引用本文

Zhu Guangyou,Chen Feiran,Chen Zhiyong,et al.Discovery and basic characteristics of the high-quality source rocks of the Cambrian Yuertusi Formation in Tarim Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(1):8-21.[朱光有,陈斐然,陈志勇,等.塔里木盆地寒武系玉尔吐斯组优质烃源岩的发现及其基本特征[J].天然气地球科学,2016,27(1):8-21.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.01.0008

塔里木盆地寒武系玉尔吐斯组优质烃源岩的发现及其基本特征

朱光有 ,陈斐然,陈志勇,张颖,邢翔,陶小晚,马德波 

摘要  
塔里木盆地古生界海相油气资源丰富,已发现了塔河、哈拉哈塘、塔中等多个亿吨级的大型油气田,探明海相油气储量超过25×108t当量,并已建成年产海相油气超过1 400×104t当量产能,但是对主力烃源岩的认识,不同学者和勘探家们各持己见,寒武系还是奥陶系哪套是主力烃源岩一直存在争议。虽然诸多地球化学家做了大量卓有成效的工作,并有效指导了塔里木盆地油气勘探工作;但是由于盆地的复杂性和样品的限制,制约了一些研究工作的开展和精细对比,油气来源的观点未能得到勘探家们的充分认可和共识。通过对塔里木盆地寒武系野外详细踏勘和实验分析,在阿克苏地区10余个露头点发现了玉尔吐斯组优质烃源岩,岩性为黑色页岩,有机碳(TOC)值主要分布在2%~16%之间,特别是在于提希、什艾日克沟等剖面,黑色页岩层有机碳值高达4%~16%,是中国目前发现的有机碳值最高的海相烃源岩。这套优质烃源岩在阿克苏一带分布稳定,厚度在10~15m之间,主要形成于中缓坡至下缓坡沉积环境,有机质的富集受上升洋流控制。玉尔吐斯组之上的肖尔布拉克组发育厚层白云岩,野外露头未发现烃源岩,台内滩和微生物礁滩发育,储层较好;中寒武统发育厚层膏岩和泥岩,是一套良好的盖层;下寒武统玉尔吐斯组优质烃源岩与肖尔布拉克组微生物礁滩相储层和中寒武统膏泥岩盖层构成一套良好的生储盖组合,成藏条件优越,具有较大勘探潜力。

关键词 优质烃源岩       寒武系       微生物礁滩储层       玉尔吐斯组       肖尔布拉克组       塔里木盆地      

中图分类号:TE122.1      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)01-0008-14

Discovery and basic characteristics of the high-quality source rocksof the Cambrian Yuertusi Formation in Tarim Basin

Zhu Guang-you ,Chen Fei-ran,Chen Zhi-yong,Zhang Ying,Xing Xiang,Tao Xiao-wan,Ma De-bo 

Abstract  
The Upper Paleozoic strata of Tarim Basin have abundant resources of marine oil and gas.In the Tahe area,Halahatang area,Tazhong area of the basin,many large-scale oilfields have been found.These oilfields have been confirmed with oil and gas reserves more than 2.5 billion tons of oil equivalent and have completed the annual output of more than 14 million tons of marine oil and gas equivalent.The view that the main hydrocarbon source rocks are the Cambrian or Ordovician is still controversial.Geochemists have made much work and effectively guide the oil and gas exploration in Tarim Basin.Because of the complexity of the basin and the limitation of samples,the research work and fine contrast are restricted.In this article,we investigated the Cambrian strata outcrop of Tarim Basin in detail.Through analyzing large amount of outcrops,high-quality hydrocarbon source rocks of Yuertusi Formation have been found in more than 10 outcrop points in Aksu region.The source rocks lithology is black shale,of which total organic carbon (TOC) content are between 2%-16%.Total organic carbon (TOC) of the black shale layer can be up to 4%-16%,especially in outcrops of the Yutixi and Shiairike.This is the best marine hydrocarbon source rock which has found in China by now.The source rocks distribute stably in the Aksu region,the thickness of which is about 10-15m.It is formed in sedimentary environment of middle gentle slope to low gentle slope.Organic matter enrichment is controlled by upwelling currents.Thick strata of dolostone developed in Xiaoerblak Formation are considered as good reservoir of beach and microbial reef in the upper strata of Yuertusi Formation.No hydrocarbon source rocks have been found in outcrop of Xiaoerblak Formation.Thick strata of gyprock and mudstone development are a set of good cap layer in the Lower Cambrian.This hydrocarbon accumulation combination has great exploration potential.

