塔里木盆地烏什地區(qū)上震旦統(tǒng)奇格布拉克組地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義*

鄭劍鋒 劉 禹 朱永進(jìn) 梁 峰

1 中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310023 2 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，浙江杭州 310023 3 中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

近年來(lái)，對(duì)前寒武系的勘探在全球取得了突破性進(jìn)展： 俄羅斯西伯利亞克拉通中新元古界文德系與中元古界里菲系已發(fā)現(xiàn)約50個(gè)原生油氣田，總計(jì)探明和控制地質(zhì)儲(chǔ)量約22.36×108￣￣t；阿曼南部哈偉爾—克盧斯特地區(qū)發(fā)現(xiàn)9個(gè)前寒武系碳酸鹽巖油藏，探明原油儲(chǔ)量約為3.5×108￣￣m3(王鐵冠等，2011)；冀中坳陷發(fā)現(xiàn)任丘中元古界潛山油氣藏，探明油氣儲(chǔ)量5.3×108￣￣t；四川盆地樂(lè)山—龍女寺古隆起發(fā)現(xiàn)以震旦系燈影組為產(chǎn)層的安岳氣田，天然氣探明儲(chǔ)量5940×108￣￣m3(田興旺等，2020)；塔里木盆地塔北低隆亞洲陸上第1深井——輪探1井的上震旦統(tǒng)也見(jiàn)到了油氣顯示(楊海軍等，2020；張?zhí)旄兜龋?020)。塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組是寒武系鹽下地層重要的勘探領(lǐng)域，與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組泥頁(yè)巖及南華系潛在烴源巖(Wuetal.，2017；朱光友等，2018)構(gòu)成良好的生儲(chǔ)組合。但是，當(dāng)前該領(lǐng)域勘探程度較低，盆地內(nèi)僅有輪探1井、旗探1井、柯探1井、星火1井、塔東2井、東探1井等12口井鉆遇震旦系。震旦系露頭主要分布在柯坪地區(qū)、鐵克里克地區(qū)以及庫(kù)魯克塔格地區(qū)，其中柯坪露頭區(qū)的震旦系與當(dāng)前重點(diǎn)勘探區(qū)塔中、塔北地區(qū)具有較好的對(duì)比性，是當(dāng)前震旦系研究的最主要對(duì)象。前人研究認(rèn)為，晚震旦世巴楚—塔中—塔東南隆起區(qū)西南部繼承早震旦世被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，發(fā)育緩坡相碳酸鹽沉積(周肖貝等，2012；石開(kāi)波等，2016)，其中奇格布拉克組主要發(fā)育以疊層石、凝塊石和泡沫綿層石為主的微生物白云巖(王小林等，2010；錢(qián)一雄等，2017)，儲(chǔ)集層以孔隙—孔洞型為主，品質(zhì)較好，沉積相、風(fēng)化殼巖溶作用和熱液溶蝕作用是儲(chǔ)集層發(fā)育的主控因素(李朋威等，2015；石書(shū)緣等，2017；嚴(yán)威等，2019；楊翰軒等，2020)。

雖然前人已在烏什地區(qū)做了相關(guān)的工作，然而對(duì)奇格布拉克組沉積環(huán)境和白云巖成因的認(rèn)識(shí)仍然不夠深入，這制約了該地區(qū)的巖相古地理恢復(fù)及儲(chǔ)集層成因認(rèn)識(shí)。因此，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，以昆蓋闊坦剖面為研究對(duì)象，精細(xì)描述上震旦統(tǒng)奇格布拉克組，并采集樣品104塊系統(tǒng)地進(jìn)行薄片分析，同時(shí)優(yōu)選樣品開(kāi)展常量微量元素、稀土元素、碳氧鍶同位素等地球化學(xué)測(cè)試分析，形成了基于巖石學(xué)和地球化學(xué)特征的奇格布拉克組沉積環(huán)境及白云巖成因認(rèn)識(shí)，為塔里木盆地奇格布拉克組巖相古地理恢復(fù)和儲(chǔ)集層成因研究提供可靠依據(jù)。

