塔里木盆地东北缘下寒武统页岩岩相特征与沉积模式

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.006

现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (05): 1155-1168.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.006

塔里木盆地东北缘下寒武统页岩岩相特征与沉积模式

刘旺威¹^,²^,³(), 李一凡²^,³(), 高志前²^,³, 樊太亮²^,³, 张坦⁴, 匡明志⁴

1.中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡 214126
2.中国地质大学(北京)能源学院,北京 100083
3.中国地质大学(北京)教育部海相储层演化与油气富集机理重点实验室,北京 100083
4.成都理工大学能源学院,四川成都 610059

收稿日期:2022-09-22 修回日期:2023-01-06 出版日期:2023-10-10 发布日期:2023-11-14
通讯作者: 李一凡,男,博士,副教授,1987年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事沉积地球化学及非常规油气勘探研究。Email: liyifan@cugb.edu.cn。
作者简介:刘旺威,男,硕士,1994年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事沉积学研究。Email:ww.syky@sinopec.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U19B6003-01-02);国家自然科学基金项目(41802155)

Lithofacies Characteristics and Sedimentary Model of the Lower Cambrian Shale in the Northeastern Margin of Tarim Basin

LIU Wangwei¹^,²^,³(), LI Yifan²^,³(), GAO Zhiqian²^,³, FAN Tailiang²^,³, ZHANG Tan⁴, KUANG Mingzhi⁴

1. Wuxi Research Institute of Petroleum Geology, Petroleum Exploration and Production Research Institute, SINOPEC, Wuxi, Jiangsu 214126, China
2. School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
3. Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Enrichment Mechanism, Ministry of Education, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
4. School of Energy, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China

Received:2022-09-22 Revised:2023-01-06 Online:2023-10-10 Published:2023-11-14

摘要/Abstract

摘要：

研究页岩岩相特征和沉积模式有助于把握细粒烃源岩的特征和分布。通过野外露头描述、薄片观察和有机质含量测定等手段,对塔里木盆地东北缘(塔东北地区)下寒武统页岩的岩相、岩相组合和沉积演化模式进行了分析。塔东北地区早寒武世水体表现为快速海侵-持续变深-迅速变浅,海平面的变化直接影响页岩的发育。研究区下寒武统自下而上发育6种岩相和3种岩相组合:(1)半深水陆棚岩相组合,包括硅质页岩相、硅质黏土质混合页岩相和磷质页岩相;(2)深水陆棚岩相组合,包括硅质页岩相和黏土质页岩相;(3)浅水陆棚岩相组合,包括钙质页岩相和硅质钙质页岩相。寒武纪初期塔东北地区处于半深水陆棚环境,且拉张作用强烈,热液活动频繁,热液活动对有机质富集具有双重作用,不利于半深水陆棚环境中硅质页岩相中有机质的富集,有利于半深水陆棚环境中磷质页岩相中有机质的富集。随着水体持续变深,构造活动和热液活动减弱,深水陆棚岩相组合开始沉积,这一时期有机质保存条件好、沉积速率慢、古生产力较高,页岩中TOC含量相对较高。在西大山组沉积时期整体为浅水陆棚环境,这一时期沉积物中硅质矿物含量减少,钙质矿物含量增加,有机质保存条件较差,沉积速率较快,页岩中TOC含量相对较低。总体认为塔东北地区下寒武统的磷质页岩相和深水陆棚岩相组合为有利层段。

关键词: 塔里木盆地, 下寒武统, 页岩岩相, 沉积模式

Abstract:

