0 引言
随着深层—超深层勘探的不断深入，深层古老烃源岩的分布及生烃中心越来越受到地质学者的重视。塔里木盆地是中国含油气面积最大的克拉通盆地，勘探目的层系多。“九五”期间，许多学者[1,2]已认识到中下寒武统有机质丰度烃源岩，基本明确了海相烃源岩的有机相特征和平面分布规律及成熟度演化，近年来，随着中深1C井在下寒武统获得工业油气流[3]，取得了塔里木盆地寒武系白云岩勘探的重要发现；油气研究发现，中深1C井油气源来自于下寒武统玉尔吐斯组烃源岩[4]，为寒武系原生油气藏，使寒武系已成为塔里木盆地油气勘探的重点层系之一。但由于寒武系钻井少，寒武系勘探及石油地质研究仍处在前期探索准备阶段，烃源岩分布不清楚，已成为制约寒武系勘探选区的重要因素。关于下寒武统玉尔吐斯组烃源岩的研究，许多学者在沉积环境等方面做了研究工作[5,6,7,8,9]， Zhu等[10]、任荣等[11] 、吴林等[12] 、陈强路等[13] 、杨鑫等[14,15]研究认为前寒武系古构造格局控制了寒武系沉积结构及烃源岩发育的环境，但对寒武系沉积前的震旦系地质结构并未做详细研究。许多学者在下寒武统的烃源岩分布方面有一定的分歧:崔海峰等[16]、熊冉等[17]认为塔西南地区下寒武统与前寒武系地层具有继承性，分布北东向条带烃源岩；何金有等[18]认为塔西南地区早寒武世为隆起背景，不发育烃源岩；潘文庆等[19] 认为塔西南地区早寒武世为隆起背景，在古隆起南侧发育烃源岩。另外玉尔吐斯组地层较薄，盆地内钻井仅有一口，因此预测玉尔吐斯组的分布有一定的困难，前人[20,21,22]对于玉尔吐斯组的分布预测主要是基于地质认识，对于薄层地层的预测是否连续稳定，并没有做地球物理方面的工作，目前模型正演是识别薄层地层的有效方法。本文拟通过野外露头及盆地内钻井分析玉尔吐斯组与塔东地区西大山组及西山布拉克组烃源岩的分布特征，综合分析下寒武统烃源岩的沉积环境。利用模型正演，模拟玉尔吐斯组的沉积环境；结合研究区近年来新处理拼接的地震大剖面74条，集中解决塔里木盆地前寒武系—寒武系地质结构问题，分析震旦系沉积地貌，旨在解决塔里木盆地内部下寒武统烃源岩分布特征，指导盆地有利勘探区带的优选。
1 地质概况
塔里木盆地位于中国新疆维吾尔自治区南部，面积约56×104km2。受天山、昆仑山、阿尔金山构造活动的影响，盆地现今构造可划分为“四隆五坳”9个二级构造单元，由北往南分别为库车坳陷、塔北隆起、北部坳陷、巴楚隆起、塔中隆起、东南隆起、西南坳陷、塘古坳陷及东南坳陷。塔里木盆地内揭示寒武系/前寒武系界线的钻井18口，主要分布在巴楚隆起、塔中隆起、塔东隆起、塔北隆起（图1）；盆地周缘露头剖面主要发育在3个地区，即塔北柯坪地区、塔西南铁克里克地区、塔东库鲁克塔格地区。
表1 塔里木盆地寒武系地层划分对比Table 1 Comparison of Cambrian stratigraphic division in the Tarim Basin |
| 系 | 统 | 塔西台地区 | 塔东地区 | |
|---|---|---|---|---|
| 奥陶系 | 下统 | 蓬莱坝组 | 突尔沙克塔格组 | 突尔沙克塔格组 |
| 寒 武 系 | 上统 | 丘里塔格组 | ||
| 中统 | 阿瓦塔格组 | 莫合尔山组 | 莫合尔山组 | |
| 沙依里克组 | ||||
| 下统 | 吾松格尔组 | 西大山组 | 雅尔当山组 | |
| 肖尔布拉克组 | ||||
| 西山布拉克组 | ||||
| 玉尔吐斯组 | ||||
2 烃源岩野外露头及沉积环境分析
