塔北奧陶系碳酸鹽巖沉積演化特征及臺(tái)地發(fā)育模式

趙學(xué)欽，楊海軍，馬 青，周成剛，孫崇浩，尹鐵君，蔡 泉，孫仕勇

(1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010;2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000;3.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500;4.中國石油東方地球物理有限責(zé)任公司研究院庫爾勒分院，新疆 庫爾勒 841000)

碳酸鹽巖沉積相模式不但可以反映沉積時(shí)的水動(dòng)力、古氣候條件、海平面升降、大地構(gòu)造背景以及它們的演化特點(diǎn)，也是描繪和模擬碳酸鹽巖中的儲(chǔ)集相的有效工具［1-3］。塔里木盆地古生界尤其是寒武系—奧陶系碳酸鹽巖地層分布面積廣，厚度大，油氣勘探潛力大［4-14］，目前發(fā)現(xiàn)和探明了塔河、哈德遜、英賣力、塔中一號(hào)斷裂折坡帶［7-11］等油氣田。塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖是塔里木盆地油氣重要的產(chǎn)量區(qū)帶，目前已建成塔河、哈德遜、英賣力等多個(gè)油氣區(qū)塊。本文在沉積相類型研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)塔北奧陶系碳酸鹽巖地層沉積相類型及相帶區(qū)域分布特征開展研究，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征和沉積背景，建立奧陶系碳酸鹽巖沉積演化模式。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于塔里木盆地北部(以下簡稱塔北)，北靠庫車坳陷，南鄰滿加爾凹陷，包括輪南、英買力及哈拉哈塘等地區(qū)，呈近東西向展布［15，16］(圖1)。區(qū)內(nèi)奧陶系地層可劃分為下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組(O1p)，中下奧陶統(tǒng)鷹山組(O1-2y)，中奧陶統(tǒng)一間房組(O2y)，上奧陶統(tǒng)吐木休克組(O3t)、良里塔格組(O3l)和桑塔木組(O3s)［17，18］。下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組主要在研究區(qū)北部鉆遇，而且僅少數(shù)井鉆遇，該組巖性以云質(zhì)泥晶灰?guī)r為主夾砂屑灰?guī)r、砂屑云巖;中、下奧陶統(tǒng)鷹山組可以分為4段，其中鷹一段和鷹二段為中奧陶統(tǒng)，巖性以泥晶灰?guī)r為主夾砂屑灰?guī)r，屬開闊臺(tái)地臺(tái)內(nèi)洼地夾臺(tái)內(nèi)砂屑灘沉積;鷹三段和鷹四段為下奧陶統(tǒng)，巖性為泥晶灰?guī)r、顆?；?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖、白云巖、灰質(zhì)泥巖薄互層，屬半局限臺(tái)地沉積。一間房組巖性以亮晶顆?；?guī)r為主夾生物灰?guī)r、泥晶灰?guī)r薄層，沉積相為開闊臺(tái)地淺灘夾點(diǎn)礁。上奧陶統(tǒng)吐木休克組是塔北地區(qū)的區(qū)域性標(biāo)志層，巖性以棕色、青灰色泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r為主，為臺(tái)地整體沉沒至上斜坡時(shí)期的沉積;良里塔格組巖性以瘤狀灰?guī)r為主，上部出現(xiàn)較純的臺(tái)緣礁灘體砂屑灰?guī)r和生物灰?guī)r，為臺(tái)地邊緣-斜坡沉積;桑塔木組巖性以深灰色泥巖為主夾灰?guī)r，為混積陸棚-斜坡盆地沉積［19］。從區(qū)域地層分布情況看，在靠近塔北古隆起中部區(qū)域的奧陶系遭到強(qiáng)烈剝蝕，而在南部地區(qū)奧陶系保存較全(圖1)。

圖1 塔北地區(qū)奧陶系分布圖Fig.1 Distribution of the Ordovician strata in northern Tarim Basin

2 沉積相展布規(guī)律

研究區(qū)上奧陶統(tǒng)吐木休克組巖性從青灰色、灰綠色泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r相變到棕褐色瘤狀灰?guī)r再相變到棕褐色鈣質(zhì)泥巖，測(cè)井曲線特征明顯，自然伽瑪和電阻率曲線均表現(xiàn)為漏斗型特征，其在全區(qū)分布且易于對(duì)比。因此，吐木休克組通常被作為塔北奧陶系的對(duì)比標(biāo)志層［19］。

