图1 塔里木盆地构造分区示意图及研究区寒武纪古水深分布(修改自文献[10])
Fig. 1 Schematic diagram of structural division of Tarim Basin and Cambrian paleo-water depths in the study area (modified from Ref. [10])
北京大学学报(自然科学版) 第61卷 第5期 2025年9月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 61, No. 5 (Sept. 2025)
doi: 10.13209/j.0479-8023.2025.020
中国石化西北油田分公司勘探开发研究院协作项目(KY2022-034)资助
收稿日期: 2024–09–23;
修回日期: 2025–02–28
摘要 依据塔里木盆地北部野外露头和典型钻井样品的薄片观察, 准确地建立肖尔布拉克组沉积模式, 精细地刻画高能丘滩相的时空分布规律。结合前人研究成果, 经过综合分析认为, 塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组具有碳酸盐岩缓坡沉积的特征, 发育混积潮坪、内缓坡(云坪、潟湖与浅滩)、中缓坡(内带、外带、洼地、微生物丘和浅滩)、外缓坡–盆地等沉积相和岩相类型。通过精细地刻画等时层序地层格架内不同地区沉积相的时空展布特征, 建立“盆地中部低洼、东部远端变陡”的碳酸盐岩缓坡沉积模式, 有利于优质储层发育的高能微生物丘和浅滩主要受原始古地貌和相对海平面升降影响, 塔中地区发育内缓坡浅滩, 巴楚地区和柯坪地区发育中缓坡微生物丘或浅滩, 轮南地区高部位发育中缓坡浅滩。
关键词 塔里木盆地; 下寒武统; 肖尔布拉克组; 层序地层框架; 沉积相; 沉积模式
2012 年, 在塔里木盆地中深 1 井和侧钻中深 1C井的下寒武统肖尔布拉克组 6597.63～6785.00m 井段与 6861～6944m 井段分别获得日产气 30281m3 和158545m3[1], 揭示寒武系盐下白云岩成藏条件优越, 勘探前景广阔[2–5]。然而, 中深 1 井获得突破以来, 在塔北、巴楚–塔中隆起带部署的多口以寒武系为目的层的钻井(如玉龙 6 井、新和 1 井、楚探 1 井等)相继失利, 反映下寒武统成藏的复杂性, 尤其对肖尔布拉克组有利储集相带特征及其分布规律的认识不足。现有研究中, 针对肖尔布拉克组沉积模式主要有两种认识, 一种认为是碳酸盐台地沉积[6–11], 另一种则认为是碳酸盐岩缓坡沉积[12–14]。陈永权 等[10]认为塔里木盆地塔北–柯坪地区的下寒武统肖尔布拉克组为缓坡型台缘沉积, 中部台内滩大面积连片分布, 南部发育斜坡–盆地沉积。沈安江等[11]认为塔里木盆地中–下寒武统为缓坡–弱镶边型台地沉积, 弱镶边台地内部主要由混积潮坪、膏云坪、台内丘滩和台内洼地构成。田雷等[13]结合构造古地理格局与钻井岩相分布, 认为肖尔布拉克组以具有台地性质的碳酸盐岩缓坡沉积为特征。郑剑锋 等[15]基于多条野外剖面及样品薄片观察资料, 认为肖尔布拉克组以碳酸盐岩缓坡沉积为特征。近年来, 随着深层勘探的推进、资料的积累和研究的不断深入, 越来越多的学者认为肖尔布拉克组为碳酸盐岩缓坡沉积模式, 优势沉积相是肖尔布拉克组储集层的主控因素。但是, 对于沉积相在层序地层框架中的分布及演化, 目前尚缺乏统一的认识。
本研究基于塔里木盆地露头以及最新钻井的岩芯、薄片和测井等资料, 结合沉积相标志, 对典型单井和野外露头剖面进行沉积相的精细划分, 并以碳酸盐岩层序地层学理论[16–17]和方法[18–19]为指导, 开展等时地层格架内的沉积相精细对比, 建立下寒武统肖尔布拉克组碳酸盐岩缓坡沉积模式, 为塔里木盆地深层油气勘探提供理论支撑。
塔里木盆地位于新疆维吾尔自治区, 是一个在古生代克拉通盆地和新生代前陆盆地基础上, 经历多期次的沉降–隆升而形成的大型复合式叠合盆 地[20]。塔里木盆地夹持于天山、西昆仑山和阿尔金山三大褶皱造山带之间, 整体上呈菱形, 东西向展布, 面积为 56×104 km2, 是我国西部最大的含油气盆地[21]。如图 1 所示, 盆地周缘分布着 4 个隆起带, 即东北部库鲁克塔格隆起带、西北部的柯坪隆起带、西南部的铁克里克隆起带和东南部的阿尔金隆起带, 内部可以划分为“五隆五坳”10 个构造单 元[22–23], 即柯坪断隆、塔北隆起、巴楚隆起、塔中隆起、东南隆起、库车坳陷、北部坳陷(阿瓦提凹陷、满西低凸起和满加尔坳陷)、塘古坳陷、东南坳陷及西南坳陷。
图1 塔里木盆地构造分区示意图及研究区寒武纪古水深分布(修改自文献[10])
Fig. 1 Schematic diagram of structural division of Tarim Basin and Cambrian paleo-water depths in the study area (modified from Ref. [10])
