塔里木盆地北缘阿克苏地区震旦系露头层序地层研究

康建威，牟传龙，周恳恳，王启宇，陈小炜梁　薇，葛祥英

(1.国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室，四川　成都　610081;2.中国地质调查局成都地质调查中心，四川　成都　610081;3.成都理工大学，四川　成都　610059)



塔里木盆地北缘阿克苏地区震旦系露头层序地层研究

康建威1,2,3，牟传龙1,2，周恳恳1,2，王启宇1,2，陈小炜1,2梁薇1,2，葛祥英1,2

(1.国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室，四川成都610081;2.中国地质调查局成都地质调查中心，四川成都610081;3.成都理工大学，四川成都610059)

本文对塔里木盆地北缘阿克苏地区磷矿沟震旦系剖面进行了详细的沉积体系研究。结果表明，该剖面主要发育滨岸沉积体系、碎屑岩潮坪沉积体系和碳酸盐潮坪沉积体系，这几种沉积体系的组合反映了震旦纪阿克苏地区由碎屑岩体系向碳酸盐岩体系的演化过程。在野外露头中共识别出4种不同类型的层序界面：(1)海侵上超层序不整合界面；(2)水进侵蚀冲刷面；(3)岩性、岩相转换面；(4)暴露溶蚀面。在识别出层序界面的基础上对震旦系划分出2个二级层序和5个三级层序。第一超层序SS1包含3个三级层序：SQ1、SQ2和SQ3。第二超层序SS2包含2个三级层序组：SQ4和SQ5。

阿克苏地区；震旦系；沉积体系；露头层序地层

露头层序地层学的最大优点在于其客观性和真实性,具有钻井和地震资料所不具备的高分辨率的特点。同时，易于排除大地构造干扰，获得与全球海平面变化幕次同步性对比，以建立层序地层标准[1-8]。

在塔里木盆地北部，震旦系剖面主要出露的剖面较为有限，同时由于盆地内部多为沙漠覆盖区，因此选择露头连续出露良好的剖面对于详实研究该地区震旦系有着重要意义。阿克苏磷矿沟震旦系剖面位于新疆阿克苏市西南45km处，由阿克苏市沿乌喀公里向西南方向行至1045～1046km的里程碑转向西北方向，沿简易公路行至20km到达肖尔布拉克。然后步行2km至剖面起点，剖面由西北向东南延伸至肖尔布拉克附近，岩层倾向南东。该剖面与尤尔美那克南震旦系剖面最大的不同在于震旦系直接覆盖于阿克苏群蓝闪片岩之上[9-12]，是震旦纪海侵过程最直接的沉积响应。同时，震旦系与阿克苏群一级层序界面的发现对揭示塔北隆起有着重要的意义,说明塔北隆起在前震旦纪经历过一次隆升作用,而不是奥陶系以后才开始的隆起。

前人对塔里木盆地层序地层学做过深入研究，但是并未对该露头剖面的露头层序地层学进行详细研究。本文首次通过对该剖面露头层序地层学分析，能更好地解析出该地区海平面变化与沉积响应。

1　沉积体系特征

塔里木盆地从震旦纪开始进入海侵阶段[13-17]，由于物源供给和海平面变化的作用，塔里木盆地开始从陆表海碎屑岩沉积到碳酸盐台地沉积的演化。同时作为塔里木北缘的阿克苏地区[18-20]，其沉积体系较好地反映了此背景下的海平面变化。研究区主要由3种沉积体系组成：

1.1滨岸沉积体系

无障壁海岸位于与大海连通性很好的海岸地带,其与广阔陆棚之间没有被障壁岛、滩或生物礁所隔开。

1.1.1后滨沉积

后滨沉积位于最大高潮线与平均低潮线之间的地带，地形平坦，起伏较小，并逐渐向海底倾斜。在后滨与前滨过渡带首先发育的是海滩沉积，岩性主要为浅灰色细砾岩、含砾粗砂岩(图1)、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩。沉积构造丰富多样,可见平行层理、正粒序层理和冲刷面构造。

