0 引言
塔里木盆地下寒武统白云岩与中寒武统膏盐岩构成了一套良好的储—盖组合。下寒武统发育良好的白云岩储层现已得到广泛研究［8-13］，前人针对寒武系也已开展过层序地层的相关工作，但鲜有针对中寒武统沙依里克组开展层序地层划分和层序结构的分析，同时钻遇井少、地震资料品质不佳等问题也制约了相关研究的开展。沙依里克组位于中寒武统下部，是蒸发岩广泛发育和满西台缘带快速建造的沉积环境重要转化时期。前人对中寒武统沉积体系特征和岩相古地理分布已开展过大量研究［14-19］，但大多依据野外露头、少量钻井或二维地震资料，缺少多资料对比的综合性研究，这直接制约了对沙依里克组有利储集相带和盖层分布的预测。随着近几年勘探工作的不断深入，获得了新的三维地震和钻井资料，为深化寒武系各层系层序—沉积研究和编图工作提供了有利条件，但针对中寒武统沙依里克组岩相组合、沉积相特征及其在层序格架内的时空展布还有待进一步探讨。
本文以塔里木盆地中寒武统沙依里克组为研究对象，在前人研究的基础上综合利用钻井、二维和三维地震、岩石薄片和岩心资料，建立了全区可对比的等时地层格架，阐明了沉积相类型及其特征，揭示了沉积体系分布及演化，探讨了控制沉积相发育的主要因素，以期为区内寒武系盐下勘探和油气藏预测提供理论依据。
1 区域地质背景
自晚元古代以来罗迪尼亚大陆开始分裂，塔里木盆地接受伸展拉张形成一系列南华系—震旦系裂谷，震旦纪晚期柯坪运动发生强烈的构造隆升使前寒武系遭受了不同程度的剥蚀［20-24］，形成了“西高东低”“南隆北凹”的古地貌格局。塔里木盆地在寒武纪为稳定弱伸展背景下的小型克拉通盆地［20，25］，受大陆张裂运动影响，在盆地北缘、西南缘和东南缘形成了被动大陆边缘环境［26-27］。中寒武世的古地貌格局继承了早寒武世“西台东盆”的特点，盆地内部主要分为塔北—阿满—古城一带以西的以碳酸盐岩沉积为主的“台盆区”以及盆地东部以细粒泥质沉积为主的“盆地区”。经过早寒武世碳酸盐岩沉积的“填平补齐”，台盆区地貌趋于均一化，形成了地势更加平坦的台内环境［18-19］。
2 层序地层格架
2.1 层序划分及界面特征
三级层序由盆地边缘的局部不整合及其对应的整合面所限定，是建立起全盆地等时地层格架的重要基本单位［21，30］。寒武系层序地层研究已开展多年，前人提出了多种层序划分方案。如于炳松［31-32］早期以野外露头剖面为基础识别了寒武系19~21个三级层序，樊太亮等［36］、陈国俊等［37］、王毅等［38］和焦存礼等［39］依据钻井和地震资料将寒武系划分为3~11个三级层序不等。近年来，随着井震资料逐渐丰富，GAO等［40］、赵宗举等［16］、刘忠宝等［41］依据多种资料陆续提出了新的层序划分方案。其中，一些学者将沙依里克组划分为2个三级层序［32］或整体作为1个三级层序［16，42-45］，也有研究将沙依里克组识别为一个海侵体系域［37，41］，甚至将寒武系识别为一个“追赶型高水位期体系域”［46］。总之，前人研究往往依据单一资料，或囿于前期资料的品质问题导致寒武系三级层序划分仍存在分歧，针对沙依里克组的三级层序精细划分和层序界面识别更是缺乏在多资料约束下的系统性综合研究。
2.1.1 层序划分方案
2.1.2 层序界面特征
