轮南-塔河油田是一个晚期成藏的“整装”的油田

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主张轮南-塔河油田是一个晚期成藏的“整装”的储层非均质的(O1)位于塔里木盆地加里东—海西期前陆盆地前隆起上巨型不整合削截圈闭的几项根据如下。

1.盆地中的下奥陶统及中上奥陶统分别代表两个不同时期伸展和聚敛的盆地原型或层序

塔里木盆地沉降的开始，始于740Ma的早震旦世(Z1)。早震旦世到早奥陶世(Z1—O1)的盆地的性质或原型与扬子和鄂尔多斯西缘同期沉积相似，属于被动大陆边缘上的一个伸展盆地(图5-16，图5-17)，而非拗拉槽(aulacogen)。在盆地中部，与北美Sauk(590～476Ma)相当的此一层序，以巴楚型的碳酸盐台地为核心，通过东、北、南三面有生物地层或地震相作根据的台地—台地前缘(以丘状杂乱反射作特征)和前缘斜坡(以平行斜交前积反射为特征)(图5-18)，过渡到非补偿的静海盆地相。后者它代表一种浪迹面以下少受生物扰动的深海环境，是富含Ⅰ型干酪根的盆地历史上最重要的油源岩。这就是许靖华据以估算塔里木资源量为500亿t的那个静海盆地(许靖华，1993)。

图5-16 库尔勒—安迪尔兰干SN520-线层序地层剖面

示盆地显生宙沉降始于早震旦世( )

上述情况，与四川盆地东缘和鄂尔多斯盆地西缘所见同一时期的层序几乎相同。三个盆地的古生代前陆盆地层序对比(表5-1)。

表5-1 鄂尔多斯、塔里木和扬子三个地区中上奥陶统—泥盆系前陆盆地层序划分及对比表

①此处的D3( )就是原划分的东河塘砂岩之底。

图5-17 塔里木盆地北部早奥陶世(两河口—牯牛潭早期)沉积相古地理图

(据周棣康等，2000)

示由三个相区，八个相带组成的被动大陆边缘

▲露头剖面位置及编号：1—南雅当山；2—元宝山；3—却尔却克；4—兴地塔格；5—乌里格孜塔格；6—蓬莱坝；7—四石厂；8—大湾沟；9—鹰山；10—肖尔布拉克；11—苏盖特布拉克；12—唐王城；13—大板塔格；Ⅰ—南天山库鲁克塔格海槽盆地相区：Ⅰ1—库鲁克塔格南带海槽盆地相带，Ⅰ2—库鲁克塔格北带岸外海台-斜坡相带，Ⅰ3—南天山海槽盆地相带；Ⅱ—满加尔半深海盆地相区：Ⅱ1—满西斜坡相带，Ⅱ2—满中盆地-盆地边缘相带；Ⅲ—中央浅海台地相区：Ⅲ1—轮南台地边缘相带，Ⅲ2—阿克苏-满西1井开阔台地相带，Ⅲ3—和田河局限台地相带(Er)剥蚀区

盆地内部的奥陶系，以满加尔坳陷所见中、上奥陶统与下奥陶统间的上超不整合为界，应分属两个不同的层序(图5-19)，其中，中、上奥陶统，相当于北美划分的Tippecanoe Ⅰ(441～475Ma)。在塔里木盆地东半部，中、上奥陶统代表一种活动边缘或弧前沉积层序，已为少数钻井(群克1井、塔东1井)证明，是一套具有完整鲍马序列、深海笔石和向上变浅的以陆源砂泥岩复理石充填的，具有早古生代最高沉积速率的(140m/Ma)残留海(Ramnant)环境下浊积盆地性质的沉积。沉积类型与地面却尔却克山、元宝山地区兰维恩期—阿什及尔期的巨厚复理石(＞2500m)相当或相近(周志毅，1990)。

图5-18 塔里木盆地东北地区奥陶系地震相模式剖面

以TBB-88-E78线示Sauk由巨层序(Z1—O1)的台地、台地前缘、前缘斜坡及盆地相组成的被动边缘。注意O2—3(Tippicanoe)与Sauk的关系以及东厚西薄并尖灭于阿克库勒“凸起”的楔型(代表由残留海和类B式俯冲产生的复理石增生楔)

与寒武系—下奥陶统在静海盆地中低的沉积速率(1～5m/Ma)，以及自满加尔西坡向东因海水加深、欠补偿导致地层减薄的情况相反，中、上奥陶统代表盆地发展到开始聚敛阶段的一种弧前后增生楔性质的沉积，具有东厚西薄、总体向西上超尖灭的同造山期前陆盆地的楔形结构。因此，中、上奥陶统与下奥陶统之间的分界面，也就是Sauk与Tippecanoe间的界面( )，应是一个反转面，代表了盆地东部所在微陆块与东天山、阿尔金山所含微陆块之间早奥陶世之后的一次聚敛碰撞活动的开始(图5-20)。

从中、晚奥陶世开始发生的同造山期复理石，到晚泥盆世以东河塘砂岩为代表的磨拉石红层，即与北美 Tippecanoe Ⅱ大体相当的层序(438～350Ma)，是加里东“祁连造山旋回”在盆地内部的表现。它对塔中、塔东(阿满凹陷)、塔北为代表的盆地内部的形成和形变，以及早期成藏组合的产生和破坏，都是非常重要的。

习惯上，我们把岩石圈演化的“开局”、“吃”、“碰”、“杠”(朱夏，1990)旋回，即威尔逊旋回加里丁旋回，称为一个开合旋回。塔里木盆地中的震旦纪—早奥陶世沉积，形成于西昆仑和南天山“两个海洋”的被动边缘上，代表受伸展构造控制的裂离构造相(rift-drift)；中、晚奥陶世—晚泥盆世，代表一种微陆块聚敛碰撞的挠曲相(flexural)，二者构成了一个完整的开合旋回。其中裂离相阶段中形成的静海盆地，是塔里木地质历史上最重要的烃源岩；而从中上奥陶统的复理石到志留系—泥盆系的磨拉石，是这个盆地古生代与鄂尔多斯西缘和四川盆地东缘同一时期的一个弧后(周棣康，1996)的前陆盆地(图5-20)。

图5-19 塔里木盆地奥陶系地震层序地层系统

(据于炳松等，2005，补充)

示O1-2(O1)及O2-3(O3)不同的层序以及O3—D向隆起的上超

2.阿克库勒地区古生代地层中 (O1顶)、 (D3底)和 (P2—T底)三个不整合，分开了该区Z—O1、O2-3—D1-2、D3—C(P)以及三叠系(T)四个独立的地层层序

在层序之间的关系上，有以下几方面特征。

界面上下不整合的角度达到18°(视倾角)， 以上地层区域性北倾， 以下古生代地层区域性南倾(图5-21)。换句话说，由于O2-3、S—D以及D3—C1地层在阿克库木(轮南)地区的逐层尖灭或削截，导致三叠系直接与O1侵蚀面斜接，同时，O2-3—D1-2层序(Tippecanoe Ⅰ)、D3—CP 层序(Tippecanoe Ⅱ—Kaskaskia)，以及原划作C1底部的东河塘砂岩(D3)，在阿克库木地区全部尖灭和消失。因此证明O1顶是个巨大的非等时的侵蚀面，此外，因南北沉积层序差异所产生的位势差异也是明显的。

图5-20 塔里木盆地北部大陆边缘沉积-构造演化示意图(a)(据周棣康，1996)及据古地磁得出的塔里木板块显生宙运动模式图(b)(据方大均，1994)

示一个开合旋回及弧后前陆盆地的位置

图5-21 TB-85-N136线地质解释剖面图

(示S—D、O2-3及D3—C1地层向北对O1的超覆和削截)

