伊寧盆地下石炭統(tǒng)阿克沙克組生物礁基本特征及其意義

周利明

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065)

伊寧盆地下石炭統(tǒng)阿克沙克組生物礁基本特征及其意義

周利明

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065)

通過野外露頭觀察，搜集大量沉積相標(biāo)志，系統(tǒng)分析了伊寧地區(qū)的生物礁相，發(fā)現(xiàn)在伊寧地區(qū)下石炭統(tǒng)阿克沙克組中存在生物礁。生物礁形成于活動(dòng)陸緣碳酸鹽臺(tái)地緩坡邊緣，生物礁相由5個(gè)沉積韻律旋回組成，單體厚39 m，疊加總厚度大于176 m，平面規(guī)模大于3 km，內(nèi)部相帶發(fā)育齊全，巖性為生物碎屑灰?guī)r和生物碎屑泥灰?guī)r，厚層塊狀構(gòu)造，下部見紋層、變形紋層構(gòu)造。單個(gè)礁體為渾圓形，沿走向成串珠狀分布。造架生物主要為藻類、珊瑚、有孔蟲等，粘結(jié)生物主要為藻類，附礁生物有海百合莖、角石、腕足類以及腹足類等。生物礁的發(fā)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域巖相古地理的細(xì)化具有重要意義，可能為伊寧盆地的油氣勘探開辟新的領(lǐng)域。

伊寧地區(qū)；阿克沙克組；沉積相；生物礁；造礁生物

生物礁是一種重要的碳酸鹽巖含油氣沉積類型,它主要由大量固著在原地生長(zhǎng)的生物組成。生物礁的自身內(nèi)部具有非常發(fā)育的孔洞和孔隙，因此有利于油氣資源富集，大量文獻(xiàn)表明，國內(nèi)外都已經(jīng)在不同地質(zhì)歷史時(shí)期發(fā)現(xiàn)了眾多不同類型的生物礁油氣田[1-3]。我國先后在陜南、湘西寒武系，浙西、陜南奧陶系，川西北、陜南志留系，南方地區(qū)泥盆系、二疊系，川西北地區(qū)泥盆系、二疊系、三疊系和川東地區(qū)二疊系、湖南、贛西北二疊系等發(fā)現(xiàn)了大量生物礁沉積體[1]。2014年夏，西安石油大學(xué)在新疆伊寧盆地進(jìn)行野外勘探時(shí)，在下石炭統(tǒng)阿克沙克組發(fā)現(xiàn)了生物礁沉積體，該礁體規(guī)模較大，沉積相帶發(fā)育齊全，具有十分重要的古地理意義，該生物礁的發(fā)現(xiàn)將可能為我國生物礁的研究開辟新的研究領(lǐng)域。

1 生物礁剖面簡(jiǎn)述

中國西北地區(qū)主要由近東西向的復(fù)合造山帶(祁連山、阿爾金山、昆侖山、天山及阿爾泰山)和一系列由于雁列走滑斷層作用所形成的菱形和三角形盆地(賀西盆地、吐哈、柴達(dá)木、伊寧、準(zhǔn)噶爾、塔里木)組成，總體上構(gòu)成西北地區(qū)的盆-山構(gòu)造格架。伊寧盆地即是西北地區(qū)盆-山構(gòu)造格架中的一個(gè)三角形山間疊合盆地，其處于西天山構(gòu)造帶內(nèi)，夾持于南北天山褶皺帶之間，東端在南、北天山交匯處收斂，西與楚河·薩雷蘇盆地為鄰[2-4]。

生物礁剖面位于伊寧盆地的南緣伊什基里克山北坡克孜薩依溝附近(圖1)，礁體形成于碳酸鹽臺(tái)地緩坡邊緣，生物礁相由多個(gè)沉積韻律旋回組成，單體厚約39 m，疊加總厚度大于176 m，平面規(guī)模大于3 km，巖性為厚層塊狀生物碎屑灰?guī)r和生物碎屑泥灰?guī)r，下部可見紋層狀構(gòu)造，硅質(zhì)條帶充填，礁前有礁前崩塌巖，礁后地區(qū)為大片的礁后相灰?guī)r。礁灰?guī)r在地貌上呈明顯的巖隆狀，與周圍其它下石炭統(tǒng)火山巖和灰?guī)r形成明顯的對(duì)比，在生物礁中找到大量的腕足、腹足、珊瑚、疊層藻、角石、海百合莖等化石。對(duì)礁體規(guī)模進(jìn)行了簡(jiǎn)單實(shí)測(cè)描述，繪制了素描圖(圖2)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

