塔里木盆地中央隆起區(qū)中新疆巴楚中晚奧陶世牙形刺生物地層和沉積環(huán)境研究

塔里木盆地中央隆起區(qū)中新疆巴楚中晚奧陶世牙形刺生物地層和沉積環(huán)境研究

新疆塔里木的大型重疊盆地（趙文志等，2007）可分為“三龍四壩”七個(gè)上部結(jié)構(gòu)單元（賈成堅(jiān)等，1995）（圖1），巴楚斷龍和塔中低龍共同組成中央高。中央隆起區(qū)的奧陶系,特別是上奧陶統(tǒng)良里塔格組礁灘復(fù)合體延伸到塔中低隆部分,以淺海相碳酸鹽巖夾含數(shù)層生物礁灘復(fù)合體建造為特征,特別是該組頂部的沉積間斷面發(fā)育喀斯特型孔隙,是億噸級(jí)凝析油藏的主儲(chǔ)層(張水昌等,2003;鄒才能、陶士振,2007;張宗命等,2007)。目前新的油氣勘探區(qū)塊向西、向南延伸,但由于取芯條件的限制,塔中井下中—上奧陶統(tǒng)時(shí)代厘定和巖相展布有待于更精細(xì)的研究,特別是因?yàn)榈貙尤笔б约碍h(huán)境演化序列識(shí)別的準(zhǔn)確程度,是預(yù)測(cè)新區(qū)油層分布及進(jìn)行儲(chǔ)量評(píng)估的重要參數(shù)。本文對(duì)同在中央隆起區(qū)內(nèi)的巴楚露頭區(qū)作了更直接的解析,為確定塔中井下礁灘體的時(shí)空分布提供了重要借鑒。一、牙形刺生物帶的底界塔里木中央隆起區(qū)奧陶系內(nèi)部地層單元界線及其時(shí)代對(duì)比還沒(méi)有統(tǒng)一,本文綜合前人的方案和目前中石油塔里木勘探開(kāi)發(fā)研究院使用的標(biāo)準(zhǔn),既考慮到野外巖性的識(shí)別特征,更偏重于能與井下沉積間斷面、巖性標(biāo)志層、海平面變化控制的層序界面對(duì)比的實(shí)用性(表1)。一間房—唐王城露頭區(qū)的下奧陶統(tǒng)上部—中奧陶統(tǒng)下部為丘里塔格群上部的鷹山組灰?guī)r夾少量白云巖;鷹山組之上的奧陶系幾乎全為灰?guī)r,即趙治信(1987)所命名的吐木休克組主體部分;周志毅等(1990)在沿用吐木休克組的同時(shí),壓縮其上下延限,命名并界定了吐木休克組之下的一間房組和之上的良里塔格組。李越等(2007)首次識(shí)別出奧陶系內(nèi)部的沉積間斷,以南一溝(圖2,地點(diǎn)6)、唐王城(圖2,地點(diǎn)12)、羊買(mǎi)勒村(圖2,地點(diǎn)13)剖面中存在的一條物理間斷面,即古喀斯特面與礫石堆積層之頂劃分一間房組與鷹山組。倪寓南等(2001)將良里塔格組置于上奧陶統(tǒng);吐木休克組置于中奧陶統(tǒng)上部—上奧陶統(tǒng)下部;一間房組對(duì)比為中奧陶統(tǒng)下部。目前中石油研究部門(mén)將吐木休克組作為井下和露頭區(qū)易于識(shí)別的標(biāo)志層,限定為一套厚度10m左右的紫紅色含生屑泥晶灰?guī)r,即通常稱之為“下紅灰?guī)r”。中石化研究部門(mén)使用的“恰爾巴克組”與之完全同義,但恰爾巴克組是晚出的地層單元定名(Luetal.,2007),因此本文采用吐木休克組特指“下紅灰?guī)r”。既然將吐木休克組頂界置于至“下紅灰?guī)r”之頂,周志毅等(1990)歸入吐木休克組中上段的地層,即相當(dāng)于本文中的良里塔格組下段。在良里塔格地區(qū),中—上奧陶統(tǒng)地層受西南向推覆的逆掩斷層影響,出現(xiàn)一間房組覆蓋在良里塔格組之上的地層重復(fù),并導(dǎo)致斷層之下的良里塔格組上段的大部分缺失。李越等(2007)提及的“南一溝剖面”出露鷹山組—良里塔格組上段,總厚度為178m。