三道桥气田是2010 年中石化西北油田分公司在新疆塔里木盆地库车县境内发现的一个潜山凝析气藏，部署在该潜山上的桥古1 井酸压改造后6mm油嘴日产气39175 m³，日产油10.39 m³，显示了良好潜力。该潜山位于沙雅隆起北部的二级构造单元雅克拉断凸西段，北邻库车坳陷，南为哈拉哈塘凹陷，是南部海相、北部陆相油气运移的有利指向区^{[1, 2]}，周围已发现雅克拉、东河塘、牙哈、英买32等油气田（藏）（图1-a、b）。

图1(Fig.1)

图1 塔里木盆地三道桥气田构造位置图 Fig.1 Location of the SDQ condensate gas reservoir in the Tarim Basin

雅克拉断凸具有基底隆起的特征，最初形成时期可以追溯到塔里木运动，相当于华南的晋宁运动^[3]，之后历经加里东、海西、印支等多期构造运动的改造，前中生界被剥蚀严重。三维地震资料解释表明，研究区前中生界潜山现今的构造面貌是一个北东向展布的古隆起，高部位为前震旦系基岩，西北部沙84 井区钻井揭示了一套深灰色含泥质泥晶灰岩，可能发育震旦系—寒武系，东南部的东河塘地区发育震旦系—石炭系。而三道桥潜山位于震旦系尖灭线以外的前震旦系分布区，是一个受逆冲断层控制的断块，断层下降盘在地震剖面上总体表现为一组时间厚度300~400 ms、中低频、连续性较好、南倾的地震反射波，上、下夹于前震旦系基底的空白反射波之间（图1-c）。该波组向东南延伸至雅克拉气田工区，分布稳定。长期以来，对该潜山地震波组的地质属性、时代归属认识不清，制约了油气勘探与开发。研究表明，塔里木盆地基底具有多期拼合的特点，在塔里木盆地东北缘沉积了巨厚前震旦系^[4]，而在盆地内部未曾有过相关报道，沙雅隆起北部是否保留有前震旦系，对于沙雅隆起北部前震旦基底组成研究具有重要意义。因此，本文开展该潜山地层特征对比和时代归属研究，以期对生产科研提供支撑。

三道桥潜山是一个被前中生界侵蚀面（T50波）削截，南倾的单面山，内幕存在3 个较为明显的波组抗界面，从上至下依次为Td^-1、Td^-2 及Td^-3（图2）。桥古102（Qg102）、桥古1（Qg1）、桥古101（Qg101）、桥古1-2（Qg1-2）及牙哈20（YH20）井5 口钻井不同程度地钻揭潜山内幕，深度均在5500~6500 m。通过井-震标定，各波组的地质属性特征及测井电性特征如图2~3。

图2(Fig.2)

图2 三道桥潜山过桥古102—桥古1—桥古1-2—YH20井地震时间剖面 Fig.2 Seismic time section across Qg102, Qg1,Qg1-2 and YH20 wells in the SDQ buried hill within the northern Tarim Basin

图3(Fig.3)

图3 三道桥潜山钻井地层对比及采样点位置 Fig.3 Stratigraphic correlation of wells around the SDQ buried hill in the northern Tarim Basin and the zircon U-P age sampling sites

Td^-1 反射波：桥古102、桥古1 及桥古101 井钻揭，是上变质碎屑岩段与下伏碳酸盐岩段界面的地震响应，向北高部位被前中生界侵蚀面（T₅⁰ 波）削截，上变质碎屑岩段频率较低、振幅较强，下伏碳酸盐段为弱振幅的空白反射特征（图2）。上变质碎屑岩段桥古102 井厚度为112 m，向桥古1、桥古101 方向厚度减薄，桥古1-2 及牙哈20 井被剥蚀缺失。变质碎屑岩自然伽马曲线上表现为锯齿状中高值（90~200 API）、电阻率中高值特征（200 Ω· m）。碳酸盐岩为自然伽马低值带尖刺状高值（5~150 API）、锯齿状中高电阻率特征（20~20000 Ω·m）（图3）。

