塔里木盆地下寒武统台缘带沉积结构特征及其形成过程

邓世彪，关平,2，李保华，刘沛显，陈永权

1.造山带与地壳演化教育部重点实验室 北京大学地球与空间科学学院，北京 100871 2.北京大学石油与天然气研究中心，北京 100871 3.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000

0 引言

在碳酸盐台地沉积体系中，台缘带(亦称台地边缘)是连接内部台地与外部斜坡或盆地边缘的转折部位和枢纽地带[1]，其沉积结构的演化对碳酸盐台地结构样式的转变具有重要的控制作用[2]。同时，台缘带还处于碳酸盐台地沉积体系内水体相对较浅、水动力相对较强的沉积环境中，有利于浅滩相颗粒沉积物的形成和生物建造的发育[1,3]，是优质碳酸盐岩油气储层的潜在发育场所[4-5]。因此，研究台缘带的沉积结构特征对于解析碳酸盐台地的结构样式和探寻台缘带优质碳酸盐岩油气储层的发育规律都具有重要意义。

从奥陶纪开始，由于珊瑚、层孔虫、苔藓虫和海绵等具有骨骼的宏观造礁生物的出现和繁盛[6]，台缘带的沉积结构主要受到宏观造礁生物生长和发育的影响，台缘带上常发育大量具有抗浪性生物格架的生物礁[7]，这些生物礁不仅可以控制镶边型碳酸盐台地结构样式的形成[8-9]，还能制约浅滩相颗粒沉积物的分布并与之构成礁滩复合体[3-5]。然而，在仍处于地球生命演化历程早期阶段的寒武纪，上述具有骨骼的宏观造礁生物并未出现，而细菌、藻类等微生物则大量繁盛[6]，因此，寒武纪时期的台缘带主要受到微生物生命活动的控制，其在沉积结构上应与奥陶纪及其以后的受宏观造礁生物生长和发育影响的台缘带存在显著差别。

受到世界碳酸盐岩油气勘探热潮的推动，形成于地质历史时期的古代碳酸盐台地在中国、澳大利亚、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、俄罗斯、刚果、中东、北美、北欧和北非等多个国家和地区的碳酸盐岩含油气沉积盆地中被陆续地发现和揭露出来[10-14]。但是，从发育时代上来看，寒武纪时期的碳酸盐台地仅在俄罗斯和中国有相关文献报道，并且目前针对寒武系台缘带的研究程度较低：在东西伯利亚台地，前人主要关注寒武系碳酸盐台地的潜山、古风化壳和台内滩相储层，未见台缘带的相关研究[10,14]；在华北地台，前人系统而宏观地研究了寒武系碳酸盐台地的构造背景、沉积模式、岩相古地理、沉积演化和微生物岩，但尚未针对台缘带开展独立的工作[15-16]；在扬子地台，前人建立了四川盆地早寒武世缓坡碳酸盐台地的沉积模式，但其重点关注了台内的颗粒滩沉积，而未对台缘带的沉积结构特征进行更为细致和深入的探索[17]；在塔里木盆地，前人通过地震资料解译并刻画了寒武系台缘带在盆地内的分布情况和分段特征[18-19]，并利用丰富的野外露头资料和有限的钻井取芯资料分别对寒武系台缘带中的微生物岩[20-22]、储层[21-27]和成岩流体[28-29]进行了针对性研究，但是，上述研究工作尚不能反映寒武系台缘带的沉积结构特征，从而无法探究微生物生命活动在寒武系台缘带形成过程中所起的作用。

针对上述问题，本文以塔里木盆地下寒武统台缘带地层为研究对象，通过在野外露头区内开展丰富而系统的野外露头调查、野外剖面分层精细测量和室内薄片镜下分析等工作，精细刻画塔里木盆地下寒武统台缘带的沉积结构特征，建立其沉积结构模型，并探讨在微生物生命活动作用下台缘带的形成过程。本研究能为确定寒武纪早期塔里木盆地碳酸盐台地的结构样式和探索塔里木盆地下寒武统台缘带优质碳酸盐岩油气储层的发育规律提供沉积学依据。

1 区域地质背景

塔里木盆地是一个发育在主要由太古代及元古代变质岩组成的陆壳变质基底之上的大型复合型叠合克拉通沉积盆地，其由于罗迪尼亚超大陆的裂解，自新元古代中期开始接受沉积，形成了巨厚的新元古界—新生界沉积物[30]。其中，受与罗迪尼亚超大陆裂解相关的裂谷作用的影响，塔里木盆地在沉积初期发生了沉降和裂陷，形成了新元古界从下至上的浅滩相碎屑岩和浅海相碳酸盐岩，以及下寒武统玉尔吐斯组与裂陷槽相关的陆棚—盆地相含磷硅质岩、黑色页岩、泥晶灰岩和泥晶白云岩。此后，塔里木盆地主要受到海平面下降趋势的影响，沉积物从下至上依次为寒武系—奥陶系海相碳酸盐岩、志留系—石炭系海相碎屑岩、二叠系湖相碎屑岩以及中生界—新生界陆相河流相碎屑岩[31]。

塔里木盆地在寒武纪—奥陶纪发育典型的大型海相碳酸盐台地，但是受到地层埋深较大和塔里木盆地碳酸盐岩油气勘探进程的制约，盆地内目前钻遇寒武系地层的钻井数量相对较少，成功钻穿寒武系地层的钻井更是屈指可数，岩芯资料的稀缺极大程度地限制了学者们对于塔里木盆地寒武系碳酸盐台地，特别是寒武系台缘带的理论研究。倪新锋等[18]在对塔里木盆地大量寒武系地震资料进行系统解释的基础上，成功追踪出了塔里木盆地下寒武统、中寒武统和上寒武统碳酸盐台地的台缘带在盆地内的位置分布情况，并将其划分为东段和北段两个部分，其中，台缘带的东段发育在塔里木盆地轮南—古城地区，被称为轮南—古城台缘带，台缘带的北段发育在塔里木盆地塔北地区，被称为北部台缘带(图1a)。北部台缘带的形成与寒武纪—中奥陶世塔里木板块和哈萨克斯坦板块分离形成南天山陆间洋盆的构造事件有关，在此期间，塔里木盆地北缘属于被动大陆边缘的组成部分，具有形成台缘带的优越地质条件。