以該區(qū)中上奧陶統(tǒng)的第二套紅色灰?guī)r、即“中紅灰?guī)r”之底為良里塔格組上下段的分界,但南一溝剖面“中紅灰?guī)r”也僅出露數(shù)米,即僅見(jiàn)良里塔格組上段之底(圖3)。按本文良里塔格組的定義,良里塔格組上段在周志毅等(1990)實(shí)測(cè)并描記的良里塔格組建組剖面(剖面起點(diǎn):N40°0.910′,E78°56.143′;剖面終點(diǎn):N40°0.852′,E78°56.185′;基本產(chǎn)狀:130°∠10°)(圖2,地點(diǎn)10)出露最好,南一溝剖面良里塔格組下段與周志毅等(1990)的良里塔格組建組剖面銜接,構(gòu)成中—上奧陶統(tǒng)序列,良里塔格組上段在良里塔格山脈易于識(shí)別,為“中紅灰?guī)r”、“上紅灰?guī)r”與灰色、灰白色灰?guī)r互層,良里塔格組的頂界傾沒(méi)于戈壁灘中(圖4)。筆者在重新研究巴楚地區(qū)奧陶系的過(guò)程中,還牽涉到奧陶系建階和統(tǒng)的主要門(mén)類之一牙形刺生物帶的劃分原則問(wèn)題。牙形刺生物帶的底界以該帶命名種的首現(xiàn)來(lái)確定,必需滿足兩個(gè)條件:1)地層記錄中要能確立該種的演化譜系,或者說(shuō)在該種的首現(xiàn)層位之下要能發(fā)現(xiàn)和確定其祖先種,在完整的記錄中還應(yīng)該發(fā)現(xiàn)其形態(tài)過(guò)渡種;2)除命名種之外還要有一個(gè)特征的生物群,特別是和命名種在層位對(duì)比上有穩(wěn)定關(guān)系的特征種,它們和命名種形成的組合可準(zhǔn)確界定該生物帶內(nèi)的層位。即使是生物帶的命名種,其絕大多數(shù)都不只限于所命名的生物帶內(nèi),而是可以上延至更高的生物帶中。在某一個(gè)層位中只發(fā)現(xiàn)該命名種,而沒(méi)有可協(xié)助它確定準(zhǔn)確層位的其他特征種,并不能確認(rèn)該層位就代表了這一生物帶。因此,在不能確切建立“牙形刺帶”的前提下,本文采用“牙形刺層”、“牙形刺動(dòng)物群層位”,而不是牙形刺生物帶,這樣做既實(shí)事求是,又不降低它們?cè)诘貙訉?duì)比中的重要作用,在地層對(duì)比討論中也留有余地。奧陶系高精度牙形刺帶命名和劃分是以大西洋型,即較深水、涼水型分子為標(biāo)準(zhǔn)的。在塔里木較深水相(如柯坪大灣溝等地)的薩爾干組和坎嶺組建立的4個(gè)牙形刺生物帶完全符合建帶要求(倪寓南等,2001)。在巴楚地區(qū),吐木休克組灰?guī)r中已出現(xiàn)了大西洋型分子,大致具備建立牙形刺帶的條件;而一間房組和良里塔格組淺水、暖水碳酸鹽巖多屬北美中大陸型沉積,其中的牙形刺以北美中大陸型分子居多,而且豐度低、屬種演化慢,據(jù)之建立高精度地層對(duì)比方案比較困難,只能確立這些特征種或代表種的出現(xiàn)層位。周志毅等(1990)、倪寓南等(2001)分別將一間房組時(shí)代跨度定為原英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的“阿侖尼克晚期”和“阿侖尼克晚期”至“蘭威恩中期”;周棣康等(1991)定在“阿侖尼克期”至“蘭代洛期”。熊劍飛等(2006)將一間房組頂界置于“下紅層”之底,在一間房組中建立了7個(gè)牙形刺帶,從下至上為Microzarkodinaparva帶、Lenodus(A.)antivariabilis帶、L.