0 引言

塔里木盆地的油气勘探实践表明，奥陶系是海相碳酸盐岩地层中现实的油气勘探目标。在塔里木内部下古生界的三个碳酸盐岩台地上，目前已在塔北古隆起、塔中古隆起之上取得重要的油气突破，且油气发现还在持续扩大；而在面积最大的塔西南古隆起之上，油气勘探程度最低，尚未取得较大规模的油气发现。马永生等^[1]提出的“三元控储”理论指出，碳酸盐岩沉积相与沉积物原始孔隙度、渗透率关系密切，是成岩演化与储层发育的基础。塔北、塔中的海相油气田分布也证实了有利的沉积相带(如：台内砂屑滩、台缘生物礁)是油气富集的重要区带。随着油气勘探的不断推进，关于塔里木盆地奥陶系沉积相^[2-3]、原型盆地^[4-5]、构造古地理^[6-7]和岩相古地理^[8-9]的研究也不断深入。这些盆地尺度的相带研究对油气勘探具有指导意义，但也存在不同研究者因掌握资料的丰富程度、研究方法不同，特别是主观认识的不同，而导致其研究结果存在一定的差异。为了避免主观认识在沉积相研究中的影响，需要在最基础的微相类型及其沉积相带的研究上制定统一的标准，Flügel^[10]提出的标准微相(SMF)类型及其相带分布为沉积相研究提供了参考标准。本文以SMF类型及其相带分布为依据，对玉北地区奥陶系碳酸盐岩微相类型及其沉积环境进行了研究。

1 地质背景

塔里木盆地玉北地区位于塔西南麦盖提斜坡中东部，其下古生界碳酸盐岩发育于塔西南古隆起之上(图 1)。寒武纪—早奥陶世，位于塔里木中央低隆起西侧的西南地区为一克拉通内坳陷，发育一套稳定的碳酸盐岩台地沉积^[11]；早奥陶世末，塔里木克拉通南部由伸展体制转化为挤压体制，克拉通内部开始发生分化，形成塔西南隆起、塔中隆起与塔北隆起共存的局面^[12]；奥陶纪末，塔里木盆地开始整体抬升，奥陶纪地层普遍遭受剥蚀，在塔西南地区形成塔西南前陆的前缘隆起^[13]。塔西南古隆起在寒武纪—中奥陶世为水下隆起，中奥陶世末—晚泥盆世为强烈活动—定型期，在塔西南古隆起的主体部位，鹰山组上部—一间房组因隆升而遭受剥蚀，恰尔巴克组—良里塔格组下部形成沉积缺失^[14]。玉北地区中西部为稳定隆起区，东部为向洋盆的过渡带，受加里东中期盆地东南缘造山挤压影响，东部与中西部具有强烈的差异剥蚀作用^[15]。根据现行的玉北地区地层划分方案(据中石化西北油田分公司)，在东部的断凹区内残留有中上奥陶统一间房组和恰尔巴克组。古地磁数据研究表明，在奥陶纪期间塔里木地块发生自南纬20°向北穿越赤道漂移至北纬14.3°的极移运动^[16]。奥陶纪塔里木地块所处的热带古气候环境为碳酸盐岩台地的发育提供了便利条件。受地块内部古隆起发展演化的影响，奥陶纪不同阶段发育的台地面积和台缘带的展布发生较大的变化^[17-19]。塔里木地块中晚奥陶世台地类型以镶边陆架型为主，局部为缓坡型^[20]。在塔西南地区由寒武系的退积型缓坡台地至早奥陶世已转变为弱退积—加积型镶边台地^[3]。

① 汤良杰，陈刚，杨勇，等.玉北地区构造演化特征与控储控藏研究[R].中石化西北油田分公司勘探开发研究院项目报告，2013：1-213.

