塔里木盆地肖尔布拉克剖面奇格布拉克组层序界面与沉积相研究

钱一雄，杜永明，陈代钊，尤东华，张军涛，陈 跃，刘忠宝

(1.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126;2.中国石化西北油田分公司工程监督中心，乌鲁木齐 830011;3.中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029;4.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083)

塔里木盆地西北缘的阿克苏—乌什地区是震旦系3个出露较好的地区之一，另2个是昆仑山前的铁克里克与塔东北的库鲁克塔格。上震旦统奇格布拉克组(Z2s)是张太荣(1973)所厘定[1］，包括原苏盖特布拉克组上部和肖尔布拉克组下部;高振家等[2］重新厘定了其涵义，仅包括了肖尔布拉克组下部的白云岩，厚度141～195 m，为一套滨海—浅海相的沉积，并建立和完善了震旦系的地层层序和对比关系。随后提出了盆内震旦系的塔西南浅海—次深海、塔东海洋冰川—浅海、塔西滨浅海和阿满海岸沉积的认识[3－4］，并进行了塔里木周缘新元古代的冰期及与全球对比[5－7］、新元古代碳、氧同位素组成及其对地层对比和全球环境指示意义[8］、顶部不整合特征[9］、底部平行不整合[10］以及隐藻白云岩形成于蓝细菌为主的微生物调制作用等方面的研究[11］。

鉴于前期对奇格布拉克组内部的层序界面、沉积层序、沉积相及沉积环境的研究相对薄弱，开展了阿克苏肖尔布拉克剖面上震旦统奇格布拉克组的实测工作(图1)，实测野外分层自第70层至108层，共计38层，剖面累计厚度为185 m，出露连续性好。

1 主要层序界面

前人对台地类型、不整合面类型及层序作了大量研究[12－16］。Catuneanu 等[12］根据层序界面划分定义:Ⅲ级是出现于盆地边缘、沉积高地(礁滩、台地)的喀斯特、暴露面(岩溶角砾、古土壤)、溶蚀面(孔洞缝)、白云岩化、水下间断不整合等，时限为0.1～1 Ma;而Ⅳ、Ⅴ级是由于四—五级周期海平面缓慢低幅下降及沉积物供给速率变化形成水下间断不整合或相当的连续面，时限小于0.1 Ma，主要是岩相、生物及结构转换面。界面的成因类型又分为造山侵蚀、隆升侵蚀、陆上暴露、海侵上超和水下间断等5种不整合面。按照层序界面划分的原理，将奇格布拉克组划分出顶部Ⅱ级、底部Ⅲ级、内部3个Ⅳ－Ⅴ级层序界面。

1.1 顶部的海侵上超层序不整合界面

震旦纪末期，塔里木板块抬升遭受剥蚀，震旦系—寒武系之间形成区域不整合面。上震旦统奇格布拉克组顶部白云岩受构造不整合面影响，遭受大气淡水溶蚀作用，不整合面凸凹不平，局部可见到典型的皮壳状、葡萄状粉细晶云岩、岩溶角砾岩。部分地区可见下寒武统玉尔吐斯组伴随着快速海侵、沉积含磷的黑色岩系。高振家等[2］通过对小壳化石研究认为，可与梅树村阶对比，但下部缺失梅树村剖面最低位的化石Anabarites Primitivus，故玉尔吐斯组与奇格布拉克组存在沉积间断，缺失梅树村阶下部层位。因此，推断为Ⅱ级层序界面。