(A.)variabilis帶、Eoplacognathuscrassus帶、E.pseudoplanus帶、E.suecicus帶和Pygodusserrus帶,但并未發(fā)現(xiàn)所有這7個(gè)帶的標(biāo)準(zhǔn)分子。王志浩等(WangZhi-haoetal.,2006)在周志毅等(1990)分組方案的基礎(chǔ)上對(duì)比了塔里木全區(qū)的牙形刺帶。一間房組底部產(chǎn)Glyptoconustarimensis動(dòng)物群,這是從下覆地層鷹山組上延的分子。筆者在距一間房組底部45m處又發(fā)現(xiàn)了Periodonflabellum,該種自大坪階首現(xiàn),可上延至達(dá)瑞威爾階,并成為達(dá)瑞威爾階的常見(jiàn)分子,在未發(fā)現(xiàn)該種在更低層位出現(xiàn)的情況下,可考慮建立Periodonflabellum層作為一間房組中段的牙形刺層位(圖3),一間房組底部至今未發(fā)現(xiàn)可準(zhǔn)確指示達(dá)瑞威爾階底界的化石,卻又有一些大坪階上延分子,因此,本文建議暫時(shí)將一間房組底界下移到大坪階近頂部。熊劍飛等(2006)在一間房組頂部發(fā)現(xiàn)Lenodusvariabilis,屬L.variabilis帶;他們還在一間房組底部見(jiàn)到Microzarkodinaparva,但所示M.parva(熊劍飛等,2006,圖版1,圖4)與典型的M.parva差別較大,因此該種的鑒定尚需商榷,而該屬的鑒定是可信的。Microzarkodina首現(xiàn)于大坪期,也是達(dá)瑞威爾期的常見(jiàn)分子。以一間房組上、下層位地層的時(shí)代和其本身所產(chǎn)的牙形刺,一間房組底部有可能包括了大坪階的一部分,其主體部分為達(dá)瑞威爾階的地層。桑比階底界以筆石Nemagraptusgracilis的首現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn),牙形刺Pygodusanserinus的首現(xiàn)略低于桑比階的底界并可作為參照(Webbyetal.,2004)。吐木休克組底部已產(chǎn)出大量的牙形刺P.anserinus,特別是與Yangtzeplacognathusjianyeen-sis相伴,說(shuō)明吐木休克組已達(dá)到晚奧陶世早期桑比階P.anserinus帶(圖3)。因此,本文認(rèn)為Pygodusanserinus在吐木休克組出現(xiàn)的時(shí)間要晚于該種在其他地區(qū)真正意義上的首現(xiàn),故建立P.anserinus牙形刺層。吐木休克組至少包括了P.anserinus牙形刺層和Baltoniodusalobatus牙形刺帶,其中B.alobatus帶的某些特征分子可以上延到良里塔格組。筆者雖已發(fā)現(xiàn)了B.variabilis,但它與B.alobatus共生,所以尚未能確立B.variabilis帶的底界,但這不排除B.variabilis在吐木休克組中部存在的可能性。熊劍飛等(2006)在吐木休克組P.anserinus帶和B.alobatus帶之間報(bào)道了B.variabilis(=Prioniodusvariabilis)帶化石,但他發(fā)表的圖像中并不具備最特征的和有說(shuō)服力的stelliplanate(amorphognathiform)分子。區(qū)別B.variabilis和B.alobatus最主要的根據(jù)是stelliplanate分子的特征。因此僅根據(jù)他們提供圖像的標(biāo)本,其層位有可能界于P.anserinus帶和B.alobatus帶之間,但目前無(wú)法精確厘定。