塔東地區寒武紀—早奧陶世古地理格局新認識

盧朝進，田海芹，王 媛，胡方杰，王菲菲

(1.中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石油大學，北京 102249；3.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000；4.西南石油大學，四川 成都 610500)

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塔東地區寒武紀—早奧陶世古地理格局新認識

盧朝進1，2，田海芹1，王 媛1，2，胡方杰3，王菲菲4

(1.中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石油大學，北京 102249；3.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000；4.西南石油大學，四川 成都 610500)

沉積巖石學的研究與實踐充分說明(準同生)白云巖是潮坪、潟湖、局限臺地、蒸發臺地等淺水環境的產物；煤巖學研究與實踐也充分說明，石煤炭質泥巖及含磷巖系(如磷塊巖)是淺水或近地表滯留環境如潮坪、沼澤、潟湖等環境的產物；尤其是準同生白云巖與(含石煤)炭質泥巖共生，更是淺水環境的有力證據。為此，以(準同生)白云巖、(含石煤)炭質泥巖等特殊巖石類型為基本沉積環境標志，在露頭、鉆井、地球物理、室內分析等多種研究成果的基礎上，對塔里木盆地東部地區寒武紀—早奧陶世的沉積環境進行了研究，認為塔里木盆地東部寒武紀—早奧陶世為淺水沉積環境，從而對塔里木盆地的古地理格局提出了新的認識，即“東高西低，東沼西潟”。

塔里木盆地；寒武紀；早奧陶世；潮坪-沼澤；潟湖；古地理

0 引 言

在沉積學中，“相”即為“沉積相”，目前比較一致的理解為沉積環境及在該沉積環境中形成的沉積巖(物)特征的綜合。其中沉積環境與沉積巖特征之間存在著辯證關系，即沉積環境決定沉積巖特征，而沉積巖特征又是沉積環境的物質表現。而“巖相”是指一定沉積環境中形成的巖性或巖性特征的組合。沉積相標志中，巖性或巖性組合特征為最典型的標志之一，可反映沉積時期的環境[1]。前人關于塔里木盆地巖相古地理的研究認為，其古地理格局為“東盆西臺”或“西高東低”；而塔里木盆地東部地區(簡稱“塔東地區”)是以庫魯克塔格—滿加爾坳拉槽為主的深海—半深海沉積環境為主[2-6]。但在對塔里木盆地編圖過程中發現，前人認為能夠代表深?！肷詈５哪鄮r、泥質灰巖、硅質泥巖的巖性相標志與淺水沉積環境的典型相標志準同生白云巖共生，故提出關于塔里木盆地古地理沉積環境的新認識，以供商榷。

1 白云巖、炭質泥巖(含石煤)的基本沉積環境

1.1 白云巖的基本沉積環境

關于白云巖的成因，前人做了很多研究[5-6]。其基本沉積環境(規模白云巖的發育環境)可作如下概括：潮坪、潟湖、障壁島(灘壩)、局限臺地與高地(也是廣義的潮坪、潟湖、障壁島，再加海平面的周期性升降變化、海水運動、潮汐作用，特別是揚沉作用的改造)。關于原生白云巖至今仍有爭論，但有的白云巖本身就是沉積環境標志，如潮坪或潟湖成因的準同生白云巖；有的白云巖中還殘留有原來石灰巖的特征如鮞粒白云巖等，還有的白云巖與其他的蒸發巖橫向上相鄰或垂向上疊加相互反映沉積環境。

準同生白云巖主要指形成于潮坪、潟湖、局限臺地等環境中，發生在剛沉積不久的表層碳酸鹽巖沉積物粒間，高鎂的粒間水或表層水常與早期沉積的文石顆粒相接觸，隨著Mg、Ca比的增大，不可避免使文石被交代，轉變為白云石。所謂準同生，即剛沉積不久的沉積物尚未脫離原沉積環境就被交代。發育于潮坪中的準同生白云巖主要是土黃色、灰黃色，薄層狀產出，呈泥晶—泥粉晶結構，泥質含量較高，有時含陸源石英砂巖和粉砂；發育于潟湖環境的準同生白云巖以灰色—深灰色、灰黑色為主，泥晶—泥粉晶結構。特別值得注意的是，準同生白云巖有時鈣質含量很高，滴稀鹽酸立即冒氣泡，且結構組分以泥晶、泥粉晶為主，所以在鑒定巖性時常常把準同生白云巖當作含泥灰巖或泥灰巖，認為是深水環境的標志，而實際上應是潮坪、潟湖、局限臺地相，為淺水環境的巖性標志[1，5-6]。

1.2 炭質泥巖(含石煤)等的基本沉積環境

塔里木盆地自震旦紀至早奧陶世，與揚子盆地的演化極為類似(可直接對比)，基本沒有發生大規模的構造運動，是一個相對較穩定的時期。特別是震旦紀和早寒武世期間，其構造、古地理背景及演化更是極為類似[7-9]。而近期對揚子地區沉積環境的研究進展也對塔里木盆地的古地理格局的研究具有一定的啟示和指導作用[10]。

