塔里木盆地中央隆起区中新疆巴楚中晚奥陶世牙形刺生物地层和沉积环境研究

塔里木盆地中央隆起区中新疆巴楚中晚奥陶世牙形刺生物地层和沉积环境研究

新疆塔里木的大型重叠盆地（赵文志等，2007）可分为“三龙四坝”七个上部结构单元（贾成坚等，1995）（图1），巴楚断龙和塔中低龙共同组成中央高。中央隆起区的奥陶系,特别是上奥陶统良里塔格组礁滩复合体延伸到塔中低隆部分,以浅海相碳酸盐岩夹含数层生物礁滩复合体建造为特征,特别是该组顶部的沉积间断面发育喀斯特型孔隙,是亿吨级凝析油藏的主储层(张水昌等,2003;邹才能、陶士振,2007;张宗命等,2007)。目前新的油气勘探区块向西、向南延伸,但由于取芯条件的限制,塔中井下中—上奥陶统时代厘定和岩相展布有待于更精细的研究,特别是因为地层缺失以及环境演化序列识别的准确程度,是预测新区油层分布及进行储量评估的重要参数。本文对同在中央隆起区内的巴楚露头区作了更直接的解析,为确定塔中井下礁滩体的时空分布提供了重要借鉴。一、牙形刺生物带的底界塔里木中央隆起区奥陶系内部地层单元界线及其时代对比还没有统一,本文综合前人的方案和目前中石油塔里木勘探开发研究院使用的标准,既考虑到野外岩性的识别特征,更偏重于能与井下沉积间断面、岩性标志层、海平面变化控制的层序界面对比的实用性(表1)。一间房—唐王城露头区的下奥陶统上部—中奥陶统下部为丘里塔格群上部的鹰山组灰岩夹少量白云岩;鹰山组之上的奥陶系几乎全为灰岩,即赵治信(1987)所命名的吐木休克组主体部分;周志毅等(1990)在沿用吐木休克组的同时,压缩其上下延限,命名并界定了吐木休克组之下的一间房组和之上的良里塔格组。李越等(2007)首次识别出奥陶系内部的沉积间断,以南一沟(图2,地点6)、唐王城(图2,地点12)、羊买勒村(图2,地点13)剖面中存在的一条物理间断面,即古喀斯特面与砾石堆积层之顶划分一间房组与鹰山组。倪寓南等(2001)将良里塔格组置于上奥陶统;吐木休克组置于中奥陶统上部—上奥陶统下部;一间房组对比为中奥陶统下部。目前中石油研究部门将吐木休克组作为井下和露头区易于识别的标志层,限定为一套厚度10m左右的紫红色含生屑泥晶灰岩,即通常称之为“下红灰岩”。中石化研究部门使用的“恰尔巴克组”与之完全同义,但恰尔巴克组是晚出的地层单元定名(Luetal.,2007),因此本文采用吐木休克组特指“下红灰岩”。既然将吐木休克组顶界置于至“下红灰岩”之顶,周志毅等(1990)归入吐木休克组中上段的地层,即相当于本文中的良里塔格组下段。在良里塔格地区,中—上奥陶统地层受西南向推覆的逆掩断层影响,出现一间房组覆盖在良里塔格组之上的地层重复,并导致断层之下的良里塔格组上段的大部分缺失。李越等(2007)提及的“南一沟剖面”出露鹰山组—良里塔格组上段,总厚度为178m。以该区中上奥陶统的第二套红色灰岩、即“中红灰岩”之底为良里塔格组上下段的分界,但南一沟剖面“中红灰岩”也仅出露数米,即仅见良里塔格组上段之底(图3)。按本文良里塔格组的定义,良里塔格组上段在周志毅等(1990)实测并描记的良里塔格组建组剖面(剖面起点:N40°0.910′,E78°56.143′;剖面终点:N40°0.852′,E78°56.185′;基本产状:130°∠10°)(图2,地点10)出露最好,南一沟剖面良里塔格组下段与周志毅等(1990)的良里塔格组建组剖面衔接,构成中—上奥陶统序列,良里塔格组上段在良里塔格山脉易于识别,为“中红灰岩”、“上红灰岩”与灰色、灰白色灰岩互层,良里塔格组的顶界倾没于戈壁滩中(图4)。