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塔里木地台北缘早寒武世古海洋氧化-还原环境与优质海相烃源岩发育模式.docx
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塔里木地台北缘早寒武世古海洋氧化-还原环境与优质海相烃源岩发育模式.docx
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0. 引言
塔里木盆地是我国最大的含油气盆地,未来 10 至 20 年将成为我国深层-超深层化石
能源的重要接替区.塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组,是一套高硅-富碳-富磷的广海陆棚相
沉积,是塔里木盆地下古生界盐下油气组合的重要烃源岩层.特别是近 5 年,多次深入的野
外工作和 ZS⁃1C 井、YL⁃6 井、XKD⁃1 井等深井资料的补充,确认了其为我国目前已发现
的最优质的海相烃源岩(TOC=29.8%;朱光有等, 2016).艾迪卡拉纪-寒武纪转折期
(Ediacaran⁃Cambrian transition, E⁃C transition)是全球古环境演化的重要节点,发生了“雪
球事件、超大陆裂解、硬壳生物爆发”等基础性地质事件,这一过程在我国扬子地台和塔里
木地台记录完整(Zhang et al., 2016).扬子地台下寒武统黑色岩系(the Black Shales),以
多金属富集层(Ni⁃Mo⁃V⁃Au)和大洋缺氧事件(OAE)为重要特征,获得了地学领域的深
度关注(Li et al., 2015).但与黑色页岩相比,塔里木盆地的早寒武世古海洋环境资料较为
匮乏,缺少对烃源岩发育环境与有机质聚集机理的研究.
海相碳酸盐岩和页岩可以良好记录原始地球化学信息,通过元素与同位素的地球化学
行为,反映沉积时期的古海洋氧化-还原条件,是目前古环境研究的关键途径和重要内容
(Calvert and Pedersen, 2007).Yu et al.(2009)利用稀土元素和 Re⁃Os、Nd 同位素对肖尔
布拉克剖面玉尔吐斯组底部硅质岩进行了研究,证实了存在裂谷构造事件.随着新元古界-
寒武系研究的推进,前人对该区库勒、东二沟剖面地层开展了沉积环境、烃源岩基础参
数、硅质岩成因与分类等研究(Yao et al., 2014;朱光有等,2016;杨宗玉等,2017),推
进了塔里木地台寒武纪早期古环境研究的进度.
本次对新疆柯坪地区于提希等剖面进行了多指标高精度地球化学研究,揭示了塔里木
地台北缘早寒武世古海洋氧化还原条件与热液事件的地球化学特征,建立了玉尔吐斯组缓
坡型烃源岩“周期性缺氧-热液事件-沿岸上升洋流”的烃源岩发育模式.
1. 地质概况
1.1 古地理格局
寒武纪时期,塔里木地台位于冈瓦纳大陆西北缘,与扬子地块同处于中纬度接近赤道
的位置.塔里木地台周缘分别被古南天山洋(北部)、库满坳拉槽(东北部)、古昆仑洋
(南部)包围.盆地古地形具有西高东低、南高北低,且内部分异性强的特点(冯增昭,
2005; 张光亚等,2015; 杨鑫等,2017).新元古代晚期发生的“柯坪运动”(又称塔里木运
动)形成了塔里木盆地的基底,钻探结果显示这套基底由石英二长岩、花岗闪长岩、辉长
岩等组成,U⁃Pb 法测得年龄为 1 791±1 Ma 至 1 848±7 Ma(李日俊等,2010).同时,柯坪
运动造成塔里木地台与准噶尔地块和羌塘地块的分离,形成古天山洋和古昆仑洋,并由早
期裂谷向被动大陆边缘演化(冯增昭,2005; 张光亚等,2015; 图 1).
图 1 塔里木地台及周缘早寒武世岩相古地理图
Fig. 1. Lithologic paleogeography of the Early Cambrian in the Tarim platform and its
surroundings
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早寒武世,塔里木地台西部以局限台地和开阔台地的克拉通内坳陷沉积为主,向北
缘、东缘、南缘过渡为克拉通边缘的斜坡-陆棚相沉积,盆地的东北缘为克拉通外坳陷的深
海-半深海盆地(图 1;王务严等,1985).柯坪地区在早寒武世处于远离古陆的广海陆棚
沉积环境,伸展-弱伸展的构造应力场中.下寒武统玉尔吐斯组与上震旦统奇格布拉克组呈
不整合接触.玉尔吐斯组底部为一套含磷硅质岩、炭质页岩,中部为白云岩或灰岩与页岩频
繁互层,上段多为白云岩夹薄层页岩,保存有小壳化石、三叶虫、微古植物化石.肖尔布拉
克组与玉尔吐斯组整合接触,是一套包含微晶白云岩、细晶白云岩、臭灰岩、硅质岩的深
水陆棚沉积(冯增昭,2005; 杨宗玉等,2017).
玉尔吐斯组烃源岩成烃母质主要为底栖藻类(泥质烃源岩)和浮游藻类(碳酸盐岩质
烃源岩)(陈强路等,2015),有机质类型为Ⅰ⁃Ⅱ
1
型干酪根.目前测得剩余有机碳(TOC)
值为 2.0%~17.6%,等效镜质体反射率(VRE)在 2.63%~2.85%.
1.2 剖面简况
于提希剖面处于塔里木盆地西北缘,位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区境内,距离阿
克苏市(80°15.774΄E,41°10.276΄N)约 75 km,该剖面是近年发现的一个废弃的磷矿洞.由
于剖面受风化作用很弱,该剖面保持了较完整的烃源岩有机质丰度(测得 TOC=24.7%),
是目前研究玉尔吐斯组烃源岩的最理想剖面.该剖面缺失奇格布拉克组,但初步的同位素地
层对比证实该剖面较完整地记录了玉尔吐斯组底界岩层.该剖面玉尔吐斯组共 12 m,由下至
上可以分为上下两段.下段为黑色页岩(图 2b)与硅质磷块岩(图 2a)、泥灰岩呈薄互
层,下段顶部为一套中厚层石英质粉砂岩与页岩;上段下部为页岩与颗粒灰岩(图 2c)、
泥灰岩(图 2e)、生屑灰岩(图 2f)互层,偶夹薄层重晶石层(图 2d),上段上部为泥
灰岩和白云岩,夹薄层页岩.肖尔布拉克组底部由微晶白云岩和硅质岩组成.该剖面共采集样
品 30 块,用于本次研究(图 3).
图 2 于提希剖面玉尔吐斯组岩石样品显微镜下特征
Fig. 2. Microscopic photos of thin sections for samples of the Yuertusi FM in Yutixi section
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