塔东地区寒武纪—早奥陶世古地理格局新认识

2015-02-17卢朝进田海芹胡方杰王菲菲

特种油气藏 2015年4期

卢朝进，田海芹，王媛，胡方杰，王菲菲

(1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油大学，北京 102249；3.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000；4.西南石油大学，四川成都 610500)

卢朝进1，2，田海芹1，王媛1，2，胡方杰3，王菲菲4

沉积岩石学的研究与实践充分说明(准同生)白云岩是潮坪、潟湖、局限台地、蒸发台地等浅水环境的产物；煤岩学研究与实践也充分说明，石煤炭质泥岩及含磷岩系(如磷块岩)是浅水或近地表滞留环境如潮坪、沼泽、潟湖等环境的产物；尤其是准同生白云岩与(含石煤)炭质泥岩共生，更是浅水环境的有力证据。为此，以(准同生)白云岩、(含石煤)炭质泥岩等特殊岩石类型为基本沉积环境标志，在露头、钻井、地球物理、室内分析等多种研究成果的基础上，对塔里木盆地东部地区寒武纪—早奥陶世的沉积环境进行了研究，认为塔里木盆地东部寒武纪—早奥陶世为浅水沉积环境，从而对塔里木盆地的古地理格局提出了新的认识，即“东高西低，东沼西潟”。

塔里木盆地；寒武纪；早奥陶世；潮坪-沼泽；潟湖；古地理

0 引言

在沉积学中，“相”即为“沉积相”，目前比较一致的理解为沉积环境及在该沉积环境中形成的沉积岩(物)特征的综合。其中沉积环境与沉积岩特征之间存在着辩证关系，即沉积环境决定沉积岩特征，而沉积岩特征又是沉积环境的物质表现。而“岩相”是指一定沉积环境中形成的岩性或岩性特征的组合。沉积相标志中，岩性或岩性组合特征为最典型的标志之一，可反映沉积时期的环境[1]。前人关于塔里木盆地岩相古地理的研究认为，其古地理格局为“东盆西台”或“西高东低”；而塔里木盆地东部地区(简称“塔东地区”)是以库鲁克塔格—满加尔坳拉槽为主的深海—半深海沉积环境为主[2-6]。但在对塔里木盆地编图过程中发现，前人认为能够代表深海—半深海的泥岩、泥质灰岩、硅质泥岩的岩性相标志与浅水沉积环境的典型相标志准同生白云岩共生，故提出关于塔里木盆地古地理沉积环境的新认识，以供商榷。

1 白云岩、炭质泥岩(含石煤)的基本沉积环境

1.1 白云岩的基本沉积环境

关于白云岩的成因，前人做了很多研究[5-6]。其基本沉积环境(规模白云岩的发育环境)可作如下概括：潮坪、潟湖、障壁岛(滩坝)、局限台地与高地(也是广义的潮坪、潟湖、障壁岛，再加海平面的周期性升降变化、海水运动、潮汐作用，特别是扬沉作用的改造)。关于原生白云岩至今仍有争论，但有的白云岩本身就是沉积环境标志，如潮坪或潟湖成因的准同生白云岩；有的白云岩中还残留有原来石灰岩的特征如鲕粒白云岩等，还有的白云岩与其他的蒸发岩横向上相邻或垂向上叠加相互反映沉积环境。

准同生白云岩主要指形成于潮坪、潟湖、局限台地等环境中，发生在刚沉积不久的表层碳酸盐岩沉积物粒间，高镁的粒间水或表层水常与早期沉积的文石颗粒相接触，随着Mg、Ca比的增大，不可避免使文石被交代，转变为白云石。所谓准同生，即刚沉积不久的沉积物尚未脱离原沉积环境就被交代。发育于潮坪中的准同生白云岩主要是土黄色、灰黄色，薄层状产出，呈泥晶—泥粉晶结构，泥质含量较高，有时含陆源石英砂岩和粉砂；发育于潟湖环境的准同生白云岩以灰色—深灰色、灰黑色为主，泥晶—泥粉晶结构。特别值得注意的是，准同生白云岩有时钙质含量很高，滴稀盐酸立即冒气泡，且结构组分以泥晶、泥粉晶为主，所以在鉴定岩性时常常把准同生白云岩当作含泥灰岩或泥灰岩，认为是深水环境的标志，而实际上应是潮坪、潟湖、局限台地相，为浅水环境的岩性标志[1，5-6]。

1.2 炭质泥岩(含石煤)等的基本沉积环境

塔里木盆地自震旦纪至早奥陶世，与扬子盆地的演化极为类似(可直接对比)，基本没有发生大规模的构造运动，是一个相对较稳定的时期。特别是震旦纪和早寒武世期间，其构造、古地理背景及演化更是极为类似[7-9]。而近期对扬子地区沉积环境的研究进展也对塔里木盆地的古地理格局的研究具有一定的启示和指导作用[10]。

