川西北下二疊統(tǒng)棲霞組微生物丘的發(fā)現(xiàn)及地質(zhì)意義*

全子婷 譚秀成 張本健 唐 浩 羅 冰，5 楊 迅 張 亞 肖 笛 湯艷玲

1西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500 2中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，四川成都 610500 3西南石油大學(xué)四川省天然氣地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500 4中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041 5中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦，重慶 400021 6中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川江油 621700

1 概述

微生物巖是一種由微生物群落通過捕獲與粘結(jié)碎屑沉積物，再通過物理作用或化學(xué)作用沉淀而在原地形成的沉積巖(Riding，1991)。近年來，有關(guān)微生物巖和微生物丘的研究方興未艾(王永標(biāo)等，2005；梅冥相，2007；王紅梅等，2013；郝雁等，2018；吳亞生等，2018，2021；胡安平等，2021)，但主要集中在前寒武紀(jì)—寒武紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)及三疊紀(jì)等。對(duì)于早二疊世的微生物巖，目前罕有報(bào)道，僅Nakazawa等(2015)報(bào)道了早二疊世泛古洋中的秋葉環(huán)礁存在由自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物群落共同建造的微生物礁，劉治成等(2015)報(bào)道了四川盆地華鎣山溪口剖面棲霞組存在以灰泥為支撐結(jié)構(gòu)、由多種菌類微生物參與建造而成的微生物灰泥丘。有限的研究成果表明，早二疊世具有微生物群落繁榮的古地理背景。

a—研究區(qū)地理位置和構(gòu)造位置圖(斷裂發(fā)育情況據(jù)楊光等，2015；楊躍明等，2018)，以及本次研究所利用的露頭剖面與鉆井剖面位置； b—川西北下二疊統(tǒng)棲霞階地層柱狀剖面示意圖(修改自馬永生等，2009)圖 1 川西北區(qū)域地質(zhì)略圖及下二疊統(tǒng)棲霞階地層柱狀圖Fig.1 Geological sketch of northwestern Sichuan Basin and stratigraphic column of the Lower Permian Qixia Stage

已有的研究表明，棲霞組地層時(shí)代為早二疊世空谷期中晚期(沈樹忠等，2019；劉正元等，2020)，華南棲霞組以廣泛發(fā)育由似球粒和包粒組成的中低能灘相沉積為特征(馬志鑫等，2011)，典型特征是亮晶和泥晶膠結(jié)以一定比例共存，明顯有別于華南地區(qū)其他地質(zhì)時(shí)期典型的由高能亮晶顆粒巖構(gòu)成的灘相沉積。馬志鑫等(2011)通過對(duì)廣元上寺剖面棲霞組的研究，認(rèn)為川西北地區(qū)棲霞組似球粒包括糞球粒、巴哈馬似球粒、微生物似球粒3種類型，且以泥晶化成因的巴哈馬似球粒發(fā)育為特征，并將其解釋為淺水高能生物灘沉積或淺緩坡沉積。然而，更多的學(xué)者將其解釋為開闊環(huán)境沉積(黃先平等，2004；胡明毅等，2010；楊光等，2015；周進(jìn)高等，2016；厚剛福等，2017)，但馬永生等(2009)提出了川西地區(qū)為局限臺(tái)地相、川西北地區(qū)為開闊臺(tái)地相這一觀點(diǎn)，而李明隆等(2020)和蘆飛凡等(2020)等通過對(duì)川西北地區(qū)棲霞組白云巖宏微觀特征及地球化學(xué)特征的研究，認(rèn)為該地區(qū)存在局限重鹵水滲透回流白云石化，亦暗示區(qū)內(nèi)棲霞期古環(huán)境可能受限。

近期研究發(fā)現(xiàn)，在川西北地區(qū)下二疊統(tǒng)棲霞組發(fā)現(xiàn)疊層(灰)云巖、凝塊灰(云)巖、微生物粘結(jié)砂屑灰(云)巖等微生物巖，且存在與微生物丘向上變淺序列有關(guān)的丘灘相白云巖，暗示區(qū)內(nèi)棲霞期與微生物丘疊置遷移相關(guān)的古環(huán)境可能受限。鑒于此，文中以四川盆地西北部下二疊統(tǒng)棲霞組為研究對(duì)象，通過露頭和鉆井巖心的宏觀與微觀研究，發(fā)現(xiàn)了研究區(qū)棲霞組確實(shí)發(fā)育有微生物丘，并著重從巖石類型、沉積特征和沉積序列組合的角度探討早二疊世微生物丘特征及古環(huán)境。該研究結(jié)果不僅對(duì)重新認(rèn)識(shí)早二疊世棲霞期古環(huán)境有借鑒意義，也因明確了白云巖與微生物丘的關(guān)系，從而對(duì)于層位不穩(wěn)定的帶狀白云巖儲(chǔ)集層勘探具有重要的指導(dǎo)作用。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地西北部川西山前凹陷帶、龍門山斷褶帶以及米倉(cāng)山隆起帶的過渡區(qū)(宋文海和龐家黎，1994；陳洪德等，2011)，包括廣元、劍閣、旺蒼、蒼溪等地，總面積約5000 km2(圖 1-a)。

