基于高精度碳酸鹽巖微相的海平面變化曲線分析
——以塔里木盆地柯坪大灣溝剖面上奧陶統(tǒng)坎嶺組—印干組為例

穆財(cái)能，侯明才，2，劉欣春，張虹瑞，范程華

1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059

2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都 610059

3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450

0 引言

前人在塔里木盆地柯坪地區(qū)上奧陶統(tǒng)關(guān)于地層[1-3]、沉積環(huán)境與相[4-6]、層序地層[7-9]及古海洋與生物絕滅[10-12]等方面做了大量工作，并取得了一系列研究成果和認(rèn)識(shí)。鄧勝徽等[1]發(fā)現(xiàn)柯坪塔格組下段與其上覆、下伏地層之間均存在不整合面，并將其命名為鐵熱克阿瓦提組。江大勇等[2]在柯坪塔格組底部見志留紀(jì)初期筆石動(dòng)物群，認(rèn)為其間缺失奧陶世末赫南特階地層。趙宗舉等[3]基于大量鉆井及牙形石樣品分析，將塔西劃分22 個(gè)牙形石帶及塔東5 個(gè)牙形石帶，建立了塔西及塔東牙形石序列。王清龍等[4]利用Fischer 圖解重建了露頭剖面相對(duì)海平面變化趨勢(shì)，與巖相旋回和地化指標(biāo)所反應(yīng)古水深演化具有高度一致性，并與全球海平面變化曲線整體上可進(jìn)行對(duì)比。閻琨等[5]對(duì)柯坪地區(qū)五處剖面劃分了十種微相、五個(gè)相帶，印干組由盆地邊緣沉積相演變?yōu)榕_(tái)地邊緣相，代表同時(shí)期發(fā)生一次明顯海退事件。孫慶峰[6]基于巖石學(xué)、古生物學(xué)、地球化學(xué)等手段對(duì)柯坪地區(qū)團(tuán)塊狀、網(wǎng)紋狀、透鏡狀三種結(jié)核狀灰?guī)r成因環(huán)境進(jìn)行了解釋，認(rèn)為其形成于陸棚中水體較深的沉積環(huán)境，而泥巖與灰?guī)r互層是在表層洋流、大洋底流和物源供給的周期變化作用下形成。趙宗舉等[7]根據(jù)鉆井、露頭、地震等資料，將塔里木盆地奧陶系劃分為八個(gè)三級(jí)層序，繪制相應(yīng)巖相古地理圖并將其成因與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)行聯(lián)系。林暢松等[8]于塔里木盆地奧陶系識(shí)別出4個(gè)碳酸鹽巖層序，將體系域海平面升降過程與巖相及沉積相組合對(duì)應(yīng)，并利用碳氧同位素約束將之與全球海平面進(jìn)行對(duì)比。蔡忠賢等[9]根據(jù)露頭資料、地球化學(xué)資料、測(cè)井資料對(duì)柯坪地區(qū)中奧陶統(tǒng)劃分了層序并識(shí)別出碳酸鹽巖臺(tái)地沉沒事件。常曉琳[10]根據(jù)草莓狀黃鐵礦沉積學(xué)及地球化學(xué)方法重建柯坪地區(qū)古海洋氧化還原系統(tǒng)，并認(rèn)為晚奧陶世生物大滅絕原因可能是火山巖漿活動(dòng)和與之伴隨的海洋缺氧導(dǎo)致。一些學(xué)者基于碳同位素手段認(rèn)為柯坪地區(qū)海退海侵事件與生物大滅絕時(shí)間對(duì)比良好，古氣候及古海平面變化與古生物演化有著密切關(guān)系[11-12]。

前人就柯坪地區(qū)做了大量研究工作，但在以下方面研究較為薄弱：1）缺乏準(zhǔn)確年代控制，未能充分利用生物地層；2）盡管層序地層已有大量成果，但主要體現(xiàn)在大尺度方向，更為精細(xì)的劃分有助于對(duì)該地區(qū)海平面及大洋環(huán)境演化研究的詳細(xì)展開；3）相對(duì)于揚(yáng)子地區(qū)，塔里木盆地與全球研究有所割裂，其協(xié)同性、差異性無人研究。為了開展全球海平面對(duì)比，深刻揭示晚奧陶世海平面塔里木盆地的古海洋、古生物與沉積的協(xié)同演化，一條高精度的晚奧陶世海平面變化曲線顯得尤為重要。對(duì)柯坪地區(qū)大灣溝剖面上奧陶統(tǒng)坎嶺組、其浪組及印干組露頭剖面進(jìn)行詳細(xì)實(shí)地考察和密集取樣分析，基于巖相沉積學(xué)、古生物學(xué)等基礎(chǔ)，開展了碳酸鹽巖微相分析、重建海平面變化曲線等相關(guān)方面工作。重點(diǎn)探討了以下科學(xué)問題：1）劃分塔里木盆地柯坪地區(qū)晚奧陶世沉積相帶；2）重建塔里木盆地柯坪地區(qū)晚奧陶世海平面升降變化；3）探討塔里木盆地柯坪地區(qū)晚奧陶世海平面變化與全球晚奧陶世末海平面對(duì)比。

