岩石学报  2017, Vol. 33 Issue (4): 1204-1220   PDF    
塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区寒武纪-奥陶纪沉积特征及演化
石开波1,2, 蒋启财1,2, 刘波2, 潘文庆3, 田景春4     
1. 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871;
2. 北京大学石油与天然气研究中心, 北京 100871;
3. 塔里木油田勘探开发研究院, 库尔勒 841000;
4. 成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610059
摘要: 库鲁克塔格地区保存了相对完整的寒武纪-奥陶纪沉积地层,其沉积特征及演化规律的研究,对塔东地区寒武系-奥陶系油气勘探具有重要意义。通过库鲁克塔格地区详细的野外地质调查,结合前人相关研究成果,对该区寒武系-奥陶系沉积体系、沉积模式及演化规律的研究表明,寒武纪时期,库鲁克塔格地区经历了一次大的海侵-海退旋回,南、北两区沉积具有相似性。寒武纪早期的快速海侵导致南、北两区均发育陆棚相-深水盆地相沉积;寒武纪晚期,在逐渐海退的背景下,南、北两区开始出现沉积分异。奥陶纪,经历了新一轮大的海侵-海退旋回,南北两区沉积差异显著。北区从早奥陶世到晚奥陶世,发育台地边缘斜坡相-广海陆棚相-缓斜坡相-台地边缘礁滩相-开阔台地相相序,构成整体向上变浅的碳酸盐岩沉积层序;而南区发育深水盆地相-陆棚斜坡相-浊流盆地相-碎屑陆棚相相序,形成一套巨厚的深水复理石建造。库鲁克塔格地区寒武纪时期发育缓坡型碳酸盐岩台地,因台地不断向南构筑以及断裂活动,导致奥陶纪晚期台地边缘快速变陡,并在经历斜坡相快速堆积填平补齐之后,重新演变为缓坡型碳酸盐岩台地。晚奥陶世,由于周缘构造活动影响,却尔却克山-雅尔当山一带下沉,逐渐向远端变陡缓坡型碳酸盐岩台地演化。
关键词: 塔里木盆地     库鲁克塔格     寒武纪-奥陶纪     沉积特征     沉积模式     碳酸盐岩台地    
Sedimentary characteristics and evolution of Cambrian-Ordovician in Quruqtagh area, NE Tarim Basin, Xinjiang
SHI KaiBo1,2, JIANG QiCai1,2, LIU Bo2, PAN WenQing3, TIAN JingChun4     
1. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
2. Institute of Oil and Gas, Peking University, Beijing 100871, China;
3. Institute of Exploration and Development, Tarim Oil Field, Korla 841000, China;
4. State Key Lab of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
Abstract: The Cambrian-Ordovician strata are preserved relatively intact in Quruqtagh of the Tarim Basin. It is significance to Cambrian-Ordovician hydrocarbon exploration in eastern Tarim Basin that a systematic study on the sedimentary characteristics and evolution of Cambrian-Ordovician in Quruqtagh area is carried out. In this paper, based on filed geological surveying and combined with published research achievements, we have discussed sedimentary characteristics, depositional model and evolution of Cambrian-Ordovician in Quruqtagh area. Study shows that Quruqtagh area experienced a second order transgression-regression cycle during Cambrian and there is a similar sedimentary characteristics in north and south region. In the early Cambrian, a rapid transgression result in deep-water shelf and basin depositional environment both north and south region; in the Late Cambrian, under the background of gradual regression, depositional environment began to appear a differentiation between north and south region. In Ordovician, Quruqtagh area experienced a new second order transgression-regression cycle and there is a significant sedimentary difference between north and south region. In north Quruqtagh, carbonate rock is dominant and development of the upward shallowing depositional facies sequence which consists of platform-marginal slope facies, open shelf facies, platform-marginal reef and shoal facies, open platform facies. In south Quruqtagh, clastic rock is dominant and development of the great thick deep-water flysch formation which consists of deep-water basin facies, shelf slope facies, turbidite deposit basin facies, clastic shelf facies. Carbonate ramp develop in Cambrian and margin steepen in the Early Ordovician due to platform building to the south and fault activity result in gravity flow deposit. On the basis of filling and leveling up, carbonate ramp develop again in the Middle Ordovician. In the Late Ordovician, suffering from periphery tectonic activity, Queerquek Mountain to Yaerdang Mountain area subside and development of distally steeped ramp.
Key words: Tarim Basin     Quruqtagh     Cambrian-Ordovician     Sedimentary characteristic     Depositional model     Carbonate platform    
1 引言

塔里木盆地作为我国西部最大的含油气盆地,面积56×104km2,是一个发育在塔里木板块内大型多旋回叠合盆地 (贾承造, 1999; Xu et al., 2013)。塔东地区由于下古生界地层埋藏深度较大,钻井揭露较少,研究程度较弱,下古生界油气勘探有待突破。野外露头区的基础地质调查对深入认识盆地内部地层、沉积、储层等油气地质特征尤为重要。近年来不断有资料表明塔东地区震旦系、寒武系具有良好的生烃潜力 (秦天西和范红雪, 2003; 张水昌等, 2006; 王招明等, 2014; 蔡郁文, 2014; 张光亚等, 2015; 冯许魁等, 2015; 朱光有等, 2016),寒武系、奥陶系发育潜在的碳酸盐岩优质储层 (梁正生等, 2005; 李廷艳, 2005; 刘永福等, 2008; 胡九珍, 2009; 张光亚等, 2015; 王坤等, 2016)。因此对于塔东地区野外露头区寒武系、奥陶系的地层、沉积等基础地质研究具有重要的油气地质意义。

塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区寒武系-奥陶系地层发育齐全、出露广泛 (高振家和成守德, 1984),新疆地质局、新疆地质科研所、中国科学院南京地质古生物所、新疆石油局、塔里木油田及滇黔桂石油勘探局石油地质科学研究所等多家单位先后在该区做了大量的工作。早期基于古生物学研究,初步建立了该区寒武系-奥陶系地层划分方案 (安德盛和张启泰, 1986; 高振家和成守德, 1984; 成守德等, 1985; 钟端和郝永祥, 1990; 杨式溥, 1994; 刘万祥和黄智斌, 1999; 赵治信等, 2000; 周志毅, 2001; 林天瑞等, 2001; 谭泽金等, 2005)。其后,针对该区寒武系-奥陶系层序划分及典型的沉积特征开展过一系列研究 (纪友亮等, 2002; 段吉业等, 2005; 李廷艳, 2005; 郑秀娟, 2005; 程日辉等, 2006a, b; 白雪峰等, 2006; 刘万洙等, 2006; 杨瑞东等, 2006; 赵宗举等, 2006; 白云风等, 2006; 姜雪等, 2010; 王招明等, 2011; 刘文等, 2015; 付超, 2012; 郑兴平等, 2014; 蔡习尧等, 2014; 陈强路等, 2015; 钱一雄等, 2016; Gao and Fan, 2015; Dong et al., 2016),这些研究主要针对于单个剖面或单个地层组,较少针对寒武系-奥陶系构造-沉积演化的系统研究。本文在前人研究基础上,根据笔者近几年来对克鲁克塔格地区详细的野外地质调查,对该区寒武系-奥陶系地层、沉积模式及演化特征进行研究,旨在厘清该区寒武系-奥陶系地层分布及沉积演化特征,为塔东地区下古生界油气勘探提供基础地质依据。

2 区域地质背景

库鲁克塔格地区位于塔里木盆地东北缘,属于天山山脉的南支,北以辛格尔断裂为界,南以孔雀河断裂为界,西起库尔勒,向东经雅尔当山、向阳村一直延伸至玉儿滚布拉克一带 (图 1a)。该区以兴地断裂为界分为南、北两区,兴地断裂形成于中元古代 (孙晓猛等, 2006),西起库尔勒,经兴地、赛马山一带,向东归入民丰-且末断裂系统北段,是一条穿越整个库鲁克塔格地区的深大断裂,控制了南、北两区自新元古代以来的沉积过程 (图 1b)。库鲁克塔格地区经历了早海西期泥盆纪和晚白垩世以来的两次隆升过程 (孙晓猛等, 2006),使得下古生界地层在该区广泛出露,寒武系-奥陶系地层在北区主要出露于兴地村、乌里格孜塔格、西大山、莫合尔山,南区主要出露于却尔却克山、元宝山、雅尔当山及向阳村一带。根据前人对该区寒武系-奥陶系大量的古生物地层研究结果 (安德盛和张启泰, 1986; 高振家和成守德, 1984; 成守德等, 1985; 钟端和郝永祥, 1990; 杨式溥, 1994; 刘万祥和黄智斌, 1999; 赵治信等, 2000; 周志毅, 2001; 林天瑞等, 2001; 谭泽金等, 2005; 程日辉等, 2006a, b; 赵宗举等, 2006; 王招明等, 2011, 2012; 蔡习尧等, 2014; 全国地层委员会和中国地质调查局, 2014),建立了南、北两区地层划分方案并与柯坪、巴楚地区寒武系-奥陶系地层进行对比 (表 1)。南、北两区寒武系地层划分方案一致,自下而上划分为西山布拉克组、西大山组、莫合尔山组及突尓沙克塔格组群 (下、中段)(表 1)。奥陶系在南、北两区的地层划分方案具有较大差异,北区自下而上划分为突尓沙克塔格组群 (上段)、巷古勒塔格组、赛力克达坂组、乌里格孜塔格组及哈达布拉克组;南区自下而上划分为突尓沙克塔格组群 (上段)、黑土凹组、却尔却克组、杂土坡组、银屏山组及元宝山组 (表 1)。本文实测剖面主要位于乌里格孜塔格、恰克马克铁什、兴地村、却尔却克山及雅尔当山地区,对于却尔却克山及元宝山地区奥陶系则主要参考钟端和郝永祥 (1990)实测剖面资料。

图 1 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区寒武系-奥陶系露头分布 Fig. 1 Distribution of Cambrian-Ordovician outcrops in Quruqtagh area, NE Tarim Basin

表 1 塔里木盆地库鲁克塔格地区寒武-奥陶系地层划分 Table 1 Cambrian-Ordovician stratigraphic classification in Quruqtagh area, NE Tarim Basin
3 寒武系-奥陶系地层及沉积特征

