陳志鵬，任戰(zhàn)利，崔軍平，祁 凱，張園園，于春勇，任文波，楊桂林，劉潤川

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系 大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

銀額盆地地處內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部阿拉善盟境內(nèi),是目前中國陸上地區(qū)油氣勘探程度相對較低的大中型沉積盆地,一直是油氣資源評價勘探的重要區(qū)域[1-6]。在區(qū)域構(gòu)造上,銀額盆地位于塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞和華北四大板塊結(jié)合部位,是發(fā)育在前寒武結(jié)晶地塊及早古生界褶皺基底上,由晚古生代海相和中新生代陸相地層組成的疊合盆地,經(jīng)歷了石炭紀(jì)—二疊紀(jì)裂谷、晚二疊世—三疊紀(jì)擠壓隆升、侏羅紀(jì)—早白堊世斷陷和晚白堊世—第三紀(jì)拗陷4個構(gòu)造演化階段[7]。特殊的大地構(gòu)造位置、多期次的構(gòu)造運(yùn)動及復(fù)雜的沉積體系決定了油氣勘探的復(fù)雜性。對處于勘探早期的含油氣盆地而言,科學(xué)評價油氣資源潛力和優(yōu)選勘探方向是降低鉆探風(fēng)險、加快評價進(jìn)程,提高開發(fā)效益的關(guān)鍵。其中,地層劃分及含油氣層位歸屬是評價油氣勘探潛力、指導(dǎo)油氣勘探方向選擇的重要問題,也是處于勘探早期銀額盆地油氣勘探關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn);吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注和討論[8-10]。

YHC1井是2015年延長石油集團(tuán)在銀額盆地哈日凹陷鉆探的一口區(qū)域探井,在多個井段見到良好油氣顯示。其中,2 946.0～2 951.0 m井段壓裂試氣獲得9.15×104m3/d(無阻流量)的高產(chǎn)氣流和少量凝析油的重大勘探突破,展示了該區(qū)良好的油氣勘探前景,具有里程碑意義[11]。但由于研究區(qū)周邊鉆井較少、疊合盆地地層改造強(qiáng)烈且相鄰構(gòu)造單元地層巖性差異較大,對YHC1井含油氣地層的時代歸屬和地層劃分存在較大爭議,不同學(xué)者分別將其劃歸二疊系或下白堊統(tǒng)[11-15]。地層劃分的不統(tǒng)一導(dǎo)致該含油氣層出現(xiàn)“同層不同時代”的現(xiàn)象,影響了該區(qū)含油氣地層資源潛力評價和勘探開發(fā)部署。筆者研究團(tuán)隊(duì)2016年在收集大量區(qū)域地質(zhì)、鉆井、測井和地震資料的基礎(chǔ)上,對孢粉化石、火山巖鋯石U-Pb同位素年齡、巖石礦物及地震層序等特征開展深入研究[注]任戰(zhàn)利,楊鵬,曹展鵬,等.銀額盆地哈日凹陷延哈參1井單井綜合評價,陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司,2016.[注]任戰(zhàn)利,潘賓鋒,陳志鵬,等.銀額盆地延長探區(qū)勘探潛力研究及目標(biāo)優(yōu)選,陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司,2017.,提出了相應(yīng)地層劃分的方案和依據(jù),明確了高產(chǎn)油氣段的時代歸屬,相關(guān)研究對區(qū)內(nèi)資源評價及油氣勘探方向選擇具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

YHC1井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善右旗塔木素布拉格鎮(zhèn)北部,構(gòu)造上位于銀額盆地蘇紅圖坳陷哈日凹陷中央深凹帶。蘇紅圖坳陷是位于銀額盆地中部的一個二級構(gòu)造單元,主體由哈日凹陷、巴北凹陷、艾西凹陷和艾東凹陷組成,凹陷間為凸起所隔,呈現(xiàn)“凹凸相間”的構(gòu)造格局。哈日凹陷為蘇紅圖坳陷西部的二級構(gòu)造單元,東部與巴布拉海凸起相接,南部與宗乃山隆起相鄰,西部與洪吉爾凸起相鄰,北部為中蒙邊界,為一東斷西超、近“S”形展布的箕狀斷陷,可劃分出為東部陡坡帶、中央深凹帶和西部斜坡帶三個次級構(gòu)造單元(圖1)。

