昌 琪，郭 峰，尚 凱，楊兆偉，郭睿婷，韋 悅

(1.中國(guó)石化西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

微生物碳酸鹽巖在中新元古界、寒武系和奧陶系最為發(fā)育，在美國(guó)Alabama、俄羅斯Siberi、巴西Santos地區(qū)、阿曼Salt盆地、哈薩克斯坦以及中國(guó)四川盆地和華北地區(qū)均有重大油氣發(fā)現(xiàn)[1-6]。目前微生物碳酸鹽巖也逐漸成為主要的目的層之一[7-11]。塔里木盆地柯坪地區(qū)肖爾布拉克組發(fā)育有廣泛分布且較為典型的微生物礁[12-21]，但在盆地內(nèi)目前未獲得大規(guī)模的油氣發(fā)現(xiàn)。塔里木盆地多口鉆井(塔中1、塔中23、方1等)均已證實(shí)該盆地良好的微生物礁型油氣藏勘探前景，但是對(duì)于微生物礁發(fā)育條件及典型微生物礁沉積模式尚缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。本次研究以塔西北寒武系典型剖面蘇蓋特布拉克高精度野外露頭實(shí)測(cè)為基礎(chǔ)，詳細(xì)刻畫微生物礁發(fā)育特征、顯微組構(gòu)、沉積模式。該剖面微生物礁分布廣泛、代表性、可對(duì)比性上佳，前人對(duì)本區(qū)沉積儲(chǔ)層研究多以概述性為主[15-21]，本次以中國(guó)石化西北油田分公司與西安石油大學(xué)共建野外教學(xué)實(shí)習(xí)剖面為基礎(chǔ)，按1 ∶100精度實(shí)測(cè)了該剖面，并樹立了耐久性、明顯可見的標(biāo)識(shí)。研究成果對(duì)塔西北寒武系微生物碳酸鹽巖勘探具有一定的指導(dǎo)意義。

1 地層特征

關(guān)于蘇蓋特布拉克剖面(見圖1)，多個(gè)單位先后都進(jìn)行過不同程度的地質(zhì)調(diào)查和地層古生物工作，特別是1974年新疆地質(zhì)局區(qū)測(cè)大隊(duì)柯坪地區(qū)地層組，為本次地層分析提供了重要基礎(chǔ)(見表1)。本次研究按1 ∶100實(shí)測(cè)該剖面，真厚度156.96 m，并根據(jù)巖性及沉積環(huán)境特征將肖爾布拉克組分上、下兩段。下段(1～27層，厚度76.87 m)：巖性主體為灰色中層狀粉晶白云巖、殘余砂屑白云巖，富含硅質(zhì)條帶或團(tuán)塊，屬于局限臺(tái)地潟湖及臺(tái)地邊緣微生物丘沉積。上段(28～48層，厚度80.09 m)：微生物礁灘發(fā)育層段，灰色中厚層狀殘余砂屑白云巖、泥晶白云巖，常見黑色硅質(zhì)結(jié)核或條帶，屬于臺(tái)地邊緣生物礁(灘)環(huán)境(見圖2)。

表1 柯坪地區(qū)寒武系劃分沿革表

在野外或鏡下可見到三葉蟲、腕足類、小殼化石，尤其是三葉蟲，分兩個(gè)三葉蟲帶：Shizhudiscus帶和Ushbaspis(=Metaredlichioides)帶。近底部Shizhudiscus(石柱盤蟲)帶，層位穩(wěn)定，是與下伏玉爾吐斯組分界的標(biāo)準(zhǔn)化石，主要見于揚(yáng)子區(qū)早寒武世早期。

2 沉積特征

柯坪地區(qū)寒武系主要為海相碳酸鹽巖沉積，奧陶系時(shí)期塔里木盆地經(jīng)歷了發(fā)育史上最大的一次海侵。通過對(duì)露頭資料以及取樣分析的綜合分析認(rèn)為，塔里木盆地蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組屬于碳酸鹽巖臺(tái)地沉積(見表2、圖3)，其中，下段相對(duì)于上段水體稍深，巖性主體為灰色中薄層狀粉晶白云巖及殘余砂屑白云巖，富含硅質(zhì)條帶或團(tuán)塊，下部為屬于局限臺(tái)地潟湖，上部為臺(tái)地邊緣微生物丘沉積。上段總體色淺，為微生物礁灘發(fā)育段，巖性在橫向上有變化，在東北部的礁主體剖面上，主要為粉晶白云巖、殘余凝塊粉晶白云巖，含附枝菌；在西南部則為灰色薄層狀泥晶白云巖，見硅質(zhì)結(jié)核，屬于臺(tái)地邊緣生物礁(灘)環(huán)境。