圖 2 川西北棲霞組巖性結(jié)構(gòu)柱狀剖面及橫向?qū)Ρ菷ig.2 Lithologic structural columns of the Qixia Formation and their lateral correlation in northwestern Sichuan Basin

石炭紀(jì)末期，云南運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致研究區(qū)地層普遍抬升暴露，遭受差異剝蝕，這造成二疊系沉積前的古地理格局轉(zhuǎn)變?yōu)榫植康孛猜≯昶鸱木徠颅h(huán)境(宋文海，1987)。隨后，棲霞階初期廣泛的海侵使二疊系覆蓋在石炭系、泥盆系、志留系等不同時(shí)代地層的不整合面之上(陳宗清，2007)。中、下二疊統(tǒng)自下而上依次發(fā)育梁山組、棲霞組和茅口組(圖 1-b)。梁山組為一套海侵初期濱岸—沼澤相砂泥巖夾煤層沉積(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；童崇光，1992；郭正吾等，1996；辜學(xué)達(dá)等，1997；魏國(guó)齊等，2011；趙宗舉等，2012；黃涵宇等，2017)。受后期持續(xù)海侵的影響，棲霞組演變?yōu)樘妓猁}巖臺(tái)地沉積，下部主要發(fā)育泥晶灰?guī)r、生物泥晶灰?guī)r，局地可見斑狀、紋層狀云質(zhì)灰?guī)r。已有的研究成果表明，棲霞組沉積中晚期為早二疊世最重要的成灘期，以發(fā)育似球粒顆?；?云)巖、亮晶顆?；?guī)r等相對(duì)高能沉積物為特征(田景春等，2014；婁雪，2017；關(guān)新等，2018；胡安平等，2018；白曉亮等，2019)。據(jù)最新的鉆井巖心和露頭剖面觀察，棲霞組還發(fā)育有凝塊灰(云)巖和疊層灰(云)巖等微生物巖類(圖 2)。棲霞組沉積末期，相對(duì)海平面下降，導(dǎo)致棲二段顆粒灘大面積暴露，遭受大氣淡水淋濾溶蝕(王海真等，2013；Xiaoetal.，2019)。茅口組沉積初期發(fā)生持續(xù)海侵，導(dǎo)致較為低能的灰?guī)r與泥灰?guī)r覆蓋在下伏棲霞組之上(蘇成鵬，2017；羅進(jìn)雄等，2019；Suetal.，2020)。

3 微生物丘的主要巖石類型

筆者采用野外宏觀觀察與室內(nèi)顯微鏡下精準(zhǔn)鑒定相結(jié)合的方法，鑒別組成微生物丘的主要巖石類型及其巖石學(xué)特征，而對(duì)于由白云石化作用形成的、但保存有原巖組構(gòu)幻影的晶粒白云巖，則采用單偏光顯微鏡薄片下加墊70 g 的A4紙進(jìn)行原巖組構(gòu)恢復(fù)。在川西北棲霞組內(nèi)，筆者首次識(shí)別出疊層灰(云)巖、凝塊灰(云)巖、微生物粘結(jié)顆?；?云)巖等典型的微生物巖類型。

a—疊層灰(云)巖(DOL表示云化斑塊，LM表示灰?guī)r基巖)，ST9井，7709.68 m，棲二段；b—疊層云巖，大木埡剖面，棲二段； c—凝塊灰?guī)r，ST9井，7701.09 m，棲二段；d—凝塊云巖，ST9井，7750.55 m，棲一段；e—凝塊云巖，ST9井，7748.00 m，棲一段。 部分照片位置見圖2圖 3 川西北棲霞組微生物巖宏觀特征Fig.3 Macrophotos showing microbialite characteristics of the Qixia Formation in northwestern Sichuan Basin

