盧朝進(jìn)，田海芹，王 媛，胡方杰，王菲菲

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249；3.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000；4.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

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塔東地區(qū)寒武紀(jì)—早奧陶世古地理格局新認(rèn)識(shí)

盧朝進(jìn)1，2，田海芹1，王 媛1，2，胡方杰3，王菲菲4

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249；3.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000；4.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

沉積巖石學(xué)的研究與實(shí)踐充分說(shuō)明(準(zhǔn)同生)白云巖是潮坪、潟湖、局限臺(tái)地、蒸發(fā)臺(tái)地等淺水環(huán)境的產(chǎn)物；煤巖學(xué)研究與實(shí)踐也充分說(shuō)明，石煤炭質(zhì)泥巖及含磷巖系(如磷塊巖)是淺水或近地表滯留環(huán)境如潮坪、沼澤、潟湖等環(huán)境的產(chǎn)物；尤其是準(zhǔn)同生白云巖與(含石煤)炭質(zhì)泥巖共生，更是淺水環(huán)境的有力證據(jù)。為此，以(準(zhǔn)同生)白云巖、(含石煤)炭質(zhì)泥巖等特殊巖石類(lèi)型為基本沉積環(huán)境標(biāo)志，在露頭、鉆井、地球物理、室內(nèi)分析等多種研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)塔里木盆地東部地區(qū)寒武紀(jì)—早奧陶世的沉積環(huán)境進(jìn)行了研究，認(rèn)為塔里木盆地東部寒武紀(jì)—早奧陶世為淺水沉積環(huán)境，從而對(duì)塔里木盆地的古地理格局提出了新的認(rèn)識(shí)，即“東高西低，東沼西潟”。

塔里木盆地；寒武紀(jì)；早奧陶世；潮坪-沼澤；潟湖；古地理

0 引 言

在沉積學(xué)中，“相”即為“沉積相”，目前比較一致的理解為沉積環(huán)境及在該沉積環(huán)境中形成的沉積巖(物)特征的綜合。其中沉積環(huán)境與沉積巖特征之間存在著辯證關(guān)系，即沉積環(huán)境決定沉積巖特征，而沉積巖特征又是沉積環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)。而“巖相”是指一定沉積環(huán)境中形成的巖性或巖性特征的組合。沉積相標(biāo)志中，巖性或巖性組合特征為最典型的標(biāo)志之一，可反映沉積時(shí)期的環(huán)境[1]。前人關(guān)于塔里木盆地巖相古地理的研究認(rèn)為，其古地理格局為“東盆西臺(tái)”或“西高東低”；而塔里木盆地東部地區(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)“塔東地區(qū)”)是以庫(kù)魯克塔格—滿(mǎn)加爾坳拉槽為主的深?！肷詈３练e環(huán)境為主[2-6]。但在對(duì)塔里木盆地編圖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，前人認(rèn)為能夠代表深海—半深海的泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖的巖性相標(biāo)志與淺水沉積環(huán)境的典型相標(biāo)志準(zhǔn)同生白云巖共生，故提出關(guān)于塔里木盆地古地理沉積環(huán)境的新認(rèn)識(shí)，以供商榷。

1 白云巖、炭質(zhì)泥巖(含石煤)的基本沉積環(huán)境

1.1 白云巖的基本沉積環(huán)境

關(guān)于白云巖的成因，前人做了很多研究[5-6]。其基本沉積環(huán)境(規(guī)模白云巖的發(fā)育環(huán)境)可作如下概括：潮坪、潟湖、障壁島(灘壩)、局限臺(tái)地與高地(也是廣義的潮坪、潟湖、障壁島，再加海平面的周期性升降變化、海水運(yùn)動(dòng)、潮汐作用，特別是揚(yáng)沉作用的改造)。關(guān)于原生白云巖至今仍有爭(zhēng)論，但有的白云巖本身就是沉積環(huán)境標(biāo)志，如潮坪或潟湖成因的準(zhǔn)同生白云巖；有的白云巖中還殘留有原來(lái)石灰?guī)r的特征如鮞粒白云巖等，還有的白云巖與其他的蒸發(fā)巖橫向上相鄰或垂向上疊加相互反映沉積環(huán)境。