良里塔格組下段發(fā)現(xiàn)Belodinaconfluens(圖3),良里塔格組上段(即良里塔格組建組剖面)的上紅灰?guī)r中產(chǎn)B.confluens和Pseudobelodinadispansa等,王志浩、周天榮(1998),王志浩、祁玉平(2001)都已經(jīng)報(bào)道了這一牙形刺動(dòng)物群,因此本文再次確認(rèn)自良里塔格組下段的中部就已進(jìn)入B.confluens帶,并延伸到良里塔格組在巴楚出露的最高層位,時(shí)代為凱迪早期。此外,南一溝剖面良里塔格組下段出現(xiàn)的Plectodinasp.,Dapsilodusmutatus,Xinjiangculumtypicus和Drepanoistodusvenustus等也是凱迪期常見(jiàn)的分子,它們共同指示了B.confluens動(dòng)物群的存在。綜上所述,本文將巴楚中—上奧陶統(tǒng)牙形刺的分層結(jié)果作了歸納(圖5)。二、灘礁復(fù)合沉積相周志毅等(1990)逐層描記了巴楚露頭區(qū)奧陶系各組的巖性,對(duì)塔里木各地層區(qū)的沉積和生物相進(jìn)行了系統(tǒng)劃分,并將巴楚露頭區(qū)一間房組至良里塔格組的古環(huán)境確認(rèn)為以臺(tái)地邊緣的碳酸鹽巖隆起相帶為主,吐木休克組“下紅灰?guī)r”及其以下約15m的深灰色厚層生物砂屑灰?guī)r為海進(jìn)期的斜坡環(huán)境。顧家裕(1996)、顧家裕等(2005)宏觀分析了塔里木中央隆起區(qū)沉積相展布的控制因素,將柯坪地區(qū)作為巴楚碳酸鹽巖臺(tái)地的北延部分。筆者認(rèn)為周志毅等(1990)將一間房地區(qū)作為臺(tái)地邊緣的觀點(diǎn)更合理,柯坪與巴楚在奧陶紀(jì)時(shí)并非處于同一個(gè)南淺北深的緩坡式的碳酸鹽巖臺(tái)地上,而是以現(xiàn)在的沙井子—三岔口斷裂分界、奧陶紀(jì)時(shí)兩者之間存在相當(dāng)距離的不同塊體,一間房一帶處于巴楚臺(tái)地的北緣,沙井子—三岔口斷裂在很大程度上消減掉了巴楚、柯坪塊體之間盆地相的地層。鷹山組與一間房組分界為南一溝剖面0m的起點(diǎn),向上以1m間距對(duì)一間房組—良里塔格組逐層采樣,并進(jìn)行沉積巖微相研究,主要巖石學(xué)微相特征示于圖6,其結(jié)果分析如下。中奧陶統(tǒng)大坪階頂部到達(dá)瑞威爾階的一間房組在南一溝剖面總厚67m,該組自下而上分為三段:下段(0—13.7m):灰色中層、薄層砂屑泥粒狀灰?guī)r為主,亦見(jiàn)砂屑粒泥狀、顆粒狀灰?guī)r,少量生屑泥粒狀灰?guī)r。在距底界7—7.8m間距的層位發(fā)育一間房組第1期淺灰色起伏較平緩的小型藻丘,為藻層紋狀灰?guī)r和隱藻粘結(jié)巖。這期藻丘也見(jiàn)于羊買(mǎi)勒村剖面(圖2,地點(diǎn)13)。指示鷹山組頂部出現(xiàn)沉積間斷后,一間房組沉積早期開(kāi)始了新一期的海進(jìn),主要為淺水潮坪沉積,短期出現(xiàn)灘間湖低能環(huán)境。中段(13.7—49.7m):底部為灰色中層內(nèi)碎屑泥粒狀灰?guī)r、砂屑泥粒狀灰?guī)r,含頭足類,下部為淺灰、淺灰白色砂屑泥粒狀灰?guī)r夾含少量隱藻粘結(jié)巖,后者見(jiàn)櫛殼狀孔隙;向上出現(xiàn)砂屑、棘屑、藻團(tuán)塊顆粒狀灰?guī)r,顆粒之間為二世代方解石膠結(jié);距離一間房組底界17—19m厚度間距發(fā)育一間房組第2期藻丘,為含窗孔構(gòu)造的泥狀灰?guī)r,具水平藻蓆;這期藻丘在羊買(mǎi)勒村剖面厚度增大為4—5m。