黃蘇衛(wèi)，任 樺，屈怡倩

（1. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院，上海 200120；2. 河南油田采油二廠地質(zhì)研究所，河南南陽 473000；3. 大慶油田有限責(zé)任公司采油五廠，黑龍江大慶 163000）

塔里木盆地中西部寒武系鹽下烴源巖再認(rèn)識

黃蘇衛(wèi)1，任 樺2，屈怡倩3

（1. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院，上海 200120；2. 河南油田采油二廠地質(zhì)研究所，河南南陽 473000；3. 大慶油田有限責(zé)任公司采油五廠，黑龍江大慶 163000）

前人研究認(rèn)為塔里木盆地中西部下寒武統(tǒng)鹽下主力烴源巖為玉爾吐斯組泥質(zhì)烴源巖，但對肖爾布拉克組碳酸鹽巖作為烴源巖的可能性甚少提及。本文通過野外露頭和鉆井巖心觀察，結(jié)合巖石熱解分析，證實肖爾布拉克組瀉湖相碳酸鹽巖橫向分布更穩(wěn)定，厚度更大，同樣具備較高的有機碳含量和較好的有機質(zhì)類型，且成熟度高，亦可作為下寒武統(tǒng)鹽下主力烴源巖。

烴源巖；肖爾布拉克組；下寒武統(tǒng)鹽下；塔里木盆地

隨著油氣勘探工作的不斷深入，塔里木盆地深層海相層系將逐漸成為其油氣勘探的重要接替領(lǐng)域。過去人們普遍認(rèn)為深層海相地層很難存在具有工業(yè)價值的油氣，主要是由于塔里木盆地海相地層時代老，埋藏較深，烴源巖演化程度較高，經(jīng)歷多期改造，古老油氣藏大部分遭到破壞且儲層的非均質(zhì)性強，勘探難度和風(fēng)險較大[1]。近幾年的理論和勘探實踐證明油氣可以成藏并保存于深部地層，朱光有等通過對塔里木盆地原油的熱穩(wěn)定性分析以及低地溫梯度和快速深埋過程的補償效應(yīng)研究指出塔里木盆地液態(tài)石油的大量消亡深度下限在9 000 ～ 10 000 m以下，超過9 000 m的寒武系中古油藏多裂解成氣，發(fā)生二次運移調(diào)整[2]，而塔里木盆地西部古隆起寒武系鹽下地層的埋藏深度基本都在這一范圍內(nèi)，再加上中寒武統(tǒng)膏鹽巖層的保護作用，油氣藏形成和保存下來的可能性極大，因而寒武系鹽下地層將成為重要的石油與天然氣勘探接替區(qū)，所以對其烴源巖認(rèn)識的深化對油氣勘探具有重要的指導(dǎo)作用。

1 地質(zhì)背景

中寒武世，塔里木盆地區(qū)域性膏鹽巖相沉積發(fā)育，主要分布在盆地的中西部地區(qū)，分布面積大約為12×104km2，在巴楚隆起西部的和4井、方1井、康2井以及中部地區(qū)的巴東4井和中深1井等鉆井中均揭示了膏鹽巖層的存在（圖1），厚度從幾十米到幾百米變化不等，顯示了較好的封閉性，對其下寒武統(tǒng)古油藏起到良好的保存作用。鉆遇寒武系的10余口鉆井中揭示的中—下寒武統(tǒng)的巖性組合基本一致，底部為碎屑巖段，厚度薄，有的鉆井中甚至缺失，向上為灰色、深灰色的白云巖、膏質(zhì)白云巖夾白云質(zhì)泥巖或者泥質(zhì)白云巖，中部為鹽膏巖夾膏質(zhì)白云巖、灰?guī)r。含膏白云巖段因局部沉積環(huán)境不同而造成沉積厚度變化較大，呈中間薄，東西部逐漸變厚的趨勢。其中，下鹽膏巖亞段在同1井—方1井一帶厚度穩(wěn)定在230 ～ 270 m，在和4井區(qū)加厚至400 m以上，但往東有所減薄，在塔參1井僅幾十米厚，在中4井厚度也小于200 m；上鹽膏巖段相對穩(wěn)定分布，一般厚200 ～ 300 m（和田1井厚度達318 m），僅在向東部的和4和塔參1井減薄。塔中隆起及其東西兩側(cè)斜坡區(qū)也十分發(fā)育膏鹽巖，但厚度變化范圍較大，其中塔中隆起部位厚度穩(wěn)定，一般均超過了600 m，為油氣成藏創(chuàng)造了優(yōu)越的蓋層條件（圖2）。

