微生物碳酸盐岩是由底栖微生物群落通过捕获、生物矿化和无机矿化等过程与碎屑或化学沉积物之间相互作用形成的碳酸盐岩沉积^[1-2]。根据野外宏观（macro）—巨观（mega）构造，微生物碳酸盐岩主要表现为微生物礁，微生物层及微生物席等建造^[3]；按中观（meso）构造的差异，微生物碳酸盐岩又可细分为叠层石、凝块石、树形石、核形石、纹层石和均一石等类型^[4-7]，主要由细菌，蓝细菌及藻类等生物体形成。从太古宙到现代沉积环境，微生物碳酸盐岩广泛发育，尤其繁盛于缺少后生动物竞争的地质历史时期，如前寒武纪和显生宙以来生物大灭绝事件附近^[8-10]。

微生物碳酸盐岩对古环境研究具有极其重要的科学意义，其携带的生物信息和沉积记录能帮助地质学家揭秘古生物演化和古环境变化^[11-14]。此外，微生物碳酸盐岩可作为优质油气储层，因而也具有重要的工业意义。近年来，随着深层—超深层油气资源勘探工作的开展，深时地层中微生物碳酸盐岩作为潜在的优质油气储层而备受关注。国内中新元古代和早古生代微生物碳酸盐岩地层发育广泛，四川和华北等地都已在微生物岩地层中发现大规模油气藏^[15-17]。随着塔里木盆地油气勘探逐渐向深部地层推进，下寒武统肖尔布拉克组微生物碳酸盐岩也逐渐成为研究的热点，阿克苏地区肖尔布拉克组微生物碳酸盐岩出露良好^[18-20]。但目前肖尔布拉克剖面肖尔布拉克组微生物碳酸盐岩的沉积相研究依然很少，因此，本文针对该剖面肖尔布拉克组下段微生物岩开展详细的沉积相研究，以期对油气勘探开发提供一定的理论指导。

肖尔布拉克剖面位于塔里木盆地西北部阿克苏—乌什地区，位于阿克苏市的西南方向约35 km处^[21]（图 1），构造单元上隶属于柯坪断隆东段^[22]。该地区震旦系—寒武系地层广泛分布，肖尔布拉克剖面地层发育相对完整，且沿冲刷河道出露良好。肖尔布拉克组属于下寒武统的中下部，其下伏地层为下寒武统玉尔吐斯组，上覆地层为吾松格尔组、沙依里克组、阿瓦塔格和下丘里塔格组^[23]。

图  1  塔里木盆地阿克苏地区地质简图及肖尔布拉克剖面位置（修改自Zhou et al.^[21]）

Figure 1.  Simplified geological map of the Aksu area and location of Xiaoerbulake section in NW Tarim Basin (modified from Zhou et al.^[21])

肖尔布拉克组整体形成于早寒武世大规模海侵之后持续的海退阶段。根据前人的研究，肖尔布拉克组位于寒武系的第二个三级层序SQ2^[24]，该组中下部主要为深灰色条带状泥晶白云岩—块状/层状微生物碳酸盐岩，沉积厚度约100 m；上段主要为灰色厚层状球粒泥粒/颗粒白云岩沉积（图 2）。

图  2  肖尔布拉克剖面肖尔布拉克剖组下段岩性柱状图

Figure 2.  Lithographic diagram of Lower Xiaoerbulak Formation in the Xiaoerbulake section

通过对塔里木盆地阿克苏地区肖尔布拉克剖面详细的野外露头工作及室内显微镜观察，共识别出肖尔布拉克组下段主要发育的四种微生物岩类型及两种其他碳酸盐岩相类型：粗纹层状凝块岩（M1）、具窗孔凝块岩（M2）、厚层状凝块岩（M3）、块状凝块岩（M4）和扁平砾岩（LF1）与条带状泥晶白云岩（LF2）。根据岩相组合特征，将肖尔布拉克组下段划分为三个相组合：潮间相、中深—浅水潮下相及深水局限潮下相。

该沉积相组合主要发育有粗纹层状凝块岩（M1）和具窗孔凝块岩（M2）两种岩相类型。

描述：M1颜色主要为深灰色—灰色（图 3）；岩性为泥晶白云岩与黏结岩互层出现，微生物纹层厚度为厘米级别。其中，暗色纹层由大量不规则暗色斑块组成，且斑块的大小从毫米级变化到厘米级（0.3~2.0 cm长，0.2~0.8 cm高）。孔洞发育量减少，偶有方解石充填。宏观来看，M1型微生物岩为层状—纹层状构造；中观可见深灰色不规则斑块成层性较好，与泥晶白云岩和不同尺寸的凝块岩层韵律性出现，单个韵律厚度变化范围约为10~30 cm。下部凝块形态极其不规则，向上斑块尺寸变小且含量减少，上部暗色凝块趋于不明显，仅含少量水平状纹层，泥晶/粒泥白云岩增加；微观条件下可观察到网状—纤维状微生物残余（图 3e，f）。M1型微生物岩主要分布于肖尔布拉克组中上部。

