塔里木盆地阿克苏地区下寒武统玉尔吐斯组两套黑色岩系的差异及成因

玉尔吐斯组黑色页岩是塔里木盆地寒武系盐下最具有潜力的烃源岩之一,普遍认为其沉积于统一、相似的沉积环境(斜坡相),而作者的研究结果与上述结论不符。为了探讨两套在岩石矿物组合方面完全不同的黑色岩系分布规律和成因,并重建其各自的沉积模式,本文对研究区12条剖面进行了详细描述、测量,从沉积学特征、岩矿鉴定入手,结合扫描电子显微镜、X-衍射、地球化学等分析手段,着重研究了库勒剖面和于提希剖面两套黑色岩系的沉积学特征和地球化学特征差异。沉积层序、岩石矿物组合、微量元素富集系数、氧化还原敏感元素比值(V/(V+Ni)、V/Cr、U/Th)、REE+Y配分模式、有机质含量以及饱和烃色谱特征分析结果表明:两套黑色页岩均为有机质高度富集的,处于热成熟生油阶段的海相优质烃源岩(干酪根类型Ⅱ1-Ⅱ2型,第一套黑色页岩TOC均值为5.37%,第二套TOC均值为1.46%),均沉积于海水氧化-还原分层的还原环境,但各自的空间展布规律和控制因素差异较大。建立了热液喷流缺氧模式和斜坡缺氧沉积模式:第一套黑色页岩主要沉积于第一个旋回海侵高峰期水体较深、沉积速率较高的内缓坡,其发育主要受热液喷流活动、微生物活动以及氧化还原条件影响,分布范围广,台内厚,缓坡带薄,靠近台内或台地内部热液喷流中心的裂洼陷主要控制着该套黑色页岩的展布,成烃生物以底栖藻类、细菌为主,少量浮游藻类为辅;而第二套黑色页岩主要沉积于第二旋回海侵初期水体不断变深的中-外缓坡低能带,其发育主要受古生产力、氧化还原条件以及古地形(斜坡陡缓)控制,分布范围局限,外缓坡带厚度较稳定,靠近台内不发育,成烃生物以浮游藻类为主,微生物和低等水生生物为辅,其发育条件则在台缘中-外缓坡更为有利。     

塔里木盆地柯坪地区奥陶系鹰山组台内滩沉积特征

通过对柯坪地区蓬莱坝剖面奥陶系鹰山组的野外实测可以将其划分为下、中、上三段,每段都具有不同的相序结构和沉积特征,下段主要以含陆源泥质的泥晶粗砂屑灰岩为主,中段为亮晶粉-细砂屑灰岩和层纹石灰岩互层出现,上段主要为中-厚层状似球粒泥晶灰岩,台内颗粒滩主要发育在中、下两段;柯坪水泥厂剖面也可以划分为三段,但界限没有蓬莱坝剖面明显,主体表现为中层状的亮晶砂屑灰岩和泥晶砂屑灰岩交互出现。通过对蓬莱坝剖面和柯坪水泥厂剖面的岩石进行野外露头、偏光显微镜、扫描电镜等不同尺度的观测及沉积微相分析,理清了柯坪地区鹰山组的岩石类型和相序结构,建立了柯坪地区颗粒滩沉积模式:由于水体深度和能量的差异,柯坪地区发育了四种相带类型--高能颗粒滩相带、滩间洼地沉积相带、低能颗粒滩相带、开阔浅海沉积相带。中-低能颗粒滩相带主要发育泥晶中-粗砂屑颗粒滩,高能颗粒滩相带主要发育亮晶细-中砂屑颗粒滩,并且两种颗粒滩都可以划分出3种亚相--滩主体、滩翼和滩内洼地;在微生物主导的碳酸盐建造向后生动物主导的碳酸盐岩建造转换的地质背景下,柯坪地区在奥陶系鹰山组沉积时期总体处于大面积发育微生物似球粒的浅水环境,沉积物的形成与改造受微生物活动的影响,微生物作用一方面为颗粒滩的发育提供了良好的物质基础,另一方面也控制了该时期颗粒滩的沉积特征。     

早寒武世早期热液沉积特征:以塔里木盆地西北缘玉尔吐斯组底部硅质岩系为例

埃迪卡拉纪-寒武纪重要地质历史转折时期全球多陆块广泛沉积硅质岩.塔里木盆地西北缘下寒武统玉尔吐斯组底部所发育的薄层状硅质岩,以富含残余颗粒、磷质结核和重晶石结核而显得非常特殊和罕见,明显有别于国内外报道的常规硅质岩.为了揭示该套硅质岩的成因及沉积模式,通过剖面测量（库勒剖面）、薄片鉴定、SEM观察、能谱探针、主微量元素特征、氧硅同位素分布等岩石学-地球化学分析方法,认为玉尔吐斯组硅质岩垂向上共分5小段,其主要矿物是石英、白云石,自生矿物主要有重晶石、方沸石、黄铁矿等,不同硅质岩段微观结构显示出十分明显的组构变化,包含残余颗粒结构、残余晶粒结构、隐晶质结构和微晶结构.所测剖面硅质岩沉积于靠近大陆/古隆起的高盐度浅海陆架（高Al₂O₃/（Al₂O₃+Fe₂O₃）比值,高MgO/Al₂O₃比值）,其陆源碎屑主要来自大陆地壳或基底花岗岩的风化产物,并且受到SiO₂的稀释作用影响（Th/Ti与Al/Ti关系）.氧化还原敏感元素（如Ba、V、Ni、Cu、Zn、U等）不同程度的富集及氧化还原指标（V/Cr介于0.81~8.34）特征表明硅质岩段沉积早期处于氧化环境,水体能量较强,显微镜下见圆度较好的内碎屑颗粒、微生物席碎片;中晚期经历了水体循环不畅的有氧/缺氧分层环境（Ce/Ce*负异常）,显微镜下微生物球粒、粪球粒、浮游藻（粘结）团块发育,有机质含量较高（TOC可达2%以上）.稀土元素特征（低∑REE、中等Ce负异常、显著的Y正异常和Eu正异常）以及δ30Si和δ18O值分布范围暗示硅质岩地球化学特征主要继承自热液流体和海水,受陆源碎屑影响较弱.自近台内裂陷中心上升的富含多金属的富硅热液以及陆源碎屑提供大量营养,为微生物大繁盛和硅质的富集成矿奠定物质基础.水体中硅的溶解度降低（温度降低、pH降低和水体盐度升高）促使硅质胶体颗粒化学沉淀,而微生物（特别是嗜热微生物）的新陈代谢活动往往加速了这一过程.