Td-2反射波：桥古102、桥古1-2 井揭示，但均未钻穿下伏地层，是厚层碳酸盐岩段与下伏变质泥岩亚段界面的地震响应，是高速到低速的反射界面，形成了“一谷两峰”的标志波^[5]，反射波组振幅强、频率低、波形稳定、连续性好，同样向北高部位被前中生界侵蚀面（T₅⁰波）削截。桥古102 井揭示碳酸盐段厚度较大，约400 m，桥古1-2 井被剥蚀减薄至40m，牙哈20 井缺失。浅变质粉砂岩测井曲线上表现为箱型高自然伽马特征(250 API)，电阻率中高值（200~20000 Ω·m）（图3）。

Td-3反射波：牙哈20 井钻揭，是浅变质石英砂岩夹砾岩亚段与二长花岗岩界面的地震响应，反射波组振幅、频率中等，波形较稳定，连续性较好，二长花岗岩为杂乱弱反射，浅变质碎屑岩为弱反射特征，成层性相对较好。浅变质石英砂岩夹砾岩测井曲线上表现为自然伽马锯齿状中高值（100~200API），中高电阻率值。其下伏的二长花岗岩的测井曲线上表现为相对低伽马（110~150 API），高电阻率（100~1000 Ω· m），局部夹高伽马齿状薄层（>300API）。

综上所述，三道桥潜山是在二长花岗岩基底之上沉积的一套厚度为700~800 m的浅变质沉积岩，从古到新依次发育下变质碎屑岩段、碳酸盐岩段及上变质碎屑岩段，地层岩性段之间的井-震界线清楚。其中下变质碎屑岩段可进一步划分出变质石英砂岩夹砾岩段、砂砾岩段及变质泥岩段3 个亚段，厚层碳酸盐岩段根据石英砂岩夹层含量、碳酸钙、碳酸镁含量的变化分为白云岩、灰质白云岩与砂岩互层、白云岩与砂岩互层段3个亚段（图3）。

钻井取心井段所揭示的地层岩石学及岩相学特征如下：

（1）下变质碎屑岩段

该段厚度为200~300 m，与下伏二长花岗岩呈不整合接触，牙哈20 井底部砂砾岩可能具有不整合面“底砾岩”特征^[6]。由石英砂岩夹砾岩段、砂质砾岩段及变质泥岩段3 个亚段组成，岩石类型主要有浅灰色砂砾岩（图4-a）、变质石英砂岩(图4-a)、变质粉砂岩及灰黑色变质泥岩(图4-b、图5-a)。代表了早期滨海相—浅海陆棚相的沉积特征^[7]。

图4(Fig.4)

图4 三道桥潜山的部分钻井取心段岩心照片 a—砂砾岩（牙哈20井，6050 m）；b—变质泥岩（桥古1-2井，5986.5 m）；c—云质不等粒石英砂岩，裂缝发育（桥古102井，6202.05 m）；d—硅质岩（桥古 1-2井，5981m）；e—深灰色泥晶白云岩，裂缝充填方解石（桥古102井，5828 m）；f—灰色泥晶白云岩，夹深灰色硅质条带（桥古1井，5842 m）；g—深灰 色含石膏泥晶白云岩（桥古101井，5760 m）；h—棕红色泥晶白云岩（桥古101井，5761 m）；i—变质粉砂质泥岩（桥古101井，5702 m） Fig.4 Lithological assemblages of well cores from some wells in the SDQ area of northwestern Tarim Basin a-Basal conglomerate（well YH20，6050 m）；b-Metapelite shale（well Qg1-2，5986.5 m）；c-Dolomitic seriate quartz sandstone，fracturedeveloped（ well Qg102, 6202.05 m）；d-Silicalite（well Qg1-2, 5981 m）；e-Gray micritic dolomite，crack filled with calcite（well Qg102，5828 m）； f-Gray micritic dolomite，Dark gray siliceous bands（well Qg1，5842 m）；g-Dark gray micritic dolomite，containing gypsum（well Qg101，5760 m）； h-Redish brown micritic dolomite（well Qg101, 5761 m）；i-Metamorphic silty mudstone（well Qg101, 5702 m）

