塔里木盆地東北緣下寒武統(tǒng)頁(yè)巖巖相特征與沉積模式

劉旺威，李一凡，高志前，樊太亮，張 坦，匡明志

(1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)教育部海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；4.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

0 引 言

頁(yè)巖是由粒度小于62.5 μm的黏土礦物、粉砂、碳酸鹽礦物及有機(jī)質(zhì)等細(xì)粒沉積物組成的具頁(yè)理的沉積巖[1-3]。當(dāng)前非常規(guī)油氣資源的勘探與開發(fā)越來(lái)越受重視，而泥頁(yè)巖的形成過程十分復(fù)雜，其巖相及其組合的發(fā)育特征、沉積模式等問題有待深入剖析。塔里木盆地是我國(guó)陸上最大的多旋回含油氣疊合盆地，盆內(nèi)超深層油氣資源量占我國(guó)陸上超深層油氣資源總量的60%以上[4-5]?，F(xiàn)今不斷有數(shù)據(jù)和資料揭示塔里木盆地東北緣(塔東北地區(qū))下寒武統(tǒng)的頁(yè)巖具有良好的生烴潛力[6-10]。塔東北地區(qū)寒武系地層發(fā)育齊全，許多學(xué)者在該區(qū)做了大量的研究工作。塔東北地區(qū)巖相古地理整體為克拉通邊緣坳陷欠補(bǔ)償性質(zhì)的盆地[11]，其下寒武統(tǒng)發(fā)育硅質(zhì)巖和頁(yè)巖，整體為一套深水沉積的產(chǎn)物，古生物組合主要為深水古生物及半深水浮游生物[12]，沉積環(huán)境由次深海盆地相逐漸轉(zhuǎn)換為斜坡相[13-15]。有學(xué)者認(rèn)為塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)泥質(zhì)巖源區(qū)母巖以巖漿巖為主，底部磷質(zhì)礦物的形成與中基性巖漿巖有關(guān)[16]。有學(xué)者根據(jù)測(cè)井曲線和古生物特征將塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)劃分為兩個(gè)III層序，分別對(duì)應(yīng)西山布拉克組和西大山組[17]。塔東北地區(qū)在寒武紀(jì)初期經(jīng)歷了一次大范圍的海侵事件，隨后水體持續(xù)變深再變淺，且興地?cái)嗔褜⑺|北地區(qū)分為南北兩區(qū)，兩個(gè)區(qū)域具有一定的沉積分異現(xiàn)象[18]。塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)的沉積環(huán)境前人也有認(rèn)識(shí)，總體認(rèn)為處于濕潤(rùn)-半干旱條件，水體處于封閉-半封閉狀態(tài)，且伴隨著間歇性缺氧環(huán)境，其中硅質(zhì)巖為海水沉積和熱液沉積混合而成[19-20]。但有關(guān)塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖巖相特征和沉積演化模式的研究尚未深入，有針對(duì)性的分析頁(yè)巖巖相縱向分布規(guī)律和沉積演化模式有助于把握泥頁(yè)巖的優(yōu)質(zhì)烴源巖的特征和分布，從而更有效地指導(dǎo)非常規(guī)油氣的勘探。

本文以塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)野外露頭為基礎(chǔ)，通過露頭描述、薄片鑒定和有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定等手段，結(jié)合前人研究，對(duì)塔里木盆地東北緣下寒武統(tǒng)西山布拉克組和西大山組的頁(yè)巖進(jìn)行巖相和巖相組合劃分，并依據(jù)巖礦、薄片、TOC含量等數(shù)據(jù)開展了主要巖相及組合的地質(zhì)特征描述和沉積演化模式分析。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地位于中國(guó)新疆南部，北接天山山脈，南以阿爾金山斷裂帶為界，東西向展布，整體為菱形，坐落于我國(guó)西部褶皺山系之間(圖1)，是我國(guó)陸上最大的含油氣疊合盆地，具有很高的油氣勘探潛力[21-23]。

