海相碳酸盐岩层序地层学

第一节碳酸盐岩沉积背景及其控制因素第二节层序界面和体系域类型第三节层序地层学样式及其与油气勘探的关系第五章海相碳酸盐岩层序地层学补充内容1.几种常用的术语碳酸盐建隆：指在原地形成的横向上局限、呈凸起地形的碳酸盐体,它不涉及内部的组成：(1)生物格架礁：由抗浪的生物格架组成，该术语通常也称生物礁；(2)生物滩：主要由生物碎屑堆积而成，大部分是由于陷落或阻挡作用而堆积，但也有一部分是由波浪和水流机械堆积的；(3)灰泥丘：灰泥基质超过了其它组分，如生物粘结岩和生物碎屑组分。因此它的形成兼有水动力学堆积和原地生物产生的作用；(4)沉积物堆积(分选、磨蚀的骨骼)建隆：指任意形态的沉积物堆积，其内部组成表明，它主要是移动质点的机械堆积作用形成的。也有人用滩表示这一含义，如鲕粒滩、生物碎屑滩、砂屑滩、砾屑滩等。碳酸盐缓坡：指从岸线向盆地缓慢倾斜的大型碳酸盐沉积体，其坡度很小(1o)，与较深水的低能环境间一般没有明显的坡折，有的缓坡坡度很小，以致于难以把缓坡与台地分开，因此这两个术语经常交换地使用，碳酸盐台地：指具有近于水平的顶和陡峻的陆棚边缘的大型碳酸盐沉积体，在其边缘常常有高能量的沉积物。海相碳酸盐岩主要沉积在包括地史时期宽阔的浅水陆表海台地在内的浅海陆棚台地上。碳酸盐岩台地可在克拉通地块边缘、克拉通内部盆地、远岸滩坝的顶部和宽阔陆棚上的局部的高地上，碳酸盐岩环境也可见于海滩、泻湖和潮坪的边缘海环境的部分地区2.陆棚沉积环境根据台地边缘的性质，有五类碳酸盐岩台地(1)镶边碳酸盐岩台地(2)无镶边（开阔陆棚）碳酸盐岩台地(3)碳酸盐岩缓坡(4)孤立碳酸盐岩台地(5)陆表海碳酸盐岩台地镶边碳酸盐岩陆棚是在陆棚边缘到斜坡深水区之间有一明显的坡折，沿台地边缘具有连续的由礁或骨屑/鲕粒砂浅滩组成的，吸收波浪作用限制水循环的环边或障壁，从而形成由陆棚边缘障壁向陆一侧的低能泻湖环境。泻湖向陆常演变为低能潮坪而不是高能海滩。无镶边台地没有明显的边缘障壁，见于大型热带堤坝的背风面以及所有冷水碳酸盐岩环境，穿过台地的水循环使得沿岸带成为中到高能的海滩，陆棚边缘形成骨屑、鲕粒－球粒浅滩，受到的动力作用类似于硅质陆棚的动力作用。碳酸盐岩缓坡是坡度小于1º的无镶边台地，其浅水沉积与斜坡深水沉积之间的陆棚边缘高能带为由不连续的砂质浅滩而不是礁体组成的不明显坡折过渡，孤立碳酸盐岩台地（巴哈马型）是浅水陆棚外的，周边为几百米到几千米的深水环绕的几十到几百米宽的浅水台地。可以有类似于缓坡型斜坡的边缘，也可以有类似于镶边台地一样的陡坡边缘。这种孤立台地几乎没有陆源碎屑供给，其它孤立台地有：Bermuda,Barbados,andtheCookIslands。没有陆表海台地的现代例子，但古生代和部分中生代确常有几百至几千公里宽，覆盖几百万平方公里的浅水台地；我们只能推测在这种宽阔陆棚上的水动力作用：与广海相连，风暴和波浪强烈影响水循环，潮汐作用也很重要，陆源碎屑输入少。