2 标准微相类型及其相带分布

标准微相(SMF)类型是针对热带地区镶边碳酸盐陆棚和暖水台地—礁环境的沉积物而定义的^[10]。标准微相类型是一种虚拟分类(virtual categories)，是对具有相同标志的微相的概括。这些标志简单，非定量或半定量化，易于识别。大多数SMF类型的定义都是基于一些主要特征，包括颗粒类型、生物群或沉积结构。

标准微相的概念是在认识到形成于相似环境中的不同地质年代的灰岩在成分和结构上具有极大的相似性后提出的。最初为了划分常见的晚三叠世台地和礁碳酸盐岩，Flügel^[21]提出了基于结构和古生物标志的分类。Wilson^[22]对该分类进行了扩展，提出了更加严格的定义，以恢复碳酸盐岩沉积相随时间演变的历史。Wilson共划分出24个SMF类型，并将其作为区分理想镶边碳酸盐陆棚主要相带的附加标志。Flügel将标准微相类型进一步修订成26个(即SMF 1~SMF 26)，SMF后的数字顺序大体按照其在威尔逊台地模式中的标准相带的顺序排列，即从盆地的SMF 1至地表暴露区的SMF 26^[10]。

这里仅对玉北地区奥陶系出现的九种标准微相类型图版的鉴定特征进行概要介绍(图 2)：SMF 1-掘穴为生屑粒泥灰岩，生屑类型以介壳为主，介壳常因生物掘穴作用而破碎；SMF 6为碎屑流沉积的岩屑砾状灰岩，颗粒的磨圆和球度较高，生物化石有介壳和棘皮碎片等，可见泥晶包壳；SMF 9为生屑粒泥灰岩，生物化石含量高，少量为完整生物化石，但大多化石因生物掘穴作用而破碎，生屑常发生泥晶化；SMF 11为亮晶胶结的包壳生屑颗粒灰岩，生屑颗粒以具泥晶包壳或完全泥晶化为特征；SMF 12-海百合为富集海百合碎片的粒泥灰岩或泥粒灰岩；SMF 15-C为同心鲕粒灰岩，鲕粒具同心圈层结构；SMF 16-非纹层为似球粒颗粒灰岩和泥粒灰岩，似球粒分选好，磨圆较好，可见钙球；SMF 17为集合粒(葡萄石)颗粒灰岩，集合粒为内碎屑，分选较差，磨圆差到中等，少见化石；SMF 23为非纹层均质微晶或微亮晶，常见鸟眼孔或窗格孔构造，无化石。

标准微相类型在镶边碳酸盐岩台地相带内的分布如图 3所示。有些微相类型仅出现在特定的相带内，如：SMF 6仅出现在FZ 4内，SMF 16-非纹层仅出现在FZ 8内；这些微相类型可以单独作为特定相带的标志。有些微相类型可以出现于相邻的甚至相距较远的多个相带内，如：SMF 1可以出现在相邻的FZ 1和FZ 2两个相带内，SMF 23可以出现在相邻的FZ 8和FZ 9两个相带内，SMF 9可以出现在相距较远的FZ 2和FZ 7两个相带内，SMF 12-海百合可以出现在FZ 2、FZ 4和FZ 5三个相带内；这些微相类型不能单独作为特定相带的标志，但多个微相类型的组合可以作为特定相带的标志，如：SMF 1与SMF 9的组合可以作为FZ 2的标志，SMF 15-C与SMF17的组合可以作为FZ 7的标志，SMF 17与SMF 23的组合可以作为FZ 8的标志。因此，通过特征的标准微相类型或其组合可以确定其归属的相带。

3 玉北地区奥陶系标准微相类型

在玉北地区奥陶系蓬莱坝组—良里塔格组中共识别出九种标准微相类型，分别是SMF 1-掘穴(生物掘穴泥晶生屑灰岩)、SMF 6(含棘屑似球粒砂屑灰岩)、SMF 9(含粪球粒生屑泥粒灰岩)和SMF 11(具泥晶套的生屑颗粒灰岩)、SMF 12-海百合(海百合质生屑泥粒灰岩)、SMF 15-C(同心鲕粒灰岩)、SMF 16-非纹层(亮晶似球粒砂屑灰岩)、SMF 17(亮晶不等粒内碎屑灰岩)和SMF 23(无化石泥晶灰岩)。

3.1 蓬莱坝组

玉北地区钻遇蓬莱坝组的井仅分布在玉北东部，且均未见底。蓬莱坝组以白云岩为主，白云石结晶程度高，岩石原始结构大多没有保留下来，仅少量样品可见残留的灰岩结构。

YB 7井蓬莱坝组仅保留两种结构类型的灰岩，一种是内碎屑灰岩，内碎屑是由胶结后的似球粒砂屑灰岩再搬运与沉积而形成的，次棱角状—次圆状，分选较差，直径最大超过2 mm，其标准微相类型为：SMF 17(图 4A-a)；另一种是似球粒亮晶砂屑灰岩，砂屑直径约0.1~0.2 mm，次棱角状—次圆状，分选较好，其标准微相类型为：SMF 16-非纹层(图 4A-b)。与其相应的成像测井段图像(FMI)特征为密集的明暗相间条带，暗条带较窄，呈近水平状或低缓正弦曲线状，是缝合线或低角度裂缝的响应特征；与成像测井段相应的伽马测井曲线振荡剧烈，伽马值在15至＞90 API之间变化，伽马值的剧烈变化可能与白云石含量的变化相关。

