塔里木北部新元古代裂谷盆地古地理格局与油气勘探潜力

基于露头、钻井、地震等资料,在明确地层充填序列及建立地层格架基础上,分析塔里木北部新元古代裂谷盆地古地理演化格局及其油气勘探潜力。在Rodinia超大陆聚合与裂解的背景下,塔里木新元古代发育塔北古陆和塔里木古陆,两者中间夹持EW走向的弧后裂谷盆地,东北部库鲁克塔格地区和西北部阿克苏地区充填巨厚的海相碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩,包括冰碛岩,发育深海、浅海、滨海环境和三角洲、冰海过渡性环境。早南华世—晚震旦世,北部裂谷盆地总体由深海演化至滨浅海环境,岩性由碎屑岩向碳酸盐岩转变。根据野外烃源岩和生产数据认为,塔里木北部具有烃源岩和储层形成的良好条件,新元古界具有一定勘探潜力。     

塔里木盆地新元古代构造演化及其油气地质意义

前人由于资料有限,一般认为塔里木盆地内部南华纪—寒武纪是继承性的伸展构造背景,南华—震旦系与寒武系连续沉积。但近期新的资料表明塔里木盆地周边广泛发育与罗迪尼亚(Rodinia)超大陆相关的裂解事件,揭示南华纪大型断陷发育,且寒武系/震旦系发育广泛的不整合。塔里木盆地大约在900 Ma盆地内部微地块进入拼合的主要时期,塔里木古大陆全面聚合;南华纪初期,Rodinia超大陆开始裂解,塔里木板块周缘也随之裂陷,发育巨厚大陆裂谷沉积;南华纪晚期库鲁克塔格裂谷范围向东西两侧扩展,西北部裂陷作用较弱,形成伸展型古隆起;震旦纪,塔里木板块构造格局逐渐由大陆边缘裂陷向陆内坳陷发展,海侵范围扩大;震旦纪末期,塔里木板块发生隆升,剥蚀强烈,呈现南高北低地貌。由此可见,新元古代发育完整的伸展-挤压构造旋回,经历大陆裂谷期-断陷期-坳陷期-挤压抬升期等四期构造演变。新元古代形成一套良好生、储、盖组合,具有良好的油气成藏条件,是塔里木盆地油气勘探的新领域。     

中国主要克拉通前寒武纪裂谷分布与油气勘探前景

利用地质、地球物理和钻井资料编制中国主要克拉通盆地长城系、蓟县系和南华系残余厚度图,初步查明中-新元古代裂谷分布。华北和扬子克拉通中-新元古代裂谷中心以一套由粗快速变细的裂陷层序为标志,从目前的裂谷期地层等时对比格架上判断,现今鄂尔多斯盆地和四川盆地腹部的中-上元古界烃源岩均不如盆地覆盖区外的裂谷中心区域发育。塔里木克拉通南部和北部新元古代裂谷则具有不同的展布特征、形成时间和成因演化,塔里木南部的裂谷活动与以华南大陆(由扬子克拉通和华夏克拉通构成)为中心的地幔柱作用有关,而塔里木北部的裂谷主要形成于罗迪利亚超大陆外侧泛大洋俯冲引起的弧后伸展作用。塔里木南部裂谷开启时间较华南晚约20~40 Ma,但比塔里木北部提前至少40 Ma。前寒武纪裂谷演化对早寒武世沉积盆地具有重要的控制,使得后者具有"向前相似"而不是"向后相似"的特点。在塔里木和扬子,早寒武世盆地与南华纪—震旦纪裂谷盆地具有显著的继承性关系;在华北,青白口纪裂谷活动中心向东南缘移位控制了早寒武世盆地的发育位置和海侵方向。就目前的研究程度而言,中国古老克拉通前寒武纪裂谷的类型和分布特征仍显示出动力学上的多样性和复杂性,因而在充填演化和勘探价值研究上也有不同的观点和结论。近期研究除应继续加强地球物理资料处理,以更精细落实盆地覆盖区隐伏裂谷和裂陷外,也应重点开展裂谷期层序识别、地层对比和充填模式建立工作,努力解决前寒武纪裂谷类型及其演化的动力学问题,以恢复与烃源岩沉积阶段的盆地原型,查明烃源岩分布规律。     

