塔里木盆地肖爾布拉克剖面奇格布拉克組層序界面與沉積相研究

錢一雄，杜永明，陳代釗，尤東華，張軍濤，陳 躍，劉忠寶

(1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214126;2.中國石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心，烏魯木齊 830011;3.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029;4.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

塔里木盆地西北緣的阿克蘇—烏什地區(qū)是震旦系3個(gè)出露較好的地區(qū)之一，另2個(gè)是昆侖山前的鐵克里克與塔東北的庫魯克塔格。上震旦統(tǒng)奇格布拉克組(Z2s)是張?zhí)珮s(1973)所厘定[1］，包括原蘇蓋特布拉克組上部和肖爾布拉克組下部;高振家等[2］重新厘定了其涵義，僅包括了肖爾布拉克組下部的白云巖，厚度141～195 m，為一套濱?！獪\海相的沉積，并建立和完善了震旦系的地層層序和對比關(guān)系。隨后提出了盆內(nèi)震旦系的塔西南淺?！紊詈?、塔東海洋冰川—淺海、塔西濱淺海和阿滿海岸沉積的認(rèn)識(shí)[3－4］，并進(jìn)行了塔里木周緣新元古代的冰期及與全球?qū)Ρ萚5－7］、新元古代碳、氧同位素組成及其對地層對比和全球環(huán)境指示意義[8］、頂部不整合特征[9］、底部平行不整合[10］以及隱藻白云巖形成于藍(lán)細(xì)菌為主的微生物調(diào)制作用等方面的研究[11］。

鑒于前期對奇格布拉克組內(nèi)部的層序界面、沉積層序、沉積相及沉積環(huán)境的研究相對薄弱，開展了阿克蘇肖爾布拉克剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組的實(shí)測工作(圖1)，實(shí)測野外分層自第70層至108層，共計(jì)38層，剖面累計(jì)厚度為185 m，出露連續(xù)性好。

1 主要層序界面

前人對臺(tái)地類型、不整合面類型及層序作了大量研究[12－16］。Catuneanu 等[12］根據(jù)層序界面劃分定義:Ⅲ級是出現(xiàn)于盆地邊緣、沉積高地(礁灘、臺(tái)地)的喀斯特、暴露面(巖溶角礫、古土壤)、溶蝕面(孔洞縫)、白云巖化、水下間斷不整合等，時(shí)限為0.1～1 Ma;而Ⅳ、Ⅴ級是由于四—五級周期海平面緩慢低幅下降及沉積物供給速率變化形成水下間斷不整合或相當(dāng)?shù)倪B續(xù)面，時(shí)限小于0.1 Ma，主要是巖相、生物及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面。界面的成因類型又分為造山侵蝕、隆升侵蝕、陸上暴露、海侵上超和水下間斷等5種不整合面。按照層序界面劃分的原理，將奇格布拉克組劃分出頂部Ⅱ級、底部Ⅲ級、內(nèi)部3個(gè)Ⅳ－Ⅴ級層序界面。

1.1 頂部的海侵上超層序不整合界面

震旦紀(jì)末期，塔里木板塊抬升遭受剝蝕，震旦系—寒武系之間形成區(qū)域不整合面。上震旦統(tǒng)奇格布拉克組頂部白云巖受構(gòu)造不整合面影響，遭受大氣淡水溶蝕作用，不整合面凸凹不平，局部可見到典型的皮殼狀、葡萄狀粉細(xì)晶云巖、巖溶角礫巖。部分地區(qū)可見下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組伴隨著快速海侵、沉積含磷的黑色巖系。高振家等[2］通過對小殼化石研究認(rèn)為，可與梅樹村階對比，但下部缺失梅樹村剖面最低位的化石Anabarites Primitivus，故玉爾吐斯組與奇格布拉克組存在沉積間斷，缺失梅樹村階下部層位。因此，推斷為Ⅱ級層序界面。

1.2 底部的平行不整合面

從蘇蓋特布拉克組頂部(69層)發(fā)育的浪成沙紋鈣質(zhì)粉砂巖[13］和奇格布拉克組(70層)薄層泥質(zhì)云巖，為一個(gè)相當(dāng)于Ⅲ級層序界面和巖相轉(zhuǎn)換面。