塔里木盆地寒武系的北部台缘带在盆地内呈近东西向展布，且其向西可延伸至塔里木盆地西北缘的柯坪野外露头区(图1a)，该露头区位于阿克苏地区的乌什县境内，以苏盖特布拉克村为中心，向北为乌什县县城和306省道，向南为314国道，向东距离阿克苏市区约100 km(图1b)，其在构造分区上属于塔里木盆地柯坪隆起构造单元的东段[32]。由于地表基本没有植被，区内的寒武系地层出露情况良好。从区内寒武系地层的沉积特征上来看，下寒武统的玉尔吐斯组为陆棚—盆地相的含磷硅质岩、黑色页岩、泥晶灰岩和白云岩，吾松格尔组为局限台地相的泥晶白云岩、泥质白云岩和灰质白云岩；中寒武统的沙依里克组和阿瓦塔格组为蒸发台地相的膏岩和膏质白云岩夹泥质白云岩和灰岩；上寒武统的下丘里塔格组为局限台地相的微生物白云岩和泥晶白云岩夹灰质白云岩，局部夹膏质白云岩；仅下寒武统的肖尔布拉克组发育大量台地边缘相的生物建造(图2)。因此，本文主要针对区内出露的下寒武统肖尔布拉克组地层开展台缘带的研究。

2 研究思路

根据柯坪野外露头区内下寒武统台缘带地层所在的逆冲推覆体的空间分布特征(图1b)和历史构造位移情况，本研究在区内东部的逆冲推覆体上设计了1条蓬莱坝野外剖面，在区内西部的逆冲推覆体上从南至北依次设计了昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什、金磷矿、库鲁南和奥依皮克7条野外剖面(图1b)。针对8条野外剖面，具体的研究思路是通过单剖面的野外实测取样和室内分析鉴定，建立起各条剖面上肖尔布拉克组的沉积地层柱，明确从南向北不同点位上肖尔布拉克组的沉积演化特征；进而通过8条实测剖面的对比，分析不同相带部位的沉积特征差异，明确台缘带的沉积结构特征；最终提炼出对台缘带形成过程的认识。

图1 塔里木盆地柯坪野外露头区地质图及剖面位置A.塔里木盆地寒武系台缘带在盆地内的分布情况及台缘带地层在地表出露的柯坪野外露头区(引自文献[18])；B.塔里木盆地柯坪野外露头区下寒武统台缘带地层在地表的分布情况及分层测量剖面的位置(据文献[22]修改)Fig.1 The geological map and section position of the Kalpin field outcrop area, Tarim Basin

图2 塔里木盆地柯坪野外露头区下震旦统—下奥陶统地层综合柱状图Fig.2 The Lower Sinian to Lower Ordovician compositive stratigraphic column of the Kalpin field outcrop area, Tarim Basin

受到新生代晚期南天山挤压造山作用的影响，柯坪野外露头区内的下寒武统台缘带地层主要分布在出露于地表的由震旦系—奥陶系沉积地层组成的逆冲推覆体上[33](图1b)。区内西部的下寒武统台缘带地层从南至北连续分布，不同逆冲推覆体之间的错距较小，且各个逆冲推覆体的相对位置与地层抬升挤压之前基本保持一致；区内东部的下寒武统台缘带地层则是通过走滑断裂跟随逆冲推覆体一起从昆盖阔坦剖面的南部推移过去的(图1b)。

各条剖面上肖尔布拉克组沉积地层柱的建立是本研究的基础，综合了野外实测取样和室内分析鉴定两个方面的研究工作。通过野外识别地层颜色、岩石结构和沉积构造等特征的变化，对肖尔布拉克组地层进行详细分层记录和逐层密集取样；利用罗盘和导线依据地层真厚度计算公式H=L×(sinα×cosβ×sinγ±cosα×sinβ)测算出肖尔布拉克组地层的各分层厚度，其中H为地层真厚度，L为导线斜距，α为地层真倾角，β为导线坡角，γ为导线与地层走向间夹角；通过野外所取样品的室内分析鉴定，进一步确认各分层的岩石类型，对野外分层数据进行检验和校正，并判断其具体的沉积环境。本研究在8条野外剖面的肖尔布拉克组地层中总计逐层取样267块，所有样品均磨制薄片用于研究岩石类型及其内部结构特征，其中选取53块代表不同沉积类型的典型薄片用于在高倍镜下鉴定其中的微生物发育情况。

3 沉积类型及其特征

通过详细的野外露头调查、取样和室内镜下薄片分析，本文在塔里木盆地柯坪野外露头区的下寒武统肖尔布拉克组地层中共识别和划分出泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石五种沉积类型，现将不同沉积类型的特征分述如下。

3.1 泥晶沉积

泥晶沉积是塔里木盆地柯坪野外露头区的下寒武统肖尔布拉克组地层中发育的一种在宏观上表现为薄至中层状且在微观上主要由泥晶碳酸盐组成的碳酸盐岩沉积体。在野外露头上，泥晶沉积具有深灰色、灰色和浅灰色三种颜色特征(图3a，b，c)；在岩石手标本上，其表现为十分均匀的块状构造，通过放大镜能够观察到岩石内部主要由极其微小的泥晶碳酸盐矿物组成；镜下薄片中也反映出这类沉积体具有主要由泥晶碳酸盐组成的十分均匀的内部结构(图4a，b)。

