莊一鵬，曹建康，林社卿，侯 娟，顧 超，常文鑫

（1．中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450048；2．中國石化河南油田分公司，河南南陽 473132）

伊寧凹陷地處新疆西部，構(gòu)造上隸屬于伊犁盆地北部坳陷帶，北界為科-博陸內(nèi)造山帶南緣向盆地的逆沖斷裂，南界為恰普恰勒山北緣向盆地的高角度逆沖推覆斷裂，東界為阿吾勒拉山西端的賽-莫斷裂及盆內(nèi)隱伏的白尼斷裂[1]，西與哈薩克斯坦扎爾肯特凹陷相鄰（本文評價只到國境線），是伊犁盆地內(nèi)面積最大、石油地質(zhì)條件最好的凹陷（圖1）。

圖1 伊寧凹陷構(gòu)造位置

伊寧凹陷周緣中二疊統(tǒng)出露廣泛，本文研究團(tuán)隊于 2010年首次在凹陷北緣的潘津布拉克剖面中二疊統(tǒng)塔姆其薩依組（P2tm）發(fā)現(xiàn)含膏巖層，之后對東部的群吉薩依、瓊布拉克等剖面開展了多次野外地質(zhì)調(diào)查，并對凹陷內(nèi)探井巖心、巖屑取樣測試，系統(tǒng)地對中二疊世沉積環(huán)境和含膏巖層的特征進(jìn)行了研究，落實了中二疊世含膏巖層沉積前后古沉積環(huán)境的變化，發(fā)現(xiàn)含膏巖層下伏地層烴源巖條件較好，油苗顯示豐富，具備較好的油氣勘探前景。

1 中二疊世沉積環(huán)境

膏鹽巖是蒸發(fā)巖的一種主要巖石類型[2]，含膏巖層的形成主要受古氣候與古鹽度兩大因素控制，富含 Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+、Cl-等離子的高鹽度水體是含膏巖層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，干旱的氣候環(huán)境是含膏巖層形成的重要條件。

1.1 古氣候分析

早、中二疊世，歐亞泛大陸逐漸形成，板塊碰撞導(dǎo)致了強(qiáng)烈的火山活動。在伊犁盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地大面積分布的火山巖，正是多期次火山噴發(fā)的結(jié)果，強(qiáng)烈的火山噴發(fā)導(dǎo)致了空氣中CO2濃度劇烈上升，致使整個新疆處于一個巨大、悶熱的“溫室”之中，“溫室效應(yīng)”是形成伊寧凹陷及周緣炎熱干旱古氣候的因素之一。

鉆井和野外剖面發(fā)現(xiàn)中二疊統(tǒng)孢粉化石豐富，屬種分異度低，主要為真蕨類、種子蕨類、科達(dá)類和松柏類。喜濕的蕨類植物孢子罕見，雙氣囊具肋花粉 Protohaploxypinus，Hamiapollenites，Striatopodocarpites及Vittatina等種類繁多，為組合中的優(yōu)勢分子。其中，種子蕨類花粉（大部分為盾籽目）在形態(tài)和氣候指示上可與現(xiàn)代植物麻黃或買麻藤花粉類比，本體上的肋條起收縮作用，能夠更好地適應(yīng)干旱的氣候環(huán)境。

苗建宇等[3]研究認(rèn)為，二疊紀(jì)新疆北部地區(qū)總體具溫帶氣候特征，早二疊紀(jì)有轉(zhuǎn)暖的趨向，到早二疊紀(jì)晚期，巖石中長石碎屑明顯增加，表明形成時為干旱氣候，與區(qū)內(nèi)古生物反映的氣候條件一致。

1.2 古鹽度分析

利用巖石微量元素研究沉積巖形成時的沉積環(huán)境和成巖環(huán)境，已成為沉積地球化學(xué)的一個重要方面，特別是利用微量元素進(jìn)行沉積水介質(zhì)環(huán)境等的判定。元素Sr比元素Ba的遷移能力強(qiáng)，淡水與海水相混時，元素Ba易形成BaSO4沉淀，所以Sr/Ba（鍶鋇比）隨著鹽度的提高具有明顯增大的趨勢，常用作區(qū)分淡水和咸水沉積環(huán)境的標(biāo)志。一般認(rèn)為Sr/Ba大于1為咸水沉積環(huán)境，Sr/Ba小于1為淡水沉積環(huán)境[4]。