圖1 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面位置及震旦系—寒武系地層柱狀圖Fig.1 Location of Kungaikuotan outcrop and stratigraphic column of the Sinian-Cambrian in Tarim Basin

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地位于塔里木板塊中部穩(wěn)定區(qū)，是一個(gè)由古生界克拉通盆地和中生界—新生界前陸盆地組成的多旋回疊合含油氣盆地(賈承造，1997)。南華紀(jì)—震旦紀(jì)，發(fā)生Rodinia超大陸裂解，塔里木盆地處于拉張構(gòu)造背景下，形成多個(gè)裂谷盆地，柯坪地區(qū)、鐵克里克地區(qū)與庫(kù)魯克塔格地區(qū)出露的南華系—震旦系均形成于該裂谷環(huán)境。震旦紀(jì)，塔里木盆地以拗陷沉積為主，其中早震旦世由于驅(qū)動(dòng)板塊裂解的地幔柱活動(dòng)趨于衰退，拉張作用逐漸減弱，但晚震旦世裂谷持續(xù)擴(kuò)張導(dǎo)致洋盆周緣沉降而出現(xiàn)拗陷，形成以碳酸鹽巖臺(tái)地為主的拗陷盆地(楊云坤等，2014；吳林等，2017)?？傮w上，該地區(qū)發(fā)育“南華紀(jì)裂谷、早震旦裂拗轉(zhuǎn)換、晚震旦拗陷”的沉積填充序列(田雷等，2020)。震旦紀(jì)末期，受“柯坪運(yùn)動(dòng)”影響，塔里木板塊發(fā)生區(qū)域性隆升，導(dǎo)致震旦系與寒武系之間形成區(qū)域不整合，震旦系頂部白云巖遭受風(fēng)化溶蝕作用。

昆蓋闊坦剖面位于烏什縣南偏東45km處(圖1)，周邊為戈壁和山區(qū)，構(gòu)造分區(qū)屬于塔北隆起柯坪斷隆東段，地層區(qū)劃亦屬柯坪地層分區(qū)(吳根耀等，2013)。在昆蓋闊坦剖面中，上震旦統(tǒng)—中寒武統(tǒng)出露完整，自下而上發(fā)育： 下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組，上震旦統(tǒng)奇格布拉克組，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組、肖爾布拉克組、吾松格爾組，中寒武統(tǒng)沙依里克組和阿瓦塔格組(圖1)。上震旦統(tǒng)奇格布拉克組厚約141m，底部與下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組呈平行不整合接觸，頂部與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組呈平行不整合接觸。

a—奇格布拉克組地層宏觀特征；b—奇1段旋回特征；c—奇3段與奇4段巖相組合特征圖2 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組巖相組合特征Fig.2 Characteristics of lithofacies assemblage of the Qigeblak Formation in Kungaikuotan outcrop，Tarim Basin

2 巖石學(xué)特征

2.1 地層劃分

奇格布拉克組實(shí)測(cè)厚度約141m，宏觀上可分為4個(gè)段(圖2-a)，自下而上分別為奇1段、奇2段、奇3段和奇4段。不同層段的地層顏色、單層沉積厚度、巖相組合具有較明顯的差異(圖3)。

1)奇1段。厚度為31.7m，以中—薄層狀疊層石白云巖、鮞粒白云巖、粘結(jié)顆粒白云巖、泥質(zhì)白云巖、砂巖和泥巖互層為主，整體呈黃灰色、褐灰色等氧化色。該段具有明顯的旋回性(圖2-b)，主要發(fā)育由泥巖、粉砂巖與顆粒白云巖、疊層石白云巖構(gòu)成的旋回，以及由水平—微波狀疊層石與丘狀疊層石構(gòu)成的旋回。單旋回厚度為0.4～1.0m，通常旋回上部厚度較大，且整體旋回的厚度亦向上逐漸變大。3～5個(gè)相同巖相旋回構(gòu)成1個(gè)高一級(jí)的旋回，這一特征也成為該段地層野外劃分的主要依據(jù)。