库鲁克塔格寒武系-奥陶系地层在兴地断裂南、北两侧具有不同的沉积特征,其岩石组合、沉积构造、地层厚度均有较大的差异。

3.1 寒武系沉积特征

寒武系南、北两区地层划分方案一致,自下而上划分为西山布拉克组、西大山组、莫合尔山组及突尓沙克塔格组群 (下、中段)(表 1)。西山布拉克组,不整合覆盖于震旦系汉格尔乔克组“盖帽白云岩”之上,可划分为上、下两段。北区厚96~200m,在乌里格孜塔格地区 (厚200m),下段为灰黑色薄层状硅质岩与灰绿色块状玄武岩不等厚互层,夹黄灰色粉晶白云岩,火山岩下部常发育磷矿层;上段为灰黑色薄-中层状硅质岩与硅质白云岩/灰岩不等厚互层 (图 2d)。在恰克马克铁什地区 (厚96m),下段为灰色、灰黑色硅质岩,向上夹黄灰色硅质泥岩,下部发育磷矿层;上部为灰黑色硅质岩与泥质灰岩互层。在兴地一带 (厚166.7m),西山布拉克组下段为灰黑色硅质岩与浅灰色硅质岩、灰黑色硅质泥岩互层,夹灰绿色玄武岩,底部发育磷矿层;上段为灰黑色硅质岩与硅质泥岩不等厚互层 (图 2a)。南区西山布拉克组主要出露于雅尔当山地区,厚29m,下段为灰黑色薄层状硅质岩夹玄武岩 (图 2i);上段为深灰色粉晶白云岩、灰黑色硅质岩、泥岩。整体上看,南、北两区西山布拉克组沉积特征相似,厚度差异较大,下段为海相玄武岩的间歇式喷发与硅质沉积,上段为硅质岩-碳酸盐岩沉积,水平层理及纹层状构造发育,层理极为均匀、平整,硅质岩中含大量的放射虫、硅质海绵骨针 (图 2b),为深水环境中的产物,属深水盆地相沉积环境 (图 2图 3)。

图 2 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区寒武系沉积综合柱状图 (a) 薄-中层状硅质岩,西山布拉克组,兴地剖面;(b) 硅质岩中放射虫及海绵骨针,西山布拉克组;(c) 黑色硅质岩与硅质灰岩不等厚互层,西山布拉克组上部,乌里格孜塔格剖面;(d) 紫红色白云岩,西大山组,乌里格孜塔格剖面;(e) 中层状藻屑泥晶灰岩与薄层状泥晶灰岩夹硅质岩薄层,莫合尔山组,乌里格孜塔格剖面;(f) 泥质条纹灰岩,莫合尔山组,兴地剖面;(g) 泥质灰岩-砂屑灰岩-瘤状灰岩序列,突尓沙克塔格群下段,兴地剖面;(h) 泥质灰岩、钙质泥岩夹泥晶灰岩条带或透镜体,突尓沙克塔格群中段,乌里格孜塔格剖面;(i) 玄武岩,西山布拉克组下锻,雅尔当山剖面;(j) 云质灰岩夹薄层硅质岩,西大山组,雅尔当山剖面;(k) 云质灰岩与泥岩互层,西大山组,雅尔当山剖面;(l) 泥晶灰岩与钙质泥岩互层,莫合尔山组,却尔却克剖面;(m) 细晶白云岩,莫合尔山组,雅尔当山剖面;(n) 藻屑泥晶灰岩,突尓沙克塔格群下锻,却尔却克剖面;(o) 粉晶云岩夹泥岩,突尓沙克塔格群下锻,雅尔当山剖面;(p) 薄层状泥晶灰岩与黑色泥岩互层,突尓沙克塔格群中段,雅尔当山剖面 Fig. 2 Sedimentary columnar section of Cambrian in Quruqtagh area, NE Tarim Basin

图 3 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区寒武系地层及沉积相对比 Fig. 3 Stratigraphic and facies correlation of Cambrian in Quruqtagh area, NE Tarim Basin

西大山组整合于西山布拉克组之上,北区厚48~100m,在乌里格孜塔格地区 (厚97m),底部为灰、灰黑色硅质粉晶白云岩夹黑色硅质岩及泥岩,之上为灰色、深灰色泥粉晶白云岩。在恰克马克铁什地区 (厚54.5m),下部为深灰色灰质粉晶白云岩与灰黑色钙质泥岩互层,白云岩风化后呈浅红-棕红色 (图 2d)。在兴地一带 (厚47.8m),下部为黑色钙质泥岩夹粉晶灰岩;中部为深灰色、紫红色泥粉晶 (灰质) 白云岩;上部为深灰色含泥泥晶白云岩与灰色钙质泥岩互层。南区主要出露于雅尔当山地区,厚37m,下部为灰、深灰色粉晶云岩与硅质岩互层 (图 2j);上部为灰色云质灰岩与硅质泥岩不等厚互层 (图 2k)。西大山组在南北两区均以白云岩及云化灰岩发育为特征,水平层理及纹层构造发育,整体上由北向南厚度逐渐变薄,碳酸盐岩含量减少,硅质、泥质含量逐渐增多,反应了南、北两区沉积环境的差异,北区为深水陆棚相沉积环境,南区则更靠近盆地中心为深水盆地相沉积环境 (图 2图 3)。

