塔河油田中下奧陶統頂面古構造演化及油氣關系

張小兵，呂海濤，趙錫奎，李 坤，何建軍

(1.成都理工大學 沉積地質研究院，成都 610059； 2.成都理工大學 能源學院，成都 610059；3.中國石化 西北油田分公司 勘探開發研究院，烏魯木齊 830011；4.四川教育學院，成都 610059； 5.成都理工大學 網絡教育學院，成都 610059)

自1997年沙46井、沙48井等獲高產穩產工業油氣流，實現了塔河奧陶系大油田的發現以來，已成功探明含油面積979.03 km2，探明地質儲量原油達6.65×108t、天然氣797.43×108m3；保有控制儲量石油1.56×108t、天然氣648.92×108m3，保有預測石油儲量6.19×108t、天然氣471.15×108m3，三級儲量合計達到16.97×108t油當量；預測奧陶系剩余圈閉資源量5.5×108t[1-2]。各級別儲量數據展示塔河油田奧陶系具有廣闊的勘探前景。

中下奧陶統自上而下共發育4個組，分別是中奧陶統恰爾巴克組、一間房組，中下奧陶統鷹山組，下奧陶統蓬萊壩組，而恰爾巴克組在塔河主體部位剝蝕殆盡，一間房組、鷹山組是塔河油田主要勘探開發目的層。鷹山組中下部和蓬萊壩組在全區分布，勘探程度低，僅有沙88井、塔深1井等少數井揭示。從取得的資料來看，這2套層系儲層較發育，但缺少好的區域性垂向封隔因素，局部封隔條件好壞是能否成藏的一個關鍵因素，總體上還需要進一步開展大量的基礎研究工作[3-4]。本文結合塔河油田的基本成藏條件，在中下奧陶統古構造發展演化的基礎上，分析塔河油田的油氣成藏演化過程。

1 油氣成藏與富集的基本特征

1.1 烴源巖特征

塔河油田原油和天然氣的油/氣源分析表明，氣主要來自海相腐泥型母質寒武—奧陶系烴源巖[5-7]。顧憶等[5-6]根據原油與烴源巖地球化學研究與對比表明：塔河原油主要與寒武系—下奧陶統烴源巖有關，而與塔中原油及中—上奧陶統烴源巖有差異，與石炭系、三疊系烴源巖差別更大。塔北上奧陶統沉積環境、烴源巖及原油地球化學、資源潛力分析的研究認為：塔北地區上奧陶統以低有機質豐度為特點，烴源巖不發育，基本不具備形成規模油氣的生油條件[5]。

1.2 儲集層特征

受多期構造運動及巖溶作用的影響，塔河油田奧陶系碳酸鹽巖中發育多期裂縫、溶蝕孔洞和大型洞穴，它們構成了具有極強非均質性奧陶系灰巖的主要儲集空間。

1.2.1 儲層發育主控因素

(1)巖溶縫洞型儲層主要受海西早期巖溶作用的控制。阿克庫勒凸起中下奧陶統巖溶縫洞型儲層是多期次、多類型巖溶作用的產物，主要是海西早期大氣水巖溶作用，其次是加里東中期Ⅲ幕巖溶作用，而其它期次、類型巖溶作用對儲層發育和控制作用較小。從加里東中期開始，中下奧陶統碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲層開始發育，但Ⅰ,Ⅱ幕巖溶作用因受整體構造抬升不強而對儲層的發育影響相對較小；而加里東中期Ⅲ幕巖溶則發育在一個整體抬升較強的環境，巖溶順著斷裂帶發育而在中下奧陶統形成了規模比較大的儲層，但主體范圍主要分布在阿克庫勒凸起西北部地區。海西早期巖溶作用是中下奧陶統巖溶縫洞型儲層發育與展布面貌的主控因素。在桑塔木組尖滅線以北地區，裸露型大氣水巖溶作用高度發育，加里東期巖溶縫洞體系被強烈改造，大部分地區保留海西早期巖溶的面貌；而在桑塔木組覆蓋區，海西早期巖溶作用也很發育，但模式發生了改變，覆蓋型大氣水巖溶作用主要順斷裂帶、裂縫帶發育。而到了海西晚期，巖溶作用發育范圍相對較局限，對現今已發現的中下奧陶統油藏的儲層建設作用不大。

