塔里木盆地志留系分布很广, 现残存面积约23.6×10⁴km², 是重要的油气勘探层系之一, 塔北隆起、北部凹陷、中央隆起和西南凹陷等构造单元均有钻遇 (周志毅, 2001)。尽管前人对志留系地层层序、组段划分与对比做过大量的研究工作 (贾承造等, 2004；张师本等, 2004；蔡习尧等, 2005；王成林等, 2007；赵文金等, 2009), 也取得了一些进展, 但仍存有较大的分岐。如中石化系统将下志留统柯坪塔格组分为三段, 而中石油系统却分为两段, 并将其下段称为铁热克阿瓦提组 (黄智斌等, 2008), 其地质时代是晚奥陶世还是早志留世？克孜尔塔格组归属志留系还是泥盆系？塔北地区依木干他乌组与克孜尔塔格组是否发育等。随着中石化西北油田分公司近几年在塔河地区南及塔中北坡志留系柯坪塔格组下段喜获工业油气流, 极大地提高了该区志留纪地层、沉积、储层、构造及油气成藏等方面的研究水平。本文以志留系柯坪塔格组三段发育较全、岩电组合特征明显、化石丰富、三维地震剖面清晰的托甫2井为例, 对沙雅隆起与顺托果勒地区的志留系划分对比以及柯坪塔格组下段与上奥陶统桑塔木组的界线确定提出了新方案。

托甫2井是塔里木盆地沙雅隆起阿克库勒凸起南部斜坡带西南倾没端上的一口重点预探井 (图 1), 完钻井深6925m, 层位为中奥陶统一间房组。在下志留统柯坪塔格组获得了丰富的笔石、几丁石与疑源类化石, 为该区的地层划分与对比提供了重要依据。

图 1

Fig. 1

图 1 塔里木盆地沙雅隆起托甫2井位置图 Fig. 1 Position of the Well TP2 in the Shaya Rise, Tarim Basin

上泥盆统-下石炭统东河塘组, 井深5209.0~5272.0m, 钻厚63.0m。岩性为灰色细粒石英砂岩夹少量粗砂岩、细粒岩屑砂岩与褐色泥岩, 自下而上由粗变细, 构成了一个正韵律沉积旋回。

电性特征：电阻率曲线齿化块状低阻, 其值0.3~1Ω ·m；自然伽马曲线 (由于井径垮塌严重, 经校正为CGR, 下同) 齿化箱状, 其值20~40API。

与下伏地层下志留统塔塔埃尔塔格组呈角度不整合接触。

井深为5272~5384m, 钻厚112m。岩性中下部为紫色、褐色中砂岩、灰色细砂岩与棕红色、绿色泥岩不等厚互层；上部为棕红色粉砂质泥岩 (图 2)。电性特征：电阻率曲线小齿-齿状, 其值2~6Ω ·m；自然伽马曲线自下而上为齿化漏斗状-钟形-平缓小齿状夹尖峰状, 其值50~140API, 最高达180API。

图 2

Fig. 2

图 2 塔里木盆地托甫2井志留系柱状图 Fig. 2 Histogram of Silurian in Well TP2, Tarim Basin

分层依据：塔塔埃尔塔格组以褐、紫色为主色调, 以泥岩为底；而下伏的柯坪塔格组以灰色为基调, 以细砂岩为顶, 岩性界线明显；且电性特征具小幅“坎值”突变, 与柯坪地区露头剖面及巴楚-塔中地区井下的特征一致。