根据层序划分方案，研究区沙依里克组发育的2个三级层序由3个关键层序界面所限定（SYSb1— SYSb3）。根据界面特征可归纳3类层序界面，即地层超覆界面、古岩溶作用面以及岩相转换面。
古岩溶作用面是一种陆上暴露层序不整合界面，在研究区碳酸盐岩台地内部广泛发育。通常该界面上下岩相变化较大，在下伏地层顶部可见短暂暴露的溶蚀孔洞、凹坑或岩溶角砾岩。如图3（b）所示，塔中地区ZS5井沙依里克组顶部取心段中可观察到明显的岩溶滑塌构造和溶蚀孔洞，岩溶角砾岩发育，据此在塔中地区可识别SYSb3界面对应的古岩溶作用面。
2.2 层序内部结构特征
3 沉积体系展布与演化
3.1 岩石微相和相组合
根据6口井的岩心观察，100余张岩石薄片和测井资料的综合分析，识别出FA1—FA9共9种岩相组合类型，分别代表了盐湖、咸化潟湖、泥质潟湖、蒸发潮坪、局限潮坪、滩间海、台缘礁滩体和斜坡—盆地沉积（表1）。
表1 沙依里克组典型岩石微相组合及其沉积环境Table 1 Typical microfacies associations and their depositional environment of the Shayilike Formation |
| 编号 | 微相组合描述 | 沉积环境 |
|---|---|---|
| FA1 | 主要由盐岩、膏岩、膏质泥岩等岩石类型组成，膏盐岩厚度可达数十米，与薄层状膏质泥岩、白云质泥岩夹杂叠置伴生，反映水体盐度很高的缺氧静水环境 | 盐湖 |
| FA2 | 岩性以层状盐岩、膏盐岩、膏岩和膏质白云岩为主，夹褐色、红褐色白云质泥岩、泥质白云岩，岩石具鸟眼构造和泥裂现象，反映强蒸发气候下水体闭塞、水深较浅的静水环境 | 咸化潟湖 |
| FA3 | 通常为一定厚度的泥岩、膏质泥岩、白云质泥岩、泥质白云岩频繁互层出现，代表水体盐度正常、具有一定深水缺氧条件的静水环境 | 泥质潟湖 |
| FA4 | 主要发育膏质白云岩与膏岩互层，夹薄层膏质泥岩、泥质白云岩，间或与FA7相伴生，反映蒸发气候下主要受潮汐水动力控制的潮上地区 | 蒸发潮坪 |
| FA5 | 通常以大套浅灰色白云岩夹薄层泥质白云岩出现，厚度可达上百米，代表了碳酸盐岩台地内部与开阔海连通性较差的、受潮汐水动力控制的潮间—潮下环境 | 局限潮坪 |
| FA6 | 由泥质灰岩、含泥灰岩、白云质灰岩组成，厚度通常为5~15 m，常与FA8相互伴生，代表相对开阔水体中的静水沉积环境 | 半局限—开阔台地滩间海 |
| FA7 | 岩性以颗粒泥晶白云岩、砂屑泥晶白云岩为主，伴生泥晶藻粒白云岩和泥晶砂屑白云岩，颗粒磨圆和分选中等—差，代表局限水体中水动力间歇高能扰动的沉积环境 | 台内低能滩 |
| FA8 | 岩石类型以砂屑灰岩、颗粒白云岩、砂屑白云岩、鲕粒白云岩为主，夹藻砂屑泥晶白云岩和砂屑泥晶白云岩，代表水体相对开阔地区受波浪扰动较强的高能水动力环境 | 台缘礁滩复合体 |
| FA9 | 岩性以暗色泥岩为主，夹薄层泥质灰岩、泥质白云岩、云灰岩，反映缺氧稳定的深水环境 | 斜坡—盆地 |
