研究所用的样品采集自巴楚露头区, 研究剖面位于新疆巴楚县城东北部的良里塔格山脉, 山脉主轴线沿北西— 南东向延伸。山北端起于南疆314国道与至图木舒克市的公路的交汇处, 山南端止于唐王城遗址处, 构造上位于巴楚断隆带西北缘(李越等, 2009)。

巴楚断隆位于塔里木盆地中央隆起带西段, 为一北北西— 南东东向展布的巨型鼻状断块隆起构造, 西北界以沙井子断裂与柯坪断隆相邻, 东北界以阿恰— 吐木休克断裂与阿瓦提凹陷相接, 西南界以玛扎塔格断裂与西南坳陷毗邻, 东面是塔中低隆(贾承造, 1995; 邵龙义等, 2002)。巴楚断隆经历了加里东期、海西期、印支— 燕山期以及喜马拉雅期等多次构造运动作用, 形成现今的构造格局(贾承造, 1997; 丁文龙等, 2008)。

巴楚露头区地层自下而上分为下奥陶统蓬莱坝组和鹰山组、中奥陶统一间房组及上奥陶统吐木休克组和良里塔格组。其中吐木休克组和良里塔格组出露良好, 发育多期、多种类型的生物礁(张师本和高琴琴, 1992)。本次研究主要对巴楚地区上奥陶统吐木休克组和良里塔格组Ⅰ 号— Ⅳ 号共4条剖面进行了野外实测(图 1)。

图1

Fig.1

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	图1 塔里木盆地巴楚地区良里塔格山脉及剖面点位置Fig.1 Location of Lianglitage Mountain and outcrop sections in Bachu area, Tarim Basin

研究区吐木休克组为一套紫红色瘤状灰岩, 野外出露稳定, 横向容易追踪对比, 可作为标志层; 其与下伏一间房组呈不整合接触, 与上覆良里塔格组呈整合接触(图 2)。

图2

Fig.2

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	图2 塔里木盆地巴楚地区Ⅰ 号剖面上奥陶统露头特征Fig.2 Outcrop characteristics of the Upper Ordovician at No.1 section in Bachu area, Tarim Basin

Ⅰ 号剖面实测吐木休克组16.4, m, 底部与一间房组呈不整合接触、不整合面厚0.6, m, 顶部与良里塔格组呈整合接触(图 3)。Ⅱ 号剖面实测吐木休克组8, m, 底部与一间房组亦呈不整合接触, 顶部与良里塔格组呈整合接触。吐木休克组由下至上分4层, 依次为:(1)泥晶灰岩和含泥质泥晶灰岩互层、含生屑亮晶砂屑灰岩, (2)紫红色薄层状含砂屑泥晶灰岩, (3)紫红色薄层状泥晶瘤状灰岩, (4)紫红色薄层状含泥质瘤状泥晶灰岩。

研究区的4个剖面均发育良里塔格组, 其中Ⅰ 号剖面实测良里塔格组163.8, m, Ⅱ 号剖面实测良里塔格组97.2, m, Ⅲ 号剖面实测良里塔格组109.8, m, Ⅳ 号剖面实测良里塔格组117.1, m。良里塔格组可分为4段, 以Ⅰ 号剖面为例: 良四段为深灰色极薄层状泥晶瘤状灰岩, 褐灰色— 黄灰色极薄层状泥晶瘤状灰岩(图4-A), 灰色薄层状泥晶生屑砂屑瘤状灰岩, 深灰色薄层状泥晶灰岩, 深灰色亮晶砂屑灰岩和浅灰色泥晶生屑灰岩; 良三段为褐灰色中厚层状亮晶砂屑灰岩(图4-B), 红灰色块状亮晶砂屑灰岩, 红灰色— 褐灰色中薄层状颗粒灰岩和深灰色薄层状泥晶生屑颗粒灰岩; 良二段主要为深灰色薄层状含生屑泥晶灰岩和深灰色薄层状泥晶含生屑瘤状灰岩(图4-C); 良一段为红色生物礁灰岩(图 4-D)。

图3

Fig.3

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	图3 塔里木盆地巴楚地区Ⅰ 号剖面上奥陶统综合柱状图Fig.3 Integrated stratigraphic column of the Upper Ordovician at No.Ⅰ section in Bachu area, Tarim Basin

图4

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	图4 塔里木盆地巴楚地区Ⅰ 号剖面上奥陶统良里塔格组沉积特征Fig.4 Sedimentary characteristics of the Upper Ordovician Lianglitage Formation at No.Ⅰ section in Bachu area, Tarim Basin