1 地質(zhì)概況

塔里木盆地位處我國西北部地區(qū)（圖1a）[13]，被北部天山山脈、南部昆侖山脈以及東部阿爾金斷裂帶構(gòu)造邊界所包圍，是我國面積最大的疊合盆地，達(dá)五萬六千平方公里[14]。晚奧陶世是塔里木盆地最為重要的構(gòu)造沉積轉(zhuǎn)換時(shí)期，由原先海相沉積在晚奧陶世末轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e[14-15]，由早奧陶世的伸展背景轉(zhuǎn)化為晚奧陶世的擠壓背景[16]。

研究區(qū)位于塔里木盆地西北緣阿克蘇市柯坪地區(qū)（圖1c）[13]，東北方向距阿克蘇市200 km，西南距喀什市約300 km。大灣溝剖面（40°43.292′N，70°32.248’E）距東北方向柯坪縣約45 km（直線距離），處印干村西北側(cè)5 km左右[17]。剖面交通條件較差，但奧陶系出露良好、序列清晰、地層完整，為全球O2-O3輔助界線層型剖面[18]。

圖1 研究區(qū)位置圖[13]（a）塔里木盆地；（b）剖面的具體路線（內(nèi)部資料）；（c）柯坪地區(qū)Fig.1 Location of the study area[13]

柯坪地區(qū)奧陶系劃分方案較多且不盡相同。研究采用應(yīng)用最為廣泛的周志毅等劃分方案[19]，上奧陶統(tǒng)依次為坎嶺組、其浪組、印干組，對(duì)應(yīng)國際地層的上奧陶統(tǒng)桑比階及凱迪階。上覆地層為志留系柯坪塔格組，不整合接觸。前人在塔里木地區(qū)做了大量的古生物地層研究工作，Wanget al.[20]和李越等[21]識(shí)別了4個(gè)主要晚奧陶世牙形生物帶，分別為桑比階Pygodus anserlnus和Baltoniodus alobatus牙形生物帶和早中凱迪階Belodina confluens牙形生物帶。Chenet al.[22]則識(shí)別出4 個(gè)晚奧陶世筆石生物帶，分別為桑比階Namagraputus gracilis-Clima Corgraptus bicomis筆石生物帶和早凱迪階Clima Corgraptus bicomis -Diplacanthograptus lanceolatus -Diplancanthograptus spiniferus筆石生物帶，其中大灣溝剖面坎嶺組正位于晚奧陶世桑比階中下部區(qū)域。

2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

野外剖面采集樣品時(shí)，為保證樣品可靠性，全部選取新鮮樣品，剔除表面風(fēng)化部分，采集內(nèi)部未被風(fēng)化或污染的新鮮巖樣。采樣間隔約為0.25 m，樣品數(shù)量為400 余塊，利用手持伽馬儀進(jìn)行K 及Th 元素測(cè)試。選取其中96塊樣品磨制薄片，間隔約為2～3 m，其中以碳酸鹽巖樣品為主，含少量鈣質(zhì)泥巖樣品。

沉積相是沉積巖特征及其形成環(huán)境的綜合[23]，馬永生等在其譯制的《碳酸鹽巖微相》一書中對(duì)碳酸鹽巖微相進(jìn)行了準(zhǔn)確的定義，即來源于碳酸鹽巖薄片、光片或手標(biāo)本等沉積環(huán)境、礦物成分和古生物分布的信息，該微相分析能夠較為準(zhǔn)確地指示研究對(duì)象的沉積環(huán)境和成巖史[24]。此外，微相能指示沉積期古水深，反映古海平面變化。海平面變化導(dǎo)致沉積相帶發(fā)生遷移，影響著微相類型，因而基于微相分析可指示海平面相對(duì)變化[25]。

關(guān)于微相分析研究方法可分為兩個(gè)方面：一方面是在野外考察中觀察宏觀剖面的地層巖性、沉積構(gòu)造以及存在的古生物化石，根據(jù)生物生存環(huán)境及巖石沉積特征來判定沉積相帶；另一方面對(duì)薄片進(jìn)行鏡下觀察，對(duì)巖石薄片的顆粒組分、生物碎屑特征、古生物類型、膠結(jié)結(jié)構(gòu)、粒度大小、磨圓程度及礦物組分等因素進(jìn)行分析，基于薄片信息中水動(dòng)力強(qiáng)度、生物種類、粒度分布及微觀結(jié)構(gòu)等情況判斷具體沉積微相[25]。

微相分析研究參考的是Boggs 劃分標(biāo)準(zhǔn)[26]。并以Wilson碳酸鹽巖九大相帶劃分模式為借鑒[27]，結(jié)合研究實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行了修改及補(bǔ)充（圖2）。研究薄片于成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院古生物薄片實(shí)驗(yàn)室觀察鑒定。