Key words High-quality source rock;       Cambrian;       Microbial reef reservoir;       Yuertusi Formation;       Xiaoerblak Formation;       Tarim Basin;      

引言

下寒武统黑色页岩在全球广泛分布,其沉积处在全球气候由冰室气候向温室气候转变的过渡时期,受冰川融化影响,经历了全球性的海平面上升事件,普遍发育弱水动力条件的深水还原环境,从而形成一套全球广泛分布的黑色页岩[1]。对油气勘探来说,下寒武统发育优质的烃源岩。研究认为,该套黑色页岩反映了早寒武世的大洋缺氧事件[2,3],特别是其沉积矿物特征、成烃生物、以及碳氧同位素和生物标志化合物等各方面都具有独特性,是重大地质事件沉积的物质反映[4],具有重要的研究价值和学术意义。 目前全球已发现了与下寒武统黑色页岩烃源岩有关的大型油气田,比如东西伯利亚盆地和阿曼盆地等,以及中国的四川盆地和塔里木盆地。其中,东西伯利亚盆地南部地区油源对比表明,油气主要来源于里菲系和文德系(相当于前寒武系和寒武系)黑色页岩,该套烃源岩部分层段TOC>5%,干酪根类型为Ⅱ型[5,6]。阿曼盆地主要烃源岩以文德系为主,厚度约为450m,分布面积广,富含藻类、细菌和蓝藻细菌等,TOC平均值为2%,属于I型和II型干酪根[7,8]。四川盆地寒武系筇竹寺组(九老洞组)泥页岩是四川盆地最好的烃源岩之一,其有机质丰度很高,TOC值最高可达6%以上,平均值为2.84%;厚度一般在100~400m之间,分布面积广,是威远气田的气源[9,10],也是安岳气田寒武系含气层的主力烃源岩[11],而且也是四川盆地页岩气赋存的主要层段之一。该套烃源岩形成于具有一定盐度的还原环境,生物主要来自于低等水生生物的菌藻类,有机成分以腐泥组为主,是一套优质的烃源岩,目前围绕这套古老烃源岩所形成的含油气系统已是四川盆地天然气勘探的热点。 塔里木盆地是中国最大的含油气盆地,也是中国目前唯一大规模生产海相原油的克拉通盆地,古生界碳酸盐岩是重要的勘探层系,奥陶系是发现油气储量最多的产层。目前,中国石油和中国石化已在台盆区发现了哈拉哈塘、塔中、塔河等30多个油气田,探明石油地质储量超过21×108t,探明天然气地质储量超过5 000×108m3,并已建成年产海相油气超过1 400×104t油当量的西部大油气区。近年来,在深层古老碳酸盐岩沉积储层,特别是缝洞型岩溶储层形成机理、油气充注成藏与调整改造、次生地球化学作用与油气相态转化、超深层油气稳定性研究等方面,取得了重要进展[12-21],有力支撑了中国海相碳酸盐岩油气的勘探与开发。虽然诸多地球化学家做了大量卓有成效的工作,并有效指导了塔里木盆地油气勘探工作;但是由于盆地的复杂性和样品的限制,制约了一些研究工作的开展和精细对比,油气来源的观点未能得到勘探家们的充分认可和共识,因此围绕主力烃源岩的争议一直没有停止。不同学者[22-26]分别从从生物标志化合物、同位素等方面研究入手,做了大量前沿性工作,分别提出油气来自于奥陶系、或寒武系、或二者混源等。勘探家们也有不同的观点。事实上,出现这种争议,反映了塔里木盆地油气成因与来源的复杂性,一方面由于取心资料不足,烃源岩埋藏太深,热演化程度太高,缺少有效烃源岩样品,提供直接证据;另一方面,盆地太大,相同层系不同区带烃源岩生成油气的生物标志化合物可能存在一些差异,或者不同层系烃源岩生成油气的生物标志化合物具有相似性,因此寒武系还是奥陶系来源的直接有效证据目前还尚未彻底令各方面专家信服。 尽管如此,塔里木盆地向深层探索的脚步从未停止。从塔深1井——亚洲最深井的钻探结果来看,虽然未发现奥陶系烃源岩,也未获得工业油气流,但是在奥陶系见到了液态油,深层寒武系存在油气源的推断进一步加强;星火1井钻遇了玉尔吐斯组20余米的黑色泥岩,岩屑分析表明有机质丰度很高,进一步确定了下寒武统发育优质烃源岩。特别是,塔里木油田公司在塔中隆起上部署的中深1C井(6 861~6 944m,下寒武统肖尔布拉克组),2013年7月经小型酸洗后,用6mm油嘴放喷求产,油压约40MPa,最高折日产气达216 677m3,最终定产为158 545m3 [27],并获得了少量凝析油。这是塔里木盆地盐下白云岩层首次获得工业油气流,证实了寒武系盐下白云岩具备规模成藏的石油地质条件,它的发现,将开辟深层一个新的勘探层系,引领塔里木盆地向深层寒武系开展大规模的油气勘探工作。随之而来的油源之争,则再次升温。 寒武系底部玉尔吐斯组烃源岩在阿克苏地区分布广泛,但台盆区钻井除星火1井钻遇好的烃源岩外,其余20余口钻穿寒武系的井要么缺失玉尔吐斯组,要么没有烃源岩,可能发育烃源岩的满西台地现今埋深很大,难以获取样品。基于此,笔者经过野外踏勘和室内分析,初步展开对寒武系烃源岩的特点、成因、分布、形成机制和成烃潜力等方面的研究。

