The Gravity Flow Depositional Characteristics of Carboniferous Slope Facies in the Piedmont in Southwestern Tarim Basin and Their Petroleum Geological Significance
The tectonic belt in the piedmont area of the southwestern Tarim Basin is located between the southeast of the Yarkant River and the northwest of the Duwa River. Through field investigations, single well thickness calibration, regional mapping, and the study of drilling core thin sections in the southwestern piedmont tectonic belt, a large number of Carboniferous carbonate deep-water gravity flow deposits along the slope have been identified. These deposits are classified into four main types: slump deposits, debris flow deposits, turbidity current deposits, and still-water deposits. Experimental analysis and interpretation of logging data confirm that gravity flow deposits can form relatively high-quality oil reservoirs. This study identifies the characteristics of Carboniferous slope gravity flow deposits in the southwestern Tarim Basin and their geological significance for oil and gas, providing some reference for future exploration and development activities.
The Piedmont in Southwestern Tarim Basin
塔西南山前冲断构造带总体呈现为向帕米尔东缘抬升、倾向盆地方向的单斜构造,构造带分层特征明显
现阶段,对于塔西南山前石炭系碳酸盐深水重力流沉积的研究仅存在少量的讨论
作为影响台地边缘发育分布的关键沉积形式,碳酸盐岩台缘斜坡相沉积以其独特的异位碳酸盐岩碎屑流动为特征,成为了一种全球性的关键标识,出现在礁群的边缘、滩组合的边缘或者陆棚的边缘
在塔西南山前的石炭系台缘斜坡地貌中,库山河与齐美干两处剖面揭示了重力流沉积的存在。在库山河剖面,下石炭统的沉积厚度超过6000米,以斜坡上的静水沉积为主,并包含数层滑坡产生的角砾岩夹层(见
在塔西南山前构造带,位于石炭系台地边缘斜坡相中,其中能够辨认四类主要沉积现象,包括滑塌沉积、岩屑流沉积、浊流沉积和静水沉积四种主要的沉积类型(
滑塌沉积是沉积块体在坡面沿着剪应力面向下方移动形成,这一过程揭示了物质状态从固态弹性到塑性流动的转变,其中沉积体大体上结构连续,同时充斥着因转动作用而出现的变形,显示出鲜明的内部构造特点
碎屑流沉积也被称为岩屑流,是在滑塌之后形成的,其特性是已经完全转变为塑性流动状态,沉积物呈现出具有层次的线性分布
