塔里木盆地西南坳陷英吉沙與皮山地區構造演化特征及對油氣成藏的影響

解巧明，王震亮，尹成明，李清瑤，廖 曉，趙子龍，張快樂

(1.大陸動力學國家重點實驗室(西北大學)，西安 710069；2.西北大學 地質學系，西安 710069；3.中國地質調查局 油氣資源調查中心，北京 100083)

塔西南坳陷作為塔里木盆地內一級構造單元，可分為和田凹陷、葉城凹陷和喀什凹陷等二級單元，油氣地質資源儲量較為豐富，目前已發現柯克亞高產凝析氣田、巴什托普、柯克亞深層油氣藏和阿克莫木氣田等(圖1a)。受不同時期板塊碰撞作用控制，塔西南地區經歷多期逆沖推覆，構造背景復雜[1-5]：晚二疊世—早三疊世羌塘地塊與塔里木地塊發生碰撞，康西瓦斷裂左旋走滑；中生代期間，岡底斯陸塊向歐亞大陸拼貼、班公湖—怒江特提斯洋關閉，西昆侖北緣斷裂形成；新生代以來，特別是中新世至今，受印度板塊與青藏高原板塊碰撞遠程效應影響，發育前陸盆地，塔西南地區處于前陸盆地的前淵部位。西昆侖地區、青藏高原西北緣碎屑鋯石的熱年代學研究認為[6]，西昆侖地區在晚二疊世、中生代、中新世與上新世均受構造擠壓影響(圖1b)，導致塔西南地區褶皺、斷層與不整合面廣泛發育。

英吉沙、皮山地區與已發現的阿克莫木、柯克亞油氣田所在地區具有相似的石油地質特征：烴源巖主要為石炭—二疊系海相、湖相烴源巖和侏羅系湖相、沼澤相烴源巖，屬于優質烴源巖，新生代以來大量生、排烴；發育多套生儲蓋組合；巨厚膏泥巖阿爾塔什組可作為一套良好的區域性蓋層[7-11]。但因塔西南坳陷新生代復雜的構造演化和油氣成藏過程，目前2個地區尚未有大的油氣發現。因此，通過綜合研究英吉沙、皮山地區構造演化特征，探討其對油氣成藏的影響，具有一定理論和實用價值。本文以裂變徑跡分析、單井埋藏史恢復以及野外觀察到的不整合面等多種因素作為約束條件，主要利用平衡剖面技術，對英吉沙、皮山地區在不同地質時期的構造演化進行了恢復和分析，為探討不同地質時期的構造特征提供較為準確的證據。在此基礎上，從烴源巖生烴作用、油氣運移證據、圈閉量化以及油氣藏破壞等多個方面，探討構造演化對油氣成藏的影響及在這2個地區的差異性。

1 構造演化特征

利用平衡剖面技術對英吉沙、皮山地區的構造演化特征進行分析。前人在甫沙—克里陽、齊姆根地區曾利用平衡剖面技術對塔西南構造演化特征進行過研究，并取得較好效果[12]。平衡剖面技術針對解釋出的地震剖面，選用合適的變形機制，通過幾何學、運動學原理全部或部分復原成合理的未變形狀態，遵循面積守恒、層長守恒、位移量守恒等基本原則[13-16]。地震剖面的選取對于恢復構造演化特征的準確性至關重要，一般應遵循2個原則：(1)選取的剖面應平行構造傾向；(2)能夠較好反映構造特征[17]。綜上分析，根據前人資料[18]，分別選取AA′，BB′剖面作為反映英吉沙、皮山地區構造演化特征的基礎(圖1)。然后利用2DMove軟件恢復剝蝕[19-20]、去斷層、層拉平、去壓實[21]等操作，使該剖面還原至相應地質時期的狀態。

圖1 塔里木盆地英吉沙與皮山地區研究區的位置、西南坳陷和鄰區的亞一級構造單元分區(a)與地層—構造事件柱狀圖(b)

圖2 塔西南坳陷英吉沙地區2個剖面的白堊紀—新近紀構造沉降曲線[22]