表2 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組沉積微相類型及特征

2.1 潟湖

潟湖發(fā)育于肖爾布拉克組下段下部(1-18層)，巖性主要為灰色泥晶白云巖夾泥質(zhì)白云巖，水平層理發(fā)育，可見微波狀紋層，局部見硅質(zhì)條帶，反映水體相對(duì)較弱的沉積環(huán)境(見圖3a～圖3b)。

2.2 臺(tái)地邊緣微生物丘(層)

肖爾布拉克組下段上部(19-27層)為微生物丘主要發(fā)育段，巖性以灰色粉晶白云巖夾殘余砂屑白云巖為主，局部發(fā)育波狀紋層，可見黑色硅質(zhì)結(jié)核或條帶(見圖3c～圖3 d)。

2.3 臺(tái)地邊緣微生物礁(灘)

肖爾布拉克組上段是微生物礁(灘)主要發(fā)育層位。造礁生物主要為藍(lán)細(xì)菌類。

顆粒灘(28～31層)：深灰色殘余砂屑粉晶白云巖夾泥質(zhì)白云巖為主。砂屑以中細(xì)砂屑為主，細(xì)粉晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)成微生物礁的基底。泥粉晶白云巖多發(fā)育水平層理。鏡下可見暗色顆粒結(jié)構(gòu)，粒徑約0.1～0.3 mm，整體呈似球形或似橢球狀，主要為磨圓的泥晶碎屑或生物球粒(見圖3e～圖3f)。

附枝菌礁(32～38層)：藍(lán)細(xì)菌為鈣化藍(lán)細(xì)菌，且有明顯密集的分枝特點(diǎn)的附枝菌。主要為灰色殘余砂屑粉晶白云巖(單層厚度大，0.5～1.5 m)與薄層狀泥晶白云巖(單層厚度小，0.1～0.4 m)不等厚互層，有兩期微生物礁發(fā)育。

附枝菌呈現(xiàn)樹枝狀和簇球狀兩種形態(tài)：其一呈分枝狀或叢狀，為縱切附枝菌，這種結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出孤立分叉的葉枝狀體，單個(gè)枝狀體長(zhǎng)0.2～1.1 mm，寬0.15～0.7 mm，顏色較深，內(nèi)部不發(fā)育微晶結(jié)構(gòu)，由隱晶質(zhì)白云巖組成，暗色葉枝狀體間發(fā)育的孔隙多被亮晶白云巖充填；葉枝狀體形狀類似小灌木叢。其二態(tài)種形是呈團(tuán)簇狀，為附枝菌的橫切面，即附枝菌葉狀體橫斷面的圓形斑點(diǎn)簇，圓形斑點(diǎn)的內(nèi)部不發(fā)育其他微細(xì)結(jié)構(gòu)。這種微生物結(jié)構(gòu)在附枝菌為主要部分。團(tuán)簇狀附枝菌生長(zhǎng)形態(tài)表現(xiàn)為排列密集的圓形斑點(diǎn)，略呈放射狀。團(tuán)簇體的直徑0.3～1.2 mm不等，每個(gè)團(tuán)簇體內(nèi)部發(fā)育一個(gè)不規(guī)則形狀的偏心空隙(見圖3 g～圖3 h)。團(tuán)簇體內(nèi)部發(fā)育多個(gè)暗色斑點(diǎn)，呈圓形-橢圓形，為附枝菌葉狀體的橫斷面。

宏觀上原地生長(zhǎng)的附枝菌礁上覆于似顆粒灘之上，附枝菌微生物礁宏觀上表現(xiàn)為似層狀微生礁建造，以點(diǎn)礁形式生長(zhǎng)，呈凸起形狀，指示水深較淺，水動(dòng)力條件較高的臺(tái)地邊緣沉積環(huán)境。