根据钻井资料，周兴熙将轮南-塔河地区的D3—C1-2地层分成C1—C77个岩段，其中C1(小海子组)在该区未见保存，C2砂泥岩段—C7(东河塘砂岩段)则是清楚地自南向北超覆。换句话说，由于 (东河塘砂岩)在凸起围斜中尖灭，凸起三分之二地区则为下泥岩段(C5)—砂泥岩段(C2)相对非渗透的地层所掩覆，从而造成 以上的地层圈闭。此时的阿克库勒，作为O2-3之后的隆升，在D3—CP期间，继续为北高南低的地形，并以阿克库勒北面的弧形犁式断层为最高点，自南向北，伴随巴楚组(D3)和卡拉沙依组(C1)5～6个岩段的相继尖灭，D3—C1地层从南部谷地中厚近200m减薄至零。然而过了阿克库勒断层，即在轮南断裂以南所称的平台地区，仍有C1地层分布。换句话说，如果把阿克库勒凸起看作是一个以O1为核心，以狭义阿克库勒(轮南油田)为高点的古地貌高地，那么，这个高地四周，是被D3—C1地层不同岩性段不同性质的盖层所包围(图5-22)(孙肇才，1999)。

3.形成阿克库勒“凸起”的时间及地应力(动力)不是来自天山问题

如图5-23盆地北部地震AE-1-59线所示，阿克库勒凸起显然形成于 (D3)以前。许多研究者常把海西早期(即 )的形变动力，与北面的雅克拉断隆(狭义的塔北隆起)一起，归为来自天山造山带的由北向南的挤压(周永昌，1998，2000；康玉柱，1998，2001)。

图5-22 示沿下奥陶统顶部侵蚀面D3—C1地层自南向北的逐层超覆

(据周兴熙，2001，修编)

现在重新考虑满加尔古生界那个有 —O1分布的被动边缘特点的静水海相盆地，以及有深水浊积、沉积楔体、岩矿特征(O2-3砂岩中含有40%～50%的来自岛弧火山岩岩屑)的O2-3残余海盆地(同造山期复理石前陆)和S—D1-2以红层为特征的磨拉石前陆。也就是控制塔里木盆地塔北、塔中和塔南(或北民丰)的边界断裂，如图5-24所示，由于构成或控制每个隆起的主边界断裂(亚南、吐木秀克、北民丰)，是一组面朝南的与配套断裂(轮南、马扎塔克)构成“Y”形对偶的基底卷入型的主压应力指向北的韧性剪切带，因此，直到晚海西期，塔里木盆地内部形变的水平挤压应力是来自南部和东南部的阿尔金地区。根据塔东1井O2-3的区域浅变质情况，推断塔里木块体与柴达木块体之间沿着当今孔雀河斜坡或库鲁克塔克东缘，应有一条代表形成O2-3俯冲增生楔体的敛合边界，导致上述“Y”形对偶断层夹持的块体向北或西北滑移。由此判断，满加尔地区O2-3—D1-2的以阿克库勒凸起作前隆的前陆盆地，应具有弧后前陆性质(图5-20中的弧后意见是周棣康同志的认识)。

在此，我引一段周棣康在《塔里木盆地北部寒武—奥陶系储层特征及油气前景》一文中的一段话：“早奥陶世末期，古塔里木板块自南纬18°向北漂移(参见方大均，1994，古地磁资料)，古板块北部边缘(相当于今塔里木东北缘、东南缘)东天山、阿尔金山一带，由于洋壳的消减，由前期被动大陆边缘转变为主动大陆边缘，火山岛弧发育，构造背景由引张向聚敛转化……古板块南部(今塔里木西北缘与西南缘)，则可能继续保持被动大陆边缘态势……”(叶德胜等，2000)。这段话与笔者前面的意见一起，除了说明，阿克库勒凸起及其东西两侧的凹陷，是盆地中最早出现的NE-SW向构造之外，同时说明，盆地内部早期的挤压动力是自南向北(参见图5-20及5-24b)。

4.轮南-塔河早奥陶世油(气)田是一个统一的整装的油(气)田问题

图5-23 塔里木盆地北部AE-1-E59线层序地层解释剖面图

(据樊太亮，1994)

注意 面以下O2-3—D地层对阿克库勒凸起(前隆)的上超及明显楔形

由于在该凸起范围以内，北起阿克库木，经平台区，再经阿克库勒至艾桑地区，钻遇奥陶系的工业油气流井已有25口，还有24口井见不同程度的显示(数据来自西北局1988年勘探成果图；CNPC 1987年报的数字是32口井见显示，14口井获工业油流；康玉柱在1998年底资料中的出油井是21口)。因此，笔者非常同意康玉柱同志在《奥陶系是找大油气田的重要层位和勘探建议》一文中，跳出大阿克库勒隆起上局部的小包包的控油观念，在奥陶系含油规模或范围上“很可能是整个凸起”(亦即“整装”)控油的意见(康玉柱，1998)。就是说，10年以前首先由地矿系统提出的那张奥陶系顶面( )等深度图，即面积超过4000km2的隆起(参见图5-5)是我们考虑含油气圈闭机制和范围的基础)(孙肇才，1999)。

图5-24 控制盆地内部古生代“三隆两坳”的断裂系统(a)及(b)

示亚南(二八台)、轮台对偶“Y”形断裂的主从关系及主应力(σ1)方向

图5-25是一张工业部门提供的有关O1含油气层位的图件，这张图至少说明了这样的两个问题：

钻井证明O1含油层位紧紧位于不整合( )之下，O1顶部的风化壳之中。

从阿克库木(轮南)经平台区到阿克库勒以及包括塔河3号至4号地区内，O1含油层位是连片的一个整体。个别井含油气情况不佳，是O1碳酸盐岩储层致密，即由碳酸盐岩物性的极不均一性所引起的。

5.轮南-塔河不整合削截圈闭的形成时间

在石油天然气勘探部门，把阿克库勒看做“下古生代是鼻隆、上古生代是断层、中生代有披盖，新生代因库车北倾才形成大圈闭”的说法或“阿克库勒凸起定型于喜马拉雅晚期”的说法非常流行。有两个问题，需在概念上理清：一个是圈闭的层次问题，因为整个凸起区，有不同性质和时期的层次；二是圈闭形成的时间，这里当然是指O1顶作储层形成不整合圈闭的时间。

图5-25 示轮南塔河地区O1含油层位置图

就像雅克拉油气田那样，奥陶系含气层的圈闭是不整合，而J—K砂岩含气圈闭是背斜；阿克库勒凸起中生代和以O1为主体的早古生代，也是背斜或披覆背斜与不整合的所谓双层结构。

如果讨论O1顶不整合面( )削截圈闭形成的时间，则有两个时间应考虑：一个是下石炭统(C1)沉积之后(或C1地层北部尖灭线以南，轮南34井以南)；另一个是轮南(阿克库木)被三叠系覆盖以后。

O1削截圈闭的关键是不整合面 以上的地层能否起到盖层的作用。据CNPC公布的图件(周兴熙，1998)，在广义的轮南地区，石炭系在艾桑区以南的谷地厚达150m，伴随向北的减薄到厚度为零，石炭系所属的6个自下而上的岩段，有规律的自南而北尖灭于隆起的不同地带上(参见图5-2，图5-22，图5-26)：①C7和C6(砂砾岩段)的北界在艾桑以南；②C5(下泥岩段)的北界过了阿克库勒到了平台中部；③C4(双峰灰岩)的北界到了轮南12井；④C2+3(上泥岩和砂泥岩段)的尖灭线到了阿克库木(轮南)高地南缘轮南34井一带。

图5-26 阿克库勒地区奥陶系古岩溶地貌剖面图

(据周兴熙，2000)

为C1不同层位向北的尖灭线

图5-26表明，由于巴楚组(C6+7)的砂砾岩段在塔河附近已经尖灭，具有良好封闭性的早石炭世上下泥岩段地层，不整合地覆盖了凸起的主体，从而对遭受削截的O1风化壳以 为界，在C1沉积之后就形成了圈闭。由于在轮南地区O1与三叠系直接接触，伴随C1地层的尖灭，起封闭盖层作用的地层是轮南区三叠系底部的泥岩层。因此，包括阿克库木地区在内的整个凸起不整合圈闭的形成时间是三叠纪沉积以后。