區(qū)域地質(zhì)研究表明,盆地主要沉積蓋層為晚古生界石炭系、二疊系、中生界侏羅系、白堊系和新生界。受印支運(yùn)動影響,盆地三疊紀(jì)主要處于熱拱隆張狀態(tài),導(dǎo)致普遍缺失三疊系。早侏羅世的燕山運(yùn)動使盆地進(jìn)入初始裂谷階段,由于斷陷受早期斷裂帶控制,侏羅系僅分布在盆地西部[3-4]。研究區(qū)由于同時缺失三疊系和侏羅系,白堊系直接不整合于二疊系之上[12-13]。前人研究表明[16],阿拉善中東部石炭系-二疊系以淺海相砂泥巖、臺地相碳酸鹽巖為主夾少量火山巖或火山碎屑巖,局部存在構(gòu)造或巖漿作用形成的板巖化、千枚巖化砂泥巖和大理巖化碳酸鹽巖。綜合鉆井和剖面的巖相及古生物特征研究,銀額盆地白堊系可劃分為下統(tǒng)巴音戈壁組(K1b)、蘇紅圖組(K1s)、銀根組(K1y)和上統(tǒng)烏蘭蘇海組(K2w),但盆地內(nèi)不同地區(qū)下白堊統(tǒng)巖性特征差異較大[17]。巴音戈壁組(K1b)在西部務(wù)桃亥坳陷務(wù)參1井為大套雜色砂礫巖和暗紫色泥巖、泥質(zhì)砂礫巖,而在東部查干德勒蘇坳陷查參1井則主要為深灰色礫巖、灰色-灰黑色砂巖、粉砂質(zhì)泥頁巖、白云質(zhì)泥巖。在巴1井還見到多套玄武巖。蘇紅圖組(K1s)在西部務(wù)參1井為暗紫色泥巖、鈣質(zhì)泥巖、灰色泥巖,夾少量煤層;而在東部查參1井以灰黑色-深灰色-棕褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和淺灰色砂巖、含礫砂巖為主,并見多套綠灰色-灰黑色玄武巖和雜色火山角礫巖。銀根組(K1y)在西部務(wù)參1井為大套棕紅色-暗紫色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、雜色砂礫巖、細(xì)礫巖;而在東部查參1井以深灰色-暗褐色-灰色-灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。

2 油氣顯示及地層劃分

YHC1井高產(chǎn)油氣層段巖性主要為黑色-深灰色粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖和泥巖,碳酸鹽含量為1.9%～34%,平均為19.30%;鉆井過程中氣測顯示強(qiáng)烈,全烴最高達(dá)10.68%;電性上具有中-高GR(102～126API,平均為113API)、高密度(2.62～2.76 g/cm3,平均為2.66 g/cm3)、低聲波(188～265 μs/m,平均為220 μs/m)的特征;地球化學(xué)分析有機(jī)碳含量(TOC)分布在0.4%～1.52%,平均為0.85%,有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)分布在1.06%～1.35%,平均為1.24%。

圖1 銀額盆地構(gòu)造單元(a)及哈日凹陷位置(b)Fig.1 Structural units of Yin’e Basin(a) and the location of Ha’ri Depression(b)

由于YHC1井發(fā)育厚層的火山巖、高伽馬層及高電阻層等,其地層巖性和電性特征與鄰區(qū)存在較大差異,因此前人提出了多個不同的地層劃分方案(圖2),爭論的核心在于高產(chǎn)油氣層的時代歸屬和白堊系與二疊系間不整合面的位置。盧進(jìn)才等根據(jù)鏡質(zhì)體反射率、巖石地球化學(xué)特征、物源分析和測井響應(yīng)電性曲線突變特征,認(rèn)為不整合面位于2 792.0 m深度,高產(chǎn)油氣層段和火山巖均屬于二疊系[11]。趙春晨等根據(jù)巖心、測井、地震及古生物等資料分析,認(rèn)為不整合面位于3 158.0 m,高產(chǎn)油氣層段屬于下白堊統(tǒng),火山巖屬于二疊系[12]。在前人研究的基礎(chǔ)上,本文結(jié)合孢粉化石組合、火山巖鋯石U-Pb年齡、巖石礦物特征及地震層序分析等,認(rèn)為不整合面應(yīng)劃分在井深3 471.0 m,高產(chǎn)油氣層段和火山巖均屬于下白堊統(tǒng),該套火山巖是銀額盆地早白堊世斷陷形成初期(即巴音戈壁期)深大斷裂強(qiáng)烈活動的產(chǎn)物。