3.1 疊層灰(云)巖

疊層灰(云)巖是以藍(lán)菌(藍(lán)藻)為主的微生物在生長(zhǎng)和新陳代謝活動(dòng)過程中，粘附和沉淀礦物質(zhì)或捕獲礦物顆粒而形成的疊層石(Awramik and Sprinkle，1999)。疊層灰?guī)r在巖心上呈深灰色塊狀，未見疊層構(gòu)造(圖 3-a)；而疊層云巖由暗紫紅色和淺灰色紋層構(gòu)成緩丘狀，中間夾淺灰色角礫狀凝塊(圖 3-b)。顯微鏡下，疊層灰?guī)r呈波狀或丘狀，由絲狀的鈣質(zhì)微生物粘結(jié)和捕獲灰泥形成的微亮層與微暗層交互組成(圖 4-a)，而疊層云巖因白云石化作用導(dǎo)致原巖組構(gòu)破壞。疊層灰?guī)r反映一種相對(duì)低能的沉積環(huán)境，通常出現(xiàn)在變淺序列頂部。該類巖石中缺少生物碎屑顆粒且具有紋層與凝塊狀結(jié)構(gòu)，其中缺乏生物碎屑表明水體能量低且相對(duì)局限。可與Flügel(2010)提出的標(biāo)準(zhǔn)微相SMF20—紋層狀疊層石粘結(jié)灰?guī)r相類比，常見于潮間帶。研究區(qū)內(nèi)的疊層灰?guī)r、疊層云巖分別見于ST9井和葛底壩露頭剖面。

a—圖 3-a對(duì)應(yīng)的顯微鏡下特征，左側(cè)為中晶云巖斑塊，右側(cè)見絲狀鈣質(zhì)微生物構(gòu)成的疊層灰?guī)r，ST9井，7709.68 m，棲二段，單偏光；b—圖 3-c對(duì)應(yīng)的顯微鏡下特征，凝塊灰?guī)r，發(fā)育不規(guī)則窗格組構(gòu)，ST9井，7701.09 m，棲二段，單偏光；c—凝塊灰?guī)r，見囊狀菌體，其殼為泥晶，內(nèi)充填他形亮晶方解石，長(zhǎng)江溝剖面，單偏光；d—圖 3-d對(duì)應(yīng)的顯微鏡下特征，凝塊云巖，ST9井，7750.55 m，單偏光；e—凝塊云巖，可見不規(guī)則狀窗格孔，ST9井，7748.00 m，棲一段，單偏光；f—圖 4-e對(duì)應(yīng)的顯微鏡下特征，薄片下加墊70 g 的A4紙用以恢復(fù)原巖組構(gòu)，凝塊云巖，可見窗格組構(gòu)，ST9井，7748.00 m，棲一段，單偏光；g—微生物粘結(jié)球粒云巖，發(fā)育粒間溶孔，長(zhǎng)江溝剖面，藍(lán)色鑄體薄片，單偏光；h—圖 4-g位置薄片下加墊70 g 的A4紙用以恢復(fù)原巖組構(gòu)，長(zhǎng)江溝剖面，藍(lán)色鑄體薄片，單偏光；i—微生物粘結(jié)似球粒灰?guī)r，他形亮晶方解石膠結(jié)，長(zhǎng)江溝剖面，單偏光。部分照片位置見圖2圖 4 川西北棲霞組微生物巖微觀特征Fig.4 Microphotos showing microbialite characteristics of the Qixia Formation in northwestern Sichuan Basin

3.2 凝塊灰(云)巖

凝塊灰(云)巖在研究區(qū)露頭和鉆井剖面中均有發(fā)現(xiàn)，宏觀上為淺灰色—褐灰色塊狀(圖 3-c，3-d，3-e)。這類巖石是由微生物粘結(jié)、捕獲灰泥和少量顆粒而成的具有典型凝塊組構(gòu)特征的凝塊石，顯微鏡下明顯可見微生物粘結(jié)團(tuán)塊和格架，有時(shí)可見薄壁微管狀的微生物實(shí)體，以發(fā)育微生物粘結(jié)格架形成的或者微生物死亡腐爛后留下的、大小不一的窗格孔洞和鳥眼孔為特征(圖 4-b，4-c，4-d)。窗格孔和鳥眼孔往往被亮晶膠結(jié)物半充填—全充填，分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，從而區(qū)別于顆粒支撐的、大小和分布較均勻的粒間孔。白云石化后，原巖組構(gòu)或許遭到破壞而表現(xiàn)為晶粒云巖，但具有殘余原巖組構(gòu)幻影的晶粒云巖，仍可通過原巖組構(gòu)恢復(fù)，識(shí)別出粘結(jié)結(jié)構(gòu)、凝塊組構(gòu)和窗格孔等微生物巖的典型標(biāo)志(圖 4-e，4-f)。