本组与下伏柯坪塔格组整合接触。

井深为5384~6075m, 钻厚691m。岩性明显分为三段：

(1) 上砂岩段：井段为5384~5751m, 钻厚367m。岩性为灰色、灰白色细砂岩夹少量绿色、褐色泥岩与粉砂质泥岩。与卡塔克隆起上的钻井 (如中11、12井, 塔中45井等) 可细分为三个亚段的不同 (蔡习尧等, 2005), 该区却易分为上下两个亚段, 即俗称的“高伽马砂岩”与“低伽马砂岩”。电性特征：上亚段自然伽马较高, 整体上与自然电位曲线一样, 呈宽缓的弧形, 上、下部略低, 中间稍高；而电阻率曲线亦呈宽缓的弧形, 上、下部略高, 中间稍低, 两者构成宽缓的双曲线形, 似乎具有镜像对称的特征。自然伽马值60~120API, 最高达200API以上；电阻率值0.5~3Ω·m。下亚段自然伽马曲线与电阻率曲线均呈“反弓字形”, 砂岩的自然伽马值为40~80API, 电阻率值0.8~2Ω·m；泥岩的值为100~140API, 最高可达200API以上, 电阻率值3~16Ω·m, 最高达20Ω·m。本段产大量的疑源类化石。

上砂岩段的两个亚段均可作为局域性地层对比标志层。

(2) 中泥岩段：井段为5751~5898m, 钻厚147m, 岩性为灰、深灰、灰黑色泥岩偶夹粉砂质泥岩。电性特征：自然伽马曲线呈高值背景下的小齿状, 其值120~140API, 最高可达190API；电阻率曲线呈低值背景下的小齿状, 其值4~8Ω·m。本段产大量的笔石、几丁石与疑源类化石。

中泥岩段为志留纪最大海浸期的沉积产物, 可作为区域性地层对比标志层。

(3) 下砂岩段：5898~6075m, 钻厚177m, 可分为三个自下而上由粗变细的正韵律沉积旋回, 岩性为灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩与灰绿色、灰色泥岩、粉砂质泥岩。电性特征：自然伽马曲线形态呈三截式钟形, 其值90~160API。电阻率曲线呈小齿状夹尖峰状, 其值3~10Ω·m, 最高可达180Ω·m。

本组与下伏上奥陶统桑塔木组平行不整合接触。

分层依据：柯坪塔格组下段 (尤其是底砂岩不发育时) 与上奥陶统桑塔木组之间的界线, 在井下并非十分明显, 不同的研究者有不同的划分方案。笔者通过对众多钻井的研究, 认为可从三个方面进行考虑：①柯坪塔格组下段砂岩以灰色、泥岩以灰绿色为基调, 三个岩性段划分明显, 其特征与柯坪地区露头剖面、覆盖区的草1井、羊屋2井及顺901井等较为相似。而桑塔木组泥岩以灰、深灰色为基调；此外, 托甫2井在该界线处, 录井发现了两层共11m厚的褐色泥岩, 若非上覆地层的掉块, 则不失为识别标志之一。②即使柯坪塔格组下段的底砂岩不发育, 但毕竟还存在砂岩层。该段的“砂不砂、泥不泥”的岩性组合反映在自然伽马曲线上, 具有“槽、指”频繁间互的“拉里拉碴”的特征, 电阻曲线形态亦然；而桑塔木组顶部的岩性组合为大套泥岩夹少量灰质砂泥岩或泥灰岩薄层 (如羊层2井、塔中31井等), 反映在自然伽马曲线上, 具有块状高值背景下夹有指状低值的特征。③地震剖面上该界面即为中石化系统的T₇⁰、中石油系统的T_g⁵, 在过托甫2井的任意三维地震剖面上, 其为一连续的强反射轴, 具有明显的下削上超现象, 容易进行横向追踪与识别。

为了解决柯坪塔格组的时代、亦即志留系与奥陶系的界线问题, 对托甫2井柯坪塔格组进行了高密度的送样分析, 获得了丰富的笔石、几丁石与疑源类化石, 其分别归属于3个化石组合 (带), 并有少量的微体植物碎片与虫牙化石。其生物群特征如下。

笔石主要产于柯坪塔格组中段底部的深灰色泥岩层, 在第六回次岩芯的多层中发现了丰富的保存完好的笔石, 但其属种却十分单调, 仅有Normalograptus jerini与N. premedius两种。