3 白堊系與二疊系界線的確定

3.1 孢粉化石特征

孢粉化石樣品采自YHC1井(埋深426.58～3 386.00 m)巖心中的暗色泥質(zhì)巖類,共計分析樣品17塊,識別蕨類孢子25種、裸子類花粉30種、被子類花粉3種(圖3)。根據(jù)孢粉類型對孢粉化石粒數(shù)超過50以上的樣品進(jìn)行分類百分比統(tǒng)計,確定其孢粉組合。孢粉室內(nèi)分析處理在吉林大學(xué)古生物學(xué)與地層學(xué)研究中心孢粉實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,采用常規(guī)酸堿法處理、重液浮選法富集。孢粉的統(tǒng)計、鑒定工作在Olympus BX51生物顯微鏡下完成,具體分析方法與萬傳彪等(2014)相同[18]。孢粉化石特征縱向上可劃分為以下5個孢粉層段(圖4)。

圖2 銀額盆地哈日凹陷YHC1井地層綜合柱狀圖[11-12]Fig.2 Stratigraphic column of Well YHC1 in Ha’ri Depression,Yin’e Basin

第一層段(埋深426.58～930.47 m),分析樣品3個,劃分為有突肋紋孢Appendicisporites-云杉粉Piceaepollenites-扁三溝粉Tricolpites組合。該組合裸子類花粉占優(yōu)勢(84.91%),蕨類孢子含量低(11.32%),見有少量被子類花粉(3.77%)。裸子類花粉中皺球粉Psophosphaeera(15.09%)和雙束松粉Pinuspollenites(13.21%)含量最高,原始松柏粉Protoconiferus(11.32%)和單束松粉Abietineaepollenites(9.43%)也具有一定含量,并見有云杉粉Piceaepollenite、古松柏類Paleoconifer花粉和克拉梭粉Classopollis。蕨類孢子中僅見有突肋紋孢Appendicisporites、無突肋紋孢Cicatricosisporites和層環(huán)孢Densoisporites等。

第二層段(埋深930.47～1 509.00 m),分析樣品2個,劃分為蛟河粉Jiaohepollis-克拉梭粉Classopollis-雙束松粉Pinuspollenites組合。該組合裸子類花粉占絕對優(yōu)勢(93.18%～97.94%),蕨類孢子含量極低(2.06%～4.55%),見有少量被子類花粉(0～2.27%)。裸子類花粉中原始松柏粉Protoconiferus(15.91%～30.93%)和雙束松粉Pinuspollenites(16.49%～20.45%)含量最高,克拉梭粉Classopollis(4.12%～12.50%)、單束松粉Abietineaepollenites(9.09%～9.28%)和羅漢松粉Podocarpidites(4.12%～9.09%)也具有一定含量,并見有古松柏粉Paleoconifer、微囊粉Parvisaccites和蛟河粉Jiaohepollis等。蕨類孢子類型少含量低,零星見有多環(huán)孢Polycingulatisporites、膜環(huán)弱縫孢Aequitriradites、瘤面海金沙孢Lygodioisporites和層環(huán)孢Densoisporites等。被子類花粉見有時代意義的星粉Asteropollis和棒紋粉Clavatipollenites。

圖3 銀額盆地哈日凹陷下白堊統(tǒng)代表性孢粉化石Fig.3 Representative palynological fossil of the Lower Cretaceous in Ha’ri Depression,Yin’e Basin1.無突肋紋孢Cicatricosisporites;2,5.周壁粉Perinopollenites;3.層環(huán)孢Densoisporites;4.周壁孢Perotrilites;6,20.蛟河粉Jiaohepollis;7,8.克拉梭粉Classopollis;9.扁三溝粉屬Tricolpites;10,16,28.蘇鐵粉Cycadopites;11.單束松粉Abietineaepollenites;12.羅漢松粉Podocarpidites;13.皺球粉Psophosphaera;14.古松柏粉Paleoconiferus;15.光面水龍骨單縫孢Polypodiaceaesporites;17,31.希指蕨孢Schizaeoisporites;18.桫欏孢Cyathidites;19.杉科粉Taxodiaceaepollenites;21.瘤面海金沙孢Lygodioisporites;22.假二肋粉Gardenasporites;23.原始松粉Protopinus;24.科達(dá)粉Cordaitina;25.克氏粉Klausipollenites;26.膜環(huán)弱縫孢Aequitriradites;27.有突肋紋孢Appendicisporites;29.擬云杉粉Piceites;30.棒瘤孢Baculatisporites;32.原始松柏粉Protoco- niferus;33.雙束松粉Pinuspollenites;34.冷杉粉Abiespollenites