通过高倍镜对泥晶沉积中的微生物发育情况进行研究，发现所有的泥晶沉积中均无底栖微生物活动的痕迹，但在深灰色和灰色的泥晶沉积中鉴定出浮游藻类(图5a，b)，且深灰色泥晶沉积中浮游藻类的丰度要高于灰色泥晶沉积，而浅灰色泥晶沉积中既无底栖微生物，又无浮游藻类。泥晶沉积中浮游藻类的典型特征是其单体形态极其微小，单体直径通常在2 μm左右，且其主要以球状藻类细胞集合体的形式存在，集合体大小在20～50 μm不等，藻细胞之间以细胞外壁黏性胶质相连(图5a，b)；由于单体过于微小，在高倍镜下也不太容易区分其具体属种，因此，本文对泥晶沉积中浮游藻类的具体种属不做进一步的区分。

泥晶沉积主要由泥晶碳酸盐组成的十分均匀的内部结构表明此类沉积体形成于静水低能的沉积环境中，而深灰色和灰色泥晶沉积中未见任何的底栖微生物但保存有浮游藻类，这些浮游藻类是大洋半深水区至深水区表层水体中营光合作用的自养型浮游微生物在其死亡后掉落到水体下部的沉积物中形成的，据此可知颜色最深、浮游藻类丰度最高的深灰色泥晶沉积形成于较深水的沉积环境中，多属于潮下带下部的产物[26,34]；灰色泥晶沉积也多形成于潮下带下部，但其代表的水体环境稍浅于深灰色泥晶沉积[20,26]；相比之下，浅灰色泥晶沉积的水体环境最浅，多属于潮下带中部至上部的产物。这些泥晶沉积形成于纯粹的无机沉淀过程而无微生物生命活动过程的参与。

3.2 层纹石

层纹石是塔里木盆地柯坪野外露头区的下寒武统肖尔布拉克组地层中发育的一种在宏观上具有水平层状纹层的碳酸盐岩沉积体，按照形态学特征来划分，其应属于广义叠层石范畴的一种。层纹石在宏观上表现为浅灰色，其纹层呈平直的水平层状，且纹层的发育较为密集，纹层的单层厚度不足1 mm(图3d，e)；此外，层纹石在野外露头上具有极好的横向延展性和纵向连续性，其在横向上的发育极其稳定，基本不被其他的沉积类型所切断，同时，其在纵向上的连续发育厚度可达20 m以上。

图3 塔里木盆地柯坪野外露头区下寒武统肖尔布拉克组的野外露头宏观特征A.深灰色泥晶沉积，昆盖阔坦剖面；B.深灰色泥晶沉积，英尔苏剖面；C.浅灰色泥晶沉积，奥依皮克剖面；D.浅灰色层纹石，英尔苏剖面；E.浅灰色层纹石，苏盖特布拉克剖面；F.微生物丘与同沉积地层，昆盖阔坦剖面；G.微生物丘与超覆地层，昆盖阔坦剖面；H.微生物丘与同沉积地层；I.中—厚层状颗粒沉积，英尔苏剖面；J.灰白色颗粒沉积，金磷矿剖面；K.黄白色叠层石，昆盖阔坦剖面；L.黄白色叠层石，库鲁南剖面Fig.3 The macroscopic outcrop characteristics of the Lower Cambrian Xiaorbulak Formation in the Kalpin field outcrop area of Tarim Basin

图4 塔里木盆地柯坪野外露头区下寒武统肖尔布拉克组的镜下薄片微观特征A.泥晶沉积，苏盖特布拉克剖面；B.泥晶沉积，库鲁南剖面；C.层纹石，苏盖特布拉克剖面；D.层纹石，昆盖阔坦剖面；E.微生物丘，昆盖阔坦剖面；F.微生物丘，昆盖阔坦剖面；G.颗粒沉积，昆盖阔坦剖面；H.颗粒沉积，苏盖特布拉克剖面；I.颗粒沉积，昆盖阔坦剖面；J.颗粒沉积，库鲁南剖面；K.颗粒沉积，金磷矿剖面；L.叠层石，苏盖特布拉克剖面Fig.4 The microscopic thin section characteristics of the Lower Cambrian Xiaorbulak Formation in the Kalpin field outcrop area of Tarim Basin

图5 塔里木盆地柯坪野外露头区下寒武统肖尔布拉克组的微生物发育特征A.浮游藻类，泥晶沉积；B.浮游藻类，泥晶沉积；C.丝状底栖蓝细菌，层纹石；D.丝状底栖蓝细菌，叠层石；E.球状底栖蓝细菌，叠层石；F.底栖绿藻，微生物丘；G.底栖绿藻，微生物丘；H.底栖绿藻的叶状体，微生物丘；I.石内藻，颗粒沉积；J.石内藻，颗粒沉积；K.葛万菌，颗粒沉积；L.葛万菌，颗粒沉积；M.葛万菌，颗粒沉积；N.粗枝藻，颗粒沉积；O.粗枝藻，颗粒沉积Fig.5 The microorganism characteristics of the Lower Cambrian Xiaorbulak Formation in the Kalpin field outcrop area of Tarim Basin

镜下薄片观察和高倍镜鉴定结果表明，此类层纹石由暗层和亮层两种基本层组成，这两种基本层交互出现，形成了层纹石中暗层和亮层呈薄互层状“明暗相间”的微观沉积结构特征(图4c，d)；其中，暗层为富菌纹层，主要为丝状底栖蓝细菌菌丝体(图5c)富集和叠加形成的蓝细菌菌席，菌类组分比例大，有机质含量高，碳酸盐沉积物少，故色暗；亮层则为富碳酸盐纹层，主要为蓝细菌菌席分泌黏液捕获富集的碳酸盐颗粒和泥，菌类组分比例小，有机质含量低，故色浅。从镜下薄片中还可以观察到，此类层纹石中亮层所占比例显著高于暗层所占比例，且亮层的单层厚度普遍大于暗层的单层厚度；此外，不同暗层之间的发育厚度也极不稳定，暗层的平均厚度总体偏小(图4c，d)。这表明此类层纹石的成因虽然与底栖蓝细菌的作用紧密相关，但其主要成分仍为无机的碳酸盐沉积物，因此，在形成此类层纹石的沉积环境中，底栖蓝细菌开始繁盛并能诱导层纹石的形成，但底栖蓝细菌含量的总体水平仍然不高。