圖1 塔里木盆地區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)楊恩林等[23]修編)

研究區(qū)位于塔里木盆地東北緣的庫(kù)魯克塔格地區(qū)(圖2(a))，該區(qū)位于天山山脈南部，辛格爾斷裂為北部界線，孔雀河斷裂為南部界線，東起玉兒滾布拉克，向西途徑賽馬山—莫合爾山—西山口等地，西止庫(kù)爾勒。興地?cái)嗔咽且粭l東西向的深大斷裂，該斷裂帶將庫(kù)魯克塔格劃分為南北兩區(qū)，控制著庫(kù)魯克塔格地區(qū)南北兩地自新元古代以來(lái)的所有沉積過程。在泥盆紀(jì)和晚白堊世時(shí)期，庫(kù)魯克塔格地區(qū)經(jīng)歷了兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，致使南華系—奧陶系廣泛出露地表[24]，本文的研究對(duì)象為庫(kù)魯克塔格地區(qū)興地?cái)嗔岩员钡那】笋R克鐵什I號(hào)剖面和II號(hào)剖面(圖2(b))。

圖2 塔里木盆地東北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)寒武系露頭分布(據(jù)石開波等[24]修編)

2 巖相類型與特征

頁(yè)巖巖相劃分通常由巖相類型劃分和巖相組合劃分兩部分構(gòu)成[25-26]。過去認(rèn)為泥頁(yè)巖通常在相對(duì)靜水的環(huán)境下沉積堆積形成，其構(gòu)造簡(jiǎn)單且沉積記錄相對(duì)連續(xù)，但是不同的頁(yè)巖巖相對(duì)應(yīng)不同的沉積環(huán)境和水動(dòng)力條件，不同的巖相在粒度成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、古生物和有機(jī)質(zhì)含量等方面各有差異。油氣的富集區(qū)和“甜點(diǎn)段”往往發(fā)育在特定環(huán)境下沉積形成的頁(yè)巖巖相和巖相組合之中[27-28]。

2.1 頁(yè)巖巖相劃分

依據(jù)塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)恰克馬克鐵什I號(hào)剖面和II號(hào)剖面39個(gè)有代表性的頁(yè)巖樣品礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)[19](表1)，采用以長(zhǎng)英質(zhì)礦物-黏土礦物-碳酸鹽礦物為端元的三元圖解法開展巖相劃分[29]。先以50%為邊界確定巖石主名，劃分出4個(gè)一級(jí)巖相區(qū)，再以礦物含量25%進(jìn)行二級(jí)命名，一共分為12個(gè)巖相區(qū)(圖3(a))。(1)Ⅰ黏土質(zhì)頁(yè)巖：Ⅰ1黏土質(zhì)頁(yè)巖，Ⅰ2硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖，Ⅰ3鈣質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖；(2)Ⅱ混合質(zhì)頁(yè)巖：Ⅱ1硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁(yè)巖，Ⅱ2黏土質(zhì)鈣質(zhì)混合頁(yè)巖，Ⅱ3鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖；(3)Ⅲ硅質(zhì)頁(yè)巖：Ⅲ1硅質(zhì)頁(yè)巖，Ⅲ2黏土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，Ⅲ3鈣質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖；(4)Ⅳ鈣質(zhì)頁(yè)巖：Ⅳ1鈣質(zhì)頁(yè)巖，Ⅳ2黏土質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖，Ⅳ3硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)頁(yè)巖中石英和碳酸鹽巖礦物的粒度結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造以及成因機(jī)制對(duì)巖相命名進(jìn)一步校訂。例如：對(duì)于“Ⅲ硅質(zhì)頁(yè)巖”，若長(zhǎng)英質(zhì)礦物來(lái)源是陸源碎屑，其巖相命名可用“粉砂巖”代替；對(duì)于“Ⅳ鈣質(zhì)頁(yè)巖”，按照巖石中方解石和白云石的比例、頁(yè)理發(fā)育程度，依據(jù)具體情況命名為“灰(云)質(zhì)頁(yè)巖”或“灰(云)巖”。此外，一些能代表具體沉積環(huán)境的特殊礦物也能加入命名，如“磷質(zhì)頁(yè)巖”、“黃鐵礦頁(yè)巖”等。