The study of shale facies characteristics and sedimentary model can help to reveal the characteristics and distribution of fine-grained source rocks.The lithofacies assemblage and sedimentary model of the Lower Cambrian shale in the northeastern margin of the Tarim Basin are analyzed by means of outcrop description, thin-section petrographic observation and organic matter content measurement.The sea-level of the Lower Cambrian in northeastern Tarim Basin was characterized by rapid transgression, continuous deepening and rapid shallowing.The sea-level change may have directly affected the shale development.Six lithofacies and three lithofacies assemblages are developed from bottom to top in the Lower Cambrian in the study area: (1)the semi deep-water shelf lithofacies assemblage includes siliceous shale facies, siliceous clay-shale mixed facies and phosphorous shale facies; (2)the deep-water shelf lithofacies assemblage includes siliceous shale facies and clayey shale facies; (3)the shallow water shelf lithofacies assemblage includes calcareous shale facies and siliceous calcareous shale facies.In the Early Cambrian, the northeastern Tarim region was likely in a semi-deep-water shelf environment, with strong extension and frequent hydrothermal activity.The hydrothermal activity has a dual role in the enrichment of organic matter, which is not conducive to organic matter enrichment in the siliceous shale in the semi-deep-water shelf environment, and to the organic matter enrichment in the phosphorous shale in the semi-deep-water shelf environment.With the continuous sea-level rise, tectonic activity and hydrothermal activity decreased, and the deep-water shelf lithofacies assemblages began to develop.During this period, the organic matter was well preserved.The sedimentation rate was slow, and the paleoproductivity was high.The total organic carbon (TOC) content in the shale was relatively high.During the sedimentation of the Xidashan Formation, the environment was generally of shallow water shelf.During this period, the content of silicic minerals in the sediments decreased, while that of calcareous minerals increased.The preservation conditions of organic matter were poor, the sedimentation rate was high, and the TOC content in the shale was relatively low.We considered that Lower Cambrian phosphorous shale facies and the deep-water shelf lithofacies assemblage in the northeastern Tarim basin represent favorable intervals.

Key words: Tarim Basin, Lower Cambrian, shale lithofacies, sedimentary model

中图分类号:

P534.41

刘旺威, 李一凡, 高志前, 樊太亮, 张坦, 匡明志. 塔里木盆地东北缘下寒武统页岩岩相特征与沉积模式[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1155-1168.

LIU Wangwei, LI Yifan, GAO Zhiqian, FAN Tailiang, ZHANG Tan, KUANG Mingzhi. Lithofacies Characteristics and Sedimentary Model of the Lower Cambrian Shale in the Northeastern Margin of Tarim Basin[J]. Geoscience, 2023, 37(05): 1155-1168.

图/表 11

图1 塔里木盆地区域构造简图(据杨恩林等[23]修编)

Fig.1 Structural location map of the Tarim Basin (revised after Yang et al.[23])

图2 塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区寒武系露头分布(据石开波等[24]修编)

Fig.2 Cambrian outcrop distribution in Kuluketage area, northeastern margin of the Tarim Basin (revised after Shi et al.[24])

表1 塔东北地区下寒武统页岩矿物成分数据

Table 1 Mineral composition data of Lower Cambrian shale in the northeastern Tarim Basin

