第十七章 海洋碳酸盐沉积环境(相)

第十七章海洋碳酸盐沉积环境（相）第一节概述一、碳酸盐沉积物的生成条件“暖、清、浅”（一）最有利的生成环境是温暖、清洁、透光的浅海陆棚；（二）热带、亚热带开阔海的表层水中，也形成大量的碳酸盐沉积物；（三）水温较低的中、高纬度浅海中也有碳酸盐沉积。

二、碳酸盐沉积物的搬运和沉积碳酸盐的沉积作用主要发生在热带浅水陆棚和浅滩上，这些沉积物的一部分会被向陆和向深海盆地搬运。

这样，碳酸盐的沉积物有三个不同的沉积区：海岸沉积区、浅水陆棚区和深水盆地区。

潮汐流和风暴流将浅水陆棚上生成的碳酸盐沉积物向岸搬运到潮坪或海滩上，在那里形成碳酸盐砂和灰泥的沉积。

风暴回流和重力流则将浅水陆棚上生成的碳酸盐沉积物搬运到深水环境中沉积，这些基质支撑的颗粒沉积层在深水环境中与细粒的悬浮物沉积在一起。

留在浅海陆棚区的碳酸盐沉积物，在波浪和潮汐流的簸扬下，灰泥被带到低能泻湖或较深水中沉积，在波浪作用强的高能带留下碳酸盐砂，形成颗粒滩或生成生物礁。

这样，在海洋环境中就形成了多样的碳酸盐岩。

第二节现代碳酸盐沉积环境现代碳酸盐沉积环境分为海洋环境和非海洋环境。

其中海洋环境是主要的。

一、滨岸浅水碳酸盐沉积滨岸或浅水海洋环境一般指水深小于20米的各种海洋环境。

（一）无障壁的海岸碳酸盐沉积海南岛沿岸现代盐沉积是较好的例子。

1.潮间带海滩岩相当于前滨带的潮间带，最明显的特征是“壳积线”，或者说是由碳酸盐型海滩岩组成的滩脊。

海岸沉积物中大量的海生动物壳，由于波浪和潮汐的作用而堆积成为延伸方向平行于海岸的“壳积线”。

2.礁屑平台由于海南岛附近水域的海水温度、含盐度、透明度等性质有利于珊瑚的生长，而在滨岸带大量繁殖了小型珊瑚礁，当它们被波浪等营力打碎后，就成为碳酸盐的碎屑沉积物，因而形成了一些碳酸盐质的礁屑平台。