1 露头踏勘与样品分析

2015年7月至8月期间,笔者先后2次到塔西南—新藏公路一带和阿克苏地区踏勘,其中在塔西南—新藏公路沿线露头,没有发现寒武系地层,也没有发现震旦系有效烃源岩(震旦系泥质岩类岩性粗,为褐红色,取样分析有机碳含量小于0.3%)。阿克苏地区寒武系露头比较好,在10余个剖面位置均找到了玉尔吐斯组优质烃源岩(图1)。由于玉尔吐斯组含磷矿,并被开采,因此,剖面出露较好,易于观测和取样。其中,对10个剖面进行了系统取样和分析。除库瓦提为笔者新发现的剖面外,对其余剖面,北京大学关平教授、中国石油勘探开发研究院罗平教授、滇黔贵昆明海相石油科研咨询部钟端教授、中国石油塔里木油田研究院潘文庆教授、杨芝林高级工程师、陈永权高级工程师、李保华高级工程师、严威高级工程师等都曾不同程度进行了深入踏勘或测量,为本文野外工作开展提供了极大帮助。由于道路难寻,在图1中详细标注了行车路线,便于同行开展进一步的研究和探索。 针对野外取回来的400余块震旦系、寒武系泥岩样品,进行了挑选和取样,用法国VINCI公司生产的Rock-EvalⅡ岩石热解评价仪,完成了岩石热解及总有机碳含量(TOC)测定。其中,15块震旦系样品,TOC值都较低。玉尔吐斯组有机质含量很高,TOC值主体大于2%。肖尔布拉克组2条剖面详细测定,TOC值均小于0.2%,未发现有效烃源岩。

图1     塔里木盆地寒武系烃源岩踏勘点位置及寒武系岩性柱状简图
Fig.1     Outcrops location and the lithology histogram of the Cambrian in the Tarim Basin
(a)踏勘点位置、关键井点位置与玉尔吐斯组烃源岩分布厚度(底图据熊冉等[28]修改,2015);(b)阿克苏地区寒武系露头点位置及行车路线;(c)塔里木盆地寒武系岩性柱状简图

