楊赟昊，高志前，樊太亮，劉旺威

（1.中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126）

0 引言

塔里木盆地是中國(guó)最大的含油氣盆地，周緣受天山、昆侖山、阿爾金山構(gòu)造活動(dòng)的影響，盆地現(xiàn)今有4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，即東北坳陷區(qū)、中央隆起區(qū)、西南坳陷區(qū)和東南斷隆帶[1]。埃迪卡拉紀(jì)與寒武紀(jì)之交，經(jīng)歷了岡瓦納超大陸聚合、埃迪卡拉動(dòng)物群絕滅、小殼動(dòng)物群出現(xiàn)、海平面上升等若干缺氧事件[2]，由此在塔里木盆地北緣下寒武統(tǒng)底部沉積了一套富有機(jī)質(zhì)的黑色巖系。由于該層系埋藏深度超過8 000 m[3]，構(gòu)造地質(zhì)特征復(fù)雜，勘探成本高，因而制約了油氣勘探的進(jìn)程。隨著深層油氣勘探技術(shù)的進(jìn)步，下寒武統(tǒng)黑色巖系的勘探潛力逐步得到關(guān)注。鑒于此，筆者通過對(duì)西北緣阿克蘇-溫宿地區(qū)和東北緣庫魯克塔格地區(qū)多條野外露頭剖面的研究及取樣分析，對(duì)其巖性、沉積相及烴源巖特征開展研究，由此分析兩緣控?zé)N模式，為塔里木盆地深層有利目標(biāo)區(qū)勘探提供理論參考。

1 地質(zhì)概況

塔里木西北緣柯坪地區(qū)東起阿克蘇和溫宿一帶，南以柯坪—沙井子斷裂分界，西止于阿圖什北，北至皮羌—蘇巴什一線[4]。研究區(qū)橫向發(fā)育6排構(gòu)造帶（F1—F6）（見圖1[5]）。構(gòu)造帶延伸 5～30 km，斷距在 2 000 m以內(nèi)，斷裂在西片奧依皮克—于提希剖面呈東西走向，在東片什艾日克—磷礦溝剖面呈北東—南西走向。下寒武統(tǒng)露頭多分布在構(gòu)造斷裂帶兩側(cè)附近，自下而上為玉爾吐斯組、肖爾布拉克組和吾松格爾組[6]，黑色巖系為玉爾吐斯組。

圖1 西北緣研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及剖面位置

塔里木盆地東北緣庫魯克塔格地區(qū)，主要位于庫爾勒—若羌以東，羅布莊凸起以北，發(fā)育東西走向的興地深大斷裂，南以孔雀河斷裂為界，北以辛格爾斷裂為界[4]。 研究區(qū)發(fā)育的 2 排斷裂構(gòu)造帶（F7，F(xiàn)8）（見圖2[7]）近平行方向展布，斷距大且斷層延伸較遠(yuǎn)。F7興地?cái)嗔岩员背雎对沤鐜r漿巖，以南的下盤一側(cè)為下寒武統(tǒng)黑色巖系至新生界地層；F8孔雀河斷裂以南全部為新生界地層。黑色巖系剖面分布在F7，F(xiàn)8之間。下寒武統(tǒng)由下至上依次發(fā)育西山布拉克組和西大山組[5]，黑色巖系為西山布拉克組。

圖2 東北緣研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及剖面位置

2 巖性及沉積相特征

塔里木盆地西北緣和東北緣下寒武統(tǒng)黑色巖系的古生物類型和碳同位素顯示[8-9]，西北緣的玉爾吐斯組和東北緣的西山布拉克組為等時(shí)沉積，屬同期異相型沉積（見表1）。

