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1、第16章 思考题 1、大规模碳酸盐沉积作用要求具备哪些特定条件？ 2、什么叫陆缘海？什么叫陆表海？为什么我们现在见到的主要是陆缘海，而没有陆表海？ 3、概述(绘图)欧文的陆表海清水沉积作用模式及其与生油、储油条件的关系。 4、列表和绘图对比欧文、杨的和威尔逊等三种不同划分方法的碳酸盐相带模式。 5、什么叫礁？礁相是如何划分的？礁在石油地质上有何意义？ 第十六章 碳酸盐岩沉积相

2、岩沉积环境和沉积相研究是碳酸岩岩石学的核心内容。只有了解了碳酸盐岩沉积时的环境条件，才可能真正了解它的成因。碳酸盐岩主要形成于温暖气候条件下的浅海环境。不仅以化学、生物化学、生物方式形成，也有机械作用形成的。 二、现代碳酸盐沉积环境现代碳酸盐沉积物主要发育于海洋环境，少量见于非海洋环境。现代海洋碳酸盐沉积环境的特点：温暖、清洁、透光的浅水。浅水海洋环境是指水深20m(或50m)的各种海洋环境，如潮上、潮间、浅水潮下、泻湖、滩等。现代浅水碳酸盐主要发育在南纬和北纬30之间，如加勒比海的巴哈马地区、波斯湾、洪都拉斯、孟加拉湾、我国的南海等海域。 滨岸碳酸盐沉积 滨岸碳酸盐沉积 台地碳酸盐沉积 台地

3、碳酸盐沉积 非海洋环境碳酸盐沉积物主要有湖泊碳酸盐沉积、土壤中的钙结核、钙质砂丘、钙质泉华、洞穴碳酸钙沉积等形式。其中湖泊碳酸盐沉积具有相当的研究价值。湖泊碳酸盐岩一般规模很小，局部发育，也有呈区域性的较大规模发育。 三、现代碳酸盐沉积作用潮坪碳酸盐沉积：缺乏陆源物质输入物、海浪被阻止。这类碳酸盐岩分布最广。海滩碳酸盐沉积：处于开阔浅海，受波浪作用的影响较大。生物礁碳酸盐岩是在特定的条件下开拓成的。风暴控制的浅海碳酸盐台地：风暴岩。大陆坡碳酸盐沉积：远洋软泥+浊流沉积等。深海碳酸盐沉积：远洋软泥为主。 第二节 碳酸盐岩沉积相模式 Sedimentary models of carbonate

sea)。位于大陆内部和陆棚内部的、低坡度的、范围广阔的、很浅的浅海。低坡度：海底坡度1ft/mi(0.030.15m/km)。范围广阔：延伸可达几百几千英里。很浅的：水深一般只有几十米，一般不超过200m。如：我国西南地区的古生代及早中生代的海洋；华北早古生代的浅海；北美奥陶纪的浅海，东西延展达3200km；宾夕法泥亚纪的陆表海

5、延伸1600km。 2、陆缘海(Pericontinental sea)大陆边缘海。位于大陆边缘或陆棚边缘的、坡度较大的、范围较小的、深度较大的浅海。坡度较大：海底坡度210ft/mi(0.63m/km)。范围较小：宽度一般100300mi(160480km)。深度较大：水深可达200350m(最深)。如：我国东部沿海的黄海、东海及南海均属于陆缘海。 在地质历史中，沉积碳酸盐岩的浅海大多是陆表海。但是，现在我们看到的浅海却大都不是陆表海，而是陆缘海。我们正生活在一个海平面很低的地质时代中。 Shaw第一次精辟地论述了陆表海的水能量特征，并且还在能量的基础上，对陆表海沉积物的分布也进行了相应的划

6、分。 二、陆表海清水沉积作用及其能量带欧文(Irwin,1965)继承了Shaw的陆表海的水能量及沉积相的观点，提出了陆表海清水沉积作用的概念及相带模式。清水沉积作用是指在没有或很少有陆源物质流入的陆表海环境中的碳酸盐沉积作用。Irwin根据陆表海的水动力条件，主要是潮汐和波浪作用的能量，也划分出三个能量带。远离海岸的X带(低能带)稍近海岸的Y带(高能带)靠近海岸的Z带(低能带) 1、X带(低能带)位于浪底浪基面之下，一般来说海底很少受到扰动，只有在特殊情况下才有海流的干扰。此带宽约几百英里。 生物：各种底栖生物和藻类都不发育；来自高能带的大量有机物质和浮游生物、自游生物、都可以在这里堆积下来

