伊宁盆地下石炭统阿克沙克组生物礁基本特征及其意义

2015-07-02周利明

石油地质与工程 2015年6期

关键词：礁体腕足沙克

周利明

(西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065)

伊宁盆地下石炭统阿克沙克组生物礁基本特征及其意义

周利明

(西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065)

通过野外露头观察，搜集大量沉积相标志，系统分析了伊宁地区的生物礁相，发现在伊宁地区下石炭统阿克沙克组中存在生物礁。生物礁形成于活动陆缘碳酸盐台地缓坡边缘，生物礁相由5个沉积韵律旋回组成，单体厚39 m，叠加总厚度大于176 m，平面规模大于3 km，内部相带发育齐全，岩性为生物碎屑灰岩和生物碎屑泥灰岩，厚层块状构造，下部见纹层、变形纹层构造。单个礁体为浑圆形，沿走向成串珠状分布。造架生物主要为藻类、珊瑚、有孔虫等，粘结生物主要为藻类，附礁生物有海百合茎、角石、腕足类以及腹足类等。生物礁的发现对该区域岩相古地理的细化具有重要意义，可能为伊宁盆地的油气勘探开辟新的领域。

伊宁地区；阿克沙克组；沉积相；生物礁；造礁生物

生物礁是一种重要的碳酸盐岩含油气沉积类型,它主要由大量固着在原地生长的生物组成。生物礁的自身内部具有非常发育的孔洞和孔隙，因此有利于油气资源富集，大量文献表明，国内外都已经在不同地质历史时期发现了众多不同类型的生物礁油气田[1-3]。我国先后在陕南、湘西寒武系，浙西、陕南奥陶系，川西北、陕南志留系，南方地区泥盆系、二叠系，川西北地区泥盆系、二叠系、三叠系和川东地区二叠系、湖南、贛西北二叠系等发现了大量生物礁沉积体[1]。2014年夏，西安石油大学在新疆伊宁盆地进行野外勘探时，在下石炭统阿克沙克组发现了生物礁沉积体，该礁体规模较大，沉积相带发育齐全，具有十分重要的古地理意义，该生物礁的发现将可能为我国生物礁的研究开辟新的研究领域。

1 生物礁剖面简述

中国西北地区主要由近东西向的复合造山带(祁连山、阿尔金山、昆仑山、天山及阿尔泰山)和一系列由于雁列走滑断层作用所形成的菱形和三角形盆地(贺西盆地、吐哈、柴达木、伊宁、准噶尔、塔里木)组成，总体上构成西北地区的盆-山构造格架。伊宁盆地即是西北地区盆-山构造格架中的一个三角形山间叠合盆地，其处于西天山构造带内，夹持于南北天山褶皱带之间，东端在南、北天山交汇处收敛，西与楚河·萨雷苏盆地为邻[2-4]。

生物礁剖面位于伊宁盆地的南缘伊什基里克山北坡克孜萨依沟附近(图1)，礁体形成于碳酸盐台地缓坡边缘，生物礁相由多个沉积韵律旋回组成，单体厚约39 m，叠加总厚度大于176 m，平面规模大于3 km，岩性为厚层块状生物碎屑灰岩和生物碎屑泥灰岩，下部可见纹层状构造，硅质条带充填，礁前有礁前崩塌岩，礁后地区为大片的礁后相灰岩。礁灰岩在地貌上呈明显的岩隆状，与周围其它下石炭统火山岩和灰岩形成明显的对比，在生物礁中找到大量的腕足、腹足、珊瑚、叠层藻、角石、海百合茎等化石。对礁体规模进行了简单实测描述，绘制了素描图(图2)。

图1 研究区区域地质概况

(1)实测：起点GPS：N 43°26′39.68″ E 81°54′49.00″ H 1197m，终点GPS：N 43°26′38.95″ E 81°54′48.26″ H 1176 m。自上而下层序为：①灰色灰岩 3.9 m,②灰色角砾灰岩 2.3 m,③灰色含砾灰岩 1.11 m,④灰色砂屑灰岩 0.5 m,⑤灰色泥晶灰岩 0.7 m,⑥灰色生物灰岩 0.4 m,⑦灰色泥灰岩 3.8 m,⑧底砾岩 5.6 m(图2)。

图2 克孜萨依沟生物礁剖面素描图

(2)实测：起点GPS：N43°26′40.20″E81°54′49.77″ H 1208 m，终点GPS：N43°26′39.13″E81°54′50.52″H 1197 m。自上而下层序为：①灰色巨厚层生物灰岩 7.2 m，②灰色中簿层灰岩 2 m，③紫红色泥灰岩 0.9m，④含腕足类化石滩 2.7 m，⑤灰白色巨厚层生屑灰岩 26.3 m。

(3)礁体底部实测：起点GPS：N43°26′40.20″E81°54′51.83″H 1207 m，终点GPS：N43°26′38.86″ E81°54′49.46″H 1181 m。