2 玉尔吐斯组烃源岩各剖面特征

2.1 昆盖阔坦剖面东沟剖面

昆盖阔坦剖面位于阿克苏地区的西南部,据阿克苏市约120km,其名取自于其南部不远处的昆盖阔坦村。该剖面点附近多条剖面,因开采磷矿,使玉尔吐斯组出露较好(图2),非常便于观测和取样(汽车可以开至剖面前)。其中,在昆盖阔坦一大型磷矿沟内,见到2条剖面出露完整(剖面近垂直切开),长度超过1km,本文分别将其称为昆盖阔坦剖面东沟剖面和昆盖阔坦剖面西沟剖面。2条剖面在一峡谷内,向上一直延伸至山顶,二者相距在500~1 500m。本文对2条剖面均进行了系统取样和分析。 其中,昆盖阔坦剖面东沟剖面(图3),从峡谷口一直延伸至山顶,倾角约为35°。该剖面主要为黑色泥岩和薄层灰岩互层,中间夹厚约1m的白云岩层,底部发育薄层硅质岩,与震旦系呈平行不整合接触。 根据关平等[29]详细测量,该剖面玉尔吐斯组厚为32m,并将玉尔吐斯组分为9层。由于山顶风化严重,本文取样仅取到第5层,地层划分方案略微有所差异。第1层为灰褐色和灰黑色(深灰色)薄层层状含磷硅质岩,内部发育较多铁质结核,厚约为2m。第2层为黑色页岩,下部含灰黑色硅质岩夹层,上部为较纯的黑色页岩,厚约为3m,烃源岩有机碳含量最高,可达16%。第3层为灰色中层粉晶白云岩,厚约为1m,这一层在后面的几个剖面中,厚度变化比较明显。第4层为另一套黑色页岩,夹少量灰岩透镜体,厚约为1.5m;第5层为黑色页岩与灰色薄层微晶灰岩互层,向上黑色页岩减少,灰岩层变厚且层数增加,厚约为4m(图3)。

图2     昆盖阔坦东沟剖面示意图及野外照片
Fig.2     The lithology schematic and photograph of Kungaikuotan outcrop

该剖面玉尔吐斯组的黑色泥岩有机碳含量在1.16%~16.50%之间,平均值为4.66%,为优质烃源岩层。硅质岩有机碳含量较低,小于2.0%。玉尔吐斯组有机质含量大于1.0%的黑色泥岩累计厚度约为9m。

2.2 昆盖阔坦剖面西沟剖面

昆盖阔坦剖面西沟剖面位于东沟剖面的对面,该剖面可以系统观测并取样至第9层。剖面顶部见到微生物礁体[图4(a),图4(b)],为肖尔布拉克组底部,厚约为5m,发育灰黑色藻纹层白云岩,层状孔洞发育,见沥青,油味浓烈。 该剖面玉尔吐斯组取样分析43块,其中,[图4(c)]剖面与图3剖面玉尔吐斯组烃源岩实为一条剖面,岩性接近,但第3层为灰色中层粉晶白云岩厚度有变化,厚度约为0.2~1.5m。黑色泥岩有机碳含量在1.16%~6.0%之间,未取到TOC值大于10%以上的烃源岩样品,可能与露头风化作用有关。 在玉尔吐斯组上段[图4(b)],与微晶灰岩互层的深灰色泥质岩,取样12块,2块TOC值大于1%,4块大于0.5%[图4(b)]。剖面顶部白云岩孔隙发育,见到沥青(图5),油味重。总体来看,玉尔吐斯组有机质含量大于1.0%的黑色泥岩累计厚度约为12m。

2.3 于提希剖面

于提希剖面位于阿克苏地区的西南部,据阿克苏市约为115km,距昆盖阔坦剖面5km。其名取自于其东部不远的于提希村。该剖面在山顶出露,山高约为200m,很陡峭。因采矿挖掘,沿山顶向南北两侧可延展10km,均可见到这套烃源岩(图6),便于观测取样。 于提希剖面与昆盖阔坦剖面岩性组合具有相似性,地层可对比,总体厚度相当,取样段可分为6层(图6)。第1层为灰黑色薄层层状含磷硅质岩,厚约为2m。第2层以黑色页岩为主,厚约为3m,烃源岩