準(zhǔn)同生白云巖主要指形成于潮坪、潟湖、局限臺(tái)地等環(huán)境中，發(fā)生在剛沉積不久的表層碳酸鹽巖沉積物粒間，高鎂的粒間水或表層水常與早期沉積的文石顆粒相接觸，隨著Mg、Ca比的增大，不可避免使文石被交代，轉(zhuǎn)變?yōu)榘自剖?。所謂準(zhǔn)同生，即剛沉積不久的沉積物尚未脫離原沉積環(huán)境就被交代。發(fā)育于潮坪中的準(zhǔn)同生白云巖主要是土黃色、灰黃色，薄層狀產(chǎn)出，呈泥晶—泥粉晶結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)含量較高，有時(shí)含陸源石英砂巖和粉砂；發(fā)育于潟湖環(huán)境的準(zhǔn)同生白云巖以灰色—深灰色、灰黑色為主，泥晶—泥粉晶結(jié)構(gòu)。特別值得注意的是，準(zhǔn)同生白云巖有時(shí)鈣質(zhì)含量很高，滴稀鹽酸立即冒氣泡，且結(jié)構(gòu)組分以泥晶、泥粉晶為主，所以在鑒定巖性時(shí)常常把準(zhǔn)同生白云巖當(dāng)作含泥灰?guī)r或泥灰?guī)r，認(rèn)為是深水環(huán)境的標(biāo)志，而實(shí)際上應(yīng)是潮坪、潟湖、局限臺(tái)地相，為淺水環(huán)境的巖性標(biāo)志[1，5-6]。

1.2 炭質(zhì)泥巖(含石煤)等的基本沉積環(huán)境

塔里木盆地自震旦紀(jì)至早奧陶世，與揚(yáng)子盆地的演化極為類(lèi)似(可直接對(duì)比)，基本沒(méi)有發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)相對(duì)較穩(wěn)定的時(shí)期。特別是震旦紀(jì)和早寒武世期間，其構(gòu)造、古地理背景及演化更是極為類(lèi)似[7-9]。而近期對(duì)揚(yáng)子地區(qū)沉積環(huán)境的研究進(jìn)展也對(duì)塔里木盆地的古地理格局的研究具有一定的啟示和指導(dǎo)作用[10]。

1.2.1 石煤和炭質(zhì)泥巖的概念

石煤是一種含碳少、發(fā)熱值低的劣質(zhì)無(wú)煙煤，主要由菌、藻類(lèi)等生物形成，為含礦物質(zhì)較高的一類(lèi)可燃有機(jī)巖。石煤大多具有高灰、高硫、低發(fā)熱量和硬度較大的特征，為此，石煤也可稱(chēng)為高灰分的腐泥無(wú)煙煤或藻煤[11]。炭質(zhì)泥巖：廣義的炭質(zhì)泥巖是含炭質(zhì)較高的泥巖；狹義的或巖石學(xué)意義的炭質(zhì)泥巖炭質(zhì)含量要小于50%。

1.2.2 炭質(zhì)泥巖(含石煤)的基本沉積環(huán)境

石煤主要發(fā)育于中新元古代及早古生代地層中，由菌藻類(lèi)等生物遺體在濱岸沼澤、潟湖、海灣條件下經(jīng)腐泥化作用和煤化作用轉(zhuǎn)變而成。在地史早期(即元古宙到早泥盆世)，大多數(shù)生物存在于海洋中，且以低等植物如菌藻類(lèi)構(gòu)成了當(dāng)時(shí)植物的主體。同時(shí)，由于潮坪環(huán)境和淺海環(huán)境營(yíng)養(yǎng)豐富，環(huán)境優(yōu)越，有利于生物的生存和繁殖，是藻類(lèi)最為發(fā)育的地帶，進(jìn)而演變成規(guī)模聚煤的有利相帶。前人研究認(rèn)為，中國(guó)的聚煤期始于震旦世，于早古生代聚煤作用逐漸活躍并達(dá)到高峰，并形成中國(guó)地史上第一個(gè)聚煤期和最早的海相聚煤模式形成期[11]。

