微生物碳酸鹽巖分類(lèi)、沉積環(huán)境與沉積模式

胡安平，沈安江，鄭劍鋒，王 鑫，王小芳

1 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院；2 中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 前 言

微生物碳酸鹽是由底棲的原核或真核微生物群落通過(guò)捕獲或粘結(jié)碎屑顆粒，或由微生物引發(fā)的碳酸鹽沉淀而形成的沉積物［1-2］，構(gòu)成微生物碳酸鹽沉積的微生物組分主要包括細(xì)菌、藻類(lèi)、真菌以及參與生物膜和微生物席生長(zhǎng)的物質(zhì)［3］。最早的微生物碳酸鹽巖（尤指疊層石）出現(xiàn)在接近35 億年前的太古宙地層中［4-6］，在中新元古代地層中達(dá)到豐度、形態(tài)類(lèi)型和分布范圍的高峰，大量微生物碳酸鹽巖發(fā)育于中新元古代和早古生代［7］。微生物碳酸鹽巖不僅與許多金屬礦床（如Fe、Mn 等礦床）的形成和富集密切相關(guān)［8］，而且是非常重要的油氣勘探對(duì)象［9］。美國(guó)阿拉巴馬州、俄羅斯東西伯利亞地區(qū)、巴西桑托斯盆地、阿曼鹽盆、哈薩克斯坦以及中國(guó)的四川盆地和華北地區(qū)在微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層中均有重大油氣發(fā)現(xiàn)［10-19］，尤其是前寒武系（主要是中新元古界）微生物白云巖、古生界—三疊系碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積體系的微生物白云巖中的油氣發(fā)現(xiàn)較多。

盡管微生物碳酸鹽巖研究已經(jīng)在巖石類(lèi)型、形成微生物巖的微生物種類(lèi)、微生物的沉積和成礦作用、地質(zhì)歷史時(shí)期微生物碳酸鹽巖的分布等方面取得了豐碩的研究成果［20-27］，但仍然存在以下3 個(gè)方面的地質(zhì)問(wèn)題：①微生物碳酸鹽巖分類(lèi)仍存在分歧，疊層石、凝塊石、樹(shù)枝石和均一石的四分方案［1］并非為真正意義上的系統(tǒng)分類(lèi)，實(shí)際的巖石類(lèi)型要多得多，而且樹(shù)枝石和均一石迄今未見(jiàn)可靠的實(shí)例報(bào)導(dǎo)［27］；②微生物碳酸鹽巖巖石類(lèi)型及組合的環(huán)境意義不明確，尤其是缺乏微生物碳酸鹽巖沉積模式；③巖相古地理重建缺乏微生物碳酸鹽巖沉積模式的指導(dǎo)。

本文通過(guò)5 個(gè)剖面（3 個(gè)露頭和2 口單井）微生物碳酸鹽巖巖石類(lèi)型及組合序列研究，建立了構(gòu)造尺度和形態(tài)特征相結(jié)合的更為系統(tǒng)的微生物碳酸鹽巖分類(lèi)方案，明確了巖石類(lèi)型及組合的環(huán)境意義，建立了緩坡沉積體系和鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式。這些認(rèn)識(shí)為微生物碳酸鹽巖巖相古地理重建和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

1 微生物碳酸鹽巖分類(lèi)

1.1 微生物碳酸鹽巖分類(lèi)綜述

Riding［1］將微生物碳酸鹽巖劃分為疊層石、凝塊石、樹(shù)枝石和均一石等4 類(lèi)。Kalkowsky［28］定義的疊層石為內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈紋層狀緊密排列的生物沉積灰?guī)r。Riding［29］根據(jù)疊層石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、宏觀特征和微生物沉積之間的作用方式等特點(diǎn)，將疊層石細(xì)分為骨骼疊層石、粘結(jié)疊層石、細(xì)粒疊層石、泉華疊層石、陸生疊層石等5 類(lèi)。凝塊石是指宏觀上呈凝塊狀的底棲微生物沉積，這種微生物碳酸鹽巖有著不規(guī)則的顆粒形態(tài)，可細(xì)分為鈣化微生物凝塊石、粗糙粘結(jié)凝塊石、樹(shù)枝凝塊石、泉華凝塊石、沉積后-生物擾動(dòng)形成的凝塊石、增生型凝塊石和次生凝塊石等7類(lèi)［1］。樹(shù)形石由微生物鈣化而成，不是由顆粒粘結(jié)而成，呈厘米級(jí)灌木狀枝體。均一石是一種相對(duì)無(wú)結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)或泥晶質(zhì)、凝塊或樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu)缺少清晰紋層的微生物碳酸鹽沉積。

梅冥相［20］將紋理石和核形石補(bǔ)充到微生物碳酸鹽巖中，建立了微生物碳酸鹽巖的六分方案。紋理石指發(fā)育紋理化構(gòu)造的泥晶灰?guī)r，紋理化構(gòu)造單個(gè)紋理的厚度在0.5～1.5 mm 之間，是一種未受改造的有機(jī)紋理，明顯不同于水平狀疊層石。核形石是指由微生物粘結(jié)或引發(fā)碳酸鹽沉淀而形成的球狀、橢球狀核形構(gòu)造碳酸鹽巖，大小為毫米至厘米級(jí)，常與凝塊石共生，發(fā)育于前寒武紀(jì)及顯生宙地層中。楊仁超等［30］將核形石分為橢球狀同心紋層核形石、橢圓形不規(guī)則紋層核形石、葉狀不連續(xù)紋層核形石及迷霧狀核形石等4種類(lèi)型。

