塔里木盆地塔中地区中奥陶统一间房组分布范围

章轩玮

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083)

塔里木盆地塔中地区中奥陶统一间房组分布范围

章轩玮

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083)

塔里木盆地塔中Ⅲ区奥陶系良里塔格组底部发育一套砂屑一生屑滩相颗粒灰岩沉积,与原Ⅰ区、Ⅱ区含泥质条带藻黏结泥晶灰岩的认识有差异.运用目标层位岩心岩屑牙形石古生物分析方法,结合区域性牙形石带划分、岩性岩相特征、测井特征、暴露溶蚀特征等,分析该套地层的层位归属,明确一间房组地层在塔中地区的存在;结合地震标定与层位追踪,确定塔中地区一间房组的实际分布范围与有利油气成藏模式.结果表明:该套颗粒灰岩地层归属中奥陶统一间房组地层,塔中地区一间房组的实际分布范围在塔中Ⅲ区及Ⅱ区台缘相区,一间房组顶面溶蚀储层与良里塔格组底泥晶灰岩组合形成上生下储式油气藏的潜能.该研究对塔中地区一间房组下一步油气勘探具有现实意义.

塔里木盆地;塔中北斜坡;一间房组;牙形石;成像测井

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.05.001

0　引言

关于地层时代归属的确定,人们提出古生物、同位素测年、古地磁等论证方式[1].古生物研究是地层时代判定的重要依据,其中以牙形石带划分对比最有说服力.赵治信等最早对塔里木盆地牙形石带序列进行系统的整合,为塔里木盆地建立可靠的牙形石带对比证据[2];李越、王志浩、杜品德、成俊峰、景秀春等系统采集露头牙形石样品,细化和完善各年代地层单元的牙形石带种属[3-9].李越、王志浩等认为,塔中地区一间房组牙形石带的缺失并不意味着所代表时限的一间房组地层的缺失[3-6];成俊峰等将塔中奥陶系牙形石带与相邻柯坪地块奥陶系牙形石带进行对比,认为奥陶纪两大地理区存在古水深差异,导致中奥陶世牙形石带完整性的差异[8];景秀春、杜品德等认为,塔中地区奥陶系地层受后期构造破坏较大,地层横向错断变化导致中奥陶统牙形石带不完整[9].

中奥陶统一间房组地层最早勘探开发于塔北隆起哈拉哈塘地区,颗粒灰岩良好的储层物性使其它成为勘探潜力巨大的油气层位[10-16].塔中地区奥陶系地层的研究程度较高,但对塔中碳酸盐岩台地是否存在一间房组地层的问题一直存有争议,认为中奥陶统一间房组已在漫长的台地挤压构造隆升过程中被剥蚀殆尽[17].笔者选取塔中地区目标层位岩心岩屑进行牙形石古生物分析,证实塔中地区一间房组地层的存在,利用岩石薄片、成像测井和地球物理等资料,研究一间房组地层在塔中地区的划分标准和分布范围,为下一步的勘探开发提供依据.

1　区域地质概况

塔里木盆地是一个大型复合叠合盆地,塔中地区位于塔里木盆地腹地中央隆起中段.在漫长的地质历史演化过程中,各地质时期差异化的构造运动造就现今塔中低凸起的构造格局.塔中低凸起为东高西低之势,平面上整体表现为一个多级次构造带组成的背斜构造[18-19].元古代末期形成塔里木地台结晶基底;加里东运动早期形成塔中碳酸盐岩台地,中期台地隆升遭受暴露剥蚀,晚期形成塔中低凸起,使奥陶系与志留系呈角度不整合接触[20-24];海西运动与印支一喜山期运动使塔中形成北倾斜坡格局(见图1).

中奥陶统一间房组地层主要为一套厚层颗粒灰岩和生物碎屑灰岩地层.沉积相为开阔台地礁滩复合体,分布于轮南一塔河地区井下、哈拉哈塘地区井下及巴楚柯坪等地[25].该组建立于塔里木盆地巴楚县良里塔格山一间房剖面,一间房组地层之上为稳定沉积的吐木休克组“下红层“红色灰岩沉积,之下为鹰山组白云质灰岩沉积.相对于良里塔格组与鹰山组致密灰岩地层,一间房组颗粒含量高且岩性稳定,含有较多瓶筐石和鹦鹉螺古生物残骸[26].