眾所周知，中國(guó)南方特別是揚(yáng)子地區(qū)，在下寒武統(tǒng)下部牛蹄塘組等發(fā)育了一套含石煤炭質(zhì)泥巖(頁(yè)巖)，是南方非常重要的優(yōu)質(zhì)烴源巖層系之一[12-14]。通過(guò)對(duì)這套炭質(zhì)泥巖(含石煤)烴源巖進(jìn)行野外考察，發(fā)現(xiàn)其含碳量豐富，可直接作為燃料燃燒。揭示了這套炭質(zhì)泥巖實(shí)為泥炭沼澤、潟湖等淺水環(huán)境堆積演變而成。因此，石煤的大量生成是指示潮坪、沼澤、潟湖等淺水環(huán)境的重要標(biāo)志。

至此，尚需提及含磷沉積巖的沉積環(huán)境問(wèn)題。在揚(yáng)子地區(qū)和塔里木盆地的某些地區(qū)，震旦系上部發(fā)育磷礦層磷塊巖。而磷礦層的頂、底板巖性均為白云巖?；瘜W(xué)分異作用原理表明，規(guī)模含磷沉積巖多屬盆地淺水膠體沉積，與氧化鋁、氧化硅、氧化鐵等風(fēng)化殼型膠體沉積類(lèi)似，與深海洋流循環(huán)所攜帶之磷質(zhì)物質(zhì)關(guān)系不密切，這是因?yàn)榱滓约把趸X、氧化硅、氧化鐵的初始來(lái)源還是巖漿巖。表明與白云巖共存的含磷沉積可能并非是深海環(huán)境的產(chǎn)物。

綜上，推測(cè)震旦紀(jì)沉積之后的桐灣運(yùn)動(dòng)使揚(yáng)子地區(qū)發(fā)生了一次準(zhǔn)平原化作用。自寒武紀(jì)沉積開(kāi)始之時(shí)，揚(yáng)子地區(qū)接受了一套含有石煤和炭質(zhì)泥巖的沉積(圖1)，其沉積環(huán)境應(yīng)為潮坪、潟湖、沼澤等淺水環(huán)境。

圖1 中國(guó)南方石煤分布[11]

①云金表.天山南地區(qū)勘探進(jìn)展、工作難點(diǎn)與攻關(guān)方向[R].中石化塔里木盆地海相前瞻項(xiàng)目成果交流會(huì)材料.北京，2009：66-70.

2 英東2井等有關(guān)白云巖、炭質(zhì)泥巖資料(相標(biāo)志)

關(guān)于整個(gè)塔里木盆地及塔東地區(qū)，前人大多認(rèn)為[2-3]，塔里木盆地古地理格局為“東盆西臺(tái)或西高東低”。而塔東地區(qū)在早寒武世有一次海侵，海水從北部和東部進(jìn)入盆地，海平面開(kāi)始上升，缺少陸源沉積，以泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖等深?！肷詈３练e為主，從而在寒武系發(fā)育了一套重要的烴源巖[15-18]。根據(jù)云金表的研究結(jié)果，塔東地區(qū)沉積的泥質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖實(shí)為準(zhǔn)同生白云巖①。而規(guī)模準(zhǔn)同生白云巖為淺水環(huán)境的典型相標(biāo)志，且?guī)r性組合多為準(zhǔn)同生白云巖與泥巖和準(zhǔn)同生白云巖與泥質(zhì)灰?guī)r互層，以及準(zhǔn)同生白云巖與泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r三者互層，實(shí)為典型的潮坪、沼澤、潟湖沉積的巖相組合，故筆者認(rèn)為塔東地區(qū)在寒武系應(yīng)為碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境，該區(qū)沉積的泥質(zhì)烴源巖實(shí)為潮坪、沼澤、潟湖、局限臺(tái)地相沉積；而整個(gè)塔里木盆地的格局為“東高西低，東沼西潟”。