Shapiro［31］按照構(gòu)造尺度將微生物碳酸鹽巖劃分為大型構(gòu)造（＞1 m）、中型構(gòu)造（0.5～1 m）、小型構(gòu)造（1～50 cm）和微型構(gòu)造（＜1 cm）等4類(lèi)。大型構(gòu)造指微生物碳酸鹽巖形成的巖層特征，如微生物層、微生物丘等；中型構(gòu)造指微生物碳酸鹽巖的形態(tài)特征，如柱狀、穹窿狀、錐狀、團(tuán)塊狀等；小型構(gòu)造指中型構(gòu)造內(nèi)部用裸眼能夠觀察到的微生物碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)，如波狀、紋層狀、泡沫狀、疊層狀等；微型構(gòu)造指顯微鏡下能夠觀察到的微生物碳酸鹽巖顯微結(jié)構(gòu)與組分，包括鈣化微生物殘留體、沉積物和膠結(jié)物等。

1.2 構(gòu)造尺度和形態(tài)特征相結(jié)合的微生物碳酸鹽巖分類(lèi)

本文解剖了塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組、下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組，四川盆地上震旦統(tǒng)燈影組、中三疊統(tǒng)雷口坡組，鄂爾多斯盆地下奧陶統(tǒng)馬家溝組等5條剖面（3個(gè)露頭，2口單井）微生物白云巖的巖類(lèi)學(xué)特征（詳見(jiàn)后文地質(zhì)剖面介紹），提出了構(gòu)造尺度和形態(tài)特征相結(jié)合的微生物碳酸鹽巖分類(lèi)方案（表1）。

表1 構(gòu)造尺度和形態(tài)特征相結(jié)合的微生物碳酸鹽巖分類(lèi)方案Table 1 Classification of microbial carbonate rocks based on the combination of structural scale and morphological characteristics

層狀形態(tài)特征屬巖層特征，主要對(duì)應(yīng)于大型構(gòu)造（＞1 m）。丘狀形態(tài)特征雖然也屬巖層特征，但丘體的大小可以對(duì)應(yīng)大型構(gòu)造、中型構(gòu)造（0.5～1 m）和小型構(gòu)造（1～50 cm），在露頭中1～50 cm 大小的微生物丘或灰泥丘也是非常常見(jiàn)的。波狀、柱狀、穹窿狀和錐狀主要指疊層石的形態(tài)特征，柱狀、穹窿狀和錐狀體的大?。òúǚ寤虿ü乳g的距離）主要對(duì)應(yīng)小型構(gòu)造，但中型構(gòu)造尺度的波狀、柱狀、穹窿狀和錐狀體也常見(jiàn)，甚至偶見(jiàn)大型構(gòu)造尺度的波狀、柱狀、穹窿狀和錐狀體。泡沫狀和團(tuán)塊狀主要指凝塊石的形態(tài)特征，泡沫狀凝塊石主要對(duì)應(yīng)微型構(gòu)造（＜1 cm），需要在顯微鏡下才能觀察到其顯微結(jié)構(gòu)與組分，而團(tuán)塊狀凝塊石主要對(duì)應(yīng)中型構(gòu)造和小型構(gòu)造，1 cm～1 m 的凝塊石團(tuán)塊常見(jiàn)，甚至偶見(jiàn)大型構(gòu)造尺度的凝塊石團(tuán)塊。球粒狀主要指核形石和鮞粒的形態(tài)特征，除核形石外，越來(lái)越多的證據(jù)表明很多鮞粒也是微生物成因的［32］。樹(shù)枝狀形態(tài)特征主要對(duì)應(yīng)小型構(gòu)造和微型構(gòu)造，而且以厘米級(jí)的樹(shù)枝為主。均一石和紋理石也屬于巖層特征，主要對(duì)應(yīng)于大型構(gòu)造。

需要說(shuō)明的是灰泥丘的歸屬問(wèn)題。灰泥丘指具有明顯的丘狀幾何形態(tài)，與上下及相鄰地層在幾何形態(tài)、灰泥含量及礦物組分等方面具有明顯差異，主要由灰泥、泥級(jí)球?；夷?、微晶方解石和微生物構(gòu)成，通常被解釋為微生物作用下的原地堆積［33］，應(yīng)該納入微生物碳酸鹽巖分類(lèi)體系中。另外，微生物粘結(jié)（藻）砂屑碳酸鹽巖、藻砂屑碳酸鹽巖的成因也與微生物作用有關(guān)，理論上也應(yīng)納入到微生物碳酸鹽巖分類(lèi)體系中，但在Dunham［34］碳酸鹽巖分類(lèi)體系中的綁結(jié)巖（boundstone）和泥粒灰?guī)r（packstone），已經(jīng)有它們的位置。

后文介紹的3 條露頭和2 口單井剖面的微生物碳酸鹽巖均按表1 的分類(lèi)方案命名。與Riding［1,29］、梅冥相［20］、Shapiro［31］的分類(lèi)方案相比，表1的分類(lèi)方案是一個(gè)更適用于露頭和井場(chǎng)的系統(tǒng)分類(lèi)方案，同時(shí)巖石類(lèi)型及組合的環(huán)境意義更加明確，為微生物碳酸鹽巖沉積環(huán)境恢復(fù)和沉積模式的建立奠定了基礎(chǔ)。同一形態(tài)特征的微生物碳酸鹽巖可以出現(xiàn)在不同的沉積環(huán)境，不同形態(tài)特征的微生物碳酸鹽巖可以出現(xiàn)在相同的沉積環(huán)境，但綜合考慮構(gòu)造尺度和巖石組合序列，微生物碳酸鹽巖巖石類(lèi)型和沉積環(huán)境具有明確的相關(guān)性。