图5

Fig.5

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	图5 塔里木盆地巴楚地区Ⅰ 号剖面上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩颗粒类型Fig.5 Carbonate rock grain types of the Upper Ordovician Lianglitage Formation at No.Ⅰ section in Bachu area, Tarim Basin

碳酸盐岩颗粒类型及特征是分析沉积环境的重要依据(马伯永等, 2009)。室内薄片鉴定表明, 吐木休克组灰岩的主要颗粒类型为生物碎屑, 包括棘皮类、介形虫、三叶虫、腹足类、苔藓虫、腕足类等, 均为正常浅海底栖生物。良里塔格组灰岩中的主要颗粒类型为生物碎屑、内碎屑、鲕粒和似球粒(图 5), 其中生物碎屑包括棘皮类、苔藓虫、三叶虫、腕足类、介形虫、腹足类和藻类, 内碎屑包括极细砂屑。良里塔格组灰岩中的主要颗粒类型特征如下:

1)生物碎屑。棘皮类主要为海百合, 含量较少, 为2%~10%(图5-A)。介形虫化石由脱离的壳瓣和完整的壳瓣组成, 已脱离的完整壳体中充填亮晶方解石, 部分具有示顶底构造; 介壳含量较高, 大部分较破碎, 大小通常不超过1, mm, 壳瓣显示出细微的柱状结构, 含量较少(图5-B)。三叶虫化石大都较破碎, 分选较差; 可见三叶虫的各种切面, 如头甲、胸甲、尾甲和棘刺(图5-D)。腹足类含量较少, 见各种切面, 横切面中可见插入空腔的壳轴, 斜切面见圆孔交错排列, 壳体多重结晶(图5-B)。苔藓虫化石含量少, 碎屑状, 内充填亮晶方解石(图5-A)。腕足类化石在该组中含量少, 主要为单个壳体, 呈平行片状(图5-C)。钙藻类的球松藻和蠕孔藻常以藻屑的形式存在于灰岩中, 蠕孔藻叶状体呈圆管形, 常弯曲或呈波状, 直径变化较大, 侧向分支有3级, 轮生, 间距大, 垂直中茎; 球松藻群体呈结核、皮壳、叶片状, 丝体呈圆管层形, 横切圆管层时管体断面圆形, 呈串珠状排列(图5-D)。

2)内碎屑。多为砂屑、极细砂屑, 形状不规则, 成分多为泥晶方解石。良里塔格组灰岩中的内碎屑按大小可分为砂屑灰岩和极细砂屑灰岩。

3)似球粒。其是粉屑级别的碳酸盐岩颗粒, 形态为圆形、椭圆形, 粒径为0.0625~0.125, mm, 内部结构均一, 主要为灰泥似球粒, 在良里塔格组灰岩中含量较少, 多充填于海绵腔内。

图6

Fig.6

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	图6 塔里木盆地巴楚地区Ⅲ 号剖面上奥陶统吐木休克组岩石学特征及生屑类型Fig.6 Petrological characteristics and biodetritus types of the Upper Ordovician Tumuxiuke Formation at No.Ⅲ section in Bachu area, Tarim Basin

依据岩石薄片镜下分析结果, 结合碳酸盐岩颗粒类型、基质类型、沉积组构、生物化石等特征, 对研究区吐木休克组和良里塔格组岩石类型进行划分。

4.2 良里塔格组岩石类型

良里塔格组碳酸盐岩可分为12种类型, 具体特征如下:

1)似球粒藻粘结岩(SMF7)。颗粒主要为重结晶的蠕孔藻和似球粒, 似球粒充填于蠕孔藻叶状体间及内部, 颗粒间亮晶胶结, 具粘结结构, 其他颗粒状生物碎屑很少, 其中似球粒可能为藻类磨蚀的产物。该岩石类型出现在礁的侧翼位置。

2)含生屑泥晶灰岩(SMF9)。主要由生物碎屑和泥晶基质组成, 生物碎屑主要有三叶虫、腕足类、棘皮类、蠕孔藻、球松藻、苔藓虫、腹足类和介形虫等(图7), 大小混杂, 多破碎, 见相对较为完整的三叶虫碎屑。此外, 生物扰动作用常见, 其特征是多种生物碎屑呈圆柱状、漩涡状排列。其沉积于开阔台地环境中。