凝塊灰(云)巖中微生物粘結(jié)作用繁盛，窗格構(gòu)造明顯，是微生物丘的重要組分，常出現(xiàn)在丘核部位。大致可與Flügel(2010)提出的標(biāo)準(zhǔn)微相SMF21—窗格泥?；?guī)r和粘結(jié)灰?guī)r相類比，指示潮間帶至潮下帶的相對(duì)低能至擾動(dòng)的低能水體。

3.3 微生物粘結(jié)顆?；?云)巖

微生物粘結(jié)顆?；?云)巖也稱為微生物粘結(jié)巖或隱藻粘結(jié)巖，主要由微生物捕獲、粘結(jié)諸如球粒、似球粒、包粒、生物碎屑、砂屑等碎屑顆粒以及灰泥而成，并以共生發(fā)育碎屑結(jié)構(gòu)和微生物粘結(jié)結(jié)構(gòu)為典型特征(圖 4-g，4-i)。粒間孔常被亮晶膠結(jié)物充填，分布具有一定的非均質(zhì)變化。依據(jù)顆粒成分，可以進(jìn)一步細(xì)分為微生物粘結(jié)球?；?云)巖(圖 4-g，4-h)、微生物粘結(jié)似球粒灰(云)巖(圖 4-i)、微生物粘結(jié)砂屑灰(云)巖、微生物粘結(jié)生物碎屑灰(云)巖等類型。

微生物粘結(jié)顆?；?云)巖是微生物丘中重要的巖石類型之一，垂向上往往發(fā)育于微生物丘旋回的下部或上部，構(gòu)成微生物丘的丘基或丘核。大致可與Flügel(2010)提出的標(biāo)準(zhǔn)微相SMF16—紋層似球粒粘結(jié)灰?guī)r相類比，指示具有中等循環(huán)的局限淺海環(huán)境。

a—大木埡剖面微生物丘宏觀特征，丘體高約1 m，可見明顯的丘形外貌，丘頂部見原地角礫，紅色圓點(diǎn)及編號(hào)為薄片取樣位置；b—長(zhǎng)江溝剖面微生物丘宏觀特征，丘體高約6.15 m，寬約23 m，可見丘形外貌，上覆地層超覆沉積，位置見圖2；c—何家梁剖面微生物丘宏觀特征，丘體高79 cm，可見丘形外貌，上覆地層超覆沉積在丘體上，紅色圓點(diǎn)及編號(hào)為薄片取樣位置圖 5 川西北典型露頭剖面上的棲霞組微生物丘宏觀特征Fig.5 Macroscopic characteristics of microbial mounds of the Qixia Formation on typical section in northwestern Sichuan Basin

4 微生物丘宏觀特征

微生物丘是主要由原地鈣化微生物或非鈣化微生物作用形成的碳酸鹽建隆(Riding.，2002；Webby，2002；張廷山等，2008)，在生長(zhǎng)發(fā)育過程中由微生物菌落粘結(jié)、捕獲大量沉積物，建造速率高于相鄰的其他微環(huán)境，沉積厚度也大于同期沉積物，從而呈正向微地貌凸起。研究區(qū)棲霞組微生物丘的發(fā)育規(guī)模大小不一，在露頭剖面上單個(gè)微生物丘的實(shí)測(cè)高度一般為幾十厘米至幾米不等，寬度通常變化于幾米至幾十米之間，具有底平頂凸的典型丘形外貌，明顯可見隨后的海侵沉積物超覆沉積于丘體之上，并且以發(fā)育向上變淺的沉積序列為特征(圖 5)。筆者以不同地區(qū)的2個(gè)微生物丘為代表闡述其宏觀特征。

4.1 大木埡微生物丘

在廣元大木埡露頭剖面中棲霞組近頂部發(fā)育1個(gè)微生物丘，高約1 m，寬度大于5 m，呈典型的丘形地貌特征(圖 5-a)。該丘體整體上呈淺灰色—灰色塊狀，全部由微生物粘結(jié)生物碎屑灰?guī)r構(gòu)成，自丘底至丘頂，微生物菌落與生物碎屑、灰泥形成的粘結(jié)團(tuán)塊逐漸呈小→大→小變化，亮晶充填的孔隙形狀及大小變化大(圖 6-a，6-b，6-c)。受高頻海平面相對(duì)下降的影響，這個(gè)微生物丘頂部遭受準(zhǔn)同生期暴露巖溶作用的改造，形成原地角礫巖(圖 5-a)。丘體上覆中厚層生物碎屑泥晶灰?guī)r，為下一期海侵沉積物。由此可見，這個(gè)微生物丘整體上以發(fā)育微生物粘結(jié)生物碎屑灰?guī)r和向上變淺的沉積序列為典型特征。