FA1主要由蒸发岩组成，包括盐岩、膏盐岩和少量膏岩［图6（a）］，局部夹薄层状褐红色泥岩、白云质泥岩，厚度通常在数十米左右，GR曲线多呈极低幅值的箱形或基线形（图5），代表强蒸发性的静水缺氧环境，解释为盐湖。FA2由膏岩、膏质白云岩［图6（b）—图6（c） ］夹盐岩叠置构成，局部发育薄层褐色白云质泥岩，岩石可见鸟眼构造和泥裂现象，GR测线具微齿形特征（图5），代表蒸发环境下的浅水潟湖环境，解释为咸化潟湖。FA2与FA1常在横向上相邻发育或形成纵向叠置关系（图5）。FA3以薄层泥岩、白云质泥岩、泥质白云岩和膏质白云岩等频繁互层为主要特征，GR测线表现为较高幅值的钟形特征（图5），代表水体盐度相对正常的静水潟湖环境，低洼地区形成了相对缺氧条件，解释为泥质潟湖。
图5 巴楚—塔中—塔东连井岩相组合特征及沉积相展布Fig.5 Lithofacies association characteristics and sedimentary facies distribution of Bachu-Tazhong-Tadong cross-region sequence stratigraphic correlation frame section |
图6 研究区沙依里克组典型沉积微相岩石薄片镜下照片（a）膏盐岩，盐质潟湖环境，5 641 m，QT1井，正交偏光10×；（b）膏质白云岩，蒸发潟湖环境，6 514 m，ZS5井，正交偏光10×；（c）白云质膏岩，蒸发潮坪环境，7 200 m，XH1井，正交偏光5×；（d）泥岩，滩间海环境，7 600 m，LT3井，单偏光2.5×；（e）泥晶白云岩，滩间海环境，7 930 m，LT3井，单偏光2.5×；（f）颗粒泥晶白云岩，台内滩环境，7 975 m，LT3井，单偏光5×；（g）鲕粒白云岩，台缘滩环境，7 920 m，LT3井，单偏光5×；（h）叠层藻白云岩，台地边缘环境，7 920 m， LT3井，单偏光5×；（i）叠层藻白云岩，台地边缘环境，7 995 m，LT3井，单偏光5× Fig.6 Rock sections of typical sedimentary microfacies of the Shayilike Formation in the study area |
FA4岩性以膏岩和膏质白云岩为主，局部夹少量泥质含量较高的泥质白云岩、泥质膏云岩等，具有中—低幅值的微齿形或漏斗形的GR曲线特征（图5），代表蒸发气候下的潮上地区，解释为蒸发潮坪，常与低能颗粒滩伴生（图5）。FA5由各种白云岩组成，通常厚度较大，岩性以灰白色、浅灰色白云岩为主［图6（e）］，夹薄层泥质白云岩、含泥白云岩，GR曲线表现为中—高值微齿形（图5），反映了与开阔海流通性较差、以潮汐水动力为主导的潮间—潮下环境，解释为局限潮坪。FA6主要由泥质灰岩、含泥灰岩、白云质灰岩叠置形成，沉积厚度不大，GR曲线呈中值微齿形（图5），反映相对开阔静水的沉积环境，解释为半局限—开阔台地滩间海，常与FA7台内颗粒滩伴生（图5）。
3.2 沉积展布特征与演化
表2 研究区沙依里克组沉积相类型及其特征Table 2 Sedimentary facies and characteristics of the Shayilike Formation in the study area |
| 沉积相 | 沉积亚相 | 岩相构成 | 地震反射特征 |
|---|---|---|---|