塔里木盆地寒武系沉积古地貌主要受前寒武纪构造活动控制, 震旦纪晚期受到较强的构造抬升剥蚀, 呈现南高北低、西高东低的整体特征[24–26], 其古构造可以划分为三大古隆起和两大洼地: 塔西南古隆起、柯坪–温宿低隆起和轮南–牙哈低隆起以及南北高隆起之间的洼地和东部盆地[10,27]。塔西南古隆起位于现今西南坳陷南部、塘古坳陷和东南坳陷中部的泽普–和田–且末一带。柯坪–温宿低隆起位于西南坳陷北部和柯坪断隆的乌恰至阿克苏一带。轮南–牙哈低隆起位于塔北隆起东部的牙哈 5 井至塔深 1 井一带。南北高隆起之间的洼地位于现今麦盖提斜坡中部的阿瓦提凹陷和满西低凸起, 东部盆地位于现今满加尔坳陷。以轮南–古城台缘带为界, 可把寒武系划分为塔西和塔东两个地层区[28]。塔西地区西部的柯坪–巴楚地区, 下寒武统肖尔布拉克组自下而上主要发育薄层泥晶白云岩、晶粒白云岩、中厚层颗粒白云岩和藻白云岩(图 2)。塔西地区东部的轮南地区, 肖尔布拉克组主要为泥晶灰岩和云质灰岩, 塔东地区与肖尔布拉克组对应的地层则以泥岩、泥灰岩、黑色页岩和硅质岩为主[29]。
综合野外露头、岩芯和测井资料反映的沉积相标志, 本文认为塔里木盆地及周缘地区发育碳酸盐岩缓坡沉积, 自盆地西南向东北, 依次发育混积潮坪、内缓坡、中缓坡和外缓坡–盆地沉积相类型。
塔里木盆地巴楚–塔中地区肖尔布拉克组沉积期多处于晴天浪基面之上, 受潮汐作用影响, 发育近岸混积潮坪[1,11,30], 以泥质石英砂岩、云质砂岩、砂质白云岩和泥质白云岩等不等厚碳酸盐岩与陆源碎屑岩薄互层为特征(图 3(a))。不同厚度沉积序列的发育, 可能是受海平面波动、陆源碎屑供应和古气候变化的影响, 分布较为局限, 主要沿肖尔布拉克组沉积早期西南缘的古隆起周缘分布, 距离陆源碎屑供应区较近, 中深 1 和中寒 1 等钻井中肖尔布拉克组的下部发育该沉积相。
内缓坡位于最大海泛面和晴天浪基面之间, 根据岩石类型和沉积特征, 肖尔布拉克组的内缓坡相可以识别出云坪、潟湖和浅滩 3 种沉积亚相。
图2 塔里木盆地西部寒武系岩性柱状图
Fig. 2 Cambrian lithologic column in the western Tarim Basin
1)云坪亚相。主要岩石类型为泥质白云岩、泥晶白云岩、细晶白云岩、少量膏质白云岩及晶形较好的粉晶白云岩, 常形成深色条带状的泥晶白云岩(图 3(b)), 位于平均低潮线以上, 反映地形平缓、能量较低、以潮汐作用为主的沉积环境。该沉积亚相主要分布于巴楚–塔中地区康 2、巴探 5 和玛北 1等钻井的肖尔布拉克组中上部。
2)潟湖亚相。研究区内缓坡潟湖可以划分为局限潟湖和蒸发潟湖, 其中蒸发潟湖以泥质白云岩、膏质白云岩和膏盐岩为主, 指示水体较深、循环较差、蒸发作用较强、盐度较高的沉积环境(图3(c)); 局限潟湖以泥岩、泥质白云岩、粉晶白云岩和膏质白云岩为主(图 3(d)和(e)), 反映地形较为低洼、水体循环受限的沉积环境。相比于局限潟湖, 蒸发潟湖具有更封闭的水体环境以及更高的盐度。平面上, 潟湖主要分布于巴楚地区西部的康 2 井、巴探 5 井和同 1 井附近; 纵向上, 局限潟湖主要位于肖尔布拉克组下部, 而蒸发潟湖主要位于肖尔布拉克组上部。
(a)云质砂岩, 陆源碎屑石英大小不均一, 磨圆度差, 中寒 1 井, 7450m, 混积潮坪沉积; (b)泥晶白云岩, 局部泥质含量较高, 玛北 1 井, 6240m, 内缓坡云坪沉积; (c)膏质白云岩, 晶粒间发育被裂缝切割硬石膏, 巴探 5 井, 5752.25m, 内缓坡蒸发潟湖沉积; (d)细晶白云岩, 局部含硬石膏, 巴探 5 井, 5784.34m, 内缓坡局限潟湖沉积; (e)粉细晶白云岩, 发育晶间溶孔, 巴探 5 井, 5783.4m, 内缓坡局限潟湖沉积; (f)鲕粒白云岩, 鲕粒内部发生溶蚀再充填, 中深 1 井, 6794m, 内缓坡浅滩沉积
图3 塔里木盆地巴楚–塔中地区下寒武统肖尔布拉克组混积潮坪及内缓坡典型沉积相标志
Fig. 3 Typical markers of mixed tidal flat and inner ramp facies of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Bachu-Tazhong area, Tarim Basin
(a)灰质白云岩, 白云石分散分布, 塔深 5 井, 8430 m, 中缓坡外带沉积; (b)灰质白云岩, 轮探 1 井, 8175 m, 中缓坡内带沉积; (c)砾屑灰岩, 发生重结晶, 塔深 5 井, 8282 m, 中缓坡外带沉积; (d)砾屑灰岩, 砾屑呈竹叶状, 杂乱分布, 塔深 5 井, 8243.52 m, 中缓坡内带沉积; (e)球粒灰岩, 发生重结晶作用, 塔深 5 井, 88687 m, 中缓坡外带沉积; (f)球粒灰岩, 局部发生白云石化, 轮探 1 井, 8500 m, 中缓坡外带沉积
图4 塔里木盆地北部地区下寒武统肖尔布拉克组中缓坡典型沉积相标志
Fig. 4 Typical markers of middle ramp facies of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Tabei area, Tarim Basin