图1　塔中地区构造位置Fig.1 Structural location of Tazhong area

2　一间房组地层牙形石带组合特征

塔里木盆地中奥陶统一间房组地层岩性主要为一套灰色一灰黑色泥亮晶砂屑一生屑颗粒灰岩,夹障积礁灰岩和鲕粒灰岩,岩性均匀,颗粒类型以砂屑为主,并含古生物碎屑.一间房组地层所对应的特征牙形石带序列是判定它存在的关键证据.中奥陶世达瑞威尔期的3个标志性牙形石带(Amorphognathus variabilis、Eoplacognathus suecicus和Pygodus serrus)是一间房组地层所对应的特征牙形石带,其中Pygodus serrus牙形石带由Ecoplacognathus protoramosus和Eoplacognathus foliaceus两个牙形石亚带组成[2](见图2).

图2　塔里木盆地中奥陶统牙形石带Fig.2 The middle Ordovician conodont zones in Tarim basin

(1)Amorphognathus variabilis牙形石带:地质时代从中奥陶世Arenigian顶部延伸至Lianvirnian下部,即相当于中国华南地区的枯牛潭期早期,对应中国浙江阶Lenodus variabils带[2-5].此带以Amorphognathus variabilis牙形石分子的出现为底,以Eoplacognathus suecicus牙形石分子的出现为顶,主要出现的牙形石分子还有Pygodus anitae、Periodon aculeatus、Drepanoistodus venustus、Polonodus tablepointensis等.

(2)Eoplacognathussuecicus牙形石带:地质时代对应中奥陶世Lianvirnian中部,即相当于中国浙江阶同名牙形石带.此带以Eoplacognathus suecicus牙形石分子的出现为底,以Eoplacognathus foliaceus牙形石分子的出现为顶,主要出现的牙形石分子还有Scabbardella altipes、Scolopodus gryphus等[6].

(3)Pygodus serrus牙形石带:相当于中国南方的同名牙形石带.此带在塔里木区域从老到新可分为Eoplacognathus foliaceus和Eoplacognathus protoramosus两个牙形石亚带.Eoplacognathus foliaceus牙形石亚带以Pygodus serrus或Eoplacognathus foliaceus牙形石分子的出现为底,以Eoplacognathus protoramosus牙形石分子的出现为顶[2].Eoplacognathus protoramosus牙形石亚带以Eoplacognathus protoramosus牙形石分子的出现为底,以Pygodus anserinus牙形石分子的出现为顶,主要出现的牙形石分子还有Periodon aculeatus、E.robustus、Erraticodon balticus、E.reclinatus等[3-9].

3　一间房组地层牙形石古生物判定依据

钻井岩心资料显示,塔中Ⅲ区良里塔格组底部存在一套砂屑一生屑滩相颗粒灰岩地层,与原塔中Ⅰ区、Ⅱ区良里塔格组底部为一套含泥质条带泥晶灰岩的认识有差异.通过对塔中Ⅲ区良里塔格组底部争议地层进行密集岩心岩屑牙形石取样分析,研究争议地层的地质时代归属问题.首次在塔中地区获得完整的中奥陶统一间房组牙形石序列证据.从塔中Ⅲ区台缘相带的Tz88-Tz86井区,到台缘台内过渡相带的Tz452井区,直至Ⅲ区台内相带的Tz49-Tz63井区,均发现与岩石露头区可对比的中奥陶统一间房组标志性牙形石组合证据,从而证明中奥陶统一间房组地层在塔中碳酸盐岩台地的存在.原塔中Ⅲ区良里塔格组底部争议地层即为中奥陶统一间房组地层(见图3).