圖1 塔里木盆地阿克蘇肖爾布拉克剖面位置Fig.1 Location of Xianerbulak profile in Aksu，Tarim Basin

1.3 上震旦統(tǒng)碳酸鹽巖內(nèi)部層序界面

1.3.1 加深間斷面或短期淹沒面

薄層泥質(zhì)云巖中“帳蓬構(gòu)造”(70層)、中薄層微波狀泥質(zhì)云巖(71層)，位于有暴露間斷面特征的潮上帶—潮間坪上部，向灰色微波狀、丘狀疊層巖過渡(72層)(潮間坪下部)，為一個(gè)海平面上升過程，暴露間斷后出現(xiàn)迅速加深現(xiàn)象。類似的還有第76～77 層(圖版 a)、第 79、86、93、96 層等。其中，第86層最為明顯，由淺灰色中薄層波狀—層狀疊層巖(潮間帶)向上至87層為淺灰色塊狀、大型丘狀、波狀和中厚層夾薄層疊層石(潮下微生物席)。與一般加深間斷面之上常產(chǎn)生的“淹沒不整合”層序不同的是，它不產(chǎn)生典型的具有深水薄層鈣質(zhì)泥巖、頁巖或硅質(zhì)巖構(gòu)成的凝縮層的“HST+CS”的碎屑巖，總體特征是向上變深、變厚的潮上帶—潮間下部的沉積層序，介于環(huán)潮型與潮下型的米級旋回層序(圖2)。

1.3.2 向上變淺的暴露界面

圖2 塔里木盆地阿克蘇肖爾布拉克剖面奇格布拉克組層序劃分與疊置關(guān)系Fig.2 Sequence division and superposition of Qigebulak Formation along Xianerbulak profile in Aksu，Tarim Basin

該界面較為發(fā)育，如第74 ～76、78 ～79、81 ～82、89～90、92、97、100、102 等層內(nèi)部?？杉?xì)分為 2 類:一是從潮間(及下部)至潮間上部或潮上帶。較為典型的是第74～75層水平至塊狀的中厚層粉晶云巖、層狀疊層巖與深灰色水平、波狀中薄層粉晶云巖(層狀微生物巖?)互層的潮下—潮間下部過渡至疊層石(丘狀微生物席)(76層)，經(jīng)表生大氣水暴露巖溶作用，發(fā)育了溶蝕溝;78～79層由中薄層塊狀的疊層石(層狀微生物?)—粉晶云巖，頂部為高能礫屑灘，至81～82層頂部的淺灰白色中薄層塊狀—角礫狀—層狀粉晶疊層石，類似于“泥裂”構(gòu)造(圖版b)，其總體特征是向上變淺、變細(xì)、變薄的環(huán)潮型。二是從潮下或潮間帶(及下部)至潮間帶或潮上帶。本組中上部以潮間至潮下帶為主的沉積中，往往發(fā)育潮下低能的厚層微生物席和中高能的(丘狀)微生物巖，后者頂部常發(fā)育似層狀的針孔或窗(格)孔，反映出曾發(fā)生過短暫的大氣水暴露作用，向上水體變淺。因此，總體特征具有向上變淺、變粗、變厚的潮下帶—潮間下部淺緩坡的潮下型的米級旋回層序(圖2)。

1.3.3 巖(性)相轉(zhuǎn)換面

無論是加深間斷面、或是向上變淺常具暴露改造界面，其旋回層序界面往往又是巖(性)相轉(zhuǎn)換面。如第78、81層的黃灰色與紫紅色中薄層微波狀的粉晶云巖互層的潮間帶，79層頂部構(gòu)成的“礫屑灘”(圖版c)，82層楔狀—塊狀的疊層石構(gòu)成“微生物席”，均是典型的巖性(相)轉(zhuǎn)換面(圖2)。