大陆边缘的高能带：与陆源碎屑陆棚不同的是，许多现代碳酸盐岩台地，特别是镶边台地在外陆棚边缘具有特征的地貌建隆。这种建隆由生物礁、碳酸钙质浅滩或小岛组成，对波浪起阻挡作用，这种外部障壁通常为允许高速潮流通过进入陆棚的网状潮道所切割。建隆上的水深通常只有几米，属于高能带；低能带：而中陆棚的水深可达几十米，通常位于正常浪基面之下，除点礁、局部堤坝、浅滩和碳酸盐岩缓坡沿岸外，总的属于低能环境；陆棚水循环的控制因素（碳酸盐岩相分布）：障壁和陆棚宽度如果障壁发育，或者陆棚很宽，由于底部对水能的广泛摩擦导致水循环受到限制，换句话说，宽阔的陆表海的水循环应该是受到限制的。循环不好的水体盐度就会异常，盐度变化影响生物的数量和分异度，从而又影响碳酸盐岩的沉积。内陆棚是最局限的环境。陆棚沉积的能量分带特征碳酸盐岩沉积与搬运作用－碳酸盐岩工厂虽然碳酸盐岩的沉积环境是从潮上带到陆棚外的深水环境，但中－外陆棚的浅水台地是碳酸盐岩的原产地，被James（1984）称作潮下带碳酸盐岩工厂。在这产生的碳酸盐岩主要在陆棚上沉积，而一些被向陆搬运到潮坪、海滩和潮下环境，一些被搬运到陆棚外的斜坡和深水盆地沉积。深水碳酸盐岩沉积见于现代海洋的斜坡和邻近的盆地底部，以及显生宙时期地层中。钙质软泥：除了近表层水的钙质浮游生物沉降外，陆棚外的深水环境产生的碳酸盐岩极少。碳酸盐岩工厂产生的碳酸盐岩：被搬运到陆棚外的斜坡和深水盆地沉积。深水区碳酸盐岩沉积物来自于风暴浪、浊流、碎屑流、颗粒流、滑塌滑动、岩崩等把沉积物从陆棚搬运到深水中。3.深水碳酸盐岩沉积环境4.生物礁沉积环境环礁台礁、平顶礁小环礁岸礁生物礁具有完全不同于陆棚其它地区的独特的环境，大部分现代礁生长在浅水中。障壁礁是位于台地边缘的线性礁体；基本上都是侧向连续的，延伸可达几百公里，如澳大利亚大堡礁在澳大利亚东陆棚上延伸达1900公里；岸礁：在一些现代陆棚很窄的地方，线性礁体紧贴岸线生长，中间没有泻湖分隔，环礁是环绕在太平洋深水区的海山顶部孤立的环状礁，这些礁构成包围浅水泻湖的外围环形抗浪障壁；小环礁是在泻湖中或在环状边缘形成的环状构造；补丁礁、塔礁或台礁是指沿陆棚边缘和散布在中陆棚的小型孤立礁体；平顶的台礁也见于深水中；三、碳酸盐岩沉积作用（1）化学和生物化学作用1.沉积作用无机沉淀：溶解度pH温度二氧化碳含量温度升高压力降低植物的光合作用二氧化碳含量的减少CaCO3沉淀现代海洋生物从海水中吸取碳酸钙形成介壳和骨骼在寒武纪以后，甚至在前寒武纪的碳酸钙沉淀中起到关键作用。有机沉淀生物觅食和扰动导致生物碎屑及其它碳酸盐岩物质的分解和产生各种痕迹化石间接作用直接作用以造礁珊瑚和钙质绿藻为主，另加一些有孔虫；除生物骨架残骸外，还包括鲕粒、颗粒集合体、球粒和灰泥生物组合碳酸盐岩沉积物适宜在陆源硅质碎屑输入少的温暖的浅水环境沉积，在高纬度冷水环境的碳酸盐岩沉积物几乎都是生物骨骼残骸。