表1 塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)

圖3 頁(yè)巖巖相全巖礦物組成三端元?jiǎng)澐址?a)和塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖巖相劃分圖(b)

根據(jù)相應(yīng)的沉積環(huán)境開展頁(yè)巖巖相組合劃分，反映特定沉積微環(huán)境的巖相及組合特征。在泥頁(yè)巖的沉積過程中，古水深、氧化還原條件、古生產(chǎn)力、沉積速率、古氣候、物源條件等因素都是影響其巖相及組合發(fā)育的重要因素[30-36]，其中海平面變化控制沉積微相的變化，受海平面升降控制，塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)在西山布拉克組至西大山組沉積時(shí)期經(jīng)歷了由半深水陸棚-深水陸棚-淺水陸棚的沉積演化。

通過全巖礦物三端元和沉積微相結(jié)合劃分，塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)西山布拉克組和西大山組自下而上發(fā)育3種巖相組合和6種巖相(圖3(b))：(1)半深水陸棚巖相組合，包括硅質(zhì)頁(yè)巖相、硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁(yè)巖相和磷質(zhì)頁(yè)巖相；(2)深水陸棚巖相組合，包括硅質(zhì)頁(yè)巖相和黏土質(zhì)頁(yè)巖相；(3)淺水陸棚巖相組合，包括鈣質(zhì)頁(yè)巖相和硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖相。

2.2 頁(yè)巖巖相特征

頁(yè)巖通常為源儲(chǔ)一體的細(xì)粒沉積巖，不同沉積環(huán)境下形成的巖相組合在沉積學(xué)、古生物學(xué)、地球化學(xué)方面各有差異；另外，不同巖相組合中的單一巖相也有不同的地質(zhì)特征。塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)自下而上分為西山布拉克組和西大山組，本文針對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖地層開展野外露頭、顯微薄片等多尺度觀察描述，結(jié)合有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定手段，自下而上從礦物組成、沉積構(gòu)造、微體生物化石、顏色和有機(jī)質(zhì)富集程度等方面對(duì)塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)3種巖相組合和6類巖相進(jìn)行精細(xì)描述(圖4—圖7)，以此分析其地質(zhì)特征和成因機(jī)制。

圖4 塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖地層綜合柱狀圖(據(jù)劉旺威等[19]修編)

(1)半深水陸棚巖相組合。

該巖相組合發(fā)育在西山布拉克組下部，主要包括硅質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁(yè)巖和磷質(zhì)頁(yè)巖三種巖相，其中僅磷質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐富，在硅質(zhì)頁(yè)巖中可發(fā)現(xiàn)少量放射蟲化石，部分地區(qū)可見巖漿侵入現(xiàn)象。

硅質(zhì)頁(yè)巖。該巖相石英含量高，在60%～84%之間，黏土礦物含量在9%～20%之間，碳酸鹽巖礦物含量在5%～21%之間，礦物顆粒的粒度主要集中在8～32 μm之間。此巖相發(fā)育在西山布拉克組底部，與下部的漢格爾喬克組呈平行不整合接觸，在野外為灰黑色，呈連續(xù)的薄層狀，單層厚度5～10 cm(圖5(a))。薄片中可見少量放射蟲化石(圖5(b))，顯微鏡下可見自形程度好的微晶石英呈嵌晶結(jié)構(gòu)發(fā)育(圖5(c))；自形程度好的微晶石英說(shuō)明研究區(qū)在早寒武世初期陸源沉積物輸入少，生物化石的存在說(shuō)明該巖相具有一定的生烴基礎(chǔ)。但該巖相TOC含量極低(均不足0.1%)，結(jié)合研究區(qū)在該層位常見火成巖侵入現(xiàn)象(圖5(d))，且部分硅質(zhì)頁(yè)巖中可見石英顆粒由小到大呈圈層狀發(fā)育(圖5(e))，分析其為典型的受熱液影響形成的多晶石英；在巖漿巖及其圍巖中常見長(zhǎng)石蝕變和隱晶質(zhì)的膠磷礦(圖5(f))，同時(shí)在部分硅質(zhì)頁(yè)巖中也發(fā)現(xiàn)了可能來(lái)源于巖漿熱液流體的膠磷礦(圖5(g))，這說(shuō)明了研究區(qū)在早寒武世初期，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，熱液事件頻繁，部分沉積物受熱液活動(dòng)影響，推測(cè)熱液流體在一定程度上會(huì)淋濾該時(shí)期的硅質(zhì)頁(yè)巖，導(dǎo)致沉積物中的有機(jī)質(zhì)發(fā)生蝕變，從而不利于該巖相中有機(jī)質(zhì)的富集[37-38]。