6.轮南-塔河O1油(气)藏的形成时间

直到现在(包括笔者本人1999年前的文章)，以“4个并存”为内涵的“多源多期”成藏的观念，似乎已成为业界在塔里木成藏时间上的共识。然而，下述两项资料，包括后面还要提到的有效油气源岩分析，都支持轮南-塔河油田，是一个“晚期—新近纪—成藏”的又一实例。

表5-2是有关轮南-塔河地区有地层温度、地层压力、饱和压力及成藏埋深下限资料的4口钻井资料。这4口井资料支持该油田的形成时间是 以来，其中解放128井(平台区)成藏期为库车组( )以来。

表5-2 轮南奥陶系油气藏形成时间的确定

(据梁狄刚，1999)

假如我们把储集于阿克库木(轮南)三叠系之下奥陶系(O1)风化壳中的石油，与平台区、阿克库勒区以及桑塔木地区O1中的油气看成是一个动力油藏系统，则O1中的油气，显然是三叠纪沉积以后进入这个不整合圈闭的。这与“轮南14井油藏成藏埋深为2435m，相当于吉迪克组晚期”的意见(梁狄刚，1999)是一致的。也与西南石油学院陈又才等利用PVT相图计算得出的轮南断垒三叠系Ⅰ油组及桑塔木石炭系气藏形成于库车组沉积晚期意见相一致。

7.轮南-塔河油田烃源岩问题

这个问题，历来是多次科技攻关课题讨论研究的对象，或许涉及的问题和领域并非单纯一个“源”字能说清楚，因此直到现在还有不同意见。

根据对这个问题的认识，以1999年为界，可以分成两个阶段。1999年以前，各家对将塔里木盆地包括轮南-塔河的主力油气源岩，以寒武系—奥陶系被动大陆边缘上早寒武世盆地相为关注的核心，并以多源、多期和“四个并存”(孙肇才，1996b、c)作为认识上的统一观念，似乎已对这个问题下了结论。其中，包括许靖华在国外发表的意见，主张塔里木作为有500亿t的远景储量的根据，也是那个在满加尔坳陷偏东部在地震反射上有下超及凝缩段特点的“静海盆地相”。但从1999年下半年以来，特别是梁狄刚在96-111-03报告中，将与斯坦福大学合作研究的一批中上奥陶统源岩与轮南区的下奥陶统至石炭系的原油样品的生物标记化合物成果公布后，联系到以前已经知道的深埋满加尔坳陷腹地达7000m以下的 源岩的有效性，进一步对 盆地相源岩的贡献，以及该源岩成熟于加里东或早海西至今还能经过多次“折腾”还能保存下来的担心。正因为如此，所以自1999以来，就产生了该区源岩是 —O1及O2-3两种不同的意见。加上塔中区O1—C1的油源有人认为是来自西部和深2井区 (盐下)的意见出来后，此一问题，包括对多源、多期和“四个并存”的怀疑，进一步使问题(似乎)复杂化。

图5-27 塔里木盆地古生界岩石和原油中24-异丙基胆甾烷/24-正丙基胆甾烷值

(据梁狄刚，1999)

指示不同时代24-异丙基胆甾烷分布及油源对比

笔者认为，假如承认中上奥陶统是一套聚敛阶段初期，由残留海组成的同造山期的前陆复理石，那么将O2-3自东向西在隆起边缘(如轮南区)上超部分形成的所谓泥灰丘相，定成O2-3的“斜坡”并不恰当。诚如笔者在前陆盆地共性中所说，在所有前陆盆地楔体中，都有一个沉降与沉积中心的非吻合问题(见图2-23)。O2-3的沉降中心，在满加尔厚度＞4000m，有机质丰度低，TOC＜0.2%，但在前缘相带，虽然厚度在500m以内，但TOC平均达到0.85%，相当Jones的C相带或有海洋上升流作用的生产力模式(梁狄刚，1999)。这种相似的沉积模式，我们在鄂尔多斯西缘O2-3沉积内侧、在扬子东缘内侧，都可以看到由狭义的“平凉页岩”(含笔石)及“五峰页岩”组成的这种相带。

图5-28 原油和岩石中24-降胆甾烷相对含量随地质年代变化

(据梁狄刚，1999)

示寒武系与奥陶系的差异

图5-29 原油与岩石抽提物24-降胆甾烷与三芳甲藻甾烷储量关系

(据梁狄刚，1999)

为此，笔者从当初(1996b、c)支持多源、多期及“四个并存”，转而支持有生物标记化合物的梁狄刚和Moldowan的意见(图5-27～图5-30)，这是与前文所述晚期成藏的内涵相联系的，是与近几年来认识到一个油(气)藏形成年龄和保存年龄与地史年龄相比是“小菜一碟”相联系的。当然，由于本区从下奥陶统产出的油气相态变异很大，既有密度大于0.9的重质原油，又有常规油、轻质油或凝析油；既有与常规油伴生的天然气，又有凝析气甚至干气。加上所处构造部位性质以及内部结构的复杂性，有关此一问题的继续研究和讨论，是显而易见的一个课题。

图5-30 原油与岩石抽提物中三芳甲藻甾烷与3-甲基豆甾烷比值随年代变化

(据梁狄刚，1999)

塔里木盆地基底特征

塔里木是多时代、多类型盆地叠加复合的大型含油气区。盆地具有多时代油源岩，油气资源十分丰富，并具多时代成油组合，多油气藏类型和成油模式。盆地周边被天山、昆仑山和阿尔金山所环绕，中部是有着“死亡之海”之称的塔克拉玛干沙漠，面积33.7万平方公里，是世界上最大的流动性沙漠。巴州位于塔里木盆地内。塔里木盆地高丰度烃源岩在纵向上主要赋存于寒武系、中&上奥陶统、石炭系和三叠—侏罗系四个层系中。这几套高丰度源岩的存在，为塔里木盆地的油气勘探奠定了物质基础，由于中生界烃源岩主要为#型干酪根，所以其生 油窗较宽，且主要生油高峰期在第三纪，如库车坳陷三叠系烃源岩生油高峰期为白垩纪末—早第三纪 ，侏罗系则为晚第三纪塔西南侏罗系生油高峰期为早第三纪，受古亚洲构造域和特提斯构造域的先后影响，塔 里木盆地在地史中出现%个区域性不整合构造面，"塔里木运动，形成震旦系与前震旦系间的角度不整合；#加里东中期运动，形成志留系与奥陶系间的假整合到微角度不整合；!海西早期运动，形成石炭系与泥盆系间的假整合到角度不整合；海西晚期末期运动，形成上二叠统与下二叠统及三叠系与二叠系间的假整合到角度不整合；喜马拉雅运动，形成上第三系与下第三系间的假整合到微角度不整合接触关系。这些不整合构造面多分布在古隆起，古斜坡和盆地边缘断块部位，造成下伏地层遭受剥蚀缺层及上覆地层超覆披盖呈楔状体展布。受构造运动影响，基底之上发育%期不同类型的盆地演化，二叠纪之前为属克拉通盆地演化阶段，以后属前陆的多层“叠置复合”盆地演化阶段。初步统计盆地内发育数百条大小不等，不同期次（世代）、不同性质、不同规模的断裂，其中主要断裂有#%’条#） 。依据其规模和动力强弱程度，划分四个等级：板块缝合带断裂；深断裂；大断裂和一般断裂。依据应力场方向、运动学和动力学机制，将断裂划分为逆冲断裂系统、走滑断裂系统和正断层系统，以前二者为主。研究认为断裂活动及演化可分四个时期：加里东运动期以正断层为主，海西运动期以逆冲断裂为主，印支&燕山运动期和喜马拉雅运动期以逆冲断裂—走滑断裂为主，时代越晚构造活动越强烈。断裂分布呈三组方向：北东东&东西、北西、北东向，它们分别平行周边山脉走向，构成塔里木盆地菱形四边形的格局。缝合带断裂分布在塔里木板块南北边界，深断裂分布在盆地边缘，大断裂多为隆起、坳陷、斜坡等二、三级构造单元的边界，一般断裂控制局部构造的形成和分布。先存断裂常常被后期改造，压、扭、张力学性质可以发生变化。盆缘前陆区挤压应力集中，腹部克拉通区以高角度断裂为主，上陡下缓，且断层两侧形成微幅度褶皱，断裂规模和变形强度由盆缘向腹初步统计盆地内发育数百条大小不等，不同期次（世代）、不同性质、不同规模的断裂，其中主要断裂有#%’条#） 。依据其规模和动力强弱程度，划分四个等级：板块缝合带断裂；深断裂；大断裂和一般断裂。依据应力场方向、运动学和动力学机制，将断裂划分为逆冲断裂系统、走滑断裂系统和正断层系统，以前二者为主。研究认为断裂活动及演化可分四个时期：加里东运动期以正断层为主，海西运动期以逆冲断裂为主，印支&燕山运动期和喜马拉雅运动期以逆冲断裂—走滑断裂为主，时代越晚构造活动越强烈。断裂分布呈三组方向：北东东&东西、北西、北东向，它们分别平行周边山脉走向，构成塔里木盆地菱形四边形的格局。缝合带断裂分布在塔里木板块南北边界，深断裂分布在盆地边缘，大断裂多为隆起、坳陷、斜坡等二、三级构造单元的边界，一般断裂控制局部构造的形成和分布。先存断裂常常被后期改造，压、扭、张力学性质可以发生变化。盆缘前陆区挤压应力集中，腹部克拉通区以高角度断裂为主，上陡下缓，且断层两侧形成微幅度褶皱，断裂规模和变形强度由盆缘向腹。