塔里木盆地南华纪—震旦纪构造-沉积格局

塔里木盆地南华纪—震旦纪构造-沉积格局的深入研究是认识该期盆地构造属性、大陆裂谷形成演化及沉积充填过程的关键。通过对塔里木盆地周缘南华系-震旦系露头、盆地内部钻井及地震资料综合分析,结合前人发表的相关研究成果,对塔里木盆地南华纪—震旦纪构造-沉积格局进行探讨。研究表明,塔里木盆地经历了前南华纪南、北地块的拼合,形成统一的塔里木板块。南华纪—震旦纪,伴随着Rodinia超大陆的解体,塔里木盆地处于拉张构造背景,为大陆裂谷发育时期,并经历了3个演化阶段：①南华纪早期裂陷发育阶段（760~700 Ma）,在盆地西部形成阿瓦提裂陷,东部形成满加尔南、北两支裂陷,南部在麦盖提地区形成NW-SE向裂陷;②南华纪晚期—震旦纪早期“裂-拗”体系的转变阶段（660~600 Ma）;③震旦纪晚期拗陷演化阶段（580~540 Ma）。盆地构造格局控制了古地理特征及沉积组合,南华纪以裂陷沉积为主,在强烈拉张作用下形成了碎屑岩-火山岩沉积组合。震旦纪以拗陷沉积为主,塔里木盆地具有“南隆北坳”的古地理特征,发育碎屑岩沉积、碎屑岩-碳酸盐岩混合沉积和碳酸盐岩沉积3种类型沉积组合。     

塔里木盆地西北缘震旦系沉积物源分析及对盆地属性的制约

新元古代是全球大地构造演化中一个十分重要的阶段，经历了罗迪尼亚（Rodinia）超大陆聚合和裂解的过程。作为我国三个最主要的克拉通盆地之一的塔里木盆地，其发育的新元古界南华系和震旦系沉积体系纪录了大量新元古代盆地构造属性和板块动力学信息，同时也是塔里木克拉通盆地深层油气勘探的重点层系。以塔里木盆地西北缘什艾日克剖面震旦系为对象，在野外调查和沉积学特征研究的基础上，开展碎屑锆石U-Pb定年和物源示踪研究。震旦系苏盖特布拉克组碎屑锆石存在约2 600，2 300，2 000~1 800，790~730和620 Ma等5个年龄峰值，其中2 600，2 300和2 000~1 800 Ma年龄峰值的碎屑锆石来自于塔里木克拉通内部新太古代—中元古代基底；790~730 Ma年龄峰值的碎屑锆石可能来源于塔里木盆地新元古代晚期的裂谷岩浆作用形成的岩浆岩；而620 Ma年龄峰值的锆石直接来自地层沉积时的岩浆作用，表明碎屑物质可能来源于塔里木盆地本身。结合地震剖面所具有断陷—坳陷的结构特征、南华系快速充填的浊积岩沉积建造、震旦系由碎屑岩建造转变为海相碳酸盐岩建造、震旦系苏盖特布拉克组沉积同期的岩浆作用，认为塔里木盆地西北缘震旦系经历了裂谷性盆地的断—坳转换阶段和坳陷阶段。      