3)泥晶生屑灰岩(SMF10)。为薄层至中层的泥晶瘤状灰岩, 颗粒以生物碎屑为主, 填隙物以泥晶为主, 颜色呈暗灰色— 黑色。生物碎屑密集(图 8-A, 8-B, 8-C), 可见介形虫、棘皮类、三叶虫、双壳类、腕足类和球松藻等。大部分生物碎屑破碎, 不完整, 杂乱堆积, 不具有成层性, 分选较差。个别双壳类碎片具有泥晶包壳结构, 见重新定向的示顶底组构。见少量葛万藻碎屑, 少量生物钻孔。破损和泥晶化的生物碎屑说明其可能来源于浅水地区, 在沉积前经过了搬运, 且主要的生物碎屑已经从高能的环境中搬运到低能环境中。因此, 该岩石类型形成于开阔台地环境中。

4)亮晶砂屑灰岩(SMF11)。主要为砂屑, 分选磨圆较好, 亮晶胶结(图8-D), 生物碎屑和放射状鲕粒含量少, 其中生物碎屑和部分鲕粒较破碎, 棘屑见共轴加大。这种沉积物形成于经常有波浪或水流作用的环境中, 可分为2种: 一种具层状结构, 主要由砂屑组成, 亮晶胶结, 含少量鲕粒, 其显著特征是鲕粒灰岩与砂屑灰岩组构的交替出现, 少量三叶虫、介形虫和棘皮类等生物碎屑, 部分鲕粒泥晶化, 鲕粒层间为泥晶化的砂屑; 另一种不具层状结构, 颗粒主要为泥晶化的砂屑, 亮晶胶结。该岩石类型形成于碳酸盐岩台地边缘浅滩环境。

5)被包壳的亮晶生屑灰岩(SMF11)。该微相中, 生物碎屑主要有棘皮类、腕足类、三叶虫、介形虫和蠕孔藻屑等, 大部分生物碎屑具有泥晶套, 部分碎屑泥晶化; 此外, 见少量砾屑, 亮晶胶结。这种类型沉积物形成的地区需要有正常的盐度, 且位于晴天浪基面处或其上, 其包壳是由于极浅水环境中的微钻孔生物的微晶化作用形成的。由生屑组合及其特征可以得出, 该岩石类型形成于台地边缘浅滩环境。

6)放射状鲕的亮晶鲕粒灰岩(SMF15-R)。主要由具有放射状的鲕粒组成(图8-E), 亮晶胶结, 鲕粒间为砂屑。鲕粒分选不好, 个别鲕粒经改造后作为核心形成新的鲕粒, 还见复合鲕粒。鲕粒具有泥晶化的核心, 也见砂屑集合体和藻类生物碎屑作为核心。该岩石类型沉积于局限碳酸盐岩台地环境。

7)无纹层的泥晶似球粒灰岩(SMF16-无纹层)。主要由极细砂屑(似球粒)和泥晶组成, 其中似球粒主要对应于微小磨圆的泥晶碎屑, 呈次圆到圆状, 分选较好。颗粒之间泥晶充填, 局部亮晶胶结, 生屑较少, 可见蠕孔藻、球松藻、介形虫和棘屑等。其主要沉积于具有良好水循环的局限浅海环境中。

图7

Fig.7

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	图7 塔里木盆地巴楚地区上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩岩石学特征(一)Fig.7 Petrological characteristics of carbonate rocks from the Upper Ordovician Lianglitage Formation in Bachu area, Tarim Basin(Ⅰ )

图8

Fig.8

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	图8 塔里木盆地巴楚地区上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩微相特征(二)Fig.8 Petrological characteristics of carbonate rocks from the Upper Ordovician Lianglitage Formation in Bachu area, Tarim Basin(Ⅱ )

8)亮晶葡萄石灰岩(SMF17)。主要由葡萄石、鲕粒、砂屑和少量生屑组成, 颗粒之间亮晶胶结(图8-F)。葡萄石主要由泥晶化的鲕粒和生物碎屑(如腹足类等)组成, 一些颗粒集合体具有薄的鲕状包壳, 葡萄石之间充填鲕粒、砂屑和少量生屑。鲕粒为具有泥晶化核心的放射状鲕粒, 生物碎屑见未分离的介形虫, 具有泥晶包壳。其沉积于镶边的碳酸盐岩台地边缘颗粒滩环境。