前人对下寒武统烃源岩野外剖面作了许多工作，野外露头剖面观察结果显示玉尔吐斯组底部为黑色薄层硅质岩、中段为黑色页岩、上段为云灰岩，夹少量泥岩，与下伏震旦系为平行不整合接触；这套地层在盆地多个露头岩性剖面中可横向对比，烃源岩层段主体为中段的黑色页岩，不同露头区厚度不同，总体为15~25m，TOC平均值>4%；与盆地内星火1井岩性组合类似，主要为较深水斜坡环境沉积；寒武系西山布拉克组和西大山组烃源岩露头区主要位于库鲁克塔格地区，主体底部以平行不整合与震旦系汉格尔乔克组冰碛岩接触。西山布拉克组主体及西大山组下部主要为黑灰色团块状及薄层状硅质岩、硅质泥岩夹少许同色或褐灰色、深灰色薄层状泥岩、泥质岩，硅质岩和泥晶灰岩均发育有微细水平层理，属典型的欠补偿盆地相沉积，烃源岩厚度分布在60~100m之间，TOC平均值为1%~3%，与盆地内塔东2井岩性组合类似[图2（b）]。
总体而言，下寒武统烃源岩形成于寒武纪早期，在持续海侵背景下，形成于斜坡—盆地沉积环境，该套烃源岩分布稳定，为水体相对较深的沉积[图2（a）]。
3 盆地内下寒武统烃源岩分布特征
由于揭示玉尔吐斯组的钻井仅有星火1井，而塔东地区钻揭下寒武统烃源岩的钻井较多，因此刻画玉尔吐斯组烃源岩的分布相对困难。本文在分析烃源岩发育的沉积环境基础上，利用模型正演，分析玉尔吐斯组不同沉积环境下的地震反射特征，通过地震反射特征与地质认识，刻画玉尔吐斯组边界。最终利用钻井、下寒武统厚度及沉积相和震旦系古地貌特征联合约束的方法进行下寒武统烃源岩厚度分布预测。
3.1 盆地内下寒武统烃源岩钻井特征
盆地内钻揭下寒武统烃源岩的钻井共7口， 塔北隆起1口，塔东地区6口。寒武系底部玉尔吐斯组烃源岩在塔北地区野外露头中分布广泛，但盆地内钻井除星火1井钻遇好的烃源岩外，其余多口钻穿寒武系的井均未钻遇玉尔吐斯组烃源岩层段。星火1井玉尔吐斯组烃源岩近30m，TOC值为3%~9%[23]，钻揭的岩性组合表明，玉尔吐斯组之上、下地层岩性分别为肖尔布拉克组纯云岩及震旦系顶部纯云岩段[图3(a)]，与该组近30m的黑色页岩形成波阻抗差，星火1井标定黑色页岩段对应于该套强反射层顶部的强波峰—上部波谷即半个相位[图3(b)]。塔东地区钻井表明，尉犁1井、塔东2井、塔东1井、米兰1井、英东2井下寒武统西山布拉克组和西大山组烃源岩厚度分布在60~100m之间 ，平均TOC值为1%~3%，地层连续性较好，但暗色泥岩段厚度有一定差异性，塔东1井、塔东2井烃源岩层段厚度明显小于米兰1井、英东2井及尉犁1井[图3(c)]。
3.2 玉尔吐斯组模型正演
盆地内钻遇玉尔吐斯组烃源岩地层的仅星火1井，给盆地内部玉尔吐斯组的预测带来了一定的困难。从多个野外露头剖面玉尔吐斯组的分布来看，其厚度相对稳定，且具备一定横向可对比性，表明该套烃源岩沉积相对稳定，推测该套地层在盆地内也具备此特点；不同沉积环境的烃源岩厚度不同，因此建立地质模型，利用模型模拟玉尔吐斯组在盆地内部的地震反射特征，对利用地震资料识别玉尔吐斯组是十分必要的。本文采用“Tesseral”软件，选取2D—1C正演模型，进行波阻抗正演。本文正演模拟目的层为玉尔吐斯组，为了突出玉尔吐斯组正演模拟结果，本文建立地层模型时，参考野外剖面相序及实际地震剖面，并进行了一定的优化：①模型将中寒武统地层拉平：中寒武统在塔西台地为膏盐湖蒸发潮坪沉积，分布面积大，厚度相对稳定；②星火１井下寒武统上覆为白垩系沉积，中间缺失多套地层，因此将白垩系与中寒武统拉平至统一界面；③下寒武统吾松格尔组沉积厚度薄，将其地层与肖尔布拉克组合并；④根据野外观察特点，优选台地—斜坡—盆地该套沉积序列建立地质模型。地质模型中，上部（中寒武统）除星火1井寒武系顶部白垩系砂岩外，从台地到盆地，主要发育膏盐岩—砂屑云岩—泥质灰岩—灰质泥岩；中部（肖尔布拉克组）从台地到盆地，主要发育白云岩—泥质灰岩—灰质泥岩；下部为震旦系大套藻屑云岩；模型中岩性充填速度优选钻遇井段的声波时差值计算，其中震旦系藻云岩148μs/m、下寒武统砂屑云岩164μs/m、玉尔吐斯组泥岩246μs/m，中寒武统膏云岩、含膏云岩约为230μs/m，泥质灰岩—及泥灰岩为164~196μs/m。地质模型主要模拟玉尔吐斯组厚度发生变化及下伏地层岩性发生变化分4个情况：①当玉尔吐斯组泥岩厚度稳定分布时，地震反射呈现“波峰—波谷—波峰”的反射特征，地震反射同相轴连续[图4（a）]，与盆地的实际地震资料相符合；②当玉尔吐斯组泥岩减薄时，地震反射在减薄区或消失区，地震反射轴减少，呈“波谷—波峰”特征[图4（b）]；③当玉尔吐斯组泥岩厚度增加时，地震反射轴增加，呈多个“波峰—波谷—波峰”高频反射特征[图4（c）]。④塔里木盆地南部前寒武系基底主体为花岗岩基底[24,25]，寒武系地层沉积在花岗岩基底之上，正演结果表明，玉尔吐斯组沉积在花岗岩与震旦系白云岩地层上并无明显变化[图4（d）]。