第三層段(埋深1 509.00～1 938.25 m),分析樣品3個,劃分為周壁粉Perinopollenites-原始松柏粉Protoconiferus-蛟河粉Jiaohepollis組合。該組合中裸子類花粉占絕對優(yōu)勢(91.38%～95.28%),蕨類孢子含量低(4.72%～8.62%),被子類花粉(0～1.05%)零星出現(xiàn)。裸子類花粉中,原始松柏粉Protoconiferus(12.26%～22.11%)含量最高,其次為雙束松粉Pinuspollenites(8.49%～18.95%),周壁粉Perinopollenites(6.03%～14.15%)、克拉梭粉Classopollis(0～15.09%),皺球粉Psophosphaera(4.72%～11.58%)和云杉粉Piceaepollenites(3.45%～11.32%),見少量古松柏類Paleoconifer花粉、蛟河粉Jiaohepollis等。蕨類孢子中,桫欏孢Cyathidites(0～2.59%)和層環(huán)孢Densoisporites(0～2.59%)含量最高,其次是無突肋紋孢Cicatricosisporites(0-2.11%),還見有希指蕨孢Schizaeoisporites、有孔孢Foraminisporis、凹邊瘤面孢Concavissimisporites等。

第四層段(埋深1 938.25～2 789.27 m),分析樣品4個,劃分為克拉梭粉Classopollis-蘇鐵粉Cycadopites-羅漢松粉Podocarpidites組合。該組合以裸子類花粉占優(yōu)勢(93.64%～95.40%),蕨類孢子含量較低(4.60%～6.36%),未見到被子類花粉。裸子類花粉中除了原始松柏粉Protoconiferus(5.75%～20.91%)和雙束松粉Pinuspollenites(10.34%～14.55%)含量較高外,克拉梭粉Classopolli(3.64%～27.59%)、蘇鐵粉Cycadopites(8.05%～10.00%)和羅漢松粉Podocarpidites(2.86%～8.40%)也具有一定含量,還見有古松柏類Paleoconifer花粉、微囊粉Parvisaccites和冠翼粉Callialasporites等。蕨類孢子中桫欏孢Cyathidites(0～2.30%)含量相對較多,亦見希指蕨孢Schizaeoisporites、無突肋紋孢Cicatricosisporites等。

第五層段(埋深2 789.27～3 386.00 m),分析樣品5個,由于樣品中化石數(shù)小于50,因此未對該層段劃分孢粉組合。樣品中發(fā)現(xiàn)裸子類花粉36個,蕨類孢子6個,缺乏被子類花粉。裸子花粉類見周壁粉Perinopollenites(8個),克拉梭粉Classopollis(5個),古松柏粉Paleoconiferus(3個),冠翼粉Callialasporites(2個);蕨類孢子見圓形光面三縫孢Punctatisporites、無突肋紋孢Cicatricosisporites、層環(huán)孢Densoisporites、周壁孢Perotrilites等。

綜上所述,5個孢粉層段具有良好的繼承性,裸子類花粉中古松柏類Paleoconifer、微囊粉Parvisaccites、冠翼粉Callialasporites和克拉梭粉Classopolli均為繁盛于早白堊世的典型分子;蕨類孢子含量雖然不高,但類型多樣,含量較多的無突肋紋孢Cicatricosisporites和凹邊瘤面孢Concavissimisporites是早白堊世的常見分子;被子類花粉棒紋粉Clavatipollenites和星粉Asteropollis也是該地區(qū)早白堊世孢粉組合重要特點(diǎn)[19],大致可以推斷其沉積時代為早白堊世凡蘭期(Valanginian)—?dú)W特里夫期(Hauterivian)(136.4～99.6 Ma)。整體上YHC1井與哈日凹陷哈1井[注]秦云龍.銀根-額濟(jì)納旗盆地哈日凹陷哈1井單井綜合評價.中國石油華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院,1998.及查干凹陷的查參1井[8]早白堊世孢粉組合可進(jìn)行較好類比(圖4),僅部分孢粉含量略有區(qū)別,分析認(rèn)為是由于所處古地理位置或沉積環(huán)境不同所致。高產(chǎn)油氣段(埋深2 946.0～2 951.0 m)所在的第五層段(埋深2 910.37～3 362.00 m)雖未能劃分孢粉組合,但見到了具有時代意義的古松柏類Paleoconifer、克拉梭粉Classopolli、冠翼粉Callialasporites和無突肋紋孢Cicatricosisporites等,指示其沉積年代為早白堊世。