笔者在重新研究巴楚地区奥陶系的过程中,还牵涉到奥陶系建阶和统的主要门类之一牙形刺生物带的划分原则问题。牙形刺生物带的底界以该带命名种的首现来确定,必需满足两个条件:1)地层记录中要能确立该种的演化谱系,或者说在该种的首现层位之下要能发现和确定其祖先种,在完整的记录中还应该发现其形态过渡种;2)除命名种之外还要有一个特征的生物群,特别是和命名种在层位对比上有稳定关系的特征种,它们和命名种形成的组合可准确界定该生物带内的层位。即使是生物带的命名种,其绝大多数都不只限于所命名的生物带内,而是可以上延至更高的生物带中。在某一个层位中只发现该命名种,而没有可协助它确定准确层位的其他特征种,并不能确认该层位就代表了这一生物带。因此,在不能确切建立“牙形刺带”的前提下,本文采用“牙形刺层”、“牙形刺动物群层位”,而不是牙形刺生物带,这样做既实事求是,又不降低它们在地层对比中的重要作用,在地层对比讨论中也留有余地。奥陶系高精度牙形刺带命名和划分是以大西洋型,即较深水、凉水型分子为标准的。在塔里木较深水相(如柯坪大湾沟等地)的萨尔干组和坎岭组建立的4个牙形刺生物带完全符合建带要求(倪寓南等,2001)。在巴楚地区,吐木休克组灰岩中已出现了大西洋型分子,大致具备建立牙形刺带的条件;而一间房组和良里塔格组浅水、暖水碳酸盐岩多属北美中大陆型沉积,其中的牙形刺以北美中大陆型分子居多,而且丰度低、属种演化慢,据之建立高精度地层对比方案比较困难,只能确立这些特征种或代表种的出现层位。周志毅等(1990)、倪寓南等(2001)分别将一间房组时代跨度定为原英国标准的“阿仑尼克晚期”和“阿仑尼克晚期”至“兰威恩中期”;周棣康等(1991)定在“阿仑尼克期”至“兰代洛期”。熊剑飞等(2006)将一间房组顶界置于“下红层”之底,在一间房组中建立了7个牙形刺带,从下至上为Microzarkodinaparva带、Lenodus(A.)antivariabilis带、L.(A.)variabilis带、Eoplacognathuscrassus带、E.pseudoplanus带、E.suecicus带和Pygodusserrus带,但并未发现所有这7个带的标准分子。王志浩等(WangZhi-haoetal.,2006)在周志毅等(1990)分组方案的基础上对比了塔里木全区的牙形刺带。一间房组底部产Glyptoconustarimensis动物群,这是从下覆地层鹰山组上延的分子。笔者在距一间房组底部45m处又发现了Periodonflabellum,该种自大坪阶首现,可上延至达瑞威尔阶,并成为达瑞威尔阶的常见分子,在未发现该种在更低层位出现的情况下,可考虑建立Periodonflabellum层作为一间房组中段的牙形刺层位(图3),一间房组底部至今未发现可准确指示达瑞威尔阶底界的化石,却又有一些大坪阶上延分子,因此,本文建议暂时将一间房组底界下移到大坪阶近顶部。熊剑飞等(2006)在一间房组顶部发现Lenodusvariabilis,属L.variabilis带;他们还在一间房组底部见到Microzarkodinaparva,但所示M.parva(熊剑飞等,2006,图版1,图4)与典型的M.parva差别较大,因此该种的鉴定尚需商榷,而该属的鉴定是可信的。