Tz49井位于塔中Ⅲ区台内西部,沉积相为台内灰泥丘藻席沉积[27].Tz49井在6 281～6 288 m岩心处获得大量牙形石分子,包括Periodon aculeatus、Trigonodus carinatus、P.nogamii等标志性牙形石分子;在6 196～6 200 m岩心处获得Ansella jemtlandica牙形石分子.其中:Periodon aculeatus及Ansella jemtlandica牙形石组合在塔里木盆地主要出现于中奥陶统一间房组地层,向上可延续至良里塔格组底部;Trigonodus carinatus牙形石主要见于中国华北地台西部中奥陶统克里摩里组地层和东部中奥陶统上马家沟组地层,在塔里木盆地主要为一间房组地层牙形石分子.同时,在Tz49井6 200～6 280 m的岩屑牙形石取样分析中也获得大量中奥陶统牙形石分子,包括Eoplacognathus.sp、Panderodus gracilis、Periodon aculeatus、Ansella jemtlandica等.其中:Panderodus gracilis牙形石分子在塔里木盆地主要出现于一间房组顶部;Ansella jemtlandica牙形石分子在塔里木盆地主要属于中奥陶统一间房组,对应顶部牙形石带Pygodus serrus;Eoplacognathus.sp牙形石分子在塔里木盆地只出现于一间房组,对应牙形石带Eoplacognathussuecicus.对牙形石组合特征及测井岩电特征进行综合分析,确定Tz49井6 175～6 321 m井段原良里塔格组底部颗粒灰岩地层为中奥陶统一间房组地层(见图4).

Tz63井位于塔中Ⅲ区台内东部,沉积相为台内潮下藻席及潮下低能带沉积[27].Tz63井在6 240～6 248 m岩心处获得大量牙形石分子,包括Teigonodus barnesi、Drepanoistodus basiovalis、Drepanoistodus suberectus、Drepanoistodus.sp等标志性牙形石分子.其中Teigonodus barnesi牙形石分子是赵治信[2]在塔里木盆地命名的新种,主要分布于中奥陶统一间房组底部Amorphognathus variabilis牙形石带,可上延至一间房组顶部Pygodus serrus牙形石带;Drepanoistodus basiovalis和Drepanoistodus suberectus牙形石组合在中国华北和华南及塔里木盆地分布时限为中奥陶统至上奥陶统底部[3-9].同时,在Tz63井6 200～6 230 m的牙屑牙形石取样分析中也获得中奥陶统牙形石分子,包括Tripodus cf.alatus、Drepanoistodus concavus、Drepanoistodus arcuatus等牙形石分子.其中Tripodus cf.alatus牙形石分子主要产自塔里木柯坪羊吉坎剖面一间房组顶部牙形石带Pygodus serrus的Eoplacognathus protoramo-sus牙形石亚带,其层位为一间房组地层;Drepanoistodus concavus牙形石分子在塔里木盆地集中在中奥陶统地层出现.综合分析该井段牙形石分子组合特征,确定Tz63井6 160～6 250 m井段层位为塔里木盆地中奥陶一间房组地层(见图4).

图3　塔中Ⅲ区中上奥陶统地层格架修改Fig.3 The modification of middle and upper Ordovician stratigraphic framework in TazhongⅢarea

图4　塔中Ⅲ区中奥陶统一间房组牙形石带连井对比Fig.4 Inter-drilling correlation of conodont zones of the middle Ordovician Yijianfang formation in TazhongⅢarea

Zg15井位于塔中Ⅲ区台内东部,沉积相为台内灰泥丘沉积[27].Zg15井在6 119～6 222 m岩心处获得岩屑牙形石分析鉴定有Erraticodon balticus、Protopanderodus nogamii、Drepanoistodus concavus等牙形石分子.该牙形石组合主要出现于中奥陶统一间房组地层,故Zg15井6 119～6 222 m井段地层为中奥陶统一间房组地层(见图4).

Tz452井位于塔中Ⅲ区台缘一台内过渡区,在6 372～6 453 m岩心处获得Panderodus gracilis、Pygodus.sp、Periodon aculeatus等牙形石分子.此种牙形石组合出现于中奥陶统顶Pygodus serrus特征牙形石带(见图4).塔中Ⅲ区台缘相带的Tz88-Tz86井区,在原良里塔格组底部地层牙形石分析中,同样获得大量可作为地层分层证据的牙形石组合证据,包括Eoplacognathus foliaceus、Pygodus serrus、Periodon aculeatus等牙形石分子.此种牙形石组合属于中奥陶统一间房组地层,故塔中Ⅲ区台缘地带的一间房组地层依然存在(见图4).