2)奇2段。厚度為25.1m，整體以灰色中層狀疊層石白云巖、凝塊石白云巖為主，夾中—薄層狀粘結(jié)顆粒白云巖。該段同樣具有旋回性，主要發(fā)育由水平—微波狀疊層石與丘狀疊層石構(gòu)成的旋回和粘結(jié)顆粒白云巖、凝塊石白云巖與丘狀疊層石構(gòu)成的旋回。單旋回厚度0.5～2.0m，旋回上部略厚于下部。與奇1段相比，該段不僅顏色較深，而且單層厚度較大。

3)奇3段。厚度為71.3m，整體以深灰色—灰色中—厚層狀凝塊石白云巖(2～6m)和泡沫綿層石白云巖(1.6～7.2m)為主，兩者互層發(fā)育。自下而上，泡沫綿層石白云巖占比逐漸增大，上部見(jiàn)較多毫米—厘米級(jí)窗格孔順層發(fā)育，孔隙被多期白云石膠結(jié)，構(gòu)成“花邊構(gòu)造”。該段較奇2段顏色更深，且單層厚度也更大，但巖相組合卻更簡(jiǎn)單。

4)奇4段。厚度為12.9m，為一套巖溶角礫白云巖(圖2-c)，整體缺乏層狀特征，10～50cm大小的縫洞體非常發(fā)育，被鞍狀白云石、巨晶方解石充填或半充填。角礫主要由深灰色—灰色凝塊石白云巖和泡沫綿層石白云巖組成，指示其與奇3段沉積時(shí)期具有相同的沉積環(huán)境。推測(cè)震旦紀(jì)末期，“柯坪運(yùn)動(dòng)”造成塔里木板塊快速抬升，使得該段地層暴露并遭受風(fēng)化淋濾作用，從而形成了巖溶角礫巖。

2.2 巖石特征

在昆蓋闊坦剖面中，上震旦統(tǒng)奇格布拉克組以微生物白云巖為主，可識(shí)別出疊層石白云巖、凝塊石白云巖和泡沫綿層石白云巖3種微生物巖，及鮞粒白云巖和粘結(jié)顆粒白云巖2種與微生物作用相關(guān)的顆粒白云巖。奇格布拉克組底部發(fā)育薄層狀泥巖與粉砂巖。

1)疊層石白云巖。主要發(fā)育在奇1段和奇2段，占比約20%，可見(jiàn)水平—微波狀和丘狀(圖4-a)2種主要疊層石形態(tài)。水平—微波狀疊層石通常具有毫米級(jí)明暗紋層(圖4-b)，富藍(lán)細(xì)菌的暗紋層相對(duì)較薄，而富屑的亮紋層相對(duì)較厚，鳥(niǎo)眼孔發(fā)育，常與薄層狀、紋層狀泥巖和粉砂巖互層出現(xiàn)，主要發(fā)育于水體能量較低或靜水的潮間帶上部—潮上帶。丘狀疊層石厚度在30～60cm之間，由5～10cm厚的薄層組成，富含顆粒，丘與丘之間相對(duì)緊密，發(fā)育于具有較強(qiáng)水動(dòng)力的潮間帶下部。

a—丘狀疊層石白云巖，奇2段，露頭；b—層狀疊層石白云巖，可見(jiàn)亮暗紋層交替呈水平紋層狀排列，奇1段，藍(lán)色鑄體，單偏光；c—分散狀凝塊石白云巖，凝塊結(jié)構(gòu)典型，格架孔被多期白云石膠結(jié)，奇3段，藍(lán)色鑄體，單偏光；d—連續(xù)狀凝塊石白云巖，暗色凝塊呈不規(guī)則分布，格架孔被細(xì)粒亮晶白云石膠結(jié)，奇3段，藍(lán)色鑄體，單偏光；e—凝塊石白云巖(e1)，格架溶孔發(fā)育，被纖狀(e2)和粒狀(e3)兩期白云石膠結(jié)，呈花邊構(gòu)造，奇3段，露頭；f—泡沫綿層石白云巖，泡沫體多為圓或橢圓形，偶見(jiàn)不規(guī)則條帶狀，奇3段，藍(lán)色鑄體，單偏光；g—鮞粒白云巖，具交錯(cuò)層理，奇1段，露頭；h—鮞粒白云巖，鮞粒大小均勻，奇1段，藍(lán)色鑄體，單偏光；i—粘結(jié)顆粒白云巖，顆粒間被早期亮晶白云石和晚期方解石充填，奇1段，藍(lán)色鑄體，單偏光圖4 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組巖石學(xué)特征Fig.4 Petrological characteristics of the Qigeblak Formation from Kungaikuotan outcrop in Tarim Basin