(1)實(shí)測(cè)：起點(diǎn)GPS：N 43°26′39.68″ E 81°54′49.00″ H 1197m，終點(diǎn)GPS：N 43°26′38.95″ E 81°54′48.26″ H 1176 m。自上而下層序?yàn)椋孩倩疑規(guī)r 3.9 m,②灰色角礫灰?guī)r 2.3 m,③灰色含礫灰?guī)r 1.11 m,④灰色砂屑灰?guī)r 0.5 m,⑤灰色泥晶灰?guī)r 0.7 m,⑥灰色生物灰?guī)r 0.4 m,⑦灰色泥灰?guī)r 3.8 m,⑧底礫巖 5.6 m(圖2)。

圖2 克孜薩依溝生物礁剖面素描圖

(2)實(shí)測(cè)：起點(diǎn)GPS：N43°26′40.20″E81°54′49.77″ H 1208 m，終點(diǎn)GPS：N43°26′39.13″E81°54′50.52″H 1197 m。自上而下層序?yàn)椋孩倩疑藓駥由锘規(guī)r 7.2 m，②灰色中簿層灰?guī)r 2 m，③紫紅色泥灰?guī)r 0.9m，④含腕足類化石灘 2.7 m，⑤灰白色巨厚層生屑灰?guī)r 26.3 m。

(3)礁體底部實(shí)測(cè)：起點(diǎn)GPS：N43°26′40.20″E81°54′51.83″H 1207 m，終點(diǎn)GPS：N43°26′38.86″ E81°54′49.46″H 1181 m。

2 造礁生物

根據(jù)野外露頭剖面觀察以及礁體形成過程中各種生物所起的作用不同，將研究區(qū)下石炭統(tǒng)阿克沙克組生物礁中生物分為以下三個(gè)類群。

(1)造架生物：研究區(qū)造架生物主要為藻類、珊瑚、有孔蟲等。藻類通過粘結(jié)、纏繞其他生物、灰泥或碎屑來構(gòu)筑抗浪構(gòu)造，有疊層藻和鈣藻。珊瑚為多期發(fā)育，多為叢狀復(fù)體或者中等大小的單體，二級(jí)隔壁，橫板一般較為發(fā)育，具橫板內(nèi)墻，鱗板發(fā)育。有孔蟲的殼是管狀的，管殼內(nèi)部不分房室，殼的形態(tài)變化較大，喜歡硬質(zhì)基底環(huán)境。局部還見有苔蘚蟲。

(2)粘結(jié)生物：研究區(qū)生物礁中起粘結(jié)作用的主要是藻類，藻類不但起到造架作用同時(shí)也起到粘結(jié)作用，粘結(jié)、纏繞其他生物(如腕足生物)、灰泥或碎屑，主要發(fā)育在生物礁底部，以疊層石為主。

(3)附著生物：研究區(qū)附礁生物主要以角石、腕足類以及腹足類化石為主，它們分布在礁體的各個(gè)相帶中，研究區(qū)的腕足化石個(gè)體較大，保存較好，個(gè)體大小4～10 cm。角石個(gè)體發(fā)育較大，個(gè)體大小在5～45 cm，為彎殼，頭足綱。

3 沉積相帶劃分

通過露頭觀察，總結(jié)了該區(qū)生物礁各相帶的發(fā)育特點(diǎn)，初步認(rèn)為該生物礁屬于陸緣碳酸鹽臺(tái)地緩坡邊緣礁類型。

(1)礁核相：研究區(qū)礁核相位于礁的前緣，為波浪和水流強(qiáng)烈擾動(dòng)區(qū)，造架生物主要為藻類、珊瑚、有孔蟲等。局部為藍(lán)綠藻粘結(jié)管孔藻及其它生物所形成的粘結(jié)巖。含大量珊瑚、腕足和角石類化石。造架生物含量大約為45%，在研究區(qū)內(nèi)礁核厚度可達(dá)39 m，空間上呈WWS-NNE分布。在礁核的WWS方向有大量礁前崩塌巖，向礁前斜坡過渡，反映該區(qū)礁體的迎風(fēng)面應(yīng)該在礁核WWS方向。