塔里木盆地油气地质信息遥感探测研究

(一)塔里木盆地基底岩相构造特征

1.基底的形成与演化过程

塔里木盆地基底的形成和演化大体可划分为太古宙古陆核形成阶段、古—中元古代原始克拉通板块形成阶段和新元古代洋盆闭合、块体拼合、泛古陆形成阶段。因此,塔里木盆地的基底是由太古宙相对稳定的结晶基底和元古宙的褶皱基底构成的双重基底。

(1)太古宙古陆核形成阶段

太古宙变质岩系主要分布在库鲁克塔格的辛格尔及库尔勒以东、阿尔金山前因格布拉克和大黑山、南天山奥图拉托格拉克及中天山尾亚等地区(车自成等, 1996;董富荣等,2001)(图2-1-1)。铁克里克可能有新太古代变质岩系分布。

库鲁克塔格地区太古宙变质岩系出露面积较大,古—中太古代变质岩均有出露,新太古代阜平期和五台期变质岩发育。包括托格拉克布拉克片麻杂岩、驱狼沟片麻岩、红卫庄片麻杂岩等,为克拉通内区域中高级变质作用,具多期变质特征, 残留有麻粒岩相(紫苏辉石、红色黑云母)、高角闪岩相 (矽线石-钾长石), 表现为中压相系低角闪岩相(蓝晶石)变质, 为一退变质系列。其变形特征具深部构造相特点, 构造面理为片理、板状片麻理、条带状构造,褶皱以流褶皱为主的塑性流动变形,形成穹盆构造,后被近EW向的线性构造叠加(董富荣等,2001)。 目前对辛格尔一带太古宙变质岩系同位素年龄已做了详细研究, 托格拉克布拉克片麻杂岩曾获得了Rb-Sr等时线年龄 (1778.18±145.37)Ma (高振家等, 1993)、Sm-Nd等时线年龄(3362±691)Ma,片麻杂岩中的角闪石Sm-Nd等时线年龄(3263±129)Ma、Rb-Sr年龄2778Ma(胡蔼琴等,1993),董富荣等(2001)认为3362Ma、3263Ma为其形成年龄,而2778Ma、1778Ma为其变质年龄。红卫庄片麻杂岩所获得的Sm-Nd全岩等时线年龄为(2854±594)Ma,Rb-Sr全岩等时线年龄(1350.93±14.12)Ma(胡蔼琴等,1993),前者为其形成时限,后者则为Sr均一化最晚一次热事件年龄。在塔里木盆地东缘敦煌岩群斜长角闪岩中,获得Sm-Nd等时线同位素年龄值为3487Ma和3237Ma(李志琛, 1994)。

图2-1-1 新疆太古宙变质岩分布示意图(据董富荣等,2001)

阿尔金山山前仅出露新太古代阜平期变质岩(车自成等,1996)。因格布拉克、大黑山一带分布一套由表壳岩和变质深成岩组成的变质杂岩,其中以变质深成岩为主。表壳岩呈包体形式赋存于片麻杂岩之中,斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、基性麻粒岩、透闪角闪黑云变粒岩、角闪钾长变粒岩为主。原岩为基性火山岩及碎屑岩(王广耀等, 1987),斜长角闪岩由普通角闪石、斜长石及石英组成。根据紫苏辉石的出现和变质矿物组合,将岩系划分为麻粒岩相和高角闪岩相两类(王广耀等, 1987): 中压高角闪岩相为单斜辉石-普通角闪石带; 中压麻粒岩相为二辉石带,具递增变质特征,为区域动力热流变质作用。该变质岩系属深部构造相变形, 构造面理为片麻理、片理和条带状构造, 广泛发育无根褶皱,流褶皱常见,以塑性流动及化学分异变形作用为主。青海省地质矿产局区调队曾在拉配泉北东获得该岩系斜长角闪岩锆石U-Pb年龄2462.5Ma(王云山, 1987),其平均年龄为2587.37Ma(车自成等,1996);后又获得角闪麻粒岩、麻粒岩全岩Sm-Nd等时线年龄(2787±151)Ma(车自成等,1996),基性岩Sm-Nd等时线年龄为(2792±208)Ma,为新太古代阜平期产物。

南天山新太古代变质岩出露于辛格尔断裂以北奥图拉托格拉克一带, 为阜平期和五台期变质岩。主要由表壳岩及变质深成岩组成, 其中变质深成岩约占80%。阜平期表壳岩为沙窝大沟岩组, 变质深成岩巴什托格拉克片麻杂岩; 五台期表壳岩及变质深成岩均为沙窝布拉克片麻岩套。特征变质矿物为铁铝榴石、蓝晶石、透辉石和普通角闪石等, 属中压低角闪岩相蓝晶石带, 为区域中高温变质作用。 巴什托格拉克片麻杂岩的片麻岩Sm-Nd全岩等时线年龄值为 (2655.6±203.9)Ma(冯新昌等, 1998), 它代表片麻杂岩形成时间,为阜平末期的岩浆侵入事件。沙窝布拉克片麻岩套最大特色是石英为蓝色,与库鲁克塔格地区的蓝石英片麻状花岗岩可以对比,二者为同期的侵入产物,蓝石英片麻状花岗岩的锆石Pb-Pb蒸发年龄为2582Ma、2478Ma(董富荣等, 1998), 因此沙窝布拉克片麻岩套亦为五台期末期的岩浆侵入产物。

中天山仅见新太古代五台期变质岩, 出露于新疆哈密尾亚一带。表壳岩为冬瓜岭岩组,变质深成岩为亚西岭片麻岩套,两者的比例各占一半,属花岗-绿岩区。为区域动力热流变质作用类型, 低压变质相系, 为多相变质的递增变质相带。麻粒岩中曾获得Sm-Nd全岩等时线年龄2373Ma(董富荣等, 1998), 因受到尾亚超单元热变质作用的影响,致使年龄偏低,但变质已达麻粒岩相,深成岩已变成灰色片麻岩,无疑是太古宙变质岩。

由上所述, 太古宙变质岩系的特征, 基本反映了大陆基古陆核的形成。库鲁克塔格辛格尔南的古—中太古代变质岩(托格拉克布拉克片麻杂岩),代表了塔里木北部的陆核;阿尔金构造带北侧因格布拉克一带分布的阿尔金杂岩(车自成等, 1996),代表了塔里木南部的陆核。其时代北早南晚, 表明塔里木南、北基底“生来” 就有较大差异, 这种差异影响着后来的构造发展历程。