2)凝塊石白云巖。主要分布在奇2段上部—奇4段，整體呈深灰色—灰色，中—厚層狀，自下向上厚度逐漸增加，一般具有水平層理。可識(shí)別出分散狀(圖4-c)和連續(xù)狀(圖4-d)2種微觀結(jié)構(gòu)，前者中的暗色凝塊具有較為清晰的邊界，排列呈一定的方向性，凝塊間的格架孔被多期白云石膠結(jié)，局部具有花邊構(gòu)造(圖4-e)，而后者中的暗色凝塊呈不規(guī)則分布，凝塊間的格架孔多被細(xì)粒亮晶白云石膠結(jié)，局部殘留少量孔隙。凝塊石沉積時(shí)水深一般大于疊層石，通常發(fā)育于具有一定水動(dòng)力的潮下中高能環(huán)境(Aitkenetal.，1967)，且分散狀凝塊石由于受到波浪作用的改造，故沉積時(shí)的水體能量強(qiáng)于連續(xù)狀凝塊石。

3)泡沫綿層石白云巖。主要分布在奇3段—奇4段，整體呈灰色，厚層—塊狀，通常具有水平層理?？梢?jiàn)具有暗色泥晶套的不規(guī)則橢圓環(huán)呈緊密排列(圖4-f)，環(huán)內(nèi)由顏色較亮的粉晶白云巖組成，局部不規(guī)則格架孔被多期白云石膠結(jié)，與該地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組泡沫綿層石特征(鄭劍鋒等，2019)近似。研究區(qū)泡沫綿層石通常與凝塊石呈厚層狀互層，兩者都屬于潮下帶沉積，但前者顏色較淺、孔隙較發(fā)育，因此發(fā)育于潮下高能沉積環(huán)境。

4)顆粒白云巖。鮞粒白云巖和粘結(jié)顆粒白云巖是2種與微生物作用相關(guān)的顆粒白云巖。鮞粒白云巖主要分布于奇1段，單層厚度10～50cm，局部可見(jiàn)交錯(cuò)層理(圖4-g)，鮞粒大小整體均勻，粒間、粒內(nèi)孔發(fā)育(圖4-h)，指示其發(fā)育于潮間高能沉積環(huán)境；但底部的鮞粒大小不均勻，鮞核多為石英顆粒，則指示其處于近岸沉積環(huán)境。粘結(jié)顆粒白云巖在奇格布拉克組下部和中部都有發(fā)育，單層厚度相對(duì)較薄，主要是由不規(guī)則碳酸鹽顆粒被藍(lán)細(xì)菌粘結(jié)在一起而形成的復(fù)合顆粒(圖4-i)，且大小不均勻，指示其處于水體能量中等的潮間帶上部環(huán)境。

3 地球化學(xué)特征

3.1 樣品與方法

文中對(duì)優(yōu)選的奇格布拉克組4個(gè)層段20件樣品進(jìn)行了多參數(shù)地球化學(xué)測(cè)試和分析(表1)，所有測(cè)試樣品均采自烏什地區(qū)昆蓋闊坦剖面，包含疊層石白云巖、凝塊石白云巖、泡沫綿層石白云巖、粘結(jié)顆粒白云巖和鮞粒白云巖5種最主要的巖石類(lèi)型。為了避免雜質(zhì)礦物的影響，利用小型微取樣鉆機(jī)鉆取樣品圍巖部分，再利用瑪瑙研缽將樣品研磨至200目，每件樣品分成5份，分別開(kāi)展白云石有序度、主量元素、微量元素、稀土元素、碳氧穩(wěn)定同位素和鍶同位素測(cè)試。

表1 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖有序度和同位素分析結(jié)果Table1 Order degree，δ13C，δ18O and 87Sr/86Sr value of the Qigeblak Formation dolostone from Kungaikuotan outcrop in Tarim Basin

