张仲培 王毅 云金表 吴茂炳 张卫彪
（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）
摘要 塔里木盆地海西期发生了一系列地质事件，包括发生在中泥盆世末期与二叠纪末的两次关键构造运动事件、晚泥盆世—石炭纪的海平面上升与海侵事件，以及早二叠世的岩浆事件，它们对海西期油气成藏条件的形成和成藏过程都起到一定作用。尤其是海西期内的断褶隆升-岩溶作用与碳酸盐岩岩溶-裂缝型储集体的发育和早晚古生代盆地的叠合与优质储盖组合的形成至关重要，为中下奥陶统烃源岩在海西期末大量生成的油气提供了运聚条件和富集场所。要加强台盆区海相油气藏的勘探，在考虑印支期和燕山-喜马拉雅期的调整与破坏的前提下，围绕古隆起及围斜部位，寻找早、晚古生代盆地叠置界面上、下的优质碳酸盐岩岩溶-裂缝型储集层和向隆起上超的志留系—东河砂岩海相碎屑岩储集层仍将是重要方向。
关键词 塔里木盆地 海西期 地质事件 油气成藏
Hercynian Geological Events and Their Effects on Hydrocarbon Accumulation in Tarim Basin
ZHANG Zhong-pei，WANG Yi，YUN Jin-biao，WU Mao-bing，ZHANG Wei-biao
（Exploration ＆ Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083）
Abstract A series of geological events took place in Tarim Basin in Hercynian period，including two structural events in the end of middle Devonian and late Permian，the rise of sea-level and transgression in early Carboniferous，and magmatic activity in early Permian.The events had various effects on hydrocarbon accumulation in Hercynian period.The most important events were the formation of carbonate karst-fractured reservoirs due to regional uplifting and weathering and the development of reservoirs-cap sets due to the superposition of the early and late Paleozoic Tarim Basin.The two aspects of geological event result in the migration channel and accumulation space for discharged hydrocarbon from the middle-lower Ordovician source rock in the end of Hercynian period.Thus，exploration on the carbonate karst-fractured reservoirs