3.砾石层阶地由半固结的碳酸盐胶结砾石组成，分布在开阔滨海沉积带中。

距岸越近，基岩成分的砾石越多，距岸越远，生物碎屑的砾石越多。

4.珊瑚海南岛沿岸的珊瑚有116种，主要构成岸礁和裙礁。

（二）与大陆毗连的有障壁海岸—浅海波斯湾南部的特鲁西尔海岸可作为这方面较好的例子。

风和潮汐是这里的主要营力。

阿拉伯语一侧的沿岸地区及其附近的水下大陆架是各种碳酸盐和蒸发岩的沉积环境。

这些环境包括潮上盐沼（萨巴哈）、潮间带、潮下泻湖、滨外滩及珊瑚礁（位于迎风一侧）以及开阔的陆架。

在此，鲕粒和礁正在形成。

鲕粒在潮汐水道口处形成潮汐三角洲。

在潮下泻湖一侧则主要沉积了球粒状灰质砂，在泻湖内部则是含文石的灰泥。

潮上带的萨巴哈环境是很好的成岩变化场所，可引起蒸发矿物的沉淀作用和准同生的白云化作用。

二、浅海陆棚碳酸盐沉积浅海陆棚的水深大于20米或50米，且在波基面以下。

可举大巴哈马滩（巴哈马台地）为例说明。

大巴哈马滩位于安得罗斯岛以西，在此潮汐作用很强，是主要的水动力因素。

这里不能成礁，是因为来自东边泻湖的退潮水带来了高盐低氧水，不利于造礁生物的生长。

在潮汐通道中形成鲕粒，构成通常所说的鲕粒坝或鲕粒滩。

生物颗粒砂沿台地边缘呈带状分布，宽数公里。

三、深海碳酸盐沉积在现代深海海底1/3以上的地区都覆盖着含有30%以上钙质的软泥。

最常见的深海碳酸盐沉积物是浮游有孔虫软泥、颗石软泥和翼足类软泥。

一般由微体、超微体钙质生物化石组成。

这些生物在各种海洋中都有，但在赤道附近更多，因为此处养料多。

四、非海洋碳酸盐沉积非海洋碳酸盐沉积以湖泊碳酸钙沉积最有意义。

湖泊碳酸盐沉积规模可大可小。

它可以具有类似滨岸—浅水海洋环境中生成的各种颗粒。

湖泊成因的碳酸钙沉积物和石灰岩，可以和浅海环境中的碳酸钙沉积物和石灰岩非常相似，与其中的区别主要靠一些特征的海洋生物或自生矿物。

美国犹他州大盐湖碳酸盐沉积特征与海洋的十分相似。

西亚死海也正沉积低镁方解石、文石以及石膏等矿物。

青海湖是一个以碎屑沉积为主的微咸水湖泊，其沉积物具有明显的分带性。

其半深湖—深湖区，在水深25米以下的黑色淤泥中，主要是泥质和钙质淤泥，占据了湖底面积的60%。

钙质淤泥已达到形成泥灰岩的程度，在盆地东北部有鲕粒砂和风成砂，呈非带状分布，局部地区还有石灰华等特殊沉积。

我国东部下第三系古湖泊沉积中，碳酸盐沉积较发育，不但有碳酸盐滩坝，还有生物礁。

具有良好的生、储、盖，油气显示丰富，如东营平方王沙四段复式礁体。

五、现代碳酸盐沉积作用的基本特点（一）暖、清、浅的水体最有利于碳酸钙沉淀（二）形成过程中，机械作用占重要地位尤其在水体运动较强的地带表明尤为明显。

礁的发育、叠层石的堆积也均与水体能量密切相关。

（三）碳酸盐颗粒大部分原地生成即盆地内形成的。

（四）碳酸盐沉积与陆源碎屑沉积呈消长关系。

（五）现代碳酸盐沉积作用主要发生在两种类型台地：1.与大陆毗连的台地，如波斯湾（阿拉伯）、南佛罗里达、我国南海地区；2.孤立于大海大海中的浅水台地，即浅滩和礁等，如巴哈马滩，我国的西沙和南沙群岛礁等。

（六）形成碳酸盐台地最重要的是保持浅水环境碳酸盐台地的形成结果表明，最根本的是保持浅水环境，即海底下沉速度与碳酸盐沉积物的补偿速度一致（七）半深海—深海环境的海底也存在各种碳酸盐软泥第三节海洋碳酸盐岩沉积模式碳酸盐岩相模式最早由肖（Shaw,1964）提出，经欧文（Irwin，1965）、拉波特（Laport,1967,1969）进行补充，直到1969～1975年威尔逊（Wilson）进一步划分出碳酸盐岩的九个标准相带，建立了较为详细的理想模式。

与此同时，我国一些学者，如关士聪（1980）也提出了中国古海域发育的碳酸盐岩相带综合模式。

一、按能量带划分的理想模式——适用于陆表海清水盆地的理论模式（一）陆表海和陆缘海的概念1.陆表海（epeiric sea, epicontinental sea, inland sea, continental sea）也称内陆海，陆内海，大陆海等，是位于大陆内部或陆棚内部的，低坡度的（海底坡度一般小于1ft/mile），范围广阔的（延伸可达几百到几千英里），很浅的（水深一般只有几十米）浅海。

2.陆缘海（pericontinetal sea）也呈大陆边缘海，是位于大陆边缘或陆棚边缘的、坡度较大的（海底坡度约2～10ft/mile）、范围较小的（宽度一般100～300miles）、深度较大的（水深可达200～350米）的浅海。