本次研究將吐木休克組的頂拉平進(jìn)行區(qū)域沉積相分析，建立東西向區(qū)域連井沉積相對(duì)比圖(圖2)，該連井剖面西起英買力低凸起YM2井、YM101井，穿過哈拉哈塘凹陷HA6井、HD17井，東至輪南低凸起的LG35井、LG36井。分析表明，中下奧陶統(tǒng)鷹山組、一間房組和上奧陶統(tǒng)吐木休克組的沉積相橫向分布較穩(wěn)定，上奧陶統(tǒng)良里塔格組沉積相橫向變化較大。具體特征如下:

(1)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組和中下奧陶統(tǒng)鷹山組下部(鷹三段、鷹四段)在本區(qū)僅有少數(shù)井鉆遇并鉆穿，巖性主要為粉晶云巖、細(xì)晶云巖與含云灰?guī)r呈近等厚互層，間夾薄層狀砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，為局限臺(tái)地瀉湖-潮坪相夾障壁灘壩沉積，厚度分布穩(wěn)定，東部LG36井附近障壁灘壩發(fā)育。中下奧陶統(tǒng)鷹山組鷹二段下部為泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r、含云灰?guī)r、粉晶云巖、細(xì)晶云巖互層(圖3b)，上部以泥晶灰?guī)r為主，間夾中厚層狀砂屑灰?guī)r，表現(xiàn)為半局限臺(tái)地向開闊臺(tái)地沉積環(huán)境的轉(zhuǎn)變，主要為灘間海夾砂屑灘沉積，厚度分布穩(wěn)定，東部LG36井附近砂屑灘發(fā)育。

(2)中下奧陶統(tǒng)鷹山組鷹一段的巖性在YM2井區(qū)、HA6井區(qū)和HD23井區(qū)主要以褐灰色含燧石結(jié)核泥晶灰?guī)r為主夾砂屑灰?guī)r和砂礫屑灰?guī)r薄層(圖3a)，為開闊臺(tái)地臺(tái)內(nèi)洼地沉積物，在YM101井區(qū)和輪南低凸起的LG35井區(qū)、LG36井區(qū)巖性主要為亮晶砂屑灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r，為開闊臺(tái)地臺(tái)內(nèi)灘夾灘間海沉積，并且厚度分布比較穩(wěn)定。

(3)中奧陶統(tǒng)一間房組沉積時(shí)期的沉積相類型基本繼承了鷹山組開闊臺(tái)地相特征，但海水變淺，為開闊臺(tái)地臺(tái)內(nèi)淺灘夾托盤類生物點(diǎn)礁，發(fā)育為砂屑灰?guī)r、砂礫屑灰?guī)r夾托盤類生物灰?guī)r(圖3d)。HD17井區(qū)的一間房組沉積物變粗，發(fā)育砂礫屑灰?guī)r和塌積角礫巖(圖3c)，顯示出HD17井區(qū)的海水較淺、波浪能量高的沉積特征;在YM2井區(qū)，一間房組巖性較細(xì)，為砂屑灰?guī)r和生屑砂屑灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r薄層。一間房組和鷹山組的分層界線較難確定，特別是在HA6井區(qū)。

圖2 塔北奧陶系碳酸鹽巖沉積相東西向連井對(duì)比剖面Fig.2 EW-trending well-tie section correlation of the sedimentary facies of the Ordovician carbonate rocks in northern Tarim Basin

(4)奧陶系上統(tǒng)吐木休克組地層在研究區(qū)沉積厚度穩(wěn)定，沉積物和沉積序列特征基本一致，巖性從青灰色/灰綠色泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r相變到棕褐色瘤狀灰?guī)r再相變到棕褐色鈣質(zhì)泥巖(圖3e、f)，沉積相均為沉沒臺(tái)地-斜坡相，反映了塔北地區(qū)中奧陶統(tǒng)一間房組為開闊臺(tái)地整體沉沒至上斜坡的沉積特征。

(5)奧陶系上統(tǒng)良里塔格組的沉積厚度和沉積相變化較大，哈得17、YM2和YM1井區(qū)良里塔格組沉積厚度較薄，主要為鮞?；?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r夾薄層泥巖(圖3h、i、j)，為臺(tái)內(nèi)洼地(灘間海)沉積;而在HA6井區(qū)、LG35井區(qū)和輪古36井區(qū)，良里塔格組上部沉積了較厚的臺(tái)地邊緣臺(tái)緣洼地瘤狀灰?guī)r和臺(tái)緣灘砂屑灰?guī)r沉積(圖3g)，顯示出孤立臺(tái)地沉積特征，頂部出現(xiàn)較純的砂屑灰?guī)r和砂礫屑灰?guī)r沉積物(圖3h)，沉積時(shí)能量較高，顯示沉積期曾經(jīng)暴露于海平面之上。

