碳酸鹽巖沉積相模式與應(yīng)用

第十二章碳酸鹽沉積環(huán)境及相模式第一節(jié)海洋碳酸鹽沉積環(huán)境特點(diǎn)

一.碳酸鹽沉積物產(chǎn)生的條件

溫暖、清潔的淺海海域。在現(xiàn)代主要分布于南北緯30°之間。

生物骨胳和藻類繁盛是形成碳酸鹽沉積物的最主要因素。

碳酸鹽顆粒（內(nèi)碎屑、鮞粒、藻粒、球粒、生物顆粒）

碳酸鹽骨架（珊瑚、層孔蟲(chóng)等）

碳酸鹽泥（機(jī)械的、化學(xué)的、鈣藻、鈣質(zhì)超微生物）珊瑚礁灰?guī)r二.碳酸鹽沉積物的搬運(yùn)和沉積1.碳酸鹽的沉積作用主要發(fā)生在熱帶淺水陸棚和淺灘上2.碳酸鹽顆粒、泥同陸源碎屑一樣，可以遭受水體的搬運(yùn)和簸選。3.碳酸鹽沉積物有三個(gè)沉積區(qū)：海岸沉積區(qū)、淺水陸棚區(qū)和深水盆地區(qū)。

潮汐流和風(fēng)暴流將碳酸鹽沉積物搬運(yùn)到潮坪或海灘上，形成碳酸鹽砂和灰泥沉積。

風(fēng)暴回流和重力流將碳酸鹽沉積物搬運(yùn)到深水環(huán)境沉積，基質(zhì)支撐顆粒沉積層與細(xì)粒懸浮物沉積在一起。留在淺海陸棚區(qū)的碳酸鹽沉積物，在高能帶形成顆粒灘或生物礁。4.大部分粗碳酸鹽沉積物的搬運(yùn)距離不遠(yuǎn)。5.顆粒間灰泥基質(zhì)的多少、顆粒的填集特點(diǎn)是判斷水體能量的標(biāo)志。6.常在大面積上垂向加積，側(cè)向加積少。三.碳酸鹽沉積物的沉積速率Wilson(1975)統(tǒng)計(jì)，全新世淺水碳酸鹽的沉積速率平均1.0m/1000a，礁帶3m/1000a；大巴哈馬灘和安德羅斯島潮坪0.7m/1000a；深水（慢）1cm/1000a甚至無(wú)。四、碳酸鹽沉積的基本規(guī)律絕大多數(shù)碳酸鹽在淺海環(huán)境中形成，其沉積作用過(guò)程主要受到化學(xué)和生物化學(xué)條件的控制。1、生物在碳酸鹽巖沉積中具有重要作用；2、水動(dòng)力條件對(duì)碳酸鹽巖沉積具有控制作用；3、碳酸鹽巖沉積基本在原地形成；4、碳酸鹽巖沉積主要形成于溫暖、清潔、透光的淺水環(huán)境；5、碳酸鹽巖沉積作用迅速，但容易受到控制(抑制)。在20世紀(jì)50年代以前，人們對(duì)碳酸鹽巖沉積環(huán)境的認(rèn)識(shí)還是相當(dāng)膚淺的，幾乎全是籠統(tǒng)的“淺海相”化學(xué)沉積概念。從60年代開(kāi)始，隨著對(duì)現(xiàn)代碳酸鹽沉積作用研究的深入和對(duì)碳酸鹽沉積原理的逐漸認(rèn)識(shí)和深化，特別是石油工業(yè)的推動(dòng)，對(duì)古代海相碳酸鹽巖沉積環(huán)境的解釋才取得突飛猛進(jìn)發(fā)展，并建立了一系列相應(yīng)的沉積相模式。第二節(jié)海洋碳酸鹽巖