1.1 英吉沙地區構造演化特征

前人曾立足層序地層響應特征，分析了塔里木盆地白堊紀—新近紀的盆山耦合過程[22]，計算了英吉沙地區構造沉降量和沉降速率(圖2)，認為英吉沙地區自白堊紀以來經歷了地層的多期快速沉降，分別發生于白堊紀、古近紀、中新世與上新世。反映沉降速率主要受構造運動控制，造山帶持續擠壓導致前陸盆地的沉降[22]。

本文結合地震剖面(圖3g)及前人對英吉沙地區的構造抬升事件分析，依據AA′剖面的平衡剖面恢復結果(圖3)，初步研究認為，該地區的構造運動以推覆作用為主，可分為4個時期：晚二疊世、中生代、中新世和上新世，其中，中生代發育2次較明顯的推覆。結合磷灰石裂變徑跡對地層抬升時間分析，認為對應的時間分別為距今265，130，79，20，4.7 Ma[6]。

二疊紀末期，地層由昆侖山前向盆地內部推覆，AA′剖面長度由52.56 km縮短至50.26 km，縮短率4.38%，發育逆沖斷層。從地形上來看，地層受擠壓發育褶皺，特別在逆斷層附近發育斷層轉折褶皺和斷層傳播褶皺。在剖面的北東部，深部寒武系發育厚層膏巖，使得逆沖斷層沿著寒武系滑脫，形成疊瓦狀構造，發育斷彎背斜(圖3b)。中生代期間，地層遭受嚴重的剝蝕，僅在局部地區有白堊系殘留，廣泛發育不整合。野外露頭可觀察到石炭系、二疊系與中新生界間的不整合(圖4a，b)。中新世早期，地層開始由SW向NE方向推覆，剖面長度從43.71 km縮短至36.73 km，縮短率22.40%。強烈的推覆使得該地區發育逆沖斷層，切穿下伏古生界。地層向SW方向傾斜并發育褶皺，蘇蓋特、英吉沙和阿克陶背斜的雛形得以形成(背斜雛形見圖3e，圈閉2、圈閉7所處位置)。靠近西昆侖地區，古近系與二疊系上下疊置，造成地層重復。上新世至今，推覆的方向依然是由SW向NE方向，剖面長度從36.73 km縮短至32.45 km，縮短率11.65%。從地震剖面上看，靠近西昆侖地區全面褶皺上升，地層遭受擠壓劇烈變形，蘇蓋特、英吉沙等背斜形成(背斜構造見圖3g，圈閉1所處位置)，在SW向淺部為中生界和古生界推覆體，并且把侏羅系推覆抬升至地表。盆地方向發育2條相背傾斜的逆沖斷層，由深部的一條逆斷層相聯系構成逆沖三角帶。野外露頭可觀察到侏羅系地層受擠壓形成褶皺(圖4c，d)。前人對阿克1井地層埋藏史進行了恢復[7](圖3h)，結合AA′剖面演化過程，認為二疊紀末期山前逆沖推覆造成前緣及相鄰區域抬升，阿克1井地區未發育三疊系，中生界經歷2期抬升后遭受剝蝕；中新世以后，昆侖山前的強烈推覆，使前淵坳陷帶發育巨厚的新近系沉積，其埋藏史曲線可反映英吉沙地區的沉降—抬升歷程。

1.2 皮山地區構造演化特征

同樣結合地震剖面及前人對皮山地區的構造抬升事件分析，依據BB′剖面(圖5g)的平衡剖面恢復結果(圖5)，研究認為，BB′剖面展示的構造運動同樣以推覆為主，可分為4個時期：晚二疊世、白堊世、中新世和上新世，結合磷灰石裂變徑跡對地層抬升時間分析，認為對應時間分別為265，130，20，4.7 Ma[6]。

圖3 塔西南坳陷英吉沙地區南西—北東向AA′剖面平衡恢復結果(a-g)及與阿克1井埋藏史曲線對比(h)

