膏盐岩是一种纯化学成因的岩石，是在干旱环境下蒸发量大于降水量，卤水不断蒸发浓缩形成的，主要岩石类型有（硬）石膏、盐岩、钾镁岩盐等^[1]。膏盐岩—碳酸盐岩共生体系在地质历史时期广泛发育^[2]，全球含油气盆地中约有50% 的探明储量与膏盐岩相关^[3]，国外滨里海^[2-3]、阿姆河、桑托斯、墨西哥湾、北海及西非沿岸等盆地^[4-5]，国内塔里木、鄂尔多斯^[6-8]、柴达木^[9]、四川^[10]等盆地广泛发育多期膏盐岩层和多种类型的含盐构造，勘探实践表明盐构造的形成演化与油气构造圈闭形成有着极为密切的联系。美国著名构造学家贝利认为膏盐岩层是上下构造层之间的“塑性层”，即“不耦合面”。由于不耦合面的存在，使其上下构造层在同一构造应力条件下产生了不同的断裂体系以及构造样式，即所谓的被动顶板双重构造。与滨里海等其他含盐盆地不同，阿姆河盆地膏盐岩直接覆盖在海相碳酸盐岩主力产层之上，膏盐岩与下伏碳酸盐岩在沉积环境、储层形成及改造、断裂演化、圈闭形成、油气保存等方面存在密切的成因联系^[11-15]。勘探实践表明，阿姆河盆地中石膏层上下地层发育“塑性滑脱，双重构造”的变形特征与模式，但“三膏两盐”内部变形特征、成因机制、与含气构造间的关系等问题仍存在争议。李智等^[15]通过对阿姆河右岸区域构造解析，认为新生代印度板块与欧亚大陆碰撞产生NE—SW向褶皱，阿拉伯板块与欧亚大陆碰撞产生NW—SE向褶皱，2个方向的褶皱在中亚地区产生叠加干涉，同时受膏盐岩层的分层变形作用，导致阿姆河右岸地区具有盐上、盐下分层构造变形特征，褶皱的宽度和闭合度均存在明显差异。孙林等^[16]认为钦莫利阶膏盐岩层内幕不存在“中石膏构造运动”，对下伏碳酸盐岩目的层造成“古构造”假象，主要的构造发育和塑性变形期应集中于喜马拉雅构造运动时期。田雨等^[17]通过对阿姆河右岸地区膏盐岩分布及其对盐下礁滩成藏的影响分析认为，造成膏盐岩厚度分区分带差异与地震反射差异的原因主要是沉积古地貌和中石膏沉积后及喜山期构造运动。但整体看来对膏盐岩特征性形变的形成机制仍存在较大争议，因此，针对阿姆河右岸钦莫利阶“三膏两盐”进行了系统地构造变形特征分析及形成机制解析，以期明确膏盐岩形变期次与天然气富集成藏的相互作用关系。

阿姆河盆地位于欧亚板块南缘，北以乌拉尔—天山造山带与东欧板块、哈萨克地块相隔，南以阿尔卑斯—喜马拉雅造山带与伊朗地块、阿富汗地块相连^[14-16]，是中亚地区天然气最为富集的盆地。该盆地是在古生界基底上发育的中—新生代沉积盆地，整体经历了晚二叠世—三叠世裂陷、侏罗世—古近纪裂谷后的稳定沉积、新近纪—现今挤压改造3期构造演化阶段^[17-20]。地层自下而上沉积了二叠系—三叠系凝灰质碎屑岩、中—下侏罗统含煤碎屑岩、中—上侏罗统碳酸盐岩、上侏罗统巨厚膏盐岩、白垩系及以上碎屑岩夹碳酸盐岩、薄层膏盐岩。其中，中—下侏罗统含煤碎屑岩与卡洛夫阶—牛津阶碳酸盐岩、钦莫利阶膏盐岩形成一套优越的成藏组合。研究区位于阿姆河右岸区块东部山前洼陷，西南毗邻吉萨尔山脉，面积约2 000 km²（图 1）。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 阿姆河盆地及周缘大地构造位置示意（a）、阿姆河盆地构造单元划分（b）和岩性地层综合柱状图（c）（据文献[10, 14, 19] 修改） Fig. 1 Map showing the location of geological structures in Amu Darya Basin and its surrounding areas(a), division of structural units(b)and stratigraphic column(c)

