寬淺型湖盆層序地層學(xué)研究：以塔里木盆地古近系為例

劉辰生，郭建華

（中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙，410083）

寬淺型湖泊是坳陷型盆地演化末期形成的一種湖盆。寬淺型湖泊地形平坦，與物源區(qū)高差較小，物源供應(yīng)不充分。寬淺型湖泊水體淺，受氣候影響較大，洪水期湖平面上升，波浪對(duì)陸源沉積物的作用減小，以泥巖沉積為主。枯水期湖泊范圍急劇減小。現(xiàn)代湖泊中鄱陽(yáng)湖是典型的寬淺型湖泊，枯水期湖平面范圍縮小，河流延伸遠(yuǎn)，甚至貫穿整個(gè)湖區(qū)；洪水期湖平面范圍迅速擴(kuò)大，河流作用減小，以濱淺湖沉積為主，河流沉積和湖泊沉積相互交替，形成“洪水一片，枯水一線”的自然景觀[1]。王生朗等[2?4]對(duì)寬淺型湖泊的沉積特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為：（1）把寬淺型湖泊劃分為水道砂壩（河流充填沉積）、砂坪、混合坪以及泥坪，其中水道砂壩和砂坪是最主要的砂體；（2）寬淺湖發(fā)育三角洲，但該類(lèi)三角洲為河控三角洲，且僅發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣。分歧體現(xiàn)在砂坪沉積環(huán)境方面：一種觀點(diǎn)認(rèn)為砂坪是洪水期水道砂壩受波浪改造作用形成的，一般分布在的水道砂壩的外側(cè)；另外一種觀點(diǎn)認(rèn)為砂坪是枯水期在濱淺湖位置形成的環(huán)帶狀砂體。雖然寬淺型湖盆的沉積特征研究較多，但少有該類(lèi)型湖盆的層序地層學(xué)研究。寬淺型湖盆層序地層學(xué)研究有利于預(yù)測(cè)該類(lèi)盆地砂體分布范圍和規(guī)律。塔里木盆地古近系分布范圍廣，幾乎遍布整個(gè)塔里木盆地（圖1）。古近系劃分為庫(kù)姆格列木群和蘇維依組，為典型的寬淺型湖泊沉積[5]。古近系沉積厚度較小，但巖性復(fù)雜，既有碎屑巖、蒸發(fā)巖又有碳酸鹽巖，所以，對(duì)古近系進(jìn)行層序地層學(xué)和沉積體系分析較復(fù)雜。我國(guó)研究者對(duì)塔里木盆地古近系的研究較多，如朱如凱等[6]對(duì)塔里木北部古近系的沉積相類(lèi)型和儲(chǔ)層進(jìn)行了研究，認(rèn)為主要沉積相類(lèi)型為河流相和三角洲相；邵龍義等[7?8]通過(guò)研究認(rèn)為塔里木盆地古近系可識(shí)別出6個(gè)層序邊界，劃分出5個(gè)三級(jí)層序；王琪等[8]認(rèn)為塔里木盆地西部古近系可以劃分為1個(gè)三級(jí)層序；劉景彥等[9?11]將庫(kù)車(chē)坳陷古近系蘇維依組劃分為 2個(gè)三級(jí)層序，并討論了層序的控制因素。前人的研究多集中在盆地的局部地區(qū)，有必要從整體上研究古近系層序地層特征。

1 沉積特征

1.1 巖石學(xué)特征

塔里木盆地古近系巖石類(lèi)型以長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，并含有少量的長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑石英砂巖和石英砂巖；砂巖中石英平均含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為 71.05%，長(zhǎng)石平均含量為21.65%，巖屑平均含量為7.30%。庫(kù)車(chē)坳陷東部以巖屑砂巖為主[8]，表明東部是庫(kù)車(chē)坳陷的一個(gè)物源區(qū)。砂巖膠結(jié)物以灰質(zhì)為主，平均含量為9.5%，泥質(zhì)雜基平均含量為7%。砂巖分選性中等?好，磨圓度為次圓?次棱角狀，孔隙式膠結(jié)，顆粒支撐。古近系砂巖成熟度中等，沉積相類(lèi)型以河流相?三角洲相為主。

