ma以來(lái)三疊—侏羅系烴源巖生干氣階段[18]。庫(kù)車前陸盆地山前地表油苗也十分的普遍(如依奇克里克侏羅系油苗,含油層被抬升地表)。但古近系膏鹽巖優(yōu)質(zhì)蓋層的存在,即使喜山期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,同樣能形成鹽下大型油氣聚集。

塔里木盆地寒武系膏鹽巖發(fā)育與否,對(duì)寒武系碳酸鹽巖是否有油氣聚集關(guān)系密切。位于塔北隆起的塔深1井在下寒武統(tǒng)白云巖中見到輕質(zhì)油,但缺乏有效蓋層,沒能形成工業(yè)聚集;位于塔中隆起的中深1井中寒武統(tǒng)發(fā)育膏鹽巖蓋層,鹽間及鹽下碳酸鹽巖中獲得了油氣流,不僅進(jìn)一步證實(shí)塔里木盆地寒武系膏鹽巖對(duì)其下油氣聚集的關(guān)鍵控制作用,同時(shí)也揭示鹽間及以下發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。塔里木已有鉆井揭示,寒武系蒸發(fā)環(huán)境下發(fā)育的膏鹽巖主要分布在西部地區(qū)[19],其沉積相和厚度變化均有向柯坪地區(qū)延伸的趨勢(shì)。

柯坪沖斷帶寒武紀(jì)是塔里木盆地的一部分,野外露頭揭示中寒武統(tǒng)發(fā)育膏鹽巖,具備發(fā)育優(yōu)質(zhì)蓋層的基本條件。寒武系目的層在大型沖斷斷層上、下盤埋深差異大,依地震資料和同1井鉆揭地層推測(cè),位于柯坪塔格斷裂下盤西克爾隱伏構(gòu)造(圖3)寒武系頂埋深近7 000 m;通過(guò)露頭地質(zhì)調(diào)查落實(shí)的地面構(gòu)造薩拉姆布拉克背斜,依附近出露地層厚度測(cè)算,寒武系鹽下目的層埋深約3 000 m,無(wú)論是沖斷層的上盤還是下盤,膏鹽巖蓋層才是關(guān)鍵。為減少投資,可以考慮鉆探地面構(gòu)造,以寒武系鹽間和鹽下碳酸鹽巖為目的層(圖4)。

2 露頭區(qū)奧陶系輕質(zhì)油指示殘余油藏的存在

圖3 柯坪地區(qū)KP00-704地震及地質(zhì)剖面(測(cè)線位置見圖1)Fig.3 Interpreted seismic profile and corresponding geological profile of KP00-704(see Fig.1 for location)

位于阿克蘇市西南約60 km、沙井子鎮(zhèn)西北約15 km處奧陶系碳酸鹽巖出露地表,青松采石場(chǎng)大灣溝組(O2d)灰?guī)r節(jié)理面以及裂縫帶、晶洞內(nèi)部廣泛見到輕質(zhì)油(圖5)。從孤立于晶洞內(nèi)原油的存在判斷原油來(lái)自?shī)W陶系本身;阿克蘇油苗、瀝青質(zhì)熱解產(chǎn)物及儲(chǔ)層吸附/包裹烴的生物標(biāo)志物組成和碳同位素特征指示油苗與其儲(chǔ)層吸附/包裹烴具有不同的來(lái)源[20],可能有寒武系、奧陶系的雙重貢獻(xiàn)。而沙井子斷裂下盤的沙南構(gòu)造帶沙南1井、沙南2井在三疊系砂巖中獲得輕質(zhì)可動(dòng)油,其油源對(duì)比結(jié)果指示油源為奧陶系烴源巖。

圖4 塔里木盆地西北緣柯坪地區(qū)寒武系儲(chǔ)蓋組合柱狀圖Fig.4 Cambrian reservoir-sealing column in the Kalpin thrust belt of northwestern Tarim Basin