晚侏罗世钦莫利阶—提塘阶，由于中南部阿富汗和羌塘等微板块与欧亚板块南缘碰撞，图兰地块整体隆升，阿姆河盆地与广海隔离，演变成封闭蒸发盐潟湖，在强干旱气候条件下沉积了一套巨厚的膏盐岩^[16-17]。研究区“三膏两盐”膏盐岩层厚度为200~1 500 m，变形样式多样，盐上主要发育宽缓大型背斜构造，盐下则以中高幅度逆冲构造为主，不同盐层、膏层差异化变形样式如图 2所示。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系膏盐岩层相关构造变形特征（剖面位置见图 4c中AA’） Fig. 2 Deformation characteristics related to the Jurassic gypsum salt layers in the Agayry region, eastern right bank of Amu Darya River

上盐层上部及上覆地层具有统一协调变形特征，主要为挤压作用形成的背斜构造，在其下部对应位置可见强构造挤压作用下形成的大型盐枕构造；上盐层下部则与中石膏呈“超覆”接触，但此类“超覆”并非沉积超覆，而是由挤压作用导致盐层发生侧向流动形成的“超覆”假象。上盐层及上覆地层发育少量大型滑脱断裂，但向下都未贯穿上盐层。从盐岩物理特性及岩石力学特征角度分析，之所以产生这种现象是因为盐岩含水量大于0.01% 后就变为软弱的结晶流体，且湿盐没有屈服强度呈极强的不可压缩性，因而其断裂作用不明显，形变均表现为塑形流体特征，因此上覆地层中的断裂均终止于盐岩层^[21]。膏盐岩之上断裂顺上盐层滑脱，上下构造高点错落叠置，显示了不同期构造应力作用下的应变特征。

中石膏及以下地层变形程度整体较弱，中石膏—下盐—下石膏整体厚度为350~400 m，属于弱变形区；靠近断裂及古地貌高部位等低势流动区可见下盐层流动形成的盐枕构造，为盐构造早期变形阶段的产物，相邻盐枕间可见盐缩颈。在下盐层内部，小型盐枕（常称“盐眼球”）构造普遍发育且具有典型地震响应特征^{[12, 17, 20]}，但对其形成的原因目前尚未形成统一的认识。以往认为在进入石盐沉积阶段后，阿姆河右岸填平补齐，在礁/丘滩体两侧低洼部位形成了沉积成因的“眼球”状下盐，但这一观点无法解释其呈现出不同构造形态的原因。因此，从构造变形角度入手，对盐枕构造的形态类型、变形动力和平面展布等进行了系统分析。从地震剖面上看，研究区下盐层小型盐枕构造具有3类变形形态：①透镜状，顶凸底凹，中间厚两边薄，中石膏顶界、碳酸盐岩顶界与之有相同的起伏特征（图 3a），为重力作用与构造挤压双重作用的结果；②丘状，顶凸底平，中石膏顶界与之有相同的起伏特征，碳酸盐岩顶界平缓（图 3b），主要受构造挤压作用下形成；③U型谷状，顶平底凹，中石膏顶界平缓，碳酸盐岩顶界与之有相同的起伏特征（图 3c），主要为上覆地层差异负载形成。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系下盐层盐枕构造形变特征 Fig. 3 Deformation characteristics of the salt pillow structure in the Jurassic lower salt layer of the Agayry region, eastern right bank of Amu Darya River