塔里木盆地前寒武纪古构造格局及其对下寒武统烃源岩发育的控制作用

塔里木盆地寒武系沉积前的古构造格局对于寒武纪早期快速海侵形成的优质烃源岩的分布有显著控制作用。结合钻井和露头资料研究了塔里木盆地南华纪—震旦纪的早期演化过程及寒武系沉积前的古构造格局,进而探讨了玉尔吐斯组和西山布拉克组源岩的分布特征。研究认为塔里木盆地在南华纪—震旦纪期间存在多个先后发育的、大小不等的、彼此孤立的裂陷中心,一般都经历了快速的填平补齐,晚震旦世沉积的白云岩段在全区基本可以对比,震旦纪末期的柯坪运动导致盆内大部分地区抬升,造成区域上构造地貌的差异。寒武系沉积前盆地内存在EW向古隆起带,环绕古隆起带的盆地内大部分地区可能为地势平坦的滨浅海碳酸盐台地,古地貌特征表现为从中央隆起带向南北两侧平缓降低,下寒武统优质烃源岩的发育与寒武纪早期快速海侵过程中的热水活动—上升洋流—缺氧事件有关,古构造格局暗示其在北部坳陷一带应该具有稳定广泛的分布。     

新元古代扬子克拉通TSM盆地原型分析

以TSM盆地原型分析理论为指导，基于大量野外露头、最新钻井和地球物理资料，结合前人研究成果，对扬子克拉通新元古代的盆地原型进行了恢复。研究认为受控于从青白口纪会聚到南华—震旦纪离散两大不同板块构造环境和体制转变下的4个时期演化影响，扬子克拉通新元古代经历了4个阶段的盆地原型演变，分别为①青白口纪早期（ca.1 000~820 Ma），扬子西缘、北缘及内部的弧后扩张盆地，扬子东南缘的弧后前陆盆地；②青白口纪晚期（ca.820~720 Ma），扬子西缘、北缘的弧后扩张盆地，扬子东南缘和内部的拉张断陷盆地；③南华纪时期（720~635 Ma），扬子东南缘、西缘、北缘和内部的裂谷盆地；④震旦纪时期（635~541 Ma），川中、万源—达州及鄂西—渝东的克拉通台内裂陷盆地，扬子北缘和东南缘的离散陆缘坳陷盆地。综合分析提出南华纪裂谷盆地、震旦纪台内裂陷盆地和离散陆缘坳陷盆地是最有利于烃源岩发育的盆地原型。陕南—川东北、湘黔渝临区、鄂西和川中地区是扬子烃源岩最有利发育区，也是今后扬子深层—超深层常规天然气与非常规页岩气勘查重点区域。      

北海盆地形成演化对大油气田的控制作用

分析了北海盆地的形成演化对大油气田形成的控制作用。研究认为,北海盆地经历了8个构造演化期,加里东运动期形成了主要变质岩基底;海西运动导致古特提斯洋关闭,形成联合古陆,同时沉积了盆地南部重要的煤系烃源岩;陆内克拉通期盆地南、北部持续沉降,前期干旱,后期大范围海侵,形成了盆地南部有利的储、盖配置;裂谷期区域拉张环境,产生了以维京、中央和默里湾为典型的地堑系与海槽;热隆起期中部区域隆起,伴随大量火山活动,为盆地北部储集层的发育提供大量物源;主要裂谷期中部穹窿沉降并被海水淹没,盆地北部发育优质烃源岩;晚裂谷期沉积环境相对稳定,盆地中部发育大量白垩,北部沉积泥灰岩,形成了盆地北部区域性的盖层;后裂谷期挪威—格林兰海陆壳分离,在之前的构造格架下持续稳定地接受沉积,为油气保存提供有利环境。最终形成南部为大气田、北部以大油田为主的分布格局,同时在维京和中央地堑内分别形成了"上生下储"与"下生上储"2种不同的成藏特征。     