9)含丰富钙藻的泥晶生屑灰岩(SMF18)。以脆弱蠕孔藻和球松藻叶状体的富集为特征, 其中蠕孔藻叶状体呈圆管形, 常弯曲或呈波状, 直径变化较大, 侧向分支有3级, 轮生, 间距大, 垂直中茎。球松藻群体呈结核、皮壳、叶片状, 丝体呈圆管层形, 横切圆管层时管体断面圆形, 呈串珠状排列。其他颗粒以似球粒为主, 见少量生物碎屑, 如介形虫、棘皮类和三叶虫等。泥晶基质由藻的分解物形成。该岩石类型可能沉积于低能量的局限台地环境中。

10)纹层状叠层粘结岩(SMF20)。为具穹窿形的叠层状粘结岩, 叠层间见少量似球粒、棘屑和介形虫, 具少量窗格孔, 个别溶孔铁质充填。其主要沉积于潮间带。

11)具窗格孔泥晶颗粒灰岩(SMF21-FEN)。主要由蠕孔藻和似球粒组成, 窗格孔发育, 不规则。沉积格架由蠕孔藻和似球粒组成, 蠕孔藻大部分泥晶化, 部分具示顶底组构, 蠕孔藻叶间主要被球粒充填, 其他见少量表附藻。该岩石类型主要沉积于潮间带。

12)窗格孔藻粘结岩(SMF21-Poro)。主要由巴托马藻和似球粒组成, 具粘结结构, 发育小的窗格孔隙。蓝细菌(巴托马藻)组成的格架保存较好, 藻间除似球粒外, 还见有少量的腹足类碎屑。该岩石类型主要沉积于潮间带及潮下带环境。

根据野外描述及岩石学特征分析, 对巴楚地区上奥陶统吐木休克组和良里塔格组沉积相带进行划分, 共可划分为开阔台地相、局限台地相、台地边缘浅滩相、生物礁相及颗粒滩相(图9)。巴楚地区吐木休克组相变较小, 横向发育稳定, 沉积于礁前上斜坡环境。

图9

Fig.9

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	图9 塔里木盆地巴楚地区上奥陶统良里塔格组沉积模式Fig.9 Depositional model of the Upper Ordovician Lianglitage Formation in Bachu area, Tarim Basin

Ⅰ 号剖面良里塔格组四段至二段沉积相整体由开阔台地相— 台地边缘浅滩相— 开阔台地相构成, 水体变化为次浅水— 浅水— 次浅水, 而良一段变为礁翼环境, 岩石类型为似球粒藻粘结岩(图 3)。其中, 良四段主要沉积于开阔台地环境, 该带盐度正常, 海水循环良好, 生物适宜生存(郭峰, 2011); 生物类型和数量都较丰富; 颗粒组分主要为生物碎屑, 如棘皮类、苔藓虫、腕足类、介形虫、腹足类和藻类等, 含有多种钙藻(如绿藻和钙化蓝细菌), 由于钙藻靠光合作用维持新陈代谢, 所以主要分布在海水最上层的透光带内(范嘉松和吴亚生, 2004); 基质由亮晶和泥晶组成; 岩石类型主要有泥晶似球粒灰岩、泥晶生屑灰岩、瘤状灰岩、含丰富钙质绿藻的泥晶生屑灰岩, 由若干向上变浅的旋回组成。良三段沉积于台地边缘浅滩环境, 岩石类型为亮晶砂屑灰岩, 颗粒以砂屑为主, 可见生物碎屑, 分选磨圆较好, 反映水动力较强。良二段沉积特征与良四段相似, 沉积于开阔台地环境, 岩石类型主要为泥晶似球粒灰岩, 部分含少量生物碎屑, 以藻类为主。良一段岩石以蠕孔藻叶片聚集为特征, 似球粒充填于蠕孔藻叶片间并具粘结结构, 沉积于礁翼环境。台缘礁丘亚相位于波浪和强水流扰动的环境, 由大量稳定性较差的格架生物建造, 细粒基质支撑结构是重要的成分组成。礁丘在横向上包括礁核、礁翼、礁前和礁后, 垂向剖面包括礁基、礁核、礁盖和礁坪等(郭峰, 2011)。礁翼位于礁核的侧翼, 下部与礁基接触, 上部为礁盖覆盖, 侧向上变为礁间(沈安江等, 2008)。礁翼微相分布在非礁体和主礁体翼部的过渡地带。

Ⅱ 号剖面良四段为开阔台地沉积, 良三段为颗粒滩沉积, 良二段为开阔台地沉积, 良一段下部为颗粒滩沉积, 上部为礁核沉积。Ⅲ 号剖面与Ⅳ 号剖面相似, 良二段为开阔台地沉积, 良一段为颗粒滩沉积。