向上,一間房組的第3期造礁是由瓶筐石和少量苔蘚蟲(chóng)格架形成數(shù)米厚的中小型障積礁丘(李越等,2007)。礁丘周?chē)木植可碱w?；?guī)r具交錯(cuò)層理(26m處最明顯),在圖2中的剖面點(diǎn)2、剖面點(diǎn)5兩處可觀察到這期點(diǎn)狀礁丘的古生態(tài)學(xué)和形態(tài)學(xué)特征;近頂部為棘屑顆?；?guī)r和核形石藻團(tuán)塊顆?；?guī)r,夾3—4層含瓶筐石和/或棘屑堆積的粗生物碎屑灘,含Girvanella和Nuia的藻屑,偶見(jiàn)苔蘚蟲(chóng)碎屑,而棘屑含量局部可達(dá)40%—60%,形成棘屑顆?；?guī)r。指示一間房組沉積中期為臺(tái)內(nèi)灘礁復(fù)合沉積體系,由最初的砂屑灘向上變?yōu)楦吣芗紴?并發(fā)育3—4層瓶筐石礁丘、瓶筐石—棘屑淺灘建造,但它們不像是臺(tái)緣帶的礁灘,而更可能是發(fā)育于緩坡帶上的。這套灘礁復(fù)合沉積體系對(duì)油氣儲(chǔ)集頗為有利。上段(49.7—66.89m):暗灰色中—薄層泥質(zhì)疙瘩狀—瘤狀灰?guī)r,灰?guī)r疙瘩或瘤體中含海綿骨針砂屑泥粒狀灰?guī)r、砂屑棘屑泥粒狀灰?guī)r、棘屑海綿骨針粒泥狀灰?guī)r。該段下部燧石團(tuán)塊增多,燧石團(tuán)塊中除硅化的棘屑、砂屑之外,還含硅化海綿骨針;向上,海綿骨針含量增多,由5%增加至20%—30%,棘屑含量10%—20%,其他生物碎屑為少量三葉蟲(chóng)、介形類介殼和少量腹足類,偶見(jiàn)Nuia藻屑。指示一間房組沉積晚期,海平面繼續(xù)上升,高能帶常見(jiàn)的礁、灘相發(fā)育較差,代之為灘間潮下低能環(huán)境,以近浪基面之下較深水的沉積體系為主,海水變深是一間房組中段瓶筐石礁灘迅速消亡的主導(dǎo)因素。桑比階的吐木休克組(下紅灰?guī)r)厚度僅有10.14m(66.89—77.03m):紫紅色薄層狀生屑粒泥狀灰?guī)r、含生屑泥狀灰?guī)r(圖6),灰泥中含氧化鐵,生物組分為頭足類、三葉蟲(chóng)以及薄殼型三葉蟲(chóng)、介形類碎屑,含較多薄殼型腹足類個(gè)體,在部分棘屑、苔蘚蟲(chóng)屑的外緣生長(zhǎng)有鐵質(zhì)微生物(藍(lán)菌類)長(zhǎng)成的微型疊層石,海綿骨針含量增多。一間房組沉積晚期發(fā)生漸進(jìn)式的區(qū)域性海水加深事件,到吐木休克組沉積期達(dá)到峰值,其牙形刺動(dòng)物群具有大西洋型色彩。吐木休克組在一個(gè)階的時(shí)限內(nèi)厚度如此之小,表明當(dāng)海平面快速上升并達(dá)到最大海泛時(shí)期,該區(qū)容納空間增大,但較深水的環(huán)境抑制了碳酸鹽巖的生產(chǎn)力。由于一間房到唐王城一帶不存在臺(tái)緣斜坡,所以更可能為最大海侵階段發(fā)育的凝縮層段。吐木休克組的時(shí)代比揚(yáng)子區(qū)的寶塔組略早,但有部分重疊,其沉積特征和生物組成方面也具有相似性,發(fā)育網(wǎng)紋構(gòu)造,大化石以頭足類為主(圖6)。