此外，優(yōu)選1件凝塊石白云巖樣品開(kāi)展激光原位U-Pb同位素年齡檢測(cè)，這件樣品發(fā)育溶蝕孔洞，被纖狀和粒狀2期白云石膠結(jié)物充填(圖2-e)，測(cè)試前先對(duì)其進(jìn)行清洗、靶制備，并在超凈室對(duì)測(cè)樣靶做進(jìn)一步超凈處理。

所有的測(cè)試分析均在中國(guó)石油碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。有序度分析儀器為X′pert Pro型X射線(xiàn)衍射儀，微量元素和稀土元素分析儀器為PANalytical Axios XRFX射線(xiàn)熒光光譜儀，碳氧同位素分析儀器為Delta V Advantage同位素比質(zhì)譜儀，鍶同位素分析儀器為T(mén)riton Plus熱電離同位素比質(zhì)譜儀。碳酸鹽巖激光原位U-Pb年齡檢測(cè)的激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas HD，檢測(cè)儀器型號(hào)為Element XR扇形場(chǎng)等離子體質(zhì)譜儀(SF-ICP-MS)，測(cè)試過(guò)程中分別使用NIST 614和WC-1國(guó)際標(biāo)樣校正207Pb/206Pb 值和238U/206Pb 值，數(shù)據(jù)經(jīng)Iolite 3.6軟件離線(xiàn)處理后，在Isoplot 3.75軟件上完成諧和圖繪制及年齡計(jì)算。

3.2 測(cè)試結(jié)果

3.2.1 白云石有序度

白云石有序度是衡量白云石結(jié)晶速度、結(jié)晶溫度與演化程度的一個(gè)重要指標(biāo)。昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云石的有序度整體較低，分布范圍在0.60～0.77之間(表1)，平均0.68。自下而上，奇1段至奇4段白云石的平均有序度分別為0.67、0.69、0.69和0.70，和微生物巖類(lèi)型不相關(guān)。

a—碳氧穩(wěn)定同位素交會(huì)圖；b—鍶同位素與氧同位素交會(huì)圖；c—Fe與Mn元素交會(huì)圖；d—MgO與CaO交會(huì)圖；e—稀土元素配分模式；f—Ce與Eu異常交會(huì)圖圖5 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖地球化學(xué)圖版Fig.5 Trace elements compositions of the Qigeblak Formation dolostone from Kungaikuotan outcrop in Tarim Basin

3.2.2 碳氧穩(wěn)定同位素

昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖的δ13C、δ18O值之間無(wú)相關(guān)性(圖5-a)，說(shuō)明樣品基本保留了早期海水的δ13C、δ18O特征，巖石在埋藏期受到成巖改造作用較弱(Kaufmanetal.,1997)。δ13C值分布在1.11‰～5.72‰之間，平均3.28‰；δ18O值分布在-4.85‰～-1.48‰之間，平均-2.85‰。整體上，與晚元古代海相碳酸鹽巖的δ13C、δ18O值(Zempolichetal.，1988)接近，但不同層段也存在一定的差異：δ13C平均值方面，奇1段最大(4.99‰)，奇2段(2.72‰)與奇3段(3.12‰)接近，奇4段最低(1.63‰)；δ18O平均值方面，奇1段(-2.9‰)、奇2段(-2.76‰)、奇3段(-2.32‰)接近，奇4段最小(-4.65‰)。

3.2.3 鍶同位素

鍶同位素是指示古氣候及成巖流體性質(zhì)的重要參數(shù)(黃擎宇等，2016)。奇格布拉克組白云巖的87Sr/86Sr值為0.70883～0.71073，平均0.70944，整體略高于震旦紀(jì)海水(0.7087～0.7094；Halversonetal.，2007)。分析表明，微生物巖類(lèi)型與87Sr/86Sr值之間沒(méi)有相關(guān)性，但不同層段87Sr/86Sr值存在一定的差異(圖5-b)，其中奇1段87Sr/86Sr平均值(0.71002)最大，奇4段(0.70960)次之，奇2段(070947)和奇3段(0.70902)相對(duì)較小。