2 沉積相、層序旋回與海平面變化

2.1 沉積相

Ginsburg[17］提出，疊層石是一種成層的生物沉積構(gòu)造。在藍(lán)細(xì)菌等微生物的作用下，通過微生物席對外來沉積物進(jìn)行捕捉、黏附以及碳酸鹽的沉淀而形成;按形態(tài)可分為丘狀、柱狀和錐狀等;按成因劃分為骨架疊層石、凝集疊層石、細(xì)粒疊層石以及陸地疊層石等[18－19］。通過微生物鈣化形成的骨架疊層石，主要受異常水體條件、堅(jiān)硬的基底、陸源沉積物的不斷流入和沉積、有利于疊層石形成的快速膠結(jié)作用等影響[20－22］。

微生物席和疊層石是緊密相關(guān)、形成機(jī)理相同的有機(jī)沉積構(gòu)造[17－25］。它受微生物群落的生長和代謝、環(huán)境動(dòng)力條件及沉積作用的共同作用。微生物席具有復(fù)雜的構(gòu)造，存在于疊層石和大型水下微生物碳酸鹽巖的表面，硫還原細(xì)菌對促進(jìn)碳酸鹽的沉淀發(fā)揮了重要作用，其次是沉積物的捕捉和黏附、微生物自身的鈣化[14］。

奇格布拉克組中段和上段均有疊層石發(fā)育，以紋層狀組構(gòu)為主，凝塊狀組構(gòu)和隱微生物巖次之;為側(cè)向斷續(xù)的水平、波狀、半橢球和半球形的由藍(lán)細(xì)菌組成的微生物席，指示其沉積從潮下帶低水動(dòng)力—能量相對較高的臺(tái)地相的潮間至潮上帶的淺水環(huán)境。

2.2 旋回層序

碳酸鹽巖米級旋回層序可分為:L(灰?guī)r)－M(泥灰?guī)r或鈣質(zhì)泥巖)、潮下型、環(huán)潮坪型和深水非對稱型[26－28］。其中，潮下型分為淺、中、深緩坡型[26］。淺緩坡型是由發(fā)育生物潛穴的泥?；?guī)r及粒泥灰?guī)r構(gòu)成下部侵蝕單元，顆粒灰?guī)r構(gòu)成上部均衡堆積單元;中緩坡型由結(jié)核狀鈣質(zhì)泥巖及粒泥灰?guī)r(下部單元)和生物潛穴粒泥灰?guī)r、泥?；?guī)r、交錯(cuò)層理顆粒泥晶灰?guī)r(上部單元)組成;深緩坡型由結(jié)核狀鈣質(zhì)泥巖及粒泥灰?guī)r(下部單元)和生物潛穴泥?；?guī)r、粒泥灰?guī)r(上部單元)組成?？傮w特征是向上變淺、變粗、變厚，在礁灘相灰?guī)r中，具有暴露標(biāo)志。環(huán)潮坪型[26］總體特征是向上變淺、變細(xì)、變薄，層序間的界面以明顯的暴露間斷面為特征，在中上部表現(xiàn)為白云巖化強(qiáng)烈，發(fā)育小型喀斯特及較薄的鈣質(zhì)風(fēng)化土層，有時(shí)為蒸發(fā)巖及蒸發(fā)溶塌角礫巖。另外，發(fā)育于溫室期的和冰室期的地層旋回明顯不同，前者單層厚度大、累積厚度也大，后者反之[29］。

結(jié)合層序界面劃分與沉積相分析，初步劃分出奇格布拉克組的沉積旋回(圖2)，主要為Ⅳ、Ⅴ級層序，由一系列的米級準(zhǔn)層序的有序疊置構(gòu)成。根據(jù)其潮下與環(huán)潮坪碳酸鹽巖米級旋回特征，將奇格布拉克組劃分為3個(gè)巖性段(圖2)。