四川盆地东南缘南华系大塘坡组烃源岩特征及其油气勘探意义

随着四川盆地的油气勘探不断向深层—超深层领域拓展,以及在盆地中部地区(川中)稳定继承性古隆起区域的中上元古界—下古生界储量超1×1012 m~3大气田的发现,该盆地深部古老层系烃源岩发育环境、烃源岩有机质生源构成及其成烃特征等备受关注。为此,基于前人的研究成果,开展了四川盆地东南缘南华系大塘坡组野外露头剖面观察和烃源岩样品的有机地球化学、有机岩石学分析测试。结果表明:(1)四川盆地东南缘在南华纪古城期和南沱期2个冰期之间发育拉张背景下的大塘坡组黑色页岩优质烃源岩,其厚度介于16~180 m,矿物组成以黏土矿物和碎屑石英为主;(2)大塘坡组页岩为高丰度过成熟腐泥型优质烃源岩,其低姥植比(0.32~0.83)、低伽马蜡烷丰度、高丰度三环萜烷以及相对高含量的C_(27)、C_(29)甾烷等特征,反映了低盐度强还原环境下藻类和细菌微生物为其主要生源构成。结论认为:(1)川中地区南华纪裂谷内可能发育大塘坡组烃源岩,加里东期之前的古隆起、古斜坡区域是源于大塘坡组烃源岩的古油藏或分散液态烃的有利聚集场所;(2)该盆地内部稳定区域有可能发现源于大塘坡组烃源岩的古油藏或分散有机质裂解气的规模聚集区。     

加蓬盆地深水盐下构造—沉积演化及其对油气成藏的影响

为了揭示加蓬盆地深水盐下油气成藏条件和成藏关键因素,有效指导油气勘探,在综合现有勘探研究成果的基础上,系统分析了深水盐下构造—沉积演化特征及其对油气成藏的影响。研究结果表明,加蓬盆地盐下经历了断陷期(早白垩世纽康姆期—巴列姆早期)、断拗期(巴列姆晚期—阿普特早期)和过渡早期(阿普特中期)3个构造—沉积演化阶段。断陷期控制了盐下烃源岩的发育。受区域南强北弱裂谷作用的影响,北加蓬次盆湖相烃源岩主要局限分布于内裂谷带;南加蓬次盆湖相烃源岩广泛分布。烃源岩的差异性分布是目前北加蓬次盆外裂谷带勘探失利而南加蓬次盆外裂谷带获得油气发现的主要原因。断拗期和过渡早期控制盐下主力储层的发育。受沉降中心向外裂谷迁移和构造沉降作用南强北弱的继承性影响,断拗期Dentale组在内裂谷带和中部隆起带广泛发育河流相沉积,而在南加蓬次盆深水区(外裂谷带)过渡为三角洲前缘—浅湖相沉积;过渡早期Gamba组沉积于准平原化背景之下,在内裂谷带和中部隆起带发育河流—三角洲平原沉积,而在外裂谷(现今深水区)过渡为以三角洲前缘—浅湖相沉积为主。二者均存在储层物性向深水区变差的风险。沿N’Komi断裂带发育的物源长距离输送通道,对外裂谷带深水区Dentale组和Gamba组储层发育具有十分重要的意义。     

塔西南坳陷南华纪-震旦纪裂谷分布及其与下寒武统烃源岩的关系

塔西南坳陷南华纪-震旦纪裂谷分布与烃源岩发育关系密切。综合西昆仑露头资料、钻井信息和地震剖面信息,分析了南华纪-震旦纪裂谷形成的大地构造背景和展布特征,探讨了裂谷发育与下寒武统烃源岩分布的关系。研究认为,塔西南坳陷发育南华纪-震旦纪裂谷,处于塔里木地块南缘,形成于Rodinia超大陆裂解初期,由昆仑山前的莎车、叶城和皮山地区延伸至麦盖提斜坡,呈NE向展布,边界为正断层控制,南华系-震旦系发育断陷转向坳陷、陆相转向海相的构造沉积组合。南华纪-震旦纪裂谷发育控制着上覆寒武系底部烃源岩分布,寒武系烃源岩的沉积与震旦纪末古地貌关系密切。钻井证实有上震旦统白云岩沉积的区域往往有玉尔吐斯组发育,上震旦统白云岩地震反射特征为连续层状中强振幅,地震剖面上较好识别,有助于间接反映玉尔吐斯组烃源岩分布范围。塔西南坳陷寒武系玉尔吐斯组烃源岩主要分布在昆仑山前带和坳陷中部裂谷发育区内。     