3)浅滩亚相。内缓坡浅滩的岩石类型以砂屑白云岩、鲕粒白云岩和生屑颗粒白云岩等多种具有颗粒结构的碳酸盐岩为主(图 3(f)), 根据岩石类型, 可以划分为砂屑滩和鲕粒滩, 位于晴天浪基面以上, 反映古地貌较高、水体动荡、能量较强的高能环境。垂向上, 内缓坡浅滩常与云坪相伴出现, 形成的高能沉积与低能云坪沉积构成高频互层; 横向上, 浅滩与云坪相间分布。内缓坡浅滩分布较为局限, 目前仅在塔中地区中深 1 井附近肖尔布拉克组顶部发育浅滩亚相。
中缓坡位于晴天浪基面与风暴浪基面之间, 海底受风暴浪影响较大, 肖尔布拉克组的缓坡相共识别出内带、外带、洼地、浅滩和微生物丘 5 种沉积亚相。
1)内带亚相。中缓坡内带岩石类型以灰质白云岩、粉晶白云岩和细晶白云岩为主(图 4(a)和(b)), 反映水动力条件较弱的沉积环境。在塔深 5 井岩芯中, 可以见到呈薄层状的竹叶状砾屑灰岩, 石砾直径超过 2mm, 磨圆度较高, 分选性极差(图 4(c)和(d))。这类高能沉积物指示肖尔布拉克组沉积晚期发生过间歇性的风暴作用[31]。该沉积亚相在柯坪–巴楚地区肖尔布拉克剖面、舒探 1 井以及北部隆起的新和 1 井、塔深 5 井等的肖尔布拉克组上部均有分布。
2)外带亚相。中缓坡外带岩石类型以泥晶灰岩、云质灰岩和球粒灰岩为主(图 4(e)和(f)), 云质白云岩常具有弱纹层状和层纹状特征, 位于晴天浪基面以下, 风暴浪基面以上, 反映沉积水体中–低能、较为开阔的沉积环境。塔西北苏盖特布拉克剖面和昆盖阔坦剖面广泛分布形成于中缓坡外带沉积背景、受风暴高峰期涡流–碎屑流控制的沉积[31–32]。该沉积亚相广泛发育于塔里木盆地北部地区。
3)洼地亚相。中缓坡洼地岩石类型以泥岩、泥质灰岩及泥晶灰岩为主, 位于晴天浪基面以下, 指示水体深、能量低的沉积环境。需要说明的是, “洼地”指肖尔布拉克组沉积时期南部与北部高隆起之间的低洼区域, 并不包括东部深水盆地, 可依据前积反射带、地貌陡坎及地磁异常等证据[24]来界定洼地边界。中缓坡洼地亚相主要位于北部坳陷, 即阿瓦提凹陷和满西低凸起地区, 目前仅新和 1 井在洼地北部钻遇。
4)浅滩亚相。中缓坡浅滩岩石类型以内碎屑白云岩、鲕粒白云岩和颗粒灰岩为主(图 5(a)～(c)), 颗粒之间的亮晶胶结物表明该相带水体循环较好, 位于晴天浪基面以上, 反映古地貌较高、水体较浅、能量较高、相对开阔的沉积环境。由于部分白云岩受到较强的成岩作用改造, 只能识别出残余颗粒结构, 推测其原始颗粒可能为近地沉积的内碎屑砂屑颗粒(图 5(a))。该亚相主要分布于柯坪地区肖尔布拉克剖面, 巴楚–塔中地区舒探 1、方 1 以及轮南地区轮探 1 等钻井的肖尔布拉克组上部。
5)微生物丘亚相。中缓坡微生物丘岩石类型以凝块石白云岩、泡沫绵层石白云岩和叠层石白云岩为主, 在凝块石白云岩(图 5(d)和(e))和泡沫绵层石白云岩(图 5(f))中可见凝块石与泡沫绵层石的微生物格架之间为亮晶胶结物, 位于平均低潮线以下, 晴天浪基面以上, 指示水体能量较高的沉积环境。叠层石白云岩具有成层性好、明暗纹层交互发育的特征, 位于平均低潮线以上, 反映水体能量中等的沉积环境。该亚相主要分布于柯坪–巴楚地区肖尔布拉克剖面以及舒探 1 和方 1 等钻井的肖尔布拉克组底部和上部。
外缓坡–盆地位于风暴浪基面以下, 岩石类型主要为泥晶灰岩、泥质灰岩、泥岩和硅质泥岩, 一系列细粒沉积物多具有纹层特征, 位于风暴浪基面以下, 反映水体较深、能量极低的沉积环境。该相主要分布于塔里木盆地东部地区, 呈南北向展布。
针对塔里木盆地寒武系层序地层划分方案, 前人已经从经典的碳酸盐岩层序地层学角度开展大量研究, 目前划分为 3 个二级层序的方案较为一 致[7,33], 但三级层序的划分方案仍然存在分歧, 划分出 6 个[34]、7 个[35]、8 个[36]、9 个[37]、21 个[38]三级层序等多种方案。肖尔布拉克组位于寒武系首个二级层序中部, 前人对肖尔布拉克组三级层序的划分有 3 种方案: 1 个[34–35]、2 个[14,36–37,39]和 3 个[7,38]三级层序。在野外露头上观察到肖尔布拉克组发育 3个层序界面: 1)与下伏玉尔吐斯组的岩性转换面; 2) 内部呈“下黑上白”的区域性古喀斯特岩溶面; 3)与上覆吾松格尔组的岩性转换面[39]。本文基于塔里木盆地北部野外露头和典型钻井的综合对比, 将肖尔布拉克组划分为两个三级层序(SQ1 和 SQ2)。由于研究区位于碳酸盐岩缓坡沉积区, 三级层序主要由海侵体系域(transgressive systems tract, TST)和高位体系域(highstand systems tract, HST)组成。
(a)亮晶内碎屑白云岩, 颗粒呈残余结构, 发育粒间/粒内溶孔, 英尔苏剖面, 中缓坡浅滩沉积; (b)亮晶内碎屑白云岩, 发育粒间溶孔, 舒探 1 井, 188 6m, 中缓坡浅滩沉积; (c)鲕粒灰岩, 发育沥青充填缝合线, 局部发生白云石化, 轮探 1 井, 8175m, 中缓坡浅滩沉积; (d)野外宏观微生物丘发育特征, 可见大量溶蚀孔洞, 苏盖特布拉克剖面, 中缓坡微生物丘沉积; (e)凝块石白云岩, 发育微生物格架残余孔隙, 苏盖特布拉克剖面, 中缓坡微生物丘沉积; (f)泡沫绵层石白云岩, 发育格架间溶孔, 什艾日克剖面, 中缓坡微生物丘沉积