表2 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖常、微量元素檢測(cè)結(jié)果Table2 Major and trace elements compositions of the Qigeblak Formation dolostone from Kungaikuotan outcrop in Tarim Basin

3.2.4 常量元素和微量元素

優(yōu)選對(duì)古環(huán)境響應(yīng)較好的元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Ba、Pb進(jìn)行分析(圖6)。Ti、V、Co、Ni和Cu含量的變化表現(xiàn)為： 奇1段變化幅度大，奇2段和奇3段變小并趨于穩(wěn)定，奇4段快速變大。Mn和Fe具有奇1段—奇3段下部緩慢變小、奇3段上部—奇4段緩慢變大的特征，整體上4個(gè)層段具有較明顯地可區(qū)分性(圖5-d)。Zn、Sr、Ba和Pb具有奇1段大幅度變化、奇2段—奇3段變小且局部略有起伏、奇4段略有變大的特征。

3.2.5 稀土元素

圖6 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖地球化學(xué)參數(shù)變化趨勢(shì)Fig.6 Geochemical variation tendency of the Qigeblak Formation dolostone from Kungaikuotan outcrop in Tarim Basin

碳酸鹽巖礦物中的稀土元素含量在成巖過(guò)程中受到的影響非常弱，因此可以較好地指示沉積環(huán)境或者白云石化流體的來(lái)源。奇格布拉克組白云巖的ΣREE含量為0.68～43.87 μg/g(表3)，平均8.91 μg/g，總體上奇1段(平均16.01 μg/g)和奇4段(平均25.34 μg/g)高于奇2段(平均3.24 μg/g)和奇3段(平均1.16 μg/g)；LREE/HREE值為2.88～10.81，平均6.36，表現(xiàn)出輕稀土較富集的特征。

表3 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖稀土元素檢測(cè)結(jié)果(單位： μg/g)

a—凝塊石白云巖年齡；b—纖狀白云石膠結(jié)物年齡；c—粒狀白云石膠結(jié)物年齡圖7 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖激光原位U-Pb諧和圖Fig.7 LA-MC-ICP-MS U-Pb concordia diagram of the Qigeblak Formation dolostone from Kungaikuotan outcrop in Tarim Basin

對(duì)樣品實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行后太古宙澳大利亞頁(yè)巖(PAAS)標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化(SN)元素異常分別采用以下方法計(jì)算：δCe=2×CeSN/(LaSN+PrSN)，δEu=2×EuSN/(SmSN+GdSN)。結(jié)果表明，奇1段—奇3段的δCe值為0.75～1.18，平均0.98，無(wú)明顯異常，而奇4段δCe值范圍為0.45～0.65，平均0.52，具明顯負(fù)異常；奇1段—奇4段δEu值為0.82～1.16，平均0.98，無(wú)明顯異常(圖5-e)。標(biāo)準(zhǔn)化后稀土元素配分模式(圖5-f)整體表現(xiàn)為重稀土元素含量略高于輕稀土元素。

3.2.6 激光原位U-Pb同位素年齡

碳酸鹽巖激光原位U-Pb同位素年齡測(cè)試技術(shù)可以為白云石化作用的時(shí)間研究提供依據(jù)(沈安江等，2019)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果(圖7)，凝塊石白云石的圍巖年齡為568±32Ma，第1期纖狀白云石膠結(jié)物年齡為530±19Ma，第2期粒狀白云石膠結(jié)物年齡為514±52Ma，年齡大小與樣品成巖序列順序相吻合。根據(jù)中國(guó)地層表(2018)，圍巖的年齡位于新元古界埃迪卡拉系年齡范圍(541～635Ma)之內(nèi)，對(duì)應(yīng)上震旦統(tǒng)(541～580Ma)，2期膠結(jié)物的形成時(shí)間分別對(duì)應(yīng)寒武系紐芬蘭統(tǒng)(521～541Ma)和第二統(tǒng)(509～521Ma)。前人曾對(duì)研究區(qū)震旦系開(kāi)展過(guò)年代學(xué)研究，如Xu等(2013)對(duì)下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組玄武巖中的鋯石定年結(jié)果為615.2±4.8Ma和614.4±9.1Ma，Li等(2015)從烏什金磷礦剖面蘇蓋特布拉克組上部細(xì)砂巖中得到碎屑鋯石年齡為602±23Ma，文中測(cè)試的白云巖圍巖年齡(548±32Ma)與前人給出的該區(qū)鋯石年代學(xué)格架(Lietal.，2013；Xuetal.，2015)相符合，因此代表了地層沉積年齡。