二疊紀末期，皮山地區處于構造擠壓環境，BB′剖面長度由84.59 km縮短至79.36 km，縮短率6.18%。上古生界由SSW向NNE向推覆，發育疊瓦狀構造(圖5b)；三疊紀期間，皮山地區處于擠壓環境，但擠壓具有不均一性，昆侖山前因擠壓抬升幅度小于盆地內部，故發育侏羅系與二疊系間的不整合，向盆內延伸侏羅系逐漸尖滅，發育白堊系與二疊系間的不整合。早白堊世，靠近昆侖山前侏羅系被抬升遭受剝蝕，發育侏羅系與古近系不整合(圖5c)；中新世早期，剖面長度由74.09 km縮短至71.63 km，縮短率3.32%，地層開始由昆侖造山帶向盆地內部推覆并發育逆斷層，山前地層整體隆升并向盆內擠壓，使得地層發育褶皺，柯東、柯克亞背斜的雛形得以形成。上新世至今，構造推覆最為強烈，剖面長度由71.63 km縮短至62.68 km，縮短率12.49%，山前地區呈疊瓦狀、基地卷入式構造(圖5e，圈閉5，圈閉6所處位置)。新生界被強烈抬升遭受剝蝕，盆內地層發生褶皺變形，形成柯克亞背斜。前人曾對甫沙背斜、柯克亞背斜的地層傾角進行過測量[23]，發現上新統阿圖什組底部到第四系西域組頂部，地層傾角由下向上逐漸變緩，認為甫沙背斜生長地層底界位于阿圖什組下部，柯克亞背斜生長地層底界位于阿圖什組中上部，證明甫沙與柯克亞背斜的主要發育期為上新世，這與本文的平衡剖面恢復結果是一致的。前人對皮山北2井的地層埋藏史進行恢復[37](圖5，右上)。結合BB＇剖面演化過程，認為山前地區晚古生代末期、中生代分別經歷了構造推覆與地層抬升，中生界不發育；中新世以后，昆侖山前的強烈推覆使得前淵坳陷沉積了巨厚的新生界，該井的埋藏史曲線基本反映了皮山地區的沉降—抬升歷程。

圖4 塔西南坳陷英吉沙地區野外露頭展示的構造現象

圖5 塔西南坳陷皮山地區南西—北東向BB′剖面平衡恢復結果(a-g)及與皮山北2井埋藏史曲線對比(h)

1.3 2個地區構造演化的差異性

新近紀以來，塔西南坳陷整體處于強烈構造擠壓環境，但具有不均一性[24-25]，可能會導致不同地區的構造強度、作用時間的差異性[26]。通過英吉沙、皮山地區地層縮短率的量化分析，發現英吉沙和皮山地區構造強度存在差異性(圖6)，自古近紀到中新世、上新世，地層縮短率的變化趨勢有明顯差別：英吉沙地區在中新世地層壓縮率高達22.4%，之后至上新世降至11.65%，且構造擠壓強度大于皮山地區；皮山地區在古近紀和中新世構造擠壓程度明顯較弱，地層縮短率分別為3.15%、3.32%，至上新世才升至12.49%，并略高于英吉沙地區。該時期的擠壓源于印度板塊與歐亞板塊碰撞，造成青藏高原隆升使整個塔西南坳陷均處于較為強烈的構造擠壓環境。但受青藏高原隆升不均一影響，中新世帕米爾向北突刺英吉沙地區構造擠壓強度明顯高于皮山地區；上新世青藏高原全面隆升，2個地區構造擠壓強度大體相當。

圖6 塔西南坳陷英吉沙和皮山地區地層縮短率對比

2 構造演化對油氣成藏的影響

盆地形成中的構造、沉積作用是油氣藏得以形成的基礎地質條件，塔西南坳陷的油氣勘探實踐表明，構造演化是影響油氣生成、運聚、成藏的重要因素。但在英吉沙、皮山地區之間，由于存在構造演化的差異性，也可能引起2個地區油氣成藏特征存在一定的差別。

2.1 圈閉形成和演化

背斜圈閉、不整合圈閉為塔西南油氣聚集的主要場所[27-29]。本文對圈閉的分析主要基于背斜構造圈閉，在地震剖面平衡恢復的過程中采用2DMove軟件對圈閉進行度量。根據圖3，圖5顯示的不同時期圈閉的演化過程，可見構造推覆發揮了主導作用。現以英吉沙地區圈閉演化過程為例加以說明(圖7)，從圈閉1至9的背斜形成歷史看，中新世與上新世是本地區背斜圈閉形成的主要時期。2個地區推覆時間不一致，可能導致圈閉形成時間存在差異。皮山地區圈閉形成演化過程分析，發現中新世、上新世均有圈閉形成，但上新世為該地區背斜圈閉形成的主要時期(圈閉1，4，5，6，圖5)。

