王清龙,韩剑发,李 浩,孙彦达,何海全,任世君

[1. 洲际油气股份有限公司 勘探开发研究院,北京 100016； 2. 中国石油 塔里木油田分公司,新疆 库尔勒 841000；3. 中国地质大学(北京) 海洋学院,北京 100083； 4. 中国石油 青海油田分公司 采油三厂，青海 816400]

层序地层学理论的发展提供了建立等时年代地层对比格架的重要分析技术和方法体系,并已广泛运用于研究碳酸盐岩沉积体系展布、储层孔隙演化、海平面变化及预测有利油气储集体等相关领域,一直以来为国内外研究的重点和热点领域[1-3]。前人在塔里木盆地层序地层、沉积特征及演化、生物地层(牙形石带或组合)、元素地球化学等方面做了大量的工作,并取得了一系列研究成果和认识[4-11],但在部分领域仍存在分歧或尚未开展精细研究工作,如层序划分方案多,尺度不统一,对高频层序的特征缺乏认识；露头剖面沉积微相特征研究程度相对较低；资料的综合运用来解剖海平面变化与沉积层序的过程响应关系非常少见。笔者先后两次对巴楚大阪塔格、柯坪水泥厂和西克尔等中、下奥陶统鹰山组-一间房组露头剖面进行详细实地考察和密集取样分析,综合运用露头剖面沉积旋回结构变化,大量岩石手标本和镜下薄片观察,盆内塔中地区井-震资料对比,Fischer图解,前人牙形石生物地层、碳氧同位素及微量元素数值比对分析等多种资料和手段,重点探讨以下两方面的科学问题:① 建立塔里木盆地西北缘中-下奥陶统碳酸盐岩沉积微相、组合特征及沉积演化模式；② 研究高精度层序结构特征,海平面变化与层序结构和沉积演化的过程响应关系。围绕上述两个问题,开展了层序地层格架建立与高频层序结构划分,沉积微相及组合特征分析,海平面变化曲线重建及对沉积相序控制作用探讨等相关方面的工作,并取得了系统性认识。

1 地质背景

塔里木盆地经过加里东期、海西期、印支期—燕山期和喜马拉雅期等多期构造旋回运动和漫长地质演化,隆-坳格局及构造古地理发生多次重大变革,并发育了多套区域性不整合面及塔中、塔北、柯坪、巴楚等多个古隆起带,其中,加里东构造运动对中-下奥陶统碳酸盐岩古地理和沉积演化产生至关重要的影响。加里东构造旋回早期盆地整体处于大陆裂解拉伸的环境,发育被动大陆边缘碳酸盐岩台地和斜坡沉积相带,到中晚期(大致对应于中、晚奥陶世)构造背景发生重大转变,由伸展向挤压环境转变,柯坪-巴楚隆起开始抬升,局部遭受强烈剥蚀,强烈的构造运动也使得塔中隆起碳酸盐岩台地发生暴露剥蚀。奥陶纪末,盆地继续隆升,进入滨浅海陆源碎屑岩沉积发育阶段[12-16]。

研究区主要位于塔里木盆地西北缘柯坪断隆和巴楚隆起区,目的层为中-下奥陶统鹰山组至一间房组碳酸盐岩地层,并与盆内塔中隆起进行跨构造单元对比(图1)。鹰山组横跨下奥陶统道保湾阶和中奥陶统大湾阶两个时代,前人根据电性、岩性和古生物等特征,将鹰山组自上往下划分为4个岩性段,其中鹰一段和鹰二段属于中奥陶统,以灰岩沉积为主。鹰三段、鹰四段以白云岩沉积为主,隶属于下奥陶统[17]。一间房组属于中奥陶统达瑞威尔阶沉积地层,其上接受晚奥陶世吐木休克组深水泥页岩与薄层条带灰岩沉积。

