James Hutton早在1788年首先认识到不整合上下两套不同时代地层之间出现过沉积间断的时间意义, 以及地层接触关系所反映出的地壳运动。随后有关不整合的研究, 在解剖不整合结构, 确定其分布和剥蚀量恢复的基础上, 向原型盆地对油气成藏的控制作用方面不断深入, 推动了大量不整合油气藏的发现, 如Australia的Gippsland油田和Montana的Cutbank油田, 分别为不整合面下、上的油气藏。目前, 不同类型和规模的不整合可以作为油气运移的良好通道, 改善油气的储集空间及性能, 促使烃源岩发生二次生烃作用以及对油气藏起到破坏作用, 已经在油气学者与勘探家中形成广泛共识 (Zhu et al., 2005, 2011)。深入研究海相小克拉通盆地构造隆起带缺失时代跨度较大的条件下, 不整合对捕获油气类型和输导油气的距离有助于从时代和构造位置等方面丰富不整合的控油理论。塔里木盆地属与小克拉通盆地, 具有多构造旋回的特点, 受周缘多期造山作用的影响, 盆山对峙构造结合紧密, 共发育区域性的不整合11个 (何登发等, 2005；何登发, 2007)。尤其是塔里木盆地北部, 古隆起与前缘隆起相互叠加, 不整合地质间断跨度最大的是K/S, 时间长达2亿年。再加之塔北隆起北抵库车坳陷, 南邻阿瓦提和满加尔凹陷, 是海、陆相油气共同的有利聚集区, 因此塔北志留系顶面的不整合成为一类典型的研究实例。

塔里木盆地残余的志留系主要为滨浅海相的石英砂岩沉积, 分布范围达到23.6×10⁴km², 地层最厚达2000多米 (朱筱敏等, 2002；贾承造, 2004), 具有储层物性优良, 普遍发育沥青充填, 沥青砂在塔中和塔北地区大面积分布的特点, 有关塔里木盆地志留系的油气成藏研究一直是勘探家和石油地质学家关注和研究的热点 (石强和沈钰红, 1997；赵靖舟等, 2002；郭建军和陈践发, 2006；王毅和陈元壮, 2008)。由于在漫长的地质过程中, 志留系油气、沥青等有机质经过了多种次生变化, 严重影响了志留系砂岩中黑油的勘探。目前所发现的黑油油藏主要分布在塔中地区, 并且全部为海相原油, 例如塔中11、塔中12和塔中47等揭示了塔中地区志留系黑油的勘探潜力 (刘洛夫, 1998；李延钧, 1998)。但在塔北地区仅有哈得18C井和沙112-2井发现了海相油流, 哈6井志留系为油气显示 (孙龙德和李曰俊, 2004；杨海军等, 2007)；其余在塔北西部英买35井区志留系发现的原油全部为陆相原油 (图 1)。

图 1

Fig. 1

图 1 塔里木盆地志留系残余厚度与油气、沥青分布图 Fig. 1 The residual thickness of Silurian and distribution of hydrocabon and asphalt in Tarim Basin

塔里木盆地晚期经历深埋的演化历史与四川盆地晚期抬升形成鲜明对比 (朱光有等, 2006a, b), 造成了新构造运动背景下, 山前陆相油气的大量生成和运移, 并且使得早期海相油气发生次生调整, 导致海、陆相油气的复式聚集。塔北是库车凹陷的前缘隆起带与古隆起叠置发育的二级构造, 与塔中继承性古隆起上发育的志留系海相油藏不同, 塔北地区志留系发育砂岩风化壳型储层, 油气主要来源于前陆坳陷烃源岩, 成藏时间远远晚于塔中志留系。因此, 深入研究塔北地区志留系海相砂岩不整合的油气富集机制, 不论是对于丰富克拉通盆地油气成藏理论研究, 还是拓展志留系原油勘探方向, 乃至科学评价台盆区陆相原油的勘探范围, 都具有重要的科学意义和实践价值。