图1苏盖特布拉克组底部后滨沉积中的砾岩

Fig.1The occurrence of the conglomerates from the backshore deposits at the base of the Sugaitebulake Formation

1.1.2前滨沉积

前滨沉积位于平均高潮线与平均低潮线之间,主要由灰紫色、灰绿色细砂岩和砾状中细砂岩构成。发育低角度交错层理、楔状层理、平行层理、波痕等。

1.1.3临(近)滨沉积

临(近)滨沉积位于海水平均低潮面以下到正常浪基面与海底相交的地区。岩性由灰色、灰绿色细砂岩、中粗砂岩和砾质中粗砂岩、泥岩、泥质粉砂岩和灰绿色粉细砂岩组成。发育块状层理、平行层理、大型板状和楔状交错层理、中小型楔状交错层理。

1.2碎屑岩潮坪沉积体系

潮坪发育在具有明显的周期性潮汐作用的缓倾斜的海岸区，该处没有强烈的海岸作用,主要由一套紫红色砂砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩组成。发育人字形交错层理、脉状潮汐层理、沙纹层理等沉积构造。根据沉积特征又可进一步划分为砂坪、砂泥混合坪和泥坪等微相(图2)。

1. 2. 1泥坪沉积

泥坪沉积位于平均高潮线上,其岩性为紫红色、灰绿色泥岩和泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。泥岩中具有水平纹层，粉砂岩中具生物扰动构造、生物潜穴以及变形层理，在局部地区尚可见到泥裂。

1. 2. 2砂泥混合坪沉积

砂泥混合坪沉积位于平均高潮线与平均低潮线之间，其岩性为不等厚互层的棕褐色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩和浅灰色粉细砂岩。砂岩颗粒呈次棱角状至次圆状，分选中等至好。发育泥裂、生物扰动以及波纹层构造、波状层理、透镜状层理、板状交错层理等沉积构造(图3)。

1. 2. 3砂坪沉积

砂坪沉积位于平均低潮线以下，长期受海洋潮汐等水动力作用。岩性为棕褐色或浅灰色细砂岩、沥青质细砂岩、棕褐色粉砂岩及浅灰绿色泥岩。泥岩厚度较薄，一般小于1m。砂岩颗粒为次棱-次圆状，分选中等至好。发育板状层理、冲洗交错层理、层面的浪成波痕沉积构造以及生物扰动和潜穴(图3)。在砂坪沉积环境中常发育潮汐水道沉积，由灰色细砂岩、含砾不等粒砂岩和粉砂质泥岩、泥岩组成。常见数个向上变细的潮道沉积旋回叠置，单个潮道序列由潮道床底、活动潮汐水道、废弃潮道组成。

1.3碳酸盐岩潮坪沉积体系

1.3.1潮间沉积

潮间沉积一般位于平均低潮面与平均海平面之间，此带潮汐往返作用明显，水动力能量由弱到中等，变动频繁。常见有不规则的毫米级至厘米级的纹层，以及透镜状、波状和脉状组成的潮汐层理。由于潮间带上部经常暴露于地表，其沉积物也出现一些暴露成因的构造，如干裂、浅水波痕和扁平状砾屑等。潮间沉积主要以灰质白云岩、灰岩、藻纹层白云岩为主，叠层石构造比较常见(图4)。在潮间带也发育由潮汐作用带来的少量砾屑灰岩等粗粒沉积。

1.3.2潮下沉积

潮下沉积一般位于平均低潮面之下，此带水动力能量较弱，沉积物粒度较细，多以泥岩、泥灰岩、泥云岩为主。由于潮下带常常与开阔台地相连，在剖面上也常发育一些滩相沉积物，如砂屑白云岩等，通常以薄层状夹于泥岩之间。

2　层序界面特征

2.1海侵上超层序不整合界面

是以海侵面构筑的层序不整合界面，形成海侵上超不整合界面的时期是盆地演化处于海平面的主体上升时期，其形成代表盆地的构造沉降与海平面上升同步。构造旋回性往往对盆地的形成和演化阶段产生一定的影响，对海平面变化、层序的形成可以产生叠加效应。所以海侵上超层序不整合界面的发育通常出现于隆升侵蚀不整合界面形成之后的盆地演化阶段。