2 层序单元划分与层序结构

2.1 牙形石生物地层对比与地层缺失量和沉积年限估算

以牙形石为代表的古生物化石确立了盆地地层年代归属及较完整的生物演化序列,为研究层序结构、沉积特征及演化提供了重要的生物地层参考依据[18-19]。本文将柯坪露头剖面牙形石分子与前人建立的塔里木盆地西部牙形石带进行比对[18-19],结果表明新厂阶蓬莱坝组自下往上发育3个牙形石带或组合,顶部缺失2个牙形石带(表1)。道保湾阶鹰山组下部仅见Glyptoconustarimensis亚带牙形石分子,缺失Glyptoconushemisphaericus亚带。大湾阶上部(259～285层)发现鹰山组Serratognathoideschuxianensis-Scolopoduseuspinus-Erraticodontarimensis带牙形石分子(Scolopodustarimensis,Drepanodusantiletus,D.sp.等)。而286层见大湾沟组Amorphognathusvariablilis-Polonodus带牙形石(Polonodussp.,Eoplacognathuscrassus等),可见该界面未见牙形石带缺失,为整合接触。之上见达瑞威尔阶萨尔干组Eoplacognathussuecicus带牙形石分子(Cornuoduslongibasis，Protopanderodusrobustus等)。

前人通过碳氧同位素测试和牙形石采样等多种手段,初步确定剖面第24层为寒武与奥陶系界线,大致与Variabiloconusaff.bassleri带底部对应[20],据此可推断新厂阶蓬莱坝组共发育5个牙形石带或组合。假设各阶沉积期内部牙形石带演化速率相当,由于新厂阶整体约持续9.4 Ma(与国际地层年代表中Tremadocian阶相当),可推算蓬莱坝组顶部缺失约3.8 Ma的地层。同理道保湾阶(与国际地层年代表中Floian阶相当,约持续6.4 Ma)鹰山组底部缺失一个牙形石亚带,推算地层缺失量约为2.1 Ma。因此,柯坪水泥厂剖面鹰山组和下伏蓬莱坝组间共缺失5.9 Ma地层,呈不整合接触,鹰山组与一间房组共沉积14.4 Ma地层,两者之间为整合接触。

2.2 层序界面特征、旋回结构与高频层序

层序级别划分的关键因素是对层序界面相对重要性的判别,不同级别层序界面和层序的形成受控于不同级别的基准面变化。综合露头剖面、岩相和沉积微相、生物地层、元素地球化学及盆内塔中地区井震剖面等相关资料,研究区共划分出6个主要的层序界面,包括Msb1(鹰山组底界面)、Msb3(鹰三段顶界面)和Msb6(一间房组顶界面)等3个较高级别的二级层序界面和sb2(鹰四段顶界面)、sb4(鹰二段顶界面)、sb5(鹰山组顶界面)等3个低一级的三级层序界面(图2)。

Msb1界面在柯坪露头剖面上下地层呈明显的角度不整合接触,见古土壤层及下伏岩溶角砾岩堆积,岩石颜色由浅灰向深灰色突变,另外,生物地层牙形石带存在明显的缺失,该界面大致对应于塔中隆起Tg5-3不整合面。Msb3界面地层岩相突变,表现为白云石含量逐渐降低至消失,岩性由白云岩、云质灰岩向颗粒灰岩过渡,指示沉积环境的重大转变,塔中隆起斜坡区地震剖面广泛存在明显的上超现象,高隆部位见剥蚀和削截特征(图3)。Msb6界面岩相由碳酸盐岩向深水泥页岩突变,碳氧同位素及钒镍等微量元素均指示海平面上升而导致的大规模淹没不整合,受该不整合面控制,在塔里木盆地塔中及西克尔地区下伏地层发育多套大型洞穴系统。Sb2三级层序界面在露头区是局部小规模暴露-相对整合的界面。Sb4界面上下沉积微相特征有所不同,内碎屑组分明显减少,生物碎屑含量增多,由大套粒屑滩向生屑滩、滩间海沉积转变。柯坪水泥厂露头剖面Sb5界面地层呈整合接触,巴楚大阪塔格露头则见薄层古土壤层,指示界面处存在小规模沉积间断。

图1 塔里木盆地构造单元(据文献[4],修改)Fig.1 Tectonic units of Tarim Basin(modified from reference[4])