(2)礁斜坡相：在研究區(qū)大量出現(xiàn)崩塌角礫、竹葉狀礫屑以及生物碎屑堆積的生物碎屑灘，生物碎屑含量可達(dá)38%～82%，主要為珊瑚、腕足、有孔蟲、腹足以及腕足類化石等；礫屑成分單一，骨架為灰?guī)r碎屑，粒度約2.5 cm，含量為40%左右，分選性、磨圓性較差，呈棱角狀-次棱狀，礫屑之間充填有灰泥。其次局部還含有少量的原地骨架巖。

(3)礁頂相：礁頂見有生物碎屑灘、小鮞粒灘體，主要為灰色薄層夾中層含生物碎屑微晶灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、亮晶鮞?；?guī)r，水體較淺，部分灰?guī)r白云巖化，有周期性暴露。

(4)開闊臺(tái)地相：研究區(qū)開闊臺(tái)地相環(huán)境水體循環(huán)好，鹽度正常，各種底棲生物繁盛，所以形成的碳酸鹽巖巖性巖層厚度大，純度高，結(jié)晶好，以灰?guī)r為主，并有少量云巖，巖石中腕足、腹足、珊瑚等海相化石豐富。臺(tái)地相發(fā)育過程是在早期殘留海中局部形成大哈拉軍山火山巖底座或者周圍淺灘等正地形上形成，淺灘一般由亮晶砂礫屑灰?guī)r與生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等組成。研究區(qū)下石炭統(tǒng)阿克沙克組灰?guī)r主要為泥晶內(nèi)碎屑生物屑灰?guī)r、微-細(xì)晶生物屑、內(nèi)碎屑灰?guī)r，巖石中生物門類眾多，主要為珊瑚、腕足、海百合莖、有孔蟲、藻類等。在火山巖底座以及淺灘基礎(chǔ)上，當(dāng)淺海環(huán)境逐漸演繹成有利于碳酸鹽生長(zhǎng)的清水環(huán)境，淺灘向海盆方向推進(jìn)，隨著水體加深，碳酸鹽臺(tái)地變寬增大。臺(tái)地巖性主要以灰色生物碎屑灰?guī)r、疊層藻灰?guī)r以及淺灰色生物灰?guī)r與生物碎屑泥灰?guī)r不等厚互層為主，局部還夾凝灰?guī)r薄層，有藻類化石、蟲跡。一旦時(shí)機(jī)成熟，珊瑚、海綿等造架生物占據(jù)淺灘生長(zhǎng)的地方，開始繁殖并形成礁。

(5)近側(cè)塌積巖相：在研究區(qū)沖溝底部見有礁巖碎塊，大小不一，最大可達(dá)80 cm，角礫由灰色微-細(xì)晶灰?guī)r、生物屑灰?guī)r組成，普遍含腕足、珊瑚化石，尤以單體四射珊瑚豐富。

(6)碳酸鹽潮坪相：在研究區(qū)位于早石炭世開闊臺(tái)地上以及臺(tái)地邊緣，屬于高、低能量交替控制下復(fù)雜水動(dòng)力條件的混合沉積，含腹足、瓣鰓類生物組合，并見鳥眼構(gòu)造、平行紋層構(gòu)造。潮下帶以內(nèi)碎屑角礫灰?guī)r為主；潮間-潮上帶主要以灰色厚層富含疊層藻類灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾灰白、紫紅色薄層灰?guī)r泥灰?guī)r及砂質(zhì)灰?guī)r為主。潮下帶反映了是一種高能環(huán)境，潮間-潮上帶反映了高、低能量的交替變化。

(7)局限臺(tái)地相：碳酸鹽巖局限臺(tái)地相緊鄰淺海陸棚相，是在海底火山噴發(fā)物之上發(fā)展起來的碳酸鹽巖孤立臺(tái)地，主要由結(jié)晶灰?guī)r和白云巖組成。由于有臺(tái)地邊緣淺灘生物礁的障壁作用，靠特克斯達(dá)坂古陸一側(cè)的局限海水動(dòng)力能量相對(duì)較弱，水體暢通性差，沉積環(huán)境分異分帶性顯著。根據(jù)巖石類型、結(jié)構(gòu)和沉積發(fā)育特征，可進(jìn)一步劃分為瀉湖、淺灘臺(tái)地蒸發(fā)巖、藻坪等微相。藻坪、瀉湖主要為藻白云巖和膏云巖，淺灘主要為粒屑灘、砂礫灘、生物灘。淺灘相屬較高能環(huán)境，巖層含有珊瑚、腕足類等化石，發(fā)育波狀層理。