1.2.1 石煤和炭質泥巖的概念

石煤是一種含碳少、發熱值低的劣質無煙煤，主要由菌、藻類等生物形成，為含礦物質較高的一類可燃有機巖。石煤大多具有高灰、高硫、低發熱量和硬度較大的特征，為此，石煤也可稱為高灰分的腐泥無煙煤或藻煤[11]。炭質泥巖：廣義的炭質泥巖是含炭質較高的泥巖；狹義的或巖石學意義的炭質泥巖炭質含量要小于50%。

1.2.2 炭質泥巖(含石煤)的基本沉積環境

石煤主要發育于中新元古代及早古生代地層中，由菌藻類等生物遺體在濱岸沼澤、潟湖、海灣條件下經腐泥化作用和煤化作用轉變而成。在地史早期(即元古宙到早泥盆世)，大多數生物存在于海洋中，且以低等植物如菌藻類構成了當時植物的主體。同時，由于潮坪環境和淺海環境營養豐富，環境優越，有利于生物的生存和繁殖，是藻類最為發育的地帶，進而演變成規模聚煤的有利相帶。前人研究認為，中國的聚煤期始于震旦世，于早古生代聚煤作用逐漸活躍并達到高峰，并形成中國地史上第一個聚煤期和最早的海相聚煤模式形成期[11]。

眾所周知，中國南方特別是揚子地區，在下寒武統下部牛蹄塘組等發育了一套含石煤炭質泥巖(頁巖)，是南方非常重要的優質烴源巖層系之一[12-14]。通過對這套炭質泥巖(含石煤)烴源巖進行野外考察，發現其含碳量豐富，可直接作為燃料燃燒。揭示了這套炭質泥巖實為泥炭沼澤、潟湖等淺水環境堆積演變而成。因此，石煤的大量生成是指示潮坪、沼澤、潟湖等淺水環境的重要標志。

至此，尚需提及含磷沉積巖的沉積環境問題。在揚子地區和塔里木盆地的某些地區，震旦系上部發育磷礦層磷塊巖。而磷礦層的頂、底板巖性均為白云巖。化學分異作用原理表明，規模含磷沉積巖多屬盆地淺水膠體沉積，與氧化鋁、氧化硅、氧化鐵等風化殼型膠體沉積類似，與深海洋流循環所攜帶之磷質物質關系不密切，這是因為磷以及氧化鋁、氧化硅、氧化鐵的初始來源還是巖漿巖。表明與白云巖共存的含磷沉積可能并非是深海環境的產物。

綜上，推測震旦紀沉積之后的桐灣運動使揚子地區發生了一次準平原化作用。自寒武紀沉積開始之時，揚子地區接受了一套含有石煤和炭質泥巖的沉積(圖1)，其沉積環境應為潮坪、潟湖、沼澤等淺水環境。

圖1 中國南方石煤分布[11]

①云金表.天山南地區勘探進展、工作難點與攻關方向[R].中石化塔里木盆地海相前瞻項目成果交流會材料.北京，2009：66-70.

2 英東2井等有關白云巖、炭質泥巖資料(相標志)

關于整個塔里木盆地及塔東地區，前人大多認為[2-3]，塔里木盆地古地理格局為“東盆西臺或西高東低”。而塔東地區在早寒武世有一次海侵，海水從北部和東部進入盆地，海平面開始上升，缺少陸源沉積，以泥巖、灰質泥巖、泥質灰巖、硅質泥巖等深?！肷詈３练e為主，從而在寒武系發育了一套重要的烴源巖[15-18]。根據云金表的研究結果，塔東地區沉積的泥質灰巖或灰質泥巖實為準同生白云巖①。而規模準同生白云巖為淺水環境的典型相標志，且巖性組合多為準同生白云巖與泥巖和準同生白云巖與泥質灰巖互層，以及準同生白云巖與泥巖和泥質灰巖三者互層，實為典型的潮坪、沼澤、潟湖沉積的巖相組合，故筆者認為塔東地區在寒武系應為碳酸鹽巖臺地沉積環境，該區沉積的泥質烴源巖實為潮坪、沼澤、潟湖、局限臺地相沉積；而整個塔里木盆地的格局為“東高西低，東沼西潟”。

2.1 塔東地區英東2井等有關資料

從圖2可以看出，塔里木盆地東部在震旦紀、寒武紀和早(中)奧陶世最大的沉積學特征，就是總體為白云巖夾炭質頁巖。如寒武系自下而上劃分為：西大山組—西山布拉克組、莫合爾山組和突爾沙克塔格群[19]。

圖2 塔里木盆地東部地區寒武系地層對比圖[19]

2.1.1 下寒武統西大山—西山布拉克組

塔東1井下寒武統巖性主要為褐色砂屑白云巖，亮晶膠結物，含泥質不均，夾硅質；英東2井和南雅爾當山露頭西大山—西山布拉克組主要由黑色泥巖和硅質巖組成，見順層發育的黃鐵礦；米蘭1井由于僅鉆遇小部分下寒武統，巖性為泥巖與白云巖互層。