密集发育且呈平直的水平层状的纹层以及极好的横向延展性和纵向连续性表明此类层纹石形成于相对稳定和低能的沉积环境中，且其浅灰色的颜色特征和底栖蓝细菌的出现指示其沉积环境的水体深度应浅于深灰色和灰色泥晶沉积，但层纹石中底栖蓝细菌含量的总体水平不高，表明其仍处于水体深度相对较大的沉积环境中，多属于潮下带下部的产物[21,26]。

3.3 微生物丘

微生物丘是塔里木盆地柯坪野外露头区的下寒武统肖尔布拉克组地层中发育的一种在宏观上呈灰白色—黄白色大型穹隆状建造的碳酸盐岩沉积体，其与周围的层状沉积地层在沉积构造上存在显著差异，且其具有蜂窝状的差异风化特征，因而在野外露头上可以很好地识别微生物丘并确定其与周围沉积地层的接触边界(图3f，g，h)。

与由具有骨骼的宏观造礁生物形成的生物礁相比，微生物丘虽然在宏观形态特征上与其具有较好的相似性，但在微观结构特征上却与其存在明显不同：生物礁是由大量具有骨骼的宏观造礁生物原地生长形成的，因而在野外露头和岩石手标本上能够清楚地观察到生物礁内部由具有骨骼的宏观造礁生物形成的生物格架，在镜下薄片中也能识别出大量造礁生物的骨骼化石；但是，微生物丘在野外露头和岩石手标本上表现出均一的内部结构特征，无法通过肉眼识别出任何的生物信息，在镜下薄片中则表现为大量有机藻类碎屑团块黏结无机碳酸盐泥晶基质的凝块结构(图4e，f)，与灰泥丘的微观结构特征极其相似。这表明，此类微生物丘是由微生物生命活动过程与无机碳酸盐沉淀过程综合作用的产物，其在岩性上属于藻黏结岩。

利用高倍镜对微生物丘中的藻类碎屑团块进行微生物种类的鉴定，发现其主要由丰富的底栖绿藻及其叶状体组成，这些底栖绿藻常呈不规则的椭球形或橄榄球形，其中的多细胞结构清晰可见，不同的细胞之间通过胶质组合在一起(图5f，g)；底栖绿藻的叶状体常呈不规则的形态，其也由多个细胞通过胶质组合在一起(图5h)；此外，这些底栖绿藻的体积相对较大，通常可达150～400 μm。这表明，此类微生物丘的形成应归因于底栖绿藻的群体性聚集生长并不断捕获和黏结无机碳酸盐泥晶基质。

由于微生物丘不具有生物礁由宏观造礁生物形成的生物格架，其在内部结构上表现为大量有机藻类碎屑团块黏结无机碳酸盐泥晶基质，因而微生物丘不具有生物礁的抗浪性；但是，微生物丘在野外露头上呈现出向上隆起和生长的宏观特征；因此可以判断，形成微生物丘的水体环境应相对的稳定和低能。但与层纹石相比，微生物丘的颜色更浅，且其中发育体积更大的底栖绿藻，这表明微生物丘的沉积环境比层纹石更浅，多属于潮下带中部的产物[20-22,26-27]。

3.4 颗粒沉积

颗粒沉积是塔里木盆地柯坪野外露头区的下寒武统肖尔布拉克组地层中发育的一种在宏观上表现为中至厚层状但在微观上具有内部颗粒结构的碳酸盐岩沉积体，其在野外露头上并无典型且易于识别的纹层状或穹隆状构造特征，仅表现出普通沉积地层的层状特征，一般呈中至厚层状产出，岩石新鲜面上多表现为灰白色(图3i，j)。同时，此类沉积体的颗粒组分在粒径上偏细小，在野外露头和岩石手标本上很难通过肉眼直接观察到其岩石内部的颗粒组分，仅可识别出较多粒径较大的碳酸盐矿物；此外，通过放大镜能够大致观察到这些颗粒组分但无法对颗粒的类型进行有效地识别和区分。因此，对于此类颗粒沉积的识别以及其中的颗粒组分的类型鉴定主要借助于镜下薄片的观察研究。

镜下薄片分析结果表明，此类颗粒沉积的岩石内部具有典型的亮晶颗粒结构特征，颗粒组分被大量亮晶碳酸盐胶结物所胶结，且基本不含泥晶组分(图4g～k)；这些颗粒组分的主要类型为藻粒(图4g～k)，即与藻类有成因联系的颗粒，次要类型为鲕粒(图4k)；藻粒具体包括藻灰结核(或称核形石)(图4g)和藻团块(图4h～k)两类，其中以藻团块为主，藻灰结核所占比例较低。藻灰结核是通过藻类黏液捕获碳酸盐沉积物而形成的具有同心层的颗粒，其在处于静止状态时，同心层在其与海底接触的部分基本停止生长，而面向上的部分则继续生长，由于在生长过程中受水动力作用而间歇性滚动，从而形成不规则的同心增长层；藻团块也是藻类黏结增长而成的颗粒，但它不具有同心层结构；鲕粒则形成于受到搅动和相对动荡的水体环境中。因此，相比较而言，在形成此类颗粒沉积内部三种颗粒类型的沉积环境中，鲕粒的沉积水动力条件最强，其次为藻灰结核，而藻团块的沉积水动力条件最弱。

