塔里木盆地西北部志留系油气勘探曾经久攻未克,2018年钻探的新苏地1井首次在塔西北沙井子构造带获得工业气流,其油气成藏模式与资源规模亟待明确。通过对钻井、试油、地球化学及沉积与成藏史研究,结合野外剖面实测、实验分析、构造精细解释及演化恢复,认为：①塔西北志留系发育大型潮控三角洲沉积,可形成良好储盖组合;②沙井子断裂及其伴生断裂有效沟通阿瓦提凹陷深部寒武系—奥陶系烃源岩,控制志留系构造圈闭的形成,圈闭沿断裂构造带有序分布、叠合连片;③沙井子构造带志留系油气类型以气为主,成藏期以圈闭定型后的喜马拉雅期为主;④沙井子构造带志留系圈闭资源量达2.018×1011m3,塔西北志留系圈闭资源量达2.03×1012m3,勘探潜力巨大,志留系有望成为盆地碎屑岩层系油气“增储上产”的重要领域;⑤沙井子断裂规模大,持续活动时间长,沟通深部烃源岩,沙井子构造带下古生界多个层系均有望获得油气勘探突破。
The Silurian hydrocarbon exploration in the northwest Tarim Basin had long been fruitless, till Well XSD1 drilled in 2018 in the Shajingzi structural belt, northwest Tarim Basin tapped industrial gas flow from the Silurian for the first time. The reservoir-forming model and resource extent need to be made clear urgently. Based on the comprehensive research of drilling, formation testing, geochemical data, and sedimentary and accumulation history, in combination with field surveys, experiments, structure interpretation and reconstruction of structure evolution, it is found that: (1) The northwest Tarim Basin had widespread tidal deltaic deposits in the Silurian period, which contain good reservoir-cap combinations; (2) the Shajingzi fault and associated faults connected the Cambrian-Ordovician source rocks in the Awati sag, and controlled the formation of Silurian structural traps, hence, the traps turned up along the structural belt in an orderly pattern and came together into contiguous tracts; (3) the Silurian petroleum in Shajingzi structural belt was dominated by gas, and the major accumulation period was the Himalayan period when the traps fixed in shape; (4) the Silurian gas resources in the Shajingzi belt were estimated at around 2.018×1011 m3, and Silurian gas resources of the northwest Tarim Basin