图5 塔里木盆地柯坪–巴楚地区下寒武统肖尔布拉克组中缓坡典型沉积相标志
Fig. 5 Typical markers of middle ramp facies of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Keping-Bachu area, Tarim Basin
在岩石类型分析及沉积相划分基础上, 采用前人层序地层划分方案[14,36–37,39], 建立等时地层格架内沉积相对比剖面, 分析沉积相横纵向演化规律。
4.1.1 肖尔布拉克组下部
SQ1-TST 沉积时期, 柯坪地区肖尔布拉克剖面发育以粉晶白云岩和细晶白云岩为主的中缓坡内带沉积。较之柯坪地区野外剖面, 巴楚地区北部舒探1 井和方 1 井附近沉积水体更深, 舒探 1 井发育以粉晶白云岩和微生物白云岩为主的中缓坡内带沉积, 而方 1 井水体能量较低, 发育以微生物白云岩为主的中缓坡微生物丘沉积以及以膏质白云岩和泥岩为主的内缓坡局限潟湖沉积。巴楚地区西部的康 2 井发育以粉晶白云岩为主的内缓坡局限潟湖沉积, 巴探 5 井靠近古陆, 发育以泥岩和泥晶白云岩为主的内缓坡云坪沉积(图 6)。向东, 在阿瓦提凹陷转换为以云质灰岩为主的中缓坡外带沉积。至满西凹陷北部新和 1 井附近, 转变为中缓坡洼地沉积。轮南地区塔深 5 井和轮探 1 井发育中缓坡外带沉积, 于深 1 井沉积水体较深, 发育外缓坡相沉积。到满加尔坳陷地区, 发育外缓坡–盆地相沉积(图 7)。
图6 塔里木盆地北部地区下寒武统肖尔布拉克组沉积相连井剖面
Fig. 6 Well tie profile of sedimentary facies of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Tabei area, Tarim Basin
图7 塔里木盆地巴楚–塔中地区下寒武统肖尔布拉克组沉积相连井剖面
Fig. 7 Well tie profile of sedimentary facies of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Bachu-Tazhong area, Tarim Basin
SQ1-HST 沉积时期, 柯坪地区和巴楚地区北部依旧以中缓坡内带沉积为主, 舒探 1 井周缘水体变浅, 发育以灰质白云岩和泥岩为主的内缓坡局限潟湖沉积。方 1 井附近为以粉晶白云岩和云质泥岩为主的内缓坡局限潟湖沉积。由于沉积水体变浅, 且受其东部方 1 井、和 4 井水下低梁阻挡, 巴探 5 井转变为以泥质白云岩和膏质白云岩为主的内缓坡咸化潟湖沉积。塔北地区钻井资料显示其沉积亚相未发生改变, 巴楚地区和塔中地区南部的玛北 1 井、塔参 1 井、中深 1 井及以南地区处于古陆位置, 未发生沉积, 以北邻近地区发育混积潮坪沉积(图 6)。此时, 塔北地区沉积水体仍然较深, 西部为中缓坡外带沉积和洼地沉积, 东部轮南地区为中缓坡外带沉积(图 7)。
从整体上看, SQ1 沉积期的沉积相在横向上具有一定的连续性, 但由于局部古地貌和物源输入的不同, 存在一定的差异。
4.1.2 肖尔布拉克组上部
SQ2-TST 沉积时期, 古水深相对于 SQ1 时期变浅, 水体能量变强, 开始零星地发育小规模中缓坡浅滩和微生物丘沉积, 肖尔布拉克剖面仍然为中缓坡内带沉积, 舒探 1 井和方 1 井发育以泥质白云岩和泥岩为主的局限潟湖沉积, 舒探 1 井水体更深, 发育云质灰岩。康 2 井和巴探 5井水体变深, 康2井水体循环较好, 发育局限潟湖沉积, 而巴探 5 井水体循环受限, 发育以膏质白云岩和膏岩为主的咸化潟湖沉积(图 6)。塔北地区沉积相的分布与肖尔布拉克组下部相似, 未发生变化。该时期巴楚地区和塔中地区南部玛北 1 井、中寒 1 井附近开始接受沉积, 发育内缓坡云坪、混积潮坪沉积(图 7)。
SQ2-HST 沉积时期, 随着水体变浅, 柯坪地区和巴楚地区北部存在大量微生物活动, 肖尔布拉克剖面、舒探 1 井和方 1 井附近发育大量中缓坡浅滩和微生物丘沉积。其中, 肖尔布拉克组 SQ2 高位体系域水体持续变浅, 晚期发育以泥质白云岩和粉晶–细晶白云岩为主的内缓坡云坪沉积, 而舒探 1 井水体循环受限, 发育以粉晶白云岩和膏质白云岩为主的云坪沉积。康 2 井和巴探 5 井所处古地貌部位较低, 海平面下降导致水体循环受限, SQ2 高位体系域下部发育以膏岩为主的内缓坡咸化潟湖沉积, 上部发育以粉晶白云岩为主的内缓坡云坪沉积。玛北 1 井发育以泥质白云岩和粉晶白云岩为主的内低能云坪沉积, 因靠近古陆而含有陆源碎屑物质。随着相对海平面的持续上升, 中深 1 井开始接受沉积, 发育内缓坡云坪、浅滩和混积潮坪沉积(图 6)。此时, 塔北地区塔深 5 井沉积相带从中缓坡外带转变为中缓坡内带, 而轮探 1 井所处构造部位较高, 发育以颗粒灰岩和亮晶内碎屑白云岩为主的中缓坡浅滩沉积, 于深 1 井附近转变为中缓坡外带沉积。值得注意的是, 虽然轮探 1 井与于深 1 井之间距离较近, 但沉积厚度和沉积相差异明显(图 7), 主要原因是受缓坡坡度增大以及水体加深影响。朱永进等[27]在对地震剖面的研究过程中也发现类似的现象。