表1 研究區(qū)下寒武統(tǒng)地層關(guān)系

塔里木盆地東北緣、西北緣可劃分為潮坪、陸棚、斜坡和盆地4種沉積相，以及潮間帶、潮下帶、淺水陸棚、深水陸棚、上斜坡、下斜坡及欠補(bǔ)償盆地[10]（見圖3）7種沉積亞相。根據(jù)野外露頭（見圖4）及少量鉆井資料，將東北緣、西北緣的地層精細(xì)劃分為Ⅰ—Ⅴ段（見圖5）。縱向上可分為兩大沉積旋回：Ⅰ—Ⅲ段水體經(jīng)歷了淺—深—淺的過程；Ⅳ—Ⅴ段海平面上升較快，呈現(xiàn)由深水沉積向淺水過渡的特征。

圖3 塔里木盆地北緣黑色巖系Ⅱ，Ⅳ段沉積相

圖4 塔里木盆地西北緣黑色巖系野外露頭地質(zhì)照片

圖5 塔里木盆地西北緣、東北緣下寒武統(tǒng)黑色巖系層段劃分及巖性剖面（野外露頭部分）

——Ⅰ段。受震旦紀(jì)末期柯坪運(yùn)動(dòng)的影響，造成地形起伏大，此時(shí)巴楚古隆起范圍最大。由于西北緣更靠近古隆起，水體較淺，沉積速率變緩，僅在肖爾布拉克露頭剖面發(fā)育潮下帶紫紅色白云巖，自西向東水體逐漸變深；而東北緣恰克馬克鐵什剖面發(fā)育的灰色硅質(zhì)泥巖，鏡下可見隱晶質(zhì)等自生礦物，由下往上黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，粒度極細(xì)，證明其為欠補(bǔ)償盆地。

——Ⅱ段。此期為第1次大面積海侵時(shí)期，海平面上升，古陸范圍較Ⅰ段明顯縮小，自西向東依次發(fā)育深水陸棚—上斜坡—下斜坡—欠補(bǔ)償盆地相沉積（見圖3a）。西北緣以發(fā)育泥巖、硅質(zhì)泥巖、含磷泥巖為主，間夾薄層狀石灰?guī)r及白云巖。其中蘇蓋特布拉克剖面底部見磷塊巖（見圖4a），屬深水陸棚相沉積。昆蓋闊坦西剖面底部沉積了一套黑色頁巖，夾硅質(zhì)條帶及結(jié)核（見圖4b）。于提希剖面由硅質(zhì)泥巖向上過渡為泥灰?guī)r，泥灰?guī)r段處于硫化缺氧的還原環(huán)境。肖爾布拉克剖面縱向上具有三分性，呈淺水陸棚—深水陸棚—淺水陸棚過渡的特征，造成有機(jī)質(zhì)難以有效保存，因而其烴源巖品質(zhì)較昆蓋闊坦西剖面及于提希剖面差。東北緣恰克馬克鐵什剖面下部為灰黑色頁巖，上部為硅質(zhì)巖夾泥巖，發(fā)育水動(dòng)力較弱成因的水平層理。深水硅質(zhì)巖厚度較Ⅰ段減薄，為欠補(bǔ)償盆地相沉積（見圖3a）。

——Ⅲ段。此期海平面下降，古隆起范圍較Ⅱ段明顯增大，較Ⅰ段減小，自西向東發(fā)育潮下帶（局部潮間帶）—淺水陸棚—上斜坡—下斜坡—欠補(bǔ)償盆地相沉積。西北緣以白云巖、石灰?guī)r及石灰?guī)r夾泥巖組合為主，昆蓋闊坦西（見圖4d）、于提希、蘇蓋特布拉克、肖爾布拉克剖面以潮下帶沉積為主，奧依皮克剖面砂質(zhì)白云巖處于水動(dòng)力略強(qiáng)的潮間帶，泥巖顏色多為氧化色，表明烴源巖品質(zhì)較差。東北緣恰克馬克鐵什剖面相變?yōu)榛疑栀|(zhì)巖，屬欠補(bǔ)償盆地相沉積。