were estimated at 2.03×1012 m3, implying huge exploration potential, so this area will become a major area for reserve and production increase from clastic strata in the basin; (5) with the Shajingzi fault of large scale and long active time connecting deep source rock layers, multiple formations in Lower Paleozoic of Shajingzi structural belt may have breakthroughs in hydrocarbon exploration.
1990—2003年石油企业曾沿沙井子断裂部署若干条北西向二维地震测线, 成像效果较差, 剖面显示地层为单斜背景, 认为难于聚集油气, 油企未曾部署探井, 于2012年退出探矿权。笔者认为, 长期制约沙井子构造带志留系油气突破的关键地质问题主要有两个：①对沙井子断裂及其伴生断裂的展布和演化认识不清, 限制了对沙井子构造带单斜背景上潜在圈闭形成和分布的研究; ②沙井子构造带志留系露头普遍见到初期油藏遭受破坏后形成的沥青砂岩, 缺乏对后期成藏条件的系统分析和实践探索。因此开展沙井子构造带志留系的地层特征及油气潜力研究对于厘清盆地志留纪岩相古地理环境、探索复杂山前带油气成藏规律及评估塔西北志留系勘探方案至关重要。
基于2013—2018年间对沙井子构造带地层展布和油气潜力的持续攻关, 2018年沙井子构造带钻探的新苏地1井首次在塔西北志留系获得工业气流, 2020年邻近的新苏参1井于志留系相同层位获得更好油气显示。基于沙井子地区钻探、试油、地球化学及地质特征等资料分析和野外剖面测量结果, 结合二维地震资料目标处理与精细解释, 开展沙井子构造带构造演化、志留系沉积与成藏等综合研究, 以期厘定油气成藏要素和主控因素, 建立志留系油气成藏模式, 评价塔西北地区资源潜力, 指出下步有利勘探区。
沙井子构造带西侧有大量下古生界出露, 地层倾角普遍较大（30° ~75° ）, 四石厂、大湾沟等露头剖面柯坪塔格组下段均可观察到沥青质砂岩, 什艾日克、肖尔布拉克、四石厂、大湾沟等露头剖面亦有寒武系—奥陶系烃源岩出露（见图1b）。
2018年中国地质调查局油气资源调查中心在沙井子构造带部署实施了新苏地1井, 完钻井深2 882 m, 完钻层位为奥陶系大湾沟组, 具体钻揭地层及厚度见图2。其中, 志留系柯坪塔格组可分为：柯上段砂泥岩互层（厚126 m）、柯中段泥岩（厚53 m）和柯下段砂泥岩互层（厚182 m）。新苏地1井志留系柯坪塔格组取心见油浸砂岩1.45 m/1层, 油迹砂岩6.49 m/6层, 滴水呈珍珠状, 荧光滴照呈亮黄色放射状, 砂岩浸水见气泡和油花溢出。砂体孔隙度为5%~8%, 岩心测试渗透率为（0.5~1.5）×10-3μm2, 属低孔低渗储集层。新苏地1井柯坪塔格组综合解释气层6.9 m/4层, 气水同层11.8 m/1层（见图3）。
新苏地1井柯下段2 525.5~2 528.5 m（3 m/1层）小型加砂压裂试气套压最大为4.8 MPa, 获天然气日产量为1.260 5×104 m3, 累产气量为3.781 5×104 m3, 日产水量为16.38 m3, 累产水量为55.57 m3, 测试结论为“ 气水同层” 。新苏地1井柯上段2 377~2 386 m和2 409~2 413 m（13 m/2层）中型加砂压裂试气最大套压为1.03 MPa, 日均产气量为1.681 7×104 m3, 累计产气29.109 5×104 m3, 累计产油2.16 m3, 测试结论为“ 气层” 。新苏地1井首次获得塔里木盆地西北部志留系工业气流, 实现了塔西北志留系自上世纪50年代勘探以来的重大突破。