事實(shí)證明,柯坪沖斷帶東北段奧陶系具備良好的生油條件,柯坪地區(qū)奧陶系發(fā)育薩爾干組、印干組兩套烴源巖(圖6)。在柯坪、烏什至阿克蘇一帶發(fā)育薩爾干組、印干組黑色頁(yè)巖系,并可與國(guó)內(nèi)外相當(dāng)?shù)貙泳_對(duì)比,代表了從臺(tái)地到斜坡的不同生物相和巖相帶,以柯坪大灣溝剖面為代表,它也是全球上奧陶統(tǒng)底界的輔助層型剖面之所在[21],對(duì)中上奧陶統(tǒng)薩爾干黑色頁(yè)巖的生烴潛力評(píng)價(jià)普遍較高[22~25]。

圖5 柯坪沖斷帶青松采石場(chǎng)奧陶系油苗照片F(xiàn)ig.5 Oil seepages of outcrop in Qingsong Ordovician stone pit of the Kalpin thrust belt

圖6 柯坪沖斷帶地區(qū)奧陶系綜合柱狀圖Fig.6 Ordovician reservoir-sealing column in the Kalpin thrust belt of northwestern Tarim Basin

位于美國(guó)中央穩(wěn)定臺(tái)地之上的辛辛那提隆起,殘留地層主體是寒武—奧陶系、在隆起翼部有泥盆系—賓西法利亞系,頂部為第四系覆蓋。奧陶系碳酸鹽巖在隆起北鄰的密執(zhí)安盆地、西鄰的伊利諾伊盆地均為油氣產(chǎn)層。辛辛那提隆起區(qū)奧陶系碳酸鹽巖(Tren-ton灰?guī)r、Knox白云巖)油藏多為受不整合面控制的碳酸鹽巖內(nèi)幕(潛山)油藏,蓋層為致密碳酸鹽巖[26]。從志留紀(jì)開始,辛辛那提隆起周緣下沉接受沉積、形成了相應(yīng)的盆地,而隆起區(qū)一致處于抬升剝蝕狀態(tài),所以隆起區(qū)的目的層埋藏很淺(圖7),油氣在古隆起的斜坡部位相對(duì)高點(diǎn)聚集,產(chǎn)層深度一般小于500 m,其油源是奧陶系頁(yè)巖及泥灰?guī)r。

圖7 美國(guó)中部臺(tái)地辛辛那提隆起油藏剖面Fig.7 Cincinnatian reservoir section of the central plateau uplift in the USA

柯坪沖斷帶東北段出露的奧陶系油藏與美國(guó)辛辛那提隆起油氣藏的形成具有一定的相似性。奧陶系是塔里木盆地的重要產(chǎn)層,本身又具備生油氣能力,同時(shí)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育背景及其影響因素與辛辛那提隆起具有相似性;塔中、塔北隆起的勘探實(shí)踐也證實(shí),奧陶系碳酸鹽巖發(fā)育受沉積控制的臺(tái)緣礁灘型、受不整合界面控制的巖溶型、受深部流體控制的熱液型等多類儲(chǔ)集體;特別是青松采石場(chǎng)奧陶系灰?guī)r出露地表的油流,反映晚期的抬升作用使部分遭受破壞,但其輕質(zhì)、可動(dòng)的特點(diǎn)又指示本區(qū)可能有如辛辛那提隆起區(qū)類似的油氣藏存在。因此以該區(qū)為切入點(diǎn),可以探索奧陶系淺層殘留油氣藏。