塔北地区志留系-寒武系共同形成了下古生界复合潜山构造, 是一个埋藏在中新生代山前坳陷之下的继承性隆起带, 经历了不同程度的风化剥蚀 (黄传波, 1998；朱光有等, 2009b)。英买35井区油气藏位于塔北凸起西段志留系潜山风化壳, 该地区潜山构造向北依次出露中上奥陶统、寒武系以及震旦系, 上覆缺失泥盆系至三叠系的所有地层, 志留系的风化壳累计经历了长达2亿多年, 台盆区寒武系-下奥陶统和中-上奥陶统两套烃源岩形成的海相油气不可能在该地区保存下来。目前在英买力地区钻揭志留系勘探井中, 英买34、英买35、英买37、英买41井在S₁k顶部获得工业性油流；英买38井S₁t顶部见沥青显示约10m, 英买39井S₁k见荧光显示以及英买2井和英买203井；英买44井、英买10井以及英买3井都未见油气显示 (表 1)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 塔北志留系油气显示统计表 Table 1 The statistics of petroleum shows in the Silurian from the northern Tarim Basin 井名 层组 显示级别 油源与成因 英买34 S1k 油流 陆相、三叠系烃源岩 英买35 S1k 油流 陆相、三叠系烃源岩 英买37 S1k 油流 陆相、三叠系烃源岩 英买41 S1k 油流 陆相、三叠系烃源岩 英买39 S1k 荧光显示 陆相、无圈闭 英买38 S1t 沥青 陆相、地层下倾 沙112-2 S1k 油流 海相、次生调整 哈德18C S1k 油流 海相、次生调整 羊屋2 S1k 油迹 海相、古油藏破坏 哈6 S1t 油迹 海相、次生调整 跃南1 S1t 沥青 海相、古油藏破坏 英买203 S1k 荧光显示 海相、古油藏破坏

表 1 塔北志留系油气显示统计表 Table 1 The statistics of petroleum shows in the Silurian from the northern Tarim Basin

志留系获得工业油气流的柯坪塔格组上段以海相无障壁碎屑滨岸沉积为主, 主要发育临滨、前滨亚相, 横向分布稳定, 东西向展布较广 (刘洛夫等, 2000；王清华等, 2009；Zhu et al., 2012)；前滨主要为厚层灰色、浅灰色细-中粒岩屑石英砂岩夹含褐红色砂岩砾细砂岩；分选性与磨圆较好, 发育冲洗层理、递变层理、低角度斜层理和平行层理等特征沉积构造, 自然伽玛形态特征多以宽缓的箱形为主, 偶见钟形或漏斗形曲线。临滨主要以中厚层灰色细砂岩、含泥砾细砂岩为主, 有时夹薄层泥岩；发育高角度板状交错层理和波纹层理, 自然伽玛形态特征多以钟形或漏斗形, 总体向上变粗 (图 2)。等时格架下的沉积环境横向演化稳定, 前滨和临滨砂岩厚度横向分布基本稳定, 是较好的储层砂岩。

图 2

Fig. 2

图 2 塔北西部英买力地区风化壳地层分布与综合柱状图 Fig. 2 The distribution of weathering crust in Yingmaili area and geological histogram in the west of Tabei area

根据沉积研究表明, 本地区志留系柯坪塔格组为一套滨岸相沉积, 有利于储层的发育 (张俊等, 2004)。英买34井基质孔隙度为6.98%~19.58%, 裂缝发育, 属低孔中渗性储层, 而英买35井基质孔隙度仅为0.72%~11.2%, 属特低孔特低渗储层。但由于后期地层抬升, 英买34-英买35井区志留系曾经历了长时间的剥蚀淋滤, 形成了志留系石英砂风化壳储层, 发育次生的粒内 (岩屑内) 溶孔和粒间溶孔, 储集物性差异不大。通过显微薄片研究显示, 该地区志留系所发育的中砂质粗粒岩屑石英砂岩中, 普遍见到由于溶蚀作用形成的次生孔洞, 极大地扩充了基质孔隙的储集空间, 改善了由于石英砂岩次生石英加大造成的孔隙充填。再加之处于库车凹陷的前缘隆起部位, 应力作用强烈, 岩石破碎较明显, 碎粒物呈条带状分布 (图 3), 成为志留系砂岩风化壳型储集空间重要的保存机制, 为晚期陆相油气的聚集保留了较好的储层物性。