2.2.1 下段

自第70～86層，厚約35 m。主要為中厚層的丘狀疊層石(微生物巖)(圖版d)、中薄層波狀疊層石(微生物(云)巖)、楔狀—塊狀的細(xì)粒疊層石(灘)(圖版c)、具水平層理的薄層泥質(zhì)云巖、中薄層粉晶云巖夾薄層云質(zhì)泥巖(圖版a)，主要沉積環(huán)境是潮上至潮間帶的云坪、泥云坪(混合坪)。常見到膏泥及大氣水淋濾帶的暴露特征，如83層紫紅色—淺灰白色的薄層含泥粉晶云巖，發(fā)育了泥裂構(gòu)造(圖版b);69～70層的帳蓬構(gòu)造，76～77層中的深灰色半球—穹丘狀疊層石(微生物巖)的暴露風(fēng)化溶蝕溝(圖版d)，反映出基準(zhǔn)面或海平面振蕩變化。下段又可細(xì)分為4小段:①70～72層下部，潮上至潮間，海平面上升;②72層下部～76層，潮間下部至潮間，向上變淺，海平面下降;③76～78層，潮間至潮上，同②，總體呈變淺趨勢，顯振蕩變化;④78～86層，潮間至潮上，反復(fù)振蕩變化。

2.2.2 中段

自第87～96層下部，厚約55 m。下部為中厚層塊狀(圖版e)、角礫狀(圖版f)、大型丘狀與波狀疊層石(微生物(云)巖)與中薄層波狀—小型丘狀的層狀疊層石(微生物(云)巖?)(圖版g);向上為紋層狀疊層石夾具水平層理的薄層粉晶云巖(圖版h)、薄層含硅質(zhì)團(tuán)塊及條帶—層狀疊層石，潮下至潮間帶下部(可淺至潮間帶上部或潮上)的中低能疊層石(微生物席)、中高能灘和潮下坪云巖;中上部發(fā)育了縫合線構(gòu)造、層狀針孔、與裂隙有關(guān)的孤立的溶蝕洞，發(fā)育楔形交錯(cuò)層理，裂隙中見有干瀝青(圖版i)。中段大致可劃分出3小段:①87～90層，潮間下部至潮下帶，海平面上升;②91～93層中部，潮間下部至潮下帶，頻繁、振蕩變化;③93層中部～96層下部，主要為潮下環(huán)境，相對較為穩(wěn)定。

2.2.3 上段

自97層中上部至108層，厚約95 m。下部(96～99層)為中厚層塊狀、層狀疊層石(微生物巖)(圖版j)、塊狀粉晶云巖夾中薄層、丘狀、波狀疊層石、含硅質(zhì)團(tuán)塊的云巖;以潮下低能的微生物席和中高能的丘狀疊層石為主，厚層丘狀疊層石的頂部均發(fā)育似層狀的針孔或窗孔。中部(99～105層)為塊狀、丘狀疊層石(微生物巖)、粉晶云巖，夾波狀、薄層疊層石;以潮間下部至潮下低能的紋層狀疊層石為主，夾少量丘狀疊層石。上部(105～108層)為中厚層的層狀疊層石，丘狀、雜亂狀、角礫狀的疊層石(微生物巖)，主要為潮間下部至潮下，頂部受海底熱液有關(guān)的硅煙窗噴發(fā)的硅質(zhì)、金屬硫化物等熱液交代強(qiáng)烈，原生層理大多遭受破壞(圖版k，l)，推測為準(zhǔn)同期或稍晚海底火山熱液作用，這與塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖熱液溶蝕的特征不同[30］。