莫合尔山组整合于西大山组之上,可划分为上、下两段。北区厚140~296m,在乌里格孜塔格地区 (厚140m),下段为深灰色泥晶灰岩、藻屑泥晶灰岩夹薄层硅质岩 (图 2e);上段为灰、深灰色泥、粉晶灰岩与藻屑泥晶灰岩互层夹少量钙质泥岩。在恰克马克铁什地区 (厚296m),下段为灰、深灰色钙质泥岩、泥粉晶灰岩、云质灰岩不等厚互层;上段下部发育灰、深灰色砂屑灰岩、泥晶灰岩夹泥质灰岩及钙质泥岩,上部为泥晶灰岩、泥质灰岩、钙质泥岩韵律互层;在兴地一带 (厚245m),下段为深灰色泥晶灰岩、泥质灰岩、钙质泥岩互层 (图 2f);上段下部为深灰色泥晶灰岩与泥粉晶白云岩不等厚互层夹少量硅质条带,上部为灰、深灰色砂屑灰岩与深灰色钙质泥岩、泥质灰岩、泥晶灰岩互层。南区在雅尔当山地区厚115m,下段为深灰、灰黑色钙质泥岩与泥晶灰岩、云质灰岩及泥晶云岩互层;上段下部为深灰色钙质泥岩与灰色细晶白云岩互层 (图 2m),上部为浅灰色泥粉晶灰岩、泥晶云岩夹深灰色钙质泥岩;在却尔却克地区仅出露莫合尔山组上段地层,为深灰色泥晶灰岩与钙质泥岩、硅质泥岩互层夹多层玄武岩 (图 2l)。莫合尔山组整体沉积厚度北区较南区厚,在乌里格孜塔格地区发育的藻屑灰岩,藻屑基本不具原生粘结构造,为搬运后再沉积的异地藻屑灰岩,莫钦库都克及兴地一带开始出现较多的细砂屑灰岩,表明其沉积环境逐渐靠近台地边缘,接受较多搬运自台地或台地边缘沉积物,整体为缓斜坡-浅水陆棚相沉积环境。南区相对于北区泥质含量增多,且硅质含量较高,沉积水体较深,为深水棚相沉积环境 (图 2图 3)。

突尓沙克塔格群整合于莫合尔山组之上,划分为上、中、下三段,其下-中段属于寒武系,上段属于奥陶系。北区厚75~104m,在乌里格孜塔格地区 (厚101.5m),下段为深灰、灰黑色薄层泥晶灰岩与钙质泥岩互层,夹瘤状灰岩、泥质灰岩及少量亮晶鲕粒灰岩;中段为深灰、黑色砂屑灰岩、瘤状灰岩、泥晶灰岩及薄层钙质泥岩互层成,发育鲍马层序。在莫钦库都克地区仅见突尓沙克塔格群部分地层 (厚74.8m),下部为灰、深灰色泥粉晶灰岩夹瘤状灰岩,上部为灰、深灰色泥晶灰岩与钙质泥岩不等厚互层 (图 2h)。在兴地一带 (厚104m),下段为深灰色泥质灰岩与薄层泥晶灰岩、瘤状灰岩及灰色细砂屑灰岩互层,常组成细砂屑灰岩→瘤状灰岩→泥晶灰岩→泥质灰岩的旋回性沉积 (图 2g);中段为灰、深灰色细砂屑灰岩夹深灰色薄-中层泥岩、瘤状灰岩及泥晶灰岩。南区厚134~142m,在雅尔当山地区 (厚134m),下段为灰黑色中薄层泥粉晶 (云质) 灰岩、粉晶云岩夹黄灰、灰黑色钙质泥岩 (图 2o, p),向上云质减少、泥质增多;中段为深灰、灰黑色薄层钙质泥岩与瘤状灰岩、泥晶灰岩互层。在却尔却克地区 (厚142m),下段为深灰色、灰黑色薄层泥晶灰岩夹藻屑泥晶灰岩 (图 2n);中段为灰、灰黑色泥晶灰岩、泥质灰岩、瘤状灰岩与灰黑色泥岩互层。突尔沙克塔格群下、中段北区以泥晶灰泥为主,含泥质,水平层理,纹层构造发育,水体中的碳酸盐补给时有中断,致使灰泥与泥质非同时沉积,形成了瘤状灰岩,局部层段发育砂屑及鲕粒等异地颗粒,整体为台缘斜坡坡趾-浅水陆棚相沉积环境。南区突尓沙克塔格群中、下段虽然局部地区由于重结晶和白云岩作用导致次生晶粒结构发育,但原始沉积以泥晶灰泥为主,泥质含量较高,水平层理发育,整体继承了早期莫合尔山组沉积特征,为浅水-深水陆棚相沉积环境 (图 2图 3)。

3.2 奥陶系沉积特征

奥陶系,南、北两区地层划分方案具有较大差异,北区自下而上划分为突尓沙克塔格群 (上段)、巷古勒塔格组、赛力克达坂组、乌里格孜塔格组及哈达布拉克组;南区自下而上划分为突尓沙克塔格组群 (上段)、黑土凹组、却尔却克组、杂土坡组、银屏山组及元宝山组 (表 1)。