2.1.2 中寒武統莫合爾山組

塔東1井、米蘭1井、英東2井及南雅爾當山露頭差別較為明顯。塔東1井分為2段，上部以巨厚層深色(準同生)白云巖為主，夾黑色炭質泥巖；下部以局部厚層黑色炭質(硅質)泥巖為主。米蘭1井也主要以準同生白云巖為主，中間夾炭質泥巖層。英東2井主要以黑色炭質泥巖夾深色(準同生)白云巖為主，向上白云巖含量增高。南雅爾當山露頭上部則以準同生白云巖為主，下部以黑色炭質泥巖、灰黑色泥質灰巖和準同生白云巖互層為主。

2.1.3 上寒武統突爾沙克塔格群下段

米蘭1井、英東2井和南雅爾當山露頭的巖性特征極為相似，均沉積了一大套白云巖(包括準同生白云巖)，據此可推測該區上寒武統中白云巖廣泛分布，且發育穩定；南雅爾當山露頭在寒武系頂部發育一套泥巖。而塔東1井下部發育黑色(準同生)白云巖，上部發育厚層瘤狀泥灰巖。

整體上，突爾沙克塔格群下段白云巖廣泛發育且分布穩定，并且這套白云巖是一套優質儲層[19]，

②陳旭，王向東，等.塔里木海相地層對比[R].中石化海相前瞻項目交流資料.2009：36-40.

其形成機理有潮上蒸發坪(蒸發泵)準同生白云化、滲透回流白云化、深埋藏白云化和高溫熱液白云化，但導致白云巖大規模形成的是準同生白云化和滲透回流白云化。

2.1.4 中下奧陶統突爾沙克塔格群上段及黑土凹組

整體巖性組合也是白云巖與炭質泥巖組合。但卻爾卻克山和南雅兒當山黑土凹組之間的變化太快(圖3)，所以該地區在早奧陶世并非是深海環境②。

3 塔里木盆地寒武紀、奧陶紀巖相古地理

根據對塔里木盆地巖相古地理的新認識，通過對野外露頭、測井、地震等資料的研究，并參考定量古地理編圖等資料，綜合優化了塔里木盆地寒武紀、奧陶紀構造—巖相古地理圖(圖4)。其中變化最大的就是塔里木盆地寒武紀早奧陶世的古地理格局從原來的“東臺西盆、西高東低”恢復為今天的“東高西低、東沼西潟”。還可以看出，從早寒武世到晚寒武世，水體是逐漸加深的。早寒武世以沼澤—潟湖、云膏潟湖和含膏云坪為主，沼澤—潟湖主要發育于塔東和塔西地區阿瓦提坳陷，云膏潟湖主要發育于塔西地區巴楚隆起，而整個塔里木盆地的南部和北部以含膏云坪為主；故認為海水應從盆地西南部進入，故在西南部發育潮坪沉積；盆地北部在克拉1、克拉2井周緣發育高能灘相沉積，在輪西1—東河1井一帶為陸地；盆地南部瑪扎塔格高地出露。中寒武世繼承了早寒武世巖相古地理格局，但由于水體持續變深，塔西地區云膏潟湖發育，且在柯坪地區、巴楚隆起、瑪扎塔格高地周緣和塔中地區大規模發育了高能灘相沉積。晚寒武世，整個盆地發育成為以藻云巖為主的灘坪組合，高能灘相廣泛分布于除盆地東部以外的地區。

圖3 塔里木盆地卻爾卻克山和南雅兒當山奧陶紀地層對比簡圖②

圖4 塔里木盆地寒武紀、奧陶紀有關巖相古地理圖

4 結 論

(1) 通過對準同生白云巖和(含石煤)炭質泥巖沉積環境的分析，以及對石煤發育的條件和古地理環境的闡述，指出大規模的準同生白云巖與炭質泥巖(含石煤)的巖性組合指示的沉積環境并非半深水—深水環境，而是潮坪、潟湖、局限臺地相所發育的淺水環境。

(2) 塔里木盆地東部地區寒武系地層，其巖性主要是規模的準同生白云巖、泥巖和泥質灰巖的巖性組合；且塔里木板塊和揚子板塊在寒武紀時期經歷了相似的構造運動，是可直接對比的；故認為塔里木東部地區寒武系地層發育潮坪、潟湖、局限臺地相，為淺水環境；因此提出塔里木盆地寒武紀至早奧陶世古地理格局為“東高西低，東沼西潟”。

致謝：論文的撰寫得到了中國石化石油勘探開發研究院勘探所科研人員的支持和指導，在此一并表示感謝！

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編輯 劉兆芝

20150115；改回日期：20150610

“十二五”國家重大專項 “海相碳酸鹽巖大中型油氣田分布規律及勘探評價” (2011ZX05005)；國家重點基礎研究發展計劃(“973”計劃) “中國早古生代海相碳酸鹽巖層系大型油氣田形成機理與分布規律” (2012CB214801)

盧朝進(1990-)，男，2012年畢業于中國地質大學(武漢)資源勘查工程專業，現為中國石油大學(北京)地質工程專業在讀碩士研究生，從事儲層地質學研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.010

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0037-05