为了进一步搞清楚下盐层盐枕构造的平面展布特征，结合剖面地质形态识别与地震分频属性刻画，对不同类型盐枕构造的平面分布范围进行了系统研究。分频解释技术是一种频率域的解释方法，对储层、特殊地质体等横向变化具有良好的识别效果。研究区地震资料主频率为8~30 Hz，考虑到盐枕构造在纵向上的岩性特殊性和横向上的不连续性，将振幅谱分解为8 Hz，15 Hz和25 Hz等3个单一频率来刻画下盐层盐枕构造的平面范围。结果表明，8 Hz低频属性图中橙色与灰色、分频属性融合图中暗色环带状特征明显（图 4a，4b），可较好地反应盐枕构造的平面形态。结合剖面形态，可看出整体上以透镜状和丘状为主，U型谷状零星分布，仅在库瓦塔格北部及阿盖雷东部区域见到较为典型的U型谷状盐枕构造（图 4c）。根据盐构造发育类型及阶段划分，盐枕主要发育在盐构造演化的初期阶段，反映该期构造挤压作用较弱。同时，由于盐枕构造的存在引起地层空间速度畸变，与其相邻的下伏碳酸盐岩内部地震成像精度相对较低，礁/丘滩体的平面及剖面识别均受到不同程度的干扰，平面属性识别的礁/丘滩体基本位于盐枕构造间（图 4c），反映了二者发育的相对位置关系，但对于盐枕构造之下是否发育礁/丘滩体或者针对性的地震识别尚存在一定困难。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系下盐层盐枕及礁/丘滩体平面分布图 Fig. 4 Distribution map of salt pillows and reef/mound shoal in the Jurassic lower salt layer of the Agayry region, eastern right bank of Amu Darya River

考虑到盐岩的流动性及多套膏盐岩叠置发育，确定其变形机制是多期构造恢复的关键。关于膏盐岩的形变机理和动力学触发机制，主要有上浮作用、差异负载作用、重力扩展作用、热对流作用、压缩作用及伸展作用；影响盐构造变形的因素主要有上覆地层厚度、地层沉积速率、进积速率、先存改造、盐层厚度、盐岩层物理性质、基底构造特征等^{[5, 22]}。景紫岩等^[22]通过对滨里海盆地含盐构造进行物理模拟实验，证实了构造挤压应力与重力滑脱变形是造成塑性层流动形成层间褶皱的主要动力，塑性层在二者双重作用下发生有序变形。结合区域构造应力与塑性地层理论变形动力，对多层叠覆型复杂构造内不同构造层的变形机制进行了系统分析。盐岩抗压强度弱，其密度相对稳定在2.2 g/cm³且不随埋深而发生变化，物理性质决定了其易流动、易形变的特性^{[5, 22]}。研究区膏岩为硬石膏，密度为2.8~3.0 g/cm³，摩氏硬度为3.0~3.5，“三膏两盐”内部由于盐岩、膏岩物理性质的差异在构造应力作用下也会发生不同的应变响应。在构造变形过程中，塑性层被动从低应变区（向斜下方）流向高应变区（背斜虚脱区）^[23]，即向古地貌/古构造高部位、断层发育部位等应力薄弱区流动，表现为塑性层增厚。综合考虑2期主要构造运动、先存地貌/构造、多层差异化变形塑性地层、纵横向复合变形动力，建立了研究区膏盐岩层及相邻地层基于燕山期和喜山期构造挤压作用下的多层叠覆型复杂构造变形模式。

（1）燕山期。中石膏沉积后的初始变形阶段，重力作用强于构造挤压作用，下盐层于礁/丘滩体或先存构造等正向地质单元发生重力滑动变形，盐层底部滑脱上拱，上覆地层形成小型低幅度褶皱，下盐层上下地层呈初始协调变形；随着挤压作用的增强，重力作用弱于构造挤压作用，下盐层上下统一顺层挤压发生变形，同时，下盐层下伏地层变形受上覆已有褶皱的影响，在盐上背斜之下由于重力作用导致盐下层形成小型向斜；在盐上向斜的下部，盐下层所受压力相对较小，形成一系列低幅度背斜（图 5a，5b）。由于中石膏—下盐层—下石膏层厚度与碳酸盐岩厚度基本相当，对下伏碳酸盐岩的重力作用较为有限，经过此期构造变形，最终在下盐层内部形成一系列特征性的小型弱变形盐枕构造，碳酸盐岩地层的构造形态整体与中石膏保持一致，同时表明盐枕构造之下也是寻找礁/丘滩体的有利部位。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 阿姆河右岸多层叠覆型复杂构造变形模式 Fig. 5 Structural deformation patterns of multi-layer overlay complex structure in the right bank of Amu Darya River