由底栖有孔虫、软体动物、节肢动物、苔藓动物和钙质红藻组成是现代陆棚的重要组成部分，从有冷水入侵的中－低纬度到高纬度地区都有分布，古代第三系－古生代地层中也有报道冷水型生物残骸组合有孔虫组合（异珊瑚组合）温水型生物组合(~20ºC)绿藻珊瑚组合（光合珊瑚）有助于碳酸钙沉积物的生产陆棚上水的循环从深水区带来生物生长所需要的养分障壁岛波浪破碎使水与大气作用而增加水中的含氧量由于水压的降低而降低CO2的含量（2）物理作用因此，现代的礁体在波浪搅动带最发育，生物成因的碳酸钙沉积物总的来说是波浪运动刺激的结果。动荡的水体是鲕粒形成的关键因素，水体流动导致水下增生和胶结也有助于葡萄石和粪球粒的形成与保存；对碳酸盐岩物质的改造和搬运作用在沉积物的重新悬浮和搬运过程中的主要营力：波浪、水流、风暴、沉积物重力流波浪和水流：对碳酸盐岩沉积物的搬运和簸选在高能的陆棚台地外缘特别常见；礁体前缘强波浪的击打导致礁石的破碎，产生被向海向陆搬运的生物碎屑；波浪和水流把碳酸盐岩泥从粗粒沉积物中簸选出来并搬运到陆棚台地和其它局限的陆棚地区。粗粒沉积物本身可以作为簸选后的滞留沉积，形成砂或砾石坪，也可以被搬运沉积形成浪成坝和浅滩、海滩、砂嘴，或者潮汐三角洲和潮汐坝。风暴、沉积物重力流：风暴对陆棚碳酸盐岩沉积物的改造与对硅质碎屑沉积物的改造一样；沉积在斜坡和盆地的深水环境深水碳酸盐岩，除了远洋碳酸盐岩（侏罗纪以后的钙质浮游生物：有孔虫、绿藻、微体腹足类等）外，主要是被风暴、沉积物重力流搬运到深水环境的浅水碳酸盐岩（5）碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受到抑制碳酸盐岩可容空间分布样式主要受四个主要变量控制：（a）构造沉降：产生沉积物可容空间的；（b）全球海平面升降变化：地层分布模式和岩相分布的主要控制因素；（c）沉积速率：控制古水深；（d）气候：是控制沉积物类型的主要因素，其中降雨量和温度控制了碳酸盐岩、蒸发岩的分布。这几个因素的相互配置和综合构成相对海平面波动。容易起主导作用影响可容空间变化进而决定碳酸盐岩层序分布样式的主要是构造沉降和气候变动。要造成巨厚的碳酸盐沉积，盆地的沉降速率必须与沉积速度相适应，气候、清水环境和生物繁殖要适宜第一节碳酸盐岩沉积背景和沉积控制因素一．碳酸盐岩沉积背景碳酸盐岩台地和滩是碳酸盐岩沉积最为活跃的地方，根据它在盆地中的位置和地层剖面坡度，可将碳酸盐岩台地和滩边缘剖面划分成三种类型．一是位于盆地边缘的区域性碳酸盐岩缓坡剖面，其沉积坡度小于5°．二是镶在盆地边缘的区域性前积台地和滩剖面，其前缘斜坡坡度为5°—35°。三是浅海台地或孤立台地剖面。1)盆地边缘的区域性碳酸盐岩台地和缓坡剖面盆地边缘的区域性碳酸盐岩台地和缓坡沉积坡度都小于5·，但其沉积厚度可以变化很大，从几米到几百米，生长模式也可以呈从加积到进积的型式．碳酸盐岩缓坡是在正地形区发展建设而成的，并顺着平缓的古斜坡向下沉积，斜坡上相带宽缓、不规则，也没有明显的地形坡折。在地震剖面上，缓坡剖面表现为低角度的“S”型或叠瓦状前积结构。2)盆地边缘的区域性前积滩和台地剖面盆地边缘的区域性前积滩和台地剖面以具有前缘斜坡的前积模式为特征。