2.1 塔東地區(qū)英東2井等有關(guān)資料

從圖2可以看出，塔里木盆地東部在震旦紀(jì)、寒武紀(jì)和早(中)奧陶世最大的沉積學(xué)特征，就是總體為白云巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖。如寒武系自下而上劃分為：西大山組—西山布拉克組、莫合爾山組和突爾沙克塔格群[19]。

圖2 塔里木盆地東部地區(qū)寒武系地層對(duì)比圖[19]

2.1.1 下寒武統(tǒng)西大山—西山布拉克組

塔東1井下寒武統(tǒng)巖性主要為褐色砂屑白云巖，亮晶膠結(jié)物，含泥質(zhì)不均，夾硅質(zhì)；英東2井和南雅爾當(dāng)山露頭西大山—西山布拉克組主要由黑色泥巖和硅質(zhì)巖組成，見(jiàn)順層發(fā)育的黃鐵礦；米蘭1井由于僅鉆遇小部分下寒武統(tǒng)，巖性為泥巖與白云巖互層。

2.1.2 中寒武統(tǒng)莫合爾山組

塔東1井、米蘭1井、英東2井及南雅爾當(dāng)山露頭差別較為明顯。塔東1井分為2段，上部以巨厚層深色(準(zhǔn)同生)白云巖為主，夾黑色炭質(zhì)泥巖；下部以局部厚層黑色炭質(zhì)(硅質(zhì))泥巖為主。米蘭1井也主要以準(zhǔn)同生白云巖為主，中間夾炭質(zhì)泥巖層。英東2井主要以黑色炭質(zhì)泥巖夾深色(準(zhǔn)同生)白云巖為主，向上白云巖含量增高。南雅爾當(dāng)山露頭上部則以準(zhǔn)同生白云巖為主，下部以黑色炭質(zhì)泥巖、灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r和準(zhǔn)同生白云巖互層為主。

2.1.3 上寒武統(tǒng)突爾沙克塔格群下段

米蘭1井、英東2井和南雅爾當(dāng)山露頭的巖性特征極為相似，均沉積了一大套白云巖(包括準(zhǔn)同生白云巖)，據(jù)此可推測(cè)該區(qū)上寒武統(tǒng)中白云巖廣泛分布，且發(fā)育穩(wěn)定；南雅爾當(dāng)山露頭在寒武系頂部發(fā)育一套泥巖。而塔東1井下部發(fā)育黑色(準(zhǔn)同生)白云巖，上部發(fā)育厚層瘤狀泥灰?guī)r。

整體上，突爾沙克塔格群下段白云巖廣泛發(fā)育且分布穩(wěn)定，并且這套白云巖是一套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[19]，

②陳旭，王向東，等.塔里木海相地層對(duì)比[R].中石化海相前瞻項(xiàng)目交流資料.2009：36-40.