圖2 研究區(qū)碳酸鹽巖微相及沉積相水深示意圖[26-27]（a）研究區(qū)微相水深示意圖；（b）標(biāo)準(zhǔn)微相模式[26-27]；（c）微相對(duì)應(yīng)宏觀照片F(xiàn)ig.2 Schematic diagram of water depth for the carbonate microfacies and sedimentary facies in the study area[26-27]

3 研究區(qū)沉積相劃分及微相描述

3.1 劃分依據(jù)

野外考察發(fā)現(xiàn)，坎嶺組下部為灰色瘤狀灰?guī)r，上部為紅色瘤狀灰?guī)r；其浪組以鈣質(zhì)泥巖及瘤狀灰?guī)r韻律沉積為特征；印干組以鈣質(zhì)泥巖為主，中間夾雜少量泥質(zhì)灰?guī)r。分析薄片鏡下特征發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)地層巖性以泥晶灰?guī)r及微生物碎屑灰?guī)r為主，三套地層皆為水動(dòng)力較弱（低于風(fēng)暴浪基面之下）水體較深的沉積環(huán)境，與前人研究相符[28]。根據(jù)野外剖面巖性變化及薄片特征將其分為盆地邊緣相（斜坡腳）（圖3）及廣海陸棚相（深水陸棚）（圖4）。當(dāng)剖面以灰?guī)r為主且鏡下薄片以粒屑結(jié)構(gòu)為主，含大量藻球粒及生物碎屑時(shí)劃分為盆地邊緣相（斜坡腳）；當(dāng)剖面泥巖含量接近或大于灰?guī)r，且生物碎屑含量較少、以泥晶結(jié)構(gòu)為主時(shí)，為廣海陸棚相（深水陸棚）。

分析野外巖性和鏡下薄片特征將之分為七個(gè)微相：MF1磚/紫紅色微生物泥晶灰?guī)r、MF2灰色微生物泥晶灰?guī)r、MF3灰綠色鈣質(zhì)泥巖、MF4灰色生物碎屑—巖屑微角礫巖、MF5灰色含微生物碎屑粉屑灰?guī)r、MF6灰色生物碎屑泥微晶灰?guī)r及MF7深灰色鈣質(zhì)泥巖。其中MF1 與MF2 與Boggs 標(biāo)準(zhǔn)微相SMF2 對(duì)應(yīng)[26]，根據(jù)野外剖面顏色差異，將之細(xì)分為兩個(gè)微相。而MF3 及MF7 微相皆為鈣質(zhì)泥巖，因兩相帶海水深度接近，鈣質(zhì)泥巖既在盆地邊緣相又在廣海陸棚相有所分布。將之分為MF3和MF7的原則是服從大相分布并根據(jù)顏色完成劃分。MF3為灰綠色鈣質(zhì)泥巖沉積，其上下層位皆為大套灰?guī)r沉積；MF7為深灰色鈣質(zhì)泥巖，多與灰?guī)r進(jìn)行韻律互層沉積或泥巖夾灰?guī)r沉積，韻律沉積代表廣海陸棚沉積。

3.2 盆地邊緣

盆地邊緣相位于碳酸鹽巖臺(tái)地斜坡末端，沉積物以來自遠(yuǎn)洋浮游生物及相鄰臺(tái)地碎屑組成[23]。通常位于風(fēng)暴浪基面之下，氧化還原界面之上，水體深度與廣海陸棚相似，大致介于200～300 m[24]。由薄層、層理性較好的碳酸鹽巖組成，含少量泥質(zhì)成分，類似盆地相沉積物，但泥質(zhì)較少，厚度較大，有來自臺(tái)地斜坡粗粒沉積滑塌現(xiàn)象[23]。盆地邊緣相對(duì)應(yīng)剖面位置為：17.45～37.1 m 為剖面第2～7層即坎嶺組地層；119.5～167.05 m 對(duì)應(yīng)剖面11 層頂部至13 層；178.3～211.7 m 對(duì)應(yīng)剖面15 層至17 層；總的來看，研究區(qū)坎嶺組地層全為盆地邊緣相沉積，而其浪組地層以盆地邊緣相及廣海陸棚相共同出現(xiàn)為特征。

（1）MF1磚/紫紅色微生物泥晶灰?guī)r

此類巖石為粒屑結(jié)構(gòu)，以方解石為主，約占98%～100%，有機(jī)質(zhì)小于或等于2%。以泥晶基質(zhì)填隙為主，未見亮晶方解石膠結(jié)。顆粒類型為生物碎屑，生物碎屑含量多可達(dá)35%，少為10%左右，生屑類型為三葉蟲，苔蘚蟲，有孔蟲，見少數(shù)裂隙發(fā)育（圖3a，b）。與Boggs標(biāo)準(zhǔn)微相SMF2對(duì)應(yīng)。