4.2 何家梁微生物丘

在青川縣何家梁剖面棲霞組下部發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)微生物丘，丘體高79 cm，總體具丘形地貌特征(圖 5-c)，主體由凝塊云巖構(gòu)成。丘體下伏地層為泥粉晶云巖(圖 6-d)，推測(cè)沉積于平均浪基面以下的局限潟湖環(huán)境；向上過渡為凝塊云巖，具有先期未被充滿的窗格構(gòu)造和后期遭擴(kuò)溶形成的孔洞(圖 6-e)；丘體上部由凝塊云巖組成，其中可見大量白云石化的凝塊組構(gòu)(圖 6-f)。受高頻海平面相對(duì)下降的影響，丘體頂部露出海面，形成暴露面，出現(xiàn)沉積間斷并遭受大氣淡水淋濾改造，發(fā)育近地表假角礫，暴露面上可見丘間細(xì)粒沉積物超覆沉積在微生物丘體之上(圖 5-c)，結(jié)束了這個(gè)微生物丘的發(fā)育。由此可見，何家梁微生物丘整體上以發(fā)育凝塊云巖和向上變淺的沉積序列為典型特征。

5 微生物丘的微相類型與特征

與經(jīng)典生物礁組合類似，棲霞組微生物丘也發(fā)育有較為明顯的丘組合?；趯?duì)露頭剖面和鉆井巖心剖面中不同巖石類型與沉積特征垂向疊置關(guān)系的分析，在棲霞組發(fā)育完整的微生物丘組合中通?？梢宰R(shí)別出丘基、丘核和丘蓋3種微相。

Ⅰ—何家梁剖面棲霞組微生物丘的微相序列；Ⅱ—ST9井棲霞組微生物丘灘組合的微相序列；微觀照片，取樣位置見該圖中巖心照片，ST9井，單偏光： a—晶粒云巖，粒徑0.15～0.5 mm；b—白云質(zhì)凝塊灰?guī)r，見窗格孔構(gòu)造；c—凝塊白云質(zhì)灰?guī)r；d—凝塊白云質(zhì)灰?guī)r，含似球粒；e—凝塊灰?guī)r，左下部可見1個(gè)較大的孔洞被滲流粉砂充填；f—微生物粘結(jié)似球?；?guī)r，含包粒和生物碎屑。DOL為白云巖，LIM為灰?guī)r圖 7 川西北棲霞組微生物丘組合的典型微相序列Fig.7 Typical microfacies sequence of microbial mounds of the Qixia Formation in northwestern Sichuan Basin

5.1 何家梁微生物丘的微相特征

如圖 7-I所示，何家梁剖面棲霞組微生物丘組合由多種白云巖組成，從下到上發(fā)育丘基、丘核、丘蓋3種微相。

丘基微相位于丘組合的底部，是微生物丘發(fā)育的基礎(chǔ)，主要由低能丘間海環(huán)境沉積的泥粉晶云巖組成(圖 6-d)。丘核微相處于丘組合的中部，是微生物丘組合的核心和主體，為造丘微生物發(fā)育繁盛階段的產(chǎn)物，以發(fā)育凝塊云巖為特征(圖 6-e，6-f)。由下而上，凝塊組構(gòu)增多，顆粒減少，反映沉積水體向上逐漸變淺。伴隨微生物丘的不斷向上建造，高頻海平面相對(duì)下降，最終導(dǎo)致微生物丘出露海面停止生長(zhǎng)，并遭受大氣淡水淋濾改造，在丘頂部形成原地角礫(圖 7-Ia)。丘蓋微相位于丘組合的頂部，覆蓋在微生物丘上，主要由低能丘間海環(huán)境沉積的泥粉晶云巖組成，反映高頻海平面相對(duì)上升。

5.2 ST9井微生物丘的微相特征

如圖 7-Ⅱ所示，ST9井7709.6～7711.5 m棲霞組巖心以發(fā)育微生物丘灘組合為特征，微生物丘與顆粒灘沉積呈薄互層，即一層顆粒灘沉積可以成為某個(gè)微生物丘的丘基，同時(shí)又可作為下伏一個(gè)微生物丘的丘蓋，即兩者互為“基”與“蓋”。ST9井丘灘組合從下到上發(fā)育生屑灘(丘基)、微生物丘(丘核)、生屑灘(丘蓋)3種微相。