圖1 塔里木盆地中西部地區(qū)膏鹽巖分布范圍[3]

圖2 塔里木盆地中西部地區(qū)中下寒武統(tǒng)對比

深層鉆探實踐表明，中下寒武統(tǒng)膏鹽巖層和白云巖的存在組成良好的儲蓋組合，然而寒武系烴源巖由于其埋藏較深，鉆井資料相對較少，前人針對寒武系烴源巖的研究基本上都是從宏觀上提出下—中寒武統(tǒng)烴源巖是塔里木盆地的主力海相烴源巖之一[4-8]，而涉及到具體區(qū)域和具體層位的研究以及系統(tǒng)性的評價則較少，尤其是針對塔里木盆地中西部地區(qū)寒武系鹽下烴源巖的發(fā)育特征和評價更少，而這恰恰是寒武系鹽下油氣成藏的關(guān)鍵。因而勘探過程中落實烴源巖的發(fā)育條件，將成為油氣勘探的關(guān)鍵。

2 烴源巖沉積特征

塔里木盆地中西部地區(qū)寒武系主要發(fā)育下寒武統(tǒng)的玉爾吐斯組、肖爾布拉克組和吾松格爾組地層，中寒武統(tǒng)主要是沙依里克組和阿瓦塔格組，上寒武統(tǒng)為下丘里塔格組（圖2）。烴源巖有泥質(zhì)烴源巖和碳酸鹽巖烴源巖兩類，涉及本文寒武系鹽下的泥質(zhì)烴源巖主要是指下寒武統(tǒng)的玉爾吐斯組，碳酸鹽巖類烴源巖主要是指肖爾布拉克組。阿瓦塔格組和吾松格爾組、沙依里克組烴源巖相對不發(fā)育。

眾所周知，沉積環(huán)境對海相烴源巖起到強烈的控制作用?，F(xiàn)代海洋考察發(fā)現(xiàn)，有利于富有機質(zhì)沉積物堆積的環(huán)境主要有缺氧的滯留盆地，如黑海、波羅的海等；具有上升洋流的大陸邊緣陸棚環(huán)境，如秘魯海岸、非洲西南部等；咸化的瀉湖環(huán)境，蒸發(fā)巖與暗色生油層呈現(xiàn)互層狀；局限海灣陸棚環(huán)境，如波斯灣、孟加拉灣等；正常的陸棚環(huán)境，有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1 % ～ 2 %；深海遠(yuǎn)洋環(huán)境，有機質(zhì)含量相對較低[9-12]。

玉爾吐斯組在柯坪地區(qū)肖爾布拉克露頭剖面上（圖1），下部為含磷硅質(zhì)巖夾薄層或透鏡狀白云巖，中部為碳質(zhì)泥頁巖及黃綠色、灰綠色頁巖夾白云巖，上部為黑色泥晶白云巖（圖3a，3b），該類巖石組合說明其沉積環(huán)境逐漸由欠補償深海盆地相逐漸向斜坡相轉(zhuǎn)變，可能是由于碳酸鹽巖臺地側(cè)向加積所致。黑色頁巖和硅質(zhì)巖的礦物學(xué)和巖石學(xué)特征、微量元素和稀土元素含量特征，同位素（Re-Os和Sr-Nd）地球化學(xué)特征顯示其明顯受到上升洋流和海底熱水活動的影響[13-16]，有利于有機質(zhì)的富集和保存。然而在盆地內(nèi)部巴楚隆起和塔中隆起部位的鉆井則揭示出該組巖性為褐紅色泥巖與細(xì)粒砂巖不等厚互層以及底部偶見紫紅色硅藻巖甚至缺失該套巖石組合。這一事實說明該組沉積向盆地內(nèi)部碳酸鹽巖臺地方向逐漸發(fā)生相變，可能僅在臺地內(nèi)凹陷部位呈不連續(xù)沉積，沉積環(huán)境的改變將導(dǎo)致有機質(zhì)富集程度發(fā)生改變。