圖5 塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)半深水環(huán)境巖相特征

硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁(yè)巖。該巖相石英含量在41%～49%之間，黏土礦物含量在37%～42%之間，碳酸鹽巖礦物含量在8%～12%之間，礦物顆粒粒度主要集中在8～32 μm之間。此巖相在野外為黑色，薄層狀，單層厚度3～6 cm，輕微風(fēng)化(圖5(h))。薄片中可見明顯的紋層層理，單層厚1～2 mm(圖5(i))。顯微鏡下可見大量受熱液影響蝕變的石英顆粒，且微裂縫較發(fā)育(圖5(j))，還可見大量顯晶質(zhì)的磷灰石顆粒呈懸浮狀分散在基質(zhì)中(圖5(k))，推測(cè)該巖相石英可能來(lái)源于火山碎屑或受熱液作用影響導(dǎo)致蝕變而成；與硅質(zhì)頁(yè)巖相同的是，該巖相TOC含量也極低(均不足0.1%)，進(jìn)一步推測(cè)研究區(qū)在早寒武世初期構(gòu)造活動(dòng)劇烈且熱液活動(dòng)頻發(fā)，且熱液活動(dòng)會(huì)影響早寒武世初期部分沉積物中有機(jī)質(zhì)的富集。

磷質(zhì)頁(yè)巖。該巖相中磷質(zhì)礦物含量突增，平均含量約12%。石英含量在35%～45%之間，黏土礦物含量在35%～48%之間，碳酸鹽礦物含量在7%～12%之間，顆粒粒度主要集中在8～32 μm之間。此巖相在野外為黃黑色，頁(yè)理發(fā)育，可見厚2～3 cm的綠泥石夾層(圖5(l))。薄片中可見磷質(zhì)結(jié)核，結(jié)核直徑在1～1.5 cm之間(圖5(m))。顯微鏡下可見連續(xù)或不連續(xù)的磷質(zhì)紋層(圖5(n))，見部分磷質(zhì)紋層擠壓形變，發(fā)育多期石英脈狀體，可見云母片層擠壓錯(cuò)斷(圖5(o))。還可見顯晶質(zhì)的磷灰石顆粒聚集，粒度在10～25 μm之間(圖5(p))。在該巖相中出現(xiàn)磷灰石、蝕變礦物以及綠泥石夾層，可以推測(cè)出磷質(zhì)頁(yè)巖在沉積過程受到持續(xù)的熱液影響[39]。磷質(zhì)紋層和云母層的形變和斷裂，說(shuō)明在該巖相發(fā)育過程中伴隨著較強(qiáng)的構(gòu)造活動(dòng)。該巖相進(jìn)一步說(shuō)明在早寒武世初期，塔東北地區(qū)處于強(qiáng)烈的拉張伸展階段，且伴隨著大量的熱液活動(dòng)。該巖相中TOC含量可達(dá)1.6%以上，而同一巖相組合的其他兩種巖相TOC含量不足0.1%，推測(cè)可能熱液活動(dòng)對(duì)不同的巖相有不同的影響；對(duì)磷質(zhì)頁(yè)巖而言，熱液活動(dòng)使水體還原性增強(qiáng)，生物生產(chǎn)力提高，從而會(huì)促進(jìn)有機(jī)質(zhì)富集[40]。

