許 麗，李江海，王洪浩，黃少英，能 源

(1.造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2.北京大學(xué)，北京 100871；3.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

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庫(kù)車(chē)坳陷大北地區(qū)古近紀(jì)沉積特征及鹽湖演化

許 麗1，2，李江海1，2，王洪浩1，2，黃少英3，能 源3

(1.造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2.北京大學(xué)，北京 100871；3.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

依據(jù)巖性組合及測(cè)井曲線變化，對(duì)大北地區(qū)古近系膏鹽巖進(jìn)行分段研究，結(jié)合元素地球化學(xué)分析，研究其沉積環(huán)境，建立古鹽湖演化模式。研究認(rèn)為：該區(qū)古近系膏鹽巖可分為3段，即下部膏泥巖段、中部膏鹽巖段和上部泥巖段。古氣候主要為干熱氣候，湖泊可分為微咸水湖、半咸水湖、咸水湖和鹽湖，為常年性較深水湖泊下的缺氧還原環(huán)境。研究區(qū)鹽湖演化存在多期補(bǔ)給和咸化事件，初始階段(膏泥巖段)對(duì)應(yīng)于3次海侵事件及3次強(qiáng)烈蒸發(fā)階段；中—高級(jí)階段(膏鹽巖段)在強(qiáng)烈蒸發(fā)時(shí)期發(fā)生2次鹽湖淡化事件；消亡階段(泥巖段)鹽湖快速淡化。該研究為研究區(qū)鹽下油氣勘探提供了地質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)古氣候、古環(huán)境指示具有重要意義。

膏鹽巖；沉積特征；古鹽湖演化；大北地區(qū)；庫(kù)車(chē)坳陷

0 引 言

鹽湖盆地的鹽下油氣勘探長(zhǎng)期以來(lái)一直是石油界關(guān)注的研究領(lǐng)域[1]。庫(kù)車(chē)坳陷是中國(guó)中西部天然氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)最多、油氣勘探和研究程度最高的前陸盆地，是西氣東輸?shù)闹髁鈪^(qū)[2]。大北地區(qū)位于其西部，古近系膏鹽巖分布及變形特征對(duì)該區(qū)油氣成藏產(chǎn)生了重要影響，形成煤成氣、特低孔滲、深層(大于5 600 m)等多種類(lèi)型的特種油氣藏[3-4]。目前，已發(fā)現(xiàn)大北1、大北3、大北201等多個(gè)鹽下含油氣構(gòu)造，具有良好的勘探前景。

研究膏鹽巖區(qū)域分布特征，劃分膏鹽巖內(nèi)幕層序組合，能為該區(qū)鹽下油氣勘探提供更加可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)；分析膏鹽巖沉積環(huán)境，建立古鹽湖演化模式，對(duì)古氣候、古環(huán)境指示具有重要意義。但前人的研究均將膏鹽巖層作為一個(gè)整體，主要探討鹽巖變形樣式及鹽構(gòu)造形成機(jī)制[5-6]，對(duì)膏鹽巖沉積環(huán)境、鹽內(nèi)幕層序及古鹽湖演化的研究較少。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，基于井震結(jié)合，對(duì)庫(kù)車(chē)坳陷西部大北地區(qū)的膏鹽巖內(nèi)幕沉積層序進(jìn)行劃分，并結(jié)合重點(diǎn)井的巖屑地球化學(xué)分析，分析其沉積環(huán)境，重建古鹽湖演化模式。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

庫(kù)車(chē)坳陷位于塔里木盆地北部，是盆地重要的油氣勘探區(qū)。古新世—始新世和中新世，庫(kù)車(chē)地區(qū)處于干旱湖泊—鹽湖的環(huán)境下，在西部和東部分別沉積了古新統(tǒng)—始新統(tǒng)庫(kù)姆格列木群(E1-2km)和中新統(tǒng)吉迪克組(N1j)膏鹽巖[7]。鹽巖作為研究區(qū)最重要的滑脫層，起到協(xié)調(diào)鹽上層和鹽下層變形的作用。按照該區(qū)變形強(qiáng)弱的不同，庫(kù)車(chē)坳陷自北向南可劃分為北部單斜帶、克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶、中軸凹陷帶、秋里塔格構(gòu)造帶和南部斜坡帶等5個(gè)構(gòu)造變形帶[8]。其中，克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶和秋里塔格構(gòu)造帶屬于收縮型強(qiáng)變形帶，并分隔了弱變形帶(北部單斜帶、中軸凹陷帶和南部斜坡帶)。