地质历史中沉积碳酸盐岩的主要浅海是陆表海，现在的浅海大多是陆缘海。

肖提出了以上两个概念，还第一次表述了陆表海的水能量特征，提出陆表海的碳酸盐沉积分异主要决定于海水的能量。

为陆表海碳酸盐沉积环境分析和相带划分奠定了理论基础。

（二）陆表海清水沉积模式和能量相带欧文（1965）根据肖的能量理论，进一步提出了陆表海清水模式和能量相带（X、Y、Z）的理想序列。

根据波浪和潮汐作用的能量把一个没有或很少有陆源物质输入的陆表海由广海到滨岸划分为三个能量带，并命名为X、Y、Z相带。

1.X带（低能带）此带海底位于波基面以下，宽约数百英里。

沉积物主要来自Y带的灰泥。

沉积物多为暗色，是有利于生油的环境。

2.Y带（高能带）此带从波浪冲击海底的起点起，向海岸方向延伸至波浪及潮汐的能量大部被消耗为止。

宽约数十英里。

沉积物基本上由生物成因的或碎屑成因的碳酸盐颗粒组成。

是良好的油气储集相带。

3.Z带（低能带）位于Y带的向岸方向，直到滨岸。

水浅而能量低，宽可达数百英里。

岩石主要是泥晶灰岩、泥晶白云岩以及蒸发岩。

化石少见，但叠层藻席相当发育。

（三）潮汐作用相带模式1.拉波特（1967,1969）（1）潮上及潮间带：相当于欧文的Z带；泥—粉晶白云岩、白云质泥质灰岩、球粒泥晶灰岩；纹理、干裂、鸟眼构造等常见，化石少见。

（2）浅的潮下带：相当于欧文的Y带；薄层不含化石的球粒泥晶灰岩；（竹叶状）砾屑常见，也有鲕粒和砂屑；叠层石常见，化石种类单调，但数量相当丰富。

冲刷现象常见，也有干裂。

（3）无陆源沉积的潮下带：相当于欧文的X带上部；是礁和滩的发育带。

（4）有陆源沉积的潮下带：相当于欧文的X带下部。

泥晶灰岩的生成环境。

2.杨等（Young et al.,1972）（1）潮上带、潮间带、局限潮下带——Z带；（2）开阔潮下带——Y 带；（3）没有X 带。

较低能的局限潮下带是相当重要的。

如果高能的开阔潮下带相当发育，在地形上再凸起一些，那么这种较低能的局限潮下带就向泻湖过渡了。

二、威尔逊的标准相带模式考虑到海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、盐度及海水循环等综合因素的控制，建立了综合因素碳酸盐岩标准相带模式，包括三大相区和九个标准相带。

（一）盆地相区1.盆地相：属于深海盆地2.开阔陆棚相3.（二）台地边缘相区以生物礁、生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、内碎屑灰岩为特征，是良好的油气储集相带。

分布范围较窄，称为窄相带。

4.碳酸盐台地前缘斜坡相：远岸低能与高能的过渡带；5.台地边缘的生物礁相：位于波基面以上，高能环境，相当于Y 带。

6.台缘砂相（台地边缘浅滩相）：（三）台地相区7.开阔台地相8.局限台地相9.台地蒸发相三、其他（一）碳酸盐台地—陆表海沉积模式塔克（M. E. Tucker,1981）的将海洋碳酸盐岩沉积划分为7个主要环境。

1.潮坪2.滩后泻湖3.地台浅滩整个陆棚即为一个台地4.开阔潮下（泻湖）—正常浪底以下5.台缘礁或台缘浅滩——正常浪底以上6.台前斜坡大陆斜坡7.碳酸盐浊积盆地——浪底以下我国古代碳酸盐的沉积相特征与塔克的模式极为吻合。

（二）中国古代海域沉积环境综合模式（关士聪）和碳酸盐缓坡模式（阿尔）第四节碳酸盐岩的含油气性据英国石油公司1971的统计，当时世界石油总可采储量1030亿吨中，属于碳酸盐岩油田的占52%。

此外，世界上绝大部分高产油井都与碳酸盐岩有关。

我国在碳酸盐岩油气勘探方面取得了显著成果。

四川中生界～古生界的碳酸盐岩的天然气和石油已经有上百年的开采史。

70年代在华北古生界碳酸盐岩中找到了高产油田。

长庆油田也在鄂尔多斯盆地古生界找到了大型气田。

随着研究工作的深入，勘探程度的提高，我国碳酸盐岩油气资源的勘探工作必将取得更大的成果。

一、生油条件在还原环境和富有机质的低能环境中沉积而成的泥状灰岩是重要的烃源岩。

二、储集条件碳酸盐岩的储集空间大都是次生的。

加上因构造应力和其他作用形成的裂缝，可使碳酸盐岩岩储集层成为高产油气层。

次生储集空间受碳酸盐岩成岩过程控制，但仍与沉积环境有关。

较好的储层来自生物礁相、颗粒滩相及潮坪相，白云岩化也常与这些相带有关。

原生孔隙发育和沉积期、成岩早期的暴露，可能对后来的埋藏成岩过程有相当的影响。

裂缝是碳酸盐岩储藏高产的重要因素。

在碳酸盐岩油气勘探中都十分注意寻找裂缝发育带。