2 典型剖面沉積環(huán)境分析

本節(jié)重點(diǎn)介紹塔里木盆地肖爾布拉克西溝剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組、四川盆地南江楊壩剖面上震旦統(tǒng)燈影組2個(gè)元古宇剖面和塔里木盆地阿克蘇什艾日克剖面下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組、鄂爾多斯盆地靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組五段、四川盆地鴨深1井中三疊統(tǒng)雷口坡組3個(gè)顯生宇剖面的微生物白云巖類(lèi)型、特征、組合序列及環(huán)境意義。

2.1 元古宇剖面介紹與沉積環(huán)境分析

2.1.1 塔里木盆地肖爾布拉克西溝剖面奇格布拉克組

上震旦統(tǒng)奇格布拉克組主體為一套微生物白云巖建造,由下至上劃分為奇一段、奇二段、奇三段、奇四段，厚約175 m。該組上覆于下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組泥巖之上，呈整合接觸；下伏于下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組粉砂巖、硅質(zhì)巖和黑色泥巖之下，呈不整合接觸（圖1）。

奇一段以大型層（席）狀微生物白云巖、大—中型丘狀微生物白云巖為主，夾藻砂屑白云巖、泥質(zhì)泥粉晶白云巖、粉砂巖薄層，反映沉積地貌平坦、水體很淺、可容納空間受到限制、水體能量偏低的近岸潮坪環(huán)境，以潮汐作用為主，并不時(shí)地受到陸源碎屑沉積物的干擾，間歇性的季風(fēng)或風(fēng)暴作用導(dǎo)致先期沉積物被打碎和薄層藻砂屑沉積的發(fā)育。

奇二段以小—中型波狀疊層石白云巖為主，夾薄層微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖、藻砂屑（鮞粒/礫屑）白云巖和小型凝塊石白云巖，并以泥巖為隔層，構(gòu)成2個(gè)旋回。波狀疊層石的波峰和波谷幅差＜1 cm，幾乎未見(jiàn)穹窿狀、柱狀、錐狀疊層石，同樣反映沉積地貌平坦、水體較淺、可容納空間受限、水體能量偏低的沉積環(huán)境，但基本不受陸源碎屑沉積物的干擾。與奇一段沉積相比，更遠(yuǎn)離陸源，波浪作用占主導(dǎo)地位，高頻海平面旋回導(dǎo)致靜水和波浪作用頻繁交替，造成微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖的發(fā)育。

奇三段以小—中型團(tuán)塊狀、泡沫狀凝塊石白云巖為主，常見(jiàn)凝塊石角礫（2～10 cm）被微生物再次粘結(jié)包覆，夾小—中型穹窿狀、柱狀、錐狀疊層石白云巖，幾乎見(jiàn)不到波狀疊層石白云巖。這反映水體較奇一段、奇二段沉積時(shí)要深，可容納空間增大。從角礫大小分析，凝塊石角礫非潮汐或波浪作用所能形成，應(yīng)該與風(fēng)暴作用有關(guān)。該時(shí)期總體為靜水環(huán)境，間歇性風(fēng)暴浪作用導(dǎo)致先期凝塊石和疊層石沉積被打碎成角礫后再被微生物粘結(jié)包覆。

圖1 塔里木盆地上震旦統(tǒng)肖爾布拉克西溝剖面奇格布拉克組沉積儲(chǔ)層綜合柱狀圖Fig.1 Sedimentary-reservoir comprehensive column of the Upper Sinian Qigebulake Formation of Xigou section in Xiaoerbulake,Tarim Basin

奇四段以小—中型團(tuán)塊狀、泡沫狀凝塊石白云巖為主，未見(jiàn)穹窿狀、柱狀、錐狀疊層石白云巖，大的凝塊石角礫（5～15 cm）增多。頂部發(fā)育厚約10.50 m的巖溶角礫巖，原巖主要為凝塊石白云巖和泥質(zhì)泥晶白云巖，反映沉積環(huán)境與奇三段相似，水體略為偏深，更靠近風(fēng)暴浪基面。

總之，微生物白云巖類(lèi)型、特征和組合序列揭示塔里木盆地肖爾布拉克西溝剖面的上震旦統(tǒng)奇格布拉克組沉積期是一個(gè)由潮汐→波浪→風(fēng)暴作用的水體逐漸變深的序列。

2.1.2 四川盆地南江楊壩剖面燈影組

上震旦統(tǒng)燈影組主體為一套微生物白云巖建造,由下至上劃分為燈一段、燈二段、燈三段、燈四段，厚約315 m。該組上覆于上震旦統(tǒng)觀音崖組砂巖之上，呈整合接觸；下伏于下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色泥巖之下，呈整合接觸（圖2）。

燈一段以具丘狀形態(tài)特征的大型紋理石白云巖為主，顯微鏡下仍能見(jiàn)到紋層狀微生物痕跡，含硅質(zhì)結(jié)核及條帶，未見(jiàn)代表高能相帶的顆粒巖或波浪、風(fēng)暴浪改造的角礫，應(yīng)該為風(fēng)暴浪基面之下的較深水灰泥丘建造。