生屑灘(丘基)微相位于丘灘組合的底部，由灰色晶粒云巖組成，推測(cè)為生屑灘沉積的白云石化產(chǎn)物。

微生物丘(丘核)微相位于丘組合的中部，厚約130 cm，全部由微生物灰?guī)r組成。底部1層厚約10 cm，巖性主要為相對(duì)高能的亮—泥晶微生物粘結(jié)似球粒灰?guī)r和凝塊灰?guī)r(圖 7-Ⅱe，7-Ⅱf)，指示高頻海侵初期的相對(duì)高能環(huán)境，并可見滲流粉砂(圖 7-Ⅱe)。下部為微生物粘結(jié)灰泥和少量的似球粒組成的白云質(zhì)凝塊灰?guī)r(圖 7-Ⅱd)；向上包粒含量增加，指示能量進(jìn)一步增強(qiáng)，發(fā)育窗格孔(圖 7-Ⅱb，7-Ⅱc)。上部為微生物粘結(jié)灰泥構(gòu)成的白云質(zhì)凝塊灰?guī)r，云化部分總體呈水平狀分布(圖 7-Ⅱ③)。

生屑灘(丘蓋)微相位于丘組合的上部，厚約48 cm，推測(cè)是微生物丘的建造導(dǎo)致海水變淺，使其處于浪基面之上的相對(duì)高能地帶而發(fā)育生屑灘沉積。因后期的白云石化和重結(jié)晶作用破壞原巖組構(gòu)，現(xiàn)為中、細(xì)晶云巖，晶粒間充填滲流白云石粉屑(圖 7-Ⅱa)。宏觀上，下部為淺灰色塊狀晶粒云巖，見溶蝕孔洞和疊層構(gòu)造(圖 7-Ⅱ②)；上部受高頻暴露巖溶作用改造，形成近地表角礫化；頂部為不平整的巖性突變面(圖 7-Ⅱ①)，其上為下一次高頻海侵形成的微生物丘。

這一類微生物丘灘微相組合在棲霞期發(fā)育頻率高，指示隨著微生物丘向上建造導(dǎo)致海水逐漸變淺而發(fā)生暴露巖溶；而白云巖發(fā)育于向上變淺序列的上部，則指示白云石化與海平面升降密切相關(guān)，與微生物巖的發(fā)育位置關(guān)系并非密切。該類微生物丘灘微相組合可能受向上變淺和丘灘體疊置遷移導(dǎo)致的環(huán)境進(jìn)一步受限和局部蒸發(fā)控制。

6 地質(zhì)意義

6.1 川西北地區(qū)棲霞期沉積環(huán)境

如前所述，本次研究在四川盆地西北部野外露頭和鉆井剖面的棲霞組中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)微生物丘，造丘的巖石類型主要為疊層灰(云)巖、凝塊灰(云)巖、微生物粘結(jié)顆?；?云)巖等經(jīng)典的微生物巖類型。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)育于海相碳酸鹽巖臺(tái)地上的這些微生物巖，均指示棲霞期沉積水體能量相對(duì)較低、循環(huán)不暢且相對(duì)受限。其次，棲霞組微生物丘絕大多數(shù)以發(fā)育向上變淺的沉積序列為特征，反映了高頻海平面逐漸相對(duì)下降，沉積水體逐步收縮，微生物丘發(fā)生側(cè)向遷移疊置，導(dǎo)致沉積環(huán)境進(jìn)一步受限。當(dāng)環(huán)境進(jìn)一步受限時(shí)，蒸發(fā)濃縮作用會(huì)使海水的Mg/Ca值升高，從而導(dǎo)致局部發(fā)生準(zhǔn)同生期白云石化。圖 7-Ⅱ指示的白云巖發(fā)育與向上變淺序列的封隔受限密切相關(guān)也證實(shí)了這一認(rèn)識(shí)。另一方面，微生物與后生動(dòng)物存在互為消長(zhǎng)關(guān)系，凝塊灰(云)巖或疊層灰(云)中少見宏觀生物化石(圖 4)，即使有后生動(dòng)物化石產(chǎn)出，其屬種不僅單一，而且個(gè)體也較小，表明當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境可能不正常。在野外露頭的某些微生物丘剖面上，例如廣元西北鄉(xiāng)車家壩剖面，下部見有個(gè)體較小的有孔蟲、海百合和介形蟲等化石，向上后生動(dòng)物化石減少，僅見少量介形蟲碎片，且出現(xiàn)凝絮狀微生物粘結(jié)生物碎屑和灰泥的現(xiàn)象。這種凝絮狀微生物粘結(jié)組構(gòu)一般指示海水鹽度不正常、電解質(zhì)失衡。