图5(Fig.5)

图5 三道桥潜山部分钻井取芯段的岩石薄片照片 a—变质泥岩（桥古1-2 井，5986.50 m）；b—变质石英砂岩，石英波状消光（桥古102 井，6202.05 m）；c—变质中-粗粒石英砂岩（桥古102 井， 6112.9 m）；d—变质粉砂质泥岩（桥古101 井，5702 m） Fig.5 Microphotographs of thin sections from some wells in the SDQ area of northwestern Tarim Basin a-Metapelite（well Qg1-2，5986.50 m）; b-Metamorphic quartz sandstone，wavy extinction of quartz（well Qg 102，6202.05 m）; c-Metamorphic coarse grained quartz sandstone（well Qg 102，6112.9 m）; d-Metamorphic silty mudstone（well Qg 101, 5702 m）

（2）碳酸盐岩段

该段厚约400 m，与下伏变质泥岩段在测井曲线上呈突变接触，表明海水快速退去的地质过程。从钻井取心段的岩石学特征、测井曲线电性特征来看，由上到下大致可分为白云岩段、灰质白云岩与砂岩互层段、白云岩与砂岩互层段3 个岩性段（图3）。其中白云岩段与砂岩互层段的岩石类型主要有石英岩、变质石英砂岩、砂质粉晶白云岩、云质中-粗粒石英砂岩等，局部可见10~20 cm厚度不等的硅质岩（图4-d），可能为台地边缘的混积陆棚沉积^[8]。白云岩与砂岩互层段之上大概有50 m厚的白云质灰岩与砂岩互层。该段在碳酸盐岩含量曲线上，碳酸钙的含量明显高于碳酸镁钙含量（图3）。白云岩段岩石类型主要为灰色-深灰色泥-粉晶白云岩、泥晶白云岩，钻井岩心中常见方解石、石膏、石英等矿物（图4-e~g），反映了浅水的碳酸盐岩台地沉积^{[9, 10]}。白云岩段是三道桥气田的主要油气产层。从地层垂向序列来看，碳酸盐岩段从混合沉积到碳酸盐岩台地沉积，代表了水体逐渐变深的过程。该段桥古102 井2 个用于锆石分析样品的岩石学特征如下。

变质石英砂岩：桥古102 井揭示，取样深度6202.05 m，岩石呈浅灰色，致密坚硬。薄片中石英含量高达85%，胶结物以白云石为主，含量约15%。石英颗粒磨圆好，分选差，粒度在0.1~0.5 mm。石英具有波状消光，次生加大等现象（图5-b）。

变质中-粗粒石英砂岩：桥古102 井揭示，取样深度6112.9 m，岩石呈浅灰色，致密坚硬（图4-c）。薄片中岩石具有变余砂状结构，石英含量高达85%，但颗粒之间不接触，胶结物以白云石为主，含量在10%左右。石英磨圆度较好，分选较差，粒度在0.1~0.5 mm（图5-c）。

（3）上变质碎屑岩段

上浅变质碎屑岩钻井揭示最大厚度112 m，与下伏碳酸盐岩段在测井曲线上呈突变接触，代表水体突然变深的退积过程。岩性主要为变质泥岩、变质粉砂质泥岩和碳酸盐岩组成，其中碳酸盐岩可能为白云质灰岩，桥古102 井碳酸盐岩含量曲线中，碳酸钙含量较高（图3）。该段桥古101 井1 个用于锆石分析样品的岩石学特征如下。

变质粉砂质泥岩：桥古101 井钻揭，采样深度5702.22 m，薄片中岩石具有变余泥质结构，岩石主要由石英（35%）、白云石（55%）及少量方解石组成，次要矿物有绿泥石。可见裂缝中充填暗色泥质，宽度0.05~0.1 mm，石英颗粒局部具有定向排列（图5-d）。