YB 5井蓬莱坝组仅保留白云石交代残留的鲕粒轮廓，鲕粒为卵形—球形，粒径0.5~1 mm，分选较好，含有少量内碎屑砾屑，其标准微相类型为：SMF 15-C(图 4A-c)。该样品的取样位置超出了成像测井和伽马测井的深度底界，从与其邻近的测井响应特征看，成像测井图像较为连续，伽马测井曲线呈中低位—缓波状特征。

3.2 鹰山组下段

玉北地区鹰山组下段的岩石类型也以白云岩为主，玉北东部YB 6A井、YD 4井和YB 1-2x井的少量样品可见残留的灰岩结构。

YB 6A井鹰山组下段位于6 713.6 m的样品具内碎屑砂屑结构，砂屑粒径为0.2~1 mm，次棱角状，分选差，其标准微相类型为：SMF 17(图 4B-a)。与其相应的成像测井段图像为宽的亮条带夹窄的暗条带，暗条带为水平缝合线或裂缝的响应特征；与成像测井段相应的伽马测井曲线呈强振幅波动特征。

YD 4井位于5 603.1 m的样品为亮晶似球粒砂屑结构，砂屑粒径为0.1~0.4 mm，次棱角状—次圆状，分选较好，其标准微相类型为：SMF 16-非纹层(图 4B-b)。与其相应的成像测井段图像整体较为明亮，窄的水平暗条带为水平裂缝特征，斜列暗条纹为诱导缝特征；与成像测井段相应的伽马测井曲线呈中低位—锯齿状波动特征。

YB 1-2x井鹰山组下段保留有被隐晶硅质交代残留的卵形—球形鲕粒，具同心圈层结构，粒径0.4~1 mm，分选中等，其标准微相类型为：SMF 15-C(图 4B-c)。与其相应的成像测井段图像较为连续；与成像测井段相应的伽马测井曲线呈中低位—锯齿状波动特征。

3.3 鹰山组上段

玉北地区鹰山组上段的岩石类型为灰岩，在玉北地区不同部位的钻井中均有钻遇和取芯，以位于西北部的PSB 2井和位于东部的YB 3井为例。

PSB 2井鹰山组上段位于7 188.3 m的样品为亮晶砂屑结构，砂屑粒径0.1~1.5 mm，次棱角状，分选差，含少量介壳，其标准微相类型为：SMF 17(图 4C-a)；位于7 190.1 m的样品为泥晶结构，含有较多菱形白云石，不含生物化石，其标准微相类型为：SMF 23(图 4C-b)。与其相应的成像测井段图像质量差；泥晶灰岩样品超出了伽马测井曲线的深度底界，亮晶砂屑灰岩具有低位—微波状的伽马曲线响应特征，其与剧烈振荡的伽马曲线交互出现，前者厚度15~20 m，后者厚度小于10 m；这可能反映了亮晶砂屑灰岩与含白云石泥晶灰岩互层的特征。

YB 3井鹰山组上段位于5 362.8 m的样品为亮晶似球粒砂屑结构，含有少量棘屑，砂屑粒径0.2~0.4 mm，少量大于0.4 mm，次圆状，分选较好，其标准微相类型为：SMF 16-非纹层(图 4D-a)；位于5 366.9 m的样品为泥晶结构，含有一些鸟眼孔和窗格孔构造，不含生物化石，其标准微相类型为：SMF 23(图 4D-b)。与亮晶砂屑灰岩样品相应的FMI图像为亮条带，与泥晶灰岩样品相应的FMI图像为暗条带；与前者相应的伽马曲线较为低平，后者的伽马曲线略微突出，伽马测井曲线总体呈低位—缓波状特征。