3.2.1 北区

下奥陶统突尓沙克塔格群上段 (厚383m),由灰、深灰色砾屑灰岩、砂屑灰岩、泥瘤状灰岩、泥晶灰岩、钙质泥岩组成 (图 4a),下部砾屑灰岩较多,上部以瘤状灰岩及泥晶灰岩为主 (图 4b)。突尓沙克塔格群上段以砾屑灰岩发育为特征,发育粒序层理,为台地边缘岩石发生破碎,在重力作用下搬运至台地前缘斜坡沉积,为台缘斜坡相沉积环境 (图 4图 5)。

图 4 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格北区奥陶系沉积综合柱状图 (a) 砾屑灰岩-砂屑灰岩-泥晶灰岩-瘤状灰岩序列,突尓沙克塔格群上段,乌里格孜塔格剖面;(b) 突尓沙克塔格群与巷古勒塔格组分界,下部泥晶灰岩,上部瘤状灰岩,乌里格孜塔格剖面;(c) 泥晶灰岩中生物潜穴,巷古勒塔格组下段,乌里格孜塔格剖面;(d) 斑块状白云岩,巷古勒塔格组中段,乌里格孜塔格剖面;(e) 泥质瘤状灰岩,周围被泥质包裹,巷古勒塔格组中段,乌里格孜塔格剖面;(f) 亮晶棘屑灰岩,赛力克达坂组,乌里格孜塔格剖面;(g) 亮晶生屑砂屑灰岩,交错层理,乌里格孜塔格组,乌里格孜塔格地区;(h) 泥晶灰岩与泥质灰岩互层,哈达布拉克组下段,乌里格孜塔格剖面;(i) 泥晶生屑灰岩,哈达布拉克组上段,乌里格孜塔格剖面 Fig. 4 Sedimentary columnar section of Ordovician in north part of Quruqtagh area, NE Tarim Basin

图 5 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区中-下奥陶统地层及沉积相对比 Fig. 5 Stratigraphic and facies correlation of the Lower-Middle Ordovician in Quruqtagh area, NE Tarim

中下奥陶统巷古勒塔格组进一步划分为上、中、下三段,下段 (厚273.5m),岩性为瘤状灰岩夹钙质泥岩、泥晶灰岩 (图 4b);中段 (厚728.2m),岩性为深灰色泥晶灰岩、泥质条纹泥晶灰岩与瘤状灰岩不等厚互层,顶部发育巨斑状白云岩 (图 4d, e);上段 (厚534.2m),岩性为深灰色瘤状泥晶灰岩与 (含泥质纹层) 泥晶灰岩互层,局部发生白云岩化。巷古勒塔格组中、下段整体发育大量的瘤状灰岩 (图 4b),以及泥质灰岩,表明沉积水体较深,碳酸钙周期性的中断,水平层理,波状层理及生物钻孔发育 (图 4c),为广海陆棚相沉积环境;向上段瘤状灰岩减少,泥质含量降低,开始出现少量砂屑灰岩,反应水体逐渐变浅,但整体整体沉积能量仍较低,为缓斜坡相沉积环境 (图 4图 5)。

上奥陶统赛力克达坂组厚52.3~152.4m,下部为浅灰色亮晶砂屑灰岩、亮晶棘屑灰岩及亮晶生屑砂屑灰岩 (图 4f),在乌里格孜塔格以西发育灰绿色、棕红色凝灰岩夹薄层泥晶灰岩;上部岩性趋于一致,为浅灰色亮晶生屑灰岩。乌里格孜塔格组厚387.2m,为灰色亮晶生屑灰岩、亮晶砂屑灰岩为主,夹中薄层泥晶灰岩、泥质灰岩及钙质泥岩,顶部含火山碎屑,亮晶生屑、砂屑灰岩中发育大型楔形、板状及浪成交错层理 (图 4g)。哈达布拉克组厚332.5m,下部为深灰色中薄层泥质灰岩、钙质泥岩、泥晶灰岩及少量浅色生屑灰岩 (图 4h),上部为深灰色、黄绿色中厚层钙质泥岩与中薄层泥晶灰岩,含少量泥晶砂屑/生屑灰岩 (图 4i),发育水平层理。整体上,赛力克达坂组-乌里格孜塔格组以一套亮晶生屑、砂屑灰岩为主,交错层理发育,反应水体较浅,能量较高,为台地边缘礁滩相沉积环境。向上哈达布拉克组以钙质泥岩、泥晶灰岩为主,陆源泥含量不断增加,其沉积水体较乌里格孜塔格组浅,能量低,为台内洼地沉积环境,局部发育亮晶砂屑/生屑灰岩,为台内滩相沉积环境 (图 4)。

3.2.2 南区

下奥陶统突尓沙克塔格群上段在南区厚22.7~43m,岩性为灰绿、黄绿色薄层钙质泥岩、泥岩夹黄灰色薄层泥晶灰岩、灰色瘤状灰岩及少量黄灰色薄层泥质灰岩 (图 6a, b)。整体以泥晶灰泥、泥质为主,发育水平层理,微波状层理,波状不连续层和瘤状构造,见海绵骨针及放射虫,为深水陆棚相沉积环境 (图 5图 6)。