大北地區(qū)位于庫(kù)車(chē)坳陷西部的克拉蘇構(gòu)造帶，受控于鹽巖原始沉積和后期塑性流變，該區(qū)為庫(kù)車(chē)坳陷西部膏鹽巖的主要厚度中心。研究認(rèn)為，研究區(qū)在垂直于區(qū)域主應(yīng)力方向(近NE—SW向)，鹽巖厚度變化相對(duì)平穩(wěn)。在平行于區(qū)域主應(yīng)力方向(近NW—SE向)，受天山山前構(gòu)造帶的擠壓作用，導(dǎo)致膏鹽巖塑性流變，厚度變化較大。膏鹽巖主要集中在研究區(qū)南部的鹽背斜(大宛齊背斜)中，在背斜核部，古近系地層厚度最大可超過(guò)6 000 m。鹽下發(fā)育克拉蘇與拜城北2條主斷裂，其夾持的楔形體內(nèi)派生一系列次級(jí)逆沖斷層，形成由北向南的逆沖疊瓦構(gòu)造。該構(gòu)造構(gòu)成的圈閉是大北氣田天然氣富集的有利區(qū)帶[9]。目前，大北1、大北2、大北101、大北102等多口井均獲得工業(yè)氣流。

2 大北地區(qū)膏鹽巖沉積特征

大北地區(qū)膏鹽巖層厚度分布極不均勻，但在層序上具有普遍性規(guī)律。對(duì)膏鹽巖內(nèi)部沉積層段進(jìn)行劃分能更好地研究該區(qū)膏鹽巖的沉積特征，也是建立鹽湖演化的基礎(chǔ)。

研究區(qū)古近系膏鹽巖為典型陸相蒸發(fā)鹽巖，與海相蒸發(fā)鹽巖相比，該區(qū)含鹽地層巖性變化大，鹽內(nèi)雜質(zhì)較多，除石鹽、石膏外，還可見(jiàn)大量泥巖、砂巖、粉砂巖和少量泥質(zhì)灰?guī)r沉積。由于鹽巖在后期構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生塑性流變，且流動(dòng)性規(guī)律較差，在對(duì)膏鹽巖段沉積層序進(jìn)行劃分的過(guò)程中，需要?jiǎng)冸x鹽巖塑性流的影響。采用的方法是利用詳實(shí)的鉆井及三維地震資料，通過(guò)井震結(jié)合，首先對(duì)能夠在全區(qū)進(jìn)行類(lèi)比的大套巖性組合進(jìn)行劃分，建立旋回的基本框架，然后進(jìn)一步通過(guò)相鄰井之間能干層標(biāo)定，剝離小范圍內(nèi)膏鹽巖流動(dòng)對(duì)厚度變化的影響。

從劃分結(jié)果(圖1、2)可以看出，大北地區(qū)古近系膏鹽巖可進(jìn)行全區(qū)類(lèi)比的大套巖性組合可以劃分為3段：下部為膏泥巖段，巖性以石鹽(石膏)和泥巖交互沉積為主，受基底斷裂影響明顯；中部為膏鹽巖段，巖性以石鹽為主，夾少量石膏、泥巖等碎屑巖能干層；上部為泥巖段，巖性以泥巖為主，偶見(jiàn)石膏和石鹽層，厚度較薄，且在全區(qū)厚度變化較小。