塔里木盆地主力烃源岩的诸多证据

对塔里木盆地古生界海平面变化及沉积相分析、地震反射特征识别及生烃-成藏配置关系的综合分析表明,下奥陶统上部—中奥陶统是塔里木盆地海相主力烃源岩。主要依据有:1下奥陶统上部—中奥陶统是塔里木盆地震旦系-奥陶系沉积水体最深的层位,沉积有机质相对平均含量最高;2北部坳陷区地震响应表明,下奥陶统上部—中奥陶统下部为一套弱反射或无反射区,具有以泥质岩为主的反射特征,推测为烃源岩,其地震反射特征与下寒武统泥质烃源岩反射特征相似;3海平面变化及沉积相分析表明,下奥陶统上部—中奥陶统烃源岩主要形成于还原环境的饥饿盆地—盆地边缘相环境,据推测分布于整个北部坳陷区;4生烃-成藏配置关系分析表明,塔中及塔北隆起的主要海相原生油藏的成藏期为晚海西-燕山期,与北部坳陷区下奥陶统上部—中奥陶统烃源岩的生油高峰期吻合,而与下寒武统源岩生油高峰期(晚奥陶世—石炭纪)及上奥陶统源岩生油高峰期(白垩纪以来)不配套;5目前在塔中及塔北隆起已发现的油气藏分布特点说明了油气主要来源于北部坳陷盆地相烃源岩分布区。     

塔里木盆地中央隆起带：新元古代造山型基底拼合带——来自深钻孔的碎屑记录证据

在塔里木盆地巴楚隆起,新近有同1井、夏河1井和巴探5井在寒武系碳酸盐岩之下钻遇碎屑沉积岩。在对碎屑岩进行详细岩相学观测、碎屑组分统计和地球化学分析的基础上,深入探讨了碎屑岩源区及其形成的构造环境。砾岩和砂岩碎屑组成与泥岩地球化学特征共同表明,这3口井寒武系碳酸盐岩之下的碎屑岩物源区包括沉积岩、火成岩和变质岩,以中酸性火山岩和侵入岩为主。砾石及砂岩中碎屑颗粒棱角状-次圆状的外貌、砾石中易磨蚀风化组分（碳酸盐岩和片岩）的存在以及泥岩较低的Th/U比值都反映这些碎屑岩为成熟度较低的近源堆积物。通过碎屑成分、地球化学特征和碎屑锆石年龄结构对比,确定这些碎屑岩的碎屑组分主要源自其下伏基底。砾岩和砂岩碎屑模式、泥岩地球化学特征及碎屑锆石原位微量元素分析结果表明,碎屑源区（即下伏基底）在新元古代（峰期约790~730 Ma）处于大陆边缘弧构造环境。本文新获取的碎屑记录证据与前人对同1井底安山岩、英安岩及卡塔克隆起上塔参1井底闪长岩、花岗闪长岩形成时代及构造环境的研究结论完全一致,表明横亘塔里木盆地中部的中央隆起带是一条新元古代大陆边缘弧,塔里木盆地的基底是由新元古代造山作用形成的拼合基底。     