1.2.1 石煤和炭质泥岩的概念

石煤是一种含碳少、发热值低的劣质无烟煤，主要由菌、藻类等生物形成，为含矿物质较高的一类可燃有机岩。石煤大多具有高灰、高硫、低发热量和硬度较大的特征，为此，石煤也可称为高灰分的腐泥无烟煤或藻煤[11]。炭质泥岩：广义的炭质泥岩是含炭质较高的泥岩；狭义的或岩石学意义的炭质泥岩炭质含量要小于50%。

1.2.2 炭质泥岩(含石煤)的基本沉积环境

石煤主要发育于中新元古代及早古生代地层中，由菌藻类等生物遗体在滨岸沼泽、潟湖、海湾条件下经腐泥化作用和煤化作用转变而成。在地史早期(即元古宙到早泥盆世)，大多数生物存在于海洋中，且以低等植物如菌藻类构成了当时植物的主体。同时，由于潮坪环境和浅海环境营养丰富，环境优越，有利于生物的生存和繁殖，是藻类最为发育的地带，进而演变成规模聚煤的有利相带。前人研究认为，中国的聚煤期始于震旦世，于早古生代聚煤作用逐渐活跃并达到高峰，并形成中国地史上第一个聚煤期和最早的海相聚煤模式形成期[11]。

众所周知，中国南方特别是扬子地区，在下寒武统下部牛蹄塘组等发育了一套含石煤炭质泥岩(页岩)，是南方非常重要的优质烃源岩层系之一[12-14]。通过对这套炭质泥岩(含石煤)烃源岩进行野外考察，发现其含碳量丰富，可直接作为燃料燃烧。揭示了这套炭质泥岩实为泥炭沼泽、潟湖等浅水环境堆积演变而成。因此，石煤的大量生成是指示潮坪、沼泽、潟湖等浅水环境的重要标志。

至此，尚需提及含磷沉积岩的沉积环境问题。在扬子地区和塔里木盆地的某些地区，震旦系上部发育磷矿层磷块岩。而磷矿层的顶、底板岩性均为白云岩。化学分异作用原理表明，规模含磷沉积岩多属盆地浅水胶体沉积，与氧化铝、氧化硅、氧化铁等风化壳型胶体沉积类似，与深海洋流循环所携带之磷质物质关系不密切，这是因为磷以及氧化铝、氧化硅、氧化铁的初始来源还是岩浆岩。表明与白云岩共存的含磷沉积可能并非是深海环境的产物。

综上，推测震旦纪沉积之后的桐湾运动使扬子地区发生了一次准平原化作用。自寒武纪沉积开始之时，扬子地区接受了一套含有石煤和炭质泥岩的沉积(图1)，其沉积环境应为潮坪、潟湖、沼泽等浅水环境。

图1 中国南方石煤分布[11]

①云金表.天山南地区勘探进展、工作难点与攻关方向[R].中石化塔里木盆地海相前瞻项目成果交流会材料.北京，2009：66-70.

2 英东2井等有关白云岩、炭质泥岩资料(相标志)

关于整个塔里木盆地及塔东地区，前人大多认为[2-3]，塔里木盆地古地理格局为“东盆西台或西高东低”。而塔东地区在早寒武世有一次海侵，海水从北部和东部进入盆地，海平面开始上升，缺少陆源沉积，以泥岩、灰质泥岩、泥质灰岩、硅质泥岩等深海—半深海沉积为主，从而在寒武系发育了一套重要的烃源岩[15-18]。根据云金表的研究结果，塔东地区沉积的泥质灰岩或灰质泥岩实为准同生白云岩①。而规模准同生白云岩为浅水环境的典型相标志，且岩性组合多为准同生白云岩与泥岩和准同生白云岩与泥质灰岩互层，以及准同生白云岩与泥岩和泥质灰岩三者互层，实为典型的潮坪、沼泽、潟湖沉积的岩相组合，故笔者认为塔东地区在寒武系应为碳酸盐岩台地沉积环境，该区沉积的泥质烃源岩实为潮坪、沼泽、潟湖、局限台地相沉积；而整个塔里木盆地的格局为“东高西低，东沼西潟”。

2.1 塔东地区英东2井等有关资料

从图2可以看出，塔里木盆地东部在震旦纪、寒武纪和早(中)奥陶世最大的沉积学特征，就是总体为白云岩夹炭质页岩。如寒武系自下而上划分为：西大山组—西山布拉克组、莫合尔山组和突尔沙克塔格群[19]。

图2 塔里木盆地东部地区寒武系地层对比图[19]

