塔北雅克拉断凸潜山构造特征及油气地质意义

Structural Characteristics of the Yakela Fault-convex Buried Hill in Northern Tarim Area and Its Significance for Petroleum Geology

摘要

为了更清晰的认识雅克拉断凸油气藏分布规律，基于地震资料详细解析和钻井资料分析，对雅克拉断凸地质结构进行了详细解剖。雅克拉断凸自西向东由“多排山”构造逐渐过渡为由轮台断裂及一系列加里东中、晚期活动的反冲断裂组成的“单排山”构造，轮台断裂在海西晚期强烈活动，导致地层强烈抬升剥蚀，控制了雅克拉断凸的结构，同时也诱发了地层尖灭相关圈闭的发育。亚南断裂北部斜坡处在北部生烃凹陷的迎烃面，油气成藏条件优越；南北两套烃源岩供烃，油气主要沿前中生界不整合面向北部构造高部位运移，在喜马拉雅晚期成藏，断裂活动及其演化过程影响了多类型圈闭的形成，前中生界不整合面是油气运移的主要通道，在油气运移路径上存在泥岩尖灭遮挡和火山岩遮挡等可靠的侧封条件，具备形成油气藏的基础，是除前中生界不整合面高位潜山外最现实且最具潜力的油气勘探新领域。该项研究的地质意义在于突破了雅克拉断凸“整体评价”的传统观念，创立了“构造分段控藏”与“低位潜山成藏”的新模式，不仅深化了对塔里木盆地复杂地质结构下油气富集规律的理论认识，也直接拓展了该区的勘探空间与方向。

Abstract

In order to clarify the distribution of hydrocarbon reservoirs in the Yakela Fault-Convex， this study delineates the geological structure of the Yakela Fault-Convex through detailed interpretation of seismic and drilling data. From west to east， the structural style transitions from a “multi-row mountains” to a “single-row mountains”， formed by the Luntai Fault and associated Late Caledonian back-thrust faults. Intense activity along the Luntai Fault during the Late Hercynian period induced significant uplift and denudation， shaping the present structure of the fault-convex and facilitating the development of stratigraphic pinch-out traps. Located in the hydrocarbon migration pathway from the northern generative depression， the northern slope of the Yanan Fault possesses favorable accumulation conditions. Hydrocarbon supply from two sets of source rocks in the northern and southern areas， migrating predominantly along the pre-Mesozoic unconformity toward structural highs in the north. Reservoir formation occurred during the Late Himalayan， with fault activity and its evolutionary history controlling the development of diverse trap types. The pre-Mesozoic unconformity served as the principal migration pathway， with effective lateral seals provided by features such as mudstone pinch-outs and volcanic bodies. This area stands as the most promising and viable frontier for new hydrocarbon exploration beyond the deeply buried hills associated with the pre-Mesozoic unconformity. The principal significance of this research is a fundamental re-evaluation of the Yakela Fault-convex. By proposing the new concepts of “structural segmentation controlling hydrocarbon accumulation” and a “low-relief buried hill accumulation model，” it provides a novel theoretical framework that enhances the prediction of hydrocarbon enrichment in complex basins and successfully guides the expansion of exploration into new prospective areas.

Graphical abstract

关键词

低位潜山 / 地质结构 / 构造分段性 / 油气成藏 / 雅克拉断凸 / 塔北地区

Key words

lower buried hill / geological structure / structural segmentation / hydrocarbon accumulation / Yakela Fault-convex / Northern Tarim area

0 引言

沙雅隆起具有丰富的油气资源，是塔里木盆地塔北地区油气极为富集的区域之一，2020年部署在沙雅隆起轮南低凸起的轮探1井^［1］，在8200 m之下寒武系白云岩中获轻质原油，证实塔里木克拉通超深层油气勘探具有巨大资源潜力^{［2 - 3］}。雅克拉断凸位于沙雅隆起东北部，是塔里木盆地构造相对高部位，北部和库车坳陷相邻，南接满加尔坳陷和阿瓦提坳陷，南北双向供源，具有极为有利的石油地质条件。自1984年沙参2井在古生界海相层系取得重大突破发现雅克拉凝析气田以来^［4］，相继发现了轮台、大涝坝和丘里等凝析气藏^［5］，证实了该地区具有上部碎屑岩和深层下古生界多层系油气成藏潜力^{［6 - 9］}，低幅构造和高位潜山是油气发现的主要勘探领域。