图2 塔里木盆地巴楚大阪塔格和柯坪水泥厂露头剖面层序界面特征Fig.2 Characteristic of sequence boundaries of the Dabantage outcrop in Bachu area and the Shuinichang outcrop in Kalpin area,Tarim Basina.柯坪水泥厂露头剖面Msb1不整合面,上下颜色突变；b,c.柯坪水泥厂露头Msb1不整合面古土壤层与下伏岩溶角砾岩手标本；d.巴楚大阪塔格露头剖面Sb5平行不整合面处薄层古土壤层(箭头1)；e.柯坪水泥厂露头剖面Sb5整合界面；f. Msb6淹没不整合界面之上吐木休克组泥岩与条带状薄 层泥晶灰岩沉积；g.柯坪水泥厂露头剖面Sb4层序界面顶部砾屑灰岩

图3 塔里木盆地塔中隆起区层序界面地震反射响应特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of sequence boundaries in Tazhong uplift,Tarim Basin

图4 塔里木盆地西北缘及塔中隆起区中、下奥陶统层序划分及沉积序列Fig.4 Sequence division and depositional sequences of the Middle and Lower Ordovician in Tazhong uplift and at the northwestern margin of Tarim Basin

在对不同级别层序界面识别的基础上,将研究区中下奥陶统鹰山组与一间房组碳酸盐岩地层划分出2套由区域性水进到水退沉积旋回组成的高级别复合层序(CS1和CS2),沉积时限约6～10Ma,可作为二级层序(图4)。复合层序内部根据次一级层序界面(局部暴露界面Sb2、岩相突变面Sb4)自下往上又可划分出5套三级层序(Sq1-Sq5)。参考露头剖面高分辨率旋回特征,可进一步对更低级别的四级甚至五级层序单元进行划分。总的来说,Sq1-Sq3分别可划分出4～5套四级层序单元,Sq4-Sq5各自包含2～4套四级层序单元(图5)。尽管不同地区受所处沉积及构造环境的影响,地层发育及剥蚀情况不尽相同,高频层序数量和规模也有所差别,但在三级层序尺度上是可以进行对比的。

3 沉积微相与沉积演化

3.1 碳酸盐岩沉积微相类型及组合

沉积微相分析是指运用光学显微镜对碳酸盐岩岩石薄片的沉积学和古生物学特征进行研究,构建微相组合序列,进而解释沉积环境[3]。基于露头剖面、手标本和120余张岩石薄片镜下观察描述,总结了研究区碳酸盐岩发育的沉积微相类型。以邓哈姆分类方案为基础,结合内碎屑颗粒粒级及与生屑颗粒组分共生情况,将研究区灰岩归纳出11种主要的沉积微相类型,分别为高能沉积水动力条件生物礁灰岩、砾屑灰岩、含生屑砾屑灰岩；中高能沉积水动力条件砂屑颗粒灰岩、含生屑砂屑颗粒灰岩、粉屑颗粒灰岩、粉-砂屑泥粒灰岩；中低能沉积水动力条件生屑粒泥灰岩及低能沉积水动力条件粉屑粒泥灰岩、泥晶灰岩、藻粘结灰岩等(图6)。白云岩则从交代结构成因与有无伴生交代现象角度出发,共识别出具有残余结构的藻纹层云岩、残余砾屑云岩、残余砂屑云岩及原始结构保存差或不具原始残余结构的粉晶云岩、细晶云岩和中晶云岩等6种沉积微相类型。

图5 塔里木盆地西北缘露头剖面高分辨率沉积旋回结构及高频层序划分Fig.5 Structure of high-resolution sedimentary cycles and division of high-frequency sequences on outcrops at the northwestern margin of Tarim Basina.柯坪水泥厂露头剖面整体层序结构划分;b.柯坪水泥厂露头Sq3及Sq4时期高频层序结构;c.柯坪水泥厂露头Sq2时期高频层序结构;d.巴楚大阪塔格露头Sq4时期高频层序结构;3rd、4th和5th分别为三级、四级和五级层序

上述微相类型能反映出沉积水动力条件的强弱或者能量的高低,但要精确确定沉积环境,还需在其基础上对微相组合特征进行进一步研究。通过对柯坪水泥厂、巴楚大阪塔格等一间房组和鹰山组露头剖面内部不同层段共11个位置进行高频取样分析及精细解释,归纳出发育7种微相组合,包括:MA1台缘高能厚层浅水礁滩复合体、MA2潮坪序列高能厚层砂-砾屑滩(图7)、MA3台内高能浅滩序列中厚层粒屑滩、MA4滩后中-低能砂屑滩-滩间海薄互层、MA5台内中-低能薄层生屑滩、MA6台内低能薄层滩间海、MA7干旱-半干旱局限台地潮坪序列中厚层云坪组合等(图8),分别形成于不同的古沉积环境和介质水动力条件[21]。