(2)古—中元古代陆块发育阶段

北塔里木块体克拉通化发生在中元古代。库鲁克塔格地区太古宙主体岩石组合是托格灰色片麻岩系,其上被原兴地塔格群不整合覆盖。在辛格尔以南可见原兴地塔格群与下伏岩系的不整合面: 原兴地塔格群底部砾岩分别覆盖于托格灰色片麻岩和红卫庄花岗片麻岩之上,底砾岩的砾石主要为花岗片麻岩类,大者达30～100cm,分选较差, 向上过渡为含磁铁矿的石英岩。虽然不同地段兴地塔格群遭受不同程度变质作用改造,但从宏观上看仍是一套以碎屑岩-碳酸盐岩为主的建造,代表了塔里木克拉通的第一套沉积盖层。不整合于其下的花岗片麻岩锆石的U-Pb年龄(1940±14)Ma表明, 北塔里木块体克拉通化发生在中元古代, 与华北克拉通相当。北塔里木地块广阔平缓负磁异常特征, 可能是古、中太古界之上巨厚的新太古界—元古宇沉积盖层层系的反映。南塔里木块体的克拉通化发生在中—新元古代。阿尔金地区中元古界巴什考供群下部为酸性凝灰岩夹片理化砂岩与炭质粉砂岩, 中上部为绿片岩、灰岩与粉砂岩互层; 塔昔达坂群下部为砂岩、粉砂岩夹硅质岩、灰岩与安山玄武岩, 中部为砂岩、绢云片岩、千枚岩夹凝灰熔岩和灰岩,上部为中厚层灰岩、白云质灰岩、白云岩夹绿片岩。索尔库里群为浅海相砾岩、石英砂岩、鲕状及竹叶状灰岩,发育底砾岩。沉积组合也表明该区中、新元古代构造环境由活动趋于稳定。南、北塔里木块体之间及周缘发育元古宙洋盆。

(3)新元古代洋盆闭合、陆块拼合与大型克拉通形成

1)阿尔金北缘新元古代缝合带。沿阿尔金山北缘自西向东从新疆的红柳沟、拉配泉,到甘肃的阿克塞、肃北一线,发育一条蛇绿岩带。在红柳沟-拉配泉一带,蛇绿岩带出露于阿尔金麻粒岩带的南侧, 主要由枕状玄武岩、细碧岩、硅质岩以及大量超镁铁-镁铁质岩块组成。主要岩石为变质橄榄岩相的斜辉辉橄岩及少量纯橄岩;部分岩块以堆晶岩为主, 由堆晶纯橄岩、异剥橄榄岩、辉石岩、堆晶辉长岩组成; 岩带中还有较多的辉绿岩块。

贾承造等(2004)得到了玄武岩和辉长岩的Sm-Nd同位素等时线年龄为(949±62)Ma(2σ),其εNd(t)=+5.9, MSWD=3.55。辉长岩等时线年龄为(829±60)Ma(2σ),εNd(t)=+6.5, MSWD=0.93。前者可能代表了蛇绿岩的形成年龄 (即蛇绿岩套从地幔分异年龄),后者(829±60)Ma应是岩浆房最后固结年龄(即辉长岩结晶年龄),以辉长岩的等时线年龄代表蛇绿岩的成岩年龄应是合适的。

阿尔金山北缘以蛇绿岩带为标志的缝合带,代表了该区新元古代的大陆拼合。此外,郭进京等(1999)认为中祁连地块曾经历了900Ma左右的拼合作用。虽然阿尔金山北缘蛇绿岩带为代表的构造带,是否与中祁连新元古代构造带相连, 目前还不清楚,但新元古代中国主要陆块均经历了多块体的拼合,该次陆块的拼贴是全球中、新元古代格林威尔造山作用和Rodinia超大陆的一个组成部分。

2)塔里木盆地中央新元古代岩浆弧。位于中央隆起带的塔参1井, 钻穿沉积盖层后钻遇前寒武纪基底。塔参1井基底岩石的主元素分析表明(贾承造等,2004), 岩石应属闪长岩,其SiO2含量为54.7%-55.2%。Na2O含量(5.63%～5.76%)比K2O含量高(2.39%～2.67%)。稀土元素配分型式显示LREE弱富集, 没有明显的Eu异常。痕量元素原始地幔标准化曲线(Sun和McDonough,1989),与Nb和Ta强亏损的与俯冲相关的岩浆岩类似(Briqeu等,1984)。在Rb-Y和Nb/Rb-Yb/Ta相关图解中,样品均落入火山弧区(Pearce等, 1984)。Sr-Nd同位素组成也与岩浆弧花岗岩类相当 (Barbarin,1999),其初始εNd介于-4.4与-9.5之间,初始87Sr/86Sr在0.705756～0.706666之间。

塔参1井寒武系不整合覆盖在花岗岩类之上,从采自基底的岩心得到三件角闪石样品的40Ar/39Ar重量平均坪年龄,分别为(790.0±22.1)Ma, (754.4±22.6)Ma,和(744.0±9.3)Ma,这些冷却年龄可能提供了一个岩体侵位的上限,上述年龄可能接近于岩浆的侵位时间。

发育在南塔里木地块中央隆起带基底上的这一新元古代岩浆带,其活动应不晚于730～810Ma,最晚在寒武纪前停止。新元古代的花岗岩在阿尔金地区也有发现,如沿茫崖-若羌公路变形花岗岩的U-Pb年龄为(969±6)Ma(Cowgill, 2001)。阿尔金地区新元古代花岗岩可能是塔中地区岩浆带的延伸,它们构成一条新元古代的岩浆弧。

3)阿克苏蓝片岩。这一时期的构造和岩浆活动在塔里木西北缘也有证据。新元古代阿克苏蓝片岩不整合于震旦系之下(Liou等, 1989;Nakajima等, 1990)。蓝片岩为高压变质岩,是碰撞缝合带的产物。

塔里木中央岩浆弧、阿尔金北缘新元古代蛇绿岩带和阿克苏新元古代蓝片岩的发育,为南北塔里木地块曾被一个新元古代洋盆分割的观点提供了佐证(何登发等, 1996; Guo等, 1999), 阿尔金山北缘蛇绿岩带是该洋盆闭合的残留, 阿克苏蓝片岩应该是该期缝合的标志。该洋盆至少应该在寒武纪前,可能在震旦纪前闭合, 因为塔中地区寒武系不整合于岩浆弧之上, 而震旦系不整合于阿克苏蓝片岩之上。沿塔里木中央展布的高航磁异常带,应是南、北塔里木块体的缝合带(何登发等, 1996)。

在新元古代拼合完成后,形成了新疆的统一克拉通 (肖序常等, 1992)。塔里木、准噶尔、华南和哈萨克斯坦地块均来自于一个新元古代的联合超大陆——Rodinia古陆, 它们均发育有相似的震旦系冰碛岩(Xiao等, 1992)。周缘露头地质资料表明, 塔里木盆地震旦系与基底岩系之间存在区域不整合关系, 在盆地覆盖区的沙3井、牙哈6井均钻遇前震旦变质岩系。

塔里木盆地基底同位素年代学新资料和基底岩石组合特征表明, 南、北塔里木地块前寒武纪基底演化历史明显不同。张光亚 (2000)认为, 塔里木盆地前南华纪结晶基底表现出很强的非均一性,是由南、北两个块体沿中央纬向构造带在前震旦纪焊接而成的,航磁异常对基底岩相构造的反映较为清楚。

2.航磁资料揭示的基底岩相构造

乔日新等(2002)认为塔里木盆地基底具双层结构特征, 即由上、下两套不同磁性的变质岩组成。在航磁△T图上,塔里木盆地显示为大范围宽缓升高的正磁异常区,磁场强度为100～450nT。在400km高度的卫星磁场图上也显示为NEE向的正磁力高, 幅值达0.8nT。产生塔里木正磁异常区的磁源体具有很强的磁性, 并具有巨大的范围与较大的厚度。经反演计算,该磁源体上界埋藏深度为10～20km, 下界深度大于40km, 视磁化强度为(200～1500)×10-3A/m,推测盆地基底的主体是由中基性岩浆杂岩到超铁镁岩组成。这代表下层磁性基岩的航磁异常反映,其时代为太古宙; 上层基底介于磁性基岩面与元古宇顶界面(相当于地震T100(Tg9)界面)之间,其时代为元古宙,磁性不强或微弱,磁化率一般均小于20×10-5SI,厚度变化在1～8km之间。