圖1 大北地區(qū)近東—西向井震結(jié)合剖面

圖2 大北地區(qū)近北東—南西向井震結(jié)合剖面

在上述框架基礎(chǔ)上，選取相鄰井之間的能干層作為標(biāo)尺，剝離鹽巖流動(dòng)在小范圍內(nèi)的影響，進(jìn)一步對(duì)膏泥巖段和膏鹽巖段進(jìn)行劃分。研究區(qū)膏泥巖段自下而上可分為6個(gè)亞段，每層厚度不大，約為30～150 m，按巖性特征可分為泥巖層亞段和膏鹽巖層亞段2類(lèi)，2個(gè)亞段相間分布，形成3套旋回。膏鹽巖段自下而上分為3個(gè)亞段：最底部Ⅰ亞段(鹽—泥層組合)以石鹽沉積為主，其上部沉積薄層泥巖，沉積較為連續(xù)；中部Ⅱ亞段沉積厚層石鹽，偶爾夾有薄層泥巖及石膏，厚度變化較大，最小為50 m，最大可達(dá)850 m；頂部Ⅲ亞段(泥—鹽層組合)厚度約為50～300 m，一部分地區(qū)由泥巖逐漸變?yōu)辂}巖沉積，另一部分地區(qū)為泥巖、鹽巖交互沉積。

3 大北地區(qū)膏鹽巖地球化學(xué)分析

地殼中元素的遷移富集規(guī)律，一方面取決于自身的物理化學(xué)性質(zhì)，另一方面取決于地質(zhì)環(huán)境。因此，沉積巖中元素的含量變化和含量組合在一定程度上能反映古環(huán)境、古氣候[10]。

在對(duì)大北地區(qū)古近系膏鹽巖層序組合劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合重點(diǎn)井巖屑地球化學(xué)分析來(lái)探討膏鹽巖的沉積環(huán)境及古氣候。由于石鹽和石膏在溶樣中存在離子混入問(wèn)題，挑選泥巖、膏泥巖巖屑進(jìn)行分析化驗(yàn)。測(cè)試的指標(biāo)主要包括湖泊鹽度、水體深度、氧化還原條件及古氣候。其中，以鎂元素與鈣元素的比值(Mg/Ca，下同)作為區(qū)分鹽度參數(shù)，比值小于0.25表示微咸水，介于0.25～0.50表示半咸水，介于0.50～1.00表示咸水，大于1.00表示鹽湖環(huán)境[11]。湖泊水體深度指標(biāo)有2個(gè)，一個(gè)是釩元素、鎳元素與錳元素之和(V+Ni+Mn，下同)；另一個(gè)是鐵元素、鋁元素之和與鈣元素、鎂元素之和的比值[(Fe+Al)/(Ca+Mg)，下同]。(V+Ni+Mn)含量介于150.00×10-6～170.00×10-6μg/g為濱淺湖，介于170.00×10-6～190.00×10-6μg/g為半深湖，大于190.00×10-6μg/g為深湖環(huán)境[12]；(Fe+Al)/(Ca+Mg)值小于1.30為深湖，介于1.30～2.00為半深湖，大于2.00為淺湖沉積[13]。古湖泊氧化還原條件指標(biāo)也有2個(gè)，一個(gè)是鎳元素與鈷元素之比(Ni/Co，下同)；另一個(gè)是釩元素與釩元素、鎳元素之和的比值[V/(V+Ni)，下同]。Ni/Co值不小于1.80代表還原環(huán)境，小于1.80代表氧化環(huán)境[14]；V/(V+Ni)值大于0.46為厭氧環(huán)境，小于0.46表示富氧環(huán)境[15]。以鍶元素與銅元素的比值(Sr/Cu，下同)作為古氣候指標(biāo)，比值介于1.00～10.00指示溫濕氣候，大于10.00指示干熱氣候[16]。巖屑地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)委托中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)處理結(jié)果見(jiàn)表1、2。

表1 大北地區(qū)重點(diǎn)井泥巖、膏泥巖巖屑鹽度、水體深度地球化學(xué)分析

表2 大北地區(qū)重點(diǎn)井泥巖、膏泥巖巖屑氧化還原條件、古氣候地球化學(xué)分析

從表中可以看出，研究區(qū)重點(diǎn)井泥巖段、膏泥巖段沉積環(huán)境從微咸水到咸水均有分布，考慮到進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的泥巖、膏泥巖與未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的石膏、石鹽在層位上相間分布，而石膏和石鹽又是典型鹽湖環(huán)境下的產(chǎn)物，故該區(qū)鹽湖演化應(yīng)存在多期淡水補(bǔ)給和咸化事件。從水深測(cè)定結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)古近系膏鹽巖基本在深湖環(huán)境下沉積，少部分地區(qū)為半深湖環(huán)境。從氧化還原條件測(cè)定結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)所處的環(huán)境以還原環(huán)境為主，極少部分為氧化環(huán)境。從古環(huán)境測(cè)定結(jié)果來(lái)看，該區(qū)膏鹽巖沉積階段主要為干熱氣候，短暫出現(xiàn)過(guò)溫濕氣候。