燈二段下部以小—中型團(tuán)塊狀/泡沫狀凝塊石白云巖為主，常見(jiàn)凝塊石角礫（2～5 cm），夾薄層穹隆狀、錐狀、柱狀疊層石白云巖，構(gòu)成2 個(gè)向上變淺的高頻旋回。燈二段上部以波狀疊層石白云巖為主，夾中薄層葡萄花邊白云巖、微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖和微—小型團(tuán)塊狀/泡沫狀凝塊石白云巖，構(gòu)成3個(gè)向上變淺的旋回。葡萄花邊白云巖實(shí)際上是波狀、穹窿狀疊層石白云巖經(jīng)歷后期成巖改造的產(chǎn)物?？傮w上，燈二段下部的沉積水體深度要大于燈二段上部，前者主要受風(fēng)暴浪作用影響，后者主要受波浪作用影響，但高頻旋回頻繁發(fā)育，反映沉積地貌平坦、水體較淺，微小的海平面震蕩就可導(dǎo)致巖石類(lèi)型和組合序列的變化。

燈三段以深灰-黑色薄層泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，夾灰綠色中厚層狀石英砂巖，為潮坪相沉積，以潮汐作用為主，并不時(shí)地受河流沉積的干擾。

燈四段下部巖性特征和組合序列與燈一段相似；燈四段上部巖性特征和組合序列與燈二段相似，同樣由5個(gè)高頻旋回構(gòu)成，但葡萄花邊白云巖不如燈二段發(fā)育。

總之，微生物白云巖類(lèi)型、特征和組合序列揭示四川盆地南江楊壩剖面上震旦統(tǒng)燈影組由風(fēng)暴→波浪→潮汐→風(fēng)暴→波浪作用兩個(gè)水體逐漸變淺的序列構(gòu)成：燈一段至燈三段為一個(gè)完整的向上變淺旋回，結(jié)束于極淺水陸源碎屑潮坪沉積；燈四段自身構(gòu)成一個(gè)不完整的旋回，燈四早期水體快速加深，形成與燈一段相似的沉積，燈四段頂部缺少陸源碎屑潮坪沉積。

2.2 顯生宇剖面介紹與沉積環(huán)境分析

2.2.1 塔里木盆地阿克蘇什艾日克剖面肖爾布拉克組

下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組主體為一套微生物白云巖建造，夾藻砂屑白云巖，由下至上劃分為肖下段、肖中1亞段、肖中2亞段、肖中3亞段、肖上段等5個(gè)地層單元，厚約160 m。該組上覆于下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組粉砂巖、硅質(zhì)巖和黑色泥巖之上，呈整合接觸；下伏于下寒武統(tǒng)吾松格爾組泥質(zhì)云巖、膏鹽巖之下，呈整合接觸（圖3）。

玉爾吐斯組主體為粉砂巖、硅質(zhì)巖和黑色泥巖建造，水平紋層發(fā)育，在塔里木盆地廣泛分布，厚度穩(wěn)定，形成于缺氧的深水環(huán)境。實(shí)測(cè)剖面夾一套厚近5 m 的藻砂屑白云巖，但在側(cè)向上分布局限，應(yīng)是碳酸鹽濁積砂沉積。這套沉積組合不但揭示了風(fēng)暴浪基面之下的深水缺氧環(huán)境，還暗示了較陡斜坡的存在。

肖下段—肖中1亞段主體為灰黑色紋理石白云巖建造，發(fā)育的水平紋層為微生物痕跡，在28 km×2 km 的儲(chǔ)層建模區(qū)范圍內(nèi)追蹤，呈丘狀展布，說(shuō)明沉積水體依然較深，但與玉爾吐斯組相比略為變淺，應(yīng)為臺(tái)緣前斜坡（下斜坡）的灰泥丘建造。

肖中2 亞段以灰黑色小—中型團(tuán)塊狀、泡沫狀凝塊石白云巖為主，上部夾藻砂屑白云巖，常見(jiàn)凝塊石角礫（5～15 cm）。凝塊石白云巖的發(fā)育證明沉積水體較深，有足夠的可容納空間；凝塊石角礫的發(fā)育可能與風(fēng)暴浪的作用有關(guān)，上部所夾的藻砂屑白云巖應(yīng)該來(lái)自鑲邊臺(tái)緣灘相沉積向臺(tái)緣前斜坡（上斜坡）的搬運(yùn)。

圖2 四川盆地南江楊壩剖面上震旦統(tǒng)燈影組沉積儲(chǔ)層綜合柱狀圖Fig.2 Sedimentary-reservoir comprehensive column of the Upper Sinian Dengying Formation of Yangba section in Nanjiang,Sichuan Basin

肖中3亞段下部主體為一套淺灰色中厚層藻砂屑白云巖夾微生物粘結(jié)藻砂屑白云巖，發(fā)育交錯(cuò)層理，為典型的浪基面之上受波浪改造的臺(tái)緣高能相帶沉積。肖中3亞段上部主體為一套淺灰色小—中型波狀疊層石白云巖，頂部出現(xiàn)一層厚近3 m 的核形石白云巖（核形石直徑3～5 cm），未見(jiàn)穹窿狀、柱狀、錐狀疊層石，說(shuō)明可容納空間受限，屬以波浪作用為主的臺(tái)內(nèi)沉積環(huán)境。

肖上段以黃灰色薄層泥質(zhì)白云巖、灰色大—中型層（席）狀微生物白云巖為主，見(jiàn)少量泥質(zhì)和陸源碎屑，與肖中3 亞段上部相比，更靠近陸源，為典型的碳酸鹽潮坪沉積。

總之，微生物白云巖類(lèi)型、特征和組合序列揭示塔里木盆地阿克蘇什艾日克剖面下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組至肖爾布拉克組構(gòu)成一個(gè)由風(fēng)暴→波浪→潮汐作用水體逐漸變淺的旋回。