(2)深水陸棚巖相組合。

該巖相組合發(fā)育在西山布拉克組中部和上部，主要包括硅質(zhì)頁(yè)巖和黏土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖兩種巖相，該巖相組合中可見大量指示深水環(huán)境的海綿骨針和放射蟲化石，層理發(fā)育，TOC含量相對(duì)較高。

硅質(zhì)頁(yè)巖。該巖相石英含量普遍大于75%，黏土礦物含量在10%左右，碳酸鹽巖礦物含量在6%～18%之間，顆粒粒度主要集中在8～32 μm之間。此巖相在野外呈灰黑色，成層性極好，單層厚度在3～5 cm之間，頁(yè)理發(fā)育(圖6(a))。薄片中可見大量暗色有機(jī)質(zhì)紋層，厚1～3 mm(圖6(b))。顯微鏡下可見結(jié)構(gòu)成熟度高、自形程度好的石英顆粒，粒度在10～20 μm之間(圖6(c))。還可見大量放射蟲和海綿骨針被石英顆粒充填(圖6(d)和(e))，以及被有機(jī)質(zhì)和瀝青充填的裂縫和孔洞(圖6(f))。該巖相有機(jī)質(zhì)含量豐富，TOC含量在0.5%～1.5%之間，大量的海綿骨針和放射蟲化石說(shuō)明該巖相是深水環(huán)境下的產(chǎn)物?？卓p中充填了有機(jī)質(zhì)和生烴過程后形成的瀝青，說(shuō)明該巖相具有較強(qiáng)的生烴能力。與受熱液影響的半深水陸棚巖相組合中的硅質(zhì)頁(yè)巖不同，深水陸棚巖相組合中的硅質(zhì)頁(yè)巖中幾乎都是結(jié)構(gòu)成熟度高的微晶石英顆粒，為海水沉積，且后期未受熱液影響，說(shuō)明在西山布拉克組沉積的中期和晚期，塔東北地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)明顯減弱，熱液活動(dòng)減少，水體變深，環(huán)境的改變導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)開始逐漸富集。

黏土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖。該巖相石英含量范圍在53%～64%之間，黏土礦物含量在26%～35%之間，碳酸鹽巖礦物含量在7%～19%之間，顆粒粒度主要集中在8～32 μm之間。該巖相在野外為黑色薄層，單層厚度在3～8 cm之間，頁(yè)理發(fā)育，風(fēng)化較嚴(yán)重(圖6(g))。薄片中可見大量相互疊加的韻律結(jié)構(gòu)，暗色紋層厚度在0.1～1 mm之間，亮色紋層厚度在2～5 mm之間(圖6(h))；顯微鏡下可見連續(xù)的暗色富有機(jī)質(zhì)紋層與連續(xù)的亮色硅質(zhì)紋層互層，暗色紋層厚0.1～0.2 mm，亮色紋層厚0.1～0.3 mm(圖6(i))。部分薄片中可見不連續(xù)的富有機(jī)質(zhì)暗色紋層和被石英脈體充填的裂縫(圖6(j))，還可見放射蟲化石被石英顆粒充填后分布在基質(zhì)中(圖6(k))；部分薄片中可見條帶狀、線狀和團(tuán)塊狀的暗色有機(jī)質(zhì)呈懸浮狀分散在基質(zhì)中(圖6(l))。該巖相有機(jī)質(zhì)相對(duì)豐富，TOC含量在0.5%～1.2%之間。大量的細(xì)粒水平紋層和放射蟲化石說(shuō)明該巖相是深水環(huán)境下的產(chǎn)物，富有機(jī)質(zhì)紋層和條帶狀、線狀和團(tuán)塊狀的暗色有機(jī)質(zhì)說(shuō)明該巖相生烴潛力良好。