3 碳酸鹽巖臺(tái)地沉積演化模式探討

通過對(duì)研究區(qū)鉆井巖石特征、沉積結(jié)構(gòu)的研究，以及沉積相在縱橫向剖面上的組合變化特征的詳細(xì)分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征和沉積背景，根據(jù)威爾遜碳酸鹽巖臺(tái)地沉積模式［3］，建立了塔北地區(qū)奧陶紀(jì)之不同時(shí)期的碳酸鹽巖臺(tái)地沉積模式(圖4)。

3.1 早奧陶世局限臺(tái)地-半局限臺(tái)地沉積

從塔北地區(qū)蓬萊壩組和鷹山組下部地層巖性組合關(guān)系看，塔北地區(qū)的早奧陶世沉積格局是寒武紀(jì)沉積格局的沿續(xù)［18，20］，發(fā)育泥晶灰?guī)r與細(xì)晶白云巖、粉晶白云巖呈略等厚互層沉積，為局限臺(tái)地-半局限臺(tái)地沉積環(huán)境。局限臺(tái)地可進(jìn)一步劃分為潮坪、瀉湖和障壁灘壩3個(gè)亞相，半局限臺(tái)地進(jìn)一步劃分為半局限瀉湖、臺(tái)內(nèi)灘和灘間海3個(gè)亞相(圖4A)。

3.2 中奧陶世開闊臺(tái)地沉積

塔北地區(qū)中奧陶統(tǒng)包括鷹山組上部和一間房組，巖性組合下部以泥晶灰?guī)r為主夾亮晶顆?；?guī)r，往上顆粒逐漸變粗;上部以亮晶顆?；?guī)r為主夾泥晶灰?guī)r。一間房組出現(xiàn)生物礁灰?guī)r。從沉積環(huán)境上看，塔北地區(qū)中奧陶世為開闊臺(tái)地沉積環(huán)境(圖4B)，水體深度向上變淺;地層厚度上，厚度穩(wěn)定，無顯著性變化。中奧陶世開闊臺(tái)地可進(jìn)一步分為臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)內(nèi)生物點(diǎn)礁、灘間海(臺(tái)內(nèi)洼地)3個(gè)亞相［19］，其中臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁主要分布在中奧陶統(tǒng)一間房組。

圖3 塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖沉積特征Fig.3 Description of the Ordovician carbonate rocks in northern Tarim Basin

圖4 塔北奧陶系碳酸鹽巖臺(tái)地演化模式Fig.4 Models showing the evolution of Ordovician carbonate platforms in northern Tarim Basin

3.3 晚奧陶世初期沉沒臺(tái)地沉積

晚奧陶世吐木休克組沉積時(shí)期，塔北地區(qū)整體沉降，沉積界面逐漸沉沒于正常浪基面之下。下部巖性為褐灰色、紅灰色泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r，向上過渡為紅色、灰綠色鈣質(zhì)泥巖、泥巖，反應(yīng)了向上水體變深，泥質(zhì)含量增加。測(cè)井曲線向上自然伽馬顯著升高、電阻率顯著降低，表現(xiàn)為鐘形。沉積環(huán)境為靜水、低能沉積環(huán)境，受風(fēng)暴浪作用時(shí)可形成中高能的風(fēng)暴沉積層，平面上沉積相組合表現(xiàn)為沉沒臺(tái)地-斜坡-盆地［19］(圖4C)。

3.4 晚奧陶世開闊臺(tái)地-臺(tái)地邊緣沉積

上奧陶統(tǒng)良里塔格組沉積時(shí)期，伴隨著構(gòu)造活動(dòng)，塔北地區(qū)開始整體抬升，但抬升幅度略小于海平面上升幅度［21］。晚奧陶世早中期主要發(fā)育開闊臺(tái)地，但水體深度較中奧陶世加深，沉積物以鮞?；?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r為主，為臺(tái)內(nèi)洼地亞相夾臺(tái)內(nèi)灘。良里塔格組沉積晚期，塔北地區(qū)演化為臺(tái)地邊緣系統(tǒng)，沿LG36-LG35-HD27-HA6井一帶形成了一定厚度和規(guī)模的臺(tái)緣礁灘體沉積組合，臺(tái)地邊緣發(fā)育臺(tái)緣灘和臺(tái)緣洼地組合(圖4D)。臺(tái)地邊緣發(fā)育歷史較短，為一個(gè)早期夭折型臺(tái)地邊緣事例［19］。

4 結(jié)論

通過對(duì)塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖的巖石特征、沉積結(jié)構(gòu)的研究，以及沉積相在縱、橫向剖面上的組合變化特征的詳細(xì)分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征和沉積背景，建立了塔北地區(qū)奧陶紀(jì)不同時(shí)期的沉積模式:

