塔里木盆地油气勘探中构造单元划分的技术探讨

塔里木盆地油气勘探中构造单元划分的技术探讨

同一构造单元通常具有相同或相似的基本特征、地层系统、沉积系统和构造进化。对于大地构造单元的划分，主要有三个不同的规模：岩石圈规模（邱瑞祥等，2006；李廷东，2006）；板块规模（徐志琴等，1999；潘桂堂等，2002；李兴珍等，2003；李兴珍等，2004）和盆地规模（李平禄，1999；黄太岭，2000；张国良等，2001；杨辉等，2002；潘仲正等，2007；吴志平等，2007；孙龙涛等，2008）。油气勘探的对象通常是盆地或盆地与造山带的接合部位,因而石油公司通常要开展盆地构造单元划分方面的研究,合理的构造单元划分有利于明确勘探方向、开展勘探部署。勘探初期盆地构造单元划分主要利用非地震资料和少量地震资料,随着油气勘探的深入,则更多的利用地震、钻井以及测井等方面的资料。塔里木盆地经过近20年大规模的油气勘探开发,已积累了大量的地震、钻井以及测井资料,开展了大量的各区块有关构造、地层、沉积和成藏方面的基础研究。随着各种资料的增多,研究人员提出了一些新的塔里木盆地构造单元划分方案,包括调整后常用的三隆四坳(图1)、五隆五坳、五隆四坳等。但任何一种方案都没有获得广泛的认可,处于较大的争议之中。争议的重要原因是没有建立起具有说服力的构造单元划分标准、依据和原则,从而导致部分构造单元的归属具有“多解性”。笔者根据塔里木的实际情况,提出塔里木盆地的构造单元划分标准、依据和原则,为新一轮构造单元划分做好基础性工作。1构造单元的命名方案划分标准主要涉及到两个方面:构造单元命名标准;图件边界线、填色及名称标注标准。构造单元名称一般包含二种属性:地理属性和构造属性,如库车坳陷,前面的库车表示该构造单元大致的地理位置;后面的坳陷表示该构造单元具有坳陷的构造特征。我国西部的盆地面积大、地广人稀,有名气的、让人容易记住的地名较少,或者已有地名偏安于构造单元一隅,不能代表整个构造单元,如喀什名气大,但偏安于西南坳陷西北端,代表喀什凹陷尚可,代表西南坳陷则不太合适。因此,很多西部盆地往往用构造单元在盆地所处的方位来命名,如准噶尔盆地的西部隆起、东部隆起、中央坳陷(杨海波等,2004);酒泉盆地的酒东坳陷、酒西坳陷1;柴达木盆地的东部坳陷、西部坳陷;四川盆地的北部坳陷、北部隆起、中部坳陷、南部隆起等2。塔里木盆地除库车坳陷外,其它一级构造单元名称都是以方位来命名的,如塔北隆起、北部坳陷、中央隆起、西南坳陷、塔南隆起和东南坳陷等。构造单元以方位命名有其先天的不足,但却是西部盆地构造单元划分中普遍存在的现象,同时由于在长期的油气勘探过程中,这些构造单元名称已深入于勘探工作者和研究人员的脑海中,如果突然进行改名,在相当长的一段时间内,会引起工作汇报、研究报告以及发表论文上的混乱,因此笔者建议对这些以方位起名的构造单元名称予以保留,延续勘探区块名称上的一致性。构造单元名称中构造属性部分,前人进行过一些研究(张国良等,2001),并提出了明确的定义(表1),其中隆起、凸起和构造带一般称为正向构造单元;而坳陷、凹陷、洼陷一般称为负向构造单元。在构造属性方面对构造单元起名,中石化与中石油存在较大的差异(表2)。中石化的命名从规范程度上来看,与中石油的相比存在一定的差异,如其一级正向构造单元称为隆起区、一级负向构造构造单元称为坳陷区,在二级构造单元再一次出现隆起、坳陷等名称,而且凹陷、断陷与坳陷同为二级构造单元,易引起理解上的混乱。中石油的构造单元起名方案逻辑清楚、比较符合人们认识事物习惯,但由于是针对东部拉张性的断陷盆地而制订,当面对我国西部叠合复合、经历过多次拉张聚合、具有复杂构造变形的前陆盆地时,该构造单元起名方案就显得有些力不从心。杨海波等(2004)在对准噶尔盆地进行构造单元划分时,对中国石油天然气总公司制订的构造单元起名方案进行修正,提出适用于准噶尔盆地构造特征的构造单元起名方案(表3);笔者参照这些研究成果,并根据塔里木盆地的构造特征,提出了适用于塔里木盆地的构造单元起名方案(表3),该方案并不成熟,主要目的是抛砖引玉,希望发现一些问题并获得更好的建议。