（2）MF2灰色微生物泥晶灰?guī)r

此類巖性以粒屑結(jié)構(gòu)為主，少量泥晶結(jié)構(gòu)。以方解石為主，約占97%～100%，部分含鐵質(zhì)成分約占1%，有機(jī)質(zhì)約為2%常充填于裂縫。微生物類型為藻球粒，多可達(dá)80%，少僅為10%。多為泥晶基質(zhì)填隙，部分見亮晶方解石膠結(jié)。生物碎屑約占10%～30%，內(nèi)部發(fā)育重結(jié)晶，內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞。以介殼、及三葉蟲生物碎屑居多，有孔蟲、苔蘚蟲、筆石較少出現(xiàn)（圖3c～e）。與Boggs標(biāo)準(zhǔn)微相SMF2對(duì)應(yīng)。

（3）MF3灰綠色鈣質(zhì)泥巖

此類巖石在剖面上以灰綠色鈣質(zhì)泥巖為特征，成層性好，常夾于大套灰?guī)r或瘤狀灰?guī)r之間。鏡下薄片為泥晶結(jié)構(gòu)，以泥晶方解石為主，含少量亮晶方解石，見少量介殼碎屑（圖3f，g）。

（4）MF4灰色生物碎屑—巖屑微角礫巖

此類巖石為粒屑結(jié)構(gòu)，成分上以方解石為主，約占88%～100%。以泥晶方解石為主，見少量亮晶膠結(jié)物（圖3h，i）。見內(nèi)碎屑中礫屑顆粒，含量約為15%，大小為2～10 mm，見白云石交代。本類巖石較為少見，在剖面并未識(shí)別，僅在鏡下觀察發(fā)現(xiàn)。與Boggs標(biāo)準(zhǔn)微相SMF3對(duì)應(yīng)。

圖3 盆地邊緣微相（紅色為介殼，黃色為三葉蟲碎屑，藍(lán)色為苔蘚蟲，綠色為有孔蟲，橘色為筆石）（a）MF1磚紅色微生物泥晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅡ-6-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置26.25 m，見三葉蟲碎片，裂隙發(fā)育；（b）MF1紫紅色微生物泥晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅡ-9-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置35.25 m，生屑類型為有孔蟲，介殼，生屑內(nèi)部發(fā)生重結(jié)晶；（c）MF2灰色微生物泥晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWG-8-2，放大倍數(shù)2×(-)，剖面位置18.75 m，少量介殼生物碎屑，有機(jī)質(zhì)含量較高，疑見苔蘚蟲；（d）MF2灰色微生物泥晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅡ-2-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置19.25 m，生物碎屑為三葉蟲、有孔蟲、介殼；（e）MF2灰色微生物泥晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅡ-3-2，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置20.75 m，生物碎屑為三葉蟲、介殼、筆石、苔蘚蟲；（f）MF3灰綠色鈣質(zhì)泥巖，薄片號(hào)：DWGⅢ-1-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置36.8 m，見介殼碎屑；（g）MF3 灰綠色鈣質(zhì)泥巖，薄片號(hào)：DWGⅢ-19-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置195.25 m，見介殼碎屑；（h）MF4灰色生物碎屑—巖屑微角礫巖，薄片號(hào)：DWGⅢ-12-2，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置119.75 m，見介殼碎屑，顆粒類型為內(nèi)碎屑，內(nèi)碎屑含量15%，內(nèi)碎屑大小為2～10 mm，為礫屑；（i）MF4 灰色生物碎屑—巖屑微角礫巖，薄片號(hào)：DWGⅢ-17-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置167.75 m，白云石10%，鐵質(zhì)1%，方解石被白云石交代，白云石呈菱形Fig.3 Basin edge microfacies (red is scale fragments,yellow is trilobite fragments,blue is bryozoans,and green is foraminifera,and orange is graptolite)

3.3 廣海陸棚

廣海陸棚是在活動(dòng)臺(tái)地和深水盆地之間形成的高地，常位于淹沒臺(tái)地之上，處在風(fēng)暴浪基面之下，但是特大風(fēng)暴浪也能波及，水深幾十米至幾百米，與盆地邊緣相接近（圖2）。層理細(xì)至中層，瘤狀構(gòu)造常發(fā)育陸源輸入的細(xì)粒沉積物與灰?guī)r互層[24]，成層性好[23]。生物群有介殼化石代表正常鹽度，腕足類、窄鹽類動(dòng)物群也有發(fā)育，少見浮游生物[23-24]。廣海陸棚相對(duì)應(yīng)剖面位置為：7.25～17.45 m 即剖面第0 層，為薩爾干組地層；37.1～119.5 m對(duì)應(yīng)剖面8層至11層中下 部；167.05～178.3 m 對(duì)應(yīng)剖面14 層；211.7～253.95 m對(duì)應(yīng)剖面18層即印干組地層。研究區(qū)印干組發(fā)育深灰色鈣質(zhì)泥巖及頁巖為主，發(fā)育廣海陸棚沉積。而其浪組既發(fā)育盆地邊緣沉積，同樣發(fā)育廣海陸棚沉積，推測(cè)該時(shí)期海平面波動(dòng)較大，發(fā)生過幾次小規(guī)模海退海侵。