沉積相模式一、陸表海和陸緣海的概念（Shaw,1964）A.陸表海（epeiricsea,epicontinentalsea,inlandsea,continentalsea）位于大陸內(nèi)部或陸棚內(nèi)部，低坡度，范圍廣闊，很淺的淺海。B.陸緣海（pericontinetalsea）位于大陸邊緣或陸棚邊緣、坡度較大、范圍較小、較深的淺海。地質(zhì)歷史中沉積碳酸鹽巖的主要淺海是陸表海，現(xiàn)在淺海多是陸緣海陸表海的碳酸鹽沉積分異主要決定于海水的能量。關(guān)于碳酸鹽巖沉積模式前人進(jìn)行了大量的研究工作。由于陸表海內(nèi)波浪、海流以及潮汐作用對(duì)于碳酸鹽沉積物的分異，形成了三個(gè)明顯的沉積相帶，即一個(gè)高能帶、兩個(gè)低能帶。這一特征首先由肖（Shaw，1964）提出，奠定了碳酸鹽相模式的基礎(chǔ)，其后歐文（Irwin，1965）正式命名為X、Y、Z三個(gè)帶，之后拉波特（Laport，1967，1969）提出四個(gè)帶，一直發(fā)展到威爾遜（Wilson，1969，1975）的九個(gè)相帶和塔克（Tucker，1981）七個(gè)相帶，碳酸鹽沉積相模式才逐漸趨于完善和適用。進(jìn)入80年代后，人們擺脫了60－70年代靜態(tài)碳酸鹽沉積模式的束縛，開(kāi)始了一種動(dòng)態(tài)碳酸鹽沉積模式的研究和建立，強(qiáng)調(diào)碳酸鹽緩坡（ramp）沉積相模式的重要性（Read，1982，1985；Tucker，1985；Whitaker，1988；Carozzi，1989），并力圖把碳酸鹽相模式直接與成巖環(huán)境、礦產(chǎn)和油氣資源勘探聯(lián)系起來(lái)。以下簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)最常用的碳酸鹽沉積相模式。

二、歐文(Irwin，1965)的陸表海能量帶模式65）由海向陸分為X、Y、Z三帶X帶----深水低能帶，波基面以下灰泥及浮游生物碎屑——有利于生油Y帶----近岸高能帶，波浪、潮汐的主要作用帶礁、灘——良好的儲(chǔ)集相帶Z帶----濱岸低能帶，水淺，蒸發(fā)量大泥晶灰?guī)r（白云巖）、蒸發(fā)巖、藻疊層構(gòu)造歐文依據(jù)肖對(duì)陸表海水動(dòng)力能量及沉積物分布特征研究建立的理想模式，以不含陸源碎屑物的淺海碳酸鹽沉積物為條件。在此模式中，他將自濱岸到廣海方向劃分為三個(gè)帶，并分別命Z、Y、X帶。

三、潮汐相帶模式－－拉波特（Laporte,1967)拉波特對(duì)美國(guó)紐約州早泥盆世海德堡群進(jìn)行沉積相分析時(shí)所建立的模式，基本上承襲了肖及歐文的概念，所不同的是他在研究該區(qū)沉積環(huán)境時(shí)指出，由于潮汐面頻繁變動(dòng)，引起潮上－潮間－潮下環(huán)境的復(fù)雜變換，因而形成各種相的交替和穿插。他指出潮汐作用的重要性和潮下存在碳酸鹽和陸源碎屑的沉積分帶性，較前人進(jìn)了一步。1）潮上及潮間帶（Z）：蒸發(fā)作用強(qiáng)。白云巖、云質(zhì)灰?guī)r、疊層構(gòu)造、干裂、鳥(niǎo)眼構(gòu)造等2）淺的潮下帶（Y）：潮汐作用強(qiáng)。顆?；?guī)r、疊層石、泥晶灰?guī)r、沖刷等3）無(wú)陸源碎屑潮下帶（X上）：浪底之上，高能。礁、灘4）有陸源碎屑潮下帶（X下）：浪底之下，低能。泥晶灰?guī)r現(xiàn)代局限臺(tái)地潮坪、珊瑚礁（包括岸礁、堡礁、環(huán)礁）