(3)淺水陸棚巖相組合。

該巖相組合發(fā)育于整個(gè)西大山組，主要包括鈣質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖兩種巖相，該巖相組合中鈣質(zhì)礦物含量顯著增加，硅質(zhì)礦物含量減少；巖相層理發(fā)育，可見大量陸源碎屑，TOC含量明顯下降。

鈣質(zhì)頁(yè)巖。該巖相碳酸鹽巖含量在74%～88%之間，長(zhǎng)英質(zhì)含量在4%～23%之間，黏土礦物含量在4%～10%之間，顆粒粒度主要集中在8～32 μm之間。該巖相在野外為灰黑色，頁(yè)理極其發(fā)育，風(fēng)化較為嚴(yán)重(圖7(a))。薄片中可見該巖相主要以連續(xù)或不連續(xù)的亮色紋層和少量暗色紋層互層(圖7(b))，顯微鏡下可見方解石顆粒呈正粒序分布(圖7(c))。部分薄片中可見團(tuán)塊狀和長(zhǎng)條狀的鈣質(zhì)碎屑呈正粒序分布(圖7(d))，顯微鏡下可見團(tuán)塊狀和長(zhǎng)條狀的鈣質(zhì)碎屑，分選一般、磨圓較差、成熟度低(圖7(e))，還可見大量嵌晶方解石顆粒中發(fā)育較粗的脈體，脈體被粒度約200 μm的方解石顆粒充填(圖7(f))。亮色暗色紋層互層以及粒序結(jié)構(gòu)說(shuō)明該巖相沉積時(shí)水動(dòng)力交替頻繁；鈣質(zhì)碎屑說(shuō)明在西大山組時(shí)水體較西山布拉克組沉積時(shí)變淺，陸源輸入量增大，沉積速率變快，因此該巖相中TOC含量不高，在0.1%～0.5%之間。

圖7 塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)淺水環(huán)境巖相特征

硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖。該巖相碳酸鹽巖礦物含量在55%～71%之間，長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量在26%～32%之間，黏土礦物含量在8%左右，粒度區(qū)間集中在8～32 μm之間。該巖相在野外為深灰色，頁(yè)理較發(fā)育，風(fēng)化較為嚴(yán)重(圖7(g))。薄片中可見正粒序結(jié)構(gòu)，且在粒序的細(xì)層處可見沖刷結(jié)構(gòu)和鈣質(zhì)碎屑沉積(圖7(h))，在顯微鏡下可見陸源的鈣質(zhì)碎屑沉積在基質(zhì)中(圖7(i))。該巖相中整體為成熟度較低的方解石顆粒，呈嵌晶式結(jié)構(gòu)發(fā)育(圖7(j))。粒序結(jié)構(gòu)和沖刷結(jié)構(gòu)說(shuō)明該巖相在沉積時(shí)水動(dòng)力交替變化頻繁，鈣質(zhì)碎屑和低成熟度的方解石顆粒說(shuō)明該巖相在沉積過程中水體較淺，陸源碎屑輸入量大，沉積速率較快。在薄片中偶見黃鐵礦紋層和黃鐵礦集合體(圖7(k))，黃鐵礦集合體呈圈層狀發(fā)育，顆粒粒度在1～2 μm之間(圖7(l))。該巖相TOC含量整體較低，在0.1%～0.4%之間，但也有TOC含量相對(duì)較高的層段；結(jié)合黃鐵礦紋層以及黃鐵礦結(jié)核出現(xiàn)推測(cè)，該巖相在沉積過程中也出現(xiàn)過水體穩(wěn)定且相對(duì)還原的沉積環(huán)境，因此有少部分層段TOC含量相對(duì)較高。