（1）MF5灰色含微生物碎屑粉屑灰?guī)r

此類巖石粒屑結(jié)構(gòu)及泥晶結(jié)構(gòu)皆有發(fā)育，成分上以方解石為主，約占98%～100%，部分含有鐵質(zhì)約1%或有機(jī)質(zhì)2%。顆粒類型為藻球粒，少者可達(dá)10%～25%，多者占80%，偶見介殼生物碎屑（圖4a～c）。少量裂隙孔隙發(fā)育，主要充填泥晶方解石，少量亮晶方解石充填。與Boggs 標(biāo)準(zhǔn)微相SMF2對(duì)應(yīng)。

（2）MF6灰色生物碎屑泥微晶灰?guī)r

此類巖石全為泥晶結(jié)構(gòu)，成分上以方解石為主，約占98%～100%，鐵質(zhì)及有機(jī)質(zhì)<2%。少量有孔蟲、三葉蟲等生物碎屑（圖4d～g）。裂紋較為發(fā)育，有機(jī)質(zhì)沿裂隙分布，少量為亮晶方解石充填，偶見碎屑內(nèi)方解石重結(jié)晶。與Boggs標(biāo)準(zhǔn)微相SMF9對(duì)應(yīng)。

圖4 廣海陸棚相（紅色為介殼碎屑，黃色為三葉蟲碎屑，藍(lán)色為苔蘚蟲，綠色為有孔蟲）（a）MF5 灰色微生物碎屑粉屑灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅢ-2-3，放大倍數(shù)10×(-)，剖面位置55 m，粒屑結(jié)構(gòu)，粒屑類型為藻球粒，含量25%，偶見介殼生物碎屑含量1%；（b）MF5生物碎屑泥微晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅢ-7-6，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置89.5 m，泥晶結(jié)構(gòu)，含少量藻球粒，見有孔蟲、介殼及三葉蟲碎屑；（c）MF5灰色微生物碎屑粉屑灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅢ-12-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置119.25 m，粒屑結(jié)構(gòu)，顆粒類型為藻球粒，藻球粒含量為80%；（d）MF6 生物碎屑泥微晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅢ-5-1，放大倍數(shù)2×(-)，剖面位置70.25 m，泥晶結(jié)構(gòu)，偶見有孔蟲、介殼及三葉蟲生物碎屑，裂紋發(fā)育；（e）MF6生物碎屑泥微晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅢ-5-3，放大倍數(shù)10×(-)，剖面位置73.25 m，泥晶結(jié)構(gòu)，偶見有孔蟲、介殼生物碎屑；（f）MF6生物碎屑泥微晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅢ-10-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置112.5 m，方解石98%，鐵質(zhì)2%，泥晶結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，寬0.03～0.05 mm，見介殼碎片；（g）MF6生物碎屑泥微晶灰?guī)r，薄片號(hào)：DWGⅢ-11-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置115.25 m，礦物成分方解石100%，泥晶結(jié)構(gòu)，見介殼碎屑；（h）MF7深灰色鈣質(zhì)泥巖，薄片號(hào)：DWGⅢ-8-1，放大倍數(shù)10×(-)，剖面位置95.1 m，見有機(jī)質(zhì)；（i）MF7深灰色鈣質(zhì)泥巖，薄片號(hào)：DWGⅢ-9-1，放大倍數(shù)4×(-)，剖面位置103.7 m，見定向排列Fig.4 Continental shelf microfacies (red is scale fragments,yellow is trilobite fragments,blue is bryozoans,and green is foraminifera)

（3）MF7深灰色鈣質(zhì)泥巖

此類巖石在剖面上以深灰色鈣質(zhì)泥巖為特征，成層性好。在其浪組表現(xiàn)為與瘤狀泥晶灰?guī)r互層，印干組以此微相為主，中間夾少量泥質(zhì)灰?guī)r。鏡下薄片呈定向排列特征，大量有機(jī)質(zhì)富集（圖4h，i）。