序号	样品号	TOC(%)	长英质矿物(%)	黏土矿物(%)	碳酸盐矿物(%)	U/Al	Mo/Al	Ba_过量	Si/Al
1	Q1-76	0.25	15.27	4.43	80.30	1.67	1.47	647.99	6.06
2	Q1-72	0.17	30.86	10.19	58.95	2.53	3.42	1746.98	5.11
3	Q1-68	0.16	8.66	3.54	87.80	3.94	2.61	451.99	4.25
4	Q1-65	0.30	32.63	7.81	59.55	2.41	1.90	363.99	6.45
5	Q1-58	0.30	23.81	8.85	67.35	2.96	3.17	306.99	6.05
6	Q1-57	0.44	28.47	8.31	63.22	3.41	3.73	373.99	5.34
7	Q1-56	0.46	22.00	9.78	68.22	4.80	14.27	336.98	4.41
8	Q1-55	0.12	32.20	10.46	57.34	3.37	4.73	353.98	4.82
9	Q1-51	0.37	21.70	11.75	66.55	2.56	6.32	808.98	2.91
10	Q1-49	0.16	26.21	1.89	71.89	7.72	5.76	4472.00	5.21
11	Q1-44	0.22	7.67	3.19	89.14	2.51	3.34	7460.00	4.27
12	Q1-40	0.21	34.41	7.96	57.63	2.22	4.74	783.99	8.07
13	Q1-39	0.19	20.32	4.69	74.99	4.14	6.85	7614.99	6.82
14	Q1-36	0.47	27.71	7.37	64.91	2.47	2.47	484.99	5.78
15	Q1-35	0.16	13.87	4.74	81.39	3.58	2.72	181.99	4.71
16	Q1-34	0.69	63.88	28.72	7.40	38.90	179.74	287.00	208.61
17	Q1-31	0.75	89.18	0.67	10.15	78.07	191.44	311.00	225.57
18	Q1-29	0.72	61.15	31.82	7.03	60.10	177.69	402.00	169.16
19	Q1-28	0.49	87.20	0.84	11.96	78.11	131.43	377.00	211.58
20	Q1-27	0.75	51.09	37.43	11.49	55.35	106.41	322.00	217.28
21	Q1-26	0.60	77.94	3.32	18.75	10.09	18.57	427.99	34.94
22	Q1-25	0.46	53.20	27.74	19.06	40.74	114.53	181.00	144.64
23	Q1-24	0.59	84.06	0.34	15.60	5.01	169.21	90.90	422.84
24	Q1-21	1.21	64.96	20.09	14.95	9.46	33.32	118.00	85.66
25	Q1-20	0.64	83.00	3.20	13.81	5.85	12.34	347.99	58.20
26	Q1-16	1.44	61.20	31.12	7.68	23.31	73.86	641.00	143.03
27	Q1-13	0.61	79.31	9.19	11.49	10.92	108.12	6063.99	4.94
28	Q1-12	0.58	61.45	26.91	11.64	4.46	3.79	7347.96	6.52
29	Q1-8	0.66	80.13	8.83	11.04	5.43	2.01	1979.98	15.07
30	Q2-39	0.47	44.07	39.05	16.89	12.56	13.33	3035.98	6.15
31	Q2-36	0.85	44.04	44.66	11.29	23.46	16.94	1844.95	1.76
32	Q2-35	1.66	35.26	57.10	7.65	72.75	177.23	8091.95	1.17
33	Q2-33	0.05	74.76	20.18	5.05	23.08	187.41	282.00	345.36
34	Q2-29	0.04	46.76	42.34	10.90	5.51	91.10	601.00	257.13
35	Q2-28	0.06	79.17	15.74	5.08	3.32	37.65	1912.00	102.68
36	Q2-25	0.08	48.85	42.67	8.48	10.50	47.65	1774.00	101.42
37	Q2-24	0.04	84.16	9.39	6.45	5.54	48.63	630.00	130.74
38	Q2-23	0.04	49.84	37.81	12.34	3.67	65.84	729.00	166.99
39	Q2-22	0.06	82.73	13.02	4.25	3.48	19.93	344.00	63.77

表1 塔东北地区下寒武统页岩矿物成分数据

Table 1 Mineral composition data of Lower Cambrian shale in the northeastern Tarim Basin