(2)構造縫型儲層主要受構造變形作用的控制。裂縫在碳酸鹽巖儲層中普遍發育，但在巖溶強發育區，裂縫對儲集性能的貢獻有限，而在巖溶欠發育區，構造裂縫對碳酸鹽巖儲層的貢獻則意義重大。如在托甫臺地區，儲層預測發現了一系列與斷層走向一致的“屬性異常條帶”，而實鉆結果顯示，溶蝕作用不強，裂縫型儲層相對較發育。

(3)裂縫—孔隙型儲層主要受巖性、白云石化作用和溶蝕作用的控制。裂縫—孔隙型儲層的分布主要受礁灘相灰巖、高能帶顆粒灰巖等控制，而儲集性能主要取決于原生及次生溶蝕孔隙的發育程度。在阿克庫勒凸起，高能相帶的顆粒灰巖、生物礁灘相灰巖發育比較局限，主要分布在南部一間房組上段，而且垂向上厚度薄、平面上規模小。

1.2.2 儲層發育規律

中下奧陶統一間房組、鷹山組儲層以孔、洞、縫作為儲集的空間，形成雙重或多重孔隙介質的特殊儲層[8]。根據不同地區優勢儲層類型的不同，可將塔河油田儲層分為洞穴型、縫洞型、裂縫型3個主要的儲層發育區，不同區儲層發育規律存在較大差異[9-10]。

(2)縫洞型儲層發育區：①縱向上主要發育在距中下奧陶統頂面0～60 m的范圍內，可能與恰爾巴克組上部灰質泥巖段隔水層的控制有關；②平面上儲層的分布主要受斷裂帶、褶曲帶的控制，呈條帶狀展布，條帶的走向與斷裂帶走向一致。

(3)裂縫型儲層發育區：裂縫型儲層主要發育在托甫臺地區和南部鹽下地區，多沿大型斷裂帶和局部構造變形帶發育。

(4)裂縫—孔隙型儲層發育規律：裂縫-孔隙型儲層的發育受沉積相帶的控制明顯，主要分布在塔河油田南部一間房組上部礁灘相顆粒灰巖中。

1.3 蓋層及封閉系統特征

塔河油田中下奧陶統上覆可作為蓋層的有三疊系柯吐爾組泥巖段；下石炭統卡拉沙依組下部泥巖段、巴楚組雙峰灰巖段、下泥巖段及膏泥巖；上奧陶統泥灰巖及灰質泥巖；中下奧陶統致密灰巖段。其中下石炭統卡拉沙依組下部泥巖段和巴楚組及柯吐爾組的泥巖，巖性致密、單層厚度大、層位穩定，是良好的區域蓋層。

在海西早期運動之前，巨厚的桑塔木組灰質泥巖、泥巖和志留系的泥巖等為加里東晚—海西早期的成藏提供了非常好的封閉條件，但在海西早期運動中被破壞，僅殘留于阿克庫勒凸起翼部，成為局部蓋層。這次蓋層的破壞，也使得早期成藏于阿克庫勒凸起西北部的油氣藏氧化降解成重質、超重質油氣藏，部分地區甚至氧化成瀝青。

海西早期運動之后，隨著石炭系巴楚組和卡拉沙依組等沉積和壓實成巖，在凸起上的絕大部地區，又具備了良好的區域封蓋性，為后期的油氣成藏提供了必要的封閉條件。但于奇地區大部分和阿克庫木斷壘帶卻缺乏這套蓋層。如于奇地區的LX4井區，三疊系砂礫巖直接覆蓋在奧陶系碳酸鹽巖之上，阿克庫木斷壘帶中段S9井至LN3井區不含油氣，該段或三疊系砂礫巖直接覆蓋于奧陶系碳酸鹽巖之上(LN2井)、或僅有很薄的下三疊統泥巖作蓋層(S9井T1泥巖僅9 m)，因而盡管有油氣顯示，而不能富集成藏。