图 3

Fig. 3

图 3 英买35井志留系风化壳砂岩铸体显微薄片 (a)-英买35, 5585.76m, 中砂质粗粒岩屑石英砂岩粒内 (岩屑内) 溶孔\粒间溶孔；(b)-英买35, 5587.38m, 中粒岩屑石英砂岩粒间溶孔\粒内溶孔 Fig. 3 The sandstone casting microscopic section of Silurian weathering crust of YM35 well (a)-YM35, 5585.76m, medium sandy and coarse-grained lithic quartz sandstone, dissolved pores in grains (cuttings)\ dissolved pores between grains; (b)-YM35, 5587.38m, medium lithic quartz sandstone, dissolved pores between grains\ dissolved pores in grains

英买35井区实现探明石油地质储量超过1×10⁷t, 溶解天然气接近5×10⁸m³, 气油比变化范围为19~46m³/m³, 原油密度分布在0.833~0.846g/cm³之间, 含硫量分布范围0.12%~0.20%, 含蜡量为14.37%~22.10%, 属于低含硫、高含蜡原油, 整体上原油的物理性质在纵横向差异很小 (表 2)。而塔北地区哈得18C井志留系发育的原油含硫量大于0.3%, 含蜡量小于5%, 则属于高含硫、低含蜡原油, 从原油的宏观物理参数来看, 英买力志留系原油与哈得18C的原油可能来源于不同的生油岩。根据两个地区工业性原油以及哈6井原油的δ¹³C分析结果显示, 英买力志留系原油δ¹³C大于-31‰, 而哈得18C和哈6井原油的δ¹³C小于-31.5‰(表 2), 确实反映出两种物理性质不同的志留系原油来自于不同的生烃母质。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 塔北地区志留系原油物理性质与全油稳定碳同位素对比表 Table 2 The comparison between Silurian oil physical properties and total oils stable carbon isotope in Tabei area 井名 深度 (m) 层位 密度 (g/cm3) 含硫量 (wt%) 含蜡量 (wt%) 气油比 (m3/m3) 全油δ13C (‰) 英买34 5384~5389 S 0.846 0.15 14.37 28 -28.7 英买35 5632~5655 0.833 0.18 22.10 41 -29.2 英买37 5616~5648 0.845 0.20 17.42 19 -30.1 英买41 5193~5065 0.837 0.12 16.03 46 -28.9 哈得18C 5490~5493 0.836 0.31 4.78 57 -31.7 哈6 5953~5955 0.841 0.29 7.59 69 -32.5

表 2 塔北地区志留系原油物理性质与全油稳定碳同位素对比表 Table 2 The comparison between Silurian oil physical properties and total oils stable carbon isotope in Tabei area