前缘斜坡的坡度为5·~-35·，前积滩的厚度从几米到几百米，前积距离可达数百千米。它们呈“S”型、“S”型—斜交型和斜交型前积模式。在碳酸盐岩层序剖面中，常见碳酸盐岩前积滩和台地剖面呈缓坡或低角度“s”型前积到斜交型前积形式，这可能是高位沉积结束时海平面下降的产物。3)浅海孤立台地剖面作为一种厚层大型复合建造，浅海孤立台地多出现在远离区域性盆地缓坡或台地的地方．拉张盆地中地垒式断块常常诱发孤立台地的发育．这些地垒式断块可以作为沉积浅海碳酸盐岩的场所，而地堑内往往沉积深水泥质沉积物。孤立台地常具有陡峭的边缘，那里可能是台地面临海洋的一侧。在地震剖面上，孤立台地常响应于明显的宽缓丘形反射。二.碳酸盐岩台地和斜坡沉积相带碳酸盐岩沉积剖面都有各自的特征沉积相带，相带的宽度和复杂程度以及对水深、水化学性质的敏感程度都是变化的。在陆棚狭窄、陆棚边缘陡峭的地方，相带分布窄而规则；在台地和边缘区、陆棚区宽阔的地方，相带分布较宽而复杂。作为一个具有代表性的碳酸盐岩沉积剖面，可识别出潮上一潮间坪相、潮下浅海陆棚相、台地或滩边缘相、前缘斜坡相和盆地相。1)潮上一湖间坪相潮坪沉积环境由潮上、潮间带和潮下带三个次级沉积环境构成。潮上带：由泥或粉砂级颗粒沉积物组成，具有较发育的风暴成因纹层、藻纹层、内碎屑层，其中藻纹层可延伸到潮间亚相。潮上环境具有泥裂、鸟眼构造。潮间带：通常是富含泥质和具有潮汐水道的复合体。在潮汐水道中一般含有内碎屑和碳酸盐岩岩屑，底部滞留沉积，其上覆具有潜穴的骨屑石灰岩。潮下带：由灰泥灰岩和颗粒灰岩组成，缺乏原始沉积构造。2)浅海陆架相该相带常由潮下骨屑泥灰岩、粒屑灰岩和砂屑灰岩等岩性构成的、向上变浅的准层序组成。若存在正常海水，则该相带动植物群发育，包括珊瑚、软体动物、腕足动物、海绵类、有孔虫及藻类等，生物扰动构造普遍存在。当陆棚受限时，则可能形成广泛的蒸发岩泻湖，并以被石膏或硬石膏覆盖的泥质支撑石灰岩构成的、向上咸化的准层序为特征。3)台地或滩边缘相台地或滩由砂屑灰岩、泥屑灰岩及生物礁在内的岩相复合体组成。滩边缘相通常含有小到中型的槽状交错层理和海底硬地。生物丘(Bioherm)含有生物或胶结物粘结的块状礁体和斑礁体，其间隙被灰质泥岩、骨屑灰岩和泥质灰岩充填。在很多情况下，滩边缘单个准层序的识别比较困难，这是因为垂向叠加的碳酸盐岩是在活跃的高能波浪和海流机制下沉积的。4)前缘斜坡相前缘斜坡相位于台地或滩边缘坡折向海方向的斜坡面上。沉积斜坡坡度可达35o以上，水深从几十米到百米以上。沉积岩相由伴随着巨型滑塌的成层灰质泥灰岩、透镜状或楔状碳酸盐岩碎屑或生物碎屑钙质砂组成，此外，硅质碎屑岩可作为碳酸盐岩的夹层出现。该相带中准层序的发育不明显，表现为碳酸盐岩(海进)和页岩(海退)互层，或者表现为灰泥与碎屑砂层互层。5)盆地相岩石成分取决于水深和水的循环程度。对于水深达100m、水体盐度正常、含氧丰富和水体循环良好的盆地环境，岩性常以潜穴化骨屑石灰岩和含有一些泥