3.4 一间房组

玉北地区一间房组的岩石类型为灰岩，残余地层仅分布在玉北东部，以YB 10井和YB 6A井为例。

YB 10井一间房组位于6 629.6 m的样品为泥晶灰岩，含有较多的鸟眼孔和窗格孔构造，其标准微相类型为：SMF 23(图 5A-a)；位于6 631.9 m的样品为亮晶内碎屑灰岩，含有少量介壳和棘屑，内碎屑粒径0.2~1 mm，次棱角状—次圆状，分选中等，其微相类型为：SMF 17(图 5A-b)。与泥晶灰岩样品相应的FMI图像为暗条带，与亮晶内碎屑灰岩样品相应的FMI图像为亮条带，亮条带与暗条带交互出现，前者宽0.4~1 m，后者宽0.1~0.2 m。与亮条带和暗条带相应的伽马曲线波动不显著，反应其泥质含量差异不大。

YB 6A井一间房组位于6 359.4 m的样品为亮晶似球粒砂屑结构，粒径0.2~0.5 mm，分选中等，其标准微相类型为：SMF 16-非纹层(图 5B-a)；位于6 364 m的样品为亮晶内碎屑结构，内碎屑为细粒—极粗粒结构，次棱角状，分选较差，其标准微相类型：SMF 17(图 5B-b)。与其相应的成像测井段暗色条带不明显，伽马测井曲线呈中低位—微波状特征。

3.5 恰尔巴克组

玉北地区恰尔巴克组的岩石类型为灰岩，残余地层仅分布在玉北东部，以YB 9井和YB 10井为例。

YB 9井位于6 559 m的样品为泥晶生屑灰岩，生屑含量约占45%，生屑类型以海百合碎片为主，并含有少量的腕足动物棘刺等，其标准微相类型为：SMF 12-海百合(图 5C-a)；位于6 563.4 m的样品为亮晶砂屑灰岩，含有一些棘屑；砂屑粒径0.2~0.7 mm，卵状—球状，分选中等；部分砂屑具有等厚的亮晶环边，棘屑具有泥晶环边；其标准微相类型为：SMF 6(图 5C-b)。与其相应的成像测井段图像为明暗相间的条带，暗条带宽0.1~0.3 m，亮条带宽0.2~0.5 m；泥晶生屑灰岩相应于暗条带，亮晶砂屑灰岩相应于亮条带；与成像侧近段相应的伽马曲线呈窄凸峰—宽凹谷状，振幅较大。

YB 10井恰尔巴克组位为泥晶生屑灰岩，生屑含量约35%~45%，生屑类型以介壳为主，部分介壳保存完整，部分介壳因生物掘穴作用而破碎成粉细屑，另含一些棘屑、腹足类等，其标准微相类型为：SMF 1-掘穴(图 5D-a, b)。与其相应的成像测井段图像为明暗相间的条带，亮条带宽0.1~0.4 m，暗条带宽0.1~0.3 m，上部样品相应于亮条带，下部样品相应于暗条带；伽马曲线呈窄凸峰—宽凹谷状，振幅较大。

3.6 良里塔格组

玉北地区良里塔格组岩石类型为灰岩，残余地层仅分布在玉北中西部，以PSB 2井和YB 4井为例。

PSB 2井良里塔格组位于6 900 m的样品为亮晶生屑灰岩，生屑含量约占45%，其生屑类型主要为棘皮类碎片和苔藓虫碎片，生屑发生部分或完全泥晶化，其标准微相类型为：SMF 11(图 5E)；位于6 903.7 m的样品为泥晶生屑灰岩，含有大量的粪球粒，生屑含量约占25%，生屑多因生物掘穴作用而破碎成粉细屑，完整的化石类型有牙形石、介壳、腕足类等，其标准微相类型为：SMF 9。与其相应的伽马测井段曲线呈中低位—缓波状与“尖峰”相间的特征，缓波段宽0.8~3 m，尖峰段宽0.2~0.8 m；亮晶生屑灰岩与缓波段相应，泥晶生屑灰岩与尖峰段相应。

YB 4井良里塔格组位于5 841.2 m的样品为亮晶砂屑结构，砂屑类型包括内碎屑，泥晶化的生屑及钙球等，砂屑粒径0.2~1 mm，次棱角状—次圆状，分选差，其标准微相类型为：SMF 17(图 5F-a)；位于5 843 m的样品为亮晶鲕粒结构，鲕粒类型以同心鲕为主，鲕粒泥晶化程度高，破坏了其圈层结构，鲕粒粒径0.2~1 mm，分选较差；含有少量不规则薄皮鲕，鲕粒核心为生屑；其标准微相类型为：SMF 15-C(图 5F-b)。与其相应的成像测井段图像总体较为明亮，无条带结构；伽马测井段曲线呈低位—缓波状特征。