曾有研究报道过哈6井的原油与英买2井奥陶系原油的生物标记化合物特征相似, 均来自于中上奥陶统海相烃源岩 (张水昌等, 2004；Zhang and Huang, 2005), 主要特征是三环萜烷与藿烷含量相当, 三环萜烷的相对含量C₂₃＞C₂₁＞C₂₄；藿烷类化合物中C₂₉与C₃₀含量最高, 基本不出现重排藿烷, 指示原油来源于缺氧和贫粘土的海相烃源岩；甾烷类化合物中孕甾烷含量异常高, 规则甾烷含量较低, 油气母质来源于低等藻类生物 (Zhang et al., 2005a, b)。而英买力地区志留系的原油不仅物理性质与哈6井存在明显差异, 并且通过生物标记化合物进行的油气源对比表明, 该地区原油中三环萜烷的含量远低于藿烷含量, 三环萜烷的相对含量C₂₁＞C₂₃＞C₁₉, 藿烷中C₃₀藿烷的主峰优势十分明显, 并且C₂₉Ts和C₃₀重排藿烷的含量明显增加 (图 4)；甾烷类化合物的相对含量规则甾烷＞重排甾烷＞孕甾烷, 并且C₂₈甾烷含量明显高于哈得18C井志留系原油中的含量, 分子化合物特征与中上奥陶统海相原油截然不同 (图 5), 整体表现出弱还原环境下粘土含量较高的湖相原油特征 (Gransch and Posthuma, 1983)。同时, 通过对比研究英买力地区典型陆相煤系原油 (如羊塔2井侏罗系原油) 的生物标记化合物, 可以看出陆相煤系原油中三环萜烷的相对含量C₁₉＞C₂₀＞C₂₁, C₂₉Ts和C₃₀重排藿烷的含量丰富；甾烷类化合物的相对含量规则甾烷＞孕甾烷＞重排甾烷, C₂₈甾烷相对含量低于志留系风化壳原油, 从而证明了志留系原油与陆相煤系原油区分显著。

图 4

Fig. 4

图 4 塔北地区原油萜烷类生物标记化合物分布特征对比图 Fig. 4 The comparison of terpane biomarker compounds distribution in Tabei area

图 5

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图 5 塔北地区原油甾烷类生物标记化合物分布特征对比图 Fig. 5 The comparison of sterane biomarker compounds distribution in Tabei area

同时, 通过计算这三类地化特征不同的原油中甾、萜类生标参数可以看出 (表 3), 羊塔2井和英买35井区莫烷/C₃₁藿烷值分布在0.43~0.56, 均发育指示陆源有机质贡献的莫烷, 而哈得18C井原油中不发育莫烷和C₃₀重排藿烷, 正是由于海相烃源岩在生烃过程中基本不发生粘土催化作用, 造成其海相原油中不发育重排作用, 哈得18C井海相原油Ts/Tm值只有0.60, 而英买力地区志留系原油的Ts/Tm值分布在1.28~1.54, 羊塔2井原油Ts/Tm值却到达2.02。从甾烷生标参数的综合对比研究这也说明了三个油藏的原油来源不同, C₂₈甾烷主要来源于硅藻类生物, 湖相和海相环境下发育的烃源岩已经被证实均有硅藻类生物发育 (Peters and Fowler, 2002；Zhang et al., 2003), 由此将英买力志留系原油与陆相煤系原油区分开来；另外从C₂₇重排/C₂₇规则甾烷值和C₂₉ββ/αα甾烷值能够指示出英买力志留系原油与海相原油的不同, 其中的主要原因除了湖相烃源岩成烃过程中的催化作用较海相强烈之外, 另一个原因就是因为海相烃源岩中C₂₉αα甾烷的异构化作用强度与其中的硫含量有关 ( Ten Haven et al., 1986), 这与海相原油的含硫量显著高于英买力志留系原油相一致。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 塔北地区原油甾、萜类生物标记化合物参数对比表 Table 3 The comparison of biomarker compounds parameters between steranes and terpanes in Tabei area 井名 C19/C21+C23 C29Ts/C29H 莫烷/C31H C30diaH/C30H Ts/Tm C28/C29sterane C27dia/C27reg C29ββ/αα 羊塔2 2.06 0.59 0.43 0.85 2.02 0.26 0.56 1.40 英买34 0.30 0.52 0.53 0.20 1.28 0.58 0.81 0.91 英买35 0.32 0.63 0.47 0.24 1.52 0.52 0.92 0.81 英买37 0.40 0.55 0.56 0.25 1.47 0.48 0.87 0.87 英买41 0.41 0.62 0.50 0.26 1.54 0.57 1.11 0.99 哈得18C 0.14 0.24 - - 0.60 0.25 1.50 1.77