and the S-D clastic reservoirs overlapped along uplift slop between the early and late Paleozoic sedimentary rock is still the key direction，if always considering on the destruction and adjustment in the Indosinian and Yanshan-Himalayan period.
Key words Tarim Basin Hercynian period Geological event Hydrocarbon accumulation
塔里木盆地经历的多种构造体制的更迭、多期构造体系的叠加、多幕次的海（湖）水进退以及多次抬升剥蚀与沉积间断［1，2］，决定了它具有多个油气成藏期［3，4］。油藏地球化学综合分析与研究表明，塔里木盆地台盆区海相油气藏具有晚加里东（—早海西）期、晚海西期和喜马拉雅期3期成藏以及燕山-喜马拉雅期调整再成藏的特点。其中，晚加里东（—早海西）期形成的油气藏普遍认为被严重破坏，喜马拉雅期是早期油藏调整再成藏的主要时期，也是台盆区气藏的主要形成时期；而只有晚海西期是塔里木盆地已发现海相原生油藏的主要形成时期［3］。因此，要深入认识塔里木台盆区油气的规模、聚集规律和进一步寻找海相原生油气藏，分析海西期的油气成藏条件显得至关重要。
一个构造期内油气成藏条件的形成与该期主要地质事件有着密切关系。尽管塔里木台盆区海西期成藏过程中烃源岩为加里东期寒武-奥陶系的海相碳酸盐岩沉积建造，但其生成的烃类最主要的有效聚集期在海西晚期。正确利用油藏地球化学分析手段固然可以确定油气成藏较为准确的年代和时期，但是并不能确定地质事件造就的油气成藏要素是否具备，且能否良好配置。本文从盆地分析角度出发，在综合前人研究成果的基础上，通过盆地地震资料解释和地层接触关系地质编图，着重阐述海西期主要地质事件及其与油气成藏的关系。
1 海西期主要地质事件
受加里东晚期SN向构造挤压的影响，塔里木盆地台盆区在晚奥陶世—志留纪期间经历了从台、盆的东西分异格局向南北分带构造格局的重大转变，盆地内形成了南、北对峙的两个碳酸盐岩台地隆起（塔北和塔中古隆起）［1］。进入海西期，由于继续受塔里木板块南北缘聚敛活动的控制，尤其是受天山运动的影响，盆地内发生了一系列地质事件。其中发生在中泥盆世末期与二叠纪末期的两次关键构造事件、晚泥盆世—石炭纪的海平面上升与海侵事件，以及早二叠世的岩浆事件对海西期油气成藏条件的形成和成藏作用过程最为重要（图1）。
1.1 关键构造事件
海西期，受南天山洋盆从东向西以剪切式闭合和中天山岛弧对塔里木大陆板块的斜向A型俯冲，塔里木盆地经历了两次重要的构造事件，即海西早期构造运动和海西晚期构造运动。
1.1.1 海西早期构造事件
海西早期运动是指发生在中泥盆世末至石炭纪初的一次构造运动，即天山早期运动［8］。在塔北隆起，受此次运动影响，石炭系—上泥盆统与其下伏地层之间的反射界面存在清晰的下削上超现象，其下的泥盆系、志留系、中-上奥陶统以及下奥陶统均遭受强烈剥蚀，石炭系角度不整合在下伏不同时代的地层之上，中-上奥陶统、志留系和泥盆系剥蚀尖灭线层层往南迁移（图2）。此次构造事件在中央隆起区表现为强烈的隆起、剥蚀和断裂（块断）活动，志留系—泥盆系遭受大范围剥蚀，局部地区中-上奥陶统也被剥蚀殆尽，石炭系角度不整合在下伏不同时代地层之上。海西早期运动使塔北隆起进一步抬升，并使中央隆起中段最终定型。根据钻井、地震和地面露头等资料分析，赵靖舟等［5］认为早海西运动在满加尔凹陷西部地区乃至整个塔里木盆地有两幕，形成了两个重要的不整合，一幕是发生在中泥盆世末的早海西I幕运动，形成东河砂岩底不整合；另一幕是东河砂岩沉积后发生的早海西Ⅱ幕运动，形成石炭系巴楚组底不整合。