图  3  粗纹层状凝块岩

Figure 3.  Coarse laminated thrombolites

解释：根据前人的研究，凝块岩不具有与叠层石相似的成层性^{[6, 25]}。而肖尔布拉克剖面中上部发育大量粗纹层状凝块岩，厘米级厚的深灰色凝块岩层与灰色泥晶白云岩层韵律性出现，指示其形成受潮汐作用影响较大。单个旋回厚度较小，反映可容纳空间的有限，再由垂向叠置关系，得出M1为潮间带沉积产物。镜下观察到的少量不规则蓝细菌残余表明其微生物成因。相较早寒武世于典型的块状造礁凝块岩，该剖面的粗纹层状凝块岩成因类似于微生物席（叠层石），主要依靠微生物的捕获作用和微生物矿化作用沉积成岩^[26-28]。且研究认为，微生物席状沉积多发生于潮坪环境尤其繁盛于潮间带^[29-30]。作为研究区最为发育的微生物岩类型，M1的沉积受海平面影响较大，不同级别的沉积旋回韵律性出现，凝块岩层内部的斑块尺寸和含量都随水体深度的变化而发生改变，反映小幅度的海平面波动。

描述：M2颜色为灰色，通常以块状产出（图 4d）。细小而密集的窗孔构造成层分布。岩石结构组成为泥晶白云岩与凝块黏结岩。M2仅在厚层状凝块岩（M3）顶部有发育，与上覆粗纹层状凝块岩（M1）分界明显。

图  4  浅水潮下相—潮间相沉积旋回

Figure 4.  Intertidal depositional cycles

解释：窗孔构造的出现指示具窗孔凝块岩沉积环境为潮间带—潮上带下部的浅水环境暴露环境^[31-32]。并且，根据垂向叠置关系，M2通常作为米级旋回的顶部，因此将M2解释为潮间带下部的沉积产物。

该相带主要发育厚层状凝块岩（M3），块状凝块岩（M4）和扁平砾岩（LF1）三种岩相类型。

描述：M3型微生物岩颜色为深灰色，岩性为泥晶白云岩—凝块黏结岩，不规则暗色斑块发育，且成层分布均匀（图 5）。厚层状—块状构造，无明显穹窿状外形，孔洞发育，且多被方解石充填—半充填。不规则微生物团块尺寸较大（4~10 cm长，1~2 cm高），受重结晶作用影响强烈，微观下未观察到微生物残余。M3通常下伏于M2，处于微生物碳酸盐岩沉积旋回的底部。

图  5  厚层状凝块岩

Figure 5.  Thick bedded thrombolites

解释：虽然镜下未发现明显的微生物痕迹，M3中暗色斑块与其他研究者报导的微生物凝块岩一致，结合不规则斑块层状分布的特征将M3定名为厚层状凝块岩^{[4, 33-34]}。垂向序列上，M3沉积于条带状泥晶白云岩之上，指示向上水体变浅。结合M3通常沉积于米级旋回的底部，说明其沉积水体相对较深，为浅水潮下带沉积。针对凝块岩的研究报导很多，通常认为凝块岩主要沉积于浅水潮下带和潮间带^[35-37]。

描述：M4型微生物岩颜色以深灰色为主（图 6b）；岩性主要为泥晶白云岩—黏结岩，孔洞异常发育且多被方解石晶体充填—半充填。宏观特征主要表现为似层状—丘状微生物岩建造，风化后无明显分层，微生物建造厚度向南北两侧逐渐变薄。中观特征为不规则暗色团块发育且分布较均匀，无明显定向性。微观上，由于受白云石化作用和强烈重结晶作用的影响，此类微生物岩在镜下主要表现为半自形—他形细—粉晶白云石（图 6c），局部发育网状微生物残余（图 6d）。M4呈透镜体产出于条带状泥晶白云岩之间，下伏扁平砾岩层。

图  6  中深—浅水局限潮下相

Figure 6.  Middle-to-shallow water subtidal deposition

解释：凝块岩是典型的微生物岩类型之一，以不规则暗色团块为最大特征，是寒武系主要的造礁微生物岩类型^[38-39]。最初有学者认为凝块岩是被扰动的叠层石构造，但近年来研究表明凝块石可能为原生的微生物岩，也有可能受后期成岩作用改造形成^[6]。镜下观察到的微生物残余指示M4为微生物成因。凝块岩分布广泛，从潮下带到潮间带至潮上带均有分布，与叠层石相比，凝块岩沉积水体相对较深，通常发育于低等—中等能量的沉积环境^[40]。根据其产出位置位于条带状泥晶白云岩之间推测，M4沉积在深水局限潮下带之上，水深变浅。宏观特征为似层状—丘状，类似于其他研究报导的生物礁建造，综合考虑将M4解释为浅水局限潟湖内的微生物点礁建造^[41]。

描述：LF1为灰色砾岩，块状构造。砾屑为扁平状—条带状的（约1 cm宽，2~6 cm高）白云岩屑，分选较差，磨圆为棱角状—次棱角状。砾岩层沉积于LF1中部靠上位置（图 6a），下伏于M4，沉积厚度约为1 m。