表 3 塔北地区原油甾、萜类生物标记化合物参数对比表 Table 3 The comparison of biomarker compounds parameters between steranes and terpanes in Tabei area

最后, 根据二苯并噻吩类特殊生物标记化合物的油源参数 (姜乃煌等, 2008), 可以清楚的反映出海相原油中甲基二苯并噻吩占芳烃化合物中的比例大于1%, 4-甲基/1-甲基二苯并噻吩小于5.5, 哈得18C井志留系原油业分布在这个区域, 与典型的中上奥陶统烃源岩的端元油 (英买2井奥陶系原油) 相似 (图 6)。而英买力志留系风化壳原油中甲基二苯并噻吩占芳烃化合物中的比例小于1%, 4-甲基/1-甲基二苯并噻吩大于5.5(图 6), 与海相油原油形成鲜明对比。这种特征与这两类原油的含硫量特征也十分吻合, 原油的含硫量主体来自于噻吩类化合物的贡献, 英买力志留系原油含硫量小于0.2, 也主要是由于原油中噻吩类化合物含量偏低, 表现为陆相母质来源。

图 6

Fig. 6

图 6 塔北地区原油中甲基二苯并噻吩类化合物参数散点图 Fig. 6 The scatter of methyldibenzothiophene compounds parameters of crude oil in Tabei area

结合已有的塔里木盆地陆相烃源岩的研究成果 (包建平等, 2007；张斌等, 2010), 库车凹陷主要发育上三叠统黄山街组 (T₃h) 湖相烃源岩和中侏罗统恰克马克组 (J₂q) 陆相烃源岩, 通过对比发现, 英买力志留系油藏中原油的地球化学特征与上三叠统黄山街组 (T₃h) 湖相烃源岩十分相似, 证实了塔北地区志留系海相砂岩风化壳型储层主体捕获了湖相原油。

原油组分的稳定碳同位素可以提供更加精细的油源对比结果 (图 7), 由于煤系烃源岩中的有机质比湖相烃源岩富含¹³C, 造成湖相原油的δ¹³C比煤系原油偏轻 ( McCain Jr and Bridge, 1994)。与海相原油不同, 陆相原油中芳烃含量普遍高于饱和烃, 芳烃的δ¹³C特征主要反映原油的母质来源, 志留系风化壳原油的芳烃δ¹³C分布在-29.2‰~-28.6‰, 比羊塔2井的典型煤系原油的芳烃δ¹³C (-28.1‰) 偏轻。而哈得18C井志留系原油δ¹³C=-31.7‰, 比志留系风化壳原油δ¹³C轻, 明显反映出陆相与海相原油的差别。

图 7

Fig. 7

图 7 塔北地区原油族组分稳定碳同位素对比图 Fig. 7 The comparison of stable carbon isotope of oil family in Tabei area

然而值得深思的是, 哈得18C井和英买35井区一样都是在志留系风化壳剥蚀尖灭线附近发现的工业油流, 均属于次生调整形成的油藏, 但是油气的来源和物理化学性质截然不同, 由此可以判断两个油藏的成藏过程和机理存在很大差异。详细解剖志留系海相砂岩风化壳中发育湖相原油的地质成因, 重构其成藏过程, 对丰富前缘隆起带风化壳油气成藏理论, 明确陆相原油在塔里木台盆区的发育层系和范围, 拓展台盆区陆相原油的勘探潜力具有重要的理论意义和勘探价值。