2.2.2 鄂爾多斯盆地靳2井馬家溝組五段

靳2 井下奧陶統(tǒng)馬家溝組五段十亞段（馬五10亞段）—五段六亞段（馬五6亞段），厚約135 m，主體為一套微生物白云巖-膏鹽巖建造，夾藻砂屑白云巖。該套地層上覆于馬家溝組四段之上，呈整合接觸；下伏于馬五5泥晶灰?guī)r之下，呈整合接觸（圖4）。

馬四段—馬五10亞段以泥晶白云巖、泥質(zhì)泥晶白云巖、微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖為主，垂向上構(gòu)成2 個(gè)旋回，形成于受波浪作用改造的弱鑲邊臺(tái)緣帶。

馬五9—馬五8亞段以大—中型波狀疊層石白云巖、膏質(zhì)白云巖、膏鹽巖為主，夾微生物粘結(jié)藻砂屑白云巖和少量大—中型凝塊石白云巖，構(gòu)成3 個(gè)向上變淺的旋回。膏鹽巖的發(fā)育證實(shí)了鑲邊臺(tái)緣的存在，高頻海平面變化導(dǎo)致淺水臺(tái)地疊層石白云巖、微生物粘結(jié)藻砂屑白云巖與蒸發(fā)潟湖膏鹽巖相互疊置，少量凝塊石白云巖可能形成于潟湖環(huán)境。

馬五7亞段以淺灰色中厚層微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖為主，上覆膏質(zhì)白云巖、膏鹽巖，構(gòu)成2 個(gè)向上變淺的旋回，總體展示弱鑲邊臺(tái)緣的沉積特征。高頻海平面變化和膏鹽湖面積的擴(kuò)大，導(dǎo)致膏質(zhì)白云巖、膏鹽巖直接覆蓋于臺(tái)緣微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖之上。

馬五6亞段下部主體為蒸發(fā)潟湖膏質(zhì)白云巖、膏鹽巖建造，夾薄層微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖和小—中型凝塊石白云巖，構(gòu)成2個(gè)高頻旋回，總體展現(xiàn)蒸發(fā)潟湖的沉積特征。

馬五6亞段中部以淺灰色大—中型波狀疊層石白云巖、膏質(zhì)白云巖為主，夾微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖和膏鹽巖，構(gòu)成2個(gè)向上變淺的旋回，總體展現(xiàn)淺水臺(tái)地沉積特征。高頻海平面變化可導(dǎo)致蒸發(fā)潟湖膏鹽巖、膏質(zhì)白云巖直接覆蓋于疊層石白云巖、微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖之上。

馬五6亞段上部主體為蒸發(fā)潟湖膏質(zhì)白云巖、膏鹽巖建造，夾薄層小—中型穹窿狀、錐狀、柱狀疊層石白云巖，總體展現(xiàn)蒸發(fā)潟湖的沉積特征。

總之，靳2 井馬五10—馬五6亞段主體為微生物白云巖-膏鹽巖建造，高頻旋回發(fā)育，總體展現(xiàn)干旱氣候背景下淺水臺(tái)地微生物白云巖和蒸發(fā)潟湖膏質(zhì)白云巖、膏鹽巖的沉積特征。

2.2.3 四川盆地鴨深1井雷口坡組

鴨深1 井鉆揭中三疊統(tǒng)雷口坡組雷五段、雷四3亞段、雷四2亞段，雷四2亞段未見(jiàn)底。雷五段—雷四2亞段主體為一套微生物白云巖、藻砂屑/生物碎屑白云巖、膏鹽巖建造，厚約165 m，上覆上三疊統(tǒng)馬鞍塘組生物碎屑灰?guī)r、泥巖，呈整合接觸（圖5）。

雷四2亞段（厚25 m，未揭穿）為一套膏鹽巖，系典型的局限臺(tái)地或蒸發(fā)潟湖沉積環(huán)境，同時(shí)也揭示了向海方向障壁的存在。

雷四3亞段下部（厚約10 m）為一套淺灰色中薄層微生物粘結(jié)（藻）砂屑白云巖，夾膏質(zhì)白云巖，屬典型的緊鄰鑲邊臺(tái)緣內(nèi)側(cè)的局限臺(tái)地沉積環(huán)境。雷四3亞段中上部（厚約45 m）為一套淺灰色中厚層藻屑、砂屑、生物碎屑白云巖，交錯(cuò)層理發(fā)育，往往重結(jié)晶成殘留顆粒結(jié)構(gòu)的晶粒白云巖，屬典型的鑲邊臺(tái)緣沉積環(huán)境。

雷五段（厚約85 m）缺資料的井段較多，下部為淺灰色中厚層藻屑、砂屑、生物碎屑白云巖，中部為小—中型疊層石灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，上部為淺灰色中厚層藻屑、砂屑、生物碎屑灰?guī)r。推斷應(yīng)為一套臺(tái)地相灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，頂部相變?yōu)槟嗑Щ規(guī)r，夾淺灰色中薄層藻屑、砂屑、生物碎屑灰?guī)r，氣候由干旱向潮濕轉(zhuǎn)變。

總之，鴨深1 井雷四段為典型的蒸發(fā)潟湖膏鹽和鑲邊臺(tái)緣顆粒灘沉積，高頻海平面上升導(dǎo)致由下至上潟湖相膏鹽巖、局限臺(tái)地（或蒸發(fā)潟湖）膏質(zhì)白云巖和微生物白云巖、臺(tái)緣顆粒灘的疊置；雷五段主體演化為潮濕氣候背景的臺(tái)地相生物碎屑灰?guī)r沉積。