圖1 里木盆地古近系沉積相平面圖Fig.1 Facies distribution of Paleogene in Tarim basin

1.2 沉積相特征

古近系沉積巖石類(lèi)型多樣，表明其沉積相類(lèi)型也多樣，歸納起來(lái)包括河流相、三角洲相、湖泊相、沖積扇相、扇三角洲相以及碳酸鹽巖臺(tái)地相（圖2）。古近系早期塔里木盆地發(fā)生過(guò)1次海侵事件，其影響范圍為庫(kù)車(chē)坳陷，為一套碳酸鹽巖沉積。由于南天山洋的關(guān)閉及構(gòu)造擠壓作用，使海侵事件結(jié)束，并開(kāi)始全盆地的陸相沉積。

1.2.1 河流相

河流相以中砂巖和細(xì)砂巖沉積為主，主要分布在庫(kù)姆格列木群的下部和蘇維依組的下部和中部，其性質(zhì)為侵蝕溝谷在低位晚期隨著基準(zhǔn)面的上升而發(fā)生的充填沉積作用，沉積厚度較大，平均厚度為30 m。野外露頭中河流相沉積特征明顯，其砂巖中發(fā)育大型平行和槽狀交錯(cuò)層序，邊灘上部砂體發(fā)育典型的上攀交錯(cuò)層理。邊灘上部發(fā)育砂泥互層的天然堤沉積。在測(cè)井曲線中，河流相呈鐘形或箱型，表明沉積物供應(yīng)充分，沉積速率較大。

1.2.2 三角洲相

以細(xì)砂巖和粉砂巖沉積為主，無(wú)論是在野外露頭剖面還是在測(cè)井曲線中準(zhǔn)層序組都表現(xiàn)為進(jìn)積型。三角洲沉積的下部以泥巖夾薄層砂巖為主，向上砂泥比逐漸增大，砂巖厚度和粒度也增大（見(jiàn)圖2），表明沉積物不斷向盆地進(jìn)積。三角洲主要分布在庫(kù)姆格列木群和蘇維依組的中、上部，局部地區(qū)的三角洲由于剝蝕作用而缺失。

1.2.3 湖泊相

湖泊相主要為濱淺湖泥巖沉積，夾薄層砂巖。由于沉積期氣候干旱，湖泊水體較淺，所以，盆地內(nèi)部基本不存在半深湖和深湖相沉積。在氣候干燥條件下，湖盆還發(fā)育大量的膏質(zhì)泥巖和泥質(zhì)膏巖沉積。測(cè)井曲線上湖泊相沉積呈高伽瑪、高電阻、齒化曲線。

圖2 塔里木盆地W1井古近系層序邊界及層序劃分方案Fig.2 Sequence boundaries and sequence division of Paleogene in well W1 in Tarim basin

1.2.4 沖積扇相

沖積扇相以礫巖沉積為主，分布在庫(kù)姆格列木群底部，大致可分為2層：底層礫巖以碳酸鹽巖礫石為主，并含有少量火山巖礫石，這種礫巖的基質(zhì)為灰白色的鋁土礦，是地層沉積后地殼抬升，暴露地表后發(fā)生侵蝕作用形成；第2層礫石分布在庫(kù)姆格列木群下部，為沖積扇沉積。礫石成分復(fù)雜，以火山巖礫石為主[9]，磨圓度高，分選性較差，基質(zhì)支撐。沖積扇沉積僅在庫(kù)車(chē)坳陷發(fā)育，其他地區(qū)少見(jiàn)。

1.2.5 碳酸鹽巖臺(tái)地相

碳酸鹽巖臺(tái)地相主要分布在庫(kù)車(chē)坳陷、塔西南和塔西等地區(qū)。碳酸鹽巖有2種成因：一是海侵期形成的碳酸鹽巖，主要分布在庫(kù)車(chē)坳陷庫(kù)姆格列木群的底部以及塔西南古近系底部吐依洛克組，劉景彥等[10?11]在塔西南吐依洛克組中部發(fā)現(xiàn)了溝鞭藻化石，進(jìn)一步證實(shí)了該組為海相沉積，且該碳酸鹽巖為最大海泛期形成；另一種是在濱淺湖中形成的碳酸鹽巖，主要分布在塔西南和塔西等地區(qū)的卡拉塔什組，其沉積厚度較大，為80～150 m。

2 層序地層學(xué)分析

2.1 層序邊界特征

古近系可識(shí)別出5個(gè)層序界面：EB1，EB2，EB3，EB4 和 EB5（圖 2）。

（1）EB1界面位于庫(kù)姆格列木群的底部，白堊系（局部地區(qū)為侏羅系）頂部。該界面在庫(kù)車(chē)坳陷發(fā)育，其他地區(qū)少見(jiàn)。該界面之上為中砂巖、含礫砂巖，向上為古近系海侵泥灰?guī)r沉積，界面之下為泥質(zhì)砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，界面侵蝕作用明顯，所以，該界面為Ⅰ型層序界面[6?7]。