Microzarkodina首现于大坪期,也是达瑞威尔期的常见分子。以一间房组上、下层位地层的时代和其本身所产的牙形刺,一间房组底部有可能包括了大坪阶的一部分,其主体部分为达瑞威尔阶的地层。桑比阶底界以笔石Nemagraptusgracilis的首现为标准,牙形刺Pygodusanserinus的首现略低于桑比阶的底界并可作为参照(Webbyetal.,2004)。吐木休克组底部已产出大量的牙形刺P.anserinus,特别是与Yangtzeplacognathusjianyeen-sis相伴,说明吐木休克组已达到晚奥陶世早期桑比阶P.anserinus带(图3)。因此,本文认为Pygodusanserinus在吐木休克组出现的时间要晚于该种在其他地区真正意义上的首现,故建立P.anserinus牙形刺层。吐木休克组至少包括了P.anserinus牙形刺层和Baltoniodusalobatus牙形刺带,其中B.alobatus带的某些特征分子可以上延到良里塔格组。笔者虽已发现了B.variabilis,但它与B.alobatus共生,所以尚未能确立B.variabilis带的底界,但这不排除B.variabilis在吐木休克组中部存在的可能性。熊剑飞等(2006)在吐木休克组P.anserinus带和B.alobatus带之间报道了B.variabilis(=Prioniodusvariabilis)带化石,但他发表的图像中并不具备最特征的和有说服力的stelliplanate(amorphognathiform)分子。区别B.variabilis和B.alobatus最主要的根据是stelliplanate分子的特征。因此仅根据他们提供图像的标本,其层位有可能界于P.anserinus带和B.alobatus带之间,但目前无法精确厘定。良里塔格组下段发现Belodinaconfluens(图3),良里塔格组上段(即良里塔格组建组剖面)的上红灰岩中产B.confluens和Pseudobelodinadispansa等,王志浩、周天荣(1998),王志浩、祁玉平(2001)都已经报道了这一牙形刺动物群,因此本文再次确认自良里塔格组下段的中部就已进入B.confluens带,并延伸到良里塔格组在巴楚出露的最高层位,时代为凯迪早期。此外,南一沟剖面良里塔格组下段出现的Plectodinasp.,Dapsilodusmutatus,Xinjiangculumtypicus和Drepanoistodusvenustus等也是凯迪期常见的分子,它们共同指示了B.confluens动物群的存在。综上所述,本文将巴楚中—上奥陶统牙形刺的分层结果作了归纳(图5)。二、滩礁复合沉积相周志毅等(1990)逐层描记了巴楚露头区奥陶系各组的岩性,对塔里木各地层区的沉积和生物相进行了系统划分,并将巴楚露头区一间房组至良里塔格组的古环境确认为以台地边缘的碳酸盐岩隆起相带为主,吐木休克组“下红灰岩”及其以下约15m的深灰色厚层生物砂屑灰岩为海进期的斜坡环境。顾家裕(1996)、顾家裕等(2005)宏观分析了塔里木中央隆起区沉积相展布的控制因素,将柯坪地区作为巴楚碳酸盐岩台地的北延部分。