综合露头剖面高频旋回结构和密集采样分析成果,研究区单套层序厚度在0.4～2.4 m,参照对应环境下现代碳酸盐岩沉积速率(约0.1～0.5 m/ka),大致推算出这些旋回的沉积年限约4～48 ka,平均约10～30 ka,与米兰科维奇岁差旋回周期(6级)相对应。3～4套6级旋回在空间上叠置则构成约60～120 ka的短偏心率旋回(5级),对应于准层序。

3.2 沉积纵向演化与横向对比

3.2.1 CS1层序单元

早奥陶世Sq1—Sq2沉积期,盆地整体处于大陆裂解弱拉伸的克拉通内台地、大陆边缘斜坡、拗拉槽构造背景,海平面相对较低,构造环境稳定,研究区整体继承了寒武纪及蓬莱坝组的构造沉积格局,以干旱-半干旱的缓坡或局限台地潟湖、云坪、滩间海沉积为主,白云岩大规模发育,蒸发作用强烈,未见生屑颗粒(图9)。

图6 塔里木盆地西北缘露头剖面灰岩和白云岩主要沉积微相类型Fig.6 A plot showing the main sedimentary microfacies types of limestones and dolomites on outcrops at the northwestern margin of Tarim Basina,b.内碎屑灰岩,颗粒支撑,砾屑、砂屑为主,粒间被亮晶方解石胶结,不含灰泥;c.含生屑砂屑颗粒灰岩,见生物碎屑镶嵌于砂屑颗粒之间;d.粉-砂屑泥粒灰岩,粒间被少量泥晶基质充填;e.生屑粒泥灰岩,泥晶基质,钙藻微体化石、腹足类、双壳类、棘屑等生物碎屑大量发育;f.藻粘结灰岩,见粘结作用形成的具明暗相间的条纹结构及葛万藻丝质碎片;g.残余砾屑云岩;h.藻纹层云岩,暗色条带状藻席发育;i.残余砂屑云岩,砂屑颗粒被白 云石选择性交代,仍见轮廓残留

3.2.2 CS2层序单元

Sq3时期,受加里东期构造运动的影响,盆地构造环境发生重大反转,由伸展向挤压环境转变,产生了多个微角度到局部高角度的不整合面。伴随海平面整体快速上升,台地也逐渐由局限台地向开阔台地转化,白云石含量降低至消失,生屑组分开始出现,但数量较少,以大套厚层颗粒滩(砾屑滩、粉-砂屑滩、生屑内碎屑滩)沉积为主。

Sq4早期,海平面持续上升并达到最大海泛面,台内退积作用明显,内碎屑组分较Sq3时期有所减少,生物碎屑含量大大增加,并且在晚期高位域内部发育了多套相对低能的中-薄层生屑滩组合。Sq5时期,相对海平面整体开始缓慢下降,构造、古水深、碳酸盐岩产率处于最佳匹配期,台地垂向加积作用明显,以礁滩复合体沉积为主的台地边缘高能沉积相带开始形成。直到中奥陶世末期,伴随着海平面快速上升,陆源碎屑物质大量注入,碳酸盐岩逐渐停止生长,台地被淹没,发育了一套由泥页岩与泥晶灰岩薄互层的混积陆棚相沉积。

跨不同构造单元的连井结果表明露头剖面沉积特征及演化与塔中隆起区可以进行很好的对比。中奥陶世塔中地区隆升强烈,鹰山组顶部至一间房组地层普遍缺失,斜坡部位仅见部分Sq4时期相对低能的滩间海沉积地层残留,与露头剖面Sq4海侵域沉积可对比。Sq3时期均为中高能厚层颗粒滩发育的最主要时期,且从盆地西北缘向盆内有明显逐渐增厚的趋势。Sq1—Sq2时期,盆缘-盆内均以云坪沉积为主,表明早奥陶世CS1时期两地构造运动相对稳定,沉积环境大致相同,海水相对较浅(图10)。