浊流沉积是指由浊流在海洋或湖泊底部形成的沉积物。浊流是一种由悬浮颗粒物(如泥沙、黏土和有机物质)组成的高速水流,通常由地震、火山活动、海底滑坡或风暴等自然事件引发。当这些颗粒物混合在水中形成高密度的混浊水流后,由于重力作用,它们会沿着海底或湖底的斜坡快速向下运动。随着浊流的速度减慢,悬浮颗粒物开始沉降,形成了浊流沉积。由于颗粒物的粒径不同,浊流沉积通常具有由粗到细的粒度分层结构,即所谓的“正粒序”。这种沉积物常见于深海扇、海底峡谷和湖泊的深水区,并构成了许多沉积岩如砂岩、粉砂岩和泥岩的重要组成部分。研究区石炭系斜坡相中,浊流不太常见,单层厚3~10 cm,常夹于岩屑流中呈透镜体出现(
静水沉积是指在水体静止或水流极为缓慢的环境中形成的沉积物。这种沉积过程通常发生在湖泊、泻湖、深海的低能环境中,或者河流的沉积平原等水流较弱的地方。在这些环境中,水体运动非常微弱,颗粒物主要通过重力逐渐沉降到水底。由于水流缓慢甚至静止,静水沉积物的颗粒通常非常细小,主要以黏土、泥质、粉砂为主。这些细小颗粒物在沉积过程中会缓慢地沉降,形成均匀细腻的沉积层,因此静水沉积一般具有较好的层理结构。在库山河剖面以及齐美干剖面所处塔西南山前地区石炭系斜坡沉积相的辨认属于首次发现,其静水沉积发育在斜坡相与陆棚相交界处,由灰黑色薄层的泥页岩、泥晶灰岩,以及富含碳质的泥岩构成,并呈现出水平层理。这对于确立台地边缘沉积特征的分布及理解其对周围区域沉积相的影响具有极其重要的意义。
Figure 4. Characteristics of Carboniferous slope facies, the piedmont in southwestern Tarim Basin
图4. 塔西南山前石炭系斜坡相特征
烃源岩包括油源岩、气源岩和油气源岩,习惯上通常叫作生油岩。烃源岩对控制油气藏形成与分布起着至关重要的作用
烃源岩有机质丰度是油气生成的基础,总有机碳(TOC)是有机质丰度的重要表征参数
从沉积相上来看,塔西南山前地区早石炭世晚期–晚石炭世早期烃源岩发育斜坡–台地边缘–泻湖–潮坪相沉积体系,其中陆棚–斜坡相和泻湖相是石炭系有利于形成烃源岩的沉积相带。陆棚–斜坡相烃源岩主要为暗色泥页岩、泥岩、泥灰岩,主要发育在罕铁热克组,在库山河剖面罕铁热克组烃源岩总厚度达650.22 m。
泻湖相烃源岩主要分布在新藏公路以西的喀什–叶城坳陷,集中发育于下石炭统和什拉普组、上石炭统卡拉乌依组,岩性以暗色泥岩与泥灰岩为主。其中和什拉甫组横向上烃源岩厚度向西变薄,障壁滩坝与辨状河三角洲砂体增多,该组烃源岩多采自阿尔塔什剖面、艾特沟邻沟剖面、棋盘剖面;卡拉乌依组烃源岩垂向上泥岩厚度增大,横向上烃源岩厚度向西变薄,岩性逐渐由泻湖相暗色泥岩、泥灰岩转变为台地边缘相碳酸盐岩,卡拉乌依组烃源岩采自阿尔塔什剖面、艾特沟邻沟剖面、棋盘剖面。
有机碳 < 1.00%为非或差烃源岩、1.00%~2.00%为中等烃源岩、2.00%~3.00%为好烃源岩、3.00%~5.00%为很好烃源岩、>5.00%为极好烃源岩
各类有机物依其化学构造与微观结构的差异,影响了其所转化的产物为油或气,这些有机物的种类取决于其沉积的环境与生物的原始类型,并且会受到其成熟度的影响
进入成熟阶段的烃源岩才会生成大量油气,发生排烃过程并进入储层运聚成藏,有机质成熟度也是评价烃源岩的重要指标
在塔西南山前石炭系,储层集中发育在砂质滨岸、辫状河三角洲砂体、碳酸盐岩台缘带。以库山河剖面为例,其主要岩石类型为细砂岩,具有良好的颗粒分选性和钙质与硅质胶结物。储层空间主要由粒间孔及溶孔构成。此外,位于库山河剖面石炭系斜坡相内的砂岩表现出低孔高渗的特征,因此可作为优秀的储层。
而研究区斜坡相中的灰黑色泥晶灰岩及泥岩,均是非常有潜力的有效烃源岩层系,同时也对油气具有一定的封闭能力,可以作为局部盖层。
1) 在塔西南山前构造带的库山河剖面发现了早石炭系的斜坡沉积相,同时在齐美干剖面亦观察到晚石炭系阿孜干组的斜坡沉积相。这些发现对确立石炭系直至早二叠系期间,台缘相礁滩沿塔西南山前至南天山西南缘所形成的“C”字型带状沉积格局,具有极其重要的意义。
2) 对塔西南山前石炭系重力流进行了分类。识别出滑塌沉积、岩屑流沉积、浊流沉积和静水沉积四种主要的沉积类型。
3) 构成油气藏的基本条件包括生、储、盖三个方面,这三者的完美结合决定了油气藏的形成。在本研究区,石炭系深色泥岩、泥页岩具有一定的生油潜力,同时也能够充当有效的盖层,而辫状河三角洲中的砂体则可以视为优质储集层,它们之间存在紧密相连且完整的生储盖组合的关系与特征。根据以上生储盖特征,我们初步推测该地区斜坡相具有较好的油气勘探潜力。