图3     昆盖阔坦剖面东沟剖面有机质含量垂向分布特征及取样位置
Fig.3     The vertical distribution of organic matter content and sampling location of Kungaikuotan east ditch outcrop

图4     昆盖阔坦剖面西沟剖面有机质含量垂向分布特征及取样位置
Fig.4     The vertical distribution of organic matter content and sampling location of Kungaikuotan west ditch outcrop
(a)剖面整体特征;(b)肖尔布拉克组下段微生物礁体;(c)玉尔吐斯组下段

图5     昆盖阔坦剖面西沟剖面玉尔吐斯组白云岩孔洞及沥青分布特征
Fig.5     Distribution characteristics of dolomite pores and asphalt of Yuertusi Formation in Kungaikuotan west ditch outcrop

图6     于提希剖面有机质含量垂向分布特征及取样位置
Fig.6     The vertical distribution of organic matter content and sampling location of Yutixi profile

有机碳含量相对昆盖阔坦剖面低(TOC<5%)。第3层为灰色中层粉晶白云岩,厚约为1m,分布稳定,具侵蚀结构。第4层为一套灰绿色中层状含海绿石石英砂岩,厚约为1m;第5层可与昆盖阔坦东沟剖面第4层、第5层对比,为黑色页岩与灰色薄层微晶灰岩互层,厚度相对较薄,约为2m。第6层为灰色薄层泥晶灰岩,风化作用严重,未取样。

2.4 苏盖特布拉克剖面

苏盖特布拉克剖面位于阿克苏地区的西南部,据阿克苏市约100km,其名取自于附近的苏盖特布拉克村。该剖面方便到达并且十分好找,典型特征是山顶上有2期大型微生物礁[图7(a)]。出露地层从底至上依次是震旦系奇格布拉克组、寒武系玉尔吐斯组、肖尔布拉克组、吾松格尔组和沙依里克组等,山高在150~300m之间,南北两侧延绵超过10km,山势陡峭。因采矿挖掘,玉尔吐斯组坍塌严重,出露情况不如昆盖阔坦剖面和于提希剖面,而且烃源岩风化较为严重;不过,肖尔布拉克组出露情况非常好,2期微生物礁沉积层序结构特征十分明显,是开 展微生物礁滩研究的理想剖面。 露头上,玉尔吐斯组底部的深灰色硅质岩夹黑色页岩与震旦系齐格布拉克组顶部的黄白色白云岩界限清晰。玉尔吐斯组顶部的灰白色薄层泥晶白云岩与肖尔布拉克组底部的深灰色白云岩整合接触,剖面已有学者对界线进行了标注,比较容易识别。肖尔布拉克组底部为深灰色和灰黑色的白云岩缝洞发育,新鲜断面富含沥青[图7(b)—图7(d)],油味浓郁。 根据关平等[29]野外勘测划分,该剖面玉尔吐斯组分为4层,第1层为厚约1m的黑色页岩夹黄绿色磷块岩,底部为一薄层灰褐色硅质岩。第2层为厚约2m的灰黄色中层细晶白云岩,底部为一薄层黄绿色含碳质碎屑的浊流沉积。第3层为厚约10m的灰色薄层微晶灰岩与灰黑色页岩互层,这一层黑色页岩是优质烃源岩发育段(图8),TOC值大于1%,厚度约5m。第4层为厚度约9m的灰白色中层泥粉晶白云岩。

图7     苏盖特布拉克剖面特征
Fig.7     Characteristics of Sugaitblak outcrop
(a)苏盖特布拉克剖面照片;(b)—(d)肖尔布拉克组下段白云岩孔洞发育,并充满沥青