塔里木盆地早、中寒武世古地理与沉积演化

基于二维地震剖面精细解释,结合最新钻井地质资料分析,在构造控沉积的指导思想下,对塔里木盆地早、中寒武世岩相古地理及沉积演化进行研究。塔里木盆地早寒武世构造古地理整体呈现“中间高、南北低”的隆-坳格局,巴楚隆起-塔中隆起东部一带发育近东西向展布的同沉积古隆起,往北和往西南方向由隆起向坳陷逐渐过渡。早寒武世玉尔吐斯组沉积期塔里木盆地为以深水陆棚为主的缓坡沉积,由中央古隆起向南北两侧依次发育潮坪相、斜坡相和深水盆地相;早寒武世肖尔布拉克组沉积期塔里木盆地为具有一定台地性质的碳酸盐岩缓坡沉积,由中央古隆起向南北两侧依次发育内缓坡、中缓坡、外缓坡和盆地相,外缓坡在地震资料上可见典型前积反射特征,反映为远端变陡的缓坡。研究证实了塔里木盆地早寒武世中央古陆的存在,并初步厘定了早寒武世玉尔吐斯组和肖尔布拉克组沉积期古陆及相应的沉积相带展布。通过构造-沉积演化分析,首次明确了塔里木盆地早寒武世并没有形成真正意义上的碳酸盐台地,而是受整体上南北分异的隆-坳构造格局控制的缓坡沉积模式,至中寒武世中西部大台地才逐渐形成。     

塔里木盆地海相油气成藏研究进展

近年来塔里木盆地超深层海相油气勘探取得了丰硕成果,顺北奥陶系、塔中寒武系、塔河深层等油气新发现,为塔里木盆地海相油气成藏研究提供了丰富的基础资料。塔里木盆地海相油气主要分布于台盆区,油气藏类型多样,原油物性变化大,显示出成藏的复杂性。通过对大量的实际样品分析和模拟实验及大量的地质、地球化学综合分析,结合构造演化、层序地层学、沉积相与沉积环境等研究成果,在烃源岩分布及其演化、油气地球化学特征、海相油气藏分布特征等方面取得了显著进展。一是明确了塔里木台盆区海相油气主要来源于强还原环境下形成的下寒武统-中下奥陶统烃源岩,特别是台盆区下寒武统玉尔吐斯组,并明确了超深层海相油藏后生改造主要有TSR、热裂解2种类型,提出了相应的判识指标;二是在建立玉尔吐斯组缓坡型优质烃源岩沉积发育模式的基础上,通过井震标定、正演模拟和区域测线地震相解释、三维区属性分析与地震反演,预测了玉尔吐斯组烃源岩的展布,并明确其演化特征:燕山期以来长期低地温背景下的"高压生烃演化抑制模式"延缓了顺托果勒低隆寒武系烃源岩热演化,顺托果勒地区仍具晚期高成熟液态烃形成条件;三是通过台盆区油气成藏特征对比,明确了奥陶系油气分布特征,进一步明确在台盆区寻找以下寒武统玉尔吐斯组原地烃源岩与燕山期以来晚期活动走滑断裂相匹配的、以晚期供烃为主的轻质油藏-天然气藏,是塔里木台盆区超深层碳酸盐岩领域油气勘探的重要方向。      

塔里木盆地下寒武统烃源岩分布

塔里木盆地下寒武统烃源岩是近年来诸多学者研究的热点,对于其分布的认识还存在一定的分歧,并成为制约寒武系勘探及区带优选的重要因素。基于野外露头及盆地内钻井资料的认识,分析下寒武统烃源岩的沉积环境;通过正演模拟下寒武统玉尔吐斯组烃源岩的地震反射特征,结合模拟结果,刻画下寒武统玉尔吐斯组烃源岩沉积边界;基于震旦系与寒武系地震解释与成图研究,分析寒武系沉积前古地貌特征及寒武系的沉积环境,探讨下寒武统烃源岩的主要控制因素,旨在解决下寒武统生烃源岩的生烃中心,指导寒武系有利勘探区带的优选。研究认为,玉尔吐斯组为寒武纪早期持续海侵背景下、分布稳定的烃源岩;正演模拟结果及地震资料表明,玉尔吐斯组表现为寒武系底部强波峰—强波谷的地震反射特征,在盆地内可追踪对比;根据塔里木盆地震旦纪与早寒武世古地理格局认识,认为寒武系台缘斜坡—盆地一带为下寒武统烃源岩厚度加厚区,是台盆区烃源岩最富集的地区。