3 石炭—二疊系烴源巖及碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育

2009~2011年,我們分別對(duì)柯坪沖斷帶烏什縣城南庫(kù)魯石炭系剖面、柯坪縣城西南蘇巴什石炭—二疊系剖面、阿圖什市皮羌石炭—二疊系剖面進(jìn)行了觀察和樣品巖石熱解分析,結(jié)果如表1所示。據(jù)金之鈞等(2004)提出的泥質(zhì)巖及碳酸鹽巖作為烴源巖的下限標(biāo)準(zhǔn),TOC值取0.5%[27],柯坪地區(qū)石炭—二疊系具備生烴能力。結(jié)合塔里木盆地西部井點(diǎn)石炭—二疊系烴源巖的評(píng)價(jià)分析①呂修祥,楊海軍,白忠凱,等.塔里木盆地阿瓦提凹陷及周緣地區(qū)多目的層油氣資源調(diào)查及選區(qū)評(píng)價(jià).中國(guó)石油大學(xué)(北京),2010,石炭系、二疊系烴源巖在包括柯坪沖斷帶在內(nèi)的整個(gè)西部均有分布,但并不是大面積連片分布,在塔里木盆地西部存在多個(gè)石炭—二疊系的烴源灶[28]。

表1 柯坪沖斷帶石炭—二疊系巖石樣品熱解數(shù)據(jù)簡(jiǎn)表Table 1 Rock pyrolytic data of Carboniferous and Permian in Kalpin thrust belt

柯坪地區(qū)的地面油苗以及鄰區(qū)氣田的油氣源對(duì)比結(jié)果,證實(shí)柯坪地區(qū)具有石炭—二疊系烴源巖的貢獻(xiàn)。普昌油苗分布區(qū)有康克林組灰?guī)r晶洞內(nèi)的瀝青、形成于早二疊世晚期的輝長(zhǎng)巖體中的油苗、二疊系巴里克里克組黑灰?guī)r晶洞及裂縫中的油苗??悼肆纸M軟瀝青產(chǎn)自封閉的晶洞內(nèi),顯示其油源來(lái)自于本身。可動(dòng)油苗油源對(duì)比指示其主要來(lái)自二疊系烴源巖。臨近柯坪沖斷帶西南部的喀什凹陷發(fā)現(xiàn)了阿克莫木氣田和克拉托含氣構(gòu)造,產(chǎn)層為白堊系砂巖。天然氣具有干燥系數(shù)高、非烴氣體含量高和甲、乙烷碳同位素含量高的特征,反映烴源巖演化程度高,處于過(guò)成熟階段。出露于喀什凹陷南緣的庫(kù)山河剖面石炭系烴源巖厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、演化程度高,結(jié)合巖石樣品生烴動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)研究,阿克莫木氣田以及克拉托構(gòu)造的氣源主要為石炭—二疊系烴源巖[29,30]。

石炭—二疊系碳酸鹽巖發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層(圖8)。一是康克林組礁灰?guī)r,位于柯坪沖斷帶西北區(qū)的柯克布克三山、奧伊布拉克山區(qū)發(fā)現(xiàn)有厚度大、孔洞發(fā)育的礁灰?guī)r(圖9)。生物礁的發(fā)育極大地改善了儲(chǔ)集巖的性能,灰?guī)r孔隙類型為粒間孔、晶間孔及生物骨架孔;二是巴立克立組,蘇巴什剖面該組灰?guī)r儲(chǔ)集巖厚度24.93 m,灰?guī)r內(nèi)生物碎屑發(fā)育,孔隙以生物骨架孔為主[31],區(qū)內(nèi)廣泛分布著由藻類形成岸礁,可成為重要的儲(chǔ)集體??缕旱貐^(qū)石炭紀(jì)為開闊海—局限海臺(tái)地沉積,二疊紀(jì)為淺海盆地邊緣沉積[32],結(jié)合整個(gè)塔里木盆地的沉積環(huán)境看,石炭—二疊紀(jì)時(shí)期海水向西南退出,柯坪地區(qū)石炭系、二疊系具備發(fā)育海相礁灰?guī)r的基本條件,而就石炭—二疊系碳酸鹽巖而言,柯坪沖斷帶比盆地內(nèi)儲(chǔ)集層發(fā)育的條件更為有利。

圖8 柯坪沖斷帶地區(qū)蘇巴什剖面石炭—二疊系綜合柱狀圖Fig.8 Carboniferous-Permian reservoir-sealing column in the Subashi outcrop of Kalpin thrust belt