圖4 鄂爾多斯盆地靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬四段—馬五6亞段沉積儲(chǔ)層綜合柱狀圖Fig.4 Sedimentary-reservoir comprehensive column of the Majiagou Member 4-Submember 56 of Lower Ordovician in Well Jin 2,Ordos Basin

圖5 四川盆地鴨深1井中三疊統(tǒng)雷口坡組雷四段二亞段—雷五段沉積儲(chǔ)層綜合柱狀圖Fig.5 Sedimentary-reservoir comprehensive column of the Leikoupo Submember 42-Member 5 of Middle Triassic in Well Yashen 1,Sichuan Basin

3 微生物碳酸鹽巖沉積模式

從上述5 條剖面的介紹可知，元古宙和顯生宙微生物碳酸鹽巖類(lèi)型和組合序列有很大的差異。元古宙以原地的微生物碳酸鹽巖建造為主，反映以低能（潮汐作用為主）開(kāi)放的潮汐-緩坡沉積體系為主；顯生宙除原地的微生物碳酸鹽巖建造外，還發(fā)育高能相帶的藻砂屑/生物碎屑等顆粒碳酸鹽巖、異地沉積的顆粒（包括角礫）碳酸鹽巖和膏鹽巖，反映以高能臺(tái)緣、斜坡、局限臺(tái)地和波浪作用為特征的波浪-鑲邊沉積體系為主。

3.1 緩坡沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式

塔里木盆地肖爾布拉克西溝剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組、四川盆地南江楊壩剖面上震旦統(tǒng)燈影組兩個(gè)元古宇剖面代表了宏體生物出現(xiàn)之前，以微生物碳酸鹽巖為主導(dǎo)的沉積特征。晚震旦世，以微生物為主導(dǎo)的海洋生態(tài)體系［35-37］，在大氣和海水缺氧、大氣環(huán)流作用弱的條件下［38-39］，形成3個(gè)沉積響應(yīng)特征：①元古宙海洋以潮汐作用為主，波浪作用弱，風(fēng)暴浪作用偶爾發(fā)生，這是導(dǎo)致元古宙高能顆粒灘沉積不如顯生宙發(fā)育的主要原因；②元古宙以碳酸鹽緩坡為主，沒(méi)有明顯的鑲邊臺(tái)緣，這是因?yàn)槿狈牦w造礁生物和碳酸鹽生產(chǎn)率低，難以形成堅(jiān)固的抗浪格架；③元古宙氣候潮濕，膏鹽層不發(fā)育。據(jù)此，根據(jù)沃爾索相律［40］，建立了緩坡沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式（圖6）。

圖6 緩坡沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式Fig.6 Sedimentary model of microbial carbonate in ramp sedimentary system

碳酸鹽緩坡指從海岸到盆地坡度很?。ㄒ话阈∮?°～2°）的碳酸鹽沉積體系［41］，Wright［42］根據(jù)風(fēng)暴、波浪和潮汐影響程度將碳酸鹽緩坡劃分為內(nèi)緩坡、中緩坡、外緩坡和盆地。外緩坡—盆地位于風(fēng)暴浪基面之下；中緩坡位于風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間；內(nèi)緩坡位于正常浪基面與平均低潮線之間；平均低潮線之上為潮坪環(huán)境，以潮汐作用為主（本文將潮坪/薩布哈環(huán)境從內(nèi)緩坡剝離出來(lái)）。

外緩坡—盆地主要為大型紋理石碳酸鹽巖及灰泥丘建造，含硅質(zhì)結(jié)核及條帶，夾灰黑色薄層泥巖，以四川盆地南江楊壩剖面燈一段、燈四段下部（圖2）為代表。

中緩坡主要為小—中型團(tuán)塊狀、泡沫狀凝塊石碳酸鹽巖建造，常見(jiàn)凝塊石角礫（2～15 cm），夾小—中型穹窿狀、柱狀、錐狀結(jié)構(gòu)疊層石碳酸鹽巖，以塔里木盆地肖爾布拉克西溝剖面奇三段、奇四段（圖1）和四川盆地南江楊壩剖面燈二段下部、燈四段上部（圖2）為代表。

內(nèi)緩坡主要為小—中型波狀疊層石碳酸鹽巖建造，夾薄層微生物粘結(jié)藻砂屑/鮞粒/礫屑碳酸鹽巖和微—小型凝塊石碳酸鹽巖，以塔里木盆地肖爾布拉克西溝剖面奇二段和四川盆地南江楊壩剖面燈二段上部、燈四段上部為代表。

潮坪環(huán)境主要為大—中型層（丘）狀微生物碳酸鹽巖建造，夾薄層藻砂屑碳酸鹽巖、泥質(zhì)碳酸鹽巖、深灰色—黑色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖及灰色中層狀石英砂巖，以塔里木盆地肖爾布拉克西溝剖面奇一段、四川盆地南江楊壩剖面燈三段為代表。

無(wú)論是剖面的垂向序列還是平面的展布特征，均展示了沉積環(huán)境的能量分帶、可容納空間大小對(duì)微生物碳酸鹽巖巖石類(lèi)型和組合序列的控制：高幅度的疊層構(gòu)造代表可容納空間充足的較深水沉積環(huán)境，微波狀疊層構(gòu)造代表可容納空間不足的淺水沉積環(huán)境，風(fēng)暴浪、波浪和潮汐作用可以形成規(guī)模不等的凝塊石角礫或藻砂屑碳酸鹽巖夾層。