（2）喜山期。新生代以来的叠加变形阶段，构造挤压变形初期，在中石膏先存构造背景下，上盐层在重力作用下向构造高部位发生滑动，中石膏上下表现为初始统一协调变形。随着挤压作用增强，盐层在顺层剪切作用下，褶皱逐渐由直立变为斜歪，上盐层翼部逐渐向中石膏背斜轴部接近，直至将上盐层下部挤出，使上盐层上部与中石膏相接在一起，形成上盐层下部的大型盐枕构造、中石膏与上盐层下部的“超覆”假象；这一时期，中石膏及下伏地层进一步发生挤压改造，但受上覆巨厚膏盐岩的影响整体仍保持燕山期的构造形态，最终形成现今构造形态（图 5c，5d）。

以往研究表明，阿姆河右岸中—下侏罗统煤系烃源岩干酪根类型主要为Ⅲ—Ⅱ型，以生气为主。该套烃源岩晚侏罗世末开始生烃，早白垩世末进入生烃高峰，现今主要处于生湿气和干气阶段；包裹体显示研究区呈2期油气充注特征，第1期为早白垩世末—晚白垩世末早期，第2期为晚白垩世末—古近纪早期^[24]，这一成藏特征是否与构造发育相匹配，已证明膏盐岩层以下地层于燕山期形成的构造受晚期构造活动的影响较小，喜山期构造活动导致上盐层发生局部流动增厚，真实的构造恢复中需要恢复其增厚量。采用基于盐层流动增厚量回填的厚度图法恢复了研究区上盐层沉积前（燕山期古构造形成关键期）、早白垩世末生烃高峰期的古构造。为了更好的恢复膏盐岩层以下早期构造形态，首先对受上盐层流动影响发育的断层滑脱褶皱进行了详细追踪，结果表明此类褶皱仅在A1井、A4井、A3井之间发育，平面面积约27 km²（参见图 4c）。从地震剖面上来看（参见图 2），在A3井西侧，上盐层厚度增大最为明显，这一地质体现今宽为5.7 km，厚为950 m。钻井揭示A1井、A2井上盐层形变较弱，厚度约为550 m，认为上盐层在该区域增厚400 m。因此，对于A4井区上盐层沉积前的古构造，需在现今地层厚度基础上增加400 m的回填厚度。对于弱变形区或未变形区近似认为盐层的厚度不变，基于此，逐步恢复了早白垩世末、上盐层沉积前的古构造。

阿姆河右岸钦莫利阶—提塘阶膏盐岩层埋深一般都大于2 000 m，盐上、盐下发育的断裂绝大多数均未断穿膏盐岩层，为盐下大型气田的形成提供了非常优越的盖层条件。除此之外，膏盐岩层在构造挤压和重力滑脱双重作用下发生的一系列形变是恢复关键成藏期古构造的重要环节，在进一步厘清油气富集成藏关键要素的过程中尤为重要。通过基于膏盐岩形变恢复的现今构造（图 6a）及2期古构造（图 6b，6c）与研究区6口气井所在构造位置对比发现，高产气井除位于现今构造高部位外，在上盐层沉积前及生烃高峰期也位于构造高部位，低产气井在这2期古构造发育期位于构造圈闭翼部或圈闭外。因此，从构造角度分析认为，燕山构造运动使先后形成的这2期古构造是烃源岩生排烃时期油气运移聚集的有利指向。基于此，建立了阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系碳酸盐岩“天然气持续充注、多期动态成藏”动态演化模式（图 7），各地质历史时期油气生成、运聚过程如下。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系碳酸盐岩关键成藏期古构造恢复图 （a）碳酸盐岩顶面现今构造图；（b）早白垩世末生烃高峰期古构造图；（c）上盐层沉积前古构造图。 Fig. 6 Restoration map of Paleo-structures during the key reservoir formation period of Jurassic carbonate rocks in the Agayry region, eastern right bank of Amu Darya River

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系碳酸盐岩动态成藏模式图 Fig. 7 Petroleum accumulation model of Jurassic carbonate rocks in the Agayry region, eastern right bank of Amu Darya River

（1）晚侏罗世中上盐层沉积前，研究区受燕山期构造挤压，形成早期古构造（图 7a），但盆地内中—下侏罗统煤系烃源岩整体埋藏较小，尚未达到生烃门限。

（2）晚侏罗世末—早白垩世初，阿姆河右岸东部坳陷烃源岩最先进入生烃门限，开始生成天然气及少量液态烃，并于燕山期形成的早期古构造中充注聚集（图 7b）。

（3）早白垩世末，随着埋深的进一步增大，烃源岩成熟度随之增加，阿姆河右岸东部地区整体进入生排烃高峰期，油气开始大量生成并持续向先存古构造中充注形成较大规模油气藏（图 7c）。