4 玉北地区奥陶系沉积环境演化

玉北地区不同井奥陶系各层段标准微相类型组合的测井响应特征在纵横向上可以很好地对比，其可以作为微相组合在空间上分布的划分依据。根据微相组合连井对比结果，可以将玉北地区奥陶系分为四个沉积阶段，即蓬莱坝组—鹰山组下段、鹰山组上段—一间房组、恰尔巴克组和良里塔格组；同一沉积阶段仅发育3~4种标准微相类型，其在平面上同时存在，在垂向上互层出现。不同阶段的微相类型组合反映了其沉积环境的海底地形和水体能量大小。

蓬莱坝组—鹰山组下段(O₁p-O_1-2y^下)的标准微相类型组合包括SMF 15-C、SMF 16-非纹层和SMF 17，为开阔台地中高能鲕粒滩与砂屑滩沉积(图 6A)。在平面上鲕粒滩与似球粒砂屑滩呈带状间互出现，局部有不等粒内碎屑滩沉积；在垂向上发育连续的中厚层鲕粒灰岩和似球粒砂屑灰岩，以及中等层厚似球粒砂屑灰岩夹不等粒内碎屑灰岩。

鹰山组上段—一间房组(O_1-2y^上-O₂yj)的标准微相类型组合包括SMF 16-非纹层、SMF 17和SMF23，为局限台地中低能砂屑滩与泥坪沉积(图 6B)。在平面上不等粒内碎屑砂屑滩及滩间泥坪间互出现，局部有似球粒砂屑滩沉积；在垂向上发育中等层厚的不等粒内碎屑灰岩夹似球粒砂屑灰岩、薄层泥晶灰岩。

恰尔巴克组(O₃q)的标准微相类型组合包括SMF 6和SMF12-海百合，以及SMF 1-掘穴，为斜坡碎屑流—陆棚静水沉积(图 6C)。在平面上出现高能的经风暴浪颠选的斜坡碎屑流沉积与低能的陆棚静水沉积；在垂向上，斜坡带为风暴浪颠选的中等层厚亮晶含棘屑似球粒或不等粒内碎屑灰岩夹薄层棘屑质生屑泥粒灰岩；陆棚为薄层具强烈生物掘穴的泥晶生屑灰岩夹极薄层微弱生物掘穴的泥晶生屑灰岩。

良里塔格组(O₃l)的标准微相类型组合包括SMF 9和SMF 11，以及SMF 15-C、SMF 16-非纹层和SMF 17，为台缘生屑滩—开阔台地中高能鲕粒滩与砂屑滩沉积(图 6D)。在平面上台缘生屑滩位于玉北地区西北缘，向东南为似球粒砂屑滩与鲕粒滩间互沉积，局部有不等粒内碎屑砂屑滩；在垂向上，台缘为块状生屑颗粒灰岩夹中等层厚生屑泥粒灰岩，向东南为连续的厚层鲕粒灰岩或似球粒砂屑灰岩或两者互层，局部为中厚层鲕粒灰岩与不等粒内碎屑颗粒灰岩互层。

5 结论

(1) 塔里木盆地沉积相带的划分迄今没有统一的方案，这在一定程度上受研究者主观认识的影响。微相是相带的标志，沉积相的研究需从微相入手，Flügel提出的标准微相类型及其相带分布为微相及沉积相研究提供了标准模板与模式。以此为依据，可以有效地减少主观因素在沉积相研究中的影响。

(2) 玉北地区奥陶系碳酸盐岩发育于塔西南古隆起之上，根据对其标准微相类型及沉积相带的研究，可将其分为四个沉积阶段：蓬莱坝组—鹰山组下段(O₁p-O_1-2y^下)为开阔台地中高能鲕粒滩与砂屑滩；鹰山组上段—一间房组(O_1-2y^上-O₂yj)为局限台地中低能砂屑滩与泥坪；恰尔巴克组(O₃q)为斜坡碎屑流—陆棚静水沉积；良里塔格组(O₃l)为台缘生屑滩—开阔台地中高能鲕粒滩与砂屑滩。