图 6 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格南区奥陶系典型沉积综合柱状图 (a) 灰绿色泥岩夹薄层泥晶灰岩,突尓沙克塔格群上段,雅尔当山剖面;(b) 黑土凹组黑色炭质泥岩,却尔却克山剖面;(c) 黑色硅质泥岩,黑土凹组,却尔却克上剖面;(d) 包卷层理,却尔却克组下部,却尔却克山剖面;(e) 褐色泥岩夹薄层泥晶灰岩,却尔却克组下部,却尔却克山剖面;(f) 灰绿色岩屑砂岩与灰绿色泥岩互层,却尔却克组中部,雅尔当山剖面;(g) 灰绿色泥页岩夹薄层粉砂岩,却尔却克组上部,却尔却克山剖面;(h) 灰绿色泥岩夹薄层岩屑砂岩,杂土坡组,元宝山剖面;(i) 深灰色泥岩与岩屑砂岩薄互层夹薄层砾岩,元宝山组,元宝山剖面 Fig. 6 Sedimentary columnar section of Ordovician in southern part of Quruqtagh area, NE Tarim Basin

中下奥陶统黑土凹组厚26.7~97.3m,在雅尔当山地区 (厚97.3m),下部为黑色笔石页岩,上部为紫红色、灰绿色粉砂质泥岩;却尔却克地区 (厚26.7m),为黑色炭页岩 (图 6b),上部夹硅质泥岩 (图 6c)。黑土凹组中发育笔石、反射虫、硅质海绵等,反应该期本区急剧沉陷,为显著补偿不足的深水盆地相沉积环境 (图 5图 6)。

中上奥陶统却尔却克组厚636.7~1233m,整体为一套巨厚的陆源碎屑浊积岩,岩性主要为灰绿色泥质长石砂岩、泥质粉砂岩和泥岩的互层 (图 6f, g),夹有粉细砂岩-中粗砂岩局部含砾岩及灰岩薄层或透镜体 (图 6e),发育水平层理,包卷层理及鲍马序列 (图 6c),为浊流盆地沉积环境 (图 6图 7)。

图 7 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区上奥陶统地层及沉积相对比 Fig. 7 Stratigraphic and facies correlation of the Upper Ordovician in Quruqtagh area, NE Tarim

上奥陶统杂土坡组、元宝山组、银屏山组总厚468.3~1971.9m,岩性为灰色泥岩与砂岩交互发育,局部发育砾岩层 (图 6h, i),多表现为向上变粗的序列,发育小型丘状层理、冲刷面、变形层理、沙纹层理、微波状层理、水平层理等,为碎屑陆棚相沉积环境 (图 7)(赵宗举等, 2009)。

4 寒武系-奥陶系沉积演化及模式

新元古代初期,伴随着Rodinia超大陆的解体,塔里木陆块从澳大利亚板块西北缘分离 (周肖贝等, 2012, 2015; Zhang et al., 2012, 2013; Zhao et al., 2014; Wen et al., 2013, 2017),同时进入大陆边缘裂谷演化阶段 (李德伦和张大权, 2001)。库鲁克塔格地区经历了早南华世的裂谷演化阶段进入到晚震旦世构造稳定阶段。震旦纪末期,该区整体抬升,直至寒武初期的海侵作用,该区再次接受沉积。寒武纪时期,库鲁克塔格南、北两区具有相似的沉积特征,到奥陶纪时期南、北两区具有明显的沉积差异,北区以碳酸盐岩沉积为主,南区整体为一套深水碎屑岩沉积。

4.1 寒武纪 4.1.1 纽芬兰世-第二世 (西山布拉克组-西大山组)

纽芬兰世 (图 8),海侵活动使西山布拉克组深水盆地相的薄层状硅质-火山沉积直接盖在了晚震旦世潮坪白云岩之上,虽然玄武岩在全区发育程度有差异,但沉积厚度整体具有北区厚、南区薄的特征 (图 3)。这种现象表明,北区的物质补给相对充沛,南区的沉积物供给不足,沉积缓慢,更靠近盆地中心。到西大山组沉积时期,北区硅质含量逐渐减少,碳酸盐岩沉积逐渐占据主导,表明相对于西山布拉克组沉积期水体变浅,为深水陆棚相沉积,南区以硅质岩、硅质泥岩与碳酸盐岩互层,仍为深水盆地相沉积 (图 3)。整体来看,纽芬兰世-第二世,库鲁克塔格南、北两区整体为快速海侵背景下的一套深水相沉积,沉积物处于浪基面和氧化界面以下,由于水深而宁静,水温低且缺氧,仅发育漂浮的海绵及少量放射虫。来自较远距离剥蚀区的呈悬浮状态的碳酸盐和硅质在深水海域里缓慢沉降,形成了补偿不足的深水碳酸盐岩和硅质岩沉积。同时,北区拉张活动可能较南区强烈,因此海相火山岩更加发育,而南区更加靠近盆地中心,沉积水体更深,沉积厚度较薄。

图 8 塔里木盆地库鲁克塔格地区寒武纪纽芬兰世-第二世沉积模式 Fig. 8 Sedimentary model of the Terrenuvian-Epoch 2 of Cambrian in Quruqtagh area, NE Tarim Basin
4.1.2 第三世-芙蓉世 (莫合山组-突尔沙克塔格群下-中段)