隨著水體變淺，微生物碳酸鹽巖呈灰泥丘→凝塊石碳酸鹽巖→疊層石碳酸鹽巖→席狀、丘狀微生物碳酸鹽巖的變化特征。風(fēng)暴浪基面之下以灰泥丘建造為主，風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間以小—中型凝塊石碳酸鹽巖建造為主，正常浪基面與平均低潮線之間以小—中型疊層石碳酸鹽巖建造為主，平均低潮線之上的潮坪環(huán)境以大—中型席狀、丘狀微生物碳酸鹽巖建造為主。高頻海平面變化可導(dǎo)致不同相帶巖石組合序列的頻繁交替。

大規(guī)模的緩坡沉積體系微生物碳酸鹽沉積主要見(jiàn)于元古宙，如東西伯利亞地區(qū)新元古界發(fā)育里菲期—文德期沉積的兩套潮汐-緩坡背景的微生物白云巖，碳酸鹽緩坡面積達(dá)到400×104km2［43］。但顯生宙在特定的地質(zhì)條件下，如以潮汐作用為主和缺乏宏體生物及以微生物為主導(dǎo)的環(huán)境，同樣可以發(fā)育緩坡沉積體系微生物碳酸鹽沉積。

3.2 鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式

塔里木盆地阿克蘇什艾日克剖面下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組、鄂爾多斯盆地靳2 井下奧陶統(tǒng)馬家溝組五段、四川盆地鴨深1 井中三疊統(tǒng)雷口坡組3 個(gè)顯生宇剖面代表了顯生宙宏體生物出現(xiàn)之后，微生物碳酸鹽巖、高能礁灘相沉積和膏鹽巖并存的沉積特征。以宏體生物為主導(dǎo)的海洋生態(tài)體系［37］，在大氣和海水普遍富氧、大氣環(huán)流作用強(qiáng)的條件下［39］，形成3 個(gè)沉積響應(yīng)特征：①顯生宙海洋波浪作用和潮汐作用并存，障壁海岸以波浪作用為主，風(fēng)暴浪作用也很常見(jiàn)，潮坪環(huán)境以潮汐作用為主，這是顯生宙高能礁灘相沉積比元古宙發(fā)育的主要原因；②顯生宙以鑲邊臺(tái)地為主，即使是碳酸鹽緩坡，也因造礁生物的繁盛和高的碳酸鹽生產(chǎn)率，很快會(huì)演變?yōu)殍傔吪_(tái)地；③微生物碳酸鹽巖的規(guī)模發(fā)育往往與高鹽度海水有關(guān)。這導(dǎo)致微生物碳酸鹽巖、高能礁灘相沉積、膏鹽巖共生（塔里木盆地阿克蘇什艾日克剖面肖爾布拉克組雖然未出現(xiàn)膏鹽巖，但其上覆地層吾松格爾組發(fā)育大套的膏鹽巖），暗示了障壁島的存在。據(jù)此，根據(jù)沃爾索相律［40］，建立了鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式（圖7）。

鑲邊碳酸鹽臺(tái)地指碳酸鹽臺(tái)地與盆地之間有明顯的坡折，斜坡坡度60°以上，邊緣發(fā)育障壁礁或?yàn)?，?nèi)側(cè)發(fā)育低能潟湖，潟湖向陸方向過(guò)渡為陸源碎屑海岸，向海方向逐漸過(guò)渡為淺水碳酸鹽臺(tái)地。干旱氣候條件下，潟湖中還會(huì)有蒸發(fā)巖沉積［44］。

盆地相主要為黑色泥頁(yè)巖夾硅質(zhì)巖條帶和泥質(zhì)粉砂巖，水平紋層發(fā)育，厚度薄，分布廣，為欠補(bǔ)償沉積，以塔里木盆地玉爾吐斯組為代表。

圖7 鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式Fig.7 Sedimentary model of microbial carbonate in rimmed sedimentary system

臺(tái)緣前斜坡下部（下斜坡）主要為灰黑色大型紋理石碳酸鹽巖及灰泥丘建造，發(fā)育的水平紋層為微生物痕跡，以塔里木盆地肖下段—肖中1 亞段為代表（圖3）。

臺(tái)緣前斜坡上部（上斜坡）主要為灰黑色小—中型團(tuán)塊狀、泡沫狀凝塊石碳酸鹽巖建造，夾藻砂屑碳酸鹽巖，常見(jiàn)凝塊石角礫（5～15cm），以塔里木盆地肖中2亞段為代表。

鑲邊臺(tái)緣主要為淺灰色中厚層微生物粘結(jié)（藻）砂屑碳酸鹽巖、藻砂屑碳酸鹽巖建造，發(fā)育交錯(cuò)層理，以塔里木盆地肖中3亞段下部（圖3）和鄂爾多斯盆地馬四段—馬五10、馬五7亞段（圖4）以及四川盆地雷口坡組雷四3亞段中上部（圖5）為代表。

碳酸鹽臺(tái)地主要為淺灰色大—中型波狀疊層石碳酸鹽巖建造，常伴生核形石（鮞粒）碳酸鹽巖、微生物粘結(jié)藻砂屑碳酸鹽巖、（泥質(zhì)）泥晶灰?guī)r或（泥質(zhì)）泥晶白云巖，潟湖中可見(jiàn)少量小—中型穹窿狀、柱狀、錐狀疊層石碳酸鹽巖及微—小型泡沫狀、團(tuán)塊狀凝塊石碳酸鹽巖，以塔里木盆地肖中3 亞段上部和鄂爾多斯盆地馬五9—馬五8亞段、馬五6亞段中部以及四川盆地雷口坡組雷四3亞段下部、雷五段為代表。