3.3 玉尔吐斯组边界刻画
基于星火１井标定的地震剖面及正演模型分析，认为玉尔吐斯组烃源在地震剖面上表现为强波峰—波谷—波峰的反射特征。根据该反射特征，通过地震追踪，刻画该套烃源岩分布。由塔北—塔中—古城地区过星火1井的地震剖面可看出，玉尔吐斯组烃源岩反射特征明显，在塔西台地上连续分布[图５(a)]；从钻穿寒武系的多口探井表明，巴楚隆起及塔中隆起并未钻遇玉尔吐斯组烃源岩，多条剖面显示下寒武统在坳陷—隆起方向存在地层突变区，隆起部位地层厚度减薄，烃源岩反射特征不明显，坳陷方向可见清晰强波阻的烃源岩反射特征，如图５(b)—图5(e)；盆地西南缘寒武系底界上存在强波阻抗反射，同时具上超特征，推测其下寒武统早期塔西南地区为古隆起，下寒武统超覆沉积于该古隆起南部斜坡，可能存在玉尔吐斯组同时期烃源岩[图５(f)]；轮南地区寒武系台缘带往盆地方向，寒武系底部存在高频多套强相位组合，推测可能为玉尔吐斯组烃源岩加厚区[图５(g)]；塔东地区下寒武统烃源岩（西大山组—西山布拉克组），多口钻井表明其烃源岩厚度为50~100m，其下寒武统在地震可对比追踪[图５(h)]；由塔西台地向塔东地区的地震剖面看出,下寒武统地层分布连续且稳定[图５(i)]。
尽管利用地震资料在一定程度上可以追踪识别玉尔吐斯组烃源岩，但受不同年代资料品质的限制，仅靠地震资料刻画薄层烃源岩的厚度具有一定的局限性，因此需结合其他地质资料分析烃源岩的分布特征。
4 前寒武系沉积背景及下寒武统烃源岩分布
从野外露头及地震剖面分析，塔北及塔东地区下寒武统与震旦系主要为平行不整合接触，下寒武统烃源岩为海侵背景下的较深水沉积，因此震旦系地形对下寒武统的沉积，特别是早寒武世烃源岩分布有重要影响及控制作用。通过井震标定及地震剖面解释，编制塔里木盆地震旦系厚度图。震旦系残余厚图表明震旦系有3个沉积中心，分别为北部沉积中心、塔东地区南部沉积心及塔西南沉积中心[图6（a）]。塔东地区南部沉积中心最大残余厚度为3 000m，表现为北厚南薄的断陷沉积，在近东西向地震剖面上表现为透镜状的断陷沉积[图5（h）]；盆地北部沉积最大残余厚度为2 000m，位于库南井区一带,从研究区震旦系残余厚度图可以看出，震旦系沉积时期轮南地区于奇6井、塔深1井以东、有明显厚度加厚区[图5（g）]；在地震剖面上可以看出，震旦系沉积在寒武系台缘礁往陆棚方向存在地层加厚，远端变陡的特征，表明该时期古地貌，具有碳酸盐岩台地沉积特征[图5（i）]；塔西南沉积中心，厚度及规模都相对较小。
本文综合下寒武统厚度、沉积相与震旦系残余厚度分布联合约束的方法进行下寒武统烃源岩厚度分布预测[图6（c）]，下寒武统烃源岩总体具有东部厚西部薄、北厚南薄的特征。认为下寒武统烃源岩主要受沉积环境及古地貌控制，西部台地相区烃源岩中心位于满西台凹，预测厚度为30~60m。东部盆地相区，烃源岩中心分布于轮东和英东2个斜坡区，厚度为60~100m。
5 结论
(1)下寒武统烃源岩形成于寒武纪早期，在持续海侵背景下，形成于斜坡—盆地沉积环境，该套烃源岩分布稳定，为水体相对较深的沉积。
(2)下寒武统烃源岩受沉积环境及古地貌控制，具有东部厚西部薄、北厚南薄的特征。西部台地相区烃源岩厚值区位于满西台凹，预测厚度为30~60m。东部盆地相区，烃源岩厚值区分布于轮东和英东2个斜坡区，厚度为60~100m。
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