4 大北地區(qū)古鹽湖演化模式

基于大北地區(qū)重點(diǎn)井巖屑的地球化學(xué)分析，并結(jié)合鹽內(nèi)層序劃分和連井剖面對(duì)比，建立大北地區(qū)古近紀(jì)鹽湖從形成到消亡的演化模式(圖3)。

圖3 大北地區(qū)古近紀(jì)鹽湖演化模式

古近系是庫(kù)車(chē)坳陷由海變陸的時(shí)期，古特提斯海水繼晚白堊世的入侵與退縮后，重新進(jìn)入該區(qū)[17]。古新統(tǒng)是目前庫(kù)車(chē)坳陷發(fā)現(xiàn)的最早鹽層，對(duì)應(yīng)于該區(qū)膏泥巖段底部，以厚度小、結(jié)構(gòu)不均一、鹽質(zhì)差為特征，其分布范圍比較局限，僅在大北地區(qū)東南部見(jiàn)石膏、膏質(zhì)泥巖、含膏泥巖及薄層鹽巖。古新統(tǒng)是古鹽湖發(fā)展初期階段。由于北部天山褶皺帶持續(xù)上升，庫(kù)車(chē)坳陷在古近紀(jì)和新近紀(jì)早期頻繁升降，研究區(qū)膏泥巖段出現(xiàn)膏鹽巖層亞段—泥巖層亞段交互沉積的3套韻律層，對(duì)應(yīng)3次強(qiáng)烈蒸發(fā)階段及3次的海侵事件，局部地區(qū)出現(xiàn)的第3化石層及含生物化石的薄層泥灰?guī)r則為海侵的主要證據(jù)。而東部克深地區(qū)膏泥巖段只出現(xiàn)一套膏鹽巖—泥巖交互沉積，表明海侵方向從西往東，且前2次海侵范圍不大，未到達(dá)克深地區(qū)。

以3次海侵時(shí)間為界限，可將膏泥巖段演化自下而上分為6個(gè)階段。第2、4、6段為泥巖層亞段，對(duì)應(yīng)于海侵階段，主要表現(xiàn)為微咸水—半咸水沉積，巖性以泥巖類(lèi)為主，均為深湖、還原條件下的產(chǎn)物；第1、3、5段為膏鹽巖層亞段，為海退后蒸發(fā)作用加強(qiáng)、逐步沉積的膏鹽巖層，整體表現(xiàn)為半深湖—深湖、還原條件為主的半咸水—咸水沉積，在部分地區(qū)首先出現(xiàn)硫酸鹽沉積階段，沉積石膏、硬石膏，繼而達(dá)到氯化鈉沉積階段，析出石鹽，如DB302、303井區(qū)。在圖3中，將膏泥巖6個(gè)階段簡(jiǎn)化為“蒸發(fā)—海侵—蒸發(fā)”3段，其他2次海侵旋回即“海侵—蒸發(fā)”與此類(lèi)似，只是蒸發(fā)作用強(qiáng)度略有不同。

早始新世末期盆地下沉，再次接受海水補(bǔ)給(即研究區(qū)第3次海侵)，濃縮鹵水被強(qiáng)烈沖淡。受干旱氣候的影響，湖水又一次蒸發(fā)濃縮，并在早始新世晚期造成生物大量死亡，形成含生物化石的泥灰?guī)r夾石膏薄層，此層可作為該區(qū)膏泥巖段與膏鹽巖段的分界。強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用一直持續(xù)到始新世末期，形成厚度大、分布廣、質(zhì)量好的石鹽層，即該區(qū)膏鹽巖段。據(jù)現(xiàn)有資料及測(cè)井、錄井解釋分析，膏鹽巖段沉積期間發(fā)生過(guò)2次較大范圍的鹽湖淡化事件，可能與陸緣水及地下水的補(bǔ)給有關(guān)。規(guī)模不大的淡水補(bǔ)給未能造成盆地的劇烈淡化，只是在短暫的相對(duì)淡化過(guò)程中沉積了薄層的石膏、泥巖，后又恢復(fù)了石鹽的沉積。

