3.1.1 二级层序界面 王鸿祯和史晓颖(1998)认为二级层序通常由显著的不整合构成其顶底界, 并形成一个完整的海进— 海退沉积旋回。二级层序也被称为“ 构造层序” , 它的形成受控于构造演化的周期性, 其界面常常是较为明显的区域性不整合间断面和与之相对应的整合面(王华, 2008)。加里东中期Ⅰ 幕岩溶作用, 相当于一间房组沉积末期, 地层由于构造抬升而大规模暴露, 加上一间房组岩性为颗粒灰岩类, 质纯、性脆, 易受岩溶作用改造, 经风化和大气淡水溶蚀, 形成孔缝洞, 岩溶现象明显(张学丰等, 2012), 此界面为一个暴露剥蚀面。该界面也是一个构造性质转换面, 界面之下为被动大陆边缘沉降盆地, 界面之上为边缘挠曲盆地(许效松等, 2004)。吐木休克组沉积初期, 发生大规模快速海侵, 台地整体被淹没, 界面之下为一间房组亮晶颗粒灰岩, 上为吐木休克组泥灰岩、泥岩, 深水灰岩覆盖于浅水灰岩台地之上, 因此将一间房组与吐木休克组之间的界面定为淹没不整合界面及沉积环境转换面。一间房组与吐木休克组之间区域性可对比的淹没不整合界面, 同时也是构造性质转换面、沉积环境转换面, 可作为二级层序的界面(图 3-g)。

3.1.2 岩性岩相转换面 三级层序界面在单井上的识别特征主要为岩性岩相转换面。奥陶纪沉积格局从早奥陶世的局限台地到中奥陶世的开阔台地, 晚奥陶世早期的台地边缘, 再到晚奥陶世中期的混积台地, 沉积格局变动所影响的水体盐度、水动力条件、地势高低等因素, 导致其岩性岩相出现多样化。OSQ6和OSQ7之间的界面, 界面之下为云灰岩, 界面之上为泥晶灰岩, 沉积环境由局限台地相向开阔台地相转换; OSQ8和OSQ9之间的界面, 界面之下为亮晶砂屑灰岩, 界面之上为泥灰岩, 沉积环境由开阔台地相向淹没台地相转换; OSQ10和OSQ11之间的界面, 界面之下为亮晶砂屑灰岩, 界面之上为瘤状灰岩、泥灰岩, 沉积环境由台地边缘相向混积台地相转换(图 3-a至3-f, 3-i)。

3.1.3 凝缩段 吐木休克组沉积初期发生大面积快速海侵, 将台地整体淹没。岩性由初期的瘤状泥晶灰岩, 转为更低能的泥灰岩、泥岩。泥岩沉积时期, “ 碳酸盐工厂” 产率几乎为零, 仅靠远洋和半远洋的泥质沉积。吐木休克组在约5.4, Ma的时间里仅沉积了15~40, m, 为凝缩段识别特征之一(图 3-h)。并且在薄片鉴定时, 发现吐木休克组底部有一段厚约2, m的含海绿石灰岩(图 5-a), 海绿石在弱还原、盐度正常的海水中缓慢形成, 为该组凝缩段沉积标志的另一特征。

图3

Fig.3

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	图3 塔北地区奥陶系层序界面类型及识别特征(井段资料来自哈6井和轮深2井)Fig.3 Sequence boundary types and indentification marks of the Ordovician in northern Tarim Basin (data from Well Ha 6 and Well Lunshen 2)

图4

Fig.4

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	图4 塔里木盆地北部地区奥陶系显微照片及岩心照片 a— 亮晶鲕粒灰岩, 大多鲕粒中心被溶蚀, 亮晶方解石充填, 哈601-4井, 6650.39, m, 单偏光; b— 泥亮晶藻屑藻团块灰岩, 串珠状钙藻, 见鸟眼孔构造, 哈7-1井, 6575.28, m, 单偏光; c— 中粗晶云岩, 大阪塔格奥陶系蓬莱坝组, 野外露头; d— 生屑砂屑灰岩, 见托盘类瓶筐石, 腹足、棘皮、介形虫等生屑, 哈得17井, 6466.0, m, 岩心; e— 托盘类瓶筐石障积岩, 生屑见棘皮, 格架间为生屑、砂屑和灰泥充填, 颗粒间主要为隐藻粘结的灰泥, 哈得17井, 6462.0, m, 岩心Fig.4 Micrographic photos and core photos of the Ordovician in northern Tarim Basin