笔者认为周志毅等(1990)将一间房地区作为台地边缘的观点更合理,柯坪与巴楚在奥陶纪时并非处于同一个南浅北深的缓坡式的碳酸盐岩台地上,而是以现在的沙井子—三岔口断裂分界、奥陶纪时两者之间存在相当距离的不同块体,一间房一带处于巴楚台地的北缘,沙井子—三岔口断裂在很大程度上消减掉了巴楚、柯坪块体之间盆地相的地层。鹰山组与一间房组分界为南一沟剖面0m的起点,向上以1m间距对一间房组—良里塔格组逐层采样,并进行沉积岩微相研究,主要岩石学微相特征示于图6,其结果分析如下。中奥陶统大坪阶顶部到达瑞威尔阶的一间房组在南一沟剖面总厚67m,该组自下而上分为三段:下段(0—13.7m):灰色中层、薄层砂屑泥粒状灰岩为主,亦见砂屑粒泥状、颗粒状灰岩,少量生屑泥粒状灰岩。在距底界7—7.8m间距的层位发育一间房组第1期浅灰色起伏较平缓的小型藻丘,为藻层纹状灰岩和隐藻粘结岩。这期藻丘也见于羊买勒村剖面(图2,地点13)。指示鹰山组顶部出现沉积间断后,一间房组沉积早期开始了新一期的海进,主要为浅水潮坪沉积,短期出现滩间湖低能环境。中段(13.7—49.7m):底部为灰色中层内碎屑泥粒状灰岩、砂屑泥粒状灰岩,含头足类,下部为浅灰、浅灰白色砂屑泥粒状灰岩夹含少量隐藻粘结岩,后者见栉壳状孔隙;向上出现砂屑、棘屑、藻团块颗粒状灰岩,颗粒之间为二世代方解石胶结;距离一间房组底界17—19m厚度间距发育一间房组第2期藻丘,为含窗孔构造的泥状灰岩,具水平藻蓆;这期藻丘在羊买勒村剖面厚度增大为4—5m。向上,一间房组的第3期造礁是由瓶筐石和少量苔藓虫格架形成数米厚的中小型障积礁丘(李越等,2007)。礁丘周围的局部生屑颗粒灰岩具交错层理(26m处最明显),在图2中的剖面点2、剖面点5两处可观察到这期点状礁丘的古生态学和形态学特征;近顶部为棘屑颗粒灰岩和核形石藻团块颗粒灰岩,夹3—4层含瓶筐石和/或棘屑堆积的粗生物碎屑滩,含Girvanella和Nuia的藻屑,偶见苔藓虫碎屑,而棘屑含量局部可达40%—60%,形成棘屑颗粒灰岩。指示一间房组沉积中期为台内滩礁复合沉积体系,由最初的砂屑滩向上变为高能棘屑滩,并发育3—4层瓶筐石礁丘、瓶筐石—棘屑浅滩建造,但它们不像是台缘带的礁滩,而更可能是发育于缓坡带上的。这套滩礁复合沉积体系对油气储集颇为有利。上段(49.7—66.89m):暗灰色中—薄层泥质疙瘩状—瘤状灰岩,灰岩疙瘩或瘤体中含海绵骨针砂屑泥粒状灰岩、砂屑棘屑泥粒状灰岩、棘屑海绵骨针粒泥状灰岩。该段下部燧石团块增多,燧石团块中除硅化的棘屑、砂屑之外,还含硅化海绵骨针;向上,海绵骨针含量增多,由5%增加至20%—30%,棘屑含量10%—20%,其他生物碎屑为少量三叶虫、介形类介壳和少量腹足类,偶见Nuia藻屑。指示一间房组沉积晚期,海平面继续上升,高能带常见的礁、滩相发育较差,代之为滩间潮下低能环境,以近浪基面之下较深水的沉积体系为主,海水变深是一间房组中段瓶筐石礁滩迅速消亡的主导因素。桑比阶的吐木休克组(下红灰岩)厚度仅有10.14m(66.89—77.03m):紫红色薄层状生屑粒泥状灰岩、含生屑泥状灰岩(图6),灰泥中含氧化铁,生物组分为头足类、三叶虫以及薄壳型三叶虫、介形类碎屑,含较多薄壳型腹足类个体,在部分棘屑、苔藓虫屑的外缘生长有铁质微生物(蓝菌类)长成的微型叠层石,海绵骨针含量增多。一间房组沉积晚期发生渐进式的区域性海水加深事件,到吐木休克组沉积期达到峰值,其牙形刺动物群具有大西洋型色彩。