从整体上看, SQ2 沉积时期的沉积相受古地貌差异、沉积水体能量和物源输入影响, 横向上具有较大的变化。
塔里木盆地肖尔布拉克组构造古地貌继承了震旦纪晚期柯坪运动改造后的格局, 呈现“三隆两洼”的特征, 地层厚度分布稳定, 未发生大规模剥蚀。东西方向, 东部盆地沉积厚度较小, 为 50～100m; 西部南北隆起之间洼地的沉积厚度相对较大, 麦盖提斜坡至巴楚–塔中地区的沉积厚度为 100～300m; 阿瓦提凹陷至满西低凸起地区沉积厚度最大, 可达700m。南北方向, 由于塔西南古隆起的发育, 自北向南地层厚度快速减小, 且出现地层缺失。从整体上看, 塔里木盆地的构造古地貌具有南高北低、凹隆相间的特征, 地层厚度呈现西部厚、东部薄的特征(图 8)。
本研究依据对构造古地貌和沉积厚度的认识, 结合塔里木盆地揭示下寒武统的 25 口钻井岩芯、薄片和柯坪断隆 4 个露头剖面以及前人地震解释成果[10,27], 完成对肖尔布拉克组沉积时期岩相古地理图的精细修编。肖尔布拉克组沉积时期, 塔里木盆地整体上为南西–北东向展布的浅水碳酸盐岩缓坡, 由于缓坡中部存在洼地, 从南西向北东, 海水由浅变深, 再变浅后逐渐变深, 陆源碎屑物质逐渐减少。在靠近塔里木盆地西南古隆起的塔中地区, 发育一套由粉砂岩、云质砂岩和砂质白云岩组成的混积潮坪沉积; 往北西, 沉积水体稍深, 发育内缓坡浅滩、云坪和潟湖沉积; 再往北至塔里木盆地西北部的柯坪–巴楚地区, 随着水体加深, 微生物碳酸盐岩和颗粒碳酸盐岩含量逐渐增高, 发育中缓坡浅滩和微生物丘沉积; 塔里木盆地中部的阿瓦提凹陷和满西低凸起为中缓坡洼地沉积; 轮南地区位于轮探–牙哈低隆, 发育中缓坡内带沉积, 局部高部位发育中缓坡浅滩沉积; 东部盆地的满加尔坳陷主要为外缓坡–盆地沉积(图 9)。
前人通过古地磁学、古生物学以及风暴岩研究, 发现塔里木板块早寒武世时的古纬度和古地理位置大致在湿润炎热的中–低纬度赤道飓风带附 近[8,40–41], 这种温暖、潮湿的气候特征有利于微生物的繁殖以及颗粒碳酸盐岩的形成[42]。岩石类型、沉积相组合及分布特征表明, 塔里木盆地肖尔布拉克组是一套浅水碳酸盐岩缓坡沉积。总的来说, 碎屑岩和碳酸盐岩的分布反映从混积潮坪、内缓坡、中缓坡到外缓坡–盆地的沉积环境。肖尔布拉克组沉积早期, 塔里木盆地从早寒武世的大规模海侵期转变为缓慢的海退期, 经历玉尔吐斯组沉积期的填平补齐, 但构造古地理格局变化不太。由于水体较深, 靠近古隆起地区发育混积潮坪相, 盆地内部只发育少量内缓坡浅滩、局限潟湖和中缓坡微生物丘亚相。值得注意的是, 塔里木盆地北部广泛发育深水中缓坡和外缓坡–盆地相。肖尔布拉克组沉积晚期, 伴随相对海平面的持续缓慢上升及构造沉降, 塔西南古陆面积逐渐减小, 围绕深水洼地周缘发育大量高能中缓坡浅滩和微生物丘沉积。盆地中–西部的中缓坡微生物丘和浅滩沉积对海水阻挡作用使得盆地西部与广海分隔, 早期局限潟湖发生蒸发浓缩, 形成以膏盐岩为主的内缓坡蒸发潟湖沉 积[43–44]。此时, 肖尔布拉克组的沉积充填使得中缓坡洼地规模变小。另外, 由于东部盆地的快速沉降, 并伴随同沉积断裂作用[45], 使得缓坡远端坡度逐渐增大, 最终形成具有“盆地中部低洼、东部远端变陡”典型特征的浅水碳酸盐岩缓坡(图 10 和 11)。
图8 塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组残余地层厚度等值线(修改自文献[10])
Fig. 8 Contour map of residual thickness of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation, Tarim Basin (modified from Ref. [10])
图9 塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组岩相古地理
Fig. 9 Lithofacies palaeogeography map of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation, Tarim Basin
图10 塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组二维沉积模式
Fig. 10 2-D sedimentary model of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation, Tarim Basin
图11 塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组三维沉积模式