目前, 用于油气成藏年代学研究的方法主要有K-Ar、Re-Os同位素测年以及流体包裹体均一温度等 (Stasiuk and Snowdon, 1997；陈容林, 1997；李延钧, 1998；赵靖舟和田军, 2002), 结合地层埋藏史分析确定油气充注时间 (张有瑜和罗修泉, 2004)。根据英买力志留系砂岩储层中自生伊利石K-Ar同位素的分析, 表明该储层最早经历油气充注在距今255~293Ma的晚海西期 (张有瑜等, 2004；Zhu et al., 2012), 这与塔里木盆地海相烃源岩公认的主力生烃期一致 (Zhang et al., 2000, 2002；Hanson et al., 2000), 说明塔北地区志留系曾经经历过早期海相油气的充注成藏, 具备形成海相油气藏的地质条件, 不同的是英买力地区志留系砂岩累计经历了长达2亿年的风化剥蚀, 造成海相油气不能得到有效的保存。那么, 现今英买力地区志留系风化壳储层所发现的湖相油气的成藏时间, 需要借助流体包裹体的研究来确定。

针对英买35井区志留系砂岩中流体包裹体均一温度的测试结果显示, 在测量的64个与油气包裹体共生的盐水包裹体当中, 80%以上的流体包裹体赋存在粒内溶蚀的石英颗粒和晚期的石英裂纹中 (图 8), 均一温度分布在107.2~126.7℃之间。根据塔北英买力地区志留系埋藏史研究的现有成果, 志留系自沉积以来分别经历两期的埋深过程：第一期在晚加里东期, 埋深不足2000m, 地层温度70℃左右, 随后构造抬升暴露地表；第二期在侏罗纪末, 英买35井区开始接受白垩系沉积, 并持续埋深, 直到晚喜山期埋深达到5000m左右, 这时地层温度才可能达到120℃左右 (刘大锰等, 1999)。因此推断35井区志留系砂岩主要成藏时间为距今5~8Ma的晚喜山期。

图 8

Fig. 8

图 8 英买35井区志留系砂岩流体包裹体显微照片 (a)-粒内溶蚀石英颗粒中的包裹体, 透射光；(b)-石英颗粒裂纹中的包裹体, 透射光 Fig. 8 The micrograph of Silurian sandstone fluid inclusion in YM35 Wellblock (a)-the inclusions in the grain of dissolution of quartz grains, transmitted light; (b)-the inclusions in the crack of Quartz grain, transmitted light

有关陆相烃源岩的生烃演化史研究也证明了这一点, 塔里木盆地库车凹陷发育三叠统黄山街组 (T₃h) 湖相和中侏罗统恰克马克组 (J₂q) 煤系两套陆相烃源岩 (李景贵等, 2004；包建平等, 2007)。根据烃源岩的瞬时生烃量研究成果表明, 两套烃源岩存在两个阶段的生烃过程 (图 9), 从吉迪科组沉积到库车组沉积前 (距今5Ma) 达到生油窗, 湖相原油沿着卡普沙良群与古生界风化壳的不整合面向南运移, 在风化壳隆起部位成藏, 除了志留系砂岩风化壳油气藏, 还发育英买32井区白云岩风化壳油气藏, 辅证了这期油气在风化壳成藏的过程, 并且说明了该时期塔北古生界风化壳作为凹陷区的前缘隆起具有十分有利的湖相原油的成藏条件。

图 9

Fig. 9

图 9 塔北西部志留系风化壳成藏演化剖面图 Fig. 9 The accumulation evolution profile of Silurian weathering crust in the west of Tabei area

同时可以看出在距今5Ma以前, 不论是亲油的湖相烃源岩还是生气为主的煤系烃源岩, 他们的瞬时生气量都不足5×10⁸t, 未能达到天然气的成藏门槛 (戴金星等, 1992, 2001)。当进入库车组沉积期, 由于强烈的逆冲推覆造成地层的快速埋深 (接近1km/Ma), 两套陆相烃源岩进入快速、大量生烃阶段, 黄山街组湖相源岩瞬时生油量超过55×10⁸t, 中侏罗统恰克马克组煤系源岩瞬时生气量达到35×10⁸t以上。但是很遗憾, 由于发育的高角度逆冲断层阻挡了这期高强度陆相天然气沿白垩系底部不整合面向南运移, 因此志留系风化壳不发育陆相的天然气, 这期天然气仅发育在白垩系顶部巴什基奇克组及以上地层当中 (图 9)。