圖9 柯坪沖斷帶石炭—二疊系康克林組礁灰?guī)r照片F(xiàn)ig.9 Kangkelin biolithite of the Carboniferous and Permian of Kalpin thrust belt

圖10 柯坪沖斷帶過(guò)哈拉峻盆地地質(zhì)剖面(見圖1中KP00-L1線)Fig.10 Seismic profile cross the Halajun Basin in the Kalpin thrust belt(as the KP00-L1 line in the Fig.1)

保存與破壞是柯坪沖斷帶石炭—二疊系油氣賦存的主要矛盾。皮羌村附近在康克林組出露地層的晶洞中見到軟瀝青,這套地層向西南的哈拉俊盆地方向傾覆,埋深逐漸加大,二疊系之上為古近系膏泥巖覆蓋,具備形成地層巖性油氣藏的條件(圖10)。塔里木盆地西部石炭—二疊系烴源巖熱演化差異很大,既有處在生油階段也有處在生氣階段,柯克亞、阿克莫木等油氣田證實(shí)石炭—二疊系烴源巖的貢獻(xiàn);石炭—二疊系在柯坪地區(qū)發(fā)育良好的儲(chǔ)集層,深埋條件下古近系的封蓋作用為該層系油氣成藏并得到保存創(chuàng)造了條件。

4 結(jié)論與建議

(1)柯坪沖斷帶古生界與塔里木盆地為一整體,露頭剖面及油苗的油氣源對(duì)比也證實(shí)該區(qū)發(fā)育寒武—奧陶系烴源巖;石炭—二疊系沉積結(jié)束時(shí),塔里木盆地海水向西南方向退出,因此柯坪地區(qū)發(fā)育有石炭—二疊系烴源巖;從烴源巖的角度看,柯坪沖斷帶比塔里木克拉通內(nèi)部(西部)石炭系、二疊系兩套烴源巖更為發(fā)育。

(2)出露地表的油苗產(chǎn)出層位多,寒武系、奧陶系、志留系、石炭系、二疊系中均見到油苗;分布范圍廣,從東北段阿克蘇油苗區(qū)到西南段西克爾油苗區(qū)延伸320 km,鄰區(qū)發(fā)現(xiàn)了阿克莫木氣田。油苗和氣田的油氣源對(duì)比結(jié)果顯示,油氣源既有來(lái)自?shī)W陶系,也有來(lái)自石炭系、二疊系,柯坪地區(qū)曾經(jīng)歷過(guò)大規(guī)模的油氣成藏過(guò)程。

(3)保存條件是柯坪沖斷帶能否獲得油氣發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵問題,但僅限于地面調(diào)查和有限的、品質(zhì)較差的地震剖面難于開展更深入的研究。事實(shí)上,寒武系膏鹽是一套優(yōu)質(zhì)蓋層,鹽下是否有保存尚不清楚;露出地表的奧陶系碳酸鹽巖中尚能見到輕質(zhì)油流,地下是否有殘留油藏不清楚;石炭—二疊系灰?guī)r是見到油苗點(diǎn)最多層段,地下是否有藏賦存不清楚。

(4)針對(duì)柯坪沖斷帶的構(gòu)造成排成帶分布、多套目的層曾經(jīng)大規(guī)模成藏與后期強(qiáng)烈破壞并存的現(xiàn)實(shí),建議投入必要的地震、選擇地質(zhì)目標(biāo)實(shí)施鉆探,以推進(jìn)該區(qū)的認(rèn)識(shí)和勘探。可選鉆探目標(biāo):一是薩拉姆布拉克地面背斜,以落實(shí)寒武系玉爾吐斯組及其他潛在烴源巖、鹽間及鹽下碳酸鹽巖含油氣性為目的;二是青松采石場(chǎng)奧陶系,以探索碳酸鹽巖殘留油藏為目的;三是哈拉俊盆地石炭—二疊系,以落實(shí)礁灰?guī)r延伸性及其含油氣性為目的。

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