2 造礁生物

根据野外露头剖面观察以及礁体形成过程中各种生物所起的作用不同，将研究区下石炭统阿克沙克组生物礁中生物分为以下三个类群。

(1)造架生物：研究区造架生物主要为藻类、珊瑚、有孔虫等。藻类通过粘结、缠绕其他生物、灰泥或碎屑来构筑抗浪构造，有叠层藻和钙藻。珊瑚为多期发育，多为丛状复体或者中等大小的单体，二级隔壁，横板一般较为发育，具横板内墙，鳞板发育。有孔虫的壳是管状的，管壳内部不分房室，壳的形态变化较大，喜欢硬质基底环境。局部还见有苔藓虫。

(2)粘结生物：研究区生物礁中起粘结作用的主要是藻类，藻类不但起到造架作用同时也起到粘结作用，粘结、缠绕其他生物(如腕足生物)、灰泥或碎屑，主要发育在生物礁底部，以叠层石为主。

(3)附着生物：研究区附礁生物主要以角石、腕足类以及腹足类化石为主，它们分布在礁体的各个相带中，研究区的腕足化石个体较大，保存较好，个体大小4～10 cm。角石个体发育较大，个体大小在5～45 cm，为弯壳，头足纲。

3 沉积相带划分

通过露头观察，总结了该区生物礁各相带的发育特点，初步认为该生物礁属于陆缘碳酸盐台地缓坡边缘礁类型。

(1)礁核相：研究区礁核相位于礁的前缘，为波浪和水流强烈扰动区，造架生物主要为藻类、珊瑚、有孔虫等。局部为蓝绿藻粘结管孔藻及其它生物所形成的粘结岩。含大量珊瑚、腕足和角石类化石。造架生物含量大约为45%，在研究区内礁核厚度可达39 m，空间上呈WWS-NNE分布。在礁核的WWS方向有大量礁前崩塌岩，向礁前斜坡过渡，反映该区礁体的迎风面应该在礁核WWS方向。

(2)礁斜坡相：在研究区大量出现崩塌角砾、竹叶状砾屑以及生物碎屑堆积的生物碎屑滩，生物碎屑含量可达38%～82%，主要为珊瑚、腕足、有孔虫、腹足以及腕足类化石等；砾屑成分单一，骨架为灰岩碎屑，粒度约2.5 cm，含量为40%左右，分选性、磨圆性较差，呈棱角状-次棱状，砾屑之间充填有灰泥。其次局部还含有少量的原地骨架岩。

(3)礁顶相：礁顶见有生物碎屑滩、小鲕粒滩体，主要为灰色薄层夹中层含生物碎屑微晶灰岩、砾屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩，水体较浅，部分灰岩白云岩化，有周期性暴露。

(4)开阔台地相：研究区开阔台地相环境水体循环好，盐度正常，各种底栖生物繁盛，所以形成的碳酸盐岩岩性岩层厚度大，纯度高，结晶好，以灰岩为主，并有少量云岩，岩石中腕足、腹足、珊瑚等海相化石丰富。台地相发育过程是在早期残留海中局部形成大哈拉军山火山岩底座或者周围浅滩等正地形上形成，浅滩一般由亮晶砂砾屑灰岩与生屑灰岩、泥晶灰岩等组成。研究区下石炭统阿克沙克组灰岩主要为泥晶内碎屑生物屑灰岩、微-细晶生物屑、内碎屑灰岩，岩石中生物门类众多，主要为珊瑚、腕足、海百合茎、有孔虫、藻类等。在火山岩底座以及浅滩基础上，当浅海环境逐渐演绎成有利于碳酸盐生长的清水环境，浅滩向海盆方向推进，随着水体加深，碳酸盐台地变宽增大。台地岩性主要以灰色生物碎屑灰岩、叠层藻灰岩以及浅灰色生物灰岩与生物碎屑泥灰岩不等厚互层为主，局部还夹凝灰岩薄层，有藻类化石、虫迹。一旦时机成熟，珊瑚、海绵等造架生物占据浅滩生长的地方，开始繁殖并形成礁。

(5)近侧塌积岩相：在研究区冲沟底部见有礁岩碎块，大小不一，最大可达80 cm，角砾由灰色微-细晶灰岩、生物屑灰岩组成，普遍含腕足、珊瑚化石，尤以单体四射珊瑚丰富。

(6)碳酸盐潮坪相：在研究区位于早石炭世开阔台地上以及台地边缘，属于高、低能量交替控制下复杂水动力条件的混合沉积，含腹足、瓣鳃类生物组合，并见鸟眼构造、平行纹层构造。潮下带以内碎屑角砾灰岩为主；潮间-潮上带主要以灰色厚层富含叠层藻类灰岩、硅质灰岩、白云岩、白云质灰岩夹灰白、紫红色薄层灰岩泥灰岩及砂质灰岩为主。潮下带反映了是一种高能环境，潮间-潮上带反映了高、低能量的交替变化。