图7 柯坪水泥厂露头剖面潮坪序列高能厚层砂砾屑滩组合特征精细解释Fig.7 Fine interpretation of the characteristics of thick-bedded intraclast shoal assemblages in the tidal-flat sequence of the Shuinichang outcrop,Kalpin area,Tarim Basina.柯坪水泥厂露头剖面;b,f. KP47样品手标本及镜下照片;c,g. KP46样品手标本及镜下照片;d,e,h. KP45样品手标本及镜下照片

4 海平面变化与沉积层序的过程响应

4.1 露头剖面Fischer图解的建立

Fischer图解是前人在研究潮坪相碳酸盐岩沉积旋回相对海平面变化时首次提出的,但并非任何环境下都可适用,它限定了浅水沉积环境,构造沉降速率稳定,以旋回为基本单位,同时要求旋回的级次和周期相同等一系列的假定条件[22]。本文仅将Fischer图解应用到巴楚大阪塔格露头鹰山组碳酸盐岩地层研究中,主要考虑到鹰山组整体处于台地或缓坡沉积环境,古水深相对较浅,构造相对稳定,另外由于鹰山组内部发育大量内碎屑滩、滩间海沉积,宏观层厚变化相对明显,旋回数容易划分并能保证旋回级别的一致性,基本满足假设条件。而一间房组以礁-滩复合体沉积为主,旋回数不好划分,即便划出也难保证尺度统一,其海平面变化主要通过下述元素地球化学特征进行探讨。

图8 塔里木盆地西北缘露头剖面微相组合特征精细解释Fig.8 Fine interpretation of the sedimentary microfacies assemblage characteristics for outcrops at the northwestern margin of Tarim Basin

在笔者及前人对巴楚大阪塔格露头剖面实测的基础上,将鹰山组碳酸盐岩划分出217个超短周期的高频旋回,平均旋回厚度约0.8～4 m(表2),据前文沉积年限推算,单套旋回形成时间约4.3×104年,对应于米兰科维奇6级岁差旋回。研究结果表明,鹰山组相对海平面整体呈“浅—深—浅”的变化趋势,图解明显可划分出2套长周期的旋回与二级层序CS1和CS2对应,最大海泛面分别位于第61旋回(Sq2)和第166旋回(Sq4)位置处,内部可识别出4套次一级的中期旋回与Sq1—Sq4对应。CS1沉积期海平面整体较低,呈缓慢上升的趋势,CS2时期海平面经历两次短暂快速上升后缓慢下降的过程,整个鹰山组最大海泛面位于Sq4时期(图11)。

Fischer图解所反映的露头剖面海平面升降旋回与前文所述沉积微相所代表的古水深的演变有很强的一致性(图12)。CS1沉积期,干旱-半干旱局限台地、云坪沉积指示海水整体相对较浅的环境。从沉积纵向演化角度看,自Sq1—Sq2时期,白云石与方解石含量此消彼长,由白云岩向云质灰岩、含云灰岩过渡表明该时期海平面呈逐渐上升的趋势,另外两期海平面缓慢上升—快速海退的结构变化趋势反应了海侵域所占比例等于或超过高位域部分,粒序向上变细,与潮坪沉积垂向结构变化相吻合。CS2沉积期,白云石消失,沉积相由局限台地向开阔台地及台地边缘转变,表明海水较前期而言相对较深。另外与CS1时期海平面变化明显不同的是台地呈现快速海侵-缓慢海退的结构。这也与内部发育大套向上变浅,粒度变粗的台内浅滩沉积序列相吻合。在Sq4达到最大海泛之后,海平面整体下降,到Sq5形成浅水台缘礁滩复合体沉积。总体来看,研究区海平面的升降变化对盆地沉积充填及层序形成演化起主导作用,可通过沉积相纵向演化体现出来。

图9 塔里木盆地巴楚大阪塔格野外露头剖面奥陶系鹰山组-一间房组沉积与层序地层特征[21]Fig.9 Sedimentology and sequence stratigraphy of Yingshan and Yijianfang Formations on Dabantage outcrop,Bachu area,Tarim Basin[21]