（4）古近纪，受喜山期构造运动挤压隆升，阿姆河右岸东部地区整体抬升改造发育裂缝，受上覆厚盐层的影响，燕山期古构造中聚集的油气发生局部小规模调整，盐上盐下现今构造形态最终定型（图 7d），这一时期东部地区烃源岩进入干气阶段，天然气大量生成并排出，同时，早期生成的液态烃发生裂解，多成因天然气向古今继承性构造及新形成构造圈闭中充注，形成大型天然气藏。

研究区侏罗系碳酸盐岩中天然气组分以甲烷为主，体积分数为91.49%~93.64%，干燥系数96.35%~97.79%（表 1），为典型的干气，钻井测试过程中4口井均见到凝析油藏。碳酸盐岩储层镜下照片中可清晰见到溶蚀孔隙内部或边缘存在一定量的残余沥青（图 8），进一步为燕山期形成的古构造中发生过油气充注提供了有力证据。结合生排烃史、构造发育史、气井产量、储层沥青等综合对比分析，结果表明古、今构造共同发育部位气井产量均大于50×10⁴ m³/d，古、今构造继承性发育区为天然气富集的最有利区。

表 1(Table 1)

表 1 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系天然气井取样流体分析表 Table 1 Fluid analysis for natural gas well sampling of the Jurassic carbonate rocks in the Agayry region, eastern right bank of Amu Darya River 井号 w（井流物组成）/% 干燥系数C1/∑C1-5 N2 CO2 H2S C1 C2 C3 iC4 nC4 C5+ A1 0.39 3.68 0.04 93.64 1.56 0.26 0.06 0.07 0.30 0.98 A2 0.29 5.22 0.86 91.49 1.44 0.28 0.05 0.06 0.27 0.98 A3 0.59 3.60 0.18 92.80 1.88 0.44 0.05 0.06 0.39 0.97 A4 0.47 3.71 0.21 92.95 1.88 0.30 0.07 0.09 0.29 0.97

下载CSV 表 1 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系天然气井取样流体分析表 Table 1 Fluid analysis for natural gas well sampling of the Jurassic carbonate rocks in the Agayry region, eastern right bank of Amu Darya River

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系碳酸盐岩储层镜下特征 （a）微亮晶球粒凝块石灰岩，粒内溶孔充填方解石和沥青，A1井，3622.60 m，铸体薄片；（b）微晶灰岩，压溶缝充填少量沥青，A1井，3583.20 m，铸体薄片；（c）含藻砂屑微晶灰岩，粒间溶孔内残余沥青，A2井，3326.70 m，铸体薄片；（d）方解石部分充填，粒间溶孔富含有机质砂屑，A3井，3105.26 m，铸体薄片。 Fig. 8 Characteristics of the Jurassic carbonate rocks in the Agayry region, eastern right bank of Amu D arya River

（1）阿姆河右岸东部阿盖雷地区侏罗系不同盐层、膏层发育多种形态、不同规模差异化构造变形样式，上盐层内部发育强构造挤压作用下形成的大型盐枕，下盐层内则以一系列透镜状、丘状、U型谷状小型盐枕构造为主，为盐构造早期弱变形阶段的产物。

（2）“2期主要构造运动、先存地貌/构造、多层差异化变形塑性地层、纵横向复合变形动力”是形成阿姆河右岸多层叠覆型复杂构造变形模式的关键，区域特征性盐枕构造的成因解析表明盐枕构造之下也可作为寻找礁/丘滩体的有利部位。

（3）膏盐岩层形变对碳酸盐岩构造形成、演化具有重要的控制作用，针对特殊地质体进行局部恢复的古构造更加合理。研究区具有“天然气持续充注、多期动态成藏”动态演化模式，早白垩世生烃高峰期油气优先聚集于燕山期构造运动以来形成的古构造中，喜山期形成的现今构造聚集晚期油气，二者继承性发育区是天然气高产富集的最有利区。