(7)局限台地相：碳酸盐岩局限台地相紧邻浅海陆棚相，是在海底火山喷发物之上发展起来的碳酸盐岩孤立台地，主要由结晶灰岩和白云岩组成。由于有台地边缘浅滩生物礁的障壁作用，靠特克斯达坂古陆一侧的局限海水动力能量相对较弱，水体畅通性差，沉积环境分异分带性显著。根据岩石类型、结构和沉积发育特征，可进一步划分为泻湖、浅滩台地蒸发岩、藻坪等微相。藻坪、泻湖主要为藻白云岩和膏云岩，浅滩主要为粒屑滩、砂砾滩、生物滩。浅滩相属较高能环境，岩层含有珊瑚、腕足类等化石，发育波状层理。

4 生物礁的发育规律和成礁模式[5-8]

伊宁地区的活动性断裂对生物礁的发育起到一定的控制作用，它们影响着海平面的变化，从而影响到生物礁的生长发育，使礁体呈多期次生长发育。该区造礁生物直接生长的底质是角砾灰岩，这种角砾可能来自周围其他的礁体，礁体沿同生断裂抬升，在其边缘剥蚀崩塌，就形成这种角砾灰岩。这种角砾灰岩大小不一，未经搬运，就地堆积。由于角砾的堆积，水体变浅，适合造礁生物的生长，因而层孔虫和藻类就在砾石上繁殖生长。这一段持续时间较长，因此形成以藻类为主的礁体，即底部的藻礁。随着珊瑚的加入，各种附着生物大量繁殖，形成了中部的藻类-珊瑚-层孔虫生物礁。上部见有生物碎屑滩、小鲕粒滩体，部分灰岩白云岩化，说明水体变浅，水动力增强，后有周期性暴露，最终终止了礁体的发育演化。

在早石炭世，由盆地南部古陆向北进入昭苏-特克斯-巩留一线陆缘残留海盆，由于火山活动，古地理变迁，隐伏火山弧可以形成障壁海岸，阿克沙克组的沉积相组合模式具有陆源碎屑、火山碎屑以及碳酸盐台地多元沉积相于一体的典型环境模式，由古陆向海盆依次形成碳酸盐岩局限台地潮坪-泻湖相云岩、泥灰岩膏盐沉积、生物礁(灰泥丘)灰岩、生物灰岩、生屑滩、斜披角砾灰岩和浅海陆棚灰-灰黑色、灰绿色砂泥岩以及泥岩(图3)。

5 伊宁盆地生物礁发现的重要意义

本文对伊宁盆地发现的早石炭世生物礁属于首次发现，将为中国石炭系生物礁开辟新的研究区域。生物礁的发现也丰富了伊宁地区下石炭统阿克沙克组的沉积相的划分，为沉积微相划分提供了直接的依据。

生物礁的分布受气候、纬度、水质的严格控制。

图3 生物礁沉积模式

在新疆伊宁地区的生物礁所处的纬度明显偏高，北纬43°26′。经前人研究认为[9-12]，早古生代以前伊宁地块是一个游离的微板块，直到加里东运动(志留纪末泥盆纪初)时，其先与塔里木板块碰撞缝合，成为塔里木板块最北缘的拼贴带。鄯善运动(早石炭世)之后塔里木板块(连同伊宁地块)远距离向北漂移，与准噶尔板块碰撞缝合，天山洋闭合消亡。阿克沙克组生物礁及其内部生物特征表明其形成于温暖气候带，显著的古、今纬度值差表明了伊宁地块在生物礁形成之后向北漂移的足迹，因此值得引起古板块等学科的重视和研究。

该区生物礁内部生物丰富，孔隙发育，顶部发育细粒碳酸盐岩，为油气藏创造了良好的生、储、盖组合条件。通过对研究区生物礁生长规律的研究，寻找该区更有利的油气聚集区，有可能为伊宁盆地的油气勘探提供一种新的思路。

6 结论

(1)伊宁盆地的下石炭统阿克沙克组生物礁形成于活动陆缘碳酸盐台地缓坡边缘，生物礁相由多个沉积韵律旋回组成，单体厚39 m，叠加总厚度大于176 m，平面规模大于3 km，岩性为生物碎屑灰岩和生物碎屑泥灰岩，厚层块状构造，下部见纹层、变形纹层构造。单个礁体为浑圆形，沿走向成串珠状分布。造架生物主要为藻类、珊瑚、有孔虫等，粘结生物主要为藻类，附礁生物有海百合茎、角石、腕足类以及腹足类等。

(2)对生物礁进行了系统的划分，划分了礁核相、礁斜坡相、礁顶相、开阔台地相、近侧塌积岩相、碳酸盐潮坪相、局限台地相。丰富了下石炭统阿克沙克组的沉积相的划分。

(3)伊宁地区的活动性断裂对生物礁的发育起到一定的控制作用，它们影响着海平面的变化，从而影响到生物礁的生长发育，使研究区礁体呈多期次生长发育。该区阿克沙克组的沉积相组合模式具有陆源碎屑、火山碎屑以及碳酸盐台地多元沉积相于一体的典型环境模式。

(4)在伊宁盆地早石炭世晚期中发现生物礁，尚属首次发现。其对伊宁盆地油气勘探具有重要的意义，可能为伊宁盆地的油气勘探开辟新的领域。

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