中国西北部塔里木盆地塔北地区上寒武统储层的沉积-成岩特征及成因

《Journal of Asian Earth Sciences》：Sedimentary-diagenetic characteristics and genesis of the Upper Cambrian reservoirs in the Tabei area, Tarim Basin, NW China

　　- 明确塔北地区上寒武统白云岩微相、台地模式及白云岩化阶段。- 揭示超深储层演化机制及油气孔隙保护效果。- 约束上寒武统储层热液活动时期及其与构造的耦联关系。**引言**全球约60%的石油资源和40%的天然气资源赋存于碳酸盐储层中，这些储层合计约占全球油气产量的60%（Hu等，2013）。因此，深层和超深层碳酸盐岩地层已成为油气勘探战略重要的靶区，深埋白云岩在古碳酸盐岩盆地中尤其是有利的储层（Westphal等，2004；Zhao等，2023；Dou等，2024；Fakhar等，2025）。在中国，对深部和超深部油气生成机制、储层发育和油气富集方面取得了重大进展（Zhu等，2015；He等，2021），并在鄂尔多斯、渤海湾、四川和塔里木盆地取得了重大发现（Yun等，2008；Shen等，2016；Zhu等，2018；Jiang等，2023；Ma等，2024）。塔里木盆地是中国西部勘探最为活跃的深层含油气盆地之一（Jiang等，2021；Wang等，2024）。经过三十余年的勘探实践，塔里木盆地的油气勘探和地质研究逐步向更深处推进，钻井目标现已接近10,000米深度（Wang等，2025）。中国第四次全国油气资源评价估计塔里木盆地含有34.5×10?吨超深层石油和5.98×1012立方米超深层天然气，分别占盆地总油气资源的46%和51%，突显了其超深层油气勘探与开发的巨大潜力（Ni等，2015；Yang等，2020；Wang等，2024；Zeng等，2025）。2023年，位于塔北西部卡拉玉根构造带的XT1井上寒武统获得油气突破，进一步证实了盆地超深层碳酸盐岩储层的勘探潜力（Wang，2024）。目前对大型优质深层和超深层白云岩储层的认识集中在三个相互关联的科学问题：同生至近同期成岩过程中孔隙系统的形成与保存、埋藏过程中碳酸盐孔隙系统的改造，以及孔隙生成与破坏耦合作用下的储层发育（Zhu等，2015；Qiao等，2023；Shen等，2024）。大多数研究表明，有效孔隙系统主要在同生成岩早期建立，并强烈受沉积相带控制，特别是浅水、中—高能碳酸盐环境（He等，2021；Ma等，2024；Shen等，2024）。这些继承性孔隙系统随后被多期成岩和流体—岩石相互作用所改造（Jiu等，2020；Feng等，2024；Jiang等，2024）。中—深埋藏阶段构造热液流体的作用仍具争议：热液溶蚀可能通过扩大原生孔隙和裂缝增强储层品质（Guo等，2021；Han等，2023），而热液矿物沉淀可能堵塞孔隙和孔洞，降低储层品质（Jiang等，2015；Xiao等，2026）。原位碳酸盐U-Pb年代学、稀土元素分析和流体包裹体显微测温的最近进展使得深部流体的时期、来源和物理化学性质可被更精确地约束（Jiang等，2015；Yang等，2022；Qiao等，2023；He等，2026）。这些方法为重建深层和超深层碳酸盐岩储层的共生序列、流体流动历史和孔隙演化提供了坚实基础。上寒武统白云岩在塔北地区广泛分布，局部厚度超过1公里，特别是地区东部（Sun等，2025；Zhang等，2025），使其成为厚层超深层白云岩储层的有利靶区（Zhu等，2015）。然而，由于井、岩心和地球化学分析等约束有限，其沉积体系架构、白云岩微相及其组合、白云岩化流体来源和构造热液改造仍认识不足。因此，本研究综合沉积微相分析、岩石学、同位素地球化学、稀土元素地球化学、流体包裹体数据和原位碳酸盐U-Pb年代学，以：(1) 确定上寒武统白云岩主要微相，并建立研究区沉积模式；(2) 重建共生序列，明确连续成岩阶段孔隙演化；(3) 约束成岩流体来源和物理化学特征，确定白云岩化阶段和构造热液活动时期；(4) 综合沉积控制和多期成岩改造效应，建立储层发育模式。