第三世-芙蓉世 (图 9),库鲁克塔格地区沉积环境特征继承了寒武纪早期的古地理格局。莫合尔山组沉积期,北区开始出现一套藻屑灰岩,在恰克马克铁什及兴地一带局部层段发育粉屑、砂屑灰岩 (图 3),研究表明这套藻屑、粉屑、砂屑并非原地沉积,而是经过水体搬运一段距离后沉积的产物,表明该期北区已经逐渐向台地边缘靠近,以至接受到较多的搬运自台地相的沉积物。南区,相对于北区,其深水泥质明显较高,同时在却尔却克地区发育玄武岩,但该期沉积物中硅质含量明显较早期大大降低,表明其沉积水体较寒武纪早期变浅,但仍较北区深,为深水陆棚相沉积环境。芙蓉世突尓沙克塔格群沉积期,北区出现瘤状构造及钙屑浊积岩沉积,组成砂屑灰岩-瘤状灰岩-泥晶灰岩-泥质灰岩序列 (图 2g),表明已经进入斜坡相沉积。南区与莫合尔山组沉积特征一致,以深水陆棚相沉积环境为主,但在却尔却克地区开始发育一套藻屑灰岩,表明局部可能发育浅水陆棚相沉积。整体来看,第三世-芙蓉世,随着海侵作用逐渐停止,开始出现缓慢海退,因此在库鲁克塔格地区整体沉积较纽芬兰-第二世水体变浅,碳酸盐岩沉积占据主导地位。由于台地不断向东南建筑,使得在乌里格孜塔格-兴地一带开始出现缓斜坡相沉积。

图 9 塔里木盆地库鲁克塔格地区寒武纪第三世-芙蓉世沉积模式 Fig. 9 Sedimentary model of the Epoch 3-Furongian of Cambrian in Quruqtagh area, NE Tarim Basin

寒武纪,库鲁克塔格地区整体发育一个大的海侵-海退旋回,南北两区早期整体沉积特征相似,晚期开始出现分异。从纽芬兰世开始发生的海侵,可能一直延续到第三世早期,快速的海侵导致海水的迅速加深,南北区整体沉积特征相似,沉积了黑色硅质岩,及深水碳酸盐岩和泥质岩。第三世晚期-芙蓉世,随着海侵作用的停止,开始出现缓慢的海退,水体变浅,南北两区均以碳酸盐岩沉积为主,随着台地不断向东南建筑,导致北区开始发育斜坡相沉积,南区以深水陆棚相沉积为主。

4.2 奥陶纪 4.2.1 早奥陶世新厂期 (突尔沙克塔格群上段)

随着寒武纪晚期以来台地逐渐向东南建筑,及辛格尔断裂的活动,导致台缘斜坡坡度变陡,早奥陶世新厂期 (图 10),在乌里格孜塔格-兴地一带开始进入台地边缘斜坡相钙屑重力流沉积。台地前缘陡峻的斜坡快速沉积,形成了较厚的砾屑灰岩、砂屑灰岩。由下往上,随着沉积物的快速堆积,斜坡逐渐变缓,台地边缘的崩塌也不再剧烈,上斜坡中的钙屑含量明显减少,泥晶灰泥含量明显增高,在间歇期,以泥晶灰泥沉积为主,并具瘤状构造,显示逐渐向陆棚环境过渡。南区继承寒武纪晚期的深水陆棚相沉积。整体上看,奥陶纪新厂期,北区进入台地边缘斜坡相沉积高峰期,丰富的物源及快速的沉积,形成了较厚的砾屑灰岩。南区在新厂期沉积水体仍然较北区深,为深水陆棚相沉积。上述发展过程代表了寒武纪芙蓉世以来缓慢海退的结果。

图 10 塔里木盆地库鲁克塔格地区奥陶纪新厂期沉积模式 Fig. 10 Sedimentary model of the Xinchang period of Ordovician in Quruqtagh area, NE Tarim Basin
4.2.2 早奥陶世道保湾期-中奥陶世达瑞威尔期 (巷古勒塔格组)

早奥陶世道保湾期 (图 11),在新一轮海侵背景下,乌里格孜塔格-兴地一带在新厂期被填平补齐的台缘斜坡上发展成广海陆棚,以较缓的斜坡与西北的台地相连,巷古勒塔格组下段发育含泥瘤状灰岩与泥质条纹泥晶灰岩,为内陆棚亚相沉积环境。到中奥陶世益阳期,海侵规模达到高潮,由于水体加深,碳酸钙沉积中断现象更加突出,形成大量的泥质瘤状灰岩,为外陆棚亚相沉积环境。中奥陶统达瑞威尔期,海侵作用停止,并发生缓慢海退,巷古勒塔格组上段发育一套进积型的内陆棚亚相沉积,达瑞威尔晚期,巷古勒塔格组上段的顶部出现以灰色薄层状泥晶灰岩为代表的缓斜坡相沉积。早奥陶世道保湾期,南区沉积环境发生改变,从道保湾期-益阳期,黑土凹组为一套黑色笔石页岩、黑色炭质泥岩为代表的深水盆地相沉积。中奥陶世达瑞威尔期,却尔却克组一、二段为一套由深灰色、黑色长石岩屑砂岩与深灰色泥岩组成的韵律层,夹泥碳酸盐岩,陆棚斜坡-盆地相沉积。整体上看,从早奥陶世道保湾期开始,库鲁克塔格地区发生新一轮海侵,到中奥陶世益阳期,海侵达到最大,之后达瑞威尔期海侵作用停止,开始出现缓慢的海退。同时,在新一轮海侵作用下,南北两区沉积特征出现大的分异,北区为一套广海陆棚环境下外陆棚、内陆棚沉积的碳酸盐岩,而南区为一套深水盆地-陆棚斜坡背景下碎屑岩沉积。