新苏参1井位于新苏地1井上倾方向（两井相距约1 150 m）, 主探寒武系盐下, 同样揭示了志留系柯下段和柯上段两套有利砂岩段。两井钻揭柯坪塔格组两套砂岩厚度大致相当, 但新苏参1井志留系砂岩较新苏地1井埋深整体抬高约78~110 m, 油气显示更好, 柯坪塔格组取心见油浸砂岩5.41 m/8层、油斑砂岩2.1 m/2层、油迹砂岩6.83 m/3层, 砂体岩心测试孔隙度为6%~8%, 渗透率为（0.5~1.5）×10-3μm2, 综合解释气层59 m/12层, 气层厚度大, 油气潜力大。目前该井正自下而上开展地层含油气性测试。
新苏地1井于志留系柯坪塔格组上段和下段的天然气相关参数如表1所示, 两段天然气成分基本相同, 甲烷含量较高。柯下段原油密度为0.883 3 g/cm3, 50 ℃温度下的黏度为16.98 mPa· s, 含蜡量为3.4%, 凝固点为4 ℃, 为常规稀油（中质油）, 具有低黏、低蜡的特点。柯下段关井求得测试层中部（2 527 m）静压24.47 MPa, 地层压力系数为0.987, 温度为41.88 ℃, 柯上段关井求得测试层中部（2 395 m）压力为24.27 MPa, 地层压力系数为1.033, 温度为41.05 ℃。
新苏地1井志留系天然气碳同位素组成偏轻, 总体为Ⅰ —Ⅱ 型干酪根成因。志留系轻烃的甲基环已烷指数值为33.33, 指示其为腐泥型母质生成的天然气; 轻烃三角图总体判断其为油型气; （δ 13C2-δ 13C1） 与δ 13C1关系图版也指示天然气为油型气。C1/C2+值为31.89~45.41, 以甲烷为主, 重烃气极少, 干燥系数（C1/C1—5）为0.97~0.99, 属于干气。轻烃庚烷值为30、石蜡指数为2, 指示天然气属于成熟—高成熟阶段, 反映天然气较高的成熟度。甲烷和乙烷的碳同位素组成对比未见明显高温裂解特征。
新苏地1井和新苏参1井柯坪塔格组取心段砂岩岩石类型主要为中—细粒岩屑石英砂岩, 石英含量为77%~88%, 平均值为78.3%, 长石含量为3%~8%, 平均值为5.7%, 岩屑含量为9%~18%, 平均值为15.3%。砂岩碎屑颗粒以中—细粒砂岩为主。岩屑成分主要为石英岩岩屑和少量火成岩屑, 偶见千枚岩屑和泥质岩屑。粒间填隙物主要为泥质杂基, 方解石和次生石英。方解石中晶结构, 斑块状胶结颗粒。石英次生加大强烈。岩心样品测试孔隙度为4.8%~8.4%, 平均为6%, 渗透率为（0.5~1.5）×10-3μm2, 平均值为0.71×10-3μm2（见图6）, 属于特低孔、低渗储集层。孔隙类型主要为粒间溶孔, 其次为粒间溶孔及少量微裂缝（见图7）, 孔径一般为0.1~0.2 mm, 孔隙分布不均匀, 多呈孤立分布, 喉道不发育, 整体连通性差。
沙井子构造带志留系自上而下主要发育3套储盖组合（见图9）：①依木干他乌组厚层状泥岩盖层（S2y）与塔上段潮道砂岩储集层（S1t2）, 泥岩段厚度约300~500 m, 砂岩段厚度约150~300 m; ②塔下段泥岩盖层（S1t1）与柯上段潮控三角洲砂岩储集层（S1k3）, 泥岩段厚度约50~100 m, 砂岩段厚度约80~150 m; ③柯中段泥岩盖层（S1k2）与柯下段潮控三角洲砂岩储集层（S1k1）, 泥岩段厚度约60~150 m, 砂岩段厚度约80~150 m。第①套储盖组合中砂岩平均单层厚度7~18 m, 泥地比偏低, 不利于油气保存, 钻探很少发现油气显示。第②和第③套储盖组合中砂岩平均单层厚度2~9 m, 泥地比较高, 油气保存条件更好, 是主要勘探对象。新苏地1井于第②和第③套储盖组合均获得工业气流。
志留系储盖组合的形成主要受控于沉积演化影响。柯下段时期, 塔里木盆地中部为内浅海沉积, 西部自南向北发育大型的潮控辫状河三角洲进积, 一直进积到今柯坪断隆的温宿凸起前（见图8）, 形成储集层段。连井对比（见图9）可见物源大致从西南向东北方向进积, 砂体厚度逐渐减薄、粒度变细。柯中段沉积时期, 盆地为广泛的内浅海泥岩沉积, 是盖层段。柯上段沉积时期, 沉积面貌与柯上段大致相当, 发育潮控三角洲和潮下砂体, 是重要储集层段。塔下段沉积时期, 盆地整体沉降, 为浅水海湾泥岩, 是盖层段。塔上段沉积时期, 盆地地形平缓, 发育潮汐砂席、砂脊等潮汐砂体, 可作为储集层段。依木干他乌组沉积时期盆地主要为浅水海湾泥岩, 是盖层段。
