塔里木盆地柯坪奧陶系地層特征及沉積演化

黃智斌，郭 峰，楊芝林，王鈺婷，張宇恒

(1.中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.西安石油大學(xué) 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，陜西 西安 710065)

柯坪水泥廠奧陶系剖面位于柯坪縣北北西10 km的柯坪縣水泥廠(喀瑪提坎大溝口西岸)北側(cè)，地層發(fā)育良好、化石豐富、出露較好，是柯坪塔格小區(qū)奧陶系的典型剖面之一。底與寒武系下丘里塔格組整合接觸，上部(缺失印干組)與鐵熱克阿瓦提組假整合接觸，厚673.7 m。其代表性、廣泛對比性等均達(dá)上佳。本次研究按1 ∶500的精度實測了該剖面，通過對露頭仔細(xì)觀測和系統(tǒng)采樣，研究了剖面的巖性組合和古生物特征、層序界面特征、準(zhǔn)層疊置結(jié)構(gòu)和三級層序劃分。

1 地層劃分及巖性特征

本文以前人研究成果為基礎(chǔ)[1-13]，以全國地層委員會(2001)關(guān)于奧陶系3統(tǒng)6階的年代地層劃分方案為主要參考[8]，將下奧陶統(tǒng)劃分為蓬萊壩組、鷹山組和大灣溝組等3個組；薩爾干組劃分為中統(tǒng)頂部至上統(tǒng)底部，坎嶺組和其浪組歸為上統(tǒng)(見表1)。

蓬萊壩組(O1p)：可分為三段，下段為灰色、淺灰色中厚層狀亮晶砂屑灰?guī)r、中粗晶云巖，細(xì)晶灰?guī)r夾粉晶灰?guī)r，偶見殘余砂屑硅質(zhì)巖。中段為淺灰色中厚層狀粉晶白云巖、黑色殘余砂屑硅質(zhì)巖夾亮晶砂屑白云巖。上段為灰色、淺灰色粉細(xì)晶白云巖、砂屑白云巖夾薄層硅質(zhì)巖。底以一套塊狀灰?guī)r與下伏下丘里塔格組灰色白云巖整合接觸，頂以砂屑灰?guī)r與上覆鷹山組灰色泥晶灰?guī)r不整合接觸。主要為半局限臺地沉積。

鷹山組(O1-2y)：巖性組合為淺灰、灰色薄-厚層狀泥晶灰?guī)r、藻粘結(jié)泥晶灰?guī)r、細(xì)粉晶灰?guī)r、亮晶粒屑灰?guī)r為主，局部夾薄層粉晶白云巖。頂以中厚層狀泥晶灰?guī)r與上覆大灣溝組瘤狀、薄層夾不規(guī)則硅質(zhì)條帶灰?guī)r整合接觸。泥晶灰?guī)r常發(fā)育水平層理，砂屑灰?guī)r可見波狀層理、平行層理發(fā)育。屬于開闊臺地灘間海、臺內(nèi)淺灘環(huán)境。

大灣溝組(O2d)：主要為淺灰、灰色中薄層瘤狀生屑泥晶灰?guī)r，中部夾生屑灰?guī)r，底部夾不規(guī)則硅質(zhì)條帶。底以深灰色中層瘤狀藻凝塊灰?guī)r與鷹山組頂深灰色中層狀泥晶灰?guī)r整合接觸。大灣溝組典型特征是生屑含量較多。屬于臺地邊緣生物碎屑灘。

薩爾干組(O2-3s)：為黑色頁巖夾灰黑色薄層或凸鏡狀泥晶灰?guī)r，局部層段夾有硅質(zhì)條帶。頂、底界均以黑色頁巖與灰色灰?guī)r整合接觸。薩爾干組地層為灰色薄層狀泥晶灰?guī)r、黑色頁巖，局部頁巖和灰?guī)r互層。沉積水體較深，代表了較深水盆地沉積。

坎嶺組(O3k)：下部為灰色中薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r，中及上部主要為紫紅色薄層泥質(zhì)泥晶灰?guī)r及頁巖。頂以紫紅色頁巖與上覆其浪組灰綠色頁巖整合接觸。坎嶺組沉積厚度較薄，僅11.98 m，沉積水體也比較深，屬于混積陸棚環(huán)境。

其浪組(O3q)：主要為灰色薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r、瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r及灰綠色鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖韻律互層。頂以瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r與鐵熱克阿瓦提組灰綠色砂巖假整合接觸。其浪組頁巖水平層理發(fā)育，灰?guī)r橫向分布穩(wěn)定，局部具有瘤狀特征。屬于混積陸棚相的深水陸棚及淺水陸棚沉積。

2 層序地層特征

2.1 層序界面特征

通過對剖面詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)中、下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖主要發(fā)育Ⅱ型層序不整合界面，而上奧陶統(tǒng)發(fā)育相對海平面快速上升形成的Ⅲ型層序邊界。

Ⅱ型層序邊界形成時，海平面發(fā)生過短暫的下降，隨之上升，因而識別特征沒有Ⅰ型層序邊界顯著，僅在近岸部位有微小的侵蝕。如中下奧陶統(tǒng)層序Ⅰ～層序Ⅳ底界面。Schlager認(rèn)為除了不整合面(Ⅰ型和Ⅱ型)外，可以把突發(fā)海泛面做為旋回層序劃分的分界，稱為Ⅲ型層序邊界[14]，在此層序邊界之上有明顯的水體突然加深的現(xiàn)象，如上奧陶統(tǒng)層序Ⅴ底界面。