實(shí)際上，已有越來越多的研究成果揭示了包括川西北在內(nèi)的四川盆地早二疊世棲霞期的古海洋環(huán)境總體可能受限。如馬永生等(2009)指出棲霞期上揚(yáng)子臺(tái)地西部為局限環(huán)境，其余地區(qū)為開闊環(huán)境；劉治成等(2015)基于華鎣山地區(qū)棲霞組灰泥丘的研究，認(rèn)為川中地區(qū)該時(shí)期可能存在環(huán)境受限；劉正元等(2020)通過對(duì)川西北地區(qū)上寺貓兒塘二疊系剖面的古生物研究發(fā)現(xiàn)，棲霞初期的部分類化石缺失可能與水體環(huán)境較為閉塞有關(guān)；李明隆等(2020)和蘆飛凡等(2020)通過對(duì)白云巖宏微觀特征及地球化學(xué)研究，也得出了川西北地區(qū)棲霞期古環(huán)境受限的結(jié)論。綜上所述，可以認(rèn)為川西北地區(qū)棲霞期沉積環(huán)境總體受限，推測(cè)為半局限—局限臺(tái)地環(huán)境，海域水深不大，能量普遍不高，從而出現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)的凝絮狀的微生物粘結(jié)球粒、似球粒或生物碎屑等微生物灰?guī)r構(gòu)建的所謂“中低能灘”，實(shí)際上應(yīng)該屬于微生物丘灘組合范疇。

圖 8 川西北棲霞組微生物丘灘沉積與白云石化模式Fig.8 Depositional model of microbial mound-shoal complexes and correspondent dolomitization of the Qixia Formation in northwestern Sichuan Basin

造成川西北地區(qū)棲霞期沉積環(huán)境受限的另一個(gè)重要因素與古構(gòu)造和古地理背景相關(guān)。四川盆地海西期以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(羅志立，2009；王鼐等，2016)，石炭紀(jì)末發(fā)生的云南運(yùn)動(dòng)造成地殼抬升，地層廣泛遭受剝蝕，川西一帶普遍存在地層削蝕和準(zhǔn)平原化。伴隨二疊紀(jì)廣泛海侵，原有的古地理格局一定程度上轉(zhuǎn)變?yōu)榫植康孛猜≯昶鸱木徠赂窬?宋文海，1987；劉春平和朱國(guó)華，2006；劉小洪等，2017)。早二疊世棲霞期，海侵使上揚(yáng)子地區(qū)演變?yōu)檫|闊的淺水碳酸鹽巖臺(tái)地環(huán)境，并且在四川盆地西北緣的廣元—江油一帶形成了有鑲邊的臺(tái)地邊緣，其西側(cè)推測(cè)為水體較深的緩斜坡，東接平緩起伏的碳酸鹽巖臺(tái)地。但從川西北地區(qū)棲霞組頻繁的高頻暴露特征來看(李明隆等，2020)，海水總體較淺，能量不高，且高頻海平面相對(duì)升降變化頻繁，導(dǎo)致發(fā)育于緩坡背景下的碳酸鹽巖臺(tái)地極易受限，臺(tái)地邊緣也未發(fā)現(xiàn)亮晶顆粒巖和/或生物礁等組成的高能相帶，而是以發(fā)育微生物丘灘組合為代表的中低能弱鑲邊體系為特征(圖 8)。