2.5 什艾日克剖面

什艾日克剖面位于阿克苏地区的西南部,据阿克苏市约为30km,该剖面又称为肖尔布拉克东沟剖面,其名取自于其北侧的什艾日克乡。该剖面是研究玉尔吐斯组烃源岩最理想的剖面之一,剖面出露好、烃源岩厚度大、丰度高,取样方便等。剖面在半山腰出露,山高约200m,坡度约为35°~45°。因采矿挖掘,路较平缓,据山沟底约为2km。 什艾日克剖面玉尔吐斯组黑色页岩出露厚度较大,新鲜面可见沥青砂,油味很浓。有机碳分析显示,TOC值最高可达11.5%(图9)。根据岩石组合特征可将该剖面玉尔吐斯组分为4层,第1层为玉尔吐斯组典型的含磷灰石结核硅质岩层,以灰褐色和灰黑色为主,夹少量灰白色砂质白云岩,厚度约4m。第2层为一套灰褐色中层状白云岩,厚度约为0.5m。第3层为有机质丰度较高的黑色页岩层,局部与硅质岩互层,中间夹薄层白云岩,TOC值普遍大于2%,为优质烃源岩层段,厚约为10m。第4层为灰色或灰白色中厚层状微晶白云岩,厚约为5m。 综合分析认为,什艾日克剖面发育典型玉尔吐斯组底部硅质岩,黑色页岩层段可与昆盖阔坦及于提希剖面下段黑色页岩对比,上部发育中厚层状白云岩,总体缺失上段第二套黑色页岩及上覆层段。

2.6 库瓦提剖面

库瓦提剖面位于阿克苏地区的东北部,据阿克苏市约为120km,据神木园景区约为60km。海拔在2 600m左右,交通道路较差,远望雪山非常清晰。震旦系奇格布拉克组、寒武系玉尔吐斯组、肖尔布拉克组等地层出露齐全。因采矿挖掘,玉尔吐斯组在多处有出露,本文选取一条探矿沟进行取样(图10)。分析结果表明,页岩层段,有机碳含量高,TOC值大于6%的页岩层厚约为3m(图10)。

图8     苏盖特布拉克剖面有机质含量垂向分布特征及取样位置
Fig.8     The vertical distribution of organic matter content and sampling location of Sugaitblak outcrop

图9     什艾日克剖面有机质含量垂向分布特征及取样位置
Fig.9     The vertical distribution of organic matter content and sampling location of Shiairike outcrop

图10     库瓦提剖面东沟剖面有机质含量垂向分布特征及取样位置
Fig.10     The vertical distribution of organic matter content and sampling location of Kuwati outcrop

2.7 其他剖面

2.7.1 乌什磷矿剖面

乌什磷矿位于阿克苏市西南部,距离阿克苏市100km,苏盖特布拉克剖面往北约为20km。该剖面野外出露一般,根据岩性组合特征可分为4层,底部 为灰黑色薄层层状硅质岩与黄绿色薄层磷块岩互层为主,上部以灰白色粉晶白云岩为主。沿磷矿洞口可见到玉尔吐斯组烃源岩,以灰黑色硅质岩为主,厚度约为2~4m,玉尔吐斯组典型黑色页岩层较薄,TOC值分布在1.2%~5.0%之间[图11(a)]。

2.7.2 肖尔布拉克剖面

肖尔布拉克剖面位于阿克苏市西南部,是塔里木盆地建立的震旦系—寒武系—奥陶系经典剖面。奥陶系、寒武系、震旦系地层很全。寒武系与震旦系界限清晰,前人已在此建立了地层分界碑。玉尔吐斯组底部为一套灰白色的含磷页岩,风化严重,向洞内深部取样,未发现玉尔吐斯组优质烃源岩,泥质岩类TOC值小于0.5%,可能与风化作用有关。但是在肖尔布拉克组见到含沥青云岩[图11(b)],断裂带充满沥青,宽约为2~5cm[图11(c)],因此,推测 该剖面发育玉尔吐斯组烃源岩。