其中, Normalograptus jerini是志留系底部的Akidograptus ascensus带的常见分子, Akidograptus ascensus带以带化石或Neodiplograptus bicaudatus的首现为底, 其上Parakidograptus acuminatus带的标志分子出现为顶, 该种可上延至Parakidograptus acuminatus带。而Normalograptus premedius为Parakidograptus acuminatus带的重要分子, 该带的底界以带化石或Normalograptus premedius, N. rectangularis, Pseudorthograptus illustris的首次出现为标志 (陈旭等, 2001)。在扬子区的湖北宜昌、四川长宁、云南巧家以及贵州桐梓, 两个笔石带均对应于龙马溪组的下部, 在江苏南京对应于高家边组的下部；在江南区的浙西淳安对应于安吉组, 江西武宁对应于梨树窝组下部, 广西钦州对应于连滩组下部 (Zhan and Jin, 2007；Zhang et al., 2007)。该两笔石分子在塔里木盆地报导得较少, 而在托甫2井柯坪塔格组中段底部的联袂出现, 表明其产出井段属Parakidograptus acuminatus带, 即兰多维列统鲁丹阶下部 (表 1)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 托甫2井柯坪塔格组笔石分布表 Table 1 Distribution of the graptolites in Kalpintag Fm. of the Well TP2 年代地层 国际标准笔石带 托甫2井 志 留 系 兰 多 维 列 统 埃 隆 阶 Stimulograptus sedgwickii --Normalograptus jerini -Normalograptus premedius Demirastrites convolutus Demirastrites triangulatus 鲁 丹 阶 Coronograptus cyphus Cystograptus vesiculosus Paraidograptus acuminatus Akidograptus ascensus 奥 陶 系 上 统 赫南 特阶 Normalograptus perscuputs Normalograptus extraordinarius 凯 迪 阶 Paraorthograptus pacificus Dicellograptus complexus Dicellograptus complanatus

表 1 托甫2井柯坪塔格组笔石分布表 Table 1 Distribution of the graptolites in Kalpintag Fm. of the Well TP2

几丁石亦主要产于柯坪塔格组中段底部的深灰色泥岩层, 在第六回次的岩芯中大量出现, 而在其它井段的岩屑样品中却未获得。几丁石包括Belonechitina cf. postrobusta, Cyathochitina campanulaeformis, Cyathochitina sp., Spinachitina sp. nov.等3属4种, Belonechitina cf. postrobusta与Spinachitina sp. nov.交替为优势分子, 可建立Belonechitina cf. postrobusta-Spinachitina sp. nov.组合, 本组合还见于顺1井及柯坪地区大湾沟剖面柯坪塔格组下段顶部。Belonechitina postrobusta在波罗的海及爱沙尼亚见于下志留统近底部 (Nestor, 1980), 在扬子地区产自下志留统龙马溪组底部；与Spinachitina sp. nov.类似的标本见于美国伊利诺斯州东北部DH76-21钻井兰多维列统下部的Wilhelmi组 (Butcher et al., 2010), 在国内见于浙江淳安大坑坞剖面安吉组底部。因此, 该组合显示出了浓厚的早志留世早期的色彩。

托甫2井柯坪塔格组的岩芯 (第六、七次回次) 与岩屑样品及桑塔木组的岩屑样品中均获得丰富的疑源类化石, 可建立1个疑源类组合：Dactylofusa cabottii-Tetrahedraletes-Dyadospora组合。

Dactylofusa cabottii-Tetrahedraletes-Dyadospora组合产于柯坪塔格组中下段, 以Dactylofusa cabottii高含量频繁出现、伴随较丰富的隐孢子类型为特征, 共计有16属25种 (含未定种)。疑源类包括棱形亚类、球形亚类与棘刺亚类等；主要分子有Dactylofusa cabottii, Strophomorpha ovata, Strictosphaeridium hunjiangensis, Buedingiisphaeridium balticum, Leiosphaeridia crassa, L.volynica, Trachysphaeridium laufeldi, Cymatiosphaera densisepta,Cymatiogalea, Synsphaeridium, Solisphaeridium, Vermiculatisphaera obscura, Multiplicisphaeridium等。隐孢子类型主要有Tetrahedraletes, Dyadospora, Nodospora与Hispanaediscus等。