图1 塔里木盆地台盆区古生代盆地演化与主要地质事件简表
（据文献［6～8］编）
海西早期运动是塔里木盆地地史上最重要的构造运动之一，它使得塔里木盆地出现第一次准平原化过程，之后石炭系—东河塘组披覆在下伏地层之上。石炭系构造面貌和变形特征与前石炭系相比发生了重大变化，一个最显著的标志就是石炭纪时阿瓦提-满加尔坳陷已不再像早期那样醒目，盆地沉积中心开始往西南迁移。
1.1.2 海西晚期构造事件
海西晚期构造运动也有两幕。第一幕发生在早二叠世末期，即天山晚期运动，在天山地区称新源变动，在塔里木盆地北部称沙西运动［8］。在南天山山前地带和柯坪隆起上，广泛可见上二叠统造山期后碎屑岩角度不整合在下二叠统安山岩夹碎屑岩之上。天山晚期运动在塔里木盆地北部表现明显，地壳强烈抬升遭受剥蚀，并伴有强烈的断裂、褶皱作用和岩浆活动，上二叠统展布范围进一步往西南方向退缩。第二幕为天山末期运动，发生在二叠纪末期。在南天山山前可见下三叠统俄霍布拉克群平行或微角度不整合在上二叠统比尤勒包谷孜群之上，在塔里木盆地北部特别是塔北隆起上，三叠系角度不整合在古生代不同层位地层之上。由于古生代地层遭受强烈剥蚀，在塔北隆起北部可见这两幕构造运动造成的不整合面叠合在一起。其中前者以断裂、褶皱和岩浆活动为特征，后者则以抬升和强烈剥蚀为标志。第二幕构造运动在塔北隆起表现最为强烈，是塔北隆起的定型期，往南有逐渐减弱的趋势。在这一阶段，由于各种外动力地质作用对地表的剥蚀，使地表起伏幅度逐渐缩小，从而使塔里木盆地出现第二次准平原化过程。
图2 塔里木盆地上泥盆统—石炭系与其下伏地层接触关系图
（据文献［9］编）
通过构造解析与沉积分析，笔者认为，在塔北地区，海西晚期两次构造活动中，早二叠世末期运动，使地层大范围出露地表、遭受剥蚀，但并未对构造格局造成大的改变，只是隆起区范围扩大和向西迁移过程的加剧。晚二叠世末期运动，由于南天山强烈隆升和挤压作用，使三叠纪沉积明显呈EW向展布，而且在两个沉积区中部发育EW向隆起带，对两个沉积区具有明显的分隔作用，改变了沉积中心和隆起从东向西迁移的历史。
海西末期运动在塔里木盆地影响较为广泛。其主要影响地区在塔里木盆地北部，表现为北强南弱，以塔北隆起最为强烈。之后，塔里木盆地开始进入前陆盆地发展阶段。
1.2 晚泥盆世—石炭纪海平面上升与海侵事件
塔里木盆地的主体在晚泥盆世至石炭纪时正处于稳定克拉通内部，西南缘呈现出被动大陆边缘的特征，海陆交互相和浅海相的碎屑岩及碳酸盐岩沿海进上倾方向呈楔状自西向东广泛分布于盆地内。
中泥盆世末期发生的早海西运动，导致了塔里木盆地整体隆升成陆，并遭受不同程度的剥蚀和夷平作用，形成了全盆地性质的区域角度不整合面。晚泥盆世法门期开始，伴随着全球性海平面的上升，塔里木地区又经历了一次大规模的海侵。晚泥盆世东河塘期至石炭纪共发生过4次较大的海侵，海侵范围逐渐增大，至晚石炭世小海子期海侵规模最大。东河塘期海侵开始，海水由西而东侵入，此时周缘碎屑物质供应充分，主要为无障壁海岸和障壁海岸沉积，西南缘为浅海相沉积。海水自西向东推进，沉积了分布稳定、具有填平补齐特点且分布广泛的东河塘组滨海滩坝相石英砂岩。