7、。沉积构造：水平层理发育。颜色：这一环境安静缺氧，所以多呈暗色。沉积厚度：这一带沉积物厚度一般不大。该带岩石是有利的生油岩。沉积物主要是来自Y带（高能带）的细粒物质，主要为灰泥。 从波浪开始冲击海底的地点开始，向滨岸方向延伸，直到波浪和潮汐的能量大部分被消耗掉为止。此带宽约几十英里。沉积特征：这带波浪及潮汐十分活跃，水浅、阳光充足、氧气充分，底栖生物和藻类大量繁殖。向海一侧，从深水上升带来的氧料尤其丰富，因而各种生物大量发育，往往形成生物礁。向滨岸一侧，则可见各种较粗的颗粒堆积，所形成岩石主要为生物屑灰岩、鲕粒灰岩、内碎屑灰岩。分选和磨蚀良好，灰泥含量少,具交错层理。 2、Y带(高能带)此带形

8、成的碳酸盐岩是良好的油气储集岩。 位于Y带的向岸方向，直到滨岸为止。水很浅，波浪和潮汐作用都很弱，水循环也很弱。宽度较大，可达几百英里宽。 3、Z带(低能带)海底坡度很小，或近于平坦。 靠近滨岸的地带，如因气候炎热干燥，水流停滞，可形成白云石以及各类盐类矿物的沉积。 此带形成的岩石主要是泥晶石灰岩、泥晶白云岩以及蒸发岩。 化石少见，但叠层藻席相当发育。 沉积构造：干裂、冲沟、鸟眼、生物钻孔等。 由于陆表海平坦宽阔，水又很浅，因此微弱的地壳升降运动或冰川的消长都会使海平面产生显著变化，这样就产生了大范围的潮坪沉积。陆表海碳酸盐沉积还有一个特征，就是旋回性发育。地质历史中的碳酸盐岩，绝大部分是陆表

9、海清水沉积作用的产物。 三、潮汐作用相带模式1、拉波特的模式Laporate(1967)对美国纽约州下泥盆统曼留斯组的碳酸盐岩进行研究，认为该组是在一个非常接近海平面的环境中形成的。他根据该组岩性及古生物特征，以潮汐作用带为主要标志，划分出了3个相带。潮上带潮间带潮下带 位于平均高潮面以上几英寸到几英尺的地带。岩石类型：主要是泥-粉晶白云岩、白云质泥质石灰岩、球粒泥晶石灰岩等。沉积构造：纹理、藻纹层、干裂、鸟眼构造。 潮上带化石少见。 潮间带位于平均高潮面与平均低潮面之间的地带。岩石类型：主要为薄层的不含化石的球粒泥晶石灰岩；内碎屑、鲕粒、叠层石及藻灰结核也常见。沉积构造：冲刷、干裂。化石种类

10、较单调，数量丰富，多杂乱堆积。 位于平均低潮面以下。岩石类型：主要是厚层至块状球粒泥晶石灰岩、含各种生物屑的石灰岩及富含层孔虫格架的礁石灰岩。1969年，Laporate又把他的模式进行了修改，主要把潮下带进一步划分为上下两部分。 潮下带潮下带上部：位于浪底之上，为高能环境，为礁和滩的发育地带。潮下带下部：位于浪底之下，为低能环境，为泥晶石灰岩生成环境。 Laporate模式 Irwin模式 潮上带、潮间带Z带潮下带上部Y带潮下带下部X带 2、杨等的模式Young et al.(1972)曾对于美国阿肯色的奥陶系碳酸盐岩进行了研究，他们根据其岩性及古生物特征，也拟定了一个以潮汐作用带为形式的相