近几年，中石油通过新部署的二维地震攻关线精细解析，对库车坳陷南缘深层地质结构有了更深入的认识，发现了英买905、英买46等多个潜山油气藏；在库车南斜坡部署了托探1井，于2023年在寒武系白云岩潜山获油气突破^［10］，揭示了邻源地质体领域蕴含巨大的石油勘探潜力。托探1井的成功给了我们很大启示，雅克拉断凸和温宿凸起具有类似的构造背景，与北部富烃凹陷毗邻，是油气运移的有利地区，具备形成油气藏的先决条件。另外，雅克拉断凸在加里东早期还未形成^［11］，早寒武纪时期处在深水陆棚-外缓坡沉积，玉尔吐斯组烃源岩普遍发育^{［12 - 13］}，在海西晚期雅克拉断凸形成后，尽管断凸之上下寒武统等遭受剥蚀，但南北两侧早期沉积的下寒武统玉尔吐斯组被深埋，也具备海相油源的资源基础^{［14 - 15］}。

前期对雅克拉断凸的研究，多集中于前中生界不整合面高位潜山及两条控边断裂构造特征的认识^{［16 - 21］}，尤其是对轮台断裂和亚南断裂在喜马拉雅期的反转作用有更多的关注^{［22 - 24］}，对雅克拉断凸整体地质结构样式及特征分析较少，自西向东分段差异变形更是没有清晰的认识。在前中生界不整合面高位潜山领域多口钻井失利，但在该地区已发现的油气藏大都分布在控边断裂带上^{［16 - 17，25］}，说明亚南断裂和轮台断裂在地质历史演化过程中，其继承性活动或反转等特征，对油气运聚成藏具有重要的控制作用^［26］。但是，对于雅克拉断凸这一大型邻源地质体，北部阳霞陆相供烃和晚期成藏^{［23，27 - 31］}的背景下，是否还具备除断裂带以外的油气成藏新领域，亟待开展进一步的探索。

本文基于雅克拉断凸二维地震测线的精细解析，对雅克拉断凸纵向构造样式和横向分段性有了清晰的认识；通过多口钻井岩心观察及沉积相、地震相分析，明确了优质储层类型、特征及分布规律；在以上工作基础上，结合已钻井分析对成藏要素解剖，建立了邻源地质体领域“北部凹陷供烃、不整合面输导、低位潜山优先充注”的成藏模式，提出了雅克拉断凸北斜坡前中生界低位潜山新领域，对沙雅隆起下一步勘探方向的选择具有重要的实践意义。

1 地质背景

沙雅隆起位于中国西北塔里木盆地北部，雅克拉断凸是沙雅隆起的次级构造单元（图1（a）），位于库车前陆盆地的前缘隆起带上，呈近东西走向、西宽东窄的长条带构造，面积约9600 km²。断凸南北分别被轮台断裂和亚南断裂所加持（图1（b）），构造演化历经了加里东期缓慢隆升，海西期—印支期大幅度抬升并遭受强烈剥蚀阶段^［25］，在燕山中晚期—喜马拉雅早期经历了伸展构造环境，最终于喜马拉雅晚期定型。断凸及周缘自下而上发育下古生界潜山构造层、深层碎屑岩超覆构造层和中浅层碎屑岩披覆构造层（图1（c））。

下古生界潜山构造层包括震旦系、寒武系和奥陶系，岩性以灰岩、灰质云岩或白云岩为主；下寒武统玉尔吐斯组以深水陆棚-外缓坡沉积为主，岩性以深灰色含碳质泥页岩、硅质岩和顶部含泥灰岩为主，富含有机质。在玉尔吐斯沉积期雅克拉断凸尚未形成，断凸两侧广泛沉积玉尔吐斯组烃源岩。上寒武统丘里塔格组岩性较纯，以灰色结晶白云岩为主，少量灰质云岩，结晶白云岩中以粉-中晶云岩，储层物性较好。下奥陶统蓬莱坝组岩性主要为粉-细晶白云岩、白云质灰岩，在雅克拉断凸之上发育粉-细晶白云岩。