| 蒸发台地 | 蒸发潮坪 | 膏质白云岩、膏岩，夹薄层泥质白云岩、 膏泥岩等 | 中—强振幅、中—高频、较好连续性，平行—亚平行构型， 板状外形 |
| 蒸发潟湖 | 膏盐岩、膏岩、膏质白云岩为主， 夹泥质白云岩、膏泥岩 | 强振幅、中—低频、高连续性，平行—亚平行构型，板状外形 | |
| 盐湖 | 盐岩、膏盐岩、膏岩为主，夹薄层状膏泥岩 | ||
| 局限台地 | 局限潮坪 | 厚层白云岩为主，夹薄层状含泥白云岩、 泥质白云岩 | 中等振幅、中频、较好连续性，平行—亚平行构型，板状外形 |
| 台内低能滩 | 粒泥白云岩、藻白云岩、藻砂屑泥晶白云岩等 | 较弱振幅、中频、低连续性，杂乱—前积构型，透镜状/丘状外形 | |
| 局限潟湖 | 以泥岩、白云质泥岩为主，夹泥质白云岩、 泥晶灰岩等 | 中等振幅、中—低频、较好连续性，平行—亚平行构型，板状/充填状外形 | |
| 滩间海 | 泥晶灰岩、含泥灰岩和白云质灰岩等 | 中—强振幅、中频、较好连续性，平行—亚平行构型，板状外形 | |
| 台地边缘 | 丘滩复合体 | 泥粒白云岩、鲕粒白云岩、藻砂屑白云岩等 | 较弱振幅、中频、较差连续性，杂乱构型，丘状外形 |
| 斜坡—盆地 | 暗色泥岩夹泥质灰岩或泥质白云岩 | 强振幅，中—高频，高连续性，亚平行构型，席状—板状外形 |
沙依里克组沉积时期整体继承了早寒武世末期的沉积底形，研究区内沉积体系整体呈“东西分异”的展布格局（图7），沙依里克组整体厚度由西向东呈“薄→厚→薄→厚→薄”的展布特点（图8）。如图7和图8所示，柯坪地区以蒸发潮坪相的膏质白云岩、泥质白云岩沉积为主，整体沉积厚度较薄，浅水地区间或发育小型颗粒滩建造；巴楚以东的阿满一带处于低洼地区，碳酸盐岩和蒸发岩快速沉积“填平补齐”，沉积厚度增大，地震上可见充填状外形和低角度的前积构型，沉积地层以盐湖—咸化潟湖相的膏盐岩、盐岩、膏岩以及泥质白云岩为主，是盐湖最为发育的地区；富满西部地势稍有隆起，主要发育局限台地相的局限潮坪和台内颗粒滩沉积，间或发育泥质含量较高的滩间海沉积；富满东部为台地边缘建造的主要地区，造礁生物快速生长堆积形成微生物丘，在地震剖面上可见明显的丘形杂乱反射结构，岩性以颗粒白云岩、鲕粒白云岩和藻白云岩为主；向东至满加尔凹陷中部沉积地层迅速减薄，在地震上表现为明显的高振幅、强连续性席状反射特征，岩性以细粒的暗色泥岩、泥晶灰岩为主。
沙依里克时期经历了2次海进—海退旋回，形成向东逐渐迁移的镶边形台地边缘样式。SYSQ1海进时期，台地内部稳定充填以泥质白云岩为主的局限潮坪沉积，整体继承了早寒武世缓坡沉积模式，形成海侵域；SYSQ1海退时期，满西斜坡坡折附近开始有藻类生物快速生长形成“镶边形台地边缘”，并对台地内部的水体造成一定的隔绝，遂形成台地内部的局限蒸发型潟湖—潮坪体系，构成该时期高位域的基本特征。SYSQ2初期海平面再一次短暂快速上升形成一套以泥质白云岩、灰质白云岩为主的潮坪相沉积，随后海平面再次下降，台地边缘快速建造，且在地震上可见明显向东迁移的趋势。
4 沉积主控因素
4.1 气候与海平面变化