通过塔中北斜坡钻井岩心岩屑牙形石采样分析,明确原塔中良里塔格组底部争议地层为中奥陶统一间房组地层.塔中Ⅲ区一间房组地层所含中奥陶统牙形石序列保存完整,可与盆地边缘岩石露头所得牙形石序列完整参照对应.得到保存的一间房组地层岩性分布稳定,与塔中台地同层位良里塔格组地层岩性不一致,主要为砂屑一生屑滩相颗粒灰岩.

4　塔中Ⅲ区一间房组地层与上下地层特征

除已发现的牙形石古生物证据之外,塔中Ⅲ区试油结果显示,塔中Ⅲ区一间房组地层是一套高含油储层段,其中Zg15井于6 150 m～6 200 m颗粒灰岩段利用7 mm油嘴求产,在压力为38.5 MPa下产出含油天然气205 920 m3/d,试油结果为油层.这与Ⅰ区、Ⅱ区的良里塔格组底部地层形成强烈反差,在良里塔格底部灰岩段无油气显示,试油结果为干层.Ⅲ区一间房组地层顶面存在短期暴露溶蚀面,是岩溶孔缝集中发育和油气成藏的有利区域,且该段地层主要岩性为泥亮晶颗粒灰岩,具有比良里塔格组藻黏结灰岩更好的高孔高渗性.

为明确塔中Ⅲ区一间房组地层识别标准,根据岩性岩相与古生物组合差异、测井及成像测井岩电特征差异、暴露特征差异等,采用对比分析方法,研究塔中Ⅲ区一间房组地层,塔中地区良里塔格组、鹰山组地层,以及塔北地区一间房组地层的区别.

4.1岩性岩相及古生物组合特征

塔中Ⅲ区一间房组地层岩性主要以厚层砂屑骨屑颗粒灰岩为主,局部夹泥质薄层、生物礁丘.岩心和薄片上可见大量棘屑、腹足和介壳体等生物碎屑(见图5(a)).

塔中Ⅰ区、Ⅱ区良里塔格组底部(良五段)以中厚层泥晶灰岩和含泥质条带藻黏结泥晶灰岩为主.岩心和薄片上可见少量生屑,种类包括钙藻、介形虫、腕足类、苔藓虫、珊瑚、棘屑、三叶虫和海绵骨针等(见图5(b)).

塔中鹰山组灰岩顶岩性主要为亮晶砂屑灰岩和藻黏结泥晶灰岩互层,可见少量生物碎屑,包括棘屑、腹足和介壳类(见图5(c)).

塔北一间房组地层岩性以中厚层亮晶砂屑灰岩为主,局部夹障积点礁.生屑含有棘屑、介壳类和瓶筐石等(见图5(d)).

根据岩性岩相及古生物组合特征对比结果,确定塔中Ⅲ区一间房组地层与塔北地区一间房组地层特征最为接近.

4.2测井特征

塔中Ⅲ区一间房组常规测井特征:GR上部呈钟形,下部呈波动微锯齿状.一间房组比下伏鹰山组顶地层伽马值高,与上部良里塔格组底为突变关系.成像测井特征以高阻块状相为主,典型颗粒灰岩成像显示(见图6(a)).

塔中地区良里塔格组底部(良五段)常规测井特征:GR上部以钟形为主,下部为锯齿状中高值.成像测井特征为低阻薄层相与高阻薄层相互层,低阻暗色泥质条带发育(见图6(b)).

塔中地区鹰山组灰岩顶常规测井特征:GR上部呈中高值钟形,下部呈微锯齿状.曲线顶部存在高伽马泥质层,为溶洞泥质沉积.成像测井特征为高阻块状相、低阻薄层相和高阻薄层相互层(见图6(c)).

塔北地区一间房组常规测井特征:GR底部呈中低值微锯齿状,上部呈低值平直状.成像测井特征以高阻块状相为主(见图6(d)).