塔里木克拉通与中天山地块在晚古生代拼合在一起，其间的南天山洋闭合形成了塔里木盆地北侧的南天山海西期造山带^［19］，导致盆内发育大型逆冲断裂带，控制了雅克拉断凸的发育，雅克拉断凸构造特征和古潜山构造对油气的生成、运移、聚集和保存产生了深刻影响，深入剖析地质结构与演化对下古生界烃源岩展布、圈闭类型、储层改造及油气运聚成藏均起着至关重要的作用。

2 构造特征

库车前陆盆地位于塔里木盆地北部坳陷带，是塔里木盆地古生代沉积基础之上发展起来的大型中新生代盆地^{［19，21 - 24］}，雅克拉断凸位于库车前陆盆地前缘隆起带，地层结构遭受隆升剥蚀，断凸及其周缘在垂向上主要以古生代海相碳酸盐岩地层和中新生代碎屑岩地层组合为主。通过已钻井联合标定，结合沉积相约束下的地震相对比，重新厘定了断凸周缘前中生界地层展布。精细解析了跨山前带的3条骨架剖面和拼接的三维地震资料，建立了雅克拉断凸的统一构造解释模型，重新厘定了雅克拉断凸尤其是北斜坡带的地质结构。

2.1 地质结构特征

通过对主干地震剖面进行精细解析，雅克拉断凸在横向上具有分段性，自西向东可分为轮台段，雅西段和新和段。西部新和段A—A’剖面（图2）纵向上表现出上下分层的两层地质结构，横向上可见其与西秋构造带具有相似的“多排山”构造特征，自山前向盆内第二、三排山分别由西秋古隆起和新和凸起组成，断裂样式均为北倾的逆冲断裂和其反冲断层所控制。与山前中秋构造带相比，该排构造的活动强度更大，表现为断层所控制的凸起构造遭受了更为强烈的抬升剥蚀。剖面中可见向盆内方向还发育有第四排山构造，与第二、三排山构造相比，控制该排山构造的断层倾角较缓，且构造样式上表现为盐滑脱构造，逆冲方向也与其它两排构造不同，表现为由南向北逆冲。对其活动期次的分析表明该排构造的形成时间为加里东中期，与第二排山主要形成活动于海西期相比，其形成时间较早，对应了该期塔里木盆地南部受到挤压作用而形成向北挤压的应力场。

构造格局往东发生了明显的变化，向盆地内部由雅西段的两排山（剖面B—B’）变为东部轮台段一排山（剖面C—C’），表现为由轮台断裂主控的大型断背斜构造，东边两条剖面具有相似的断裂构造样式，亚南断裂作为其反冲断裂，共同导致了断凸整体的隆升，在轮台断裂和亚南断裂均可见到晚期反转正断层活动。

通过由西向东的各二维剖面联合对比（图2），可以明确雅克拉断凸是在北部挤压作用下，由北倾的轮台断裂所控制的大型背斜构造，自西向东轮台断裂和亚南断裂的位移量逐渐发生了转换，剖面断距明显指示了由西部的轮台断裂活动弱、亚南断裂活动强转换为东部的轮台断裂活动强、亚南断裂活动弱的现象，也正是由于这种主冲断裂和反冲断裂活动强度的差异性，导致了在雅克拉断凸西部地层主要表现为南倾，轮台和亚南所控制的断凸表现为倾斜地层的削截剥蚀特征；在中部则表现为地层向北缓倾，表现为受轮台断裂和其一系列反冲断层所共同活动控制的垂直抬升剥蚀，这也使亚南断裂以北地层大面积的低角度剥蚀或缺失（剖面B—B’）；在东部则又表现为受轮台断层控制的向北陡倾地层的构造特征（剖面C—C’）。

2.2 构造演化差异

通过基于区域地质背景与地震反射结构精细解析，雅克拉断凸及周缘发育了新近系上系统和中新统（T₂⁰）、中生界和新生界（T₃⁰）、侏罗系和三叠系（T₄⁶）、前中生界顶面（T₅⁰）、奥陶系和寒武系（T₈⁰）等6个不整合面。