印支期后，阿克庫勒凸起逐步進入一個完全封閉的成藏系統演化階段，此后的構造運動不再改變奧陶系縫洞型圈閉群的總體面貌。

2 中下奧陶統構造演化

2.1 加里東期構造特征

早震旦世—早寒武世，塔里木盆地處于伸展作用下的演化背景，包括阿克庫勒在內的塔北隆起此時表現為與滿加爾凹陷連成一體的盆地—斜坡沉積區，古地形為西高東低[10]。

中奧陶世末的加里東中期運動，塔里木克拉通周緣由大陸伸展環境轉變為聚斂構造環境，盆地性質由被動大陸邊緣盆地向擠壓型盆地轉變。此期阿克庫勒凸起最大主應力方向為南北向，區內主要形成了“X”形NNE和NNW剪切斷裂和NE向三組斷裂。加里東中期塔里木克拉通北部邊緣形成前緣隆起，阿克庫勒北部露出水面，中奧陶統一間房組頂部遭受剝蝕。晚奧陶世良里塔格組沉積末期，構造運動再度活躍，又一次地殼抬升(加里東中期第Ⅱ幕)，致塔里木盆地廣大地區良里塔格組與上覆桑塔木組之間為不整合接觸，桑塔木組由鼻凸周緣向鼻凸高部位上超于平行不整合面上。此期形成一個向北抬升、向南傾沒的繼承性鼻凸，即形成阿克庫勒鼻凸雛型(圖1A)。

2.2 海西早期構造特征

中泥盆世末的海西早期運動，是阿克庫勒地區最重要的一次構造運動[11]。在NW-SE方向區域壓扭應力作用下，沙雅隆起在整體隆升背景上，形成“東西分塊、凸凹相間”的格局(圖1B,C)，北高南低、東高西低，雅克拉—輪臺一帶持續高凸，庫爾勒鼻凸、阿克庫勒鼻凸以及沙西凸起進一步強化，形成了向西南傾伏的NE-SW走向的阿克庫勒大型鼻凸。海西早期為擠壓背沖斷裂的發育時期，除了加里東中期的一部分斷裂繼續活動外，NE向斷裂的發育成為這一時期斷裂活動的主要特點。

2.3 海西晚期構造特征

海西晚期運動是影響本區的一次重要的構造運動，也是斷裂活動的主要時期之一。阿克庫勒凸起乃至整個沙雅隆起再次強烈抬升隆起，阿克庫勒地區總體上表現為：北高南低、傾向南南西、傾角較為平緩、局部發育古構造高點及平臺的單斜構造，古構造等值線總體呈NWW—SEE向延伸，形態較為復雜，工區東北部最高，東南部最低(圖1D)。

2.4 印支—燕山期構造特征

阿克庫勒凸起受北東—南西向擠壓應力場作用，宏觀上主要呈現了一組“X”型共扼剪切斷裂帶及北西向、北北西向低幅度擠壓背斜。印支—燕山期阿克庫勒凸起繼承性發展，總體北高南低，發育一個軸向北北東，向南西傾覆、形態不規則的大型鼻狀構造；在此鼻狀構造背景上，在S99井、LG15井、S9井、S47井、LG3井分別發育一些閉合面積不大，閉合幅度較低的次級古構造高點，使鼻狀構造形態復雜化，構造形態變化不大(圖1E)。

圖1 塔河油田中下奧陶統頂面構造演化過程Fig.1 Tectonic evolution of Lower—Middle Ordovician top, Tahe Oil Field

2.5 喜馬拉雅期構造特征

3 油氣藏演化過程分析

3.1 中、晚奧陶世(加里東中期)