通过高倍镜对颗粒沉积内部属于主要颗粒类型的藻粒中所含有的微生物种类进行鉴定，发现藻灰结核中的微生物种类主要为葛万菌，而藻团块中的微生物种类包括石内藻、粗枝藻和葛万菌三类，其中又以石内藻为主。葛万菌属于习惯生活在动荡水体环境中的底栖微生物，其单体为管状的菌丝体，单管直径5 μm左右，长度可达数百微米；但在藻粒中，葛万菌常以集合体的形式出现，多条葛万菌管状菌丝体并排在一起呈束状，纵切面上可见葛万菌集合体由多条葛万菌管状菌丝体并排构成(图5k～l)，横切面上则可见数条葛万菌管状菌丝体被截断后形成的多个小圆点(图5l)；葛万菌集合体能够分泌黏液捕获无机碳酸盐，在水体间歇性搅动的沉积环境中形成具有不规则同心增长层的藻灰结核(图5l)，在水体搅动频率较低的沉积环境中则形成不具有同心层结构的藻团块(图5m)。石内藻，又名穿石藻，属于习惯生活在高能水体环境中的一类底栖藻，其能通过在颗粒上钻孔进入颗粒内，并能对颗粒起到泥晶化的改造作用；石内藻呈左右不规则对称的心形，这种形态特征与其固着在颗粒上之后向两侧往外生长的生活习性密切相关；其单体体积较大，通常大于300 μm，在藻粒中主要以单体的形式出现并形成藻团块(图5i，j)。粗枝藻也属于习惯生活在高能水体环境中的一类底栖藻，其单体的横切面呈椭球形或橄榄球形，且其内部呈长条状的暗色髓质和浅色皮质包壳也清晰可见；粗枝藻的单体体积也较大，长轴方向长度可达300～400 μm，其在藻粒中主要以单体的形式出现并形成藻团块(图5n，o)。

灰白色的颜色特征、岩石内部的亮晶颗粒结构以及颗粒组分中石内藻、粗枝藻和葛万菌等高能水体环境中的底栖微生物的存在，表明此类颗粒沉积形成于高能、清洁的水体环境中；但其颗粒组分的主要类型为不具有同心层结构的藻团块，而具有不规则同心增长层的藻灰结核和具有规则同心增长层的鲕粒仅为含量极少的次要类型；因此，此类颗粒沉积的沉积水动力条件总体上应弱于形成鲕粒和藻灰结核的水动力条件，其多属于潮下带上部的产物[20-22,26]。

3.5 叠层石

叠层石是塔里木盆地柯坪野外露头区下寒武统肖尔布拉克组地层中发育的一种在宏观上具有波状和近水平层状纹层的碳酸盐岩沉积体，其与前文所述的层纹石在形态学上同属于广义叠层石的范畴，但本文描述的叠层石特指狭义范畴的叠层石，其与层纹石在发育特征上存在明显的差别。

在野外露头上，可见此类叠层石大多具有黄白色的颜色特征，且其形态以层状为主，纹层并非完全水平而是呈波状或略微起伏的水平状，单个纹层的发育厚度较大，基本未见柱状形态的叠层石(图3k，l)；并且此类叠层石的横向连续性较差，常被其他的沉积类型所切断。在镜下薄片中，可见到此类叠层石也具有暗层和亮层呈薄互层状“明暗相间”的微观沉积结构特征，但其与层纹石的不同之处在于，叠层石的暗层多呈波状而非水平状，且暗层所占比例相较于层纹石有显著增加(图4l)；此外，叠层石的暗层是由丝状(图5d)和球状(图5e)两种形态的底栖蓝细菌菌丝体富集和叠加形成的蓝细菌菌席，其中，球状蓝细菌菌丝体中串珠状的多细胞结构清晰可见。

黄白色的颜色特征、纹层并非完全水平而是呈波状或略微起伏的水平状以及暗层所占比例的显著升高，表明此类叠层石形成于比层纹石更浅、水动力更强的沉积环境中，且蓝细菌在诱导叠层石形成过程中的作用明显增强，其多属于潮间带的产物[20-22,26]。

4 沉积演化序列

为了刻画塔里木盆地下寒武统台缘带的沉积结构特征，需要首先确定台缘带不同部位的沉积演化序列，为此，本研究分层精细测量了前文设计的能够反映台缘带从南至北不同部位沉积特征的8条野外剖面。

4.1 沉积类型的发育顺序

从分层精细测量的结果来看，泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石5种沉积类型均发育的野外剖面仅有昆盖阔坦剖面、英尔苏剖面和苏盖特布拉克剖面3条，因此，首先利用上述3条剖面阐释前述5种沉积类型的发育顺序。总体上，泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石5种沉积类型在昆盖阔坦剖面、英尔苏剖面和苏盖特布拉克剖面3条野外剖面上的发育层位和发育顺序基本一致，且表现出从较深水区向潮间带过渡的水体向上逐渐变浅的沉积演化序列：泥晶沉积最先发育，其位于肖尔布拉克组的最下部；层纹石紧随泥晶沉积发育，其位于泥晶沉积之上，处于肖尔布拉克组的中下部；微生物丘则紧随层纹石发育，其位于层纹石之上，处于肖尔布拉克组的中上部；颗粒沉积除少量夹杂于层纹石中之外，绝大多数紧随微生物丘发育，集中分布在肖尔布拉克组的上部；叠层石则最后发育，其位于大套颗粒沉积之上，与少量颗粒沉积间或发育于肖尔布拉克组的顶部(图6)。

4.2 差异化的沉积演化序列

由于前述5种沉积类型在8条野外剖面上的发育情况各不相同，因此，不同的野外剖面间存在多种不同的沉积演化序列。呈大型穹隆状建造的微生物丘是塔里木盆地下寒武统台缘带地层中最具标志性的生物建造，因而微生物丘发育的野外剖面是台缘带沉积结构中的核心部位。从野外剖面分层精细测量的结果来看，微生物丘仅发育在柯坪野外露头区南部至中部的昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克3条野外剖面上，因此，上述3条剖面所处区域代表了塔里木盆地下寒武统台缘带的核心部位，其沉积演化序列能够反映台缘带核心部位的沉积特征，而无微生物丘发育的蓬莱坝剖面能够反映台缘带南部靠近台内部位的沉积特征，无微生物丘发育的喀克巴什、金磷矿、库鲁南和奥依皮克剖面则能够反映台缘带北部向斜坡或盆地边缘过渡部位的沉积特征(图7)。下面分别介绍能够反映台缘带不同部位沉积特征的各个野外剖面的沉积演化序列。