4 討論

4.1 沉積環(huán)境

根據(jù)沉積巖在沉積—成巖過(guò)程中所含元素及同位素變化的規(guī)律，可以分析古水溫、古鹽度、古水深和氧化還原條件、古氣候等沉積環(huán)境因素。

4.1.1 古水溫

水體溫度是控制碳酸鹽穩(wěn)定氧同位素的重要因素。Urey(1948)首先提出了用δ18O 測(cè)定古大洋水溫度的方法，該方法經(jīng)Epstein(1951)具體化，并由Craig(1965)修改形成計(jì)算公式：T(℃)=15.976-4.2×δ18O+0.13×(δ18O+0.22)2。由于年代越老，受成巖作用影響越強(qiáng)烈，δ18O偏離也越大(“年代效應(yīng)”)，因此該公式對(duì)古老碳酸鹽巖樣品的計(jì)算存在一定偏差。Keith和Weber(1964)提出的校正方法可以較好地克服這種“年代效應(yīng)”：δ18O=δ18O測(cè)-△δ18O，公式中△δ18O是所測(cè)地層δ18O 平均值與第四紀(jì)海相碳酸鹽巖δ18O 平均值(-1.2‰)之差，該方法在湘中石炭系和塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖的研究中取得較好應(yīng)用效果(邵龍義等，1996；鄭劍鋒等，2020)。

依據(jù)上述方法，計(jì)算出奇格布拉克組白云巖的溫度范圍為17.2～32.8℃(表1)，平均值為23.3℃。該結(jié)果表明奇格布拉克組沉積時(shí)期，研究區(qū)為溫暖的古海水環(huán)境，與古板塊分析所得出的塔里木陸塊晚震旦世處于北緯20°附近(周肖貝等，2015)較一致。不同層段溫度存在一定的差異(圖5-b)，奇1段—奇3段溫度平均值(22.8℃～20.8℃)接近，奇4段最大(31.8℃)。

4.1.2 古鹽度

圖8 塔里木盆地昆蓋闊坦剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組沉積模式Fig.8 Sedimentary model of the Upper Sinian Qigeblake Formation in Kungaikuotan outcrop of Tarim Basin

4.1.3 古水深

4.1.4 氧化—還原程度

4.1.5 古氣候

綜上所述，地球化學(xué)特征揭示奇格布拉組沉積時(shí)期研究區(qū)整體處于溫暖干旱的氣候背景下，其位于近岸淺水環(huán)境，海水具有較高鹽度、較高水溫和氧化—弱氧化特征，海平面先逐漸上升后快速下降，有利于微生物的繁殖。結(jié)合研究區(qū)的相序特征，認(rèn)為奇格布拉克組整體構(gòu)成碳酸鹽巖緩坡背景下的內(nèi)緩坡潮坪—微生物丘灘沉積序列(圖8)：奇1段為潮間帶上部—潮上帶沉積環(huán)境，發(fā)育潮上帶泥云坪、潮間帶上部疊層石坪；奇2段為潮間帶下部沉積環(huán)境，發(fā)育中—高能微生物丘灘和低能微生物層；奇3段—奇4段為潮下帶沉積環(huán)境，發(fā)育微生物丘。該認(rèn)識(shí)可以為柯坪地區(qū)微生物丘灘的分布預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

4.2 白云巖成因

早期白云石化作用對(duì)原生孔和早成巖期形成的孔隙的保存具有重要建設(shè)性作用，而晚期白云石化作用對(duì)早期孔隙的保存作用不大，甚至起破壞作用(趙文智等，2018)，因此判斷白云石化作用發(fā)生的時(shí)間非常重要。早期白云石化作用速度快、時(shí)間短，形成的白云石晶粒小，以泥晶、粉晶為主，并且常保留原巖結(jié)構(gòu)；而晚期白云石化作用相對(duì)緩慢，形成的白云石晶粒較大，常為細(xì)晶級(jí)以上(趙文智等，2014)。奇格布拉克組白云巖主要以泥晶、粉晶為主，都較好地保留了原始的微生物或顆粒結(jié)構(gòu)，具有早期白云石化的特征。