根据测井岩电特征对比结果,确定塔中Ⅲ区一间房组地层与塔北地区一间房组地层特征最为接近. 4.3 暴露特征

塔中Ⅲ区一间房组地层的顶部成像显示,岩溶暗斑发育且地层高低不平,为典型暴露溶蚀后形成的岩溶微细孔洞.孔洞中充填岩溶渗流泥质沉积物,反映高伽马特征.成像测井显示,塔中Ⅲ区良里塔格组底与一间房组顶之间的这个界面为不整合面性质,不整合面之下的一间房组顶部遭受暴露剥蚀作用,而不整合面之上的良里塔格组为稳定沉积产物,无暴露剥蚀特征(见图7(b)).塔中Ⅲ区Tz63井第9筒次取心显示,一间房组地层沉积末期发生短期暴露作用,岩溶缝洞发育,主要被沥青质和灰绿色岩溶渗流泥质充填,多见灰绿色泥质渗流物充填孔洞(见图7(a)).塔中地区良里塔格组底部(良五段)无明显暴露特征,为一套稳定沉积的潮下低能带深水沉积物,原生沉积成因.

塔北地区一间房组顶部暴露特征主要为溶蚀孔洞与高角度裂缝被灰绿色钙质泥岩和沥青质充填,局部孔洞可见结晶方解石充填.溶蚀孔洞直径较小,为3～4 cm,数量集中,无大型溶洞出现,显示暴露强度较弱,时间较短(见图7(c)).

塔中地区鹰山组顶面存在一个高伽玛响应而暴露不整合面,暴露时间长,形成大型溶洞.塔中Ⅰ区Zg7井鹰山组不整合面形成的溶洞直径大于25 cm.溶洞内充填多期充填物,主要成分为岩溶角砾岩,角砾间充填渗流粉砂、碳酸盐岩灰泥和粉屑等.岩溶角砾直径为7～10 mm,分选差且大小不一,并见地下暗河径流带入的渗流泥(见图7(d)).

图5　塔中与塔北地区奥陶系地层的岩性岩相及古生物组合特征Fig.5 The lithologic lithofacies and paleontological features of the Ordovician formation in Tazhong and Tabei area

塔中Ⅲ区和塔北地区一间房组地层顶面暴露特征主要为小型溶蚀微细孔洞和高角度溶缝[28-29],塔中地区良里塔格组地层内部基本无暴露特征[30],鹰山组地层顶面暴露特征主要为大型岩溶洞穴[30-31].根据暴露特征对比结果,确定塔中Ⅲ区一间房组地层与塔北地区一间房组地层特征最为接近.

图6　塔中与塔北地区奥陶系地层测井特征Fig.6 The well-logging features of the Ordovician formation in Tazhong and Tabei area

5　地震层位追踪及分布范围

根据塔中Ⅲ区地震剖面图分析结果,良里塔格组碳酸盐岩顶面为强反射.这主要是由于良里塔格组之上的桑塔木组泥质粉细砂岩,与良里塔格组碳酸盐岩接触界面上下地层波阻抗差较大,良里塔格组碳酸盐岩内部反射相对桑塔木组较弱,但其内部反射可以清晰分辨.良里塔格组与下伏中奥陶统一间房组地层地震反射差别明显,是良里塔格组层内反射特征在纵向上与一间房组层内反射特征的差异.良里塔格组底部具有强振幅、连续好的反射轴,由台地边缘向台地内部低能带不断增厚,地震同相轴具有发散特征,为含泥质条带藻黏结泥晶灰岩沉积向台地内部增厚的地震相特征.中奥陶统一间房组整体为弱振幅、弱连续反射,在台地边缘为空白一丘型反射,台缘向台内地层不断减薄、地震反射能量和连续性增强,为颗粒灰岩段沉积地震相特征.一间房组地层厚度从台缘向台内不断减薄,符合一间房组砂屑一生屑滩相沉积的特征,台缘颗粒滩相沉积比台内所获得的生物礁带分选淘洗再搬运的生物碎屑和颗粒物质更多,故沉积厚度更大.