1.2 底部的平行不整合面

从苏盖特布拉克组顶部(69层)发育的浪成沙纹钙质粉砂岩[13］和奇格布拉克组(70层)薄层泥质云岩，为一个相当于Ⅲ级层序界面和岩相转换面。

图1 塔里木盆地阿克苏肖尔布拉克剖面位置Fig.1 Location of Xianerbulak profile in Aksu，Tarim Basin

1.3 上震旦统碳酸盐岩内部层序界面

1.3.1 加深间断面或短期淹没面

薄层泥质云岩中“帐蓬构造”(70层)、中薄层微波状泥质云岩(71层)，位于有暴露间断面特征的潮上带—潮间坪上部，向灰色微波状、丘状叠层岩过渡(72层)(潮间坪下部)，为一个海平面上升过程，暴露间断后出现迅速加深现象。类似的还有第76～77 层(图版 a)、第 79、86、93、96 层等。其中，第86层最为明显，由浅灰色中薄层波状—层状叠层岩(潮间带)向上至87层为浅灰色块状、大型丘状、波状和中厚层夹薄层叠层石(潮下微生物席)。与一般加深间断面之上常产生的“淹没不整合”层序不同的是，它不产生典型的具有深水薄层钙质泥岩、页岩或硅质岩构成的凝缩层的“HST+CS”的碎屑岩，总体特征是向上变深、变厚的潮上带—潮间下部的沉积层序，介于环潮型与潮下型的米级旋回层序(图2)。

1.3.2 向上变浅的暴露界面

图2 塔里木盆地阿克苏肖尔布拉克剖面奇格布拉克组层序划分与叠置关系Fig.2 Sequence division and superposition of Qigebulak Formation along Xianerbulak profile in Aksu，Tarim Basin

该界面较为发育，如第74 ～76、78 ～79、81 ～82、89～90、92、97、100、102 等层内部。可细分为 2 类:一是从潮间(及下部)至潮间上部或潮上带。较为典型的是第74～75层水平至块状的中厚层粉晶云岩、层状叠层岩与深灰色水平、波状中薄层粉晶云岩(层状微生物岩?)互层的潮下—潮间下部过渡至叠层石(丘状微生物席)(76层)，经表生大气水暴露岩溶作用，发育了溶蚀沟;78～79层由中薄层块状的叠层石(层状微生物?)—粉晶云岩，顶部为高能砾屑滩，至81～82层顶部的浅灰白色中薄层块状—角砾状—层状粉晶叠层石，类似于“泥裂”构造(图版b)，其总体特征是向上变浅、变细、变薄的环潮型。二是从潮下或潮间带(及下部)至潮间带或潮上带。本组中上部以潮间至潮下带为主的沉积中，往往发育潮下低能的厚层微生物席和中高能的(丘状)微生物岩，后者顶部常发育似层状的针孔或窗(格)孔，反映出曾发生过短暂的大气水暴露作用，向上水体变浅。因此，总体特征具有向上变浅、变粗、变厚的潮下带—潮间下部浅缓坡的潮下型的米级旋回层序(图2)。

1.3.3 岩(性)相转换面

无论是加深间断面、或是向上变浅常具暴露改造界面，其旋回层序界面往往又是岩(性)相转换面。如第78、81层的黄灰色与紫红色中薄层微波状的粉晶云岩互层的潮间带，79层顶部构成的“砾屑滩”(图版c)，82层楔状—块状的叠层石构成“微生物席”，均是典型的岩性(相)转换面(图2)。

2 沉积相、层序旋回与海平面变化

2.1 沉积相

Ginsburg[17］提出，叠层石是一种成层的生物沉积构造。在蓝细菌等微生物的作用下，通过微生物席对外来沉积物进行捕捉、黏附以及碳酸盐的沉淀而形成;按形态可分为丘状、柱状和锥状等;按成因划分为骨架叠层石、凝集叠层石、细粒叠层石以及陆地叠层石等[18－19］。通过微生物钙化形成的骨架叠层石，主要受异常水体条件、坚硬的基底、陆源沉积物的不断流入和沉积、有利于叠层石形成的快速胶结作用等影响[20－22］。

微生物席和叠层石是紧密相关、形成机理相同的有机沉积构造[17－25］。它受微生物群落的生长和代谢、环境动力条件及沉积作用的共同作用。微生物席具有复杂的构造，存在于叠层石和大型水下微生物碳酸盐岩的表面，硫还原细菌对促进碳酸盐的沉淀发挥了重要作用，其次是沉积物的捕捉和黏附、微生物自身的钙化[14］。

奇格布拉克组中段和上段均有叠层石发育，以纹层状组构为主，凝块状组构和隐微生物岩次之;为侧向断续的水平、波状、半椭球和半球形的由蓝细菌组成的微生物席，指示其沉积从潮下带低水动力—能量相对较高的台地相的潮间至潮上带的浅水环境。