4.2 元素地球化学特征及海平面变化

研究表明古水深通过影响生物有机质的保存进而对岩石中δ13C值产生明显的控制作用,两者存在一定的负相关关系[23]。钒、镍等微量元素指标也可作为指示古水深的直接或间接判别手段,其含量与相对海平面升降呈正相关关系。

图10 塔里木盆地西北缘露头剖面与塔中地区钻井沉积特征对比Fig.10 Comparison of sedimentary characteristics between Tazhong uplift and outcrops at the northwestern margin of Tarim Basin

表2 巴楚大阪塔格露头剖面旋回数据统计Table 2 Statistics of sedimentary cycles on the Dabantage outcrop in Bachu area,Tarim Basin

前人在柯坪水泥厂剖面及巴楚剖面做了大量的碳氧同位素和微量元素分析[7]。柯坪水泥厂剖面在层序Sq4时期δ13C经历明显的负偏移,δ13C值达最小,约-3‰,指示最大古水深,与前文Fischer图解分析的鹰山组最大海泛面位置相当。之后δ13C值大幅正偏,海平面相对下降,至Sq5顶部再次发生明显的负偏移,该界面与Msb6淹没不整合界面位置一致,另外,钒、镍等微量元素指标在快速升高[24],两者均指示中奥陶世末期古水深突然增加,相对海平面快速上升的过程(图13)。巴楚大阪塔格剖面δ13C值变化呈明显的5段式,与该剖面Fischer图解及由岩相变化所反应的古水深演变具有明显的一致性(图12)。

图11 巴楚大阪塔格露头剖面鹰山组Fishcer图解Fig.11 Fischer plots of Yingshan Formation on Dabantage outcrop,Bachu area,Tarim Basin

两条露头剖面碳氧同位素数值垂向变化均可以精确到与四级层序对应的海平面升降进行很好的对比,再加上微量元素指标的变化,更好的指示了中-下奥陶统鹰山组与一间房组碳酸盐岩旋回结构变化及最大海泛的位置,与前文层序划分和沉积演化吻合度很高,使之均得到了很好的验证。

图12 巴楚大阪塔格剖面Fischer图解、岩相及碳氧同位素组成变化对比(同位素数据据前人成果[6])Fig.12 Correlation of Fischer plots, lithofacies and carbon-oxygen isotope changes for Dabantage outcrop in Bachu area,Tarim Basin(the isotopes are cited from previous studies[6])

4.3 与全球海平面变化曲线对比

从沉积旋回、Fischer图解和地化指标等不同角度所得出的相对海平面变化与Haq全球海平面变化曲线[25]对比似乎局部存在一定差异:Sq3高位域及Sq5一间房组相对海平面变化总体呈下降趋势,但Haq曲线指示海平面是上升的(图14)。这可能与加里东运动中期构造反转作用导致盆地沉降速率改变相关。伸展向挤压构造背景的转变,使研究区相对隆升速率加快,在全球海平面上升期间,研究区海平面因此表现为相对下降。但是总的来看,复合(二级)层序和层序(三级)所反映的水进-水退的沉积旋回结构变化整体上与Haq全球海平面变化曲线的旋回结构很相似,一些重要的水进-水退事件也可与之进行对比(如Sq4沉积期的大规模海侵与全球海平面上升相吻合)。显然,研究区局部层序结构和沉积充填演化受到全球海平面变化与区域构造作用叠加的制约,但整体上海平面变化仍起主导作用。

4.4 高频层序组合与有利储集相带预测

基于露头剖面旋回结构和高密度碳同位素数据对高频海平面变化的响应来识别的四级层序对相序组合有明显的控制作用,它们往往以相近的沉积序列成群成带分布。如巴楚大阪塔格露头剖面Sq3和Sq5内部台内浅滩和台缘礁滩复合体沉积序列,记录了四级层序控制的由低能泥晶灰岩、(生屑)粒泥灰岩向高能内碎屑滩和生物礁过渡的向上粒度变粗、水体变浅的沉积旋回。而柯坪水泥厂露头剖面Sq2内部的潮坪沉积序列则记录了四级旋回控制的由底部粒度较粗的潮道高能砾屑灰岩向顶部粒度较细的潮上泥晶灰岩、藻粘结灰岩演化的向上变浅的沉积过程(图15)。