序号	样品号	TOC(%)	长英质矿物(%)	黏土矿物(%)	碳酸盐矿物(%)	U/Al	Mo/Al	Ba_过量	Si/Al
1	Q1-76	0.25	15.27	4.43	80.30	1.67	1.47	647.99	6.06
2	Q1-72	0.17	30.86	10.19	58.95	2.53	3.42	1746.98	5.11
3	Q1-68	0.16	8.66	3.54	87.80	3.94	2.61	451.99	4.25
4	Q1-65	0.30	32.63	7.81	59.55	2.41	1.90	363.99	6.45
5	Q1-58	0.30	23.81	8.85	67.35	2.96	3.17	306.99	6.05
6	Q1-57	0.44	28.47	8.31	63.22	3.41	3.73	373.99	5.34
7	Q1-56	0.46	22.00	9.78	68.22	4.80	14.27	336.98	4.41
8	Q1-55	0.12	32.20	10.46	57.34	3.37	4.73	353.98	4.82
9	Q1-51	0.37	21.70	11.75	66.55	2.56	6.32	808.98	2.91
10	Q1-49	0.16	26.21	1.89	71.89	7.72	5.76	4472.00	5.21
11	Q1-44	0.22	7.67	3.19	89.14	2.51	3.34	7460.00	4.27
12	Q1-40	0.21	34.41	7.96	57.63	2.22	4.74	783.99	8.07
13	Q1-39	0.19	20.32	4.69	74.99	4.14	6.85	7614.99	6.82
14	Q1-36	0.47	27.71	7.37	64.91	2.47	2.47	484.99	5.78
15	Q1-35	0.16	13.87	4.74	81.39	3.58	2.72	181.99	4.71
16	Q1-34	0.69	63.88	28.72	7.40	38.90	179.74	287.00	208.61
17	Q1-31	0.75	89.18	0.67	10.15	78.07	191.44	311.00	225.57
18	Q1-29	0.72	61.15	31.82	7.03	60.10	177.69	402.00	169.16
19	Q1-28	0.49	87.20	0.84	11.96	78.11	131.43	377.00	211.58
20	Q1-27	0.75	51.09	37.43	11.49	55.35	106.41	322.00	217.28
21	Q1-26	0.60	77.94	3.32	18.75	10.09	18.57	427.99	34.94
22	Q1-25	0.46	53.20	27.74	19.06	40.74	114.53	181.00	144.64
23	Q1-24	0.59	84.06	0.34	15.60	5.01	169.21	90.90	422.84
24	Q1-21	1.21	64.96	20.09	14.95	9.46	33.32	118.00	85.66
25	Q1-20	0.64	83.00	3.20	13.81	5.85	12.34	347.99	58.20
26	Q1-16	1.44	61.20	31.12	7.68	23.31	73.86	641.00	143.03
27	Q1-13	0.61	79.31	9.19	11.49	10.92	108.12	6063.99	4.94
28	Q1-12	0.58	61.45	26.91	11.64	4.46	3.79	7347.96	6.52
29	Q1-8	0.66	80.13	8.83	11.04	5.43	2.01	1979.98	15.07
30	Q2-39	0.47	44.07	39.05	16.89	12.56	13.33	3035.98	6.15
31	Q2-36	0.85	44.04	44.66	11.29	23.46	16.94	1844.95	1.76
32	Q2-35	1.66	35.26	57.10	7.65	72.75	177.23	8091.95	1.17
33	Q2-33	0.05	74.76	20.18	5.05	23.08	187.41	282.00	345.36
34	Q2-29	0.04	46.76	42.34	10.90	5.51	91.10	601.00	257.13
35	Q2-28	0.06	79.17	15.74	5.08	3.32	37.65	1912.00	102.68
36	Q2-25	0.08	48.85	42.67	8.48	10.50	47.65	1774.00	101.42
37	Q2-24	0.04	84.16	9.39	6.45	5.54	48.63	630.00	130.74
38	Q2-23	0.04	49.84	37.81	12.34	3.67	65.84	729.00	166.99
39	Q2-22	0.06	82.73	13.02	4.25	3.48	19.93	344.00	63.77

图3 页岩岩相全岩矿物组成三端元划分法(a)和塔东北地区下寒武统页岩岩相划分图(b) (a)图中:Ⅰ1.黏土质页岩;Ⅰ2.硅质黏土质页岩;Ⅰ3.钙质黏土质页岩;Ⅱ1.硅质黏土质混合页岩;Ⅱ2.黏土质钙质混合页岩;Ⅱ3.钙质硅质混合页岩;Ⅲ1.硅质页岩;Ⅲ2.黏土质硅质页岩;Ⅲ3.钙质硅质页岩;Ⅳ1.钙质页岩;Ⅳ2.黏土质钙质页岩;Ⅳ3.硅质钙质页岩

Fig.3 Ternary plots of whole-rock mineral composition of shale lithofacies (a) and discrimination diagram (b) of Lower Cambrian shale lithofacies in the northeastern Tarim basin

图4 塔东北地区下寒武统页岩地层综合柱状图(据刘旺威等[19]修编)

Fig.4 Comprehensive histogram of Lower Cambrian shale strata in the northeastern Tarim Basin (revised after Liu et al.[19])

图5 塔东北地区下寒武统半深水环境岩相特征 (a)半深水相硅质页岩,灰黑色,薄层状,单层厚度5~10 cm;(b)半深水相硅质页岩,球状放射虫化石;(c)半深水相硅质页岩,自形程度好的微晶石英呈嵌晶结构发育;(d)西山布拉克组底部半深水相中见火成岩侵入;(e)半深水相硅质页岩,受热液影响形成的圈层状生长的多晶石英;(f)西山布拉克组底部半深水相中的火成岩和其围岩中常见长石蚀变和隐晶质的胶磷矿;(g)半深水相硅质页岩中可见胶磷矿;(h)半深水相硅质黏土质混合页岩,黑色,薄层状,单层厚度3~6 cm,轻微风化;(i)半深水相硅质黏土质混合页岩,可见明显的纹层层理,单层厚1~2 mm;(j)半深水相硅质黏土质混合页岩,受热液蚀变影响的石英颗粒,微裂缝发育;(k)半深水相硅质黏土质混合页岩,显晶质的磷灰石颗粒呈悬浮状分散在基质中;(l)半深水相磷质页岩,黄黑色,页理发育,见绿泥石夹层;(m)半深水相磷质页岩,磷质结核,直径1~1.5 cm;(n)半深水相磷质页岩,可见连续或不连续的磷质纹层;(o)半深水相磷质页岩,磷质纹层和云母受挤压作用变形或错断;(p)半深水相磷质页岩,显晶质的磷灰石颗粒聚集,粒度在10~25 μm之间