2.7.3 肖尔布拉克西沟剖面

肖尔布拉克西沟剖面位于阿克苏市西南部,距离阿克苏市约为50km,该剖面与肖尔布拉克剖面类似,寒武系与震旦系界限清晰,玉尔吐斯组厚度约20m,出露较好。底部发育典型玉尔吐斯组灰黑色硅质岩,与下伏震旦系奇格布拉克组呈平行不整合接触,上覆岩性组合主要为深灰色页岩与薄层砂质灰岩互层,往上泥岩含量减少,灰岩及白云岩含量增加,剖面整体风化严重,大部分样品TOC值小于0.5%。玉尔吐斯组底部挤压变形强烈,褶皱严重[图11(d)]。 另外,在苏盖特布拉克剖面和昆盖阔坦剖面之间的多处露头,均发现玉尔吐斯组烃源岩,取样分析表明,TOC值主要分布在1.5%~4.5%之间。说明,玉尔吐斯组烃源岩在阿克苏地区分布广泛。

3 玉尔吐斯组烃源岩形成环境与展布特征

烃源岩发育模式是分析烃源岩形成环境及预测烃源岩展布规律的重要内容,前人[30-33]针对塔里木盆地玉尔吐斯组烃源岩沉积岩相古地理及发育模式已做了大量研究,其中比较具代表性的发育模式有以下2种:一是张宝民等[32] 研究认为塔里木盆地下寒武统烃源岩发育模式为热水活动—上升洋流—缺氧事件模式,该模式主要在克拉通边缘凹陷的欠补偿盆地区和台—盆过渡带发育,认为热液活动及上升洋流对该地区烃源岩发育影响比较明显,主要表现在:①海底热液活动为菌藻类成烃生物的繁殖提供了大量的营养组分,相关证据有满东凹陷烃源岩中铁族元素、微量元素含量与TOC值呈现明显的正相关关系[34];②上升流将底层热液活动的营养物质携带至表层,导致表层生物大量繁殖发育,且认为该区上升流类型主要为开阔大洋辐散带型,上升流携带营养盐使硅藻和放射虫繁盛,从而以富含生物成因的硅质岩为特征[35]。二是潘文庆等[33]通过野外露头、钻孔资料与地震资料的综合研究,认为玉尔吐斯组沉积模式主要为缓坡模式,烃源岩主要发育在中下缓坡与深水陆棚相带。其中,塔东2井下寒武统西大山组(相当于阿克苏地区的玉尔吐斯组)泥质岩代表深水陆棚相沉积;塔西台地星火1井岩性组合以硅质岩与黑色页岩为主,代表了下缓坡次深水相沉积。

图11     玉尔吐斯组烃源岩野外剖面照片及有机质含量
Fig.11     Photographs of outcrops and total organic carbon content of Yuertusi Formation
(a)乌什磷矿洞口玉尔吐斯组烃源岩及有机碳垂向分布特征;(b)肖尔布拉克剖面肖尔布拉克组含沥青白云岩;(c)肖尔布拉克断裂带富含沥青;(d)肖尔布拉克西沟剖面玉尔吐斯组褶皱构造

本文野外露头剖面观察结果显示昆盖阔坦、于提希、苏盖特布拉克及肖尔布拉克等剖面岩性层段横向具有可对比性[图12(a)],主要以底部灰黑色薄层硅质岩、中段黑色页岩、上段为灰色云灰岩为主,夹少量薄层深灰色泥岩;另外在大部分剖面下部发现的磷质结核,推测主要为深水斜坡环境沉积。什艾日克剖面底部灰黑色硅质岩及中段黑色页岩厚度较大,上覆厚层状白云岩,与其他剖面对比显示玉尔吐斯组上段灰、泥岩互层段不发育,而黑灰色硅质岩及黑色页岩厚度较大,有机质丰度高,可能反映了欠补偿深水盆地相沉积,发育环境应为中—下缓坡相带。 根据剖面实测分析和横向对比,在前人研究成果的基础对玉尔吐斯组烃源岩发育模式进行了修正,认为本文的观测点剖面主要属于中—下缓坡陆棚沉积相带[图12(b)],烃源岩发育受多种因素控制,包括上升洋流、热液活动及海平面升降、有机质保存等。