国外学者定义的超层序组大致相当于二级层序, 认为其时限为36~40, Ma 或27~30, Ma(Haq et al., 1988; Vail et al., 1991)。国内王鸿祯和史晓颖(1998)认为二级层序代表长周期的沉积层序, 其最佳平均时间延续为35~36, Ma。根据上述二级层序界面划分出2个二级层序: SSQ1包括下奥陶统— 中奥陶统, 其沉积时间段约28, Ma; SSQ2包括中奥陶统— 上奥陶统, 其沉积时间段约33, Ma(刘家铎等, 2014), 与国内外学者所界定的二级层序时间段大体是相吻合的。

SSQ1为下奥陶统— 中奥陶统, 包含蓬莱坝组、鹰山组和一间房组, 其底界为蓬莱坝组底界, 其顶界为一间房组和吐木休克组的不整合边界SSB1。内部包含8个三级层序OSQ1— OSQ8, 每个三级层序里皆发育一个海侵体系域(TST)和一个高位体系域(HST), 受当时研究区台地地势相对较高的影响, 未发育低位体系域。

OSQ1— OSQ2相当于蓬莱坝组, 厚约260, m, 主要发育细粉晶云岩, 顶部为巨厚层砂屑灰岩。伽马曲线特征呈现明显跳跃。OSQ1发育白云岩, 灰质云岩(图 4-c)。OSQ2发育厚层云质灰岩、细粉晶云岩和泥亮晶灰岩。生物含量极少, 偶见介形虫、海绵骨针。

OSQ3— OSQ6相当于鹰山组的鹰四段— 鹰二段, 塔北中西部哈拉哈塘等地区为云灰岩互层段, 厚约464, m。伽马曲线特征呈现轻微跳跃, 电阻率曲线表现为高频跳跃, 变化剧烈、特征显著。层序组发育块状— 巨厚层灰褐色白云岩、云质灰岩、灰岩。中部轮南地区则发育纯灰岩段, 轮南北部地区, 奥陶系地层剥蚀严重, 石炭系直接覆于鹰山组之上。轮南南部地区, 鹰山组地层未遭受剥蚀, 仅轮古36井钻穿, 厚度约为600, m, 发育泥亮晶砂屑灰岩、岩溶溶塌角砾岩。

OSQ7— OSQ8相当于鹰一段至一间房组, 厚约299, m, 为泥晶灰岩和颗粒灰岩段, 伽马测井曲线形态几乎呈现平直状, 低伽马值, 代表泥质含量较小, 岩石质纯。OSQ7岩性主要为纹层状泥晶灰岩、亮晶砂屑灰岩。见板状交错层理、平行层理。OSQ8发育亮晶颗粒灰岩, 颗粒多为藻屑、鲕粒、生屑(图 4-a, 4-b; 图5-b, 5-d, 5-f), 常见溶孔及压溶缝。

图5

Fig.5

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图5 塔里木盆地北部地区奥陶系显微照片 a— 含海绿石生屑灰岩, 生屑见有介形虫、棘屑和三叶虫碎片, 金跃2井, 7094, m, 单偏光; b— 亮晶藻团块藻屑灰岩, 藻类主要为葛万藻, 哈7-3井, 6639.1, m, 单偏光; c— 泥— 亮晶生屑隐藻屑灰岩, 生屑溶孔中见有黑色沥青充填, 哈13-6井, 6720.1, m, 铸体薄片; d— 泥粉晶粉屑砂屑灰岩, 隐藻粘结, 哈12-1井, 6693.36, m, 单偏光; e— 瘤状泥— 亮晶颗粒灰岩, 瘤间泥质条带中见有微裂缝, 哈13-6井, 6732.22, m, 铸体薄片; f— 泥晶生屑灰岩, 生屑为三叶虫(沿层面半定向分布)、棘屑, 苔藓虫砾屑, 哈得23井, 6261.16, m, 铸体薄片Fig.5 Micrographic photos of the Ordovician in northern Tarim Basin