4 討論

4.1 大灣溝剖面海平面劃分

研究區(qū)大灣溝剖面劃分七個(gè)微相，結(jié)合其巖石學(xué)特征、古生物學(xué)特征分析海平面升降。MF1 位于坎嶺組地層，地層內(nèi)發(fā)育大量角石。三葉蟲僅為碎片，無法根據(jù)種類判定其具體沉積環(huán)境[24]。而苔蘚蟲發(fā)育于潮汐帶至深水地區(qū)，為海生濾食動(dòng)物。鏡下中有孔蟲以殼薄且具球形房室為特征，以浮游有孔蟲為主，推測(cè)為暖水沉積環(huán)境，故劃分為盆地邊緣相上部沉積，水深位于200 m附近[24]。MF2方解石成分極高接近100%，表明水動(dòng)力較弱，基本沒有物源供給。三葉蟲大多于淺海底棲爬行或半游泳生活[29]，薄片中三葉蟲因破碎無法鑒別至種，因而無法判定具體沉積環(huán)境。鏡下此類微相發(fā)育大量三葉蟲及介殼生物碎屑，是來自上斜坡生物被風(fēng)浪打碎后沉積而成，表明此類微相靠近浪基面，受波浪作用導(dǎo)致生物碎屑大量發(fā)育。此類巖性與MF1 類似，因顏色為灰色，故綜合考慮判定為盆地邊緣相中部近上部沉積，古水深位于200 m以下。MF3含少量泥質(zhì)成分，為陸源碎屑經(jīng)臺(tái)地斜坡最后沉積于盆地邊緣，其中顏色以灰綠色為主，而非廣海陸棚深灰色沉積?？傮w厚度較薄，且沉積于大套灰?guī)r之間，將其劃入盆地邊緣相中部近下部沉積。MF4上下巖性皆為泥微晶灰?guī)r或鈣質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積。礫屑及白云石碎片顆粒較大為2～10 mm，與上下巖性變化較為突兀，為非正常沉積形成，推測(cè)是由斜坡上部垮塌滑落至盆地邊緣相下部沉積。故將其劃入盆地邊緣相下部沉積。MF5 顆粒類型為似球粒，成分為微生物藻類。因似球?？赡転楫惖匕徇\(yùn)，無法判斷水動(dòng)力條件[24]。此微相中藻球粒含量及介殼碎屑含量明顯小于MF2，故此微相生長(zhǎng)于淺水地區(qū)后受風(fēng)暴搬運(yùn)作用沉積至廣海陸棚。鏡下泥晶結(jié)構(gòu)結(jié)合剖面瘤狀結(jié)構(gòu)，且與鈣質(zhì)泥巖互層判斷為廣海陸棚相。綜合以上原因?qū)⑵鋭澣霃V海陸棚相上部近盆地邊緣相沉積。MF6有孔蟲至晚古生代開始就作為陸棚碳酸鹽巖主要組成部分[24]，早古生代時(shí)，有孔蟲已開始參與碳酸鹽巖建造，而三葉蟲則需要根據(jù)完整形態(tài)方能準(zhǔn)確判定其生存環(huán)境，因此古生物信息并不能十分準(zhǔn)確指示研究對(duì)象沉積環(huán)境。此類巖石全為泥晶結(jié)構(gòu)，少量生物碎屑，推測(cè)為水動(dòng)力較弱，處于浪基面以下安靜低能環(huán)境，沒有經(jīng)歷過波浪沖洗導(dǎo)致生物碎屑較少發(fā)育。結(jié)合剖面此微相表現(xiàn)為瘤狀結(jié)構(gòu)，常于鈣質(zhì)泥巖互層韻律式產(chǎn)出，故將其劃入廣海陸棚相中部沉積。MF7 深灰色鈣質(zhì)泥巖代表深水缺氧環(huán)境，有機(jī)質(zhì)大量沉積埋藏。鏡下未發(fā)育介殼等生物碎屑，發(fā)育了明顯定向排列，形成于深水環(huán)境，頁理發(fā)育而缺少生物碎屑。綜合以上因素，將此微相劃入廣海陸棚相下部近盆地相沉積，與武振杰等[28]研究相符。

此外，為保證微相研究對(duì)古水深指示可靠性，選取微量元素釷鉀比（Th/K）對(duì)海平面曲線進(jìn)行約束。Th/K 值常用于指示沉積環(huán)境變化，高Th/K 值代表風(fēng)化作用強(qiáng)指示淺水環(huán)境，低Th/K值指示深水環(huán)境[30]，故Th/K值變化可以指示海平面升降。因Th/K值變化較大，文章對(duì)其Th/K值取對(duì)數(shù)處理，制得In（Th/K）曲線（圖5）對(duì)海平面進(jìn)行約束。曲線揭示研究區(qū)其浪組及印干組In（Th/K）曲線與海平面曲線擬合情況較好?？矌X組In（Th/K）曲線與海平面變化相關(guān)性較差（圖5），分析原因是由于坎嶺組紅色地層是一套非常特殊沉積，胡修棉等[31]研究大陸紅層對(duì)其成因歸結(jié)為3種：分別為氧化事件、陸源輸入及上升洋流?？矌X組In（Th/K）數(shù)值偏低因?yàn)槌练e期海洋上升洋流豐富了沉積物中K值，導(dǎo)致Th/K值降低，導(dǎo)致In（Th/K）曲線與海平面曲線與坎嶺組海平面曲線相關(guān)性較差?？傮w來看，研究區(qū)大灣溝剖面整體上In（Th/K）曲線與微相研究海平面變化曲線研究一致，表明微相研究對(duì)海平面的指示作用具有準(zhǔn)確性和較高可靠性。