研究结果对超深层白云岩储层孔隙系统的形成、改造和保存提供了新见解，并为塔北地区及类似深埋碳酸盐岩地层的储层预测提供了地质依据。**分节摘要****地质背景**塔里木盆地位于中国西北部，构造上北界为天山，西南界为昆仑山，东南界为阿尔金山（图1）。它是一个发育于前寒武纪结晶基底之上的大型多旋回长期叠加盆地（Zhao等，2011；Zhao等，2018）。根据古基底形态和区域构造格局，盆地可划分为十个一级构造单元，包括塔北**采样策略**岩石学观察基于五口井（TS5、TS1、LT1、YS1和YQ6）穿过上寒武统地层采集的800多块薄片。分析材料包括TS5、TS1、LT1和YS1井的岩屑以及TS1和YQ6井的岩心。岩心样品集中于五个代表性层段，包括TS1井的三段（7101.57–7106.10米、7264.05–7268.68米和7461.07–7465.00米）和YQ6井的两段（7115.22–7121.02米和7313.20–7316.15米）。这些**白云岩微相**碳酸盐岩微相构成岩石学岩石分类特征的综合表征，可在薄片、剥片、抛光片和大块岩石样品中观察（Flügel，2010）。本研究白云岩微相分析专注于根据薄片观察和岩石学工作，检查白云岩的沉积特征和岩性分类。塔北地区上寒武统**早期渗回流白云岩化**近同期阶段是指碳酸盐沉积物沉积后不久发生的一个早期成岩区间，在此期间沉积物基本上与开放水体循环隔离，而主沉积环境大致保持不变。微相分析为早期渗回流白云岩化提供了重要的沉积学证据。上寒武统地层记录了包括潮坪、台内浅滩和**结论**(1) 塔北地区上寒武统以白云岩广泛发育为特征，五种白云岩微相呈系统性组合，包括颗粒白云岩（MF1）、残余颗粒白云岩（MF2）、结晶白云岩（MF3）、硅质白云岩（MF4）和角砾白云岩（MF5）。它们的垂向和侧向分布记录了整体上进背景下潮坪、台内浅滩和台缘浅滩环境的演化**CRediT作者贡献声明****Jun Li：** 初稿撰写，方法论，形式分析。**Kaibo Shi：** 审阅与编辑，概念构思。**Bo Liu：** 审阅与编辑，经费获取。**Yongsheng Ma：** 资源，项目管理。**Yuanchong Wang：** 调查研究，数据整理。**Qing He：** 方法论，调查研究。**Jiaming Deng：** 数据整理。**Xichuan Men：** 数据整理。**Xiangyu Bai：** 软件，数据整理。**Jianhao Hua：** 数据整理。**未引用参考文献**Han等，2019；Hu等，2025a；Hu等，2025b；Huang，2010；Kaczmarek和Sibley，2011；Kirmaci和Akdag，2005；Liu等，2016a；Liu等，2016b；Li等，2023；Machel，2004；Machel和Lonnee，2002；Qiao等，2023a；Qiao等，2023b；Wang等，2025a；Wang等，2025b；Yun和Zhai，2008；Zhao等，2009；Zhu和Li，2023。**利益冲突声明**作者声明，他们不存在任何已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**本研究受中国国家自然科学基金（批准号U24B6001）、重庆市教育委员会科技研究项目（KJQN202301410）、重庆市自然科学基金（CSTB2024NSCQ-MSX0758）以及福临科技研究项目（FLKJ-2024CAG4103）资助。我们诚挚感谢中石化西北油田公司领导和专家以及实验室研究团队成员的支持。Jun Li|Kaibo Shi|Bo Liu|Yongsheng Ma|Yuanchong Wang|Qing He|Jiaming Deng|Xichuan Men|Xiangyu Bai|Jianhao Hua