（2）EB2界面之下為白堊系或侏羅系，界面之上為庫(kù)姆格列木群礫巖。該界面實(shí)際上是1條風(fēng)化帶，該風(fēng)化帶由泥質(zhì)礫巖組成，礫巖的成分為白云巖。風(fēng)化帶之上為細(xì)礫巖和砂質(zhì)礫巖沉積，侵蝕作用明顯，所以，該界面應(yīng)為Ⅰ型層序邊界。該界面多出現(xiàn)在庫(kù)車(chē)河剖面及其以西的地區(qū)。

（3）EB3界面位于庫(kù)姆格列木群頂部，蘇維依組底部。庫(kù)車(chē)河地區(qū)該界面之下為三角洲砂泥巖，之上為蘇維依組河流相砂巖。在英買(mǎi)力地區(qū)、克孜勒努爾溝剖面和塔西南地區(qū)該界面之下為石膏層和含膏泥巖層，界面之上為棕紅色含礫砂巖沉積。界面上部地層對(duì)下部地層產(chǎn)生強(qiáng)烈的侵蝕作用，所以，為Ⅰ型層序邊界。

（4）EB4界面位于蘇維依組內(nèi)部。該界面在塔北地區(qū)表現(xiàn)不明顯，但在塔西南和塔西地區(qū)該界面較清晰，易于識(shí)別。該界面之下為泥灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖，之上為膏巖和含膏泥巖，界面上下沉積相發(fā)生明顯的突變，所以為層序邊界。

（5）EB5界面位于蘇維依組頂面，界面之下為三角洲砂泥巖沉積，在庫(kù)車(chē)坳陷界面之上為新近系礫巖及含礫粗砂巖，為沖積扇沉積，至滿加爾坳陷區(qū)為河流相淺灰色含礫不等粒砂巖和細(xì)砂巖，界面之下為濱淺湖泥巖沉積，界面上下侵蝕現(xiàn)象明顯，因此，該界面為Ⅰ型層序界面。

2.2 單井和剖面層序劃分

根據(jù)5個(gè)三級(jí)層序界面，古近系劃分出4個(gè)三級(jí)層序：ESQ1，ESQ2，ESQ3和ESQ4層序。

（1）ESQ1層序主要分布在塔北庫(kù)車(chē)坳陷和塔西南烏恰—英吉沙—和田地區(qū)。層序下部為砂礫巖沉積，向上變?yōu)槟嗷規(guī)r和鈣質(zhì)泥巖，層序上部為石膏和膏質(zhì)泥巖。在塔西南烏恰小區(qū)該層序包括吐依洛克組，在層序的下部為膏巖、泥巖和泥灰?guī)r沉積，上部為泥巖和膏巖沉積。ESQ1層序可識(shí)別出低位體系域（LST）、海侵體系域（TST）和高位體系域（HST）。低位體系域僅發(fā)育在庫(kù)車(chē)坳陷區(qū)西北部，為砂礫巖和膏巖、泥巖沉積。海侵體系域在庫(kù)車(chē)坳陷和塔西南均有發(fā)育，主要為膏巖、泥巖和泥灰?guī)r沉積；高位體系域?yàn)楦鄮r和泥巖沉積，雖然該層序在塔里木盆地塔克拉瑪干小區(qū)、塔北小區(qū)、塔東等地區(qū)缺失，但該層序表明庫(kù)姆格列木群沉積初期發(fā)生過(guò)1次海侵事件，代表著喜山運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始。

（2）ESQ2層序分布在庫(kù)姆格列木群，是庫(kù)姆格列木群的主體，在整個(gè)塔里木盆地均有發(fā)育。該層序可識(shí)別出低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。低位體系域主要為細(xì)礫巖和含礫砂巖沉積，反映了侵蝕溝谷充填沉積作用。該體系域在庫(kù)車(chē)河剖面和克孜勒努爾溝剖面均有發(fā)育。湖侵體系域?yàn)闉I淺湖砂泥巖和含膏泥巖沉積，高位體系域?yàn)槿侵尴嗌皫r夾泥巖沉積。