塔里木与准噶尔盆地处于天山南北,均为叠合复合前陆盆地,两者的构造单元起名方案基本一致,但由于塔里木盆地面积较大,因而把后者的部分构造单元名称降低级别,如把冲断带归入二级构造单元、把断裂带、背斜带等归入三级构造单元;此外,根据塔里木的实际情况,增加斜坡、低凸起作为二级构造单元。图件填色、界线和标注标准主要遵照2006年10月中国石油勘探与生产公司下发的《勘探部署及成果有关图件编制要求》(中国石油勘探与生产公司,2006)。塔里木盆地二级构造单元名称冲断带、斜坡和低凸起,为图件美观与简单起见,规定冲断带与斜坡的填色一致;低凸起与凸起的填色一致,文字的标注方案与此对应。《勘探部署及成果有关图件编制要求》没有对标注文字的大小及构造单元界线线宽作出规定,本文根据已做图件的美观程度,建立起相应的标准(表4)。2构造单元边界构造单元划分依据主要涉及到两个方面的问题:一个是边界依据;另一个是定名依据。所谓边界依据就是为什么把某一构造线定为两个构造单元的边界线,证据是什么,如为什么以色力布亚-玛扎塔格断裂作为西南坳陷与巴楚凸起的界线?所谓定名依据,就是为什么把某一个构造单元定为坳陷(隆起)而不是隆起(坳陷),确定其构造属性的依据是什么,如为什么称为库车坳陷,而不是库车隆起?塔里木盆地是一个由古生界克拉通盆地和中、新生界前陆盆地组成的大型叠合、复合盆地,具有古老陆壳基底和多次沉降隆升的复杂构造演化历史(贾承造,1997,1999),塔里木盆地复杂的构造地层决定了它的构造单元界线类型多种多样。表5列出了原来“三隆四坳”划分方案的一级构造单元界线。从表中可以看出,塔南隆起与中央隆起、西南坳陷与塔南隆起的界线为车尔臣断裂,较为确定;其它构造单元之间的界线有的为河流或任意线(或沿构造方向的任意线)等,这表明当时在确定构造单元边界时,由于原始资料不足,划分依据不充分。大断裂作为构造单元的边界线,是大家所认可的,但对于以任意线作为构造单元的边界,表明两构造单元之间界限不明确或没有建立明确的标准,必须寻找依据、建立标准,重新确定界线。根据塔里木盆地的实际情况,笔者提出如下6种界线类型作为构造单元边界的划分依据:大断裂、-6500m等深线(根据实际情况微调)、地层的尖灭线、大断裂走向的趋势线、构造体系的包络线和坡折带转折端(表5)。大断裂通常长期活动,断裂两盘地层系统、沉积、构造演化具有较大的差异,作为构造单元的边界线是大家所认可的,具体规定如下:大断裂若为通天断层,则以通天断点的平面连线作为构造单元的边界,如果大断裂只断至地下某一层位,则采用垂直投影法确定断裂在地表的平面位置(图2)。塔里木盆地周缘造山带构造变形强烈,但在台盆区特别是北部坳陷,整体构造变形微弱,地层系统较全,与其它构造单元常以斜坡过渡,根据这一实际情况,提出-6500m等深线作为塔里木盆地的另一重要界线。某一套重要的勘探目的层或烃源岩沿着某一界线尖灭,研究人员通常会把这个界线作为两个构造单元的边界(杨海波等,2004),因此,重要层序的尖灭线常常作为构造单元的边界。大断裂一般切穿基底,不可能突然消失,由于资料的缺失或认识的程度,有时对大断裂的延伸方向不清楚,但实际上大断裂一般会延伸较远,因而,提出大断裂的延伸线作为塔里木盆地的另一界线。西部的盆地通常经历多次不同构造应力方向的构造运动,不同方向的应力作用在塔里木盆地保留了一些具有类似构造成因的构造遗迹,有些早期的构造变形得到较好保留,而有些受后期强烈的构造改造,基本或完全被破坏,构造体系的包络线就是具有不同构造背景的构造变形之间的界线,如塔西南塘古凹陷主保留奥陶纪末期的构造变形;而喀什凹陷、叶城凹陷和麦盖提斜坡主要保留新生代的构造变形,在构造单元重新划分时,就要考虑这种构造变形的差异。坡折带通常是一种沉积现象,但坡折带转折端两侧沉积相、地层系统的差异较大,常常用来作为二级构造单元的界线。定名依据涉及到二个方面的问题,一是为什么把某一个构造单元称为坳陷(隆起)而不是隆起(坳陷);二是为什么要把某一盆地分为这样几个构造单元而不是另外几个构造单元?