由于整个盆地此期在地形上表现为总体呈西低东高的地貌格局，东河塘组沉积自西而东超覆［10］。此时台盆区为三角洲沉积体系、河口湾沉积体系、滨岸沉积体系及陆棚沉积体系所占据。沉积格局从东部至西部依次为古陆-滨岸-浅水陆棚-深水陆棚沉积。向西由于地势平坦，海水连通性好，依次形成了浅水陆棚-深水陆棚沉积。巴楚期晚期，海侵范围进一步扩大，物源向北或北东方向退却，陆源碎屑物质注入急剧减少，形成了一套富含生物碎屑的碳酸盐岩地层，发育了开阔台地和局限台地亚相沉积。卡拉沙依期中期，海侵规模比巴楚期更大，海水深度加大，西部为开阔台地亚相沉积，其余地区为局限台地亚相沉积。卡拉沙依期晚期和小海子期海侵达最大，向东扩展，大部分地区为开阔台地亚相沉积，东部地区为局限台地亚相沉积，塔里木北部大部分地区地层缺失［11］。
1.3 二叠纪岩浆事件
二叠纪是塔里木盆地演化过程中一个十分重要的转折时期，在此期间塔里木板块结束了海相沉积，进入了陆相沉积阶段。与此同时，塔里木盆地发生了大规模的玄武质岩浆作用，这两者在时间上是相关联的。二叠纪的岩浆喷发事件（喷发玄武岩）是塔里木盆地内部最为强烈的地质热事件，几乎遍及整个盆地中部。据陈汉林等［12］的研究，早二叠世玄武岩40Ar/39Ar坪年龄值集中在（264.3±1.3）Ma至（282.3±1.4）Ma，是本区火山活动最为强烈、分布范围最广的一期。可以分为两个亚区，盆地内部以基性火山作用为主，喷发（溢）大量的玄武岩，超浅成侵入的辉绿岩岩墙，并有同期的碱性侵入岩发育，是盆地内部受到拉张作用的产物；盆地北部地区以中酸性火山作用为主，岩石类型有安山岩、粗安岩、英安岩和流纹岩，具有岩浆弧特征，是早二叠世中天山弧向南挤压并发生A型俯冲的结果。
综合塔中地区岩浆岩剖面与平面分布，结合单井地震解释剖面分析，朱毅秀等［13］认为早二叠世末岩浆岩以岩被、岩床、岩盖、岩墙及岩脉等形式产出。早二叠世末喷出岩具有顺层分布的特征，顺层分布的小型岩床在该地区较为发育，特别是在远离火山通道的地区。岩墙发育在二叠系以下的地层中，多分布于西部地区，离火山口越远，岩墙在垂向上的数目越少；中深成和浅成侵入岩多以岩墙形式产出。
2 地质事件与油气成藏的关系
前述发生的地质事件无疑与海西期内的油气成藏条件和成藏过程有着紧密的关系。
2.1 海西早期构造事件与早期油气成藏的破坏
中下寒武统烃源岩于志留纪末期，其Ro在大部分地区就已经达到1.0%左右，处于高峰期前后［14］。其生成的油气在下古生界内首次聚集，形成奥陶系灰岩裂缝油藏和志留系砂岩油藏。然而，海西早期（东河塘组沉积之前）的构造运动事件对盆地形成了一次全面的改造。因此，早期油气聚集大部分在本次构造运动过程中被抬升破坏成为沥青灰岩和沥青砂岩。这次运动强烈地改造了塔北隆起上的地层，局部地区出露下奥陶统，塔中隆起中央断垒带也多出露下奥陶统。早期油气藏当然也遭到强烈改造和破坏，现今的奥陶系浅部沥青灰岩和志留系沥青砂岩就是部分古油藏遭到破坏的最好佐证［15］。而且志留系沥青砂岩的面积之大足以反映早期油气聚集的规模。但是，隆起的围斜低部位，巨厚的中-上奥陶统泥岩盖层之下内幕油气聚集有可能在深部保存较好，可能存在完好的早期原生油气藏。
2.2 海西晚期的断褶作用与油气运聚条件的再次形成