加里東中期是構造運動初始活動的重要時期，形成的一系列斷裂帶對后期構造格局、儲層、巖溶及油氣聚集具有重要的影響。雖然塔河北部的大部分地區僅處于生油門限，尚不具備供油條件，但位于塔河地區南部的寒武系下部地層已進入生油高峰，與阿克庫勒凸起在加里東中晚期的構造、巖溶及成巖共同作用下形成的儲集空間，共同為塔河油田最早一期成藏提供了條件。

3.2 志留紀—中泥盆世(海西早期運動前)

志留紀—中泥盆世(海西早期運動前)是阿克庫勒凸起最早一期成藏期，無論奧陶系碳酸鹽巖還是志留系等碎屑巖，均經歷了大規模的油氣充注[12]。對于奧陶系而言，油氣聚集成藏于早期形成的縫、洞、孔隙等中，但受海西早期強烈的構造運動影響，阿克庫勒凸起北部地區奧陶系上覆地層相繼被剝蝕殆盡，中—下奧陶統本身也遭受不同程度的剝蝕，進而使油藏被破壞，在凸起高部位僅殘留了一些瀝青質指示著古油藏的存在，如塔河主體區；但在相對低部位，破壞作用相對較弱，盡管古油藏被破壞，但重質成分仍可能部分保留，在后期輕質油氣充注改造下形成重質油藏，如艾丁地區等重質油藏。

海西早期運動在破壞先期已成藏的古油藏的同時，也在建設著阿克庫勒凸起奧陶系碳酸鹽巖的儲集性能，在海西早期巖溶作用下形成的規模巨大的縫洞系統為后來的成藏提供了儲集條件。同時，此時寒武系下部地層大部分地區處于高成熟階段，部分地區處于過成熟階段，上部地層大部分地區處于生油高峰，部分地區處于生油門限。下奧陶統基本處于生油門限，下部地層部分地區處于生油高峰階段，為后來的成藏提供了烴源巖條件。

3.3 晚泥盆世(D3d)—石炭紀—二疊紀(海西晚期)

隨著石炭紀地層的沉積，奧陶系封閉系統開始逐步形成，為油氣的再充注、聚集成藏提供了條件。此時，生油演化基本延續海西早期的演化格局。寒武系下部地層大部分進入高成熟階段，部分為過成熟，上部地層全部進入生油高峰。位于塔河地區南部的中下奧陶統下部地層部分進入生油高峰，但往北的大部分地區仍處于生油門限階段；海西晚期充注的油氣首先進入在海西早期運動形成的儲集空間，同時不斷改造早期殘留的古油藏，被混合改造的重質、超重質油在縫洞型圈閉再次調整，形成新的油氣聚集。這樣的混合改造與調整運移，也成為塔河油田西北部艾丁地區中下奧陶統盡管蓋層條件不佳但還能成藏的一種解釋。

海西晚期構造運動使得奧陶系油氣藏再次被抬升，上覆蓋層石炭系被剝蝕，在阿克庫木斷裂帶、于奇中部地區等甚至形成了“禿頂”，而在凸起的翼部因有石炭系、上奧陶統蓋層而相對較好。保存條件的變差，使得阿克庫勒凸起奧陶系油氣藏進入了新一輪的氧化、降解等階段。

3.4 三疊紀—白堊紀(印支—燕山期)

從三疊紀開始，阿克庫勒凸起又開始進入了穩定的構造沉降期，封閉系統自此開始逐步完全形成，在輪臺斷裂以南從此再沒有被破壞過。但目前各方面的分析表明，該時期可能存在一定的持續油氣充注，改造著前期的古油藏，但規模可能不大。

燕山晚期，寒武系下部地層基本均處于過成熟階段，上部地層處于高成熟，部分地區的上部地層仍處于生油高峰。此時下奧陶統下部地層基本均進入生油高峰，位于南部的中下奧陶統達到高成熟，上部地層仍處于生油門限。