图10

Fig.10

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	图10 塔里木盆地巴楚地区上奥陶统Ⅰ 号和Ⅱ 号剖面发育的礁核沉积特征Fig.10 Sedimentary characteristics of reef core of the Upper Ordovician between No.Ⅰ section and No.Ⅱ section in Bachu area, Tarim Basin

研究区Ⅰ 号和Ⅱ 号剖面间发育台地边缘礁相, 由南向北发育3个藻礁(图 10), 礁体结构不清, 礁间结构较清楚, 主要发育6个生物建造旋回, 礁核造礁生物主要为分枝藻和球状藻(蔡习尧等, 2008)。良四段沉积时期, 研究区主要为开阔台地边缘强水动力的浅水沉积环境, 盐度正常, 海水循环良好, 氧气充足, 广泛发育生物扰动作用、潜穴、结核状和脉状层层理。良三段至良二段沉积时期, 由南向北分别为局限台地和台地边缘礁环境, 其中局限台地相水体较浅, 水循环被限制, 沉积界面为潮间带— 潮下带以及低能带, 陆源碎屑混入较多。良一段沉积时期, 由南向北发育台地边缘鲕粒滩、砂屑滩和点礁, 礁间为局限台地沉积, 以暗色瘤状灰岩为主, 呈现南滩北礁的特点, 反映水体由南向北加深的趋势。由于构造抬升, 研究区在奥陶纪时期处于南浅北深的碳酸盐岩台地上, 并为一北倾斜坡背景下的微隆, 隆起处水体浅、水动力强、水质较清, 并且由于当时塔里木板块处于古南纬20° ~30° , 古气候环境以热带— 亚热带的气候为主, 因此有利于生物礁的生长和礁滩相沉积的形成。

1)巴楚地区吐木休克组灰岩颗粒类型主要为生物碎屑, 包括棘皮类、介形虫、三叶虫、腹足类、苔藓虫和腕足类等正常浅海底栖生物。吐木休克组野外发育稳定, 岩石类型较为单一, 主要为介壳和三叶虫富集的泥晶生屑灰岩, 基质以泥晶为主, 铁质浸染, 呈红色。吐木休克组沉积环境本地是低能的, 而其紧靠高能的礁滩, 故接受了大量由这些高能区搬运来的浅海底栖生物碎屑, 因此代表礁前上斜坡沉积环境。

2)良里塔格组灰岩中的主要颗粒类型为生物碎屑、内碎屑和似球粒, 生物碎屑类别包括棘皮类、苔藓虫、三叶虫、腕足类、介形虫、腹足类和藻类, 内碎屑包括极细砂屑。良里塔格组岩石类型较多, 包括似球粒藻粘结岩、含生屑泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩、亮晶砂屑灰岩、被包壳的亮晶生屑灰岩、放射状鲕的亮晶鲕粒灰岩、无纹层的泥晶似球粒灰岩、亮晶葡萄石灰岩、含丰富钙藻的泥晶生屑灰岩、纹层状叠层粘结岩、具窗格孔泥晶颗粒灰岩及窗格孔藻粘结岩。

3)巴楚地区吐木休克组相变较小, 横向发育稳定, 沉积于礁前上斜坡沉积环境。Ⅰ 号剖面良四段沉积于开阔台地环境, 良三段沉积于台地边缘浅滩环境, 良二段沉积特征与良四段相似, 沉积于开阔台地环境, 良一段沉积于礁翼环境。Ⅱ 号剖面良四段为开阔台地沉积, 良三段为颗粒滩沉积, 良二段为开阔台地沉积, 良一段下部为颗粒滩沉积, 上部为礁核沉积。Ⅲ 号剖面与Ⅳ 号剖面相似, 良二段发育于开阔台地环境, 良一段为颗粒滩沉积。研究区Ⅰ 号和Ⅱ 号剖面间发育台地边缘礁相, 由南向北发育3个藻礁。良四段沉积于开阔台地边缘强水动力的浅水沉积环境, 良三段至良二段沉积时期由南向北分别为局限台地和台地边缘礁环境, 良一段由南向北发育台地边缘鲕粒滩、砂屑滩和点礁, 礁间为局限台地沉积, 呈现南滩北礁的特点, 并反映水体深度由南向北呈加大的趋势。

(责任编辑 张西娟)