肖爾布拉克組為大套局限臺地相的瀉湖白云巖沉積，下部為灰色—深灰色細(xì)晶白云巖，含硅質(zhì)結(jié)核，中部為灰色中細(xì)晶白云巖，藻紋層白云巖發(fā)育，上部為亮晶白云巖、藻紋層白云巖夾砂屑白云巖、泥質(zhì)白云巖。在阿克蘇西溝剖面中肖爾布拉克組白云巖敲擊時硫化氫氣味濃重，可能說明沉積過程中以還原環(huán)境為主（圖3c、3d）。前人對寒武系蒸發(fā)瀉湖相烴源巖進行研究時，往往把重點放在中寒武統(tǒng)蒸發(fā)瀉湖相的膏鹽巖段[5-8]，而多把下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組作為儲層進行研究，忽視了該組作為烴源巖的可能。肖爾布拉克組整體沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，在盆地中西部地區(qū)廣泛分布，厚度穩(wěn)定，處于蒸發(fā)巖形成的早期階段，水體鹽度逐漸增加，底部水體流動性減弱，容易造成大量生物死亡，為烴類的生成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，再加上之后蒸發(fā)巖的沉積，能夠?qū)Τ练e的有機質(zhì)進行覆蓋，形成封閉的還原環(huán)境，肖爾布拉克組微量元素也證實缺氧沉積環(huán)境的存在，并且可能受到上升洋流作用[17]，有利于有機質(zhì)的富集和保存，但在垂向上可能存在環(huán)境差異，非均質(zhì)性明顯。

圖3 玉爾吐斯組和肖爾布拉克組野外露頭照片

3 烴源巖有機地化特征

3.1 有機質(zhì)豐度

柯坪沖斷帶的肖爾布拉克剖面有多人進行過研究，對于其中的玉爾吐斯組有機碳含量評價認(rèn)為有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多數(shù)在2.0 %以上，有的甚至高達7 % ～ 14 %，證實了其良好的有機質(zhì)豐度[4，18-21]。玉爾吐斯組在該剖面黑色頁巖厚8.24 m，筆者對黑色頁巖取樣進行熱解分析，發(fā)現(xiàn)其TOC值分布范圍為1.39 % ～ 9.8 %，均值為6.45 %（圖4），TOC＞5 %的樣品約占90 %，由此進一步證實該套烴源巖為高豐度烴源巖；而生烴潛力反映該套烴源巖卻屬于差烴源巖，12個樣品S1+ S2值分布范圍為0.1 ～ 1.93 mg/g，均值0.62 mg/g，造成這種現(xiàn)象的主要原因可能是由于寒武系烴源巖熱演化成熟度較高，現(xiàn)今已達高—過成熟階段，大量可溶烴類已排出，另外試驗樣品取自野外露頭也可能產(chǎn)生一定影響，降低生烴潛量S1+ S2實驗分析數(shù)值。在阿克蘇東溝剖面的野外露頭取樣進行試驗后，同樣發(fā)現(xiàn)玉爾吐斯組有機質(zhì)豐度很高，TOC大部分大于1.0 %，同樣為較好的烴源巖（圖2）。