石炭系—下二叠统沉积之后，塔中隆起已基本定型，处于稳定升降阶段，石炭系及其以上地层披覆在断褶隆起之上，形成潜山构造和披覆背斜构造。塔北隆起在经历了长期持续的隆升之后，上奥陶统、志留系—泥盆系严重剥蚀缺失，中下奥陶统遭受长期淋滤之后，被石炭系—二叠系覆盖，形成了大型潜山-被覆构造。受海西晚期构造运动事件的影响，塔北隆起沿早期的断裂进一步断褶隆升，形成许多与断层和褶皱相关的局部构造；塔中隆起受影响很小，只有少量断裂活动。因此，断层的发育（包括早期断裂的再活动）和大型构造圈闭的形成为油气的运聚提供了通道和场所。
2.3 断褶隆升、岩溶作用与碳酸盐岩岩溶-裂缝型储集体的发育
海西期构造活动对下古生界尤其是奥陶系碳酸盐岩层系储集体的形成起着重要的控制作用，主要体现在两个方面：①构造隆升剥蚀与地表水淋滤共同作用形成孔洞发育的岩溶储集体；②构造应力作用于岩层，发生断裂褶皱，诱发各种构造裂缝，形成孔渗性较好的裂缝型储层。二者相互作用，并对加里东期的岩溶进一步叠加。由于古构造运动强度不同，古地貌、古水文以及岩相差异，使岩溶作用的强度存在明显差异。塔中隆起区域性地缺失部分中奥陶统和上奥陶统恰尔巴克组，意味着在中奥陶世该区曾处于暴露剥蚀状态，下奥陶统碳酸盐岩长时间接受岩溶改造。频繁的构造升降造成塔中奥陶系岩溶改造强烈，岩溶储层发育。泥盆纪末塔中隆起及其外围区的断褶构造进一步抬升。与奥陶纪末的加里东中期构造运动相比，该期构造运动的规模较小，塔中的大部分区域，特别是中部、西部和北部地区构造活动强度低，未能将志留纪—泥盆纪地层剥蚀，碳酸盐岩的暴露区范围较之加里东中期风化壳大大缩小。而塔北隆起上，尤其是塔河地区，岩溶作用主要发生于海西早期，并进一步促进了加里东中期岩溶的发育。从区域构造演化、地震反射结构、牙形石、地球化学特征及钻井等资料看，该区海西早期、加里东中期形成的两个不整合面出现重合，加里东中期岩溶作用形成的洞穴被海西早期岩溶作用进一步改造，使塔河岩溶储层更为发育，岩溶储层分布的深度和范围更广［16］。总之，海西期和加里东期都是塔里木台盆区岩溶-裂缝型储层发育的重要时期。
2.4 早晚古生代盆地的叠合与优质储盖组合的形成
塔里木台盆区在早晚古生代形成的叠合界面，是指在海西早期形成的东河塘组—石炭系的底部不整合面。这一大型区域不整合面既是不同时代不同性质盆地上下叠置的关键构造面，又是盆地构造转换的标志面，也是不同岩相沉积物上下复合的岩性界面。
油气勘探实践证明，早古生代下超盆地与晚古生代上超盆地的叠合界面附近是塔里木盆地最为重要的油气聚集部位。主要原因为这一界面是有利储层叠置和优质储盖组合形成的部位。从中奥陶世始，海平面处于下降过程，尽管各岩石地层间有不同程度的海侵超覆，但海侵面总体上向外海方向迁移。恰尔巴克组和桑塔木组沉积时期，塔北和塔中隆起曾经两次成为淹没台地，但海侵沉积物均未达到鹰山组之上，说明处于进积式、海平面主体下降过程，每个层序界面均暴露不整合［6］。晚古生代时，由于东河塘组和巴楚组是海平面上升过程，克拉通上连续的海侵上超，地层为连续沉积，造成储集层在空间上具有上、下叠置的位置关系。下部为加里东古隆起周边早古生代沉积物的海退尖灭带，发育风化壳岩溶储层，上部为海西期各阶段如泥盆-石炭系海侵上超沉积物的边界，储集层正好位于二者的复合部位。碳酸盐岩风化壳储集体分布在奥陶系碳酸盐岩与石炭系巴楚组界面下的溶蚀带内，内幕式储层则是奥陶系碳酸盐岩内部的层序界面，而石炭系的碳酸盐岩储层则分布在海侵沉积体的上超点、线带上，所以，有利储集体分布在古生代的海退尖灭带和上覆盆地的海侵上超带的复合部位。再加之石炭系海侵上超形成的多个泥岩段的大面积（局部有盐岩层）覆盖，形成了台盆区已发现油气藏最优质的储盖组合。总之，这种叠合界面是海西早期构造隆升剥蚀作用与晚泥盆世—石炭纪海侵事件共同作用的产物，无论是油气运移通道，还是储盖组合，都有利于台盆区海西晚期油气聚集，必然成为地层、岩性和复合圈闭油气藏勘探的重要领域。