11、带模式，划分出了四个相带。潮上带潮间带局限潮下带开阔潮下带 平均高潮面以上的向岸延伸的广阔平原。岩石类型：白云岩、白云质泥晶石灰岩、球粒泥晶石灰岩。沉积构造：干裂、鸟眼。 潮上带化石少见，有藻席。 潮间带平均高潮面与平均低潮面之间的地带。潮间带上部：类似潮上带，藻席发育。潮间带下部：内碎屑灰岩、生物碎屑灰岩，有柱状叠层石。化石较多，虫孔也较常见。 平均低潮面以下，波浪、潮汐作用较强，高能。岩石类型：内碎屑石灰岩或生物屑石灰岩，亮晶胶结。沉积构造：可出现低角度斜层理。 开阔潮下带生物化石丰富。 局限潮下带水体能量受到限制，为较低能环境。岩石类型：内碎屑生物屑灰岩，灰泥充填，亮晶少。生物化石多见，

12、在较浅部位可形成生物丘。 Laporate模式 Irwin模式 Young et al.模式潮上带、潮间带Z带潮上带、潮间带、局限潮下带潮下带上部Y带开阔潮下带潮下带下部X带 四、混积型沉积相模式阿姆斯特朗(Armstrong, 1974)曾长期对北美阿拉斯加北极地区的石炭系进行研究，他根据该地区石炭系两种不同的沉积组合，拟定了两个沉积模式。其中一个就是碎屑岩碳酸盐岩沉积模式。该模式代表一个海进组合，其底部为滨海碎屑岩，再向上为粉砂岩及页岩，最后为海洋碳酸盐岩。 Armstrong的碎屑岩碳酸盐岩沉积模式相带类型陆相 滨海的咸水淡水沼泽沉积 近岸相带 陆源碎屑沉积为主 局限 台地相 远岸相带

13、以含海绵骨针的泥岩为主 向岸相带 含粪球粒颗粒灰泥岩及泥质颗粒岩 开阔 台地相 向海相带 含棘皮类及苔藓类的泥质颗粒岩及颗粒质泥岩 浅滩相 主要为鲕粒及生物碎屑的颗粒岩，具交错层理 五、综合相模式1、 Armstrong的碳酸盐岩沉积模式 Armstrong拟定的两个沉积模式中的另一个就是碳酸盐岩沉积模式。 停滞缺氧盆地潮汐陆棚斜坡脚Irwin的X带前斜坡开阔海陆棚浅滩水开阔台地局限台地潮间潮上带Irwin的Y带Irwin的Z带 2、威尔逊(Wilson,1975)的模式 Wilson的模式与Armstrong十分相似，也划分为9个相带。 盆地 深水盆地 开阔陆棚 碳酸盐斜坡脚 较深水的 碳酸

14、盐陆棚 远海低能带 Irwin X带 暗色泥晶灰岩和页岩为主 前斜坡 生物(生态)礁 台地边缘砂 高能环境 Irwin Y带 礁灰岩、生屑灰岩、鲕粒灰岩、内碎屑灰岩 开阔台地 局限台地 台地蒸发岩 近岸低能带 或潮坪地带 Irwin z带 泥晶石灰岩、白云质灰岩、白云岩、蒸发岩等 Wilson的九个相带中还提出了24个微相，从而使应用这一模式提供了方便 。 3、塔克(Tucker, 1981)的模式Tucker将主要碳酸盐相与七种主要环境联系起来：潮上-潮间坪；泻湖及局限海湾；潮间-潮下浅滩；开阔陆棚及台地；礁及碳酸盐岩隆；礁前塌砾及泥丘；远洋碳酸盐泥及浊积盆地。 潮上-潮间坪泻湖及局限海湾潮

15、间-潮下浅滩碳酸盐台地陆表海开阔陆棚及台地礁及碳酸盐岩隆礁前塌砾及泥丘远洋碳酸盐泥及浊积盆地盆地较深水斜坡区在Tucker的模式中将开阔陆棚与台地放在一起，在碳酸盐台地中将泻湖(局限台地)与潮坪分开，开阔台地内又分出浅水碳酸盐砂滩，局部出现斑(点)礁及泥丘。比较切合陆表海碳盐的沉积模式。 六、深水碳酸盐沉积相模式前述诸模式基本上都是浅水海洋的甚至滨海的碳酸盐相的模式，只有少数模式涉及到了深水相(但较笼统)。随着深水碳酸盐岩研究不断深入，逐渐总结出一些深水碳酸盐相的模式，如多特(Dott,1963)的海下重力流沉积类型、麦克尔里斯和詹姆斯(Mcllreath and James,1979)的四种