圖4 肖爾布拉克剖面下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組有機地化柱狀圖

肖爾布拉克組作為烴源巖，很少被人提及。梁狄剛等（2000）曾提出中—下寒武統(tǒng)蒸發(fā)瀉湖相烴源巖，其指出方1井、和4井中下寒武統(tǒng)在400 m厚的鹽層之下出現(xiàn)一套含泥質(zhì)白云巖，TOC值分布范圍為0.5 % ～ 2.43 %，兩口井TOC平均值分別為0.81 %和0.91 %，TOC大于0.5 %的層段厚度分別為173 m和195 m，是一套重要的烴源巖。筆者通過查看完井報告，各井地層對比（圖2）發(fā)現(xiàn)，其取樣層位主體實際上就是下寒武統(tǒng)的肖爾布拉克組。然而和4井取樣部位上段分布在5 031 ～ 5 328 m中寒武統(tǒng)的阿瓦塔格組內(nèi)，可發(fā)現(xiàn)其TOC值基本都在0.5 %以下，有機質(zhì)豐度反而相對較低，難以作為有效的烴源巖。

另外，筆者還對阿克蘇東溝剖面肖爾布拉克組露頭15塊樣品進行分析實驗（圖2），發(fā)現(xiàn)TOC分布范圍為0.21 % ～ 0.42 %，均值為0.30 %，整體數(shù)值相對較低，但考慮到實驗樣品取自野外露頭表面，而前人研究中也曾使用野外露頭樣品實驗值的3倍對烴源巖進行評價[22]，再加上該套烴源巖本身為高—過成熟烴源巖，勢必存在有機碳的消耗（約2倍[23]），由此可知肖爾布拉克組作為較好的烴源巖具有較大的生烴潛力。

3.2 有機質(zhì)類型

前人研究指出，寒武系烴源巖的母質(zhì)類型主要為菌藻類生物，為Ⅰ型或Ⅱ1有機質(zhì)[4，6，7，9]。巴楚隆起和4井下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組烴源巖中干酪根樣品檢測發(fā)現(xiàn)，其生物組成包括：來源不明的管狀體和葉片占15 %；與宏觀藻類有關(guān)的長孢子的葉片占15 %；游離的藻孢囊占10 %；鹽藻，球狀甲藻及其孢囊占40 %；動物殘片占20 %。這一結(jié)論驗證了下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組烴源巖干酪根為菌藻母源，有機質(zhì)類型較好，為典型的腐泥型。

由于研究區(qū)內(nèi)寒武系烴源巖熱演化成熟度較高，且取樣為露頭樣品，因而在進行干酪根類型劃分時，應(yīng)選取受熱演化程度影響相對較低的參數(shù)進行有機質(zhì)類型劃分。干酪根碳同位素受風(fēng)化作用和成熟度影響小，是較為可靠的指標(biāo)。

本文利用干酪根碳同位素劃分有機質(zhì)類型時采用表1中所示的劃分標(biāo)準(zhǔn)，實驗測定結(jié)果如圖5。由圖5可以看出利用干酪根碳同位素進行類型劃分時，寒武系玉爾吐斯組和肖爾布拉克組烴源巖有機質(zhì)干酪根碳同位素全部小于-29.5‰，均為Ⅰ型干酪根。

3.3 有機質(zhì)成熟度

表1 利用干酪根碳同位素劃分海相烴源巖有機質(zhì)類型標(biāo)準(zhǔn)[24]

吳炳茂等（2005）的盆地模擬結(jié)果表明，志留紀(jì)末期（409 Ma），下寒武統(tǒng)頂界有機質(zhì)已經(jīng)達到成熟階段，部分地區(qū)已達到過成熟階段，到二疊系末期（250 Ma），下寒武統(tǒng)烴源巖基本達到高成熟和過成熟階段。不同研究人員得出的塔里木盆地寒武系烴源巖的成熟度具體數(shù)值雖然有所差異，從1.6 % ～ 2.85 %，但都說明其成熟度達到了高成熟和過成熟階段[4，6-10]。筆者在野外露頭觀測中，在肖爾布拉克剖面的肖爾布拉克組的兩處裂縫中發(fā)現(xiàn)固體瀝青，測試其反射率經(jīng)過換算得到等效鏡質(zhì)體反射率值為2.56 %和1.84 %；取自星火1井肖爾布拉克組的三個樣品測定鏡狀體反射率換算成等效鏡質(zhì)體反射率分別為1.36 %、1.78 %和1.38 %，這些均說明烴源巖熱演化程度已經(jīng)達到高成熟和過成熟階段。