SSQ2为中奥陶统— 上奥陶统, 包含吐木休克组、良里塔格组和桑塔木组。内部包括3个三级层序OSQ9、OSQ10和OSQ11。OSQ9相当于吐木休克组, 厚为15~40, m, 岩性以生屑泥晶灰岩、泥灰岩向上转变为泥岩, 仅发育海侵体系域, 为退积岩性叠置结构, 伽马测井曲线呈钟型。OSQ10相当于良里塔格组, 厚为30~200, m, 为进积岩性叠置结构, 仅发育高位体系域, 伽马曲线呈箱型。塔北中西部地区下部岩性为棕褐色生屑泥晶灰岩(图 5-c, 5-e); 上部岩性为亮晶颗粒灰岩, 灰岩见纹层状结构。塔北中部轮南地区, 厚为70~140, m, 良里塔格组岩性为深灰色藻粘结岩和褐灰色亮晶生屑灰岩。

OSQ11相当于桑塔木组的底部, 岩性由深灰色泥灰岩、灰绿色泥岩与棕褐色瘤状灰岩组成, 为退积岩性叠置结构, 表明其为较深水的陆源碎屑— 碳酸盐混积台地沉积环境。

OSQ1— OSQ2: 绝大部分岩石类型为云岩, 比例超过95%, 生物种类较少, 偶见介形虫和海绵骨针, 见水平波状纹层与泥裂等构造。表明全区皆处于海水循环受限的局限台地相潮坪亚相, 水体盐度较高。泥晶砂屑灰岩为潮道沉积物。研究区环境能量低, 为保持性沉积体系。

OSQ3— OSQ6: 中西部地区继承了前期的局限台地相, 该层序下部以细粉晶云岩、泥晶灰岩和灰质云岩为主, 发育潮坪亚相。该层序上部岩性以泥晶灰岩与云质泥晶灰岩为主夹砂屑灰岩, 为潮坪— 潟湖亚相, 能量较低, 整体为一套保持型沉积体系。云化作用减弱, 封闭环境过渡到半封闭环境。中部轮南地区发育泥亮晶颗粒灰岩, 台内滩亚相占主要, 水体与外海循环较好, 能量相对较高, 为一套富颗粒贫灰泥的追赶型沉积体系。

OSQ7— OSQ8: 整体发育开阔台地相。OSQ7, 塔北中西部哈拉哈塘和英买力等地区岩性以厚层泥晶灰岩为主夹中— 薄层砂屑灰岩, 发育滩间海夹点滩亚相。塔北中部轮南地区, 岩性以厚层泥亮晶砂屑灰岩为主夹中— 薄层泥晶灰岩, 发育高能台内滩亚相。OSQ8, 塔北整体岩性以泥亮晶颗粒灰岩为主, 颗粒如藻屑、砂砾屑、生屑和鲕粒等, 发育高能台内浅滩夹点礁亚相。许多取心井内均发现托盘类生物障积礁(图 4-d, 4-e), 它主要发育于正常浪基面附近地势较高或缓坡处, 水动力能量相对较高, 氧气等营养物质丰富。这是一套生长速率较高富颗粒贫灰泥的追赶型碳酸盐岩沉积体系。

OSQ9— OSQ10: 岩性以泥灰岩向上转为泥岩沉积, 代表沉积环境由淹没台地转为深水缓坡。淹没台地是指在沉降速率或海平面上升速率超过加积速率的台地相区, 能经受早期淹没或完全淹没(Kendall and Schlager, 1981; Schlager, 1981)。OSQ9则是初始淹没, 指台地淹没在透光带之内, 台地沉积体系能够恢复, 初始淹没台地岩相类型有瘤状灰岩和薄层的泥质灰岩(Kendalland Schlager, 1981; Read, 1982)。OSQ10沿中西部的乡3井— 哈6井一带, 良里塔格组为稳定台地边缘环境, 发育台缘礁滩及台缘洼地亚相, 沉积厚度为100~200, m, 底部岩性为生屑泥晶灰岩, 中上部为生屑砂屑灰岩、鲕粒砂屑灰岩(图 5-c, 5-e); 哈拉哈塘的南部地区, 金跃、哈得逊区块, 为台缘斜坡、台地环境, 良里塔格组沉积厚度为10~40, m, 岩性以泥晶含泥灰岩为主。轮南的北部地区, 良里塔格组地层遭受剥蚀严重(图 6)。