前一个问题如塔东南地区的塔南隆起和东南坳陷,目前很多研究人员认为东南坳陷并不存在,应与塔南隆起合并,统一称为东南隆起(潘正中等,2007)。后一个问题如中央隆起,有研究人员提出中央隆起的巴楚凸起、塔中低凸起和古城鼻状凸起以及塔东低凸起是不同性质的三段,应划分为三个一级构造单元④。根据塔里木盆地的实际情况,分别提出了台盆区和前陆区的构造单元的划分与定名依据(表6)。该依据对台盆区和前陆区提出不同的参数,台盆区强调基底大断裂,前陆区强调勘探目的层或烃源岩;台盆区增加了构造演化作为划分依据;前陆区主要保留中、新生代的复杂构造变形,而构造演化相对简单,因而不再采用构造演化作为定名依据。3构造体系划分提出7点塔里木盆地构造单元划分原则:(1)以一线生产研究人员的认识为主要依据、参考理论研究人员的研究成果;(2)以现有地震资料为主要依据、参考非地震资料;(3)美观、简单、方便的原则;在继承的基础上创新;(4)尽可能反映出动力学体系、避免把不同构造体系、不是同一次构造变形的构造现象在横向上组合在一起,影响勘探思路;(5)隆起与隆起、坳陷与坳陷尽量避免并行相接展布;在隆起与隆起之间尽量划出负向构造单元(坳陷),在坳陷与坳陷之间尽量划出正向构造单元(隆起);(6)加里东运动(奥陶纪末和泥盆纪末)形成的古构造,新生代前陆盆地体系是构造单元划分的重要依据;(7)一般情况下,出露的中、新生界归入盆地内部;出露中生代以前的地层划归盆地外。关于第4点,首先说明一下构造体系概念,它是由著名的地质学家李四光提出,是地质力学中的构造地质术语。指许多不同形态、不同性质、不同等级和不同序次,但都有成生联系的各项要素组成的构造带、以及它们之间所夹岩块和地块组合而成的总体。它们大体上是同一期经过一次构造运动或者按同一方式经过几次构造运动产生(李四光,1973)。通过对塔里木盆地断裂特征、构造变形、构造演化以及沉积充填等方面的研究,笔者认为塔里木盆地可划分为四个具有不同特征的构造体系:西南坳陷和巴楚凸起(玛东构造带除外)归为西昆仑中、新生代构造体系(杨海军等,2007);喀什北缘、柯坪断隆、库车坳陷、塔北隆起、库鲁克塔格断隆和北部坳陷归为南天山中、新生代构造体系(金文正等,2007);玛东构造带、塔东南、塘古坳陷和塔东低凸起归为阿尔金加里东及新生代构造体系;塔中及古城低凸起受这三大构造体系的影响,称为塔中旋扭构造体系(图3)。这样一个构造体系的划分主要影响到西南坳陷构造单元的划分:一是喀什北缘,它实际上是南天山构造体系一部分,与库车坳陷的亲缘性更好;二是塘古凹陷和玛东构造带,它们不属于西昆仑中、新生代构造体系,是不是要独立出来?关于第5点,虽然制定了这样一个原则,但对于塔东南与中央隆起的划分仍存在困惑,车尔臣断裂以南的塔东南地区无疑是一个晚古生代-三叠纪末的长期隆起剥蚀(或沉积缺失)区,缺失整个下古生界,上古生界只在局部区域分布;中央隆起的塔东低凸起隆起程度稍弱于塔东南,古生界只在部分区域被剥蚀;但与满加尔凹陷相比,又处于构造高部位,且地层系统缺失较多(图4)。从地层系统以及沉积构造演化的角度,可把塔东低凸起归入北部坳陷,作为坳陷里面的一个凸起,可以解决两大隆起并行展布的问题。关于第6点,塔里木盆地是在前震旦纪陆壳基底上发展起来的大型复合叠合盆地,盆地经历了前震旦纪至奥陶纪末的Rodinia古陆裂解-古亚洲洋拉张旋回;志留纪塔南缘聚敛旋回与塔北缘伸旋回;泥盆纪至三叠纪末的古特提斯洋聚敛与古特提斯洋拉张旋回;侏罗纪至古近纪末的新特提洋旋回(包括欧亚大陆南缘拉张与聚敛,晚白垩世冈底斯地体与欧亚大陆拼合);新近纪至今的聚敛旋回,表现为山体隆升冲断走滑(何登发等,2005)。其中奥陶纪末、泥盆纪末的挤压构造变形和新近纪至今的挤压构造变形强烈、发育范围广、构造样式丰富,因而以这三期构造运动作为构造单元划分重要依据。关于第7点,争议的焦点主要是柯坪断隆要不要归入塔里木盆地,从地层系统上,柯坪断隆与塔中、巴楚、塔北具有很好的对比性,是塔里木盆地的一部分,新近纪-第四纪由于南天山造山带复活,柯坪地区以薄皮冲断-推覆构造样式由北边向塔里木盆地