——Ⅳ段。此期出現(xiàn)第2次海進(jìn)，海平面持續(xù)上升，古隆起范圍急速減小，與Ⅱ段相比，水體變淺，潮坪相沉積不發(fā)育，取而代之的是淺水陸棚相占主體（見圖3b）。西北緣以泥巖、石灰?guī)r或白云巖的不等厚互層為主（見圖4e），發(fā)育淺水陸棚相沉積。東北緣恰克馬克鐵什剖面主要為硅質(zhì)巖夾泥巖，仍屬欠補(bǔ)償盆地相沉積（見圖3b）。

——Ⅴ段。此期海平面下降，但降幅有限，古隆起范圍較Ⅳ段略有增大，潮下帶最發(fā)育，其次是淺水陸棚相。西北緣以白云巖、灰質(zhì)白云巖、砂質(zhì)白云巖為主（見圖4f），表明潮下帶沉積占主體。東北緣恰克馬克鐵什剖面以硅質(zhì)巖夾泥巖為主，均屬欠補(bǔ)償盆地相沉積。

整體而言，西北緣黑色巖系主要發(fā)育在Ⅱ段中下部、Ⅳ段的中上部，其中以昆蓋闊坦西剖面、于提希剖面、蘇蓋特布拉克剖面的Ⅱ段黑色巖系最為發(fā)育，是主力烴源巖。

3 烴源巖特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

揭示玉爾吐斯組的鉆井較少，僅有庫車坳陷的星火1井及孔雀河斜坡的尉犁1井。星火1井玉爾吐斯組烴源巖厚度近30 m，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）在3.00%～9.00%[11]。西北緣于提希剖面Ⅱ段黑色巖系TOC為0.16%～17.20%，平均2.92%；Ⅳ段TOC為0.07%～2.04%，平均0.60%[12]：顯示Ⅱ段黑色巖系有機(jī)質(zhì)豐度更高。昆蓋闊坦西剖面Ⅱ段取樣分析43塊，TOC在1.16%～6.00%；Ⅳ段取樣分析12塊，2塊TOC大于1.00%，4塊TOC大于0.50%。蘇蓋特布拉克剖面因采礦挖掘，玉爾吐斯組坍塌嚴(yán)重，出露情況不如昆蓋闊坦西剖面和于提希剖面[13]，根據(jù)有關(guān)的野外踏勘資料，僅在Ⅳ段測(cè)得TOC大于1.00%、厚度為5 m的灰黑色頁巖。肖爾布拉克剖面玉爾吐斯組底部為一套灰白色的含磷頁巖，TOC 小于 0.50%，可能與風(fēng)化作用嚴(yán)重有關(guān)[13]；但在玉爾吐斯組上部的肖爾布拉克組見到含瀝青砂巖，推測(cè)該剖面發(fā)育玉爾吐斯組烴源巖。

東北緣恰克馬克鐵什剖面黑色巖系的樣品TOC介于0.94%～1.26%，尉犁1井70塊樣品的TOC平均值為1.19%，TOC較低，生烴潛力不高。

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

西北緣不同剖面的熱演化程度不同。其中：于提希、蘇蓋特布拉克剖面干酪根類型為Ⅰ—Ⅱ型，肖爾布拉克剖面烴源巖干酪根類型為Ⅱ—Ⅲ型。與西北緣不同，東北緣干酪根類型均為Ⅱ—Ⅲ型，奇偶均勢(shì)[14]（OEP值為1.09～1.16），表明頁巖樣品有機(jī)質(zhì)演化已達(dá)成熟或過成熟階段。

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

鏡質(zhì)組反射率（Ro）是反映有機(jī)質(zhì)成熟度最有效的指標(biāo)。由于研究區(qū)黑色巖系形成年代早，難以通過傳統(tǒng)手段直接測(cè)得，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式換算。塔里木盆地西北緣下寒武統(tǒng)黑色巖系Ro在1.300%～1.600%，屬于生氣階段，具有良好生烴潛力。東北緣Ro平均為2.286%[15]，處于過成熟階段，烴源巖可溶烴和熱解烴近乎逸散殆盡，生烴潛力較低。