结合塔北地区喜山期油气成藏演化剖面图显示, 在康村组沉积后湖相原油大量充注, 英买35井区志留系风化壳油气成藏, 白垩系地层平缓, 湖相原油向南运移的路径畅通 (刘洛夫, 1998；李素梅等, 2000)；库车组沉积后, 陆相天然气开始充注, 并沿高角度推覆断层运移至白垩系以上地层 (张水昌等, 2011；朱光有等, 2007, 2010；苏劲等, 2010；Zhu et al., 2012), 同时白垩系地层倾向由南倾转化为区域北倾, 志留系风化壳原油形成向南运移的动力背景, 以至于目前在塔北南部白垩系地层中普遍见到湖相油藏或油气显示, 比如英买46井和哈拉哈塘南边的热普3井等, 预示着湖相原油次生调整的范围也十分广泛, 呈现出较好的勘探潜力。

通过志留系风化壳成藏过程分析, 表明卡普沙良群与志留系的不整合面是原油输导的重要路径, 卡普沙良群底部发育浅湖-河流相砂泥岩, 成为志留系风化壳直接的盖层 (石强和沈钰红, 1997；Zhu et al., 2012)。输导系统由北向南地势升高, 油气顺势运移呈现出油柱逐渐降低的趋势, 通过英买35井区储盖组合的岩性连井对比剖面可以清楚地看出油气聚集强度的变化, 说明砂岩风化壳的构造幅度和面积控制了油气的充注范围 (图 10)。而南部的英买39、38井中志留系优质储层柯坪塔格组石英砂岩埋深比英买41井低200多米, 油气未能向低部位充注；并且英买39、38井柯坪塔格组上部保存塔塔埃尔塔格组的临滨相砂岩, 油气保存条件欠佳, 盖层条件也是砂岩风化壳油气聚集的重要影响因素。

图 10

Fig. 10

图 10 英买35井区志留系储盖组合联井对比剖面图 Fig. 10 The connected wells section of Silurian reservoir-seal assemblage in YM35 Wellblock

从塔北志留系风化壳主力储层柯坪塔格组石英砂岩直接盖层的地质图也可以看出, 直接盖层的岩性对于砂岩风化壳的含油气性具有控制作用。塔北地区西部英买35井区志留系风化壳油气藏的直接盖层为卡普沙良群底部的泥岩, 对油气具有较好的封盖作用；而英买44井、英买10井柯坪塔格组的直接盖层为侏罗系砂岩, 未能形成有效的油气聚集；南部英买2井区的柯坪塔格组虽然覆盖了三叠系的泥岩 (图 11), 但是正如前文所分析的志留系地层产状已变为南倾, 因此也不能捕获类似英买35井区志留系风化壳储层的湖相原油。

图 11

Fig. 11

图 11 塔北地区志留系风化壳直接盖层分布地质图 Fig. 11 The geological map of distribution of Silurian weathering crust direct cap rock in Tabei area

盖层条件同样影响了塔北东部志留系风化壳的含油气性, 沙112-2、哈得18C志留系油藏的直接盖层为石炭系的中泥岩段；而周缘的志留系风化壳则覆盖了东河砂岩的地层, 因而储层中仅见到了油气显示；在远离风化壳的南部地区志留系普遍发育油气和沥青显示 (图 11), 但是柯坪塔格组的上覆地层为塔塔埃尔塔格组砂岩, 均未钻遇工业油气流, 不仅封盖条件不理想, 而且柯坪塔格组储层向南倾没, 都是该储层未能形成有效油气聚集的不利因素。

然而根据前文志留系风化壳油源对比的结果显示, 塔北东、西部志留系风化壳的油源截然不同, 由于整个塔北志留系风化壳的地层倾向和盖层条件对东、西部志留系风化壳油藏的影响机制相同, 因此可以推断对于两个风化壳剥蚀尖灭线附近发现的油藏来说, 仍存在特殊的地质条件影响其成藏过程。