4 生物礁的發(fā)育規(guī)律和成礁模式[5-8]

伊寧地區(qū)的活動(dòng)性斷裂對(duì)生物礁的發(fā)育起到一定的控制作用，它們影響著海平面的變化，從而影響到生物礁的生長(zhǎng)發(fā)育，使礁體呈多期次生長(zhǎng)發(fā)育。該區(qū)造礁生物直接生長(zhǎng)的底質(zhì)是角礫灰?guī)r，這種角礫可能來自周圍其他的礁體，礁體沿同生斷裂抬升，在其邊緣剝蝕崩塌，就形成這種角礫灰?guī)r。這種角礫灰?guī)r大小不一，未經(jīng)搬運(yùn)，就地堆積。由于角礫的堆積，水體變淺，適合造礁生物的生長(zhǎng)，因而層孔蟲和藻類就在礫石上繁殖生長(zhǎng)。這一段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此形成以藻類為主的礁體，即底部的藻礁。隨著珊瑚的加入，各種附著生物大量繁殖，形成了中部的藻類-珊瑚-層孔蟲生物礁。上部見有生物碎屑灘、小鮞粒灘體，部分灰?guī)r白云巖化，說明水體變淺，水動(dòng)力增強(qiáng)，后有周期性暴露，最終終止了礁體的發(fā)育演化。

在早石炭世，由盆地南部古陸向北進(jìn)入昭蘇-特克斯-鞏留一線陸緣殘留海盆，由于火山活動(dòng)，古地理變遷，隱伏火山弧可以形成障壁海岸，阿克沙克組的沉積相組合模式具有陸源碎屑、火山碎屑以及碳酸鹽臺(tái)地多元沉積相于一體的典型環(huán)境模式，由古陸向海盆依次形成碳酸鹽巖局限臺(tái)地潮坪-瀉湖相云巖、泥灰?guī)r膏鹽沉積、生物礁(灰泥丘)灰?guī)r、生物灰?guī)r、生屑灘、斜披角礫灰?guī)r和淺海陸棚灰-灰黑色、灰綠色砂泥巖以及泥巖(圖3)。

5 伊寧盆地生物礁發(fā)現(xiàn)的重要意義

本文對(duì)伊寧盆地發(fā)現(xiàn)的早石炭世生物礁屬于首次發(fā)現(xiàn)，將為中國石炭系生物礁開辟新的研究區(qū)域。生物礁的發(fā)現(xiàn)也豐富了伊寧地區(qū)下石炭統(tǒng)阿克沙克組的沉積相的劃分，為沉積微相劃分提供了直接的依據(jù)。

生物礁的分布受氣候、緯度、水質(zhì)的嚴(yán)格控制。

圖3 生物礁沉積模式

在新疆伊寧地區(qū)的生物礁所處的緯度明顯偏高，北緯43°26′。經(jīng)前人研究認(rèn)為[9-12]，早古生代以前伊寧地塊是一個(gè)游離的微板塊，直到加里東運(yùn)動(dòng)(志留紀(jì)末泥盆紀(jì)初)時(shí)，其先與塔里木板塊碰撞縫合，成為塔里木板塊最北緣的拼貼帶。鄯善運(yùn)動(dòng)(早石炭世)之后塔里木板塊(連同伊寧地塊)遠(yuǎn)距離向北漂移，與準(zhǔn)噶爾板塊碰撞縫合，天山洋閉合消亡。阿克沙克組生物礁及其內(nèi)部生物特征表明其形成于溫暖氣候帶，顯著的古、今緯度值差表明了伊寧地塊在生物礁形成之后向北漂移的足跡，因此值得引起古板塊等學(xué)科的重視和研究。

該區(qū)生物礁內(nèi)部生物豐富，孔隙發(fā)育，頂部發(fā)育細(xì)粒碳酸鹽巖，為油氣藏創(chuàng)造了良好的生、儲(chǔ)、蓋組合條件。通過對(duì)研究區(qū)生物礁生長(zhǎng)規(guī)律的研究，尋找該區(qū)更有利的油氣聚集區(qū)，有可能為伊寧盆地的油氣勘探提供一種新的思路。