从一间房组底部弱连续、弱反射轴到良里塔格组底部强连续、强反射轴,中间所夹地层即为一间房组地层地震标定层位.从塔中Ⅲ区台缘相带的Zg19-Zg17-Tz86-Tz861-Zg18井测线剖面(见图8(a)),到塔中Ⅲ区台内相带的Tz49-Zg26-Zg16-Zg161-Zg15-Zg(15-2)井测线剖面(见图8(b)),均能探寻标定一间房组地层反射层位,证明一间房组颗粒滩相沉积地层分布面积遍及塔中Ⅲ区,中奥陶统一间房组地层在塔中Ⅲ区是全区大部覆盖且连续,为完整真实存在地层.

图7　塔中与塔北地区奥陶系地层暴露特征Fig.7 The exposed features of the Ordovician formation in Tazhong and Tabei area

牙形石古生物证据是判定地层存在最有说服力的证据,地震层位追踪可以明确地层的尖灭方向与展布趋势.通过塔中奥陶系地层钻井岩心岩屑牙形石分析和牙形石带对比,在塔中东部Ⅰ区的奥陶系地层中,没有发现与岩石露头区可对比的中奥陶统一间房组牙形石组合或分子.由于存在塔中碳酸盐岩台地不规则的翘倾构造运动历史,东部Ⅰ区的中奥陶统地层已在加里东运动中期被剥蚀殆尽.在塔中中部的Ⅱ区取样分析中,台内沉积相带没有获得与岩石露头区可对比的中奥陶统一间房组地层牙形石组合或分子,但台缘的Zg3-Tz85-Zg20井获得一间房组地层存在的证据.一间房组地层在塔中Ⅱ区仅在台缘相带得到保存,在塔中西部的Ⅲ区取样分析中,台内、台缘沉积相带获得中奥陶统一间房组牙形石组合,说明一间房组地层在塔中西部大片区域得到保存.加里东中期运动使得塔中台地东部抬高而西部相对降低,发生不规则的翘倾运动,西部保存而东部发生侵蚀.结合牙形石连井对比及地震层位追踪,确定中奥陶统一间房组地

层在塔中主要分布于台缘Zg3-Tz85-Zg20-Tz88-Tz86-Zg17-Zg19井一线,台缘沉积相带一间房组尖灭于Zg3井以东.在台内沉积相带主要分布于西区Tz63-Zg15-Zg14井以西和Zg29-Zg27-Zg24井以北区域.一间房组地层仅在塔中台地三分之一的区域留有余存(见图8(c)).

图8　塔中北斜坡奥陶系一间房组三维地震层位标定与地层分布Fig.8 The 3D seismic stratigraphic demarcation and stratigraphic distribution of the Ordovician Yijianfang formation in Tazhong north slope area

6　结论

(1)通过塔中北斜坡关键井奥陶系岩心岩屑牙形石取样分析,获得与塔里木盆地露头区一间房组牙形石带完整对应的Amorphognathus variabilis、Eoplacognathus suecicus、Pygodus serrus等牙形石带组合证据.证明中奥陶统一间房组地层在塔中台地的存在,在塔中Ⅰ区一间房组地层已被剥蚀殆尽,在塔中Ⅱ区仅留存于台缘相带,在塔中Ⅲ区台内、台缘相带大片连续分布.

(2)塔中地区一间房组地层岩性主要为一套砂屑一生屑颗粒滩相灰岩地层,测井特征与上下地层为突变关系,成像测井以高阻块状相为主,顶部暴露特征主要以小型溶蚀微细孔洞为主.

(3)塔中地区一间房组地层顶面饱含溶蚀孔洞和溶蚀裂缝,为高孔高渗砂屑灰岩沉积,且经过暴露溶蚀次生改造.一间房组之上的良里塔格组底部为一套潮下低能带含泥质条带泥晶灰岩沉积,上下成藏组合特征有形成上生下储式成藏岩性圈闭的潜能.塔中一间房组地层的发现为下一步油气勘探拓宽方向.

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P534.42

A

2095-4107(2015)05-0001-12

2015-04-23;编辑:朱秀杰

国家科技重大专项(2008ZX05004-001);中国石油天然气集团公司重大专项(2008E-0702)

章轩玮(1987-),男,博士研究生,主要从事油气地质与层序地层学方面的研究.