4.2 研究區(qū)風(fēng)化殼指示意義

經(jīng)柯坪地區(qū)大灣溝剖面實(shí)地考察，見印干組泥頁巖之上發(fā)育一套厚度約5 cm 風(fēng)化殼層，上覆地層為志留系柯坪塔格組砂巖沉積。印干組為廣海陸棚相沉積，上覆地層柯坪塔格組為濱岸相沉積[2]，從原本海相沉積直接轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ懡换ハ喑练e。揭示研究區(qū)內(nèi)奧陶紀(jì)—志留紀(jì)交界處存在一套明顯平行不整合界面，印干組及柯坪塔格組之間缺失一套地層，以風(fēng)化殼為特征（圖5）。前人研究中對(duì)此不整合進(jìn)行研究介紹[13,32-33]。鄧勝徽等[1]對(duì)此風(fēng)化殼描述為10～20 cm，且估算出缺失年齡為1～2 Ma。研究區(qū)海平面變化雖然波動(dòng)頻繁，但一直持續(xù)在高海平面上，并非由全球海平面變化所導(dǎo)致，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)晚奧陶世南天山聚合擠壓[15]和東部阿爾金溝弧—盆體系消亡擠壓[14]導(dǎo)致地層抬升且早期沉積地層遭受剝蝕，從而形成古風(fēng)化殼。盡管南天山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為活躍期在凱迪期末期，且導(dǎo)致研究區(qū)地層風(fēng)化剝蝕形成風(fēng)化殼，但南天山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)從晚奧陶世桑比期就已發(fā)育，且持續(xù)到早泥盆世[13,34]。南天山運(yùn)動(dòng)對(duì)研究區(qū)海平面變化及物源風(fēng)化，均有不同程度的影響，從而導(dǎo)致了剖面的微相及海平面演化。

圖5 大灣溝剖面微相、釷鉀比及海平面曲線Fig.5 Microfacies,sea level curve,and In(Th/K) in the Dawangou section

4.3 全球海平面對(duì)比

對(duì)研究區(qū)大灣溝剖面晚奧陶世地層微相進(jìn)行研究，分析研究區(qū)晚奧陶世古水深變化，在筆石帶及牙形帶生物地層[13]約束的年齡框架內(nèi)（圖6）[32]，對(duì)剖面海平面古水深曲線進(jìn)行擬定，調(diào)正為以年代時(shí)間為尺度的精細(xì)海平面變化曲線（圖7）。

圖6 大灣溝剖面生物地層對(duì)比（年代數(shù)據(jù)[32]；生物地層[13]）Fig.6 Biostratigraphic correlation of the Dawangou section (chronological data[32];biostratigraphy[13])

圖7 大灣溝海平面變化曲線（年代數(shù)據(jù)[32]；生物地層[13]）Fig.7 Dawangou sea level change curve (chronological data[32];biostratigraphy[13])

將研究區(qū)盆地海平面曲線與國內(nèi)鄂爾多斯南緣地區(qū)[35]、上揚(yáng)子地區(qū)黃花場(chǎng)剖面[36]進(jìn)行對(duì)比；與北美海平面變化曲線[37]、南美地區(qū)海平面變化曲線[36]、英國威爾士盆地[38]及全球海平面變化曲線[39]進(jìn)行對(duì)比（圖8），具體對(duì)比中發(fā)現(xiàn)以下特征：

晚奧陶世桑比階初期（約458.5 Ma）研究區(qū)及全球各地區(qū)海平面皆處在下降趨勢(shì)，全球?qū)Ρ刃暂^好。此時(shí)研究區(qū)地層為薩爾干組沉積，上揚(yáng)子地區(qū)及鄂爾多斯南緣地區(qū)沉積地層為廟坡組沉積，而南美及英國威爾士地區(qū)則沉積Llandeilo 地層。所不同的是，各地區(qū)海平面下降最大值及持續(xù)時(shí)間略有差異：研究區(qū)坎嶺組海平面最低值約為456.5 Ma，與北美、南美、英國威爾士地區(qū)及上揚(yáng)子地區(qū)海平面下降最大值時(shí)限接近，而鄂爾多斯海平面與上揚(yáng)子地區(qū)海平面下降最低值時(shí)間約為458 Ma，相差約1.5 Ma。各地區(qū)皆以此次最低海平面作為兩套地層分界（圖8）。

晚奧陶世桑比階中期（約456.5 Ma），研究區(qū)與上揚(yáng)子地區(qū)、北美、南美、英國威爾士等地區(qū)海平面開始上升。此時(shí)各地區(qū)海平面變化出現(xiàn)差異，北美地區(qū)、鄂爾多斯地區(qū)與研究區(qū)類似，在海平面快速上升之后，海平面開始迅速下降，時(shí)間約為455.5 Ma。而上揚(yáng)子、南美及英國威爾士地區(qū)海平面變化趨于一致，皆處在一個(gè)緩慢上升階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。且于453.5 Ma時(shí)期，全球海平面、上揚(yáng)子地區(qū)、英國威爾士地區(qū)、北美地區(qū)及研究區(qū)皆達(dá)到了奧陶世末海平面最大值（圖8）。453～455.5 Ma期間，研究區(qū)發(fā)育地層為其浪組，海平面發(fā)生頻繁波動(dòng)，全球僅有北美地區(qū)有此特征，其原因可能是由于研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致。