對(duì)寶塔組的“寶塔相”網(wǎng)紋灰?guī)r的成因解釋主要有三種:1)劉特民等(1983)、陳旭等(1986)認(rèn)為寶塔組在揚(yáng)子區(qū)大面積分布,代表大規(guī)模海侵,是一種水下沉積物脫水形成的收縮裂紋;2)陳均遠(yuǎn)等(1991)認(rèn)為是一種“時(shí)尚沉積”(a“fashion”biosedimentation),由于海底的貧營(yíng)養(yǎng)背景,下伏泥巖排水作用向海床淺表面輸送可溶性二價(jià)鐵溶液被氧化成三價(jià)鐵,將灰泥染色后變紅色;由于頭足類的捕食壓力,使底棲動(dòng)物采取穴居的生存適應(yīng)方式,大量的潛穴造成灰?guī)r表面的網(wǎng)紋構(gòu)造;3)周傳明、薛耀松(2000)認(rèn)為是物理成因,是正常浪基面之下、風(fēng)暴浪基面之上(50—150m)成巖早期形成的準(zhǔn)同生泄水構(gòu)造。吐木休克組的網(wǎng)紋構(gòu)造成因,可排除海底沉積物脫水作用和動(dòng)物潛穴成因,為較深水區(qū)低能環(huán)境形成的含鐵質(zhì)生屑粒泥狀灰?guī)r,具游泳型頭足類、薄殼型介形類,基質(zhì)灰泥中含少量粉屑,含鐵質(zhì)和少量陸源泥。凱迪階下部的良里塔格組只包括一個(gè)牙形刺動(dòng)物群,即Baltoniodusconfluens動(dòng)物群。該組下段在南一溝剖面厚100.7m,其沉積序列總體上表現(xiàn)為以下幾個(gè)巖性組合(圖6)。77.3—102m:暗灰色,底部中層狀、向上變?yōu)楸訝钏屏鰻钅酄罨規(guī)r,中部夾一層暗灰色頁(yè)巖,向上為薄層泥狀灰?guī)r、生屑粒泥狀灰?guī)r夾少量頁(yè)巖,生屑含量20%—30%,主要為棘屑,占15%—20%,其次為三葉蟲(chóng)、介形類,少量腹足類、鈣藻Eoglonilina和Mastopora;似瘤狀泥灰?guī)r中含少量三葉蟲(chóng)、介形類、棘屑,偶見(jiàn)類似管孔藻、粗枝藻、球松藻類的碎屑和藍(lán)菌類粘結(jié)形成的團(tuán)塊。102—141m:淺紫灰色薄層狀藻屑或藻團(tuán)塊泥粒狀灰?guī)r、藻屑砂屑泥?；?guī)r夾泥狀灰?guī)r、粉屑泥狀灰?guī)r和隱藻粘結(jié)巖,形成良里塔格組第1期藻丘,在圖2的剖面點(diǎn)9,藻丘相變?yōu)樵逍?、鮞粒灘;藻丘中見(jiàn)鈣藻Eoglonilina、Verminopora,不同類型的串珠狀藻絲體和團(tuán)塊,其他少量的生屑,如三葉蟲(chóng)、介形類、棘皮類碎屑,偶見(jiàn)苔蘚蟲(chóng)、雙殼類、腹足類。其中的團(tuán)塊分兩類:1)隱藻粘結(jié)藻屑、粉屑和少量生屑,無(wú)層紋,邊緣有不規(guī)則的暗色層包裹,它不同于隱藻形成的核形石,后者具核心和不規(guī)則同心層紋而與隱藻團(tuán)塊相區(qū)別;2)Girvanella包裹顆粒形成的團(tuán)塊,內(nèi)具相互纏繞的藻絲體。141—161m:暗灰色薄層狀泥狀灰?guī)r,泥質(zhì)條帶中含微晶菱形白云石晶粒。161—176m:暗灰色中薄層狀含藻屑粒泥狀灰?guī)r、藻屑泥?；?guī)r夾泥狀灰?guī)r,Eoglonilina,Verminopora,Girvanella占優(yōu)勢(shì),偶見(jiàn)介形類和腹足類,而棘皮類、苔蘚蟲(chóng)相對(duì)稀少。良里塔格組上段,即周志毅等(1990)建組剖面的良里塔格組,可識(shí)別出2期以隱藻、鈣藻為主體的藻丘建造。由下至上分為4套巖相組合:1)厚度為11.85m的紫紅、紫褐灰色薄層團(tuán)粒泥狀灰?guī)r,含砂屑、少量鮞粒和生屑的泥粒狀灰?guī)r,即一般通稱為“中紅灰?guī)r”的層段,在該剖面為砂屑灘(圖4),向北至地點(diǎn)8(圖2)相變?yōu)轷b粒灘,再向北10km到南一溝、一間房附近(圖2,地點(diǎn)1、3、4、7)相變?yōu)?/p>