无微生物丘发育的蓬莱坝剖面的沉积演化序列(图7)能够反映塔里木盆地下寒武统台缘带核心部位以南靠近台内部位的沉积特征。根据沉积类型的变化，蓬莱坝剖面的下寒武统肖尔布拉克组地层被自下而上划分为16层，地层厚度总计140.3 m。该剖面的下部以深灰色的泥晶沉积为主，中部为大套的浅灰色层纹石与大套的灰色至浅灰色泥晶沉积交互发育，上部为大套的灰白色颗粒沉积与大套的黄白色叠层石交互发育。总体而言，蓬莱坝剖面的下寒武统肖尔布拉克组地层自下而上发育由泥晶沉积、层纹石、颗粒沉积和叠层石组成的向上变浅的沉积演化序列。

有微生物丘发育的昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克剖面的沉积演化序列(图7)能够反映塔里木盆地下寒武统台缘带核心部位的沉积特征。根据沉积类型的变化，下寒武统肖尔布拉克组地层在昆盖阔坦剖面被自下而上划分为10层，地层厚度总计167.7 m；在英尔苏剖面被自下而上划分为8层，地层厚度总计147.6 m；在苏盖特布拉克剖面被自下而上划分为16层，地层厚度总计138.7 m。总体而言，上述3条剖面的下寒武统肖尔布拉克组地层发育基本一致的自下而上由泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石组成的向上变浅的沉积演化序列：下部以深灰色的泥晶沉积为主，中下部为大套的浅灰色层纹石夹少量的灰白色颗粒沉积，中上部为大型穹隆状的灰白色—黄白色微生物丘发育段，上部为大套的灰白色颗粒沉积，顶部则为黄白色叠层石与灰白色颗粒沉积的分层发育。但是，上述3条剖面在地层厚度上存在一些差异，这主要是由不同剖面上微生物丘的发育规模不同所造成的：昆盖阔坦剖面的微生物丘发育规模最大，微生物丘发育段厚度为30.4 m，导致其地层厚度最大；英尔苏剖面的微生物丘发育规模次之，微生物丘发育段厚度为23.2 m，导致其地层厚度次之；苏盖特布拉克剖面的微生物丘发育规模最小，微生物丘发育段厚度为7.8 m，导致其地层厚度最小。

无微生物丘但有颗粒沉积和叠层石发育的喀克巴什、金磷矿和库鲁南剖面的沉积演化序列(图7)能够反映塔里木盆地下寒武统台缘带核心部位以北向斜坡或盆地边缘过渡部位的沉积特征。根据沉积类型的变化，下寒武统肖尔布拉克组地层在喀克巴什剖面被自下而上划分为7层，地层厚度总计119.5 m；在金磷矿剖面被自下而上划分为10层，地层厚度总计109.5 m；在库鲁南剖面被自下而上划分为4层，地层厚度总计114.5 m。喀克巴什和金磷矿剖面靠近台缘带的核心部位，其下寒武统肖尔布拉克组地层发育基本一致的自下而上由泥晶沉积、层纹石、颗粒沉积和叠层石组成的向上变浅的沉积演化序列：下部以深灰色的泥晶沉积为主，中部为大套的浅灰色层纹石，上部为大套的灰白色颗粒沉积，顶部则为黄白色叠层石与灰白色颗粒沉积的分层发育。库鲁南剖面远离台缘带的核心部位，更靠近台缘带北部的斜坡或盆地边缘，其下寒武统肖尔布拉克组地层以大套的泥晶沉积为主，仅在上部发育厚度不大的颗粒沉积和叠层石，但其仍具有向上变浅的沉积演化序列：下部为深灰色的泥晶沉积，中部为灰色的泥晶沉积，上部为浅灰色的泥晶沉积夹少量灰白色的颗粒沉积，顶部则为厚度不大的黄白色叠层石。

图6 塔里木盆地柯坪野外露头区昆盖阔坦剖面下寒武统肖尔布拉克组地层综合柱状图Fig.6 The compositive stratigraphic column of the Lower Cambrian Xiaorbulak Formation of Kungaikuotan section in the Kalpin outcrop area of Tarim Basin

图7 塔里木盆地柯坪野外露头区8条剖面的下寒武统肖尔布拉克组地层沉积演化序列Fig.7 The sedimentary evolution sequence of the Lower Cambrian Xiaorbulak Formation of 8 sections in the Kalpin outcrop area of Tarim Basin

位于柯坪野外露头区最北部的奥依皮克剖面的沉积演化序列(图7)能够反映塔里木盆地下寒武统台缘带北部的斜坡或盆地边缘部位的沉积特征。根据沉积类型的变化，奥依皮克剖面的下寒武统肖尔布拉克组地层被自下而上划分为3层，地层厚度总计109.5 m。该剖面以泥晶沉积为主，基本不含生物建造，其下部为深灰色的泥晶沉积，中部为灰色的泥晶沉积夹少量灰白色颗粒沉积，上部则为浅灰色的泥晶沉积，仍然发育向上变浅的沉积演化序列。