在鉆井資料中，也可以清晰的劃分出3個(gè)體系域：低位體系域?yàn)樯皫r或含礫粗砂巖沉積；湖侵體系域?yàn)闇\棕色膏質(zhì)細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖、細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖與棕色泥巖呈等厚互層沉積，由2個(gè)向上變淺的準(zhǔn)層序組成，形成退積準(zhǔn)層序組；高位體系域?yàn)闇\棕色細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖夾棕色泥巖，由2個(gè)準(zhǔn)層序形成1個(gè)進(jìn)積準(zhǔn)層序組。

（3）ESQ3層序包括蘇維依組下部地層，該層序可識(shí)別出低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。低位體系域?yàn)楹恿飨嗉?xì)砂巖沉積，湖侵體系域?yàn)闉I淺湖砂泥巖沉積，庫(kù)車(chē)坳陷還發(fā)育有膏質(zhì)泥巖沉積。高位體系域?yàn)槿侵尴喑练e，這種層序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在克孜勒努爾溝剖面可以清晰反映出來(lái)。

在測(cè)井曲線上，低位體系域河流相沉積呈箱型或鐘形，濱淺湖測(cè)井曲線呈齒化，局部為指狀，反映濱淺湖砂壩或砂嘴沉積。高位體系域包絡(luò)線整體呈漏斗狀，反映沉積物的進(jìn)積作用（圖2）。

ESQ4層序包括蘇維依組上部地層。與 ESQ3相同，該層序也可識(shí)別出低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。低位體系域?yàn)楹恿飨喑练e，湖侵體系域?yàn)闉I淺湖砂泥巖或含膏泥巖沉積，高位體系域?yàn)槿侵奚澳鄮r沉積（圖2）。

2.3 古近系層序地層學(xué)橫向?qū)Ρ?/h3>

ESQ2，ESQ3和ESQ4層序低位體系域包括河流相砂礫巖沉積和膏巖、泥質(zhì)膏巖和膏質(zhì)泥巖沉積。河流相沉積主要分布在塔東、庫(kù)車(chē)、塔北和塔中等地區(qū)。地震剖面資料和重礦物資料反映出這種廣泛分布在塔克拉瑪干地區(qū)的河流相沉積物物源為塔東隆起和庫(kù)車(chē)凹陷北部的南天山隆起；低位體系域膏巖和膏質(zhì)泥巖沉積反映了沉積期湖平面低且干旱的環(huán)境。低位期膏巖沉積一般分布在湖盆地勢(shì)低洼地區(qū)，如南喀?英買(mǎi)力、羊塔克、庫(kù)車(chē)地區(qū)以及塔西南和塔西等地區(qū)，即這些膏巖一般分布在盆地邊緣緊靠隆起的部位，與前陸盆地系統(tǒng)中的前淵位置非常相似，如庫(kù)車(chē)地區(qū)的庫(kù)車(chē)前陸系統(tǒng)、巴楚隆起東部的前陸系統(tǒng)以及塔西南地區(qū)的前陸系統(tǒng)。前人研究表明，古近系沉積期，庫(kù)車(chē)坳陷和塔西南凹陷確實(shí)屬于前陸盆地系統(tǒng)[12?14]。低位期膏巖厚度一般大于低位期侵蝕溝谷充填沉積厚度。

ESQ2，ESQ3和ESQ4層序湖侵體系域除在巴楚地區(qū)、塔北地區(qū)和塔東地區(qū)不發(fā)育外，其他地區(qū)均較發(fā)育，但厚度較小，平均厚度為20 m左右。該湖侵體系域主要以湖泊相濱淺湖泥巖和粉砂質(zhì)泥巖沉積，在塔西南地區(qū)湖侵體系域以泥灰?guī)r、泥巖和棕紅色含膏泥巖沉積為主，在塔西地區(qū)湖侵體系域以湖泊相泥晶灰?guī)r沉積為主（圖3）。

ESQ2，ESQ3和ESQ4層序高位體系域全區(qū)分布不均，在盆地邊緣地勢(shì)低洼地區(qū)沉積厚度較大，但在塔東地區(qū)、塔克拉瑪干地區(qū)以及巴楚地區(qū)厚度較小。這主要是由于上部層序低位體系域?qū)υ搶有蚋呶惑w系域產(chǎn)生剝蝕作用，使得高位體系域不發(fā)育。高位體系域沉積相類(lèi)型包括湖泊相和三角洲相。湖泊相一般分布在高位體系域的中、下部，為泥巖和膏質(zhì)泥巖沉積，平面上分布在盆地邊緣湖盆的沉積中心。三角洲相分布在高位體系域的中、上部，平面上主要分布在塔東和塔中等地區(qū)。