圖7 塔西南坳陷英吉沙地區不同背斜圈閉在演化時期的容積變化

2.2 烴源巖的生烴過程

塔西南坳陷主要發育石炭—二疊系濱海相—湖相、侏羅系煤系烴源巖，但不同層位烴源巖分布特征與演化程度在東西方向存在差異。具體表現為石炭系烴源巖在英吉沙地區發育較厚，厚度普遍大于200 m；二疊系烴源巖在皮山地區發育較厚，厚度大于250 m；侏羅系烴源巖平面上主要呈狹窄的條帶狀分布于塔西南的山前地帶，沿著山前地帶向東南方向逐漸減薄。石炭系烴源巖熱演化成熟度中東部地區處于成熟階段，西部地區處于高成熟階段，熱演化程度較高；下二疊統烴源巖熱演化成熟度自塔西南坳陷東北部向西南山前逐漸增加[30-32]。前人對該地區烴源巖熱演化程度研究，發現受新生界巨厚沉積影響，烴源巖開始逐漸進入高—過成熟演化階段，開始大規模生烴。現以石炭—二疊系烴源巖為例進行說明。本文通過人工井標定(位置見圖1)，對地層巖性特征、巖石熱導率、塔西南地區地溫梯度演化過程[33-34]以及大地熱流值計算模型等參數進行了詳細論證，利用Petromod軟件進行了模擬[35-36](圖8)。由該地區不同深度的鏡質體反射率(Ro)測試結果進行驗證，顯示模擬的可靠性較高(圖8，插圖)。模擬結果顯示，中侏羅世末，石炭系烴源巖進入生烴門限。但受晚侏羅世構造作用影響，地層抬升剝蝕導致生烴停滯。古近紀以來，重新進入新的生烴門限，在距今65 Ma開始二次生烴。中新世以后塔西南坳陷具有前陸盆地特征，在前淵坳陷帶沉積了巨厚的新近系，從而使烴源巖所在地層的溫度快速上升，二疊系普司格組、侏羅系烴源巖進入高—過成熟階段，分別在距今23，18 Ma開始大規模生烴。

2.3 油氣運移的證據

根據野外觀察到的裂縫發育情況以及鏡下特征，發現塔西南地區構造裂縫發育，由裂縫間的分布、切割關系，至少可以識別出2個期次的裂縫(圖9a)，很多裂縫被方解石膠結充填(圖9a，c)，但也可見部分裂縫未被膠結，構成重要的滲流通道(圖9b)。在熒光顯微鏡下，還可觀察到裂縫內部有淺黃色熒光顯示，說明裂縫為油氣運移的重要通道(圖9d)。

前人根據自生伊利石的K-Ar定年法，針對英吉沙地區阿克1井下白堊統砂巖進行了油氣充注年代分析，認為發生在距今22.60～18.79 Ma[37]，表明在中新世早期該地區開始發生油氣充注，其后發生油氣運移或成藏。阿克1井白堊系有機包裹體均一溫度測溫結果顯示，至少存在3期油氣充注，第一期包裹體均一溫度介于60～70 ℃之間；第二期有機包裹體均一溫度介于90～102℃之間；第三期有機包裹體均一溫度介于79～92 ℃(圖10e)之間，對應時間分別為中新世早期、上新世晚期及更新世[38]。皮山地區柯東101井、柯東1井連續選取的42塊白堊系儲層樣品進行了包裹體測溫，顯示包裹體均一溫度存在2個峰值區間，早期成藏溫度在80～85 ℃，晚期成藏溫度在110～120 ℃(圖11e)，對應于上新世與更新世[11]。

圖8 塔西南坳陷人工井埋藏史—熱史曲線與石炭—二疊系、侏羅系烴源巖的生烴階段

圖9 塔西南地區裂縫發育和油氣顯示特征

a.罕鐵熱克組(C1ht)，內部裂縫發育且被方解石充填，皮山康克爾剖面；b.杜瓦組(P3dw)，發育構造裂縫且未被填充，單偏光，50×，藍色鑄體，皮山桑株剖面；c.杜瓦組(P3dw)，發育構造裂縫且被方解石充填，單偏光，10×，皮山桑株剖面；d.塔爾尕組(J2t)，內部裂縫黃色熒光油氣顯示，熒光，20×，英吉沙吾斯塘博依村