5 台缘带的沉积结构

依据在塔里木盆地柯坪野外露头区分层精细测量的8条野外剖面的下寒武统肖尔布拉克组地层的沉积演化序列，发育具有生物建造的台地边缘相沉积的野外剖面从南至北依次为蓬莱坝、昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什、金磷矿和库鲁南7条剖面；其中，位于区内最南部且无微生物丘发育的蓬莱坝剖面的沉积演化序列能够反映塔里木盆地下寒武统台缘带靠近台内部位的沉积特征；位于区内北部且以泥晶沉积为主，仅在上部发育少量颗粒沉积和叠层石的库鲁南剖面的沉积演化序列则能够反映塔里木盆地下寒武统台缘带靠近北部斜坡或盆地边缘部位的沉积特征；因此，本文将塔里木盆地下寒武统台缘带从南至北的发育范围限定在南部的蓬莱坝剖面和北部的库鲁南剖面之间的区域内(图7)，而位于区内最北部的仅发育泥晶沉积的奥依皮克剖面的沉积演化序列则能够反映塔里木盆地下寒武统台缘带以北的斜坡或盆地边缘部位的沉积特征。

从区内从南至北发育具有生物建造的台地边缘相沉积的不同野外剖面的沉积演化序列可知，塔里木盆地的下寒武统台缘带总体上具有由泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石五种沉积类型组成的从下至上分层叠置的沉积结构特征(图7)：下部为在不同剖面之间广泛发育的大套深灰色泥晶沉积；中下部为在蓬莱坝、昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什和金磷矿6条剖面所在区域内广泛发育的大套浅灰色层纹石夹少量灰色泥晶沉积和灰白色颗粒沉积，以及在库鲁南剖面所在区域内发育的大套灰色泥晶沉积；中上部为在昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克3条剖面所在区域内发育的呈大型穹隆状建造的灰白色—黄白色微生物丘，在南部的蓬莱坝剖面所在区域内发育的少量灰白色颗粒沉积，在北部的喀克巴什和金磷矿2条剖面所在区域内继续发育的浅灰色层纹石，以及在北部的库鲁南剖面所在区域内继续发育的灰色泥晶沉积；上部为在昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什和金磷矿5条剖面所在区域内广泛发育的大套灰白色颗粒沉积，在南部的蓬莱坝剖面所在区域内发育的灰白色颗粒沉积和黄白色叠层石，以及在北部的库鲁南剖面所在区域内发育的大套浅灰色泥晶沉积夹灰白色颗粒沉积；顶部为在蓬莱坝、昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什和金磷矿6条剖面所在区域内广泛发育的灰白色颗粒沉积和黄白色叠层石，以及在北部的库鲁南剖面所在区域内发育的黄白色叠层石和大套的浅灰色泥晶沉积。

在塔里木盆地下寒武统台缘带的沉积结构中，可以通过在不同野外剖面上的分层精细测量工作较为准确地确定不同沉积类型在纵向上的发育厚度(图7)；同时，在忽略区内由不同逆冲推覆体之间的少量错距所产生的影响的前提下，根据不同剖面在南北向上的实际间隔距离，可以大致估算整个台缘带以及台缘带内不同沉积类型在南北向上的横向展布宽度(图8a)；本文据此建立了塔里木盆地下寒武统台缘带的沉积结构模型(图8b)，用以形象而直观地刻画台缘带的沉积结构特征。

在塔里木盆地下寒武统台缘带的沉积结构模型中(图8b)，台缘带在南北向上的发育范围被限定在蓬莱坝、昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什、金磷矿和库鲁南6条剖面所在区域内，台缘带的南北向展布宽度接近30 km，台缘带以南为台地，以北为斜坡和盆地；台缘带的纵向发育厚度为110～167 m，具有由泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石5种沉积类型组成的从下至上分层叠置的沉积结构特征，且在有微生物丘发育的昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克3条剖面所在区域内，台缘带的纵向发育厚度较大，而在无微生物丘发育的南部的蓬莱坝剖面和北部的喀克巴什、金磷矿和库鲁南3条剖面所在区域内，台缘带的纵向发育厚度较小；台缘带下部为广泛发育的大套深灰色泥晶沉积，其南北向展布宽度接近30 km，纵向发育厚度为35～50 m，且其从南向北的纵向发育厚度逐渐减小；大套浅灰色层纹石发育在深灰色泥晶沉积之上，其在台缘带上的南北向展布宽度也接近30 km，纵向发育厚度为25～40 m；呈大型穹隆状建造的灰白色—黄白色微生物丘发育在浅灰色层纹石之上，其集中分布在昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克3条剖面所在区域内，南北向展布宽度接近10 km，纵向发育厚度最大可达30 m；大套灰白色颗粒沉积发育在灰白色—黄白色微生物丘之上，其南北向展布宽度接近30 km，主体部分的纵向发育厚度约为30～40 m；黄白色叠层石主要发育在台缘带沉积结构的顶部，且其常与灰白色颗粒沉积共同发育，其南北向展布宽度也接近30 km，但纵向发育厚度仅为5～10 m。

6 台缘带的形成过程

在塔里木盆地下寒武统台缘带的沉积结构中，除台缘带的下部和最北部发育大量无微生物生命活动参与而仅依靠纯粹的无机沉淀过程形成的泥晶沉积之外，台缘带的其他部位均由有微生物生命活动参与形成的沉积类型组成，且整个台缘带具有不同沉积类型从下至上分层叠置的沉积结构特征，发育水体向上逐渐变浅的沉积演化序列(图7)。因此，在处于被动大陆边缘的大地构造背景下，塔里木盆地下寒武统台缘带的形成应归因于在水体逐渐变浅的海洋沉积环境中，不同类型微生物的先后出现和繁盛及其在生命活动过程中与无机沉淀过程的相互作用。此外，塔里木盆地下寒武统台缘带下部的泥晶沉积在纵向发育厚度上具有从南向北逐渐减薄的特征，而微生物丘的发育则在台缘带上形成局部厚度增大的隆起部位(图7)。因此，在微生物参与形成台缘带之前，塔里木盆地的下寒武统台缘带具有缓坡台缘属性，台地的结构样式为缓坡型碳酸盐台地；而在微生物参与形成台缘带之后，塔里木盆地的下寒武统台缘带具有局部隆起的弱镶边属性，台地的结构样式逐渐转变为弱镶边型碳酸盐台地。