2.3 穩(wěn)定同位素與海平面變化

根據(jù)何秀彬等[8］對奇格布拉克組54件云巖(注:原文誤為灰?guī)r)的碳氧同位素分析，3個(gè)主要巖性段的δ18OPDB和δ13CPDB呈不同的變化趨勢(表1)。其中，下部Ⅰ段(相當(dāng)于層厚86～118.5 m)13件樣品平均δ18OPDB為－2.94‰，平均 δ13CPDB為5.96‰;中段Ⅱ段(相當(dāng)于層厚118.5 ～177.0 m)19 件樣品平均 δ18OPDB為 －2.19‰，平均δ13CPDB為2.29‰;上部Ⅲ段(相當(dāng)于層厚 177.0 ～240.8 m)22 件樣品平均 δ18OPDB為 －2.96‰，平均δ13CPDB為2.97‰。本次補(bǔ)測了7件白云巖樣品，其中，Ⅰ段的 δ18OPDB= －2.7‰ ～ －0.9‰，δ13CPDB=4.9‰ ～7.3‰;Ⅱ段的 δ18OPDB= －3.0‰，δ13CPDB=2.3‰;Ⅲ 段的δ18OPDB= －1.4‰ ～ －0.4‰，δ13CPDB=2.8‰ ～3.3‰(表1)。反映了自下而上，奇格布拉克組中δ13CPDB呈底部較強(qiáng)烈正偏，中上部較為穩(wěn)定，且上部稍弱正偏特征。對應(yīng)于早期水進(jìn)體系至高水位為主的沉積體系，海平面則具有變動(dòng)、穩(wěn)定和下降為主的趨勢。

在塔東北的庫魯克塔格，育肯溝組相當(dāng)于本區(qū)下伏的蘇蓋特布拉克組，是一套灰綠色泥巖或頁巖組成的泥質(zhì)細(xì)粒沉積物;與本區(qū)奇格布拉克組層位相當(dāng)?shù)乃M是以白云質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)頁巖沉積為主，夾兩層厚度不大的火山巖，沉積厚度約275 m，總體代表了高水位體系域晚期階段的濱淺海環(huán)境[5－6］;頂部漢格爾喬克組是淺灰綠色—雜色的冰成雜礫巖。塔西南的上震旦統(tǒng)是由庫爾卡克組的四段石英砂巖及礫巖和含磷結(jié)核的石英砂巖構(gòu)成[3，7］;克孜蘇胡木組為二至三段云巖—粉砂巖、石英砂巖和云巖段構(gòu)成[3，6］，為濱淺海沉積。因此，上震旦統(tǒng)奇格布拉克組、克孜蘇胡木組和水泉組可能均為相對溫暖的濱淺海沉積環(huán)境，早期海平面具不太穩(wěn)定趨于較為穩(wěn)定、緩慢下降的趨勢。

表1 塔里木盆地肖爾布拉克剖面奇格布拉克組碳酸鹽巖碳氧同位素值及鹽度指數(shù)Table 1 Carbon and oxygen isotopes of carbonate rocks and salinity index of Qigebulak Formation along Xianerbulak profile in Aksu，Tarim Basin

進(jìn)一步的研究包括塔里木周緣與盆內(nèi)的地層的等時(shí)對比及分布、微相，疊層石中藻的類型、生態(tài)及古環(huán)境意義，古海水成分(包括硫同位素變化及元素組成)等及全球?qū)Ρ萚31］。

3 結(jié)論

(1)奇格布拉克組底部發(fā)育Ⅲ級沉積間斷的巖相轉(zhuǎn)換面，頂部發(fā)育海侵上超層序不整合風(fēng)化殼巖溶界面，并受海底熱液交代疊加;內(nèi)部發(fā)育加深間斷面、向上變淺常具暴露改造的Ⅳ至Ⅴ級層序界面。

(2)發(fā)育了主要受海平面變化控制、介于環(huán)潮型至潮下型的碳酸鹽巖米級旋回;疊層石相對發(fā)育，主要由斷續(xù)的水平、波狀、半橢球和半球形狀的微生物席構(gòu)成。

(3)3個(gè)巖性段具有不同的沉積環(huán)境及演化，下亞段的潮上至潮間、潮間下部至潮間、潮間至潮上的振蕩變化環(huán)境;中段的潮間下部至潮下帶的頻繁、振蕩變化至潮下穩(wěn)定的沉積環(huán)境。

(4)3個(gè)巖性段對應(yīng)的碳同位素呈底部較強(qiáng)烈正偏，中上部較為穩(wěn)定，且上部稍弱正偏的特征;海平面具有變動(dòng)、穩(wěn)定和下降的趨勢。

致謝:參加野外地質(zhì)考察的還有王小林、吳仕強(qiáng)、董少峰、李慧莉、楊圣彬等，在此一并致謝!

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