16、不同的陆棚边缘的深水海洋沉积模式。 七、我国的碳酸盐岩沉积相模式我国对碳酸盐沉积相研究主要是20世纪70年代末和80年代初大量借鉴国外沉积模式来进行研究的。国外的碳酸盐沉积模式在我国已被广泛采用，尤其是Wilson的模式，但在使用过程中也还存在一些问题。我国广大沉积学工作者在实践中提出了许多模式，补充和修改了威尔逊模式不足之处，最具代表性的是关士聪等提出的模式。 广西泥盆纪主要沉积相模式示意图 第三节 礁与礁相Reefs and reef facies 一、概述生物礁是碳酸盐沉积中的一种重要类型，它是由大量的各种各样的生物堆积而成，或是由生物作用的产物。生物礁又是碳酸盐沉积中一种含油气的沉积类

17、型，在国外已发现了许多生物礁油气田。近年来，在我国渝东-鄂西二叠系生物礁、山东、珠江口盆地第三纪生物礁发现了生物礁油气藏，最近又在北部湾石炭纪生物礁内发现高产油气藏，这预示着我国生物礁具有广阔的油气潜力。 1、礁的概念有关礁的概念已有一百多年的历史，但直到现在还存在着认识上的争议。礁(reef)这一术语来源于挪威语rif，其含义为脊。十九世纪中期以后，一些地质学家把它应用到古代岩石中，从此开始古代礁的研究。在研究古代礁时，由于只能根据地质时代中保存下来的有限的资料来认识它，并且差不多都是从生物造成的海底地形上的特点来讨论礁的存在与否。这样，除了一引起真正的礁外，常常把一引起因海流作用造成的异地

18、介壳堆积、鲕粒丘、石灰岩的残山、甚至一些砂页岩与石灰岩的相变也看成是礁。 为了澄清这种混乱，卡明斯和施罗克(1928，1932)提出了生物丘(bioherm)和生物层(biostram)的概念。这两个术语出现后，在礁的概念中又引起了新的争议。一些研究者直接引用他们的概念，着重强调地形上的特点，并通过地层的接触关系去论述礁。另一些研究者则强调造礁生物和它们的生态。于是生态礁的概念开始引起人们的注意。有些研究者为了避开这种争议而使用“生物碳酸盐建隆”(organic carbonate buildup)这个一般性的术语。 生态礁指造礁生物的原状地生长造成的坚固的抗浪骨架，它在地形上具有隆起的正性地

19、貌特征。强调生物成因、抗浪骨架、隆起地貌。由于它的存在足以影响四周沉积环境，从而形成前后不同的相带。 礁复合体或礁组合是指礁石灰岩和有关的碳酸盐岩的集合体。除上述生态礁的概念外，还有一类所谓广义的礁。实际上是指厚的碳酸盐岩体，横向上延伸不远。 中国对古代礁的研究起步较晚，自1963年何可梗发表第一篇论证贵州二叠纪地层中生物礁的文章之后，直到70年代后期中国古代礁体的研究工作才取得了显著进展，如曾鼎乾、范嘉松等。现已查明中国自震旦纪至三叠纪各地质时期以及第三纪均有礁的分布。在礁型油气藏勘探方面也取得了明显的成果。 2、礁的基本特征礁主要由礁核和礁翼组成。在一些群礁复合体中，礁间沉积也与礁的发展有

20、密切关系。礁核礁核是指礁体中能够抵抗波浪作用的那部分，乃礁的主体。它主要由原地堆积的生物岩或粘结岩组成。其中生物的含量很高，主要是造礁生物，还有一些附礁生物。 礁翼礁翼通常是指礁相与非礁相呈指状交错过渡的那部分礁体。礁体迎风的一侧称礁前，背风的一侧称礁后。礁后沉积多由分选较好的砂屑石灰岩组成，胶结物多为亮晶方解石，背风的地方含有较多的灰泥基质。碎屑物质主要为来自礁核的生物碎屑。礁前处于迎风一侧，在风浪冲击下，礁碎屑顺着礁前缘的陡坡堆积形成的岩石一般称为礁前塌积岩或礁前角砾岩。 礁间在一些群礁复合体中，礁与礁之间的沉积物和生物组成与礁的发展有极其密切的关系。海侵时，群礁发展，礁间可出现正常海相沉