6 結(jié)論

(1)伊寧盆地的下石炭統(tǒng)阿克沙克組生物礁形成于活動(dòng)陸緣碳酸鹽臺(tái)地緩坡邊緣，生物礁相由多個(gè)沉積韻律旋回組成，單體厚39 m，疊加總厚度大于176 m，平面規(guī)模大于3 km，巖性為生物碎屑灰?guī)r和生物碎屑泥灰?guī)r，厚層塊狀構(gòu)造，下部見紋層、變形紋層構(gòu)造。單個(gè)礁體為渾圓形，沿走向成串珠狀分布。造架生物主要為藻類、珊瑚、有孔蟲等，粘結(jié)生物主要為藻類，附礁生物有海百合莖、角石、腕足類以及腹足類等。

(2)對(duì)生物礁進(jìn)行了系統(tǒng)的劃分，劃分了礁核相、礁斜坡相、礁頂相、開闊臺(tái)地相、近側(cè)塌積巖相、碳酸鹽潮坪相、局限臺(tái)地相。豐富了下石炭統(tǒng)阿克沙克組的沉積相的劃分。

(3)伊寧地區(qū)的活動(dòng)性斷裂對(duì)生物礁的發(fā)育起到一定的控制作用，它們影響著海平面的變化，從而影響到生物礁的生長(zhǎng)發(fā)育，使研究區(qū)礁體呈多期次生長(zhǎng)發(fā)育。該區(qū)阿克沙克組的沉積相組合模式具有陸源碎屑、火山碎屑以及碳酸鹽臺(tái)地多元沉積相于一體的典型環(huán)境模式。

(4)在伊寧盆地早石炭世晚期中發(fā)現(xiàn)生物礁，尚屬首次發(fā)現(xiàn)。其對(duì)伊寧盆地油氣勘探具有重要的意義，可能為伊寧盆地的油氣勘探開辟新的領(lǐng)域。

[1] 范嘉松．中國生物礁與油氣[M]．北京：海洋出版社，1996：57-68．

[2] 趙相朋．伊寧盆地石炭-二疊系構(gòu)造演化與層序特征[D]．陜西西安：西北大學(xué),2009．

[3] 張良臣，吳乃元．天山地質(zhì)構(gòu)造及演化史[J]．新疆地質(zhì)，1985，(3)：1-14．

[4] 張國偉，李三忠，劉俊霞，等．新疆伊寧盆地的構(gòu)造特征與形成演化[J]．地學(xué)前緣，1999，(4)：203-214．

[5] 趙俊興，李鳳杰，朱廣社，等.鄂爾多斯盆地西緣奧陶紀(jì)生物礁基本特征、分布規(guī)律及成礁模式[J]．巖石學(xué)報(bào)，2014，(3)：747-756．

[6] 趙文智，沈安江，周進(jìn)高，等．礁灘儲(chǔ)集層類型、特征、成因及勘探意義——以塔里木和四川盆地為例[J]．石油勘探與開發(fā)，2014，(3)：257-267．

[7] 王永標(biāo)，張克信，龔一鳴，等．東昆侖地區(qū)早二疊世生物礁帶的發(fā)現(xiàn)及其重要意義[J]． 科學(xué)通報(bào)，1998，(6)：630-632．

[8] 劉春燕，林暢松，吳茂炳，等.鞏固.中國生物礁時(shí)空分布特征及其地質(zhì)意義[J]．世界地質(zhì)，2007，(1)：44-51．

[9] 李永軍，高永利，佟麗莉，等.西天山阿吾拉勒一帶石炭系阿克沙克組風(fēng)暴巖及其意義[J]．地學(xué)前緣，2009，(3)：341-348．

[10] 熊紹云，余朝豐，李玉文，等.伊寧盆地下石炭統(tǒng)阿克沙克組沉積特征及演化[J]．石油學(xué)報(bào)，2011，(5)：797-805．

[11] 郝繼鵬．伊寧盆地石炭系沉積相及古地理特征初探[J]．新疆石油地質(zhì)，1992，(2)：115-123．

[12] 李玉文，余朝豐，熊紹云，等.伊寧盆地石炭系石油地質(zhì)特征與勘探潛力[J]．海相油氣地質(zhì)，2011，(3)：30-37．

編輯：吳官生

1673-8217(2015)05-0033-04

2015-06-11

周利明，1988年生，2013年畢業(yè)于山東科技大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)與勘探。

地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)課題“新疆伊寧盆地頁巖氣資源遠(yuǎn)景調(diào)查”之子項(xiàng)目“新疆伊寧盆地沉積體系與沉積相研究”(12120114031801-01)資助。

TE112.222

A