综合以上分析，三道桥潜山地层主要是一套滨海-浅海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积，可识别出2 次海进沉积旋回。部分钻井取芯段泥岩中见到矽线石、砂岩中石英普遍见到波状消光、石英颗粒定向排列，说明碎屑岩遭受一定的热变质作用改造^[11]。碳酸盐岩变质程度不均一，底部互层砂岩中可见到明显变质矿物、砂岩中石英波状消光的变质现象，中上段大套碳酸盐岩段变质程度较低。

为了厘定三道桥潜山的时代，先后选取了变质泥岩（样品Qg101，5702 m）、中-粗粒石英砂岩（样品Qg102-1，6112.9 m）和石英砂岩（样品Qg102-2，6202 m）3 个浅变质碎屑岩样品分别进行LA-ICPMS和SHRIMP 测年，样品位置见图3。桥古101 井1 个样品分析在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室（GPMR）完成LA-ICP-MS锆石测年。锆石U-Pb 定年所用激光剥蚀系统为Geolas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a，采用国际标准锆石91500 做外标进行同位素质量分馏校正。普通铅校正采用的方法，U-Pb 年龄谐和图绘制和年龄权重均采用Isoplot 程序^[12]。桥古102 井2 个样品锆石SHIMNP U-Pb 测年在地科院北京离子探针中心完成，阴极发光（CL）照片在北京大学造山带地壳演化重点实验室和环境扫描电子显微镜实验室完成。样品分析流程见^[13],年龄谐和图绘制和年龄权重也均采用Isoplot程序。

锆石的原位定年和微量元素分析结果见表1 和表2。

表1(Table 1)

表1 桥古101 井碎屑锆石U-Pb同位素分析数据Table 1 U-Pb data for zircons from the QG101 well of the SDQ area in northern Tarim Basin

表1 桥古101 井碎屑锆石U-Pb同位素分析数据 Table 1 U-Pb data for zircons from the QG101 well of the SDQ area in northern Tarim Basin

表2(Table 2)

表2 桥古102 井碎屑岩锆石SHRIMP U-Pb 同位素数据Table 2 SHRIMP zircon U-Pb isotopic data for the pre-Sinian clastic rock of qg102 well in the SDQ area of northern Tarim Basin

表2 桥古102 井碎屑岩锆石SHRIMP U-Pb 同位素数据 Table 2 SHRIMP zircon U-Pb isotopic data for the pre-Sinian clastic rock of qg102 well in the SDQ area of northern Tarim Basin

变质粉砂质泥岩（样品Qg101，5702 m）：该样品中的锆石呈柱状或浑圆状，大小不一，CL图像显示部分锆石发育岩浆生长环带，有些锆石呈暗灰色，内部无清晰结构（图6）。16 个锆石测年样品U 和Th 含量分别为70.5×10^-6~442×10^-6，17.1×10^-6~405×10^-6，相应的Th/U比值为0.11~1.29，平均为0.71。获得的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄值介于2751~1522 Ma，除一个分析点在2200 Ma附近的谐和线以下外，其余分析点集中在谐和线上或在谐和线附近，这些数据分布在一条很好的不一致线，偏离谐和线的数据可能由于不同程度的铅丢失所致（图7-a）。

图6(Fig.6)

图6 桥古101和桥古102 井锆石阴极发光电子图像及测试位置 Fig.6 Cathodoluminescence (CL) images of some zircons from qg101 and qg102 wells and their analyzed positions

图7(Fig.7)

图7 三道桥潜山碎屑岩锆石年龄U-Pb谐和图及频率分布图 Fig.7 Histogram of zircon U-Pb ages of the metamorphic clastic rocks from the SDQ area In northern Tarim Basin