3.5 古近紀—新近紀(喜山期)

喜馬拉雅晚期，寒武系南部地層全部進入過成熟階段，北部地區寒武系上部地層仍處于高成熟階段。中下奧陶統下部地層此時全部進入高成熟階段，上部地層進入生油高峰，而位于南部的上奧陶統下部地層也進入生油高峰，但上部地層仍處于生油門限階段。位于塔河東部相應地層進入生油門限和高峰的各個階段要早于西部。

各種資料表明，喜山期是阿克庫勒凸起的一個重要時期。由南、南西、南東、東等方向運移而來的輕質油氣控制了凸起東、南、西翼部的油氣分布。并強烈地改造了早期的古油藏，使得阿克庫勒凸起油藏由重變輕、由差變好[13]。但在各地因充注情況不同具有較大差異：

(1) 阿克庫勒凸起西北部地區此時構造位置已經低于凸起的軸部，因此，由東、南等方向的輕質油氣很難越過凸起軸部而到達西翼，唯有西北、西南方向的輕質油氣能夠到達此地。但烴源與油氣運移研究表明，西北、西南方向不是阿克庫勒凸起晚期輕質油氣充注的主方向，故該區仍主要以重質油、超重油為主。

(2) 阿克庫勒凸起軸部地區是此時油氣充注改造的主要地區，因充注改造程度的不同，呈現除了由北東向南西油質逐步變輕的分布特征。

(3) 在凸起的翼部，一些縫洞發育帶可能在早期油氣充注時缺乏有效側向封檔條件，因而未能或者僅捕獲少量的油氣，但演化到喜山期，構造、成巖膠結等各種因素使得這些縫洞帶具備了側向遮擋條件而成為有效的圈閉，如TP7條帶、S106-S117條帶。而一些側向遮擋條件不佳的縫洞帶盡管位于有利的充注部位和優勢運移通道上，也不能富集成藏，如S113-S110條帶。

(4) 喜山期不僅僅是阿克庫勒凸起奧陶系油氣藏的一個重要成藏期，也是上覆層位油氣藏的主要成藏期。喜山期油氣在奧陶系圈閉中富集成藏的過程中，也不斷沿著斷裂系統向上運移，在上覆地層中的各類圈閉中聚集成藏，如鹽邊、鹽上三疊系各類油氣藏、輪南油田、阿克庫勒油田、東、西達里亞油氣田等。

4 結論與討論

1)本區的烴源巖是寒武系—下奧陶統海相腐泥型含有機質泥巖和碳酸鹽巖，主要儲集空間為多期構造運動及巖溶作用下形成的溶蝕孔洞、構造裂縫和大型洞穴，巨厚的桑塔木組灰質泥巖、石炭系巴楚組和卡拉沙依組在不同成藏期起著封閉油氣的作用。

2)塔河油田中下奧陶統在加里東Ⅱ幕期表現為一北東向較寬緩的鼻凸，高點在現今輪臺斷裂附近，海西早期構造軸向轉為北北西，海西晚期—喜馬拉雅早期，表現為一由近北西向、北東向斜坡組成的，軸向為北東向的、緩頂式直角狀凸起；喜馬拉雅晚期到現今，該區受西部應力作用和區域翹傾結果，南部軸線保持呈北東向不變，而北部軸線由西往東遷移，構造高點也由北向南遷移。

3)長期發育的古隆起及古斜坡控制油氣運移、聚集與成藏，碳酸鹽巖縫洞型儲集體的高度發育是油氣富集成藏的基礎，區域性蓋層的發育是油氣成藏的重要控制因素，成藏封閉系統的演化控制了成藏特征。加里東中晚期構造、巖溶及成巖等作用，為阿克庫勒地區第一次油氣成藏提供了儲集空間；受海西早期構造運動的強烈影響，先期油藏被破壞并在局部地區形成重質油藏，同時為海西晚期的油氣充注提供了儲集空間；印支期以來，該區的成藏系統主要以整體調整為主。

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