蒸發(fā)潟湖主要為膏鹽巖、膏質(zhì)白云巖建造，夾（泥質(zhì)）泥晶碳酸鹽巖及少量微生物粘結(jié)（藻）砂屑碳酸鹽巖，以鄂爾多斯盆地馬五9—馬五8、馬五7、馬五6亞段和四川盆地雷口坡組雷四2亞段為代表。

潮坪環(huán)境主要為黃灰色薄層泥質(zhì)碳酸鹽巖、淺灰色大—中型層（席）狀、丘狀微生物碳酸鹽巖建造，見(jiàn)少量泥質(zhì)和陸源碎屑，以塔里木盆地肖上段為代表。

與緩坡沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式相似，無(wú)論是剖面的垂向序列還是平面的展布特征，均展示了沉積環(huán)境的能量分帶、可容納空間大小對(duì)微生物碳酸鹽巖巖石類(lèi)型和組合序列的控制。風(fēng)暴浪基面之下的盆地相區(qū)以黑色泥頁(yè)巖、硅質(zhì)巖建造為主，下斜坡以大型紋理石碳酸鹽巖建造為主；風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間的上斜坡以灰黑色小—中型團(tuán)塊狀、泡沫狀凝塊石碳酸鹽巖建造為主；正常浪基面之上的鑲邊臺(tái)緣以微生物粘結(jié)（藻）砂屑碳酸鹽巖、藻砂屑碳酸鹽巖建造為主；碳酸鹽臺(tái)地以大—中型波狀疊層石碳酸鹽巖建造為主；蒸發(fā)潟湖以膏鹽巖和膏質(zhì)白云巖建造為主；潮坪環(huán)境以大—中型層（席）狀、丘狀微生物碳酸鹽巖建造為主。高頻海平面變化可導(dǎo)致不同相帶巖石組合序列的頻繁交替。

大規(guī)模的鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽沉積主要見(jiàn)于顯生宙，但元古宙在特定的地質(zhì)條件下，同樣可以發(fā)育鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽沉積，如四川盆地川中地區(qū)德陽(yáng)—安岳臺(tái)內(nèi)裂陷周緣的燈影組微生物碳酸鹽沉積，雖然燈影期上揚(yáng)子板塊主體為碳酸鹽緩坡背景。德陽(yáng)—安岳燈影期臺(tái)內(nèi)裂陷周緣的鑲邊既非典型的鑲邊臺(tái)緣，更不是沉積型鑲邊，而是構(gòu)造型鑲邊；恰恰通過(guò)燈影期微生物碳酸鹽的沉積作用，逐漸由燈二段沉積期的構(gòu)造型鑲邊向燈四段沉積期的碳酸鹽緩坡演化［45］。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)塔里木盆地、四川盆地和鄂爾多斯盆地3 個(gè)露頭、2 口井共5 條剖面的巖石類(lèi)型和組合序列研究，取得3項(xiàng)成果和認(rèn)識(shí)：

（1）建立了構(gòu)造尺度和形態(tài)特征相結(jié)合的微生物碳酸鹽巖分類(lèi)方案。該分類(lèi)方案是一個(gè)更適用于露頭和井場(chǎng)的系統(tǒng)分類(lèi)方案，同時(shí)巖石類(lèi)型及組合序列的環(huán)境意義更加明確，為微生物碳酸鹽巖沉積環(huán)境恢復(fù)和沉積模式的建立奠定了基礎(chǔ)。

（2）明確了微生物碳酸鹽巖巖石類(lèi)型及組合序列的環(huán)境意義。風(fēng)暴浪基面之下遠(yuǎn)端以欠補(bǔ)償黑色泥巖和硅質(zhì)巖沉積為主，近端的下斜坡以具丘狀結(jié)構(gòu)的紋理石碳酸鹽巖和灰泥丘建造為主；風(fēng)暴浪基面和正常浪基面之間的上斜坡以泡沫狀、團(tuán)塊狀凝塊石碳酸鹽巖和柱狀、錐狀、穹窿狀疊層石碳酸鹽巖建造為主；正常浪基面與平均低潮線之間以波狀疊層石碳酸鹽巖建造為主；平均低潮線之上的潮坪環(huán)境以層（席）狀微生物碳酸鹽巖、丘狀微生物碳酸鹽巖建造為主。

（3）建立了緩坡沉積體系和鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽巖沉積模式。

關(guān)于微生物碳酸鹽巖的分類(lèi)目前依然存在很大分歧，本文提供的分類(lèi)方案也肯定存在不足之處，但期望該方案能對(duì)微生物碳酸鹽巖巖類(lèi)學(xué)研究起到促進(jìn)作用。雖然不同類(lèi)型的微生物碳酸鹽巖可以出現(xiàn)在同一沉積環(huán)境，不同沉積環(huán)境也可以出現(xiàn)同類(lèi)型的微生物碳酸鹽巖，但基于本文構(gòu)造尺度和形態(tài)特征相結(jié)合的分類(lèi)方案，巖石類(lèi)型和組合序列的環(huán)境意義是基本明確的。不同地質(zhì)歷史時(shí)期均可能發(fā)育緩坡沉積體系和鑲邊沉積體系微生物碳酸鹽沉積，但元古宙以緩坡沉積體系為主，顯生宙則以鑲邊沉積體系為主。