解释：分选差，磨圆度不好的砾岩沉积于高能环境，且搬运距离不远，为典型的风暴岩沉积物^[32]，通常形成于风暴浪基面和晴天浪基面之间。综合分析，将LF1解释为中深局限潮下带的产物。

该相带主要发育深灰色条带状泥晶白云岩（LF2）。

描述：LF2为深灰色条带状—薄层状泥晶白云岩（图 7），略呈扁豆状，单层厚度约为2~4 cm，局部发育丘状交错层理。被方解石充填—半充填的孔洞广泛发育，此外可见大量方解石交代的雁列式斑马纹。该岩相通常发育于肖尔布拉克组的底部及下部，约35 m厚。

图  7  条带状泥晶白云岩，局部发育丘状交错层理（红色箭头）

Figure 7.  Ribbon dolo-mudstone with local hummockycross-bedding (red arrows)

解释：条带状构造及其细粒颗粒组构通常沉积于水体较深的低能环境^[42]。局部发育的丘状交错层理表明此段沉积偶受风暴影响^[43-44]。结合研究剖面位于弱镶边碳酸盐岩台地礁后局限潟湖的沉积背景及其岩相位置处于三级沉积旋回的底部，因此解释LF2的沉积环境为深水局限潮下带。

综合肖尔布拉克组岩相发育特征得出图 8。总体来说，沉积水体向上逐渐变浅，不同类型的微生物岩组成规律性的沉积旋回：厚层状凝块岩沉积水体较深，通常作为米级沉积旋回的底部；向上粗纹层状凝块岩为潮间带沉积产物，水体稍浅，沉积厚度最大；具窗孔凝块岩内部的窗孔构造指示偶有暴露，水体较浅。米级沉积旋回内部又发育有多个更小尺度的次级沉积旋回，反映内部海平面小幅度波动频繁。

图  8  肖尔布拉克剖面肖尔布拉克组微生物岩分布图

Figure 8.  Distribution of microbial carbonates in the Xiaoerbulak Formation, Xiaoerbulake section

微生物碳酸盐岩的形成受生物、物理和化学等多种因素影响^{[13, 45-46]}。本文通过对肖尔布拉克剖面肖尔布拉克组下段微生物类型及其沉积环境的详细分析，揭示了肖尔布拉克组下段不同微生物岩的发育主要受海平面变化、古地理位置及微生物群落等因素的控制。

海水的深度影响微生物的繁盛及碳酸盐岩产率，不同类型的微生物岩产出受海平面波动影响较大^[47]。在肖尔布拉克组下部，水体相对较深，在晴天浪基面之下，偶受风暴的影响，随后海平面降低到相对较浅的位置，有利于似层状—丘状凝块岩的发育；向上为海平面更浅的潮间带，微生物席状发育，形成凝块岩与泥晶/粒泥白云岩互层沉积的层状—粗纹层状凝块岩，不同尺寸的凝块交替出现也反映了水体的高频波动；在整个肖尔布拉克组下段微生物岩沉积旋回的上部，出现含窗孔构造的凝块岩，反映海平面很浅，受暴露影响。

根据前人研究，肖尔布拉克组剖面在寒武系早期处于局限云坪环境^[48]。结合本次沉积相分析，肖尔布拉克剖面位于局限潟湖靠近陆地的潮坪相环境，适宜的水体深度为微生物的生长发育提供有利的条件，局限的环境增加了海水的碱度及碳酸盐岩沉积所需的Ca、Mg离子饱和度等。因此，研究剖面在早寒武世时期局限潮坪的沉积环境为微生物碳酸盐岩发育提供有利条件，使得微生物岩大量发育。此外，下部的扁平砾岩为丘状微生物岩的生长提供了一个古高地，地势较高的地方有助于点礁的建造。

肖尔布拉克组沉积于早寒武世早中期，后生动物还未大量出现，蓝细菌依然占据生物群落的优势地位^[49]。相较于早寒武世其他剖面，如该剖面西南部苏盖特布拉克剖面大量发育的钙质蓝细菌（表附菌，肾形菌等），肖尔布拉克剖面的蓝细菌并没有可以钙化的微生物骨架来支撑大规模块状微生物礁建造，因此只能依靠捕获/黏结作用来实现微生物碳酸盐岩的沉积建造^[50]。肖尔布拉克组主要微生物碳酸盐岩的成因机制跟叠层石等微生物席沉积类似，形成层状—粗纹层状凝块岩。

肖尔布拉克剖面肖尔布拉克组下段中下部主要发育条带状泥晶白云岩和扁平砾岩及块状凝块岩，在肖尔布拉克组中上部外主要发育块状凝块岩，层状凝块岩，粗纹层状凝块岩及具窗孔凝块岩四种微生物岩类型。局限的潮坪环境有利于凝块岩的沉积发育，沉积环境从中深—浅水局限潮下带到潮间带上部，整体向上变浅，但米级旋回发育，内部含多个海平面小幅度波动。不同类型的微生物岩类型发育主要受控于海平面变化、古地理位置及微生物群落等因素。