Fig. 11 3-D sedimentary model of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation, Tarim Basin
塔里木盆地内部及周缘肖尔布拉克组微生物丘和高能浅滩的发育主要受相对海平面升降和古地貌控制。垂向上, 微生物丘和高能浅滩主要发育于三级层序 SQ2, 并发育于层序的顶部, 高能浅滩通常发育于微生物丘之上。平面上, 高能浅滩主要分布于古地貌的高部位, 位于巴楚–塔中隆起、柯坪断隆和塔北隆起, 处于晴天浪基面以上, 水体能量较强, 而微生物丘主要发育于巴楚隆起和柯坪断隆周缘水体相对较深的部位。
1)塔里木盆地及其周缘肖尔布拉克组发育特殊碳酸盐岩缓坡沉积体系, 在塔里木盆地内部存在较大的洼地, 并且在盆地东部存在局部的高部位, 沉积水体从南西向北东由浅变深, 再变浅后逐渐变深。从巴楚–塔中地区至塔河地区, 依次发育混积潮坪、内缓坡(亚相包括云坪、潟湖和浅滩)、中缓坡(亚相包括内带、外带、洼地、浅滩和微生物丘)和外缓坡–盆地等沉积相。
2)塔里木盆地肖尔布拉克组碳酸盐岩缓坡沉积模式具有“盆地中部低洼、东部远端变陡”的特征, 肖尔布拉克组微生物丘和高能浅滩的发育主要受控于古地貌以及相对海平面的升降, 早期微生物丘和浅滩主要发育于巴楚–塔中地区的内缓坡沉积相中, 柯坪地区发育浅水低能的粉–细晶白云岩, 轮南地区发育深水灰岩(含云灰岩)。肖尔布拉克组沉积晚期, 围绕中缓坡洼地, 丘滩体大量发育于柯坪地区以及巴楚–塔中地区, 包括轮南地区的局部高 部位。
参考文献
[1] 胡明毅, 孙春燕, 高达. 塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组构造‒岩相古地理特征. 石油与天然气地质, 2019, 40(1): 12–23
[2] 郑剑锋, 沈安江, 刘永福, 等. 塔里木盆地寒武系与蒸发岩相关的白云岩储层特征及主控因素. 沉积学报, 2013, 31(1): 89–98
[3] 王招明, 谢会文, 陈永权, 等. 塔里木盆地中深1井寒武系盐下白云岩原生油气藏的发现与勘探意义. 中国石油勘探, 2014, 19(2): 1–13
[4] 杜金虎, 潘文庆. 塔里木盆地寒武系盐下白云岩油气成藏条件与勘探方向. 石油勘探与开发, 2016, 43 (3): 327–339
[5] 陈代钊, 钱一雄. 深层–超深层白云岩储集层: 机遇与挑战. 古地理学报, 2017, 19(2): 187–196
[6] 冯增昭, 鲍志东, 吴茂炳, 等. 塔里木地区寒武纪岩相古地理. 古地理学报, 2006, 8(4): 427–439
[7] 杨永剑, 刘家铎, 田景春, 等. 塔里木盆地寒武纪层序岩相古地理特征. 天然气地球科学, 2011, 22 (3): 450–459
[8] 赵宗举, 罗家洪, 张运波, 等. 塔里木盆地寒武纪层序岩相古地理. 石油学报, 2011, 32(6): 937–948
[9] 高华华, 何登发, 童晓光, 等. 塔里木盆地寒武纪构造–沉积环境与原型盆地演化. 现代地质, 2017, 31(1): 102–118
[10] 陈永权, 严威, 韩长伟, 等. 塔里木盆地寒武纪–早奥陶世构造古地理与岩相古地理格局再厘定: 基于地震证据的新认识. 天然气地球科学, 2015, 26(10): 1831–1843
[11] 沈安江, 郑剑锋, 陈永权, 等. 塔里木盆地中下寒武统白云岩储集层特征、成因及分布. 石油勘探与开发, 2016, 43(3): 340–349
[12] 刘存革, 李国蓉, 罗鹏, 等. 塔里木盆地北部寒武系大型进积型台地–斜坡地震层序、演化与控制因素. 地质学报, 2016, 90(4): 669–687
[13] 田雷, 崔海峰, 刘军, 等. 塔里木盆地早、中寒武世古地理与沉积演化. 石油与天然气地质, 2018, 39 (5): 1011–1021
[14] 高孝巧. 塔里木盆地巴楚–塔中地区肖尔布拉克组沉积特征及控储机理[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2018
[15] 郑剑锋, 袁文芳, 黄理力, 等. 塔里木盆地肖尔布拉克露头区下寒武统肖尔布拉克组沉积相模式及其勘探意义. 古地理学报, 2019, 21(4): 589–602
[16] Vail P R, Mitchum Jr R M, Thompson III S. Seismic stratigraphy and global changes of sea level // Payton C W. Seismic Stratigraphy — Applications to Hydro-carbon Exploration: AAPG Memoir 26. Tulsa: AAPG, 1977: 83–97
[17] Vail P R, Audemard F, Bowman S A, et al. The stratigraphic signatures of tectonics, eustasy and sedimentology — an overview // Einsele G, Ricken W, Seilacher A. Cycles and Events in Stratigraphy. Berlin: Springer-Verlag, 1991: 617–659