總體來(lái)看，塔里木盆地古近系各層序分布明顯受到地勢(shì)和古地貌的控制作用，在盆地邊緣地勢(shì)較低的地區(qū)為湖盆沉積中心，沉積厚度較大，沉積物類(lèi)型包括低位期沉積的鹽巖、湖侵期和高位期膏巖和砂泥巖。在塔里木盆地內(nèi)部，各層序沉積厚度較薄，沉積物以低位河流相砂巖和湖侵期濱淺湖砂泥巖為主，在干旱寬淺湖背景下沉積物自物源區(qū)橫亙于整個(gè)塔里木盆地。巴楚古隆起在古近系沉積期仍然存在[15?17]，巴楚古隆起對(duì)古近系沉積起著重要影響，古隆起的上部?jī)H發(fā)育ESQ2層序低位體系域，兩側(cè)地層及層序向巴楚古隆起尖滅。

圖3 塔里木盆地古近系層序地層學(xué)連井剖面（剖面線見(jiàn)圖1）Fig.3 Wells correlation of sequence stratigraphy of Paleogene in Tarim basin

3 寬淺湖盆地層序地層學(xué)特征

在塔里木盆地中、新生界廣泛發(fā)育寬淺型湖泊，這種湖泊常表現(xiàn)為水體清淺，以濱淺湖沉積為主[18?19]，僅在盆地邊緣如庫(kù)車(chē)坳陷、溫宿、塔西南以及塔西等地區(qū)發(fā)育濱淺湖?半深湖沉積[20?21]。由于寬淺型湖泊水體較淺，其基準(zhǔn)面受氣候、植被、物源、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等多因素的影響。由于寬淺型湖泊的基準(zhǔn)面變化快，所以，各層序體系域的厚度小，且地層經(jīng)常發(fā)生暴露和侵蝕作用，寬淺型湖盆層序常發(fā)育不全，常缺失部分體系域。

由于寬淺型湖盆水體淺，湖盆在低位期大面積暴露在地表，河流的侵蝕作用在湖底形成橫貫全區(qū)的侵蝕溝谷，低位晚期侵蝕溝谷發(fā)生充填作用。湖侵體系域主要為濱淺湖沉積，厚度較小，且沉積物類(lèi)型單一，為細(xì)粒的砂泥巖互層沉積。高位體系域沉積期沉積物在洪水水流的作用下，可遍布研究區(qū)，但由于基準(zhǔn)面頻繁的升降作用，使高位體系域難以保存，僅在地勢(shì)低洼的地區(qū)殘留部分三角洲。

在湖盆凹陷區(qū)，干旱環(huán)境下低位體系域常為膏巖和膏質(zhì)泥巖沉積。湖侵期沉積物發(fā)生退積作用，物源供應(yīng)不充分，這時(shí)在濱淺湖?半深湖常沉積湖泊相碳酸鹽巖，如在塔西和塔西南等地區(qū)。高位體系域常為鹽巖或含泥鹽巖沉積，卻少見(jiàn)高位三角洲。

4 結(jié)論

（1）塔里木盆地古近系沉積期為寬淺湖，整體地貌呈內(nèi)部平坦，周緣深坳。古近系主要的沉積相類(lèi)型為河流相、湖泊相、三角洲相和沖積扇相，其中沖積扇相僅分布在庫(kù)車(chē)坳陷中。

（2）研究區(qū)古近系可識(shí)別出 5個(gè)層序界面，劃分出4個(gè)Ⅰ型三級(jí)層序：ESQ1，ESQ2，ESQ3和ESQ4層序。ESQ1和ESQ2層序分布在庫(kù)姆格列木群，ESQ3和ESQ4層序分布在蘇維依組。

（3）平面上，ESQ1主要分布在塔北庫(kù)車(chē)坳陷和塔西南烏恰?英吉沙?和田地區(qū)，ESQ1在4個(gè)層序中分布最局限。除巴楚隆起外，ESQ2，ESQ3和ESQ4層序在整個(gè)塔里木盆地均有分布，但各層序體系域發(fā)育情況卻各不相同。

（4）從古近系層序特征來(lái)看，寬淺型湖泊層序受基準(zhǔn)面受氣候、植被、物源、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等影響更加顯著。由于寬淺型湖泊的基準(zhǔn)面變化快，所以，各層序體系域的厚度小，且地層經(jīng)常發(fā)生暴露和侵蝕作用，造成層序常發(fā)育不全。

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