Fig.9 Fracture development and hydrocarbon display characteristics in southwestern depression, Tarim Basin

成藏條件與構造演化特征表明，中新世以來，2個地區下伏的烴源巖達到成熟—過成熟階段，開始大規模生烴。但受構造推覆差異影響，二地區斷層—不整合面等有利油氣運移通道形成時間有差別，使得油氣充注時間不一致。其中，英吉沙地區中新世受強烈的構造擠壓，地層向北東方向推覆，發育逆沖斷層與不整合，烴源巖生成的油氣可沿斷層—不整合面等有利通道，向上運移至相關儲層中，形成油氣藏(圖10)；皮山地區上新世以來地層經歷強烈推覆，斷層—不整合面等油氣運移通道得以形成，烴源巖生成的油氣向上運移至白堊系儲層中，形成油氣藏(圖11)。

2.4 油氣藏破壞

塔西南地區發育多套蓋層，其中古近系、新近系的巨厚泥巖分布廣泛，可作為理想區域蓋層[11]。

圖10 塔西南坳陷英吉沙地區構造演化剖面(a-d)、包裹體均一溫度顯示的油氣充注期次與油氣運移、成藏過程(e)

圖11 塔西南坳陷皮山地區構造演化剖面(a-d)和包裹體均一溫度顯示的油氣充注期次與油氣運移、成藏過程(e)

油氣藏遭受破壞與強烈的構造擠壓、地層抬升有關[10]，導致圈閉破壞、蓋層被抬升剝蝕以及斷裂斷穿儲、蓋層等，從而破壞油氣藏。因此對油氣藏破壞主要從斷層和圈閉2方面分析：

皮山KD1井鉆探過程中發現，油氣顯示自斷塊深部向淺部逐漸變差，最深部的斷塊具有良好油氣顯示，高部位斷塊由于斷層通天導致油氣藏破壞嚴重，地表出現油砂、液體油苗等油氣顯示[39]，說明了斷層淺部由于水動力、水洗和生物降解等因素造成的油氣藏破壞，英吉沙、皮山地區應都存在斷層對油氣藏的破壞作用；但構造演化過程中背斜圈閉本身的大小變化、甚至完全消失，存在一定差異性，英吉沙地區AA＇剖面上，由于上新世強烈的構造擠壓，很多圈閉(如圈閉2，3，7，8，9)遭受強烈改造，圈閉7，8，9最終消失(圖3)。皮山地區BB＇剖面上，圈閉形成的時代較晚，主要為上新世，故僅有圈閉9消失(圖5)。由此認為，從背斜圈閉的演化和破壞角度分析，英吉沙地區油氣藏遭受破壞的風險要大于皮山地區。

3 結論

(1)英吉沙與皮山地區二疊紀以來經歷多期構造推覆，主要對應于晚二疊世、中生代、中新世和上新世。強烈的構造推覆使2個地區形成疊瓦狀、斷彎背斜、三角帶等構造樣式，斷層、不整合等地質現象廣泛發育。

(2)受新近紀以來強烈構造推覆作用的影響，蘇蓋特、英吉沙、柯克亞背斜形成，英吉沙與皮山地區背斜構造圈閉發育。由于新生界巨厚沉積的影響，下伏石炭—二疊系、侏羅系烴源巖分別在距今23，18 Ma開始大規模生烴，生成的油氣可沿斷層、不整合面等通道向上運移至新生界等儲集層中成藏。

(3)構造作用導致2個地區成藏條件存在一定的差異性。英吉沙地區油氣充注時期主要為中新世早期、上新世與更新世，構造圈閉主要形成于中新世，原生油氣藏在上新世遭受破壞的風險較大；皮山地區油氣充注時期主要為上新世和更新世，圈閉主要形成于上新世，與充注時期同步，油氣藏在后期的破壞風險較小。

致謝：感謝中國地質調查局油氣資源中心等單位對本文的資助和大力支持！