吐木休克组在一个阶的时限内厚度如此之小,表明当海平面快速上升并达到最大海泛时期,该区容纳空间增大,但较深水的环境抑制了碳酸盐岩的生产力。由于一间房到唐王城一带不存在台缘斜坡,所以更可能为最大海侵阶段发育的凝缩层段。吐木休克组的时代比扬子区的宝塔组略早,但有部分重叠,其沉积特征和生物组成方面也具有相似性,发育网纹构造,大化石以头足类为主(图6)。对宝塔组的“宝塔相”网纹灰岩的成因解释主要有三种:1)刘特民等(1983)、陈旭等(1986)认为宝塔组在扬子区大面积分布,代表大规模海侵,是一种水下沉积物脱水形成的收缩裂纹;2)陈均远等(1991)认为是一种“时尚沉积”(a“fashion”biosedimentation),由于海底的贫营养背景,下伏泥岩排水作用向海床浅表面输送可溶性二价铁溶液被氧化成三价铁,将灰泥染色后变红色;由于头足类的捕食压力,使底栖动物采取穴居的生存适应方式,大量的潜穴造成灰岩表面的网纹构造;3)周传明、薛耀松(2000)认为是物理成因,是正常浪基面之下、风暴浪基面之上(50—150m)成岩早期形成的准同生泄水构造。吐木休克组的网纹构造成因,可排除海底沉积物脱水作用和动物潜穴成因,为较深水区低能环境形成的含铁质生屑粒泥状灰岩,具游泳型头足类、薄壳型介形类,基质灰泥中含少量粉屑,含铁质和少量陆源泥。凯迪阶下部的良里塔格组只包括一个牙形刺动物群,即Baltoniodusconfluens动物群。该组下段在南一沟剖面厚100.7m,其沉积序列总体上表现为以下几个岩性组合(图6)。77.3—102m:暗灰色,底部中层状、向上变为薄层状似瘤状泥状灰岩,中部夹一层暗灰色页岩,向上为薄层泥状灰岩、生屑粒泥状灰岩夹少量页岩,生屑含量20%—30%,主要为棘屑,占15%—20%,其次为三叶虫、介形类,少量腹足类、钙藻Eoglonilina和Mastopora;似瘤状泥灰岩中含少量三叶虫、介形类、棘屑,偶见类似管孔藻、粗枝藻、球松藻类的碎屑和蓝菌类粘结形成的团块。102—141m:浅紫灰色薄层状藻屑或藻团块泥粒状灰岩、藻屑砂屑泥粒灰岩夹泥状灰岩、粉屑泥状灰岩和隐藻粘结岩,形成良里塔格组第1期藻丘,在图2的剖面点9,藻丘相变为藻屑、鲕粒滩;藻丘中见钙藻Eoglonilina、Verminopora,不同类型的串珠状藻丝体和团块,其他少量的生屑,如三叶虫、介形类、棘皮类碎屑,偶见苔藓虫、双壳类、腹足类。其中的团块分两类:1)隐藻粘结藻屑、粉屑和少量生屑,无层纹,边缘有不规则的暗色层包裹,它不同于隐藻形成的核形石,后者具核心和不规则同心层纹而与隐藻团块相区别;2)Girvanella包裹颗粒形成的团块,内具相互缠绕的藻丝体。141—161m:暗灰色薄层状泥状灰岩,泥质条带中含微晶菱形白云石晶粒。161—176m:暗灰色中薄层状含藻屑粒泥状灰岩、藻屑泥粒灰岩夹泥状灰岩,Eoglonilina,Verminopora,Girvanella占优势,偶见介形类和腹足类,而棘皮类、苔藓虫相对稀少。良里塔格组上段,即周志毅等(1990)建组剖面的良里塔格组,可识别出2期以隐藻、钙藻为主体的藻丘建造。由下至上分为4套岩相组合:1)厚度为11.85m的紫红、紫褐灰色薄层团粒泥状灰岩,含砂屑、少量鲕粒和生屑的泥粒状灰岩,即一般通称为“中红灰岩”的层段,在该剖面为砂屑滩(图4),向北至地点8(图2)相变为鲕粒滩,再向北10km到南一沟、一间房附近(图2,地点1、3、4、7)相变为