其形成機(jī)理有潮上蒸發(fā)坪(蒸發(fā)泵)準(zhǔn)同生白云化、滲透回流白云化、深埋藏白云化和高溫?zé)嵋喊自苹?，但?dǎo)致白云巖大規(guī)模形成的是準(zhǔn)同生白云化和滲透回流白云化。

2.1.4 中下奧陶統(tǒng)突爾沙克塔格群上段及黑土凹組

整體巖性組合也是白云巖與炭質(zhì)泥巖組合。但卻爾卻克山和南雅兒當(dāng)山黑土凹組之間的變化太快(圖3)，所以該地區(qū)在早奧陶世并非是深海環(huán)境②。

3 塔里木盆地寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)巖相古地理

根據(jù)對(duì)塔里木盆地巖相古地理的新認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)野外露頭、測(cè)井、地震等資料的研究，并參考定量古地理編圖等資料，綜合優(yōu)化了塔里木盆地寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)構(gòu)造—巖相古地理圖(圖4)。其中變化最大的就是塔里木盆地寒武紀(jì)早奧陶世的古地理格局從原來(lái)的“東臺(tái)西盆、西高東低”恢復(fù)為今天的“東高西低、東沼西潟”。還可以看出，從早寒武世到晚寒武世，水體是逐漸加深的。早寒武世以沼澤—潟湖、云膏潟湖和含膏云坪為主，沼澤—潟湖主要發(fā)育于塔東和塔西地區(qū)阿瓦提坳陷，云膏潟湖主要發(fā)育于塔西地區(qū)巴楚隆起，而整個(gè)塔里木盆地的南部和北部以含膏云坪為主；故認(rèn)為海水應(yīng)從盆地西南部進(jìn)入，故在西南部發(fā)育潮坪沉積；盆地北部在克拉1、克拉2井周緣發(fā)育高能灘相沉積，在輪西1—東河1井一帶為陸地；盆地南部瑪扎塔格高地出露。中寒武世繼承了早寒武世巖相古地理格局，但由于水體持續(xù)變深，塔西地區(qū)云膏潟湖發(fā)育，且在柯坪地區(qū)、巴楚隆起、瑪扎塔格高地周緣和塔中地區(qū)大規(guī)模發(fā)育了高能灘相沉積。晚寒武世，整個(gè)盆地發(fā)育成為以藻云巖為主的灘坪組合，高能灘相廣泛分布于除盆地東部以外的地區(qū)。

圖3 塔里木盆地卻爾卻克山和南雅兒當(dāng)山奧陶紀(jì)地層對(duì)比簡(jiǎn)圖②

圖4 塔里木盆地寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)有關(guān)巖相古地理圖

4 結(jié) 論

(1) 通過(guò)對(duì)準(zhǔn)同生白云巖和(含石煤)炭質(zhì)泥巖沉積環(huán)境的分析，以及對(duì)石煤發(fā)育的條件和古地理環(huán)境的闡述，指出大規(guī)模的準(zhǔn)同生白云巖與炭質(zhì)泥巖(含石煤)的巖性組合指示的沉積環(huán)境并非半深水—深水環(huán)境，而是潮坪、潟湖、局限臺(tái)地相所發(fā)育的淺水環(huán)境。

(2) 塔里木盆地東部地區(qū)寒武系地層，其巖性主要是規(guī)模的準(zhǔn)同生白云巖、泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r的巖性組合；且塔里木板塊和揚(yáng)子板塊在寒武紀(jì)時(shí)期經(jīng)歷了相似的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，是可直接對(duì)比的；故認(rèn)為塔里木東部地區(qū)寒武系地層發(fā)育潮坪、潟湖、局限臺(tái)地相，為淺水環(huán)境；因此提出塔里木盆地寒武紀(jì)至早奧陶世古地理格局為“東高西低，東沼西潟”。

致謝：論文的撰寫(xiě)得到了中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院勘探所科研人員的支持和指導(dǎo)，在此一并表示感謝！

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編輯 劉兆芝

20150115；改回日期：20150610

“十二五”國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng) “海相碳酸鹽巖大中型油氣田分布規(guī)律及勘探評(píng)價(jià)” (2011ZX05005)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃) “中國(guó)早古生代海相碳酸鹽巖層系大型油氣田形成機(jī)理與分布規(guī)律” (2012CB214801)

盧朝進(jìn)(1990-)，男，2012年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源勘查工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)石油大學(xué)(北京)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生，從事儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.010

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0037-05