根据不整合面和区域地质背景的分析，雅克拉断凸的形成总体上分了以下5个阶段（图3）：加里东期为NE向复背斜阶段，受西昆仑—祁连造山挤压，形成NE向箱状复背斜，亚南断裂初现，潜山内幕圈闭雏形建立，奠定下古生界隆凹格局；海西晚期是强烈挤压抬升阶段，南天山洋闭合引发南向强挤压，轮台/亚南断裂逆冲加剧，古生界褶皱剥蚀，断块/低幅背斜/地层尖灭圈闭定型；印支期为潜山稳定形成阶段，挤压减弱，前陆盆地发育，三叠系—侏罗系向南超覆古生界，潜山定型；北部凹陷沉积主力烃源岩；燕山期为潜山消亡与陆相盖层形成期，此时隆升作用停滞，下白垩统舒善河组泥岩全域覆盖，潜山消亡，区域性盖层封存体系完成；喜马拉雅期是断裂活化与成藏高峰期，南天山挤压引发亚南和轮台断裂正反转，可形成泥岩侧封断块圈闭；巨厚新生界加速烃源岩成熟，构造-沉积耦合主导油气快速充注。

由于雅克拉断凸地质结构在横向上的差异性（表1），在构造演化过程中，每一段可发育不同类型构造样式，形成多类型圈闭。东部轮台段，由于加里东期亚南断裂活动，亚南断裂北部斜坡发育一系列断背斜构造，亚南断裂在喜山期发生反转，使泥岩和储层对接，形成断层遮挡型圈闭；雅西段以亚南断裂作为主控断裂，与轮台断裂组合形成“Y”形构造样式，北部斜坡呈单斜构造，后期接受了中生界沉积，组成构造-地层型圈闭；新和段构造特点为同样受亚南断裂控制，发育对冲、背冲和冲断构造等，形成残丘、断背斜等类型的潜山构造样式。

综合不整合面展布与区域构造背景分析，雅克拉断凸的构造演化过程不仅控制了其纵向分层结构，也深刻影响了其横向分段差异。西部新和段位于南天山前缘强挤压带，受多期次、多方向的挤压应力叠加，形成“多排山”构造样式；向东至雅西段和轮台段，随着挤压应力方向由近SN向转为NNE—SSW向，轮台断裂逐渐成为主控断裂，亚南断裂活动减弱，导致构造样式由“双排山”过渡为“单排山”。这种应力场的空间分异及断裂系统的差异活动，是控制雅克拉断凸自西向东构造分段的关键因素。此外，基底结构的非均质性及先存断裂的再活化，进一步加剧了分段演化的复杂性，从而影响了不同区带圈闭类型、储层发育及油气运聚特征的差异性分布。综上所述，地质结构与构造活动最终决定了油气的富集规律，影响了油气成藏要素的发育与规模。

3 油气富集规律与成藏条件

塔北地区经历了多期构造运动^{［32 - 37］}，导致油气分布规律十分复杂^［26］。断裂在油气运聚成藏中起着重要控制作用^{［38 - 42］}，雅克拉断凸断裂的分段性导致构造样式极其丰富，并且具有复杂的构造演化特征，储层、疏导和保存条件等油气成藏要素与不同类型圈闭可形成有效配置。

3.1 烃源岩条件

雅克拉西段毗邻拜城凹陷，东段则和阳霞凹陷相邻，陆相油气均来源于凹陷北部广泛分布的三叠系—侏罗系湖相烃源岩和煤系烃源岩，以中侏罗统恰克马克组、下侏罗统阳霞组和上三叠统黄山街组烃源岩为主。平面上，三叠系—侏罗系烃源岩生烃强度可达200 × 10⁴ ~ 1000 × 10⁴ t/km（图4）。依南2井钻揭三叠系黄山街组烃源岩有机碳含量为0.07% ~ 8.6%，平均为2.93%，生烃潜量S1 + S2为0.2 ~ 23.2 mg/g，平均值3.04%，三叠系烃源岩整体为中等-好级别。侏罗系阳霞组和克孜勒努尔组煤系包含碳质泥岩、暗色泥岩和煤三类烃源岩，碳质泥岩和煤均为好烃源岩，暗色泥岩TOC介于1% ~ 5%之间，平均值1.15%，处于中等-好烃源岩范围。实测镜质体反射率为1.0% ~ 1.5%之间，正处于生油高峰期阶段。总体看来，雅克拉断凸北斜坡油源供给充注，是有利的油气聚集区。