2.1.1 下寒武统西大山—西山布拉克组

塔东1井下寒武统岩性主要为褐色砂屑白云岩，亮晶胶结物，含泥质不均，夹硅质；英东2井和南雅尔当山露头西大山—西山布拉克组主要由黑色泥岩和硅质岩组成，见顺层发育的黄铁矿；米兰1井由于仅钻遇小部分下寒武统，岩性为泥岩与白云岩互层。

2.1.2 中寒武统莫合尔山组

塔东1井、米兰1井、英东2井及南雅尔当山露头差别较为明显。塔东1井分为2段，上部以巨厚层深色(准同生)白云岩为主，夹黑色炭质泥岩；下部以局部厚层黑色炭质(硅质)泥岩为主。米兰1井也主要以准同生白云岩为主，中间夹炭质泥岩层。英东2井主要以黑色炭质泥岩夹深色(准同生)白云岩为主，向上白云岩含量增高。南雅尔当山露头上部则以准同生白云岩为主，下部以黑色炭质泥岩、灰黑色泥质灰岩和准同生白云岩互层为主。

2.1.3 上寒武统突尔沙克塔格群下段

米兰1井、英东2井和南雅尔当山露头的岩性特征极为相似，均沉积了一大套白云岩(包括准同生白云岩)，据此可推测该区上寒武统中白云岩广泛分布，且发育稳定；南雅尔当山露头在寒武系顶部发育一套泥岩。而塔东1井下部发育黑色(准同生)白云岩，上部发育厚层瘤状泥灰岩。

整体上，突尔沙克塔格群下段白云岩广泛发育且分布稳定，并且这套白云岩是一套优质储层[19]，

②陈旭，王向东，等.塔里木海相地层对比[R].中石化海相前瞻项目交流资料.2009：36-40.

其形成机理有潮上蒸发坪(蒸发泵)准同生白云化、渗透回流白云化、深埋藏白云化和高温热液白云化，但导致白云岩大规模形成的是准同生白云化和渗透回流白云化。

2.1.4 中下奥陶统突尔沙克塔格群上段及黑土凹组

整体岩性组合也是白云岩与炭质泥岩组合。但却尔却克山和南雅儿当山黑土凹组之间的变化太快(图3)，所以该地区在早奥陶世并非是深海环境②。

3 塔里木盆地寒武纪、奥陶纪岩相古地理

根据对塔里木盆地岩相古地理的新认识，通过对野外露头、测井、地震等资料的研究，并参考定量古地理编图等资料，综合优化了塔里木盆地寒武纪、奥陶纪构造—岩相古地理图(图4)。其中变化最大的就是塔里木盆地寒武纪早奥陶世的古地理格局从原来的“东台西盆、西高东低”恢复为今天的“东高西低、东沼西潟”。还可以看出，从早寒武世到晚寒武世，水体是逐渐加深的。早寒武世以沼泽—潟湖、云膏潟湖和含膏云坪为主，沼泽—潟湖主要发育于塔东和塔西地区阿瓦提坳陷，云膏潟湖主要发育于塔西地区巴楚隆起，而整个塔里木盆地的南部和北部以含膏云坪为主；故认为海水应从盆地西南部进入，故在西南部发育潮坪沉积；盆地北部在克拉1、克拉2井周缘发育高能滩相沉积，在轮西1—东河1井一带为陆地；盆地南部玛扎塔格高地出露。中寒武世继承了早寒武世岩相古地理格局，但由于水体持续变深，塔西地区云膏潟湖发育，且在柯坪地区、巴楚隆起、玛扎塔格高地周缘和塔中地区大规模发育了高能滩相沉积。晚寒武世，整个盆地发育成为以藻云岩为主的滩坪组合，高能滩相广泛分布于除盆地东部以外的地区。

图3 塔里木盆地却尔却克山和南雅儿当山奥陶纪地层对比简图②

图4 塔里木盆地寒武纪、奥陶纪有关岩相古地理图

4 结论

(1) 通过对准同生白云岩和(含石煤)炭质泥岩沉积环境的分析，以及对石煤发育的条件和古地理环境的阐述，指出大规模的准同生白云岩与炭质泥岩(含石煤)的岩性组合指示的沉积环境并非半深水—深水环境，而是潮坪、潟湖、局限台地相所发育的浅水环境。

(2) 塔里木盆地东部地区寒武系地层，其岩性主要是规模的准同生白云岩、泥岩和泥质灰岩的岩性组合；且塔里木板块和扬子板块在寒武纪时期经历了相似的构造运动，是可直接对比的；故认为塔里木东部地区寒武系地层发育潮坪、潟湖、局限台地相，为浅水环境；因此提出塔里木盆地寒武纪至早奥陶世古地理格局为“东高西低，东沼西潟”。

致谢：论文的撰写得到了中国石化石油勘探开发研究院勘探所科研人员的支持和指导，在此一并表示感谢！

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