Cramer (1970)最先描述了北美Llandovery统的Dactylofusa cabottii类型, 具椭圆至纺锤形轮廓, 壳表面由多条平行排列的螺脊沿纵轴呈螺旋状分布, 在平面上呈网状。迄今, 该种在比利时、美国、英国西部等少数产地见于上奥陶统Caradocian-Ashgillian, 更多的产在北美、欧洲和中东地区的志留系, 主要是Llandovery期地层。在我国常见于浙江晚奥陶世长坞组、早志留世文昌组 (有的研究者认为是晚奥陶世)、河沥溪组, 四川綦江观音桥韩家店组, 鄂尔多斯盆地西南缘、陕西礼泉地区东庄组 (颜铁增等, 2011), 新疆柯坪地区及覆盖区轮南46井、草1井的柯坪塔格组中下段, 而在其浪组与塔塔埃尔塔格组偶见 (李军和王怿, 1999；王怿, 2010)。此外, 在塔河地区的沙102井、沙98井柯坪塔格组中下段亦大量见及 (范春花等, 2007)。

Leiosphaeridia壳体呈圆球、近圆球形, 中空, 壁表面粗糙, 具有一些长短粗细不等的褶皱或具微细颗粒状纹饰或无明显纹饰, 其广泛见于北美中部 (Loeblich and Tappan, 1978；Wicander et al., 1999)、北欧瑞典哥特兰岛 (Leherisse, 1989) 的下志留统, 我国陕西南部礼泉下志留统的东庄页岩中及塔里木盆地柯坪地表剖面与覆盖区井下的柯坪塔格组。

Cymatiosphaera densisepta壳体呈球形, 表面光滑, 网脊将壳表面分成若干个网孔, 多见于早志留世地层中 (Fensome et al., 1990)。

根据大小、形态、时代、分布、分支分析、璧层超微结构并与早泥盆世原位孢子的对比研究, 人们认为隐孢子主要来自早期陆生植物--似苔藓植物, 真正的三缝孢主要来自维管植物 (Steemans and Wellman, 2004；Steemans et al., 1996, 2000, 2009)。Tetrahedraletes最早见于美国宾夕法尼亚志留纪兰多维列世-文罗克世地层, 随后在北美、西欧及北非的中、下志留统广泛见及。在塔里木盆地的柯坪塔格组与塔塔埃尔塔格组亦较丰富。Tetrahedraletes, Dyadospora, Nodospora等在浙江的淳安、富阳与安吉地区自文昌组始现, 可上延至河沥溪组, 但数量明显减少 (颜铁增等, 2011)。

综上所述, 该组合面貌与美国宾夕法尼亚州下志留统 (Strother and Traverse, 1979)、纽约州下志留统Medins群 (Miller and Eames, 1982) 及巴西南Parana盆地下志留统 (Gray et al., 1992) 的疑源类组合较接近；与我国浙西下志留统文昌组、河沥溪组, 鄂尔多斯盆地西南缘下志留统东庄组及新疆柯坪地区的柯坪塔格组的十分相似。根据该组合的国内外对比, 同时考虑到其不含晚奥陶世的重要分子Dictyosphaera dlicata, Gorgonisphaeridium pusillum等, 认为该组合的地质时代为早志留世早期是可取的。

三维地震铺满了整个塔河地区, 通过多口钻井的合成地震记录与钻井层序的协调与统一, 将该区志留系划分1个Ⅱ级层序 (SSQ1), 4个Ⅲ级层序 (SQ)(图 2), 各层序特征如下。