3 沉積演化模式

在新元古代初期，Rodinia超大陸解體，塔里木陸塊從澳大利亞板塊西北緣分離，進(jìn)入大陸邊緣裂谷演化階段[41-46]。庫(kù)魯克塔格地區(qū)從早南華世的裂谷階段逐漸演化為晚震旦世的構(gòu)造穩(wěn)定階段。在震旦紀(jì)末期，庫(kù)魯克塔格地區(qū)整體抬升，直至寒武紀(jì)初期的大規(guī)模海侵作用，該區(qū)再次接收沉積。海平面變化和區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)共同影響著研究區(qū)沉積巖的發(fā)育特征，下面將結(jié)合上文的頁(yè)巖巖相及組合的垂向發(fā)育特征，討論塔東北地區(qū)西山布拉克組和西大山組頁(yè)巖的沉積演化模式。

在塔里木盆地東北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)，由于晚震旦世冰川的融化以及大規(guī)模的拉張活動(dòng)，早寒武世初期開始大規(guī)模的海侵，研究區(qū)海平面快速上升。在快速海侵的沉積背景下，研究區(qū)沉積環(huán)境變?yōu)榘肷钏懪铮练e物由晚震旦世的冰磧巖和蓋帽白云巖轉(zhuǎn)變?yōu)楣栀|(zhì)頁(yè)巖。在海侵初期，雖然海平面迅速上升，但是在底層水中還是有一定的含氧量(U/Al比值、Mo/Al比值較低)，且受到一定的陸源碎屑影響(Si/Al比值較低)(圖4)。同時(shí)，在海侵初期研究區(qū)內(nèi)伴隨著大量的伸展拉張活動(dòng)，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的斷裂使巖漿熱液涌入地層中，導(dǎo)致西山布拉克組早期的沉積巖受到熱液事件的影響，這一時(shí)期形成了硅質(zhì)頁(yè)巖和磷質(zhì)頁(yè)巖。水體中較高的含氧量以及較快的沉積速率導(dǎo)致硅質(zhì)頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)保存條件差，而且持續(xù)的熱液活動(dòng)使寒武紀(jì)早期半深水環(huán)境硅質(zhì)頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)受到了一定程度的淋濾分解，不利于有機(jī)質(zhì)的富集，TOC含量較低。與之不同的是，磷質(zhì)頁(yè)巖相與熱液活動(dòng)密切相關(guān)，可能是熱液活動(dòng)使水體還原性增強(qiáng)，生物生產(chǎn)力提高(Ba過量異常高)(圖4)，從而磷質(zhì)頁(yè)巖中TOC含量相對(duì)較高(圖8)。

伴隨著大規(guī)模的持續(xù)海侵作用，海平面進(jìn)一步上升，沉積環(huán)境由半深水陸棚相轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏懪锵唷４藭r(shí)構(gòu)造活動(dòng)和熱液活動(dòng)減弱，底層水含氧量也逐漸降低(U/Al比值、Mo/Al比值顯著增加)，但水體不是全然厭氧的，隨著季節(jié)的變化，水體處于間斷性厭氧環(huán)境[30]，且此時(shí)對(duì)應(yīng)的Ba過量相對(duì)較高(圖4)。結(jié)合在硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)大量的海綿骨針和放射蟲以及在相對(duì)的海平面發(fā)育浮游植物分析，該時(shí)期有機(jī)質(zhì)輸入豐富，為生烴提供了較好的物質(zhì)基礎(chǔ)。加之這一時(shí)期海平面高，幾乎都是海水沉積的石英，陸源碎屑的輸入量小，硅質(zhì)頁(yè)巖的沉積速率很小(Si/Al比值較高)(圖4)。在較好的保存條件、很慢的沉積速率以及一定的古生產(chǎn)力共同作用下，在該層段中發(fā)育的頁(yè)巖TOC含量相對(duì)較高(圖9)。