依据台缘带由泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石五种沉积类型组成的从下至上分层叠置的沉积结构特征，及其所发育的水体向上逐渐变浅的沉积演化序列，本文从不同类型微生物的先后出现和繁盛及其在生命活动过程中与无机沉淀过程的相互作用的角度，将塔里木盆地下寒武统台缘带的形成过程阐述如下。

(1) 泥晶沉积阶段：塔里木盆地下寒武统台缘带整体处于静水低能的较深水沉积环境中，不适合底栖微生物的生长，仅稳定发育深灰色的泥晶沉积，同时，泥晶沉积的上部水体中生活有较多浮游藻类，它们死亡后的遗体掉落到泥晶沉积中得以保存。

(2) 层纹石发育阶段：塔里木盆地下寒武统台缘带所处的沉积环境较初始阶段有所变浅，在蓬莱坝、昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什和金磷矿6条剖面所在区域内变为潮下带下部沉积环境，其水动力条件相对稳定和低能，水体深度仍相对较大，但已经适合少量底栖蓝细菌的生长和发育，这些底栖蓝细菌以群落的方式形成菌席，并周期性的捕获和富集水体中沉淀的无机碳酸盐沉积物，形成广泛分布且厚度稳定的层纹石；而北部的库鲁南剖面所在区域仍处于较深水的沉积环境中，不适合底栖蓝细菌的生长，主要发育灰色的泥晶沉积，其上部水体中生活有少量浮游藻类，它们死亡后的遗体掉落到泥晶沉积中得以保存。

图8 塔里木盆地下寒武统台缘带的沉积结构建模A.不同野外剖面间南北向实际间隔距离的确定方法；B.台缘带的沉积结构模型Fig.8 The sedimentary texture model of the Lower Cambrian platform margin of Tarim Basin

(3) 微生物丘发育阶段：塔里木盆地下寒武统台缘带所处的沉积环境较早期阶段继续变浅，南部的蓬莱坝剖面所在区域位于台缘带上同时期水体深度相对较浅、水体能量相对较高的部位，其属于潮下带上部沉积环境，石内藻、葛万菌和粗枝藻等主要生活在高能动荡水体环境中的底栖微生物开始出现，其与无机碳酸盐沉积物相互作用形成少量的颗粒沉积；昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克3条剖面所在区域的水体深度则比蓬莱坝剖面所在区域稍大，其属于潮下带中部沉积环境，水体能量相对较低，适合底栖绿藻的大量生长和发育，它们不断捕获水体中的泥晶碳酸盐沉积物并向上生长形成大型穹隆状的微生物丘；喀克巴什和金磷矿2条剖面所在区域则仍属于潮下带下部沉积环境，继续发育层纹石；而北部的库鲁南剖面所在区域仍处于较深水的沉积环境中，继续发育灰色的泥晶沉积，并在其中保存少量从上部水体中死亡掉落下来的浮游藻类遗体。

(4) 颗粒沉积发育阶段：塔里木盆地下寒武统台缘带所处的沉积环境较中期阶段有了较大幅度的变浅，台缘带的大部分区域属于潮下带上部沉积环境，适合石内藻、葛万菌和粗枝藻等底栖微生物的大规模生长和发育，其与无机碳酸盐沉积物相互作用形成分布广泛且厚度稳定的颗粒沉积；南部的蓬莱坝剖面所在区域水体更浅，其属于潮下带上部—潮间带沉积环境，不仅发育颗粒沉积，底栖蓝细菌也大量的生长和发育，其通过蓝细菌菌席周期性的捕获和富集无机碳酸盐沉积物形成规模性的叠层石；而北部的库鲁南剖面则属于潮下带下部—潮下带上部沉积环境，总体上以不含浮游藻类遗体的浅灰色泥晶沉积为主，仅发育少量的颗粒沉积。

(5) 叠层石发育阶段：塔里木盆地下寒武统台缘带所处的沉积环境较中晚期阶段进一步小幅度变浅，台缘带整体属于潮下带上部—潮间带沉积环境，在蓬莱坝、昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什和金磷矿6条剖面所在区域内同时发育颗粒沉积和叠层石，而在北部的库鲁南剖面所在区域则发育不含浮游藻类的浅灰色泥晶沉积和叠层石。

7 结论

(1) 塔里木盆地下寒武统台缘带具有由泥晶沉积、层纹石、微生物丘、颗粒沉积和叠层石5种沉积类型从下至上分层叠置的沉积结构特征，发育水体向上逐渐变浅的沉积演化序列，其沉积环境的变化顺序依次为较深水区、潮下带下部、潮下带中部、潮下带上部和潮间带。

(2) 塔里木盆地下寒武统台缘带分布于蓬莱坝、昆盖阔坦、英尔苏、苏盖特布拉克、喀克巴什、金磷矿和库鲁南6条剖面所在区域内，向南为台地，向北为斜坡和盆地边缘；台缘带的南北向展布宽度接近30 km，纵向发育厚度为110～167 m；泥晶沉积、层纹石、颗粒沉积和叠层石的南北向展布宽度与台缘带基本一致，且发育厚度较为稳定；微生物丘仅分布于昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克3条剖面所在区域内，南北向展布宽度接近10 km，纵向发育厚度最大可达30 m，厚度向两侧快速减薄，在台缘带上形成地层加厚的局部隆起部位。

(3) 塔里木盆地下寒武统台缘带的形成过程分为泥晶沉积发育阶段、层纹石发育阶段、微生物丘发育阶段、颗粒沉积发育阶段和叠层石发育阶段5个阶段；在泥晶沉积和层纹石发育阶段，台缘带的沉积厚度从南向北缓慢减薄，台缘带具有缓坡属性；从微生物丘发育阶段开始，台缘带上形成了地层加厚的局部隆起部位，台缘带转变为具有弱镶边属性。