图2磷矿沟剖面综合柱状图

Fig.2Generalized column through the Linkuanggou section

图3砂坪沉积中的生物扰动遗迹

Fig.3Bioturbated traces in the sand-flat deposits

图4潮间亚相中的叠层石

Fig.4Stromatolites in the intertidal zone

震旦系直接超覆于阿克苏群蓝闪片岩之上，见震旦低位体系域的海侵砂、砾岩(图5)，呈低角度不整合接触，界面均凹凸不平,底界面上普遍发育下伏沉积物的砾石,如泥砾等。震旦系与阿克苏群一级层序界面的发现对揭示塔北隆起有着重要的意义,说明塔北隆起在前震旦纪经历过一次隆升作用,而不是奥陶纪以后才开始的隆起。

2.2水进侵蚀冲刷面

分布于滨岸-浅海陆棚和潮坪沉积环境中,是由于海平面快速上升,滨岸带后退,海水对先沉积地层的削切侵蚀。通常表现为滨岸带砂体内部发育的侵蚀冲刷、前滨砂体对近滨沉积物的冲刷、砂坪对泥坪或混合坪沉积物的冲刷、砂坪砂体内部发育的侵蚀冲刷以及潮道砂砾岩对潮坪沉积物的冲刷。界面均凹凸不平,底界面上普遍发育下伏沉积物的砾石,如泥砾等。其次，潮道滞留沉积的砾岩也很发育,砾石成分以石英质为主,分选性、磨圆度均很好，横向上多呈透镜体分布。研究区SQ1层序与下覆阿克苏群地层的界面为此类型层序界面。

2.3岩性、岩相转换面

岩性、岩相转换面是研究区最主要的一种层序界面，是在海平面下降速率小于盆地沉降速率条件下形成的。在陆上表现为暴露但无河流回春现象发生,前滨和海滩地带可能会经历短暂的暴露,近滨和浅水陆棚地带侵蚀作用不明显。研究区SQ4-SQ5界面表现为平直界面或略具起伏的微弱侵蚀冲刷面。界面之下灰岩/云岩向上减小，界面之上灰岩/云岩向上增多；或者界面之下厚度变小，透镜状、脉状层理现象增多，界面之上厚度变厚，透镜状、脉状层理现象减少。

2.4暴露溶蚀面

暴露层序不整合界面是盆地构造活动处于稳定时期、海平面的升降发生转折而形成的暴露层序界面。克拉通盆地内这种类型的成因界面特征是发生暴露溶蚀和弱冲刷充填。研究区SQ2-SQ3界面表现为溶蚀垮塌界面,可见方格式膏溶现象(图6)。

3　层序特征

震旦系磷矿沟剖面露头出露良好，可连续观测，是研究区地层发育最完整的部位。震旦系划分出2个二级层序和5个三级层序 (图2)：第一超层序为苏盖特布拉克组，第二超层序为奇格布拉克组。苏盖特布拉克组由3个二级层序组成，分别为SQ1、SQ2、SQ3。其中SQ1由低位体系域(LST)、海侵体系域(TST)、高位体系域(HST)组成；SQ2和SQ3由海侵体系域、高位体系域组成。奇格布拉克组由2个三级层序组成，分别为SQ4和SQ5。

3.1SQ1层序地层特征

该层序由苏盖特布拉克组下部沉积组成，沉积的体系域为低位体系域、海侵体系域和高位体系域。

3.1.1低位体系域

底部沉积为滨岸相褐红、紫红色砂砾岩(图1)，厚2m。砾石主要成分为泥岩和石英。磨圆较好，分选一般，砾石成分多来自于下伏地层的岩脉和片岩。与下伏地层呈角度不整合接触，为二级I型层序界面；向上见厚3m的紫红、褐红色中-厚层状中-粗粒砂岩，呈明显的向上变深序列。