3.2 储层特征

受轮台断裂与亚南断裂差异性活动影响，断凸高部位出露前震旦纪基底变质岩和岩浆岩等基岩，向断凸两侧地层依次变新，形成震旦系—寒武系在西南—东南方向环前震旦系基岩地层分布，北部斜坡存在NE-SW走向的残留古隆起，地层自隆起核部向外逐渐变新，北斜坡东部则发育年代更新的上寒武统或下奥陶统（图5）。震旦系—寒武系主要形成在碳酸盐岩台地^［43-46］，岩性主要为白云岩和少量灰岩，下奥陶统岩性主要为灰岩和白云岩^{［47 - 49］}。

钻井揭示的地层岩性表明，主要发育前震旦系—奥陶系7个层系（AnZ、Z₂q、∈₁x、∈₂a、∈₃ql、O₁p和O_1-2y）4大类型（变质岩、岩浆岩、灰岩和白云岩）储层。下寒武统肖尔布拉克组岩性为含泥灰岩、泥灰岩及顶部泥晶灰岩，分布于断凸两侧，沉积相带属中-外缓坡等低能深水沉积的相带，储层普遍不发育，孔洞少见；上寒武统下丘里塔格群、下奥陶统蓬莱坝组的高能滩相的白云岩，裂缝-孔洞型储层最发育；岩浆岩和变质岩多发育于前震旦系，受构造破裂改造影响较大^［50］，岩浆岩发育高角度裂缝。从岩性特点、油气水产量、储层发育特征综合评价，发现白云岩储层比灰岩、变质岩和岩浆岩油气水日产量和累产量均更高（图6），进一步证实了白云岩储层物性好。

3.3 油气来源及主要成藏期

通过对雅克拉断凸及周缘60余口井原油的物理化学性质分析，选取6个代表性的生物标志化合物参数进行油源对比研究，具体包括C₂₁/C₂₃三环萜烷、Pr/Ph、C₂₄四环萜烷/C₂₆三环萜烷等（图7），对原油类型进行了精细划分，雅克拉断凸及周缘原油类型以亚南断裂为界限，南部为海相原油，来自寒武系玉尔吐斯组，北部迎烃面以陆相原油为主，部分有海相原油混入。前人研究认为库车坳陷三叠系和侏罗系湖相烃源岩均在喜马拉雅期剧烈构造活动导致的前陆盆地快速沉降、深埋时期进入大量生烃阶段，至今仍具备较大供烃潜力^［51-52］。

3.4 输导体系

断裂带作为沟通烃源岩和储层之间的垂向通道，在油气成藏中起着重要作用^{［38，41 - 42， 53 - 55］}。但横向输导则需要更多的因素参与，亚南断裂北部普遍发育低幅度、线性分布的构造脊，主要分布于库车南斜坡。构造脊不能自成圈闭但对油气分布有着重要的控制作用^{［56 - 57］}，是重要的油气运移路径。由于陆相油气关键成藏期为喜山晚期^［58］，油气运移路径受T₅⁰界面古构造控制。运用Petromod软件根据三叠系—侏罗系—寒武系烃源岩厚度分布、结合相关参数计算得到各层系生烃量，折算对T₅⁰不整合界面的油气充注量。依据流体势、断层遮挡等因素模拟油气流在T₅⁰界面运移充注过程，在三维空间展示油气运移路径以及成藏有利位置。本次研究基于油气运移模拟与28口钻井的统计结果，揭示了构造脊作为高效输导脊的核心作用。证据显示，全部22口具备油气显示的井（包括12口成功井与10口显示井）均坐落在构造脊上；而无显示井则均位于构造脊之外。该空间分布的完美吻合，从正反两方面论证了构造脊是控制油气聚集的关键因素（图8）。