根据构造精细解释, 发现塔里木盆地沙井子构造带柯坪塔格组构造类圈闭42个, 总面积为668.9 km2, 依据圈闭落实程度、油气显示情况、埋藏深度将发现圈闭分为3类。其中, Ⅰ 类圈闭为70.2 km2, Ⅱ 类圈闭为516.2 km2, Ⅲ 类圈闭为82.5 km2。塔西北志留系柯坪塔格组构造类圈闭74个, 总面积8 249.2 km2, 主要分布于柯坪断隆、巴楚隆起和阿瓦提凹陷东北部, 其中, Ⅰ 类圈闭为2 261.7 km2, Ⅱ 类圈闭为1 322.4 km2, Ⅲ 类圈闭为4 665.1 km2。圈闭资源量容积法计算公式为：
$N=\frac{AH\phi (1-{{S}_{wi}}){{\rho }_{o}}}{{{B}_{oi}}}$ （1）
依据新苏地1井和新苏参1井实钻和测试信息, 沙井子构造带志留系柯坪塔格组砂岩含气高度约300 m, 柯坪塔格组上段含气砂体平均厚度为16.5 m, 平均有效孔隙度为6%, 平均含水饱和度为40%, 平均原油密度为0.88 t/m3, 平均原油体积系数为1, 按照（1）式估算Ⅰ 类圈闭资源丰度约为50×104 t/km2（油当量）, Ⅱ 类和Ⅲ 类圈闭分别按照1类圈闭资源丰度的60%和20%折算。依每吨原油折1 018 m3天然气的比例, 评价沙井子构造带志留系柯坪塔格组天然气圈闭资源量达2.018×1011m3, 塔西北（约15×104 km2）志留系柯坪塔格组天然气圈闭资源量达2.03×1012m3, 勘探潜力巨大, 有望成为塔里木盆地油气增储上产重要目的层系。
虽然沙井子构造带位于单斜大背景上, 但沙井子断裂规模大, 活动时间长, 可控制形成一系列圈闭, 并且有效沟通阿瓦提凹陷深部烃源岩。志留系柯上段和柯下段均可形成工业气流, 不排除局部塔上段有规模成藏的可能。此外, 沙井子构造带寒武系、奥陶系、三叠系、石炭系等层段只要发育有效圈闭, 均有望形成规模油气藏（见图11）, 勘探潜力巨大。新苏地1井志留系含气砂岩孔隙下限仅为5%, 且钻探过程中气测并不明显, 据此复查塔西北多口老井均发现新增加含油气层段。沙井子构造带的勘探成果可为柯坪断隆中西段、巴楚隆起等其他类似复杂山前带地区油气勘探提供借鉴。
塔里木盆地沙井子构造带实钻样品分析证实寒武系玉尔吐斯组和奥陶系萨尔干组为优质烃源岩, 奥陶系印干组为非烃源岩。新苏地1井志留系储集层产气为主, 油气主要源自于阿瓦提凹陷深部寒武系—奥陶系烃源岩, 且以寒武系玉尔吐斯组烃源岩为主。
新苏地1井志留系柯上段和柯下段砂岩储集层孔隙度为5%~8%, 渗透率为（0.5~1.5）×10-3μm2, 裂缝发育, 为裂缝型低孔低渗储集层, 目前已知含气砂岩孔隙下限为5%。
沙井子构造带志留系发育①依木干他乌组泥岩盖层与塔上段潮道砂岩储集层、②塔下段泥岩盖层与柯上段潮控三角洲砂岩储集层和③柯中段泥岩盖层与柯下段潮控三角洲砂岩储集层3套储盖组合, 新苏地1井于第②和第③套储盖组合获得工业气流。
沙井子断裂系统规模大, 活动时间长, 沟通阿瓦提凹陷深部优质烃源岩, 控制沙井子构造带一系列构造类圈闭的形成。志留系圈闭在演化过程中曾多次成藏并遭受破坏, 至喜马拉雅期定型后主要接受深部玉尔吐斯组烃源岩生成的天然气, 并赋存至今, 表现为“ 构造主控、晚期成藏” 的成藏特征。
沙井子构造带志留系天然气圈闭资源量达2.018×1011m3, 且寒武系、奥陶系、三叠系、石炭系等层段均有望形成规模油气藏, 油气勘探潜力巨大。
符号注释：
A—圈闭面积, km2; Boi—平均原始原油体积系数; GR—自然伽马, API; H—平均有效厚度, m; N—圈闭资源量或预测地质储量, 104t; Swi—平均油层原始含水饱和度, %; ρ o—平均原油密度, t/m3; ϕ —平均有效孔隙度, %。