伊寧凹陷周緣露頭與鉆井資料揭示中二疊統(tǒng)塔姆其薩依組Sr/Ba較高，多集中在0.9～11.2（表1），表明沉積時湖盆古鹽度較高，屬典型的咸水湖泊沉積環(huán)境。不同區(qū)域Sr/Ba差異較大，整體上，北部潘津布拉克地區(qū)Sr/Ba高于南部及東部地區(qū)，反映湖盆干旱時期可能被分割成不同的沉積中心，南部斜坡帶水體較淺，受淡水補(bǔ)給影響，古水咸度較低，未形成含膏巖層，與區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的含膏巖層展布特征基本一致。

2 含膏巖層發(fā)育特征

伊寧凹陷周緣中二疊統(tǒng)塔姆其薩依組發(fā)育的石膏普遍含泥質(zhì)，風(fēng)化后呈土黃色，易與鈣質(zhì)泥巖混淆，野外識別難度大。本文研究團(tuán)隊通過多次開展露頭調(diào)查，在含膏巖發(fā)育層位密集取樣，利用大量的薄片鑒定與X衍射分析，落實含膏巖層在野外的賦存狀態(tài)，以及巖石中膏鹽的含量，并精確測量膏巖層的厚度。

伊寧凹陷二疊系剖面石膏晶體較為罕見，石膏多呈疙瘩狀和同生脈狀（圖2a）。其中，石膏脈以平行層理為主，長可達(dá)數(shù)米，單層厚度較薄，一般不超過5 cm。巖層中大部分石膏呈泥晶狀賦存于含泥膏巖中，野外很難識別。潘津布拉克剖面含膏巖層X衍射分析，石膏含量為41.1%～53.1%，方解石含量為 25.4%～40.2%，陸源碎屑及泥質(zhì)含量為12.5%～24.4%（表2），石膏含量較低，但含膏巖層總厚可達(dá)50 m。

表1 伊犁盆地露頭/鉆井Sr、Ba元素分析數(shù)據(jù)

表2 潘津布拉克剖面含膏巖層X衍射分析數(shù)據(jù)

鏡下分析潘津布拉克含膏巖層巖性主要包括灰質(zhì)膏巖、石膏巖、泥質(zhì)膏巖、含膏灰?guī)r等。其中，純石膏巖晶體多呈片狀、板狀、纖維狀、柱狀，晶粒間呈線、凹凸或鑲嵌接觸，局部晶體內(nèi)呈“顆粒狀結(jié)構(gòu)”，粒間充填殘余淺黑色泥質(zhì)，巖石偶見構(gòu)造縫，充填纖維狀隱晶石膏，并伴黑色有機(jī)質(zhì)（圖2b）。含泥灰質(zhì)膏巖類石膏多呈片狀、柱狀、纖維狀或嵌晶狀連晶結(jié)構(gòu)，連晶內(nèi)呈顆粒狀石膏集合體，顆粒大小0.05～0.20 mm，顆粒間殘余淺黑色泥質(zhì)，石膏晶體邊緣多見石膏被方解石交代現(xiàn)象，表明沉積時巖石中石膏含量應(yīng)高于現(xiàn)今 X衍射分析數(shù)值（圖2c）。

3 含膏巖層對油氣成藏的影響

圖2 伊寧凹陷含膏巖層特征

炎熱干旱的氣候和咸水沉積環(huán)境是含膏巖層形成的主要條件，伊寧凹陷古氣候與古水環(huán)境在含膏巖層形成前后發(fā)生了較大變化，致使含膏巖層上下地層的古生物具有較大的差異，從而影響泥巖中有機(jī)質(zhì)的富集及油氣運(yùn)聚成藏。