3.5 保存条件

雅克拉断凸及周边前中生界不整合面（T₅⁰界面）之上以白垩系舒善河组沉积为主，其厚度稳定100 ~ 300 m，岩性以泥岩为主，夹少量粉细砂岩，可充当区域盖层。白垩系舒善河组是覆盖在亚格列木组之上一套连续湖侵沉积，由于亚格列木组沉积普遍受雅克拉断凸微古地貌控制^{［58 - 59］}，因此，舒善河组一段沉积时期继承了白垩系亚格列木组的古地貌特征，发育一系列的水下低隆，对舒善河组一段沉积体系展布也具有重要的控制作用^{［17 - 60］}。随着湖平面的上升和逐渐的填平补齐，水下低隆在舒善河组二段沉积时，高度下降，古地貌对沉积体系的控制作用逐渐减弱。综合古气候特征、测录井和岩心资料，舒善河组为温湿气候背景下的弱氧化宽浅淡水湖盆产物，主要发育滨浅湖滩坝和浅水三角洲沉积体系。白垩系舒善河组滨浅湖相泥岩分布稳定，故整体盖层条件较可靠。

4 讨 论

亚南断裂以北，前中生界不整合面风化壳领域油藏主要为陆相烃源岩贡献，喜山晚期侏罗系和三叠系陆相烃源岩快速深埋，北部生烃洼陷中，烃源岩沿前中生界不整合面构造脊，沿斜坡向南运移，在油气运移的通道上，存在下寒武统泥质灰岩和玉尔吐斯组泥岩侧向封挡，形成有效的圈闭，加上白垩系舒善河组作为区域盖层，便具备形成油气藏的条件（图9）。

前已述及，喜马拉雅晚期为主要成藏期，可以判定，现今的古地貌即为油气成藏期的构造形态。雅克拉断凸北斜坡作为毗邻生烃凹陷的构造单元，具备优越的油气来源条件。牙哈5井揭示与流体势模拟结果共同证实，油气主要沿前中生界不整合面自北部凹陷向北斜坡构造高部位发生运移，并在具备有效遮挡与圈闭条件的部位聚集成藏。

根据构造演化过程分析，海西晚期南天山洋闭合引发的强烈挤压作用，是雅克拉断凸形成演化的关键构造变革期，该期构造事件导致北部斜坡地层强烈抬升与剥蚀，致使下寒武统泥岩与前中生界不整合面直接对接，从而形成了沿阳霞凹陷西部展布的地层尖灭带与相关圈闭。这一过程奠定了“构造分段控藏”的基础，即不同的构造单元控制了不同类型圈闭的空间展布。

综合地质结构、储盖组合与成藏动态分析，本研究油气地质意义在于确立了以前中生界不整合面为运移通道、碳酸盐岩潜山为主要储集体的陆相成藏系统。雅克拉断凸北斜坡的油气富集是“构造分段控藏”背景下的“低位潜山成藏”模式的典型体现。该认识突破了传统勘探思路，不仅深化了塔里木盆地复杂地质结构下油气富集规律的理论认知，更直接拓展了勘探空间，对实现天山南缘碳酸盐岩领域增储上产及支撑中石化矿权战略具有重要的现实意义。

5 结 论

（1）雅克拉断凸具有“纵向分层、横向分段”的构造特征，自西向东由“多排山”构造样式逐渐过渡为以轮台断裂及系列反冲断裂为主控的“单排山”构造。加里东中—晚期的反冲断裂活动奠定了早期圈闭基础，而海西晚期轮台断裂的强烈活动主导了断凸的最终结构，并广泛发育与地层尖灭相关的圈闭，明确了“构造分段性”对油气聚集格局的控制作用。

（2）亚南断裂北斜坡位于北部生烃凹陷的油气运聚指向区，成藏条件优越。油气主要沿前中生界不整合面由凹陷区向北部构造高部位长距离运移，在喜马拉雅晚期大规模成藏。断裂多期活动控制了潜山—地层类等多种圈闭类型的形成与演化，建立了以斜坡区“低位潜山”为核心的成藏新模式。

（3）亚南断裂以北斜坡作为油气运移的“迎烃面”，前中生界不整合面是主要运移通道，侧向上受泥岩尖灭与火山岩体等有效封堵，具备优越的油气封盖与保存条件。该斜坡区是继高位潜山之后，最具现实意义与勘探潜力的战略接替领域。

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基金资助

国家自然科学基金面上项目(42472214)

国家自然科学基金面上项目(41972128)

国家自然科学联合基金项目(U21B2063)

中石化科技部项目(P23105)