3.2 火山巖鋯石U-Pb年齡

同位素地質(zhì)學(xué)是利用放射性同位素的衰變規(guī)律,穩(wěn)定同位素的豐度變化,來研究地殼發(fā)展和地質(zhì)體形成的歷史,以及在不同地質(zhì)作用下地球物質(zhì)的遷移過程,被廣泛用于確定地質(zhì)體形成時間和地質(zhì)事件發(fā)生時代[20]。鋯石是自然界中常見的副礦物,由于其相對富含U和TH等放射性元素而貧普通Pb,且具有較高的封閉溫度和優(yōu)越的物理化學(xué)穩(wěn)定性,因此鋯石U-Pb同位素定年成為探討巖漿結(jié)晶年齡的重要方法之一[21]。本文采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年技術(shù)對哈日凹陷YHC1井(埋深3 386.0～3 471.0 m)的火山巖進(jìn)行分析,利用測得巖漿鋯石結(jié)晶年齡對其上覆地層的沉積時代進(jìn)行約束?；鹕綆r樣品在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所進(jìn)行樣品粉碎和鋯石挑選,鋯石制樣、陰極發(fā)光(CL)圖像采集和LA-ICP-MS U-Pb同位素分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,實(shí)驗(yàn)原理及步驟參見劉曄等[22]。測試結(jié)果通過GLITTER軟件計算得出,實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)采用Andersen的方法進(jìn)行同位素比值校正以扣除普通Pb的影響[20],諧和圖采用ISOPLOT 4.0繪制完成,單個分析點(diǎn)的同位素比值和同位素年齡誤差(標(biāo)準(zhǔn)偏差)為1σ。

火山巖樣品采自YHC1井第12筒巖心3 394.4 m深度,顏色以深灰色、灰色為主,發(fā)育塊狀構(gòu)造、斑狀結(jié)構(gòu)。巖石表面可見豐富的氣孔杏仁(圖5a),形態(tài)不規(guī)則,孔隙壁見隱晶硅質(zhì),孔隙內(nèi)充填伊利石。斑晶以透長石和斜長石為主,含量為10%～20%,多呈自形,粒徑介于0.15～0.40 mm;基質(zhì)主要表現(xiàn)為交織結(jié)構(gòu),由微晶針狀斜長石構(gòu)成(圖5b)。主量元素分析顯示火山巖的SiO2含量為55.97%～56.37%,平均為56.11%;K2O含量介于0.101%～4.39%,平均為1.81%;Na2O含量介于2.10%～3.24%,平均為2.88%。TAS圖解和AFM圖解顯示該火山巖為拉斑性玄武安山巖,屬于中性噴出巖(圖5c,d)。

火山巖鋯石呈灰色-灰黑色;顆粒形狀不規(guī)則,見橢圓形、半月形及短柱形;粒徑較小,通常為50～150 μm,長寬比在1.5 ∶1～2.5 ∶1。CL圖像顯示大多數(shù)鋯石的震蕩環(huán)帶清晰(圖6),Th和U含量分別為(60～4 343)×10-6和(62～2 232)×10-6,Th/U比為0.29～2.99,平均為0.96,遠(yuǎn)大于變質(zhì)鋯石的Th/U比值(<0.1),反映其巖漿成因[23]。分析結(jié)果顯示從該火山巖獲得鋯石U-Pb諧和年齡12個,根據(jù)鋯石年齡分布可分為兩組(表1)。第一組年齡相對年輕,206Pb/238U表面年齡為120～135 Ma(1=6),加權(quán)平均年齡為131.8 Ma±5.9 Ma,MSWD=15;第二組年齡相對較老,206Pb/238U表面年齡為197～320 Ma(n=6)。在LA-ICP-MS鋯石206Pb/238U和207Pb/235U年齡諧和圖上,12個點(diǎn)均落在諧和曲線附近,體現(xiàn)出較好的諧和性(圖7a)。

圖5 銀額盆地哈日凹陷YHC1井3 386～3 471 m深度段火山巖巖石特征Fig.5 Petrologic features of volcanic rocks in 3386-3471m interval of Well YHC1 in Ha’ri Depression,Yin’e Basina.YHC1井,埋深3 394 m,灰白色玄武安山巖,見氣孔和杏仁構(gòu)造;b.為a圖火山巖的鏡下照片,見由斜長石、方解石及硅質(zhì)充填的杏仁體;c.為a圖火山巖的TAS分類圖解;d.為a圖火山巖的AFM 分類圖解