图5苏盖特布拉克组海侵底砾岩上超模式图

Fig.5Model showing the onlap of the basal conglomerates from the Sugaitebulake Formation

图6SQ2-SQ3界面的膏岩层

Fig.6The occurrence of the gypsum rocks at the boundary of the sequences SQ2 and SQ3

3.1.2海侵体系域

该期代表震旦纪第一次海侵开始沉积的体系域。主要由紫红色薄层细砂岩夹泥岩组成，风化成灰绿色叶片状，厚20m；向上渐变为紫红色泥岩与粉砂岩的韵律互层、泥岩夹粉砂岩透镜体组成。显示伴随着海侵作用的加强，沉积物粒度逐渐变细。该体系域末期的泥岩沉积应该为SQ1的最大海侵面。

3.1.3高位体系域

该期下部沉积主要为厚23m的紫红色中-厚层状中-细粒岩屑长石砂岩夹泥岩，可见波痕、交错层理发育；上部为褐灰、褐黄色中-厚层状细粒岩屑长石石英砂岩沉积，顶部以震旦系第一层辉绿岩为结束界面。

该层序沉积期显示海平面快速上升后伴随着缓慢的下降，使得沉积物在物源的控制下呈现有规律的沉降。

3.2SQ2层序地层特征

该层序相当于苏盖特布拉克组中部沉积，主要由海侵体系域和高位体系域组成。

3.2.1海侵体系域

下部为紫红色中-薄层状中粒岩屑长石砂岩,底部为50cm细粒粗砂岩；向上主要为紫红、褐红色中-厚层状泥质细砂岩、紫红色泥岩夹薄层状中粒石英砂岩沉积(图7)。

图7层序SQ2-SQ3宏观特征

Fig.7Macroscopic features of the sequences SQ2 and SQ3

3.2.2高位体系域

紫红色中-薄层状中粒石英砂岩与泥岩韵律互层。受潮坪作用的影响，见大量鱼骨状交错层理、斜层理发育。

该层序底界面为岩相转换界面。

3.3SQ3层序地层特征

该层序相当于苏盖特布拉克组上部沉积，主要由海侵体系域和高位体系域组成。

图8SQ3底部风暴角砾岩

Fig.8Storm breccias at the base of the sequence SQ3

3.3.1海侵体系域

底部见厚约50cm的风暴砂砾岩(图8)，砾石呈菊花状、倒小状，向上为约3m的膏盐层(图6)。下部多为紫红色中-薄层状中粒石英砂岩，中部为黄绿色泥页岩夹砂岩，上部为黄灰色中-薄层状中粒长石英砂岩夹泥页岩。

3.3.2高位体系域

由褐红、褐黄色中-厚层状中粒长石英砂岩组成，向上为褐红色中-厚层状粗粒石英砂岩与砂质细粒岩互层。随着海平面的下降，沉积物粒度逐渐变粗，局部可见风暴砾屑滩沉积。

该层序顶部界面为暴露不整合面，为一级层序界面。

3.4SQ4层序地层特征

该层序主要由海侵体系域和高位体系域组成。

3.4.1海侵体系域

灰、浅灰色薄-厚层粉-泥晶白云岩、藻白云岩夹灰绿色、黄灰色页岩及灰绿、绿灰色薄层状中-粗砂岩，含疑源类，厚37m。向上藻纹层逐渐减少，显示海侵的过程使得藻类生产速率受到影响(图9)。

3.4.2高位体系域

浅灰色中厚层状藻泥晶白云岩夹浅灰色粉晶白云岩，含疑源类，厚28m，伴随着海平相对下降，藻类又开始重新增多。

该层面顶界面为岩相转换面。

3.5SQ5层序地层特征

该层序主要有海侵体系域和高位体系域组成。

3.5.1海侵体系域

浅灰色粉晶藻白云岩夹浅灰色厚-块状粉晶白云岩，含疑源类，厚75m。岩性较单一，表明该区进入稳定的碳酸盐沉积阶段，即震旦纪开始的碳酸盐台地化初期阶段。

3.5.2高位体系域

下部为浅灰色厚层块状粉晶白云岩，厚38m。由于海平面的急剧上升，使得该区经历了一次大的抬升，而后接受溶蚀作用，上部为厚近20m的溶塌角砾岩，并与寒武纪灰白色薄-中状层状含砾砂岩不整合接触。