SSQ1层序厚度较大, 但分布不稳定, 在地震大剖面上由南往北明显变薄 (图 3), 其顶、底界分别为区域不整合面T₆⁰(为加里东晚期与海西早期构造运动的叠合面, 在研究区表现为塔塔埃尔塔格组顶、东河塘组底) 与T₇⁰(为加里东中期构造运动面, 在研究区表现为桑塔木组顶、柯坪塔格组底), 均为一强反射轴, 具有明显的下削、上超特征。钻井层序上, 界面之上为上泥盆统-下石炭统滨岸相的灰色石英砂岩, 界面之下为下志留统塔塔埃尔塔格组潮坪相的褐色泥岩, 电性特征呈大幅“坎值”突变 (图 2)。SSQ1可进一步分为SQ1、SQ2、SQ3与SQ4。其中, 前三者分别对应于柯坪塔格组三个段, 后者则归属于塔塔埃尔塔格组。

图 3

Fig. 3

图 3 过托甫2井任意测线志留系层序地层划分 Fig. 3 Classification of the seismic sequence of Silurian cross Well TP2

SQ1发育LST、TST及HST体系域。其中, LST由灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩组成, TST由绿灰、灰色泥岩、粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、粉砂岩与细砂岩组成, HST由灰色细砂岩、粉砂岩夹粉砂质泥岩与泥岩组成；顶、底界分别为T₆^3-2(为柯坪塔格组下砂岩段顶、中泥岩段底) 与T₇⁰, 前者为岩性、岩相突变面, 后者为区域不整合面, 电性特征呈大幅“坎值”突变。SQ1层序由南向北具上超尖灭的特征, 托甫2井较厚, 向北至托甫18井北即告尖灭 (图 3)。

SQ2仅发育TST与HST体系域。TST由柯坪塔格组中段下部的大套块状深灰、灰黑色泥岩组成, HST由中段上部的灰色、深灰色泥岩偶夹粉砂质泥岩组成；顶、底界分别为T₆^3-1(为柯坪塔格组中泥岩段顶、上砂岩段底) 与T₆^3-2, 均为岩性、岩相突变面, 前者反映的是快速海浸, 而后者则显示出海平面的急剧下降, 电性特征呈大幅“坎值”突变。SQ2层序分布相对较稳定, 但在南北向上逐渐减薄的特征仍十分明显 (图 3)。

SQ3仅发育TST与HST体系域。其中, TST由柯坪塔格组上段滨岸相、潮坪相的“低伽马砂岩”的灰色细砂岩夹褐色泥岩、粉砂质泥岩及“高伽马砂岩”下部的灰色细砂岩、粉砂岩夹少量褐色泥岩组成, HST由上段潮坪相的“高伽马砂岩”上部的灰白色、灰色细砂岩夹少量褐色泥岩组成；顶、底界分别为T₆³(为柯坪塔格组上砂岩段顶、塔塔埃尔塔格组底) 与T₆^3-1, 均为岩性、岩相突变面, 电性特征呈大幅“坎值”突变。SQ3层序分布极不稳定, 在南北向上遭受强烈削顶, 至艾丁4井柯坪塔格组的“高伽马砂岩”几乎剥蚀殆尽。

SQ4仅发育TST与HST体系域。其中, TST由塔塔埃尔塔格组下部潮坪相的紫色、褐色中砂岩、灰色细砂岩及棕红、绿色泥岩组成, HST由塔塔埃尔塔格组上部潮上坪亚相的棕红色泥岩组成；顶、底界分别为T₆⁰与T₆³, 前者为区域不整合面, 后者为岩性、岩相突变面, 电性特征呈大幅“坎值”突变。SQ4层序分布极不稳定, 南北向上仅局限于托甫2井区, 向北即快速尖灭 (图 3)。