塔里木盆地航磁△T异常值主要分布在约-150～350nT,具有以下几个特征(图2-1-2):①在盆地北部为变化平缓的负异常区;②在盆地中央存在近东西向的正异常带;③塔里木盆地南部以北东东向正异常为主, 并伴有基本同方向延伸的负异常带;④塔里木盆地东南缘分布特征以北东向串珠状的正负异常成对出现为主; ⑤盆地西部 (主要在巴楚地区)在较宽缓的正异常背景之上, 存在强烈的磁异常变化带或强异常变化区;⑥库鲁克塔格一带存在强局部异常。

许炳如(1997)认为塔里木盆地基底岩相分布呈现几组不同方向的磁异常带相互交汇现象。第一组是塔中近东西向正磁异常带; 第二组由4条北东向正负相间的磁异常组成; 第三组显示为北西向的磁异常, 主要出现在巴楚与麦盖提之间的地区, 分布较局限。从它们相互交叉关系推测塔西南北东向带形成时间较早。

由前所述,塔西南地区的航磁异常是古元古代构造活动带穿插新太古代陆的反映,塔里木北部的负磁异常是古元古代基底的反映, 而中部高磁异常带是新元古代南、北塔里木地块拼合带的反映。许炳如 (1997)等认为经由壳底幔顶的融熔岩浆沿边缘深断裂上涌形成的镁铁、超镁铁岩墙将二者牢固地结合成一体。

谢方克(2003)通过对世界主要克拉通盆地基底结构特征的研究认为: 塔里木盆地前震旦纪基底是由几个不同的块体拼接而成的, 在花岗岩、片麻岩中, 有基性火成岩侵入体或者由强磁性和密度大的岩体发生垂向运动, 从而出现巨大隆起带。地幔高密度物质,可能有许多已进入岩石圈上部, 冷却并充填于地壳不同构造层中。 以塔里木重力、磁力异常带为界可将塔里木分为南北两块: 南塔里木基底主要由石英片岩和斜长片麻岩组成, 出露最老地层是古元古界;而北塔里木地块以中、新元古界的浅变质岩为基底,南老北新。

图2-1-2 塔里木盆地及周边地区航磁特征

震旦纪,结晶褶皱基底经塔里木运动才形成统一基底的盆地。利用天然地震转换波资料发现塔里木克拉通盆地地壳结构可分为3层,上地壳“花岗质”层P波速5.6～6.0km/s,中地壳波速6.2～6.7km/s,并存在高速薄层(可能是因为热物质上涌冷却变质结晶),下地壳波速6.5～6.9km/s,整个地壳厚度变化幅度在38～52km。根据宽角反射资料发现,塔里木盆地地壳有南厚北薄的特点,而南、北存在两种性质完全不同的基底,是造成塔里木板块盖层构造-地层组合差异的根本原因。

(二)塔里木盆地深部构造特征与地球动力学背景

1.地壳结构的分层性与同步挠曲特征

“八五” 期间完成的3条转换波测深剖面, 即盆地东部的库尔勒-若羌剖面, 盆地西部的阿克苏-叶城剖面和中部的库车-塔中-塔南剖面(邵学钟等, 1996; 张家茹等,1998), 清楚地揭示了自新生代以来在印度-欧亚板块强大挤压力作用下, 近SN向挤压应力场背景下的深部构造和变形特点。

新疆泉水沟-独山子地学断面(李秋生等,2001)研究成果表明 (图2-1-3), 塔里木盆地主体的地壳厚度为38～46km, 盆地中部为幔隆, 地壳平均速度为6.36km/s,莫霍面深度为(40±2)km。塔里木南缘的莫霍界面南倾, 与结晶基底南倾的角度大体一致。从中央隆起带至西昆仑山前, 莫霍面深度从(40±2)km加深到57km, 倾角5°～7°, 但继续向南深入到西昆仑北坡之下, 莫霍面产状变平, 深度减小到54km。 以西昆仑北坡基底抬升、下地壳增厚和山前凹陷内存在巨厚沉积的观测事实为依据,推断塔里木盆地南缘地壳向西昆仑山下俯冲, 但俯冲的距离和深度可能有限。天山地区观测到了清楚的Pn震相, 速度为8.15km/s。整个天山地区莫霍面北倾4°～5°, 平均深度为52km, 地壳结构复杂,其中地壳为3～7km厚, 为速度值5.6km/s的低速层。 中天山之下的莫霍面略显隆起, 中、北天山交界处莫霍面明显错断。两侧山区地壳厚度平均比盆地内大5～10km, 山区一侧的下地壳明显增厚, 显示出塔里木盆地 (地块)边缘向两侧山区下插的趋势, 但向南插入的距离和深度可能不是很大(Layon-Caen等, 1984;李秋生等,2000), 而北侧的俯冲前缘可能达到中天山之下(卢德源等,2000)。地壳内部各层厚度横向变化较大, 具有受双向挤压而缩短的地壳构造特征。

2. 地壳结构的横向不均一性

楼海等(2000)利用卫星重力资料根据最新的地球重力场模型, 计算得到了塔里木盆地及邻近地区的自由空气重力异常、大地水准面扰动异常、地壳和上地幔平均密度异常以及地幔对流引起的岩石层底界面粘滞应力场分布。据此认为天山处于地幔对流形成的挤压沉降环境中, 在南北不对称的挤压应力作用下快速隆升, 挤压应力场中心在天山以南,这种应力场特征支持塔里木板块向天山之下俯冲的观点。 天山南北两侧的准噶尔盆地南缘和塔里木盆地北缘, 是地壳内质量缺失区, 是由于南北两侧地壳向天山下挤压而弯曲造成的。

重力异常与地形相关。天山、阿尔泰山、昆仑山等都是正异常区, 异常走向与山脉走向一致。准噶尔盆地、塔里木盆地、吐哈盆地、柴达木盆地等都是负异常区。重力异常与地形密切相关, 说明大地水准面以上地形质量的重力效应显著, 未被深部质量亏损完全补偿。沿天山南北两侧, 昆仑山、阿尔金山和祁连山北侧, 有明显的负异常带。

图2-1-3 新疆泉水沟-奎屯地学断面爆炸地震剖面最终地壳结构模型图(据李秋生等,2001)

地壳平均密度异常(图2-1-4)显示出与卫星重力异常相似的特点, 山区内密度异常为正,盆地内密度异常为负。山区的正异常是地表以上多余质量引起的。沿造山带的边缘, 如天山南北两侧准噶尔盆地南缘和塔里木盆地北缘、西昆仑山及阿尔金山北侧的塔里木盆地南缘, 都有比较明显的负异常带,这种山前负密度异常带可能是新生造山带固有的地球物理特征。在挤压作用下,两侧地壳向造山带下俯冲,造山带快速隆升, 山前形成坳陷,接受松散堆积,造成造山带山前质量亏损。当前, 天山仍然处于快速隆升阶段, 山前形成逆断裂-褶皱带,逆断裂上下盘发生差异升降运动,运动速率达到0.8～1.35mm/a(徐锡伟等, 1992; 邓起东等, 2001)。 同时, 逆断裂-褶皱带在缩短, 缩短速率约为2mm/a(杨晓平等,1996)。这表明挤压作用很强烈, 使造山带山前继续保持质量亏损和不均衡状态。