2.2 旋回层序

碳酸盐岩米级旋回层序可分为:L(灰岩)－M(泥灰岩或钙质泥岩)、潮下型、环潮坪型和深水非对称型[26－28］。其中，潮下型分为浅、中、深缓坡型[26］。浅缓坡型是由发育生物潜穴的泥粒灰岩及粒泥灰岩构成下部侵蚀单元，颗粒灰岩构成上部均衡堆积单元;中缓坡型由结核状钙质泥岩及粒泥灰岩(下部单元)和生物潜穴粒泥灰岩、泥粒灰岩、交错层理颗粒泥晶灰岩(上部单元)组成;深缓坡型由结核状钙质泥岩及粒泥灰岩(下部单元)和生物潜穴泥粒灰岩、粒泥灰岩(上部单元)组成。总体特征是向上变浅、变粗、变厚，在礁滩相灰岩中，具有暴露标志。环潮坪型[26］总体特征是向上变浅、变细、变薄，层序间的界面以明显的暴露间断面为特征，在中上部表现为白云岩化强烈，发育小型喀斯特及较薄的钙质风化土层，有时为蒸发岩及蒸发溶塌角砾岩。另外，发育于温室期的和冰室期的地层旋回明显不同，前者单层厚度大、累积厚度也大，后者反之[29］。

结合层序界面划分与沉积相分析，初步划分出奇格布拉克组的沉积旋回(图2)，主要为Ⅳ、Ⅴ级层序，由一系列的米级准层序的有序叠置构成。根据其潮下与环潮坪碳酸盐岩米级旋回特征，将奇格布拉克组划分为3个岩性段(图2)。

2.2.1 下段

自第70～86层，厚约35 m。主要为中厚层的丘状叠层石(微生物岩)(图版d)、中薄层波状叠层石(微生物(云)岩)、楔状—块状的细粒叠层石(滩)(图版c)、具水平层理的薄层泥质云岩、中薄层粉晶云岩夹薄层云质泥岩(图版a)，主要沉积环境是潮上至潮间带的云坪、泥云坪(混合坪)。常见到膏泥及大气水淋滤带的暴露特征，如83层紫红色—浅灰白色的薄层含泥粉晶云岩，发育了泥裂构造(图版b);69～70层的帐蓬构造，76～77层中的深灰色半球—穹丘状叠层石(微生物岩)的暴露风化溶蚀沟(图版d)，反映出基准面或海平面振荡变化。下段又可细分为4小段:①70～72层下部，潮上至潮间，海平面上升;②72层下部～76层，潮间下部至潮间，向上变浅，海平面下降;③76～78层，潮间至潮上，同②，总体呈变浅趋势，显振荡变化;④78～86层，潮间至潮上，反复振荡变化。

2.2.2 中段

自第87～96层下部，厚约55 m。下部为中厚层块状(图版e)、角砾状(图版f)、大型丘状与波状叠层石(微生物(云)岩)与中薄层波状—小型丘状的层状叠层石(微生物(云)岩?)(图版g);向上为纹层状叠层石夹具水平层理的薄层粉晶云岩(图版h)、薄层含硅质团块及条带—层状叠层石，潮下至潮间带下部(可浅至潮间带上部或潮上)的中低能叠层石(微生物席)、中高能滩和潮下坪云岩;中上部发育了缝合线构造、层状针孔、与裂隙有关的孤立的溶蚀洞，发育楔形交错层理，裂隙中见有干沥青(图版i)。中段大致可划分出3小段:①87～90层，潮间下部至潮下带，海平面上升;②91～93层中部，潮间下部至潮下带，频繁、振荡变化;③93层中部～96层下部，主要为潮下环境，相对较为稳定。

2.2.3 上段

自97层中上部至108层，厚约95 m。下部(96～99层)为中厚层块状、层状叠层石(微生物岩)(图版j)、块状粉晶云岩夹中薄层、丘状、波状叠层石、含硅质团块的云岩;以潮下低能的微生物席和中高能的丘状叠层石为主，厚层丘状叠层石的顶部均发育似层状的针孔或窗孔。中部(99～105层)为块状、丘状叠层石(微生物岩)、粉晶云岩，夹波状、薄层叠层石;以潮间下部至潮下低能的纹层状叠层石为主，夹少量丘状叠层石。上部(105～108层)为中厚层的层状叠层石，丘状、杂乱状、角砾状的叠层石(微生物岩)，主要为潮间下部至潮下，顶部受海底热液有关的硅烟窗喷发的硅质、金属硫化物等热液交代强烈，原生层理大多遭受破坏(图版k，l)，推测为准同期或稍晚海底火山热液作用，这与塔里木盆地下古生界碳酸盐岩热液溶蚀的特征不同[30］。