根據(jù)火山巖鋯石U-Pb年齡分布特征,較年輕的巖漿成因鋯石所對應(yīng)年齡為131.8±5.9 Ma,指示該火山巖的形成年齡;其他較老的鋯石年齡很可能是巖漿上升過程中從圍巖中捕獲的鋯石。本次鋯石測年結(jié)果與王香增等對哈日凹陷內(nèi)該套火山巖鋯石測年分析結(jié)果(132.6 Ma±0.7 Ma)(圖7b)接近[14];明顯區(qū)別于艾西凹陷的蘇紅圖組火山巖40Ar-39Ar年齡(105.55±4.03～112.71±2.06 Ma)[24]。火山巖鋯石同位素年齡指示該火山巖的噴發(fā)時期約為早白堊世Hauterivian歐特里夫期,表明YHC1井火山巖上覆地層(埋深<3 386 m)沉積時間應(yīng)晚于該時期。

3.3 地層巖性礦物特征

巖心及鏡下觀察表明,YHC1井下白堊統(tǒng)巴音戈U-Pb理、交錯層理及包卷層理等小型沉積構(gòu)造,碎屑主要為石英、長石和巖屑,粒度分布在0.04～0.08 mm,接觸關(guān)系主要為點(diǎn)-線接觸(圖8a,b),反映沉積時水動力較弱的沉積環(huán)境和相對較弱的成巖作用。下覆二疊系(埋深3 658 m)主要為砂質(zhì)礫巖,塊狀構(gòu)造,碎屑以變質(zhì)巖和巖漿巖巖屑為主,主要粒度區(qū)間在0.12～12 mm,接觸關(guān)系主要為線接觸-凹凸接觸,碎屑顆粒內(nèi)見較多微裂隙(圖8c,d),反映沉積時期高能的水動力環(huán)境和強(qiáng)烈的壓實(shí)壓溶作用。前人研究表明,研究區(qū)石炭系-二疊系以裂谷海盆沉積為主,二疊紀(jì)末期,該地區(qū)經(jīng)歷了塔里木板塊和華北板塊碰撞拼接及古亞洲洋消亡閉合[24-25],白堊系主要表現(xiàn)為陸相湖盆沉積,因此兩套地層巖性及結(jié)構(gòu)理應(yīng)存在明顯的差異。

為了對地層的巖石礦物組成有更清楚的認(rèn)識,研究區(qū)YH5井進(jìn)行了全井段巖屑X衍射全巖礦物分析(圖9)。YH5井地層特征與YHC1井對應(yīng)性較好,同樣發(fā)育火山巖層、高伽馬層和高阻層。X-衍射全巖分析采樣密度為每米一個樣,共識別出17種礦物,為了便于分析,將其簡化為以下8類：粘土礦物、石英、長石(斜長石、鉀長石)、方解石、白云石(鐵白云石)、鐵礦物(磁鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦)、硫酸鹽(石膏、硬石膏、芒硝)、硅酸鹽(云母、方沸石、綠輝石、透輝石)。根據(jù)X-衍射全巖礦物分析結(jié)果(表2),下白堊統(tǒng)以富含白云石和方解石為顯著特征,其碳酸鹽平均含量為24.81%,而粘土礦物、石英和長石等常見陸源碎屑礦物相對較少(平均為74.06%);二疊系碳酸鹽礦物相對較少(平均為4.35%),粘土礦物、石英和長石等礦物占比較高(平均為93.46%),且含有更多的鐵礦物(平均為2.04%),上下兩套地層表現(xiàn)出截然不同的礦物組成特征,也指示研究區(qū)白堊系和二疊系形成環(huán)境大不相同。根據(jù)上下兩套地層巖性和礦物的差異,結(jié)合其間火山巖年齡測定,認(rèn)為巴音戈壁組火山巖底面為白堊系與二疊系之間的不整合面,對應(yīng)YHC1井3 471 m深度,即斷陷初期的拉伸沉降伴隨著強(qiáng)烈的火山活動,導(dǎo)致火山巖直接覆蓋二疊系剝蝕地層之上。

表1 銀額盆地哈日凹陷YHC1井火山巖(埋深3 394.4 m)鋯石 U-Pb同位素數(shù)據(jù)Table 1 Statistics of U-Pb zircon isotopic dating from volcanic rocks of Well YHC1 (3 394.4 m) in Ha’ri Depression,Yin’e Basin