岩石圈平均密度异常(图2-1-5)在天山, 东、西昆仑山, 阿尔泰山, 祁连山都为正异常。平均密度异常为正, 可能意味着挤压造山带下岩石圈的加厚。天山东段的深部密度分布特征与中段和西段不同, 这里没有正异常与之对应, 表明东天山与其他造山带在深部构造上有很大不同。山体隆升仅引起浅部质量重新分布, 而未扰动深部质量, 这可能与地幔对流应力的强度分布有关。在天山中段和西段,南北向和东西向的地幔对流应力都明显较强, 东段则较弱, 地幔对流分布的东西向差异造成天山东、中、西段的不同。张光亚(2000)认为, 塔里木盆地地壳较厚, 平均为37～44km, 向周围造山带急剧加厚。沉积层以下地壳厚度分布显示出两个减薄区, 分别与阿瓦提坳陷、满加尔坳陷对应。 中地壳下部或下地壳存在软弱层。塔里木盆地岩石圈厚度为110km左右, 具低热流值低地温梯度特点, 以整体变形为特征, 地壳及上地幔岩石圈各界面呈现整体同步挠曲。

图2-1-4 地壳平均密度异常(>120阶)(据楼海等,2000)

图2-1-5 岩石圈平均密度异常(50~120阶)(据楼海等,2000)

一、油气微渗漏理论及其遥感探测机制

（一）烃类微渗漏理论

1.烃类渗漏的两种表现形式

（1）显观油气苗：肉眼可观察到的油气苗。它的运移机制是油气藏受地质活动（诸如地层倾斜、埋深变化、裂缝、断层）的影响而产生的运移，早期油气勘探主要依据油气苗的发现。

（2）微观油气苗：肉眼观察不到的油气苗。微观油气苗的运移机制是“垂直运移理论”，是烃类透过上覆地层向上发生微渗漏，垂直渗漏的理论是遥感技术和化探技术直接找油的基础。

2.烃类的垂直迁移主要靠烃类分子向上渗透

石油聚集于圈闭后，烃类物质通过水、气等介质携带，辅以浮力、蒸发等作用，产生自然的向上渗透作用。研究表明，直径较大的复杂环烃，其分子直径为15～20 ，而埋深在4000m深的泥页岩盖层相应的孔隙直径为20 。因此各种烃类分子都可穿过盖层到达地表。

（二）遥感探测微烃的理论机制和方法

1.烃类微渗漏的地面共生效应

烃类垂直迁移至地表，可能形成一种化学场罩，从而改变地表的氧化还原条件，使土壤、岩石、植被发生一系列的物理化学反应，并形成一系列相应的地面特征。这些现象称为烃类微渗漏的“蚀变效应”或“蚀变现象”，统称为地面共生效应。具体包括：

（1）烃类物质含量及其伴生元素，如△C、Hg含量的增加，形成顶端异常或边缘效应。

（2）土壤中Fe3＋向Fe2＋转化，造成红层的褪色现象。

（3）土壤中形成碳酸盐化蚀变（△C）。

（4）由于植被受土壤蚀变或烃类物质的直接影响，导致植物的变异现象。

（5）由于烃类物质的作用，促使放射性物质发生再分配，形成放射性异常。

（6）引起地面地球物理、地球化学场的变化。

（7）由于Eh/Ph值的改变，使长石类矿物蚀变，形成粘土化矿物。

2.遥感探测机理

遥感的物理基础是不同地物的不同电磁波特征。各种地物由于其成分和结构的不同，因此都具有自身特定的反射、散射、吸收和辐射电磁波的性质。遥感图像上色调和影纹结构的变化就反映了地物波谱特征之间的差异。

（1）烃类物质典型的波谱特征

通过对原油样品的实验室透射光谱测量，发现烃类物质在波长为1.725μm、2.270μm、2.348μm、3.30～3.53μm、6.23μm、7.246μm、11.363μm、12.195μm和13.699μm等处有一系列吸收峰存在（图1），其中有三个强吸收带：2.27～2.36μm吸收带；3.33～3.53μm吸收带；6.68～7.38μm吸收带（与大气吸收带重合，不便使用）。前两个波段为油气藏烃类微渗漏遥感探测的实用波段。显然，陆地卫星TM5、6、7三个波段包含有烃类吸收带。

图1　烃类物质的透射光谱特征

①—原油；②—油苗；③—沥青

（2）烃类微渗漏形成的地表蚀变矿物的典型波谱特征　烃类微渗漏引起地表物质的蚀变类型主要是“红层褪色”（Fe3＋→Fe2＋），矿物粘土化蚀变及碳酸盐化蚀变。通过对这些蚀变矿物的典型波谱特征进行研究表明，Fe3＋在0.9μm附近有吸收峰，Fe2＋在1.1μm处有吸收峰。粘土矿物吸收峰表现在2.2～2.3μm附近。碳酸盐矿物的吸收峰有几个，其中以2.35μm和2.5μm处最为明显。

（3）地植物光谱异常　油气田上方的植被健康状况及分布异常，引起石油遥感地质学家的极大关注。经研究发现，油气微渗漏引起土壤蚀变可使植物枯萎或病变。病变植物和正常植物的光谱曲线有明显的差异，主要特征为：病变植物的近红外（0.7～0.75μm）反射曲线发生“蓝移”，即由0.70μm的位置向短波方向移动，近红外反射率明显降低（图2）。

Rλ′＝Rλ－Ro/Rs-Ro标准化公式

A=A·Rλ′＋B红边回归曲线

（4）遥感图像的色调和结构异常色调和影纹结构是地物光谱特征的反映。烃类微渗漏所引起的岩石、土壤蚀变及植物生长变异反映在遥感图像上为色调和影纹结构的异常，主要特征呈浅色调。这些色调异常的形态受地下油藏或构造的制约。

图2　植物病害光谱变化示意图

λρ——蓝移指数　Rs——红外肩高　Ro——叶绿素吸收峰

（5）烃类微渗漏地面共生效应的化探信息和遥感信息是一种内容的两种表现形式地球化学勘探是一门较早的直接找油的勘探方法，它的理论基础也是建立在油气微渗漏的垂直迁移理论上的，与遥感探测有许多内在的联系。

化探资料是按一定测网布置而采样的，它以数据形式表征地物测点的地球化学指标，是直接监测油气微渗漏存在的证据。

遥感资料（星载、机载）是每一个地物按一定形式记录的波谱值，而这些波谱值直接反映油气微渗漏所引起的地面共生效应。因此，遥感、化探两种探测手段有着必然联系，两种资料的结合必能提高油气勘探的成效。我们以遥感信息为主，以其他与油气有关的信息为辅建立了油气微渗漏地面共生效应的识别模式。

二、探区的地质、地理背景

试验区位于库尔勒以西，沙雅以东，乌喀公路以南和塔里木河以北的广大第四系覆盖区，面积约2万平方千米。从地貌上看本区为西北高、东南低的微倾戈壁。由于塔里木盆地深居内陆中心，加之其北受天山的隔阻，雨量稀少，气候炎热干燥，因而植被稀落。

塔北地区从构造单元划分图上看，处于库车坳陷东部，塔北隆起和北部坳陷的北斜坡上。从9幅MSS组合处理图的宏观特征上看，塔里木盆地的中部，其区域构造特征具有明显的三分特点。即新和—轮台一线以北（相当于库车坳陷的东段）为北东东向线状构造或长轴状构造展布区；阿拉尔—塔里木乡—哈达墩一线以南（相当于塔中隆起和北部坳陷的大部分）为北北东或近南北向之巨型长轴状构造分布区。长轴状构造均有南端膨大的特点，且排列（左型斜列）有序。两者之间（相当于塔北隆起和北部坳陷的一部分）则为短轴状或块状构造分布区。其轴线走向，东部呈北东向，西部呈北西向。

遥感资料进一部表明，塔北隆起浅表地质构造是由众多不同时期、规模不一、形态各异的洪积或冲积扇体以不同形式叠合的产物。从扇体展布的特征分析，有伴随地史发展而向南天山退缩的趋势。据地质资料，塔北地区自元古宙末就具有隆起的雏形，古生代早期隆起幅度骤然加大。中生代该区虽然随着北部坳陷同时整体下陷，但塔北仍然是个相对隆起区。尽管新生代时由于北部坳陷的大幅度上升，以致塔北隆起逐渐消失。但就塔北隆起本身来说，除了区域背景造成的影响之外，其内部结构仍然具有相对稳定的布局特点。因此，即使那些显而易见的冲积扇体，在新生代以来构造运动所造成的起伏变化上存在一定的补偿作用，但依然没有完全割断深部地质构造与地表之间的联系，这是本区遥感资料应用中的重要地质背景条件。