图13 柯坪水泥厂剖面岩相、碳氧同位素及微量元素组成变化(同位素及微量元素据前人成果[6，24])Fig.13 Variation of lithofacies,carbon-oxygen isotopes and trace element compositions of Shuinichang outcrop in Kalpin area,Tarim Basin(isotopes and trace element compositions are cited from previous studies[6，24])

根据上述层序结构、沉积演化与海平面变化的沉积学过程响应关系,指出研究区存在3套主要的有利储集相带可优先作为下一步油气勘探的主攻方向:① Sq5一间房组台缘礁滩复合体沉积,生物礁灰岩与上覆的泥页岩与薄层泥晶灰岩可构成良好的储盖组合。② Sq3台内颗粒滩沉积,受高频旋回控制的高能滩相储集体往往在水退末期出露水面,遭受溶解淋滤而成为有利的岩溶储层,上覆Sq4底部相对深水的海侵域泥晶灰岩、(生屑)粒泥灰岩则具有良好的封盖能力。③ CS1时期云坪沉积,普遍的白云岩化作用使得岩层的孔渗性大大提高,孔隙类型以溶蚀孔、晶间孔及晶间溶孔为主,露头剖面可看到大量顺层发育的溶蚀孔隙和裂缝带。

5 结论

1) 柯坪水泥厂露头鹰山组与下伏蓬莱坝组呈不整合接触,利用牙形石生物地层资料估算地层缺失量约5.9 Ma,鹰山组与一间房组呈整合接触,沉积年限约14.4 Ma。巴楚大阪塔格露头鹰山组顶部存在小规模地层缺失。在此基础上共对中下奥陶统鹰山组-一间房组碳酸盐岩地层识别出6个主要层序界面,包括 3个较高级别的二级层序界面和3个次一级的三级层序界面,据此划分出2套复合(二级)层序CS1和CS2,5套三级层序(Sq1—Sq5),内部根据露头剖面沉积旋回结构进一步识别出13～15套更低级别的高频旋回或四级层序。

图14 巴楚大阪塔格露头Fischer图解、同位素及岩相旋回结构反映的相对海平面变化趋势与Haq曲线对比Fig.14 Comparison of the relative sea-level change tendency reflected by the Fischer plot,isotope and lithofacies cycle structure with the Haq eustatic curve of Dabantage outcrop in Bachu area,Tarim Basin

图15 四级海平面变化控制的沉积相序特征Fig.15 Characteristics of sedimentary facies sequences controlled by the fourth-order eustatic variation

2) 研究区灰岩和白云岩可分别归纳出11种和6种沉积微相类型,不同沉积微相以特定的相序组合成台缘高能厚层礁滩复合体、潮坪序列高能厚层砂-砾屑滩、台内高能中厚层内碎屑-生屑浅滩、滩后中-低能砂屑滩-滩间海薄互层、台内中-低能薄层生屑滩、台内低能薄层滩间海、干旱-半干旱局限台地中厚层云坪等7种主要的微相组合,反映出特定的沉积环境和生物建造特征,指示了研究区沉积环境由潮坪、局限台地向开阔台地、台地边缘转变。CS1沉积期,整体以干旱-半干旱局限台地潟湖、云坪沉积为主,蒸发作用强烈,发育大套白云岩。Sq3早期,海平面整体快速上升,白云石消失,并发育大套厚层粒屑滩沉积。Sq4时期,内碎屑含量减少,生屑含量增加,并在鹰山组顶部发育中薄层生屑滩组合。Sq5时期,以台地边缘相带礁滩复合体沉积为主,中奥陶世末期,台地被淹没。

3) 利用岩相旋回结构、Fischer图解、元素地球化学指标等不同手段重建了研究区海平面变化曲线,三者之间具有高度一致性。研究区海平面整体呈“浅-深-浅”的变化趋势,最大海泛面位于Sq4的海侵域部分,与Haq全球海平面变化曲线对比结果表明局部层序结构和沉积演化受全球海平面变化及区域构造作用叠加制约,但整体上海平面变化仍占主导地位。四级海平面变化对相序组合具有明显的控制作用,台缘高能礁滩复合体、台内颗粒滩及云坪沉积体应为下步优先勘探的有利储集相带。