圖7 銀額盆地哈日凹陷YHC1井火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.7 U-Pb concordia diagram for zircons from volcanic rocks of Well YHC1 in Ha’ri Depression,Yin’e Basina.YHC1井,埋深3 394.4 m,火山巖鋯石年齡諧和圖,為本文數(shù)據(jù);b.YHC1井,埋深3 393.1 m,火山巖鋯石年齡諧和圖,引自王香增[14]

圖8 銀額盆地哈日凹陷下白堊統(tǒng)巴音戈壁組及二疊系沉積構(gòu)造及顯微特征對比Fig.8 Comparison of sedimentary structures and microscopic characteristics between the Lower Cretaceous Bayingebi Formation and the Permian in Ha’ri Depression,Yin’e Basina.YHC1井,埋深3 072 m,下白堊統(tǒng)巴音戈壁組,泥質(zhì)粉砂巖,見泥質(zhì)條帶和波狀層理;b.為a圖的鏡下照片,碎屑以石英、長石和巖屑為主,粒度在0.04～0.08 mm,為點(diǎn)-線接觸;c.YHC1井,埋深3 658 m,二疊系,砂質(zhì)礫巖,塊狀構(gòu)造;d.為c圖的鏡下照片,碎屑以變質(zhì)巖和巖漿巖巖屑為主,粒度在0.12～12 mm,為線接觸-凹凸接觸

圖9 銀額盆地哈日凹陷YH5井X-衍射礦物柱狀圖Fig.9 Column of X-ray diffraction minerals from Well YH5 in Ha’ri Depression,Yin’e Basin

表2 銀額盆地哈日凹陷YH5井各層段X-衍射礦物組成對比Table 2 Comparison of X-ray diffraction mineral compositions from the formations of Well YH5 in Ha’ri depression,Yin’e Basin

3.4 地震響應(yīng)特征

地震反射產(chǎn)生于巖石中具有速度-密度差的物性界面,如地層界面和不整合面等。根據(jù)地震反射界面橫向變化、地震反射幾何形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等可以較好進(jìn)行地層劃分對比,確定地層界面[10]。本文在古生物、火山巖鋯石年齡和巖石礦物分析基礎(chǔ)上,通過YHC1井、YH3井和哈1井的合成地震記錄標(biāo)定和VSP時深校正,對白堊系與二疊系之間的地震界面進(jìn)行了識別。從地震剖面看,YHC1井的高產(chǎn)油氣層和火山巖層之下的SB1界面(埋深3 471.0 m)表現(xiàn)出重要地質(zhì)界面的特征。SB1界面之上主要表現(xiàn)為湖相泥巖沉積的中強(qiáng)振幅、中連續(xù)、平行-亞平行席狀地震反射和火山巖相的丘形地震反射,而界面之下主要表現(xiàn)為河流相砂礫巖沉積的高能雜亂地震反射,指示該界面可能是上覆白堊系與下伏二疊系之間的不整合界面。同時,地震反射響應(yīng)反映出研究區(qū)二元結(jié)構(gòu)的地層特征,其上部主要表現(xiàn)為白堊系斷陷構(gòu)造,其下部則表現(xiàn)為石炭系-二疊系逆沖推覆褶皺,這與國內(nèi)大多數(shù)中新生代陸內(nèi)裂陷盆地特征較為相似。

圖10 銀額盆地哈日凹陷過井地震剖面Fig.10 Through-well seismic profile in Ha’ri Depression,Yin’e Basin

4 油氣地質(zhì)意義

上述研究表明哈日凹陷YHC1井新發(fā)現(xiàn)的高產(chǎn)油氣層應(yīng)歸屬下白堊統(tǒng)。這也指示研究區(qū)中生界含油氣系統(tǒng)在地質(zhì)歷史時期曾發(fā)生過油氣生成和運(yùn)聚。銀額盆地與相鄰的二連盆地[6]、酒泉盆地[26]處于相同的大地構(gòu)造背景,具有類似的油氣地質(zhì)條件,目前在這些盆地內(nèi)均已發(fā)現(xiàn)豐富的中生界油氣資源。結(jié)合銀額盆地已取得的油氣勘探成果,筆者認(rèn)為其下白堊統(tǒng)也同樣具有良好的油氣勘探潛力。