鏡狀體反射率測定結(jié)果如表2所示，從測定結(jié)果中可以看出，玉爾吐斯組四個樣品（DGy-1、DGy-2、DGy-3、DGy-4）測定的鏡狀體反射率最大值為1.45 %，最小值為0.85 %，利用各個樣品的測定平均值按照公式RoE= 0.533 Ro鏡狀體+ 0.667換算后得到等效鏡質(zhì)體反射率（RoE）分布范圍為1.23 % ～ 1.33 %，平均值為1.27 %，達到了高成熟演化階段；肖爾布拉克組共測定1個樣品（DGx-1），測定的鏡狀體反射率平均值為1.12 %，換算后得到等效鏡質(zhì)體反射率（RoE）為1.26 %，同樣達到了高成熟演化階段。

圖5 碳同位素劃分有機質(zhì)類型

表2 野外樣品鏡狀體反射率測定結(jié)果

4 勘探實例分析及建議

塔中隆起中深1井和中深1C井肖爾布拉克組和阿瓦塔格組發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價值的天然氣，經(jīng)過烴類組分對比發(fā)現(xiàn)，肖爾布拉克組產(chǎn)出氣總烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.6 % ～ 79.1 %，甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.7 % ～ 78.3 %，C2+重?zé)N質(zhì)量分?jǐn)?shù)均＜1.0 %，干燥系數(shù)均為0.99，屬于典型的過成熟干氣（表3），與中—下寒武統(tǒng)氣源的過成熟干氣具有可對比性；阿瓦塔格組產(chǎn)出的天然氣烴類組成總體偏濕，干燥系數(shù)介于0.75 ～ 0.78之間，是典型的高成熟濕氣，王鐵冠等認(rèn)為是奧陶系氣源生成的天然氣 。另外，肖爾布拉克組產(chǎn)出氣δ13C1-4值分布曲線和δ13C1值與典型的寒武系氣源天然氣存在差異（圖6）。寒武系氣源的天然氣δ13C1值＞-40 ‰，而肖爾布拉克組產(chǎn)出的天然氣δ13C1值＜-40‰（表3，圖6），介于寒武系氣源和奧陶系氣源天然氣之間；寒武系氣源的過成熟干氣δ13C1-4值分布曲線較平緩，而肖爾布拉克組產(chǎn)出天然氣斜率較大，同樣處于兩者之間（圖6），而且在塔中隆起玉爾吐斯組頁巖在實鉆中并未發(fā)現(xiàn)該套地層，出現(xiàn)這種對比結(jié)果，筆者認(rèn)為肖爾布拉克組產(chǎn)出的天然氣主體很有可能由本組生成，同時也受到隆起帶北部滿加爾凹陷奧陶系烴源巖少量充注影響。

下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組和肖爾布拉克組都是較好的烴源巖，但在中深1井之前，塔里木盆地多口鉆穿寒武膏鹽巖層的深鉆井，僅僅是見到油氣顯示而已，并未取得重大的突破，這可能一方面是烴源巖中有機質(zhì)的豐度受橫向和縱向相變控制，使不同地區(qū)烴源巖條件產(chǎn)生差異；另一方面也有可能是受到其他成藏要素的控制，如構(gòu)造、儲層發(fā)育狀況以及成藏匹配條件等。