图6

Fig.6

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	图6 塔里木盆地北部地区奥陶系层序格架内沉积相对比图Fig.6 Correlation profile of sedimentary facies in stratigraphic framework of the Ordovician in northern Tarim Basin

OSQ11: 该时期塔里木板块与周围板块的汇聚碰撞洋壳闭合, 导致陆源物质入侵本区, 伴随大面积海侵, 过渡至陆源碎屑— 碳酸盐混积台地环境, 塔北地区正式结束碳酸盐岩台地沉积。

研究区内少数井钻遇该层序组, 唯有从露头剖面、本区及邻区钻遇该组的少数井推测其沉积环境及其海平面变化趋势。塔里木盆地的古地理面貌为西台东盆(赵宗举等, 2009b), 塔西台地(包括塔北和塔中)早奥陶世继承了晚寒武世局限台地的特征, 发育稳定碳酸盐岩台地沉积环境。局限台地内部以潮坪亚相为主(图 7-a)。

该沉积时期伴随海侵, 海平面进一步上升, 塔西台地沉积范围向西北方向减缩, 研究区中部、西部沉积格局出现差异。沉积早中期OSQ3— OSQ6, 中部轮南地区水体循环变好, 盐度正常, 岩性以灰岩为主, 沉积环境已转为开阔台地, 发育台内滩亚相, 呈片状分布, 水体能量较高。西部地区仍继承性发育局限台地相, 盐度逐渐降低, 云化作用渐少, 转为半封闭环境, 且水体能量较低。沉积晚期OSQ7, 受区域板块构造拉张作用, 中古台沟发育成为阿满台盆, 塔西台地分化为塔北台地及巴楚— 塔中台地。随着海平面逐渐上升, 研究区处于正常浪基面以下, 水体循环良好, 盐度正常, 研究区整体为开阔台地相, 发育滩间海亚相, 台内滩呈点状分布(图 7-b)。

该时期, 构造应力由拉张转为挤压, 挤压作用使得地层抬升, 致使在缓慢海侵的背景之下, 海平面相对下降。台地在强水动力作用下, 碳酸盐岩保持较高的生长速率, 发育高能礁滩相(图 7-c)。哈拉哈塘、英买力等地区一间房组厚度发育稳定; 轮南地区的西北部遭受应力挤压, 地层抬升, 致使一间房组全被剥蚀, 东南部未遭受挤压地势较低, 一间房组地层得以保存。

初期发生大面积快速海侵, 此次海侵与全球海平面上升均可对比。全区开阔台地迅速被淹没, 转为淹没台地, 持续海侵至深水缓坡环境(图 7-d), 碳酸盐岩生长速率大大减慢至几乎停止。海侵结束, 开始缓慢海退, 台地仍处于光线所及的区域内, 碳酸盐沉积物继续形成并追上基准面上升而新生成的可容空间, 台地抬升到浪基面附近。受挤压应力及持续海侵影响, 阿满台盆逐渐成为深水盆地, 塔北台地转为台地边缘相。台地边缘相展布于轮古东地区和乡3— 哈6井区向西一带(图 7-e), 与中下奥陶统相比, 台地沉积范围逐渐向西向北方向迁移(马青等, 2007)。

晚奥陶世时期, 塔里木板块由被动大陆边缘转变为活动大陆边缘, 与其周缘的岛弧、陆块进一步汇聚碰撞, 库地活动陆源隆起也更趋稳定。由于周缘陆块及岛弧提供了大量陆源碎屑, 致使几乎整个塔里木板块被陆源碎屑沉积物所覆盖(赵宗举等, 2009b; 安海亭等, 2009)。塔北台地均因大量陆源碎屑的注入而破坏了清水碳酸盐沉积环境, 沉积了三级层序OSQ11(桑塔木组)为代表的典型混积台地地层, 演变为陆源碎屑岩— 碳酸盐岩混积台地沉积环境。塔北地区奥陶系碳酸盐岩台地沉积环境至此结束。