圖9 塔里木盆地塔北中西部地區(qū)奇格布拉克組沉積時(shí)期巖相古地理Fig.9 Lithofacies palaeogeography of the Qigeblake Formation in mid-west area of northern Tarim Basin

綜上所述，巖石學(xué)特征和多參數(shù)地球化學(xué)特征指示了塔里木盆地昆蓋闊坦剖面奇格布拉克組白云巖形成于準(zhǔn)同生期—淺埋藏期，白云石化流體主要為海水。古環(huán)境分析明確了奇格布拉組沉積時(shí)期整體處于溫暖、干旱氣候背景的近岸淺水環(huán)境，所以較易導(dǎo)致蒸發(fā)作用發(fā)生，造成沉積物中的方解石或文石發(fā)生蒸發(fā)白云石化；隨著蒸發(fā)作用不斷進(jìn)行，富Mg2+、Ca2+的流體沿著微生物丘灘中的微生物格架孔向下滲透并向海方向回流，從而導(dǎo)致滲透回流白云石化。因此，在晚震旦世碳酸鹽巖緩坡背景下，塔里木盆地震旦系奇格布拉克組白云巖可以用蒸發(fā)白云石化和滲透回流白云石化2種模式來(lái)解釋其成因。

4.3 勘探意義

塔里木盆地塔北地區(qū)是寒武系鹽下地層風(fēng)險(xiǎn)勘探的主要地區(qū)之一?；诶ドw闊坦剖面奇格布拉克組沉積環(huán)境認(rèn)識(shí)建立的緩坡背景下的古隆起—潮坪—潮下微生物丘灘模式，結(jié)合什艾日克、西溝剖面和溫參1、新和1、旗探1及星火1等井和剖面資料，為該地區(qū)中西部巖相古地理刻畫(huà)提供了可靠依據(jù)。溫宿低隆控制了該地區(qū)的古地理格局，自古隆起依次發(fā)育內(nèi)緩坡潮坪、內(nèi)緩坡丘灘—灘間海和中緩坡3個(gè)帶，溫宿—拜城一帶主要為潮坪沉積，發(fā)育泥云坪、云坪和薄層丘灘，其周緣發(fā)育一定規(guī)模的微生物丘灘(圖9)。由于奇格布拉克組儲(chǔ)集層具有相控性特征(嚴(yán)威等，2019；楊翰軒等，2020)，因此該認(rèn)識(shí)為該地區(qū)有利儲(chǔ)集層分布預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

基于巖石學(xué)及地球化學(xué)特征，明確了奇格布拉克組白云巖形成于準(zhǔn)同生期—淺埋藏期。由于白云巖相對(duì)灰?guī)r更抗壓實(shí)、壓溶作用，故早期白云石化作用可使微生物丘灘相儲(chǔ)集層中原生格架孔、準(zhǔn)同生溶蝕孔在經(jīng)歷漫長(zhǎng)的埋藏過(guò)程后仍得以保存，從而說(shuō)明早期白云石化作用是儲(chǔ)集層發(fā)育的主控因素之一。該認(rèn)識(shí)為塔北中西部地區(qū)奇格布拉克組發(fā)育相控優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)集層提供了有力的證據(jù)。

5 結(jié)論

1)塔里木盆地烏什地區(qū)昆蓋闊坦剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組厚約141m，主要發(fā)育疊層石白云巖、凝塊石白云巖、泡沫綿層石白云巖3種微生物白云巖及鮞粒白云巖和粘結(jié)顆粒白云巖2種與微生物作用相關(guān)的顆粒白云巖。根據(jù)相序組合可以劃分為4個(gè)段，自下而上構(gòu)成碳酸鹽緩坡背景下的內(nèi)緩坡潮坪—微生物丘灘沉積序列。