下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組和肖爾布拉克組兩套地層有機質(zhì)豐度受沉積微相控制明顯，尤其是肖爾布拉克組大套的白云巖，整個層組中泥質(zhì)含量在垂向上的分布明顯受微相控制，不同的沉積微相巖性差別較大。在野外剖面觀測中發(fā)現(xiàn)，肖爾布拉克組順層溶蝕現(xiàn)象明顯，溶蝕孔洞垂向分布成層狀不均勻分布，推測可能與巖層中泥質(zhì)含量有關(guān)。較純的碳酸鹽巖更易發(fā)生溶蝕作用，而泥質(zhì)含量的增加使得溶蝕作用受到抑制。相反，泥質(zhì)含量的增加往往意味著具有較高的有機質(zhì)豐度，泥質(zhì)碳酸鹽巖的厚度關(guān)系到有效烴源巖的厚度，所以對烴源巖沉積微相的研究直接關(guān)系到對源巖條件的評價，需要進一步的精細(xì)工作。例如在重點區(qū)域開展更加精細(xì)的地震資料研究，利用地震資料的屬性特征，對沉積相進行更加細(xì)致的刻畫，劃定有利沉積相的展布范圍?？紤]到玉爾吐斯組和肖爾布拉克組兩套地層橫向展布特征，在盆地西北緣的柯坪沖斷帶玉爾吐斯組和肖爾布拉克組兩套地層分布連續(xù)性可能相對較好，兩套地層可能均具有較好的供烴條件，具有較好的勘探前景。

表3 中深1井和中深1C井產(chǎn)出天然氣烴類組成和穩(wěn)定碳同位素組成

圖6 天然氣δ13C1-5值分布曲線氣-氣對比

5 結(jié)論

隨著勘探實踐的不斷進步，塔里木盆地深層領(lǐng)域寒武系鹽下的勘探必將成為重要的勘探層段，鹽下烴源巖的認(rèn)識對油氣勘探具有重要意義。本文中對于寒武系鹽下烴源巖主要有以下幾點認(rèn)識：

（1）下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖有機質(zhì)豐度高、類型好、成熟度高，但厚度較薄，從盆地西部邊緣向盆地內(nèi)部橫向相變明顯，烴源條件變差，可能不具備對盆地中西部地區(qū)鹽下油氣藏大量供烴的條件。

（2）寒武系蒸發(fā)瀉湖相烴源巖發(fā)育層位可能不僅在中寒武統(tǒng)，下寒武統(tǒng)鹽下發(fā)育的肖爾布拉克組可能也是重要的烴源巖發(fā)育層段，且肖爾布拉克組有機質(zhì)豐度相當(dāng)可觀，橫向發(fā)育穩(wěn)定，具有較大的生烴潛力。

（3）肖爾布拉克組有機質(zhì)豐度垂向上成層狀不連續(xù)分布，不同微相有機質(zhì)豐度差別較大，勘探過程中，加強對沉積微相的研究，對認(rèn)識下寒武統(tǒng)烴源巖生烴潛力至關(guān)重要。

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Recognition of Cambrian Pre-salt Source Rock in the Central and Western Part of Tarim Basin

HUANG Suwei1, REN Hua2, QU Yiqian3
（1. Institute of Exploration and Development, SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China; 2. Geological Institute of No.2 Oil Production Plant, Henan oil fi eld; Nanyang Henan 473000, China; 3. No.5 Oil Production Plant, Daqing Oil fi eld Limited Company, Daqing Heilongjiang 163000, China）

The mudstones of lower Cambrian Yuertus Formation in the central and western part of Tarim Basin have been regarded as the major source rocks, with little consideration to the carbonate rocks of Xiaoerbruk Formation. However, the observation of fi eld outcrops and drilling cores, together with the data of pyrolysis analysis, demonstrates the lagoon facies carbonate rocks of Xiaoerbruk Formation is also one of the major Cambrian pre-salt source rocks by the facts that it is more stable in the lateral distribution, thicker, relatively high content of organic matter, advantageous type of organic matter as well as high maturity.

Source rock; Xiaoerbruk Formation; Lower Cambrian pre-salt; Tarim Basin

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.01.014

1008-2336（2017）02-0014-07

2016-11-22；改回日期：2017-01-02

黃蘇衛(wèi)，男，1987年生，碩士，2015年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，從事油氣成藏研究。

E-mail：huangsuwei1987@163.com。