晚奧陶世桑比階末期（約453.5 Ma），研究區(qū)海平面與北美海平面曲線吻合程度較好，海平面上升到最大值之后開始下降，并于453 Ma 時(shí)期開始上升。在453～450.5 Ma 期間，研究區(qū)與北美地區(qū)海平面變化曲線極其一致，總體保持在一個(gè)較高海平面內(nèi)，但其間發(fā)生幾次小規(guī)模海退事件。此波動(dòng)僅在北美地區(qū)被識(shí)別，在其他地區(qū)并未出現(xiàn)小規(guī)模海退后又迅速保持高海平面特征。但根據(jù)研究區(qū)海平面總體升降趨勢(shì)，可發(fā)現(xiàn)在桑比期末期研究區(qū)與上揚(yáng)子地區(qū)、南北美地區(qū)及英國威爾士地區(qū)海平面總體趨勢(shì)一致，皆為一個(gè)持續(xù)高海平面階段。

4.4 北美地區(qū)海平面對(duì)比及控制因素

晚奧陶世塔里木盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致研究區(qū)海平面頻繁波動(dòng)，而全球僅有北美地區(qū)與其相似。因區(qū)域海平面變化不僅受全球海平面變化控制，同樣受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響[4,40-41]。針對(duì)研究區(qū)與北美地區(qū)海平面極為相似這一現(xiàn)象，設(shè)想導(dǎo)致這種情況的兩種原因：1）晚奧陶世末研究區(qū)與北美地區(qū)古板塊位置接近，受同一構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，海平面變化也因此接近；2）晚奧陶世末期，研究區(qū)與北美地區(qū)受不同區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，造成了海平面頻繁波動(dòng)也純屬巧合。

調(diào)研晚奧陶世研究區(qū)與北美古板塊位置發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)與北美地區(qū)并非處在相鄰或接近位置，故可認(rèn)定研究區(qū)與北美地區(qū)海平面頻繁波動(dòng)的原因并非受到相同區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。該時(shí)期研究區(qū)與鄂爾多斯及上揚(yáng)子兩地區(qū)位置接近，但鄂爾多斯及上揚(yáng)子地區(qū)海平面變化并未發(fā)生明顯頻繁波動(dòng)（圖8）。由此推斷研究區(qū)晚奧陶世末海平面頻繁波動(dòng)的原因是在加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景下，南天山聚合擠壓和東部阿爾金溝弧—盆體系消亡擠壓碰撞產(chǎn)生的一系列構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致[4,13-14]。這也與林暢松等[16]的研究結(jié)果相一致，即中奧陶世至晚奧陶世末，塔里木盆地遭受了多期次構(gòu)造作用，且以擠壓作用為主不斷加劇。

圖8 晚奧陶世全球海平面對(duì)比；鄂爾多斯南緣海平面曲線[35]；上揚(yáng)子海平面曲線[36]；北美地層及海平面曲線[37]；南美地層及海平面[36]；英國威爾士海平面變化[38]；全球海平面曲線[39]Fig.8 Global sea level comparison in the Late Ordovician;the southern margin of the Ordos[35];the Upper Yangtze[36];the North American[37];the South American[36];the UK and Wales[38];and the global sea level curve[39]

5 結(jié)論

（1）基于巖相學(xué)、古生物學(xué)及碳酸鹽巖微相分析方法，將研究區(qū)坎嶺組—印干組地層劃分七個(gè)微相與廣海陸棚、盆地邊緣兩個(gè)相帶，并精細(xì)刻畫出研究區(qū)海平面升降變化，提供一套在深時(shí)沉積記錄敏感帶基于高精度微相的全球海平面曲線分析方法。

（2）研究區(qū)印干組深水沉積直接突變?yōu)榭缕核窠M濱岸沉積，中間以風(fēng)化殼為特征，為一套平行不整合界面。認(rèn)為是構(gòu)造隆升將地層抬升，遭遇風(fēng)化剝蝕形成風(fēng)化殼，即加里東構(gòu)造活動(dòng)南天山運(yùn)動(dòng)及阿爾金山運(yùn)動(dòng)在柯坪地區(qū)的響應(yīng)。

（3）研究區(qū)海平面變化曲線在458.5 Ma 與上揚(yáng)子、鄂爾多斯南緣、北美、南美、英國威爾士地區(qū)及全球海平面變化曲線有著一致相似處。晚奧陶世與北美海平面波動(dòng)極其相似，但古板塊重建恢復(fù)結(jié)果揭示并非為同一區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致。

致謝 本文得以完成，感謝侯明才老師的支持與教導(dǎo)，感謝劉欣春老師的指導(dǎo)與幫助，感謝野外工作中劉欣春老師及張虹瑞同學(xué)幫助，薄片鑒定及微相分析得益于劉欣春老師的指導(dǎo)，感謝兩位評(píng)審專家提供的寶貴意見及編輯部的審閱修訂，在此一并感謝。