浅变质中- 粗粒石英砂岩（样品Qg102- 1，6112.9 m）：样品的锆石粒度多数在60~100 μm，几乎所有锆石都有较好的磨圆度，次圆状，少数呈圆状，表明经过了一定距离的搬运。有的锆石发育振荡环带，有的存在核以及明显的变质边（图6）。21个锆石样品U和Th 含量分别为53×10^-6~606×10^-6，34×10^-6~442×10^-6，Th/U 比值为0.14~1.57，平均为0.76。获得的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄值介于2873~1663 Ma，除个别分析点在偏离谐和线以下外，其余分析点集中在谐和线上或在谐和线附近（图7-b）。

变质石英砂岩（样品Qg102-2，6202.5 m）：22 个锆石样品U和Th含量分别为53×10^-6~834×10^-6，26×10^-6~286 × 10^-6，Th/U 比值为0.15~1.46，平均为1.04。获得的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄值介于2935~1914 Ma，除个别分析点在偏离谐和线以下外，其余分析点集中在谐和线上或在谐和线附近，偏离谐和线的数据可能由于不同程度的铅丢失所致（图7-c）。

上述结果表明，碎屑锆石的年龄分布从太古宙一直持续到中元古代早期，3 个碎屑锆石获得最小年龄值分别为1914 Ma、1663 Ma 及1522 Ma，年龄依次变小与地层由老变新顺序相一致，未发生地层反转。最年轻的碎屑锆石为1522 Ma，表明其沉积时间不早于1522 Ma（图6）。在碎屑锆石年龄统计直方图中，主要出现了2.8~2.3 Ga和2.0~1.8 Ga 2 个年龄峰值，这与前人研究库鲁克塔格及阿尔金等地区所报道的太古宙及古元古代花岗岩或变质岩的U-Pb 年龄相吻合^{[14, 15, 16, 17]}。库鲁克塔格及阿尔金等地区太古代TTG 质岩石的锆石年龄时间主要集中在2.8~2.3 Ga; 古元古代2.0~1.8 Ga锆石年龄可能记录在塔里木发生了一期重要的构造变质事件，可能与哥伦比亚大陆形成有关。这些年龄可能反映的是碎屑岩母岩的成岩年龄或变质年龄，历经过与上述地区相似的构造热事件。

结合以上钻井分析，三道桥气田潜山的下伏地层为巨厚的花岗岩体，前人报道的花岗岩U-Pb 年龄在1.8 Ga左右，代表了花岗岩的变质年龄，花岗岩的结晶年龄可能在2.0 Ga 以上，是沙雅隆起北部古老的陆壳^[18]。而潜山下降盘的上覆地层，从地震反射来看有2 种可能，一种可能是基底花岗岩体（图8-A），另一种可能是前震旦系阿克苏群（图8-B）。

图8(Fig.8)

图8 塔里木盆地北部三道桥地区前中生界潜山地质结构示意图 Fig.8 Schematic diagram of geological structure of the Pre-Mesozoic buried hill in northern Tarim Basin

假如潜山下降盘的上覆地层是花岗岩，说明是受逆冲断层活动导致了地层震旦系重复，而桥古1井区的地层特征与邻区钻井和塔里木盆地北缘露头的震旦系差异较大，地层重复的解释不合理。三道桥地区以西的星火1 井、以东雅克拉气田的沙4井均揭示了震旦系。其中星火1 井揭示震旦系较全，厚度为256 m，可划分出震旦系奇格布拉克（Z₂q）和苏盖特布拉克组（Z₂s）2 个组，厚度分别为240 m和16 m。奇格布拉克组主要由藻云岩及粉晶云岩组成，富含叠层石、核形石、葡萄石等局限台地的藻类岩石。苏盖特布拉克组岩性以褐色泥岩为主，底部为灰色变质含泥质细粒长石石英砂岩、灰白色含硅质粗粒石英砂岩。钻井揭示的震旦系与阿克苏地区出露的肖尔布拉克震旦系剖面的岩性组合、古生物特征是可对比的^{[19, 20]}。而在桥古1 井区笔者曾选送过多个样品进行古生物分析，但均未检测出。在岩石薄片观察中也发现生物遗迹。此外，前人对早震旦世巧恩布拉克组的钙质砂岩段的锆石U-Pb 年龄为(774±18) Ma。这说明桥古1 井所揭示的这套地层不是震旦系。