通过对比这两个油源迥异的风化壳油藏南北向油藏剖面可以看出, 塔北西部志留系风化壳储层经历了长达几亿年的侵蚀, 早期形成海相原油破坏殆尽；与白垩系卡普沙良群形成的不整合面成为库车凹陷湖相原油向前台盆区运移的重要通道, 志留系的风化壳处于油气沿不整合面向南运移的路径上, 因此形成了有效的油气聚集 (图 12), 与下覆古生界的海相含油气系统形成垂向上叠置, 互不交叉的复式油气成藏特征。

图 12

Fig. 12

图 12 塔北地区西部海、陆两相含油气系统剖面图 Fig. 12 The profile of the marine and continental petroleum system in the west of Tabei area

相比之下, 塔北东部的地层结构显示, 该地区志留系风化壳上覆盖了地层完整的石炭系, 并且发育厚度大约100~200m的二叠系, 说明塔北西部在晚海西期遭受的风化剥蚀比西部要弱的多, 以致海相原油能够在塔北东部轮南及周缘地区得到比较有效的保存, 目前在轮南地区奥陶系发现的稠油到正常油的连续分布都证明了这一点 (朱光有等, 2009a), 正是由于保存了海相原油为志留系风化壳捕获海相次生调整的原油提供了物质基础。从轮南地区南北向油藏剖面可以看出, 除了志留系风化壳作为油气由北向南运移的重要途径之外, 轮南低凸起在印支期发育的桑塔木和轮南两大断垒是海相油气垂向调整的主要通道 (图 13)。使得海相油藏不仅出现古生代的地层当中, 而且也在中生代地层中发育, 在塔北东部形成海相复式含油气系统, 与塔北东部海陆相垂向上叠置, 互不交叉的复式油气系统形成鲜明对比, 这也是为什么在塔北东部的白垩系主要发育海相原油的原因。

图 13

Fig. 13

图 13 塔北地区东部海相复式含油气系统剖面图 Fig. 13 The profile of marine composite petroleum system in the east of Tabei area

(1) 志留系风化壳早期发育粒内和粒间溶蚀型储集空间, 由于地处库车凹陷的前缘隆起部位, 晚期应力作用强烈, 岩石破碎较明显, 成为志留系砂岩风化壳型储集空间重要的保存机制, 为晚期陆相油气的聚集保留了较好的储层物性；

(2) 根据原油的甾、萜烷和噻吩类生物标记化合物的分布特征, 结合原油的物理化学性质以及族组分稳定碳同位素特征分析, 明确了英买35井区志留系风化壳原油来源于库车凹陷三叠系黄山街组湖相烃源岩, 与塔北东部同发育在志留系风化壳剥蚀尖灭线附近的哈得18C井海相原油形成鲜明对比；

(3) 通过志留系砂岩流体包裹体均一温度测试, 结合地层埋藏史研究成果, 推断35井区志留系砂岩主要成藏时间为距今5~8Ma的晚喜山期。结合库车凹陷两套陆相烃源岩的生烃演化重构了该区域湖相原油的成藏过程, 表明康村组沉积后白垩系卡普沙良群与志留系风化壳是湖相油气向台盆区输导的重要通道, 预示着湖相原油运移充注的范围十分广泛；

(4) 成藏机理分析表明, 志留系风化壳的构造幅度和面积控制了油气的充注范围, 直接盖层的封盖条件控制了风化壳储层的含油气性, 塔北地区东、西部志留系风化壳的暴露时间和地层组合关系, 是东部形成海相复式含油气系统, 而西部发育海、陆相油藏垂向上叠置, 互不交叉的复式含油气系统的重要原因；

(5) 塔北志留系风化壳发育陆相原油的地质意义在于拓展了陆相原油在塔里木台盆区的分布范围, 明确了志留系具备发育次生调整型油气藏的地质条件, 提出了塔北志留系寻找工业油藏需要海、陆相并举的勘探思路。