4 肖尔布拉克组剖面特征

下寒武统肖尔布拉克组是继玉尔吐斯组黑色页岩之后发育的一套厚层状微生物白云岩,层内大量蓝细菌微生物礁发育[36],物性较好,为寒武系主力储层,具有重大勘探潜力。 野外观察认为,肖尔布拉克组下段主要以灰黑色—深灰色泥粉晶白云岩;上段主要以微生物礁和颗粒滩沉积为主,颗粒白云发育,主要为缓坡台缘沉积模式。针对灰黑色泥粉晶白云岩开展了大量取样工作。在肖尔布拉克西沟剖面,系统取样65块,TOC值很低,最大值为0.16%,平均值仅为0.07%(图13),不发育烃源岩。 为了进一步确定肖尔布拉克组是否发育烃源岩,在多条剖面也进行了取样,在肖尔布拉克剖面、苏盖特布拉克剖面、昆盖阔坦剖面等,均未发现高有机质丰度泥质岩类,推测在阿克苏地区该层不发育烃源岩。

图12     塔里木盆地玉尔吐斯组露头剖面柱状图及沉积模式
Fig.12     Stratigraphic column and sedimentary schematic diagram of the Yuertusi Formation in the Tarim Basin
(a)阿克苏地区玉尔吐斯组露头剖面对比;(b)玉尔吐斯组烃源岩沉积模式(据张宝民等[32]和潘文庆等[33],修改);(c)剖面点位置

图13     肖尔布拉克组野外剖面照片及有机质含量分布特征
Fig.13     The vertical distribution of organic matter content and sampling location of Xiaoerblak Formation

图14     塔里木盆地震旦系、寒武系玉尔吐斯组和肖尔布拉克组泥质岩类总有机碳含量分布直方图
Fig.14     Distribution histogram of total organic carbon content of samples from Sinian system,Yuertusi Formation and Xiaoerblak Formation,in the Tarim Basin

从本文研究统计结果来看,塔西南及新藏公路沿线、阿克苏地区等,均未发现震旦系烃源岩,TOC值均小于0.2%。在阿克苏地区,寒武系玉尔吐斯组广泛发育优质烃源岩,TOC平均值为2%(图14),厚度为10m左右。在阿克苏地区寒武系肖尔布拉克组未发现烃源岩,TOC值都在0.5%以下(图14),但是肖尔布拉克组储层溶蚀孔洞较为发育,多条剖面见到沥青,说明玉尔吐斯组烃源岩生过烃并曾大范围发生过运移。

5 结论

野外踏勘和实验分析表明,寒武系玉尔吐斯组发育高有机质丰度的优质烃源岩,黑色页岩层有机碳含量高达4%~16%,是中国目前发现的有机碳含量最高的海相烃源岩。这套优质烃源岩在阿克苏一带分布稳定,厚度在10~15m之间,形成于中缓坡至下缓坡沉积环境,有机质的富集受上升洋流控制。 阿克苏地区寒武系肖尔布拉克组不发育烃源岩,礁滩相白云岩储层发育,多条剖面见到沥青。中寒武统发育厚层膏岩和泥岩,是一套良好盖层。下寒武统玉尔吐斯组优质烃源岩与肖尔布拉克组礁滩相储层和中寒武统膏泥岩盖层构成一套良好的生储盖组合,具有较大勘探潜力。

致谢:中国石油塔里木油田勘探开发研究院杨芝林高级工程师、陈永权高级工程师、李保华高级工程师、严威高级工程师、熊益学等高级工程师,中国石油勘探开发研究院杭州地质研究院黄理力高级工程 师、倪新锋高级工程师等一起参与了多条剖面的野外探勘工作,由于文章署名有限,在此向他们的辛苦工作和帮助支持深表感谢!野外工作还得到了北京大学关平教授、中国石油勘探开发研究院罗平教授、塔里木油田研究院潘文庆教授、滇黔贵昆明海相石油科研咨询部钟端教授等的指导和帮助,并参考了他们的野外探勘材料,中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心完成了有机碳的测试,在此一并致谢!另外,由于时间紧张,野外考察还不够详细,文中可能存在不妥之处,敬请读者批评指正。

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