2.5 二叠纪岩浆活动对油气成藏的影响
二叠纪岩浆活动对塔里木台盆区油气成藏的影响主要表现在以下3个方面：①岩浆的侵入烘烤和高热体制可能加速了寒武-奥陶系烃源岩热演化，促进了其在海西晚期大规模生烃并广泛聚集与成藏；②形成了与岩浆烘烤及热液溶蚀有关的优质碳酸盐岩储层，如TZ45井碳酸盐岩储层；③形成了以TZ47井为代表的特殊圈闭。首先，此次事件对于奥陶系烃源岩的成熟可能起到积极作用，而对于寒武系烃源岩生烃和保存不利。有机地球化学的研究也表明，满加尔凹陷的寒武系烃源岩在石炭纪以前已达到相当高的成熟度。其次，与强烈的岩浆-火山作用相关的热液流体沿着断裂、裂缝以及不整合面活动，并与所经碳酸盐岩围岩发生反应，使其发生不同程度的溶蚀改造。对典型钻孔碳酸盐岩储层的研究表明［17］，无论灰岩还是白云岩，在热液作用下都会产生大量的微小溶蚀孔洞，储层物性得到明显的改善。最后，岩浆活动形成了大量特殊的构造圈闭。岩浆穹窿构造因岩浆岩体侵位形成，以侵入体为核部，围岩地层倾斜呈穹窿状，亦可称岩体刺穿构造。岩浆活动期在早二叠世，对早海西期及其以前的油气藏，岩浆沿断裂侵位会起到破坏作用。但是，侵入体的空间占位也会对油气侧向运移起到隔挡作用，有利于海西晚期的油气成藏，如TZ47井油藏。TZ47井区发育了二叠纪火成岩，与伴生的断裂形成一个反冲断块。断层和火成岩体共同作为封堵条件，在志留系下砂岩段、东河砂岩形成油气藏。
3 海西期油气聚集与勘探领域
海西晚期，石炭系-二叠系的沉积叠加，以及二叠纪火山活动的加温作用，大大促进了有机质的热演化，寒武系的下部烃源岩进入过成熟阶段，开始生成干气。主要分布在盆地北部阿瓦提-满加尔坳陷带的中下奥陶统烃源岩逐渐趋于成熟，并在晚二叠世达到高成熟阶段，处于生排烃的高峰期后，生成凝析油和湿气。同时，早期的古油藏遭受破坏形成的残留沥青也可能成为次生烃源。
所以，在海西期末，对寒武系—中下奥陶统形成的油气来说，下伏在石炭-二叠系之下的塔中隆起、塔西南和田隆起，以及进一步抬升并遭受一定程度剥蚀的塔北隆起与塔东北地区，作为当时的正向构造单元，是当时油气运移的指向区。再加上前石炭纪不整合面和断裂带作为油气运移通道，及石炭系盐膏-泥岩层这一套台盆区最重要盖层的封盖作用，最后在石炭系和下伏的东河砂岩或奥陶系和寒武系碳酸盐岩储层中形成了一次台盆区内最重要的油气聚集（图3）。据分析，巴什托普、亚松迪及和田河气田，TZ4井、TZ10井、TZ11井石炭系油藏，轮南、东河塘地区石炭系、奥陶系潜山油气藏，YM1井、YM2井奥陶系油气藏都是在这一时期开始聚集成藏的。
图3 塔里木盆地台盆区海西期原生油气藏形成与油气富集部位模式图
（据文献［6］编）
可见，晚海西期是塔里木台盆区海相油藏一次极为重要的成藏期。此期形成的油藏在后期的多次构造活动中有破坏，也有保存。特别是塔中地区，该期形成的古油藏保存较好。塔河和轮南地区的此期油藏则主要在后期发生调整再成藏。因此，要加强台盆区海相油气藏的勘探，在考虑印支期和燕山-喜马拉雅期的调整与破坏的前提下，位于古隆起及围斜部位上的早、晚古生代盆地叠置界面上下的碳酸盐岩岩溶-裂缝型储集层和向隆起上超的志留系—东河砂岩海相碎屑岩储集层仍将是重点领域。
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