藍(lán)細(xì)菌凝塊石(39～45層)：凝塊石微相發(fā)育在原地生長(zhǎng)的附枝菌礁之上，呈暗色斑塊狀，主要有中層狀和塊狀兩種類型(見圖3i～圖3j)。中層狀凝塊結(jié)構(gòu)微生物巖(39～41層)從下到上巖層厚度略有增加，無明顯的丘狀構(gòu)造，微觀下此類微生物巖為半自形細(xì)粉晶白云巖。塊狀凝塊結(jié)構(gòu)微生物巖(42～45層)是以深灰色為主的殘余砂屑粉晶白云巖組成，凝塊石層厚約30～50 cm，在巖石表面有不規(guī)則的黑色團(tuán)塊，團(tuán)塊大小約(0.5～1.5)cm((0.5～0.8)cm分布不均勻且無明顯的定向性。

藍(lán)細(xì)菌疊層石(46～48層)：藍(lán)細(xì)菌疊層石主要發(fā)育在本剖面的頂部，宏觀上呈厚層塊狀灰白色產(chǎn)出，厚11.93 m(見圖3k～圖3l)。

枝狀或叢狀附枝菌群常生長(zhǎng)于礁體內(nèi)部，在礁體外緣，附枝菌受到較強(qiáng)的水動(dòng)力破壞作用，大多不能正常生長(zhǎng)，而呈半閉合房室狀或凝塊狀生長(zhǎng)，以抵抗水動(dòng)力侵蝕。故上段附枝菌→凝塊石→疊層石的沉積演化也說明微生物礁的生長(zhǎng)是一個(gè)水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)的過程。

3 沉積演化

塔里木盆地在早寒武世早期從盆內(nèi)向東北、西南方向依次發(fā)育緩坡和盆地沉積。肖爾布拉克時(shí)期緩坡向臺(tái)地環(huán)境轉(zhuǎn)化，在海退背景下臺(tái)地范圍不斷向外擴(kuò)展。

在海退大環(huán)境下，蘇蓋特地區(qū)肖爾布拉克組沉積水體也呈現(xiàn)向上變淺的規(guī)律，與下段底部發(fā)育一套泥質(zhì)白云巖、泥晶白云巖，向上為可見紋層結(jié)構(gòu)的殘余砂屑粉晶白云巖，該巖相組合特征反映了沉積環(huán)境從水動(dòng)力較弱、水體較深的局限臺(tái)地相逐漸過渡為臺(tái)地邊緣微生物丘(層)沉積相；上段發(fā)育多期前積的微生物礁，反映海平面位置發(fā)生周期性變化(見圖4)，層狀凝塊結(jié)構(gòu)沉積水體較深，向上呈現(xiàn)為塊狀，反映水深變淺；頂部疊層石的出現(xiàn)指示其沉積環(huán)境由能量較低、水體較深沉積環(huán)境逐漸過渡為水動(dòng)力高能的相帶沉積。故蘇蓋特布拉克剖面呈現(xiàn)為肖下段潟湖→臺(tái)地邊緣微生物丘(層)→肖上段顆粒灘→附枝菌礁→凝塊石→疊層石的演化，表明該剖面微生物礁的生長(zhǎng)于一個(gè)水體能量逐漸增強(qiáng)，海平面不斷下降的沉積環(huán)境中(見圖5)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)外碳酸鹽巖油氣勘探開發(fā)進(jìn)程的日益加快，多學(xué)科綜合研究業(yè)已成為解決微生物礁與油氣分布相關(guān)問題的主要途徑，并萌芽了“生物礁地質(zhì)學(xué)”。全球微生物碳酸鹽巖油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在前寒武的非洲、阿拉伯板塊，印度、巴基斯坦和澳大利亞，以及西伯利亞的里菲系[22-23]。大規(guī)模微生物巖儲(chǔ)層多位于下古生界-前寒武系，與生命演化進(jìn)程相對(duì)應(yīng)。塔里木盆地中奧陶世以后，微生物在碳酸鹽沉積上起次要地位，生物建造主要是個(gè)體較大的骨架生物(如托盤類、藻類)。塔里木盆地、四川盆地、渤海灣盆地以及鄂爾多斯盆地的深部海相碳酸鹽巖油氣層將是以微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層為主角[10,11,14,22]。雖然建設(shè)性的成巖作用和構(gòu)造破裂可以改善儲(chǔ)層性質(zhì)，但對(duì)于微生物碳酸鹽巖沉積構(gòu)造和組構(gòu)是影響儲(chǔ)層發(fā)育的基本要素。盡管地質(zhì)學(xué)家們對(duì)微生物碳酸鹽巖研究持續(xù)近兩百年，但其研究方興未艾[23]。