圖9 塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)西山布拉克組深水環(huán)境沉積模式

塔里木盆地東北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)下寒武統(tǒng)西山布拉克組沉積結(jié)束時(shí)，海平面快速下降，進(jìn)入到西大山組沉積時(shí)期，沉積環(huán)境由深水陸棚相轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水陸棚相，此時(shí)巖相中的硅質(zhì)含量迅速減少，鈣質(zhì)含量顯著增加。伴隨著海平面的迅速降低，底層水的含氧量也顯著升高(U/Al比值、Mo/Al比值顯著下降)，陸源碎屑輸入量大幅增加，沉積速率相對(duì)較快(Si/Al比值低)，開始發(fā)育鈣質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖(圖4)。較高的含氧量以及較快的沉積速率不利于有機(jī)質(zhì)的富集和保存，導(dǎo)致在西大山組淺水環(huán)境中沉積的頁(yè)巖巖相TOC含量整體較低(圖10)。

圖10 塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)西大山組淺水環(huán)境沉積模式

綜上分析，認(rèn)為塔東北地區(qū)在寒武紀(jì)初期處于半深水陸棚環(huán)境，且拉張作用強(qiáng)烈，熱液活動(dòng)頻繁。熱液活動(dòng)不利于半深水陸棚環(huán)境中硅質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)質(zhì)的富集，但有利于半深水環(huán)境中磷質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)質(zhì)的富集。隨著水體持續(xù)變深，構(gòu)造活動(dòng)和熱液活動(dòng)減弱，半深水陸棚環(huán)境演化為深水陸棚環(huán)境，這一時(shí)期有機(jī)質(zhì)保存條件好，沉積速率慢，古生產(chǎn)力較高，頁(yè)巖中TOC含量相對(duì)較高。在西大山組沉積時(shí)期水體變淺，整體為淺水陸棚相環(huán)境，這一時(shí)期沉積物中硅質(zhì)礦物含量減少，鈣質(zhì)礦物含量增加，有機(jī)質(zhì)保存條件較差，沉積速率較快，頁(yè)巖中TOC含量相對(duì)較低。基于此，認(rèn)為塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)的磷質(zhì)頁(yè)巖相和深水陸棚巖相組合為有利層段。

4 結(jié) 論

(1)塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)可劃分為3種典型的巖相組合和6種頁(yè)巖巖相類型。其中深水陸棚環(huán)境發(fā)育硅質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖，半深水陸棚環(huán)境發(fā)育硅質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁(yè)巖和磷質(zhì)頁(yè)巖，淺水環(huán)境陸棚發(fā)育鈣質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖。

(2)塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)沉積時(shí)期水體表現(xiàn)為快速海侵-持續(xù)變深-迅速變淺。受沉積環(huán)境控制，不同的巖相在粒度成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、古生物和有機(jī)質(zhì)含量等方面各有差異，總體表現(xiàn)為，隨著水體由深變淺，水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)，陸源輸入量逐漸增大，硅質(zhì)礦物減少，鈣質(zhì)礦物增多，有機(jī)質(zhì)含量下降。

(3)寒武紀(jì)初期塔東北地區(qū)處于半深水陸棚環(huán)境，且拉張作用強(qiáng)烈，熱液活動(dòng)頻繁，熱液活動(dòng)對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集具有雙重作用，不利于半深水陸棚環(huán)境中硅質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的富集，有利于半深水環(huán)境中磷質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的富集。隨著水體持續(xù)變深，深水陸棚巖相組合開始沉積，這一時(shí)期有機(jī)質(zhì)保存條件好、沉積速率慢、古生產(chǎn)力較高，頁(yè)巖中TOC含量相對(duì)較高。在西大山組沉積時(shí)期整體為淺水陸棚相環(huán)境，這一時(shí)期有機(jī)質(zhì)保存條件較差、沉積速率較快、頁(yè)巖中TOC含量相對(duì)較低?？傮w認(rèn)為塔東北地區(qū)下寒武統(tǒng)的磷質(zhì)頁(yè)巖相和深水陸棚巖相組合為有利層段。

致謝：感謝中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)樊太亮老師團(tuán)隊(duì)的老師和學(xué)生，在塔東北野外采樣工作中給予了大力幫助；感謝審稿專家和責(zé)任編輯對(duì)稿件提出的寶貴修改意見和建議。