因此潜山下降盘的上覆地层很可能为阿克苏群。在雅克拉断凸中东段牙哈5 井、牙哈2 井及沙3井等多口钻遇，钻井揭示岩性主要为片岩、千枚岩。与塔里木盆地北缘阿克苏地区出露的阿克苏群变质岩上部的岩性较为接近^[21]。目前多数学者认为阿克苏群原岩形成时代可能为中元古代末期—新元古代早期^[22]，据此推测，三道桥潜山沉积时代应该在阿克苏群之前。

塔里木盆地北缘库鲁克塔格地区前震旦系广泛发育，剖面完整，从老至新出露有：太古宇达格拉格布拉克群杂岩、下元古界兴地塔格群、中元古界波瓦姆群（库尔勒地区杨吉布拉克群）、爱尔塔干群，及新元古界帕尔岗塔格群，其岩性特征见表3。

达格拉克布拉克群是区内最古老的岩层，主要由斜长角闪岩和灰色片麻岩（TTG）所组成。不整合在托格杂岩之上的古元古代兴地塔格群主要由3 套岩石组成，下部和上部为高级变质的碎屑岩，中部为橄榄大理岩，变质程度主要为角闪岩相。杨吉布拉克群、爱尔基干群和帕尔岗塔格群均为碎屑岩夹碳酸盐岩组合，绿片岩相变质^[24]。这3 个群与蓟县剖面中的长城群、蓟县群及青白口群相当（表3）。

杨吉布拉克群主要为中浅变质的浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩、含铁石英岩，厚度在329~2550 m以上，爱尔基干群主要为浅海相碳酸盐岩沉积，厚度达917~2665 m，帕尔岗塔格群上部为浅海相碳酸盐岩沉积，下部为碎屑岩沉积，总厚750~1600 m。从地层厚度、岩性组合特征来看，三道桥潜山与新元古代的帕尔岗塔格群具有一定的可对比性，均为浅海相碎屑岩-碳酸盐岩组合。虽然无法确定三道桥潜山地层是否为青白口系，或者是塔东北海相沉积向盆地内的延伸，但至少能说明在沙雅隆起北部中新元古代发育浅海相沉积。

（1）三道桥潜山地层厚度在700~800 m，垂向上从古到新依次发育下变质碎屑岩段、碳酸盐岩段及上变质碎屑岩段，下变质碎屑岩段可进一步划分出变质石英砂岩夹砾岩段、砂砾岩段及变质泥岩段3个亚段，厚层碳酸盐岩段可细分为白云岩、灰质白云岩与砂岩互层、白云岩与砂岩互层段3个亚段。

（2）岩石学研究表明三道桥潜山地层主要是一套滨海-浅海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积，可识别出2次海进沉积旋回，这套地层后期经历了高温热接触区域变质，岩性变质程度不均一，以高温热变质为主的碎屑岩和变质程度较低的碳酸盐岩组成。

（3）结合区域地质资料、潜山地震剖面结构特征及本次钻井岩心样品的锆石U-Pb 年代学结果，三道桥潜山地层是沉积在古元古代花岗岩的结晶之上，阿克苏群之前的一套地层，说明沙雅隆起北部保留了元古宙的海相沉积。

（4）三道桥潜山地层与塔东北库鲁克塔格地区中、新元古代杨吉布拉克群和新元古代的具有一定的可对比性，可能为中新元古代潜山，说明塔里木盆地北部存在元古代浅海相沉积，该潜山是迄今为止塔里木盆地内获得工业油气的最古老的潜山。

致谢：本文研究过程中得到了中石化勘探开发研究院副院长翟晓先，西北油田分公司陈惠超、云露等领导和专家的指导和鼓励；审稿专家和编辑部李亚萍老师提出了宝贵修改意见，在此表示衷心感谢！