粘結(jié)格架（Y或X上部）現(xiàn)代潮間帶疊層石

澳大利亞疊層石威爾遜（1969，1975）綜合了古代及現(xiàn)代碳酸鹽巖的大量沉積模式，按照沉積環(huán)境的潮汐、波浪、氧化界面、鹽度、水深及水循環(huán)等因素的控制，建立了綜合的碳酸鹽沉積模式，劃分出九個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相帶：－盆地相；2－廣海陸棚相；3－盆地邊緣或深陸棚邊緣相；4－碳酸鹽臺(tái)地前緣斜坡相；5－臺(tái)地邊緣生物礁相；6－臺(tái)地邊緣淺灘相；7－開(kāi)闊臺(tái)地相；8－局限臺(tái)地相；9－臺(tái)地蒸發(fā)相。這個(gè)模式是歐文、拉波特等的模式的發(fā)展，1、2、3相帶相當(dāng)于X帶，4、5、6相帶相當(dāng)于Y帶，7、8、9相帶相當(dāng)于Z帶。威爾遜模式在九個(gè)相帶中劃分了24個(gè)微相類型，對(duì)模式的使用帶來(lái)很大方便。四、威爾遜標(biāo)準(zhǔn)相帶模式XYZ1－盆地相；2－廣海陸棚相；3－盆地邊緣或深陸棚邊緣相；4－碳酸鹽臺(tái)地前緣斜坡相；5－臺(tái)地邊緣生物礁相；6－臺(tái)地邊緣淺灘相；7－開(kāi)闊臺(tái)地相；8－局限臺(tái)地相；9－臺(tái)地蒸發(fā)相。碳酸鹽巖標(biāo)準(zhǔn)相帶模式（綜合模式：海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、鹽度及海水循環(huán)）三大相區(qū)九個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相帶A.盆地相區(qū)（相當(dāng)于陸棚沉積區(qū)）1.盆地相2.開(kāi)闊陸棚相3.碳酸鹽斜坡腳相（盆地邊緣或深陸棚邊緣相）四、威爾遜標(biāo)準(zhǔn)相帶模式波基面以下——X帶暗色泥晶灰?guī)r和頁(yè)巖主要生油區(qū)寬相帶區(qū)四、威爾遜標(biāo)準(zhǔn)相帶模式B.臺(tái)地邊緣相區(qū)（相當(dāng)于障壁島、灘沉積區(qū)）4.碳酸鹽臺(tái)地邊緣前斜坡相遠(yuǎn)岸低能與高能的過(guò)渡帶5.臺(tái)地邊緣的生物礁相6.臺(tái)緣砂相波基面以上——Y帶生物礁、生物碎屑灰?guī)r鮞?；?guī)r、內(nèi)碎屑灰?guī)r油氣儲(chǔ)集相帶窄相帶區(qū)。四、威爾遜標(biāo)準(zhǔn)相帶模式（三）臺(tái)地相區(qū)（相當(dāng)于潮坪、瀉湖沉積區(qū)）7.開(kāi)闊臺(tái)地相基本是低能帶8.局限臺(tái)地相9.臺(tái)地蒸發(fā)相近岸低能帶/潮坪帶——Z帶泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、蒸發(fā)巖

白云巖——儲(chǔ)集巖蒸發(fā)巖——蓋層分布寬闊——寬相帶區(qū)四、關(guān)士聰?shù)鹊哪Ｊ?/p>

關(guān)士聰?shù)龋?980），按海底地形、海水深度、潮汐作用及海水能量、沉積特征及生物組合特征等，分為兩個(gè)相組、六個(gè)相區(qū)、十五個(gè)相帶（或相）。表12－3中國(guó)古海域沉積環(huán)境綜合表（據(jù)關(guān)士聰?shù)龋?980）槽盆相組深海槽盆相區(qū)（O－1）次深海槽盆相區(qū)（O－2）臺(tái)棚相組淺海陸棚相區(qū)（Ⅰ）陸棚邊緣盆地相帶（I1）淺海陸棚相帶（I2）陸棚內(nèi)緣斜坡相帶（I3）臺(tái)地邊緣相區(qū)（Ⅱ）臺(tái)地前緣斜坡相帶（Ⅱ1）臺(tái)地邊緣礁相帶（Ⅱ2）臺(tái)地邊緣灘相帶（Ⅱ3）臺(tái)地相區(qū)（Ⅲ）臺(tái)盆（臺(tái)溝）相帶（Ⅲ0）開(kāi)闊臺(tái)地相帶（Ⅲ1）半閉塞臺(tái)地相帶（Ⅲ2）閉塞臺(tái)地相帶（Ⅲ3）陸地邊緣相區(qū)（Ⅳ）沿岸灘壩相帶（Ⅳ1）潮坪瀉湖相帶（Ⅳ2）濱海沼澤相帶（Ⅳ3）濱海陸屑灘相帶（Ⅳ4）三角洲相帶（Ⅳ5）關(guān)士聰?shù)冉⒌木C合模式，具有重要的理論和實(shí)踐意義，值得推廣。他們所劃的臺(tái)棚相組包括了陸表海及邊緣海沉積模式。槽盆相組概括了主動(dòng)及被動(dòng)大陸邊緣盆地沉積特征。模式考慮了各種構(gòu)造條件下的沉積盆地類型。同時(shí)，他們也將陸源沉積模式與清水碳酸鹽沉積模式統(tǒng)一起來(lái)。五、塔克（Tucker，1981）的模式

塔克認(rèn)為，完整的碳酸鹽相模式應(yīng)具有：在近岸潮