[18] Neal J, Abreu V. Sequence stratigraphy hierarchy and the accommodation succession method. Geology, 2009, 37(9): 779–782
[19] Catuneanu O. Model-independent sequence stratigra-phy. Earth-science Reviews, 2019, 188: 312–388
[20] 邬光辉, 李浩武, 徐彦龙, 等. 塔里木克拉通基底古隆起构造–热事件及其结构与演化. 岩石学报, 2012, 28(8): 2435–2452
[21] 贾承造. 中国塔里木盆地构造特征与油气. 北京: 石油工业出版社, 1997
[22] 陈永权, 严威, 韩长伟, 等. 塔里木盆地寒武纪/前寒武纪构造–沉积转换及其勘探意义. 天然气地球科学, 2019, 30(1): 43–54
[23] 杨海军, 陈永权, 潘文庆, 等. 塔里木盆地南华 纪—中寒武世构造沉积演化及其盐下勘探选区意义. 中国石油勘探, 2021, 26(4): 84–98
[24] Huang Y, Fan T L, Berra F. Architecture and paleo-geography of the Early Paleozoic carbonate systems in the east-central Tarim Basin (China): constraints from seismic and well data. Marine and Petroleum Geology, 2020, 113: 104147
[25] 石开波, 刘波, 姜伟民, 等. 塔里木盆地南华纪—震旦纪构造–沉积格局. 石油与天然气地质, 2018, 39(5): 862–877
[26] 石开波, 刘波, 田景春, 等. 塔里木盆地震旦纪 沉积特征及岩相古地理. 石油学报, 2016, 37(11): 1343–1360
[27] 朱永进, 倪新锋, 刘玲利, 等. 裂后沉降期碳酸盐岩缓坡沉积响应及成储特征——以塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组为例. 沉积学报, 2019, 37(5): 1044–1057
[28] Jiang W, Luo Q Q, Shi K B, et al. Origin of a microbial-dominated carbonate reservoir in the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation, Bachu-Tazhong area, Tarim Basin, NW China. Marine and Petroleum Geology, 2021, 133: 105254
[29] 姜伟民, 刘波, 石开波, 等. 塔里木盆地柯坪地区肖尔布拉克组碳酸盐岩微相类型和储集层特征. 新疆石油地质, 2019, 40(4): 437–448
[30] 王珊, 曹颖辉, 杜德道, 等. 塔里木盆地柯坪–巴楚地区肖尔布拉克组储层特征与主控因素. 天然气地球科学, 2018. 29(6): 784–795
[31] 吴淳, 刘航宇, 芦飞凡, 等. 北京西山下苇甸中上寒武统风暴沉积特征及模式. 地学前缘, 2023, 30 (6): 110–124
[32] 白莹, 罗平, 刘伟, 等. 塔西北下寒武统风暴活动特征及其沉积学响应. 沉积学报, 2019, 37(3): 565–578
[33] 刘雁婷, 傅恒, 陈骥, 等. 塔里木盆地巴楚–塔中地区寒武系层序地层特征. 岩性油气藏, 2010, 22(2): 48–53
[34] 赵宗举, 张运波, 潘懋, 等. 塔里木盆地寒武系层序地层格架. 地质论评, 2010, 56(5): 609–620
[35] 赵燚. 塔里木盆地中西部中下寒武统层序地层学研究[D]. 北京: 中国石油大学(北京), 2019
[36] 王坤, 刘伟, 黄擎宇, 等. 多资料约束下的塔里木盆地寒武系层序地层划分与对比. 海相油气地质, 2016, 21(3): 1–12
[37] 郭峰, 郭岭. 柯坪地区肖尔布拉克寒武系层序及沉积演化. 地层学杂志, 2011, 35(2): 164–171
[38] 于炳松, 陈建强, 林畅松. 塔里木地台北部寒武 纪—奥陶纪层序地层及其与扬子地台和华北地台的对比. 中国科学(D辑), 2001, 31(1): 17–26
[39] 白莹, 罗平, 周川闽, 等. 塔西北下寒武统肖尔布拉克组层序划分及台地沉积演化模式. 石油与天然气地质, 2017, 38(1): 152–164