21、积。海退时，群礁发展受限制，礁间可出现一些泻湖相的沉积。 二、礁的分类1、根据礁的形态和礁与海岸的关系岸礁(裙礁)岸礁从海岸向海方向生长的礁，即和陆地或岛屿相边的礁。这种岸礁有时可以沿陆地或岛屿的边缘分布并延伸很远，就象把陆地或岛屿镶饰上一个裙边，所以也叫裙礁。堤礁(堡礁)环礁 堤礁离岸有一定距离，常呈带状，其延伸方向多与海岸平行；由于它象带状延伸的堡垒一样护卫着海岸，所以也叫堡礁。环礁是远离海岸即位于广海中的呈环形或不规则的断续环形礁，其四周常露出海面呈低矮的环形礁岛，其中间常呈现一个不深的泻湖。 2、根据礁的形成环境分台地边缘礁盆地礁泻湖礁台地礁滩礁 3、根据礁的形态分线状礁也可把分散在盆

22、地、泻湖、台地或滩中的孤立礁，称作斑礁(或补丁礁)或点礁。马蹄礁点礁塔礁桌礁台礁也有把前述的一引起名称复合使用的，如马蹄形环礁、台地(内)点礁、盆地(内)环礁等。 4、曾鼎乾等(1994)从我国各地质历史时期中的生物礁的实际情况出发，根据礁的古地理位置和几何形态，把礁分为台地边缘礁、堤礁、环礁、塔礁和点礁等。5、范嘉松从生态的观点讨论了我国地质时代中生物礁的分类，他把礁划分为生物建隆礁、障积建隆礁以及灰泥建隆礁。 障积式粘结式附着式骨架式胶结式三、礁的形成及生物造礁作用1、礁的形成条件能使造礁生物群落中的生物蓬勃发展的合适的生态条件。2、生物造礁作用生物造礁作用方式 3、礁的形成与演化同自然界

23、的其他事物一样，礁也有它的发生、发展和消亡的过程。海侵过程中的古地貌多常常是礁的发生地；地壳下沉的幅度与造礁生物生长幅度一致是生物礁发育的必要条件。海侵过程中海平面上升幅度太快，海水变深，或海退过程中海平面下降得太快，海水变浅，盐度增加，以及其他因素等，都会中止生物礁的发育。 詹姆斯(James,1979)从造礁生物的生态学出发，将生物礁的发展划分为四个阶段。定殖阶段拓殖阶段泛殖阶段统殖阶段 在我国西南地区，晚二叠世地层广泛分布，其上部常有礁。根据礁的微相和岩石学特征，可把礁的发展划分四个阶段。生物碎屑浅滩形成阶段板状造礁生物发展阶段块状造礁生物发展阶段放射状红藻阶段 四、礁复合体和礁相自亨森

24、(Henson,1950)提出礁复合体或礁组合这一概念以来，大多数人都把它看作是生物礁的不同相的总称。凡是与礁发展有关的相都应概括在礁复合体中。 礁骨架相、礁顶相、礁坪相、礁后砂相、泻湖相、礁斜坡相、近侧塌积岩相、远侧塌积岩相 五、地质历史中的礁和造礁生物地史上最早的礁出现在晚前寒武纪，它们主要是一些蓝绿藻捕集灰泥而形成的丘状构造。寒武纪、藻仍然是主要的造礁生物。O、藻类，管状珊瑚。D、极为重要的造礁期，层孔虫、珊瑚、藻。C、珊瑚、苔藓虫、藻。P、海绵、苔藓虫、水螅、一些钙质红藻。T、生物建造的规模较小，分布不太广泛。J、珊瑚、海绵。K、生物建造分布于40N20S范围内。R、礁比较发育，规模比较大，珊瑚、藻类。 六、礁分布与油气的关系礁及其复合体极易形成有效圈闭而成藏。凡有碳酸盐岩发育的地区，大部分都存在由礁控制的油气田。礁型圈闭常具有较高的孔隙度和渗透率。礁型油气田具有良好的生、储、盖组合。礁型油气田一般分布于礁核。