Fig.5 Lithofacies characteristics of Lower Cambrian semi-deep-water environment in the northeastern Tarim Basin

图6 塔东北地区下寒武统深水环境岩相特征 (a)深水相硅质页岩,灰黑色,薄层状,单层厚度为3~5 cm,页理发育;(b)深水相硅质页岩,暗色有机质纹层发育,厚1~3 mm;(c)深水相硅质页岩,成熟度高、自形程度好的微晶石英颗粒;(d)深水相硅质页岩,海绵骨针化石被石英颗粒充填;(e)深水相硅质页岩,放射虫化石被石英颗粒充填;(f)深水相硅质页岩,孔缝被有机质和沥青充填;(g)深水相黏土质硅质页岩,黑色,薄层状,单层厚度为3~8 cm,页理发育,风化较严重;(h)深水相黏土质硅质页岩,相互叠加的韵律结构;(i)深水相黏土质硅质页岩,暗色富有机质纹层和亮色硅质纹层互层;(j)深水相黏土质硅质页岩,不连续的富有机质暗色纹层和石英脉体;(k)深水相黏土质硅质页岩,放射虫化石被石英颗粒充填;(l)深水相黏土质硅质页岩,条带状、线状和团块状的暗色有机质呈悬浮状分散在基质中

Fig.6 Lithofacies characteristics of lower Cambrian deep-water environment in the northeastern Tarim Basin

图7 塔东北地区下寒武统浅水环境岩相特征 (a)浅水相钙质页岩,灰黑色,页理发育,风化较为严重;(b)浅水相钙质页岩,连续或不连续的亮色纹层和少量暗色纹层互层;(c)浅水相钙质页岩,方解石颗粒呈正粒序分布;(d)浅水相钙质页岩,团块状和长条状的钙质碎屑呈正粒序分布;(e)浅水相钙质页岩,陆源钙质碎屑;(f)浅水相钙质页岩,嵌晶方解石颗粒和方解石脉体;(g)浅水相硅质钙质页岩,深灰色,页理较发育,风化较为严重;(h)浅水相硅质钙质页岩,正粒序结构,在粒序的细层处可见冲刷结构和钙质碎屑沉积;(i)浅水相硅质钙质页岩,陆源钙质碎屑沉积在基质中;(j)浅水相硅质钙质页岩,成熟度低的方解石颗粒;(k)浅水相硅质钙质页岩,黄铁矿纹层和黄铁矿集合体;(l)浅水相硅质钙质页岩,黄铁矿集合体呈圈层状发育,粒度在1~2 μm之间

Fig.7 Lithofaciescharacteristics of the Lower Cambrian shallow-water environment in the northeastern Tarim Basin

图8 塔东北地区下寒武统西山布拉克组半深水环境沉积模式

Fig.8 Semi-deep-water sedimentary model of the Lower Cambrian Xishanbulak Formation in the northeastern Tarim Basin

图9 塔东北地区下寒武统西山布拉克组深水环境沉积模式

Fig.9 Deep-water sedimentary model of the Lower Cambrian Xishanbulak Formation in the northeastern Tarim Basin

图10 塔东北地区下寒武统西大山组浅水环境沉积模式

Fig.10 Shallow-water sedimentary model of the Lower Cambrian Xishanbulak Formation in northeastern Tarim Basin

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塔里木盆地东北缘下寒武统页岩岩相特征与沉积模式

Lithofacies Characteristics and Sedimentary Model of the Lower Cambrian Shale in the Northeastern Margin of Tarim Basin

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