(1) 托甫2井志留系仅残存下统的柯坪塔格组与塔塔埃尔塔格组, 前者可分为三段, 上段包括“高伽马砂岩”与“低伽马砂岩”两个亚段；中段为灰、深灰、灰黑色泥岩段, 为区域地层对比标志层；下段由三个向上变细的正韵律沉积旋回构成。塔塔埃尔塔格组受后期构造运动影响而残存不全。新的划分方案与塔中、巴楚地区的达到了统一, 为全盆志留系的划分对比创造了条件。

(2) 建立了柯坪塔格组下段与上奥陶统桑塔木组的划分标准。岩性上柯坪塔格组下段砂岩以灰色、泥岩以灰绿色为基调；而桑塔木组泥岩以灰、深灰色为基调, 两组以泥岩与砂岩分界。电性上柯坪塔格组下段“砂不砂、泥不泥”的岩性组合反映在自然伽马曲线上, 具有“槽、指”频繁间互的“拉里拉碴”的特征, 电阻曲线形态亦然；而桑塔木组顶部的大套泥岩夹少量灰质砂泥岩或泥灰岩薄层, 反映在自然伽马曲线上具有块状高值背景下夹有指状低值的特征。地震剖面上该界面为一连续的强反射轴, 具有明显的下削上超现象。

(3) 托甫2井柯坪塔格组产丰富的笔石、几丁石与疑源类化石, 可归属于3个化石组合 (带), 即Parakidograptus acuminatus, Belonechitina cf. postrobusta-Spinachitina sp. nov.与Dactylofusa cabottii-Cymatiosphaera densisepta-Leiosphaeridia组合。通过与国内外的进行详细对比, 确定了柯坪塔格组下段为早志留世鲁丹早期, 而非晚奥陶世。

(4) 研究区志留系可划分为1个Ⅱ级层序 (SSQ), 4个Ⅲ级层序 (SQ), Ⅱ级层序的顶、底界分别为区域不整合面T₆⁰与T₇⁰, 具有明显的下削、上超特征；Ⅲ级层序之间均为岩性、岩相突变面；各层序均分布不稳定, 由南而北底超顶剥的特征十分明显。

(5) 建议废弃“铁热克阿瓦提组”。该组为黄智斌等 (2008)命名, 其认为柯坪地区露头剖面的柯坪塔格组分为三段, 根据几丁石研究成果, 柯坪塔格组下段只有顶部一小段地层归属下志留统下部, 主体划归上奥陶统, 中段和上段仍保留在下志留统；盆地覆盖区的羊屋2、草1、轮南46、哈得13和哈得17的原柯坪塔格组三段式特征也十分明显。为了将志留系和奥陶系分开, 将原柯坪塔格组下段单独划出, 命名为铁热克阿瓦提组, 并指定铁热克阿瓦提组的层型剖面位于柯坪县北约25km的玉尔其乡铁热克阿瓦提村, 柯坪县印干村大湾沟剖面和阿克苏市四石厂剖面可作为副层型。

笔者认为, ①柯坪塔格组作为组级的岩石地层单元历史悠久, 为广大地质工作者所接受与应用, 其三段特征明显, 下砂、中泥、上砂构成了一个完整的海进海退旋回, 是一个有机的整体, 也完全符合“中国地层指南及中国地层指南说明书”的相关规定。②从生物地层分析, “柯坪塔格组下段主体产晚奥陶世的几丁石”的结论还值得商榷, 一些新的研究成果对此提出了强烈的质疑, “铁热克阿瓦提组”建组的“依据”已动摇。再者, 生物地层界线也不宜作为新建岩石地层“组”的依据。③研究区地震剖面资料表明, 柯坪塔格组下段与桑塔木组之间为一重大构造界面 (T₇⁰), 下削上超特征明显, 柯坪塔格组下段 (T₆^3-2-T₇⁰) 仅为该不整合面之上的第一套沉积体 (楔形体), 而T₆⁰-T₇⁰则构成一个完整的地震层序。因此, 将柯坪塔格组下段另创建为“铁热克阿瓦提组”确有不妥之处, 应予以废弃。