3.1 含膏巖層對烴源巖的影響

前人研究認(rèn)為，膏鹽巖的形成環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存，在有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成油氣后提供良好的封蓋條件和雄厚的物質(zhì)保障[5～6]。

含膏巖層上下沉積環(huán)境的改變首先表現(xiàn)為巖性組合的變化。潘津布拉克剖面含膏巖層下為厚約400 m的灰色、灰黑色泥頁巖沉積，隨著氣候逐漸變得炎熱干燥，伊寧凹陷沉積了一套含膏巖層，水體持續(xù)變淺，在沉積了一套厚約200 m的灰色泥巖夾薄層砂巖之后，湖盆進(jìn)入消亡階段。

中二疊統(tǒng)塔姆其薩依組含膏巖層上覆地層烴源巖飽和烴色譜主峰碳分布在nC17-nC29，以前單峰和雙峰為主，具有陸生植物和水生植物混源的特征（圖3）；含膏巖層下伏地層烴源巖飽和烴色譜主峰碳分布在nC16-nC23，以前單峰為主，具有浮游生物和藻類來源的特征（圖 4），具備發(fā)育Ⅰ型干酪根的物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。

圖3 潘津布拉克塔姆其薩依組飽和烴色譜（深度290 m）

圖4 潘津布拉克塔姆其薩依組飽和烴色譜（深度740 m）

潘津布拉克剖面塔姆其薩依組含膏巖層之上地層的 24個樣品有機(jī)碳含量 0.47%～5.23%，平均1.63%，氯仿瀝青“A”含量0.003%～0.161%，平均0.046%，為中等豐度烴源巖；含膏巖層之下地層的18個樣品有機(jī)碳含量0.74%～6.87%，平均3.17%，氯仿瀝青“A”含量0.014%～0.210%，平均0.113%，為較好烴源巖（圖 5）。表明含膏巖層下伏地層生烴條件更好，具備較大的勘探潛力。

3.2 含膏巖層對油氣富集的影響

與泥質(zhì)巖類、碳酸鹽巖類蓋層相比，蒸發(fā)巖的韌性更大，排替壓力更高，具有良好的封閉性能[8]。膏鹽巖隨著地層深度的增加彈性強(qiáng)度降低，韌性和塑性增加，而頁巖與砂巖則與之變化相反。前人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膏鹽巖埋深在3 000 m左右、地層溫度約100 ℃時，膏鹽巖完全處于流變狀態(tài)，具有很強(qiáng)的韌性和塑性[9]，因此未破裂的膏鹽巖層在蓋層分級中屬于特級蓋層，封蓋能力較泥巖更強(qiáng)。

伊寧凹陷沉積主體區(qū)上覆蓋層厚度較大，中二疊統(tǒng)含膏巖層長期處于埋深大于3 000 m的狀態(tài)，具有整體塑性強(qiáng)，封蓋能力好的特點(diǎn)。潘津布拉克剖面含膏巖層下伏地層油苗豐富（圖 5），也表明含膏巖層對油氣具有較好的封蓋作用。綜合分析認(rèn)為，含膏巖層下伏地層才是伊寧凹陷二疊系油氣勘探的重點(diǎn)層系。

4 結(jié)論

（1）伊寧凹陷中二疊世受火山活動影響，整體處于炎熱干旱氣候，蒸發(fā)量大于補(bǔ)給量，古水咸度較高，具備形成膏鹽巖的地質(zhì)條件。

（2）伊寧凹陷中二疊世沉積環(huán)境在含膏巖層形成前后發(fā)生了較大變化，早期沉積的烴源巖具有浮游生物和藻類來源的特征，晚期具有陸生植物和水生植物混源的特征，含膏巖層下伏地層發(fā)育較好烴源巖。

（3）中二疊統(tǒng)發(fā)育一套厚約50 m的含膏巖層，區(qū)內(nèi)含膏巖層長期處于較大埋深條件，塑性強(qiáng)，對油氣具有較好的封蓋作用，含膏巖層下伏地層是油氣生成、運(yùn)聚、成藏的有利層系。

圖5 潘津布拉克剖面塔姆其薩依組有機(jī)地化綜合剖面