三、不同遥感资料在反映地质信息上存在一致性

塔北地区共使用了两类6种不同的遥感资料，即MSS、TM、SPOT及机载多光谱扫描、彩红外摄影、热红外（夜航）等资料（见图版Ⅸ、Ⅹ）。这6种资料尽管在空间上并不完全重合，但通过不同资料的不同连接面，可以找出它们之间的对应关系。其主要特征如下：

（一）地下正向构造在各种上一般表现为浅色特征

从145—31TM453合成上分析（见图版Ⅸ－1），确定了33个环形影像，其中17个为浅色（图3）。在MSS组合方法处理的图像上，确定了23个环形影像，其中18个为浅色或浅色斑块状环形影像（图4）。据分析，各种上的浅色影像，绝大多数是通过水系和地面湿度而反映出来的微地貌隆起，而这些微地貌隆起与地下正向构造有密切的关系。

（1）二八台构造（168号、图3—Rt12）已获油流，该构造是受两条北东向断裂控制的正向断块，为重力、磁力正异常，系一古生代末就存在的继承性隆起。其影像特征为深色背景中的浅色椭圆形色调异常。

（2）兰尕大队东构造位于轮南潜山带西南侧。该构造（或潜山头）由奥陶系构成，在TM（图3—Rt14）、MSS（图4—RR51）、SPOT（图5—RS—2）上均表现为明显的浅色影像异常。该浅色影像异常的东北端便是轮南潜山构造带。从大范围来看，轮南潜山构造带就在浅色影像异常区内。该潜山带虽然被东西向断裂切割而复杂化，但总体为团块状构造，与浅色影像异常的形态基本一致。而轮南潜山构造带已是众所周知的出油构造之一。

（3）东河塘断块，是在巨型北东向断隆背景上的北西向次级断块，其西北段在中生界底构造图的高点上、Ⅱ—10地震层序（相当于石炭—二叠系）中异常地质体的北部边沿，目前东河1井已出油。其出油层位为石炭系砂岩体。该断块在MSS组合图（图4—RR45）及机载多光谱扫描图上均以浅色影像为特征。

（4）最近在吉拉克三叠系构造上获得了工业油流，而吉拉克构造在MSS组合图上（RR55），在SPOT（图5Rs14），及TM（图3RT14—2）上均为浅色环形影像，该浅色影像特征是由水系环绕而表现出来的微地貌隆起。因此，上述实例说明，本区地下正向构造与现今微地貌隆起有不可分割的关系。

图3　TM地质解译图

图4　MSS组合图像地质解译图

图5　SPOT地质解译图

（二）已知油田与化探之间有一定的相关性

塔北地区进行了8000km2化探的面积概查。从试验区30个指标的筛选中确定了12个有效指标，通过总体分析认为CH4、C2H6、C3H8及iC4、nC4等指标与油气聚集有关，常常表现为油藏的边缘效应或顶盖效应；而Hg、△C、Uv等则表现为油田的边缘效应（图6）。

（1）雅克拉构造，北东向延伸，已获油流（∈—O），为CH4、C3H8高异常区和Hg及△C低值区（边缘效应）。

（2）轮南潜山构造带，近东西向延伸，于奥陶系潜山上多口井出油，表现为CH4、C3H8的高异常区。

（3）东河塘构造（RR45、Rt11）北西向延伸的上古生界断块，处于其北部边缘的东河1井已出油（石炭系砂岩），也系烃类的高异常区。

（4）兰尕大队东构造（Rt14、Rs—2）于1990年10月试油后为奥陶系低产油田，浅色影像特征不但与奥陶系顶构造圈闭一致，且也是烃类高异常区。

因此，从现有资料分析，已知油田区与化探异常之间有较好的相关性，也就是说油田上方存在着可以监测的地球化学场罩。

（三）已知油田在微磁场中表现为正异常特征

近年来的油气勘探实践表明，大多数油气藏的上方存在微弱的次生磁异常。这种微磁异常是由于碳氧化合物渗漏上逸而在油气藏上方造成一种还原环境，并引起岩石的物理化学变化逐渐导生了磁铁矿，进而形成正微磁异常（图7）。通常这种正微磁异常被淹没在区域磁场中而不被人们所重视。但目前使用视深度滤波法，可以从区域磁场中提取出来，并作为油气信息的证据之一。我们通过对库车—轮台地区的高精度航磁数据的滤波处理，结果其正微磁异常与已知油田及遥感油气信息解译有良好的一致性，特别是东河塘地区，如塔里乡以北的RT30、RT11及RT14与该区微磁异常评价一类区十分一致（图8）。

（四）已知油田为地面光谱高反射率区

塔北地区曾与化探Ⅰ（过轮南2井）、Ⅱ（过沙14井）测线同步作了两条地面光谱测量剖面（约150个光谱点）。从四个相邻测点的波谱曲线图上可以看出，其所测波谱段范围内的各波段其反射率有明显的相关性（图9）。则其在剖面上的变化基本趋于一致，相对关系为TM7＞TM5＞TM4＞TM2＞TM1。它们在已知油区，由于地物的直接影响而变化不稳定，但总的趋势表现为相对高值区。这与各种遥感资料之间有一定的对应关系。

（五）已知油田区表现为红外的正热异常

在TM6（145～31）图幅范围内的已知油田皆表现为不同程度的正热异常。二八台（168）为受地面植被与水系干扰的弱正热异常特征；轮南、桑塔木潜山带为明显的正热异常区；东河塘构造为被北西向水系分割的正热异常；去年底出油的兰尕大队构造也表现为弱正热异常的特点。因此，正热异常是油田地面的特征之一。

图6　雅克拉构造地表化探剖面图

图7　后生作用形成磁铁矿过程示意图

图8　塔北地区微磁异常评价图

1—油井；2—干井；3—地震断裂；4—推断侵入岩；5—推断二叠系玄武岩；6—推断一级含油有利区带；7—推断二级含油有利区带；8—推断沉积岩之磁性层；9—异常；10—志留系尖灭线；11—地面背斜

图9　轮南地区含油砂土的波谱反射特征曲线（96、97、98及100四个测点）

四、基本规律及初步结论

从上述实例及总体分析来看，塔北地区的已知油田与遥感信息、地化异常及地面波谱等因素有着密切的联系。这种联系可以归纳为下列模式，并以框图表示之：

叶和飞油气地质遥感论文集

初步结论：上述关系说明，航天遥感信息在地质和物探的支持下可以直接用于塔北地区的油气田预测。

五、几个有利油气区的预测

（1）塔里木乡以东的阿克库木地区：本区存在一系列由明显浅色环形影像反映出来的环（块）状构造。其中的Rk17（Rs13、Rs8;RR54）北端为已出油的桑塔木潜山构造带。而南端尚有Rk18、Rk19等环形构造，它们都有明显的环形特征，也是有利的含油构造。

（2）东河塘以南的哈拉哈塘地区：本区存在三排由浅色环形影像反映出来的中型环（块）状构造。其中Rk12构造的北缘已获工业油流（东河1井）。而南侧的Rk8、Rk9、Rk10、Rk11及Rk20都有极为类似的特征。因而认为这些都是有类似特征的含油气构造。

参考文献

朱亮璞主编.遥感地质学.北京：地质出版社，1991.

中国西部含油气盆地的地质特征.李德生石油地质论文集.北京：石油工业出版社，1992.

康玉柱.塔里木盆地的构造运动特征.新疆地质，1986,6（1）.

王家林等编著.石油重磁解释.北京：石油工业出版社，1991.

滕吉文主编.塔里木地球物理场与油气，北京：科学出版社，1991.

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