以2次鹽湖淡化事件為界線，可將膏鹽巖段鹽湖演化分為3段。第1階段為膏鹽巖段I亞段，對(duì)應(yīng)于膏鹽巖段底部鹽—泥組合，該階段為鹽湖演化中級(jí)階段，為咸水湖—鹽湖相，在南北兩側(cè)存在2個(gè)小的鹽巖沉積中心；第2階段為膏鹽巖段Ⅱ亞段，對(duì)應(yīng)于膏鹽巖段中部鹽巖段，該階段為鹽湖演化高級(jí)階段，研究區(qū)整體為鹽湖環(huán)境，南北兩側(cè)石鹽沉積中心厚度增大，最厚可達(dá)2 000 m，鹽湖邊緣地區(qū)鹽巖厚度只有上百米；第3階段為膏鹽巖段Ⅲ亞段，對(duì)應(yīng)于膏鹽巖段上部泥—鹽組合，該階段鹽湖開(kāi)始出現(xiàn)退化趨勢(shì)，南北兩側(cè)石鹽沉積厚度減小，淡水的補(bǔ)給使鹽度減小，由鹽湖相變?yōu)橄趟?、半咸水湖環(huán)境，在南部DB201、DB4井區(qū)依然為石鹽沉積，表明淡水補(bǔ)給主要來(lái)自北部。

鹽湖演化的消亡階段對(duì)應(yīng)頂部的泥巖段，整體表現(xiàn)為微咸水沉積，南部主要為半咸水沉積，沉積物以泥巖類(lèi)為主，夾石膏沉積層。

5 結(jié) 論

(1) 大北地區(qū)古近系膏鹽巖可進(jìn)行全區(qū)類(lèi)比的大套巖性組合可劃分為3段：下部為膏泥巖段，巖性以石鹽(石膏)和泥巖交互沉積為主，受基底斷裂影響明顯，自下而上可分為6個(gè)亞段；中部為膏鹽巖段，巖性以石鹽為主，夾少量碎屑巖能干層，自下而上分為3個(gè)亞段；上部為泥巖段，巖性以泥巖為主，偶見(jiàn)石膏和石鹽層。膏鹽巖沉積自底部膏泥巖段開(kāi)始，在中部膏鹽巖段達(dá)到頂峰，到上部泥巖段逐漸停止，與古鹽湖從形成到消亡相對(duì)應(yīng)。

(2) 研究區(qū)古近系膏鹽巖沉積時(shí)期古氣候主要為干熱氣候，底部膏泥巖段沉積時(shí)出現(xiàn)短暫溫?zé)釟夂颉Ｔ摃r(shí)期湖泊類(lèi)型可分為微咸水湖、半咸水湖、咸水湖和鹽湖，主要為常年性較深水湖泊，沉積環(huán)境主要為湖泊浪基面之下的缺氧還原環(huán)境。

(3) 研究區(qū)鹽湖演化存在多期補(bǔ)給和咸化事件。膏泥巖段為古鹽湖演化初級(jí)階段，對(duì)應(yīng)于3次海侵事件及3次強(qiáng)烈蒸發(fā)，可分為6個(gè)階段，前2次海侵范圍不大，海侵方向從西往東，早始新世末期第3次海侵影響范圍最大；膏鹽巖段為古鹽湖演化中—高級(jí)階段，以2次短暫的鹽湖淡化事件為界線，可分為3個(gè)階段，第2階段石鹽沉積厚度最大，鹽湖范圍達(dá)到最大；泥巖段則對(duì)應(yīng)古鹽湖演化的消亡階段，膏鹽巖沉積逐漸結(jié)束，整體為微咸水—咸水湖環(huán)境。

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編輯 黃華彪

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.013

20160408；改回日期：20160710

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目“中國(guó)西部古亞洲洋構(gòu)造域火山巖油氣藏形成的地質(zhì)背景”(2009CB219302)

許麗(1990-)，女，2012年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)，2016年畢業(yè)于北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)學(xué)、含油氣盆地構(gòu)造研究工作。

TE122.1

A

1006-6535(2016)05-0056-06