图 11 塔里木盆地库鲁克塔格地区奥陶纪道保湾期-达瑞威尔期沉积模式 Fig. 11 Sedimentary model of the Daobaowan-Daruiweier period of Ordovician in Quruqtagh area, NE Tarim Basin
4.2.3 晚奥陶世艾家山早期 (赛力克达坂组-乌里格孜塔格组)

晚奥陶世艾家山早期 (图 12),在逐渐海退背景下,库鲁克塔格地区台地向南构筑,迁移至乌里格孜塔格-兴地一带,中奥陶世发育的广海陆棚相带为台地边缘所取代。晚奥陶世赛力克达坂组及乌里格孜塔格组以亮晶砂屑灰岩、亮晶生屑灰岩等高能沉积为特征,整体为一套台地边缘礁滩相沉积。该期可能对应着强烈的火山喷发作用,在局部层段发育凝灰岩沉积。晚奥陶世艾家山早期,南区却尔却克组三、四段及杂土坡组已从中奥陶世陆棚斜坡相发展为浊流盆地相,发育一套灰绿色、灰色泥质长石岩屑砂岩与深灰色、灰绿色泥 (页) 岩组成频繁韵律层。整体上看,晚奥陶世艾家山早期,在缓慢海退背景下以及台地向南逐渐迁移,北区逐渐发育为浅水碳酸盐岩沉积环境,而南区由于受周缘构造运动影响,发育一套深水复理石建造。

图 12 塔里木盆地库鲁克塔格地区奥陶纪艾家山早期沉积模式 Fig. 12 Sedimentary model of the early Ajiashan period of Ordovician in Quruqtagh area, NE Tarim Basin
4.2.4 晚奥陶世艾家山晚期-钱塘江期 (哈达布拉克组)

艾家山晚期 (图 13),北区哈达布拉克组下部以灰色薄层生屑泥晶灰岩与钙质泥岩不等厚互层为特征,向上夹灰色泥质灰岩,是一套浅水低能环境的沉积,为开阔台地台内洼地,局部发育亮晶砂屑/生屑灰岩,为台内滩相沉积环境。到钱塘江期,由于持续的海退作用导致乌里格孜塔格一带水体更加变浅,海水循环不畅,能量更低,同时陆源碎屑泥的含量不断增加,因此相对于艾家山晚期可能为半局限台地沉积环境。晚奥陶世艾家山晚期-钱塘江期,南区在却尔却克组浊流盆地相快速沉积充填之上发育碎屑陆棚沉积环境,元宝山组及银屏山组整体发育一套砂、泥岩交互沉积 (赵宗举等, 2009)。

图 13 塔里木盆地库鲁克塔格地区奥陶纪艾家山晚期-钱塘江期沉积模式 Fig. 13 Sedimentary model of the Late Ajiashan period of Ordovician in Quruqtagh area, NE Tarim Basin

奥陶纪,库鲁克塔格地区新厂期沉积标志着寒武纪晚期以来的海退作用结束,早奥陶世道保湾期-钱塘江期为新一轮海侵-海退旋回,南北两区沉积分异更加明显。北区由广海陆棚-台地边缘-开阔海台地-半局限海台地相的相序变化过程,为一个向上变浅的碳酸盐岩沉积相序。而南区却是一套深水碎屑岩沉积相序列,发育巨厚的复理石建造。

5 结论

(1) 库鲁克塔格地区保存相对完整的寒武纪-奥陶纪地层及其岩石组合和构造特征,研究表明,寒武纪-奥陶纪经历了两次大的海侵-海退旋回。以兴地断裂为界,寒武纪时期,南、北两区具有相似的沉积特征;奥陶纪时期,南、北两区存在显著的沉积差异。

(2) 寒武纪时期,库鲁克塔格地区经历了一次大的海侵-海退旋回,在此期间,南、北两区沉积特征相似。主要表现为寒武纪早期的快速海侵,在南、北两区均发育陆棚相-深水盆地相沉积;寒武纪晚期,在逐渐海退的背景下,南、北两区整体以陆棚相沉积为主,但开始出现沉积分异,北区开始发育缓斜坡相沉积。

(3) 奥陶纪时期,库鲁克塔格地区开始新一轮大的海侵-海退旋回,在此期间,南、北两区沉积差异显著。北区从早奥陶世-晚奥陶世,发育台地边缘斜坡相-广海陆棚相-缓斜坡相-台地边缘礁滩相-开阔台地相的相序,为一个整体向上变浅的碳酸盐岩沉积相序;而南区发育深水盆地相-陆棚斜坡相-浊流盆地相-碎屑陆棚相相序,为一套深水巨厚的复理石建造。

(4) 库鲁克塔格地区寒武纪时期发育缓坡型碳酸盐岩台地,因台地不断向南构筑以及断裂活动,导致奥陶纪晚期台地边缘快速变陡,并在经历斜坡相快速堆积填平补齐之后,重新演变为缓坡型碳酸盐岩台地。晚奥陶世,由于周缘构造活动影响,却尔却克山-雅尔当山一带下沉,逐渐向远端变陡缓坡型碳酸盐岩台地演化。

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