[40] 宋金民, 罗平, 杨式升, 等. 塔里木盆地下寒武 统微生物碳酸盐岩储集层特征. 石油勘探与开发, 2014, 41(4): 404–413
[41] 梅冥相. 微生物席的特征和属性: 微生物席沉积学的理论基础. 地球科学进展, 2014, 16(3): 285–304
[42] Chakrabarti G, Debasish S, Subhasish K, et al. Car-bonate platform development in a Paleoproterozoic ex-tensional basin, Vempalle Formation, Cuddapah Basin, India. Journal of Asian Earth Sciences, 2014, 19: 263–279
[43] Rosales I, Pomar L, Al-Awwad S F. Microfacies, dia-genesis and oil emplacement of the Upper Jurassic Arab-D carbonate reservoir in an oil field in central Saudi Arabia (Khurais Complex). Marine and Petro-leum Geology, 2018, 96: 551–567
[44] Hoffman P, Li Z. A palaeogeographic context for Neoproterozoic glaciation. Palaeogeography Palaeoc-limatology Palaeoecology, 2009, 277(4): 158–172
[45] 管树巍, 张春宇, 任荣, 等. 塔里木北部早寒武世同沉积构造——兼论寒武系盐下和深层勘探. 石油勘探与开发, 2019, 46(6): 1075–1086
Sedimentary Facies and Model of Xiaoerbulake Formation in the Lower Cambrian in Tarim Basin
Abstract Based on field outcrop observations in the north Tarim Basin and thin-section observations of typical drilling wells, we accurately established a sedimentary model and finely characterized the spatiotemporal distribution patterns of high-energy mound and shoal facies. The results show that a carbonate ramp is developed in Xiaoerbulake Formation in Tarim Basin. The types of sedimentary facies include mixed tidal flat, inner-ramp (dolomite-flat, lagoon and shoal), middle-ramp (inner zone, outer zone, microbial mounds, and shoal) and outer ramp-basins. By cha-racterizing the spatiotemporal distribution of sedimentary facies within the isochronous stratigraphic framework, an internal depression and distally steepening carbonate ramp model was established. The high-energy mound and shoal facies deposits with high-quality reservoirs are mainly affected by the original paleogeomorphy and fluctuation of relative sea level. The middle-ramp shoals are developed in Tazhong area, the middle-ramp mounds and shoals are developed in Bachu area and Keping area, and the middle-ramp shoals are developed in the high paleogeomorphy of Lunnan area.
Key words Tarim Basin; Lower Cambrian; Xiaoerbulake Formation; sequence stratigraphic framework; sedimentary facies; sedimentary model