(1)研究區(qū)蓬萊壩組、鷹山組鷹四段、鷹三段為局限臺(tái)地相，鷹二段為半局限臺(tái)地相，鷹一段和一間房組沉積時(shí)期均屬于碳酸鹽開闊臺(tái)地相，向上水體不斷變淺，一間房組沉積時(shí)期開始出現(xiàn)點(diǎn)礁;上奧陶統(tǒng)吐木休克組沉積時(shí)區(qū)域整體沉降，為沉沒臺(tái)地-斜坡-盆地沉積。

(2)上奧陶統(tǒng)良里塔格組沉積時(shí)盆地整體抬升，為臺(tái)地邊緣-斜坡沉積環(huán)境。早、中期以發(fā)育碳酸鹽開闊臺(tái)地為特征，晚期演化為臺(tái)地邊緣系統(tǒng)，沿LG36-LG35-HD27井-HA6井一帶形成了臺(tái)緣礁灘體沉積組合，在臺(tái)地邊緣發(fā)育臺(tái)緣灘和臺(tái)緣洼地組合。

［1］顧家裕，馬鋒，季麗丹.碳酸鹽巖臺(tái)地類型、特征及主控因素［J］.古地理學(xué)報(bào).2009，11(01):21 －22.

［2］TUCKER M E，WRIGHT V P，DICKSON J A D.Carbonate Sedimentology［M］.Oxford:Blackwell Science Ltd.，1990.

［3］WILLSON J L.Carbonate Facies in Geologic History［M］.New York:Springer-Verlag，Berlin Heidberg New York，1975.

［4］馬寶林，溫常慶.塔里木沉積巖形成演化與油氣［M］.北京:科學(xué)出版社，1991.206.

［5］顧家裕，周興熙.塔里木盆地輪南潛山巖溶及油氣分布規(guī)律［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001.268.

［6］顧家裕，張師本，朱極敏，等.塔里木盆地沉積與儲(chǔ)層［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2003.400.

［7］景建恩，魏文博，梅忠武.塔河油田奧陶系巖溶洞穴發(fā)育特征及其與油氣的關(guān)系［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2005，35(5):622－625.

［8］康玉柱.塔里木盆地寒武—奧陶系油氣勘探重大進(jìn)展及建議［J］.中國西部油氣地質(zhì)，2006，2(3):237 －240.

［9］楊寧，呂修祥，周新源，等.塔里木盆地碳酸鹽巖油氣聚集帶［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80(3):398 －405.

［10］周新源，楊海軍，韓劍發(fā)，等.中國海相油氣田勘探實(shí)例之十二塔里木盆地輪南奧陶系油氣田的勘探與發(fā)現(xiàn)［J］.海相油氣地質(zhì)，2009，14(4):67 －77.

［11］趙學(xué)欽，馬青，王振宇，等.斷裂對(duì)碳酸鹽巖地層儲(chǔ)集空間的影響——以塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖地層為例［J］.地質(zhì)科學(xué)，2010，45(1):292 －306.

［12］周慶凡，汪時(shí)成.塔北地區(qū)寒武系—奧陶系源巖含油氣系統(tǒng)研究［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，1999，23(3):274 －280.

［13］劉玉魁，鄭多明，王建寧，等.塔里木盆地英買力低凸起奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及其成巖作用［J］.天然氣地球科學(xué)，2005，16(5):587 －591.

［14］趙孟軍，秦勝飛，潘文慶，等.塔北隆起輪西地區(qū)奧陶系潛山油藏油氣來源分析［J］.新疆石油地質(zhì)，2008，29(4):478－481.

［15］賈承造等.盆地構(gòu)造演化與區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1995.174.

［16］安海亭，李海銀，王建忠，等.塔北地區(qū)構(gòu)造和演化特征及其對(duì)油氣成藏的控制［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2009，33(1):142－147.

［17］郭峰，賴生華，郭嶺.塔里木盆地大坂塔格奧陶系地層層序及沉積演化［J］.地層學(xué)雜志，2010，34(2):135 －144.

［18］王招明，姜仁旗，吳金才，等.塔里木盆地寒武系——奧陶系碳酸鹽巖層序地層特征［J］.中國石油勘探，2011(1):9－14.

［19］馬青，趙學(xué)欽，陳沛，等.輪南周緣地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖沉積相發(fā)育規(guī)律［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(4):26 －29.

［20］康玉柱.塔里木盆地寒武-奧陶系古巖溶特征與油氣分布［J］.新疆石油地質(zhì)，2005，26(5):14 －22.

［21］李偉，鮑志東，張枝煥，等.塔里木盆地奧陶紀(jì)海平面變化［J］.中國西部油氣地質(zhì)，2006(2):135 －139.