通过将研究区海平面变化曲线的旋回结构与全球海平面变化曲线进行对比，认为沉积旋回反映的相对海平面变化与HAQ等［35］重建的古生代全球海平面变化相似（图2）。在旋回构型上，研究区沙依里克组由2个反映完整“海进—海退”旋回的三级层序叠置构成，各层序及其内部的体系域在研究区内横向对比性良好，且与HAQ等［35］的序列具有可比性，表明研究区序列的形成可能受全球海平面变化控制。沙依里克组上部仅识别出一个三级旋回，与HAQ等［35］的2个沉积旋回略有差异，这可能是中寒武世的温室气候环境叠加影响导致的［49］。研究区层序的沉积构型反映了中寒武世气候变化的影响，高位体系域中发育的蒸发岩和古岩溶面的出现是识别气候变化事件的关键标志［50］。沙依里克组蒸发岩最早广泛出现在巴楚—塔中地区的SYSQ1高位体系域中（图4），表明该时期研究区已处于趋于干旱炎热的气候环境。SYSQ2高位体系域中的蒸发岩分布面积更广，塔中地区SYSQ2顶部发育古岩溶面［图3（b）］，反映了更加干热的气候条件。区内沙依里克组沉积构型反映了愈发干旱炎热的气候变化趋势，这与SCOTESE等［51］的早古生代全球古水温变化一致，表明塔里木盆地的气候条件很可能受控于全球气候变化。
4.2 盆地古地貌
柯坪运动之后，塔里木盆地内部由裂谷阶段、裂拗转换阶段向裂后稳定沉降阶段转化［25］。早寒武世，台盆区塔南隆起出露于水面造成塔中地区早寒武世地层缺失，古陆周缘发育混积潮坪［19，52］，北部隆起区被海水覆盖形成塔北水下低隆起，各隆起区之间形成的隆间凹陷成为主要沉积区，控制了早寒武世地层的沉积和分布［18］。中寒武世继承了西台东盆的大体格局，台盆区经过填平补齐后形成更为均一化的宽缓平台。沙依里克组在塔南地区各钻井中均有揭示（图5），表明该时期盆地内部隆起区基本被海水覆盖形成间歇性暴露的水下隆起接受沉积。盆地中西部广泛发育的盐湖、咸化潟湖相膏盐岩组合反映了低流通性的闭塞水体环境，这可能与台盆区南部、西部和北部的水下低隆对开阔海水的格挡作用密切相关。满加尔裂谷演化形成的东部盆地长期接受深水细粒沉积，与西部台盆区以斜坡相连［53］，斜坡上方利于礁滩生长建造的开阔浅水环境促进了满加尔西缘环形台缘带的形成。台地边缘的快速建隆在地震剖面上易于识别［图3（a），图8］，部分钻井也揭示了层序高位体系域顶部的台内颗粒滩沉积（图5），台内盐湖、咸化潟湖等在生物礁群生长建造时期尤为发育，符合前人提出的“低海平面—干热气候—障壁格挡”模式［54］，表明台内盐湖、咸化潟湖的发育既受到区域沉积古地貌格局的控制，也受到局部地区沉积分异改造的地貌条件的叠加影响。
5 结论
（1）塔里木盆地沙依里克组依据地层超覆界面、古岩溶作用面和岩相转换面，可识别出3个层序界面，划分为2个由完整水进—水退旋回构成的三级层序，层序内部依据最大海泛面可进一步划分为海侵体系域和高位体系域。
（2）研究区沙依里克组可识别出9种岩相组合类型，对应9种沉积亚相和4种沉积相。蒸发台地相和局限台地相在盆地中西部台盆区呈环形展布，台地边缘相沿满加尔凹陷东、西两侧呈南北走向带状分布，斜坡—盆地相广泛发育于塔东地区。
（3）研究区沙依里克组沉积时期的层序结构和沉积演化受到气候、海平面变化和盆地古地貌等因素的共同控制。研究区沙依里克组沉积层序结构和沉积相类型受全球海平面和气候变化的区域性影响，沉积体系在盆地内部的发育和展布受到早寒武世末期的盆地古地貌以及局部沉积分异的叠加控制作用。
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