4 烴源巖發(fā)育模式

晚震旦世，柯坪運(yùn)動(dòng)將西北緣地形抬升。根據(jù)野外觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)西北緣寒武系/震旦系界面廣泛發(fā)育平行不整合面，這是造陸運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)。綜合巖性觀察與描述，認(rèn)為早寒武世西北緣黑色巖系沉積環(huán)境為快速海侵作用下的陸棚-碳酸鹽巖臺(tái)地，分布受隆坳地形的影響（見圖6[12-13]）。樊奇等[12]通過對(duì)西北緣于提希剖面的研究，發(fā)現(xiàn)玉爾吐斯組巖石有重晶石、磷結(jié)核等，認(rèn)為其富集了包括 V，U，Ni，Ba，Mo，Cu，Zn 等微量元素，表明塔里木盆地西北緣在早寒武世初期處于缺氧還原和熱液活動(dòng)的海水環(huán)境。寒武紀(jì)之前，南天山洋已發(fā)展為成熟洋盆，推測(cè)熱液來源于塔里木盆地西北緣和南天山洋之間被動(dòng)大陸邊緣的強(qiáng)烈活動(dòng)引發(fā)深部殼源熱液的噴流。沉積期時(shí)，熱液作用使地溫梯度變高，地殼大面積抬升或沉降，呈現(xiàn)隆坳格架。在這一格架下，熱液作用有利于激發(fā)海洋底棲菌藻的繁盛[7]，同時(shí)沉積速率較低的缺氧還原水體環(huán)境，也有利于玉爾吐斯組烴源巖的形成。

圖6 塔里木盆地北緣下寒武統(tǒng)黑色巖系構(gòu)造環(huán)境模式

東北緣黑色巖系大構(gòu)造為被動(dòng)大陸邊緣，沉積環(huán)境為陸棚-碎屑巖盆地。新元古代廣泛沉積碎屑巖盆地沉積物，不發(fā)育或較少發(fā)育碳酸鹽巖，僅在元古代最后一期冰期，即晚震旦世可見。與西北緣不同，寒武系/震旦系沉積轉(zhuǎn)換期形成的角度不整合[16]，是早期造山運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，經(jīng)歷了巖漿活動(dòng)等（見圖6）。盆地經(jīng)歷充填補(bǔ)償，多套薄層硅質(zhì)巖與泥巖堆積，體現(xiàn)了盆地的沉積旋回性。上升洋流雖然是形成缺氧環(huán)境的重要因素之一，但強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)破壞了東北緣烴源巖的保存環(huán)境。

5 結(jié)論

1）塔里木盆地西北緣、東北緣下寒武統(tǒng)黑色巖系的差異性體現(xiàn)在巖性上，西北緣以薄層泥頁巖和薄層碳酸鹽巖互層為主，東北緣主要為硅質(zhì)巖、頁巖等。體現(xiàn)在沉積環(huán)境上，西北緣為潮坪、陸棚的淺水沉積，有陸源碎屑物質(zhì)輸入，距離古陸較近；東北緣為深海盆地-斜坡的深水沉積，表現(xiàn)為持續(xù)的海進(jìn)過程。

2）塔里木盆地西北緣黑色巖系厚度在15～25 m，Ⅰ段僅在肖爾布拉克剖面等附近發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷造陸運(yùn)動(dòng)使黑色巖系連片分布。東北緣Ⅰ—Ⅴ段黑色巖系較西北緣厚，在50～70 m，各段之間的厚度沒有明顯變化，經(jīng)歷強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)，黑色巖系近乎不發(fā)育。

3）從發(fā)育模式看，塔里木盆地西北緣隆坳格架下的熱液作用有利于激發(fā)水體底棲藻的大量繁盛，缺氧的水體環(huán)境有利于玉爾吐斯組烴源巖的形成；東北緣盆地充填補(bǔ)償作用雖使烴源巖沉積厚度增加，但強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)破壞了有機(jī)質(zhì)保存環(huán)境。因此，西北緣黑色巖系中烴源巖的品質(zhì)優(yōu)于東北緣。