2.2 準(zhǔn)層序類型、疊置關(guān)系及三級層序劃分

柯坪縣水泥廠奧陶系剖面主要為碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，高頻層序類型多樣且特征明顯，主要包括六級米級旋回韻律層、五級準(zhǔn)層序(準(zhǔn)層序)及四級準(zhǔn)層序組(準(zhǔn)層序組)。

六級韻律層在柯坪縣水泥廠剖面主要為潮下型、環(huán)潮坪型及L-M型，主要表現(xiàn)為以下幾種組合形式：①每個旋回下部巖石單元為淺灰色、灰白色中厚層狀粉晶灰?guī)r，上部巖石單元為灰色、淺灰色薄至中層狀亮晶砂屑灰?guī)r；②每個旋回下部巖石單元為灰色、淺灰色中層狀粉晶云巖，上部巖石單元為淺灰色中層狀(殘余砂屑)中細(xì)晶白云巖③每個旋回下部巖石單元為灰色、淺灰色中層狀泥、粉晶云巖，上部巖石單元為淺灰色中層狀(殘余砂屑)中粗晶白云巖；④每個旋回下部巖石單元為灰色、淺灰色中層狀泥晶灰?guī)r，上部巖石單元為淺灰色中厚層狀亮晶砂屑灰?guī)r；⑤每個旋回下部巖石單元為灰色、淺灰色中薄層狀泥晶灰?guī)r，上部巖石單元為淺灰色中層狀藻砂屑灰?guī)r；⑥每個旋回下部巖石單元為深灰色、黑色頁巖，上部巖石單元為淺灰色中薄層狀泥晶灰?guī)r或泥質(zhì)灰?guī)r；⑦每個旋回下部巖石單元為灰綠色頁巖，上部巖石單元為灰色薄層狀粉屑灰?guī)r；⑧每個旋回下部巖石單元為淺灰色、灰黑色殘余砂屑硅質(zhì)巖，上部巖石單元為淺灰色中層狀中細(xì)晶白云巖(見圖2、圖3)。

五級準(zhǔn)層序主要由大約4～5個六級韻律層垂向疊加組成，其具體表現(xiàn)形式隨其在三級層序中所處的不同體系域而不同。當(dāng)其處于三級層序的海侵體系域中時，通常表現(xiàn)為向上變深的退積式沉積。當(dāng)五級準(zhǔn)層序處于三級層序的高位體系域中時，通常表現(xiàn)為向上變淺的加積-進積式沉積(見圖3)。

四級準(zhǔn)層序組由4～6個五級準(zhǔn)層序垂向疊加組合形成，其具體表現(xiàn)形式隨其在三級層序中所處的不同體系域而不同。當(dāng)其處于三級層序的海侵體系域中時，通常表現(xiàn)為向上變深的退積式沉積。當(dāng)其處于三級層序的高位體系域中時，四級準(zhǔn)層序組總體表現(xiàn)為向上變淺的加積-進積式沉積(見圖3)。

根據(jù)露頭中巖性、沉積相轉(zhuǎn)換面、暴露特征及水體深度突然變化等界面特征，準(zhǔn)層序類型及疊置關(guān)系，將柯坪水泥廠奧陶系剖面進一步劃分為6個三級層序。碳酸鹽巖臺地背景下，層序中體系域發(fā)育不全，以TST-HST組合為特征，無低水位體系域(見圖3)。

3 沉積體系及沉積演化

奧陶系沉積時期柯坪地區(qū)主要位于碳酸鹽巖臺地內(nèi)部，主要為較淺水的半局限臺地、開闊臺地沉積環(huán)境，其次為淺?；旆e陸棚及較深水盆地沉積。開闊臺地又可以劃分為臺內(nèi)淺灘、生屑灘、灘間海等微相，半局限臺地包括砂屑灘壩和瀉湖沉積(見圖3、圖4)。

新廠期-桃源期為半局限臺地相，并可分為砂屑灘和瀉湖沉積，以灰色、淺灰色亮晶砂礫屑灰?guī)r、細(xì)晶云巖、殘余砂屑硅質(zhì)巖為主要巖性，可見波狀層理，常見硅質(zhì)結(jié)核，偶見沖刷面；道保灣期-大灣期海平面上升，為開闊臺地相沉積，主要有灘間海及臺內(nèi)灘，灰質(zhì)含量增加，云質(zhì)含量減少，以亮晶顆?；?guī)r為主，夾泥晶灰?guī)r；達(dá)瑞威爾期早期為臺緣斜坡相沉積，典型特征是碎屑顆粒灘發(fā)育；達(dá)瑞威爾期晚期-艾家山期為混積陸棚沉積，泥巖與灰?guī)r頻繁互層，偶夾砂屑灰?guī)r(見圖4)。

4 結(jié)論

1)據(jù)露頭巖性、沉積相轉(zhuǎn)換面、暴露特征及水體深度突然變化等界面特征、準(zhǔn)層序類型及疊置關(guān)系，將柯坪水泥廠地區(qū)奧陶系劃分為6個三級層序，層序中體系域發(fā)育不全，以TST-HST組合為特征，無低水位體系域。

2)柯坪地區(qū)奧陶系沉積時期多為碳酸鹽巖臺地，主要為較淺水的半局限臺地、開闊臺地沉積環(huán)境，其次為淺海混積陸棚沉積。新廠期-桃源期為半局限臺地相，并可分為砂屑灘和瀉湖沉積；道保灣期-大灣期海平面上升，為開闊臺地相沉積，主要有灘間海及臺內(nèi)灘；達(dá)瑞威爾期早期為臺緣斜坡相沉積，達(dá)瑞威爾晚期-艾家山期為混積陸棚沉積。