首先,研究區(qū)下白堊統(tǒng)的沉積厚度和分布面積遠(yuǎn)大于早期勘探認(rèn)識,因此有利勘探層系將更多,其油氣資源量也將更大。YHC1井與哈日凹陷早期鉆探的哈1井[注]秦云龍.銀根-額濟(jì)納旗盆地哈日凹陷哈1單井綜合評價.中國石油華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，1998。相比(圖4),下白堊統(tǒng)的沉積厚度明顯更大。結(jié)合三維地震精細(xì)解釋可知,哈日凹陷下白堊統(tǒng)的地層展布整體呈楔形,向斷陷深凹帶地層厚度逐漸增加,這修訂了前人對該凹陷下白堊統(tǒng)沉積厚度薄,埋藏深度淺的認(rèn)識。目前研究區(qū)深凹帶的多口井均獲得較好的油氣產(chǎn)量,指示凹陷的沉積中心具有良好的油氣勘探前景,可作為銀額盆地中生界油氣勘探的重要方向。

其次,研究區(qū)特殊的構(gòu)造演化與沉積特征有利于油氣的生成。研究區(qū)下白堊統(tǒng)巴音戈壁組及蘇紅圖組發(fā)現(xiàn)的火山巖指示斷陷形成時期存在多期次的火山活動。任戰(zhàn)利等(2000,2001)根據(jù)中國北方中生代沉積盆地的古地溫場研究認(rèn)為阿爾金斷裂以西盆地地?zé)崽荻容^低,阿爾金斷裂以東的河西走廊地區(qū)、華北地區(qū)及東北區(qū)盆地地?zé)崽荻绕毡楦哂诂F(xiàn)今地?zé)崽荻?該區(qū)域中生代晚期地殼深部熱活動性較強(qiáng),存在明顯的構(gòu)造熱事件作用[27-28]。較高的古地溫背景及火成巖對加速烴源巖的生烴過程、提高生烴量和生烴速率都具有促進(jìn)作用。例如,研究區(qū)有機(jī)地化分析顯示距離火山巖較近的層段的泥頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度(鏡質(zhì)體反射率Ro)明顯偏高[29-30]。

研究區(qū)下白堊統(tǒng)普遍富含方解石、鐵白云石等碳酸鹽礦物,具有高伽馬和高電阻率的電性特征,指示該地區(qū)早白堊世發(fā)育特殊的斷陷湖盆沉積環(huán)境。已有研究表明銀額盆地下白堊統(tǒng)富碳酸鹽特征可能與斷陷期的深部熱液活動密切相關(guān),熱液攜帶的熱能和大量Ca2+、Mg2+和Fe2+等成礦離子為熱水沉積巖的形成提供了有利條件[31-32]。目前,國內(nèi)已在酒西盆地、三塘湖盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、二連盆地以及鄂爾多斯盆地等多個重要含油氣盆地中發(fā)現(xiàn)了與熱水沉積有關(guān)的致密油氣儲層[33]。大量研究表明,熱液活動不僅對有機(jī)質(zhì)富集和生烴有促進(jìn)作用,對溶蝕孔洞發(fā)育、提高儲層物性也有重要影響,熱水沉積巖代表一類新型的致密油氣層,展示了良好的油氣勘探開發(fā)潛力。

綜上所述,銀額盆地哈日凹陷下白堊統(tǒng)是研究區(qū)主要勘探目的層,在油氣地質(zhì)評價及有利勘探區(qū)帶優(yōu)選時,應(yīng)注重分析湖相熱水沉積的特點(diǎn)和巖漿活動對烴源巖演化及油氣成藏的影響。

5 結(jié)論

1) 銀額盆地哈日凹陷YHC1井高產(chǎn)油氣段發(fā)育早白堊世的孢粉組合,具有與下白堊統(tǒng)一致的礦物組成,而其下部玄武安山巖的鋯石U-Pb年齡指示火山噴發(fā)于早白堊世早期,且地震剖面顯示高產(chǎn)油氣層段與玄武安山巖均處于斷陷構(gòu)造層內(nèi)。

2) 古生物化石、火山巖同位素測年、巖石礦物組成及地震反射響應(yīng)特征等研究表明YHC1井新發(fā)現(xiàn)的高產(chǎn)油氣層段歸屬于下白堊統(tǒng),巴音戈壁組火山巖底面即為白堊系與二疊系之間的不整合面。

3) 銀額盆地哈日凹陷YHC1井高產(chǎn)油氣段時代歸屬的確定對區(qū)內(nèi)資源評價及油氣勘探方向選擇具有重要意義,表明銀額盆地下白堊統(tǒng)具有良好的油氣勘探潛力。