如圖 8 所示，在高頻初始海侵期，在臺(tái)地邊緣和臺(tái)內(nèi)水下微地貌高地上開始沉積微生物粘結(jié)似球?！；?guī)r，構(gòu)成微生物丘的生長(zhǎng)基礎(chǔ)；在臺(tái)內(nèi)洼地等相對(duì)地貌低地，則以發(fā)育泥晶灰?guī)r和似球?；虬Ｄ嗑Щ?guī)r為特征(圖 8-a)。隨著基底穩(wěn)定沉降或持續(xù)海侵的進(jìn)行，微地貌高地上連續(xù)沉積凝塊巖和微生物粘結(jié)的生物碎屑灰?guī)r或似球?；?guī)r，構(gòu)成微生物丘的核心；由于微生物丘的建造速率較快，強(qiáng)化了丘體與丘間的地貌差異，導(dǎo)致微生物丘的生長(zhǎng)空間受限(圖 8-b)。當(dāng)丘體建造至平均海平面附近時(shí)，因可容空間變小，微生物丘發(fā)生側(cè)向遷移生長(zhǎng)，使局部環(huán)境進(jìn)一步受限，在較強(qiáng)的蒸發(fā)作用影響下，海水逐漸濃縮，重鹵水下沉并向低部位回流，交代早期沉積物，發(fā)生與丘灘發(fā)育密切相關(guān)的準(zhǔn)同生期白云石化作用(圖 8-c)；丘體頂部或因出露海平面而遭受巖溶改造，形成近地表角礫巖。據(jù)上所述，研究區(qū)棲霞期沉積環(huán)境的進(jìn)一步受限也可能與微生物丘的側(cè)向遷移疊置有關(guān)，白云巖的形成或許與沉積環(huán)境進(jìn)一步受限更為密切，而非微生物誘導(dǎo)白云石化。推測(cè)棲霞組與微生物丘相關(guān)的白云巖，縱向分布大概與多級(jí)海平面升降變化有關(guān)，橫向上可能與丘灘體發(fā)育和疊置遷移位置相關(guān)，總體上可能具有分布層位不穩(wěn)定的特征。但從總體起伏不大的古地理背景推斷，最容易導(dǎo)致進(jìn)一步受限的古地理位置應(yīng)為臺(tái)緣坡折帶和臺(tái)內(nèi)緩坡折帶。

6.2 微生物丘灘復(fù)合體的儲(chǔ)集意義

微生物巖具有良好的儲(chǔ)集性能，其中微生物結(jié)構(gòu)和白云石化是微生物白云巖儲(chǔ)集層形成的有利因素(李凌等，2013；趙文智等，2014；李朋威等，2015)。但就川西北地區(qū)而言，現(xiàn)今微生物巖結(jié)構(gòu)保存完整的灰?guī)r和云巖中，與微生物組構(gòu)相關(guān)的原生孔隙往往較小，且難以見到格架孔洞，多因膠結(jié)而喪失(圖 4)。能見到明顯儲(chǔ)集空間的多是具有微生物粘結(jié)組構(gòu)的球?；蛏锼樾及自茙r，以發(fā)育溶擴(kuò)粒間孔為特征(圖 4-g)，這表明微生物巖的總體儲(chǔ)集性能較差，推測(cè)可能與這一時(shí)期微生物巖形成時(shí)的水體能量較低有關(guān)。

臺(tái)內(nèi)和臺(tái)緣的勘探實(shí)踐表明，與微生物丘相關(guān)的白云巖儲(chǔ)集性能良好，是主要的油氣勘探對(duì)象。李明隆等(2020)認(rèn)為，棲霞組白云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的發(fā)育主要與白云巖高頻暴露巖溶引起的不同程度改造有關(guān)，而白云石化為準(zhǔn)同生期回流滲透白云石化疊加同期海水循環(huán)熱液成因。前已述及，造成局部環(huán)境進(jìn)一步受限和白云石化的原因?yàn)槲⑸锴馂┑寞B置遷移，且儲(chǔ)集層主要發(fā)育于微生物建造相關(guān)的丘灘組合中。據(jù)此認(rèn)為，微生物丘灘復(fù)合體是棲霞組白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，臺(tái)緣坡折帶、臺(tái)內(nèi)緩坡折帶和高地是棲霞組白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育的有利區(qū)帶。

7 結(jié)論

1)在四川盆地西北部(川西北)下二疊統(tǒng)棲霞組中新發(fā)現(xiàn)的微生物丘，主要由凝塊灰(云)巖、疊層灰(云)巖和微生物粘結(jié)顆?；?云)巖等組成。

2)川西北棲霞組微生物丘大小不一，實(shí)測(cè)高度一般為幾十厘米至幾米，寬度通常變化于幾米至幾十米之間，具有底平頂凸的典型丘形外貌，以發(fā)育向上變淺的沉積序列為特征，一般由丘基、丘核、丘蓋3個(gè)微相組成，也可與顆粒灘共同構(gòu)成微生物丘灘復(fù)合體。

3)川西北地區(qū)棲霞期沉積環(huán)境總體受限，推測(cè)為半局限—局限臺(tái)地環(huán)境，水深總體較淺，能量普遍不高；海平面頻繁的相對(duì)升降變化和微生物丘的側(cè)向遷移疊置，導(dǎo)致發(fā)育于緩坡背景下的碳酸鹽巖臺(tái)地極易受限，引起早期沉積物發(fā)生與丘灘發(fā)育密切相關(guān)的準(zhǔn)同生期白云石化作用。

4)微生物丘灘復(fù)合體是棲霞組白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，臺(tái)緣坡折帶、臺(tái)內(nèi)緩坡折帶和高地是棲霞組白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育的有利區(qū)帶。