图9　层序SQ4-SQ5宏观特征

4　层序发育的控制因素

层序的形成与发育是构造作用、气候变化、海平面变化和沉积物供应等因素共同作用的结果，而构造作用和海平面变化的影响往往更能控制层序的形成。因此，对克拉通盆地而言，层序的发育不仅取决于全球海平面变化，更取决于盆地及其周边的构造活动状况。

研究区受控于塔里木盆地震旦纪—早奥陶世的拉张海侵背景之下[21-26]，使得该区接受了第一次海侵沉积物。由于早期的持续拉张背景以及海平面的不断上升，在该区形成了滨岸沉积体系和碎屑岩潮坪沉积体系。受库鲁克塔格运动的影响，震旦纪中期的一次海平面相对下降，沉积了SQ2-SQ3界面的膏溶角砾岩。随着碎屑物物源供给逐渐减少，塔里木盆地进入了碳酸盐岩化阶段，形成了SQ4-SQ5期的碳酸盐沉积。尔后由于构造的短暂抬升，使得SQ5顶部形成了溶蚀垮塌角砾岩。

5　结论

(1)震旦系与阿克苏群一级层序界面显示塔北隆起在前震旦纪经历过一次隆升作用。

(2)通过对该区露头剖面分析，认为该区主要沉积了滨岸沉积体系、碎屑岩潮坪沉积体系和碳酸盐潮坪沉积体系，反映了震旦纪阿克苏地区由碎屑岩体系向碳酸盐岩体系的演化过程。

(3)从野外露头共识别出4种不同类型的层序界面：海侵上超层序不整合界面、水进侵蚀冲刷面、岩性、岩相转换面和暴露溶蚀面。在识别出层序界面的基础上对震旦系划分出2个二级层序和5个三级层序。

(4)在露头层序地层学研究的基础上，认为塔里木多期次的构造作用是该区震旦系层序地层形成与演化的主控因素。

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Sequence stratigraphic analysis of the Sinian strata in the Aksu region, Xinjiang

KANG Jian-wei1, 2, 3, MOU Chuan-long1, 2, ZHOU Ken-ken1, 2, WANG Qi-yu1, 2, CHEN Xiao-wei1, 2, LIANG Wei1, 2, GE Xiang-ying1, 2

(1.KeyLaboratoryofSedimentaryBasinsandOilandGasResources,MinistryofLandandResources,Chengdu610081,Sichuan,China; 2.ChengduCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu610081,Sichuan,China; 3.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China)

The depositional systems in the Sinian Linkuanggou section in the Aksu region, Xinjiang may fall into the littoral, siliciclastic tidal-flat and carbonate tidal-flat depositional systems. These depositional systems have recorded the evolution from the siliciclastic rock systems to the carbonate rock systems of the Sinian strata in the Aksu region. Four types of sequence boundaries are recognized for the field outcrops, including the transgressive onlap unconformity, transgressive erosional scour surface, lithologic-lithofacies transitional surface and exposure erosional surface. Two second-order sequences and five third-order sequences are also discriminated for the Sinian strata. The supersequence I represented by the Sugaitebulake Formation comprises the sequences SQ1, SQ2 and SQ3, and the supersequence II represented by the Qigebulake Formation comprises the sequences SQ4 and SQ5. The multiphase tectonic movements are interpreted as the major controlling factor for the formation, development and evolution of the sequence stratigraphy.

Aksu region; Sinian; depositional system; outcrop sequence stratigraphy

1009-3850(2016)02-0047-08

2015-09-10； 改回日期： 2015-12-17

康建威(1981-)，男，从事沉积与油气地质工作。E-mail:best_kang@163.com

国家重大科技专项“全国油气基础地质编图”(2008ZX05043-005)、中国地质调查局项目“中国岩相古地理编图”(1212010916060)

P534.31

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