2.3 稳定同位素与海平面变化

根据何秀彬等[8］对奇格布拉克组54件云岩(注:原文误为灰岩)的碳氧同位素分析，3个主要岩性段的δ18OPDB和δ13CPDB呈不同的变化趋势(表1)。其中，下部Ⅰ段(相当于层厚86～118.5 m)13件样品平均δ18OPDB为－2.94‰，平均 δ13CPDB为5.96‰;中段Ⅱ段(相当于层厚118.5 ～177.0 m)19 件样品平均 δ18OPDB为 －2.19‰，平均δ13CPDB为2.29‰;上部Ⅲ段(相当于层厚 177.0 ～240.8 m)22 件样品平均 δ18OPDB为 －2.96‰，平均δ13CPDB为2.97‰。本次补测了7件白云岩样品，其中，Ⅰ段的 δ18OPDB= －2.7‰ ～ －0.9‰，δ13CPDB=4.9‰ ～7.3‰;Ⅱ段的 δ18OPDB= －3.0‰，δ13CPDB=2.3‰;Ⅲ 段的δ18OPDB= －1.4‰ ～ －0.4‰，δ13CPDB=2.8‰ ～3.3‰(表1)。反映了自下而上，奇格布拉克组中δ13CPDB呈底部较强烈正偏，中上部较为稳定，且上部稍弱正偏特征。对应于早期水进体系至高水位为主的沉积体系，海平面则具有变动、稳定和下降为主的趋势。

在塔东北的库鲁克塔格，育肯沟组相当于本区下伏的苏盖特布拉克组，是一套灰绿色泥岩或页岩组成的泥质细粒沉积物;与本区奇格布拉克组层位相当的水泉组是以白云质灰岩和钙质页岩沉积为主，夹两层厚度不大的火山岩，沉积厚度约275 m，总体代表了高水位体系域晚期阶段的滨浅海环境[5－6］;顶部汉格尔乔克组是浅灰绿色—杂色的冰成杂砾岩。塔西南的上震旦统是由库尔卡克组的四段石英砂岩及砾岩和含磷结核的石英砂岩构成[3，7］;克孜苏胡木组为二至三段云岩—粉砂岩、石英砂岩和云岩段构成[3，6］，为滨浅海沉积。因此，上震旦统奇格布拉克组、克孜苏胡木组和水泉组可能均为相对温暖的滨浅海沉积环境，早期海平面具不太稳定趋于较为稳定、缓慢下降的趋势。

表1 塔里木盆地肖尔布拉克剖面奇格布拉克组碳酸盐岩碳氧同位素值及盐度指数Table 1 Carbon and oxygen isotopes of carbonate rocks and salinity index of Qigebulak Formation along Xianerbulak profile in Aksu，Tarim Basin

进一步的研究包括塔里木周缘与盆内的地层的等时对比及分布、微相，叠层石中藻的类型、生态及古环境意义，古海水成分(包括硫同位素变化及元素组成)等及全球对比[31］。

3 结论

(1)奇格布拉克组底部发育Ⅲ级沉积间断的岩相转换面，顶部发育海侵上超层序不整合风化壳岩溶界面，并受海底热液交代叠加;内部发育加深间断面、向上变浅常具暴露改造的Ⅳ至Ⅴ级层序界面。

(2)发育了主要受海平面变化控制、介于环潮型至潮下型的碳酸盐岩米级旋回;叠层石相对发育，主要由断续的水平、波状、半椭球和半球形状的微生物席构成。

(3)3个岩性段具有不同的沉积环境及演化，下亚段的潮上至潮间、潮间下部至潮间、潮间至潮上的振荡变化环境;中段的潮间下部至潮下带的频繁、振荡变化至潮下稳定的沉积环境。

(4)3个岩性段对应的碳同位素呈底部较强烈正偏，中上部较为稳定，且上部稍弱正偏的特征;海平面具有变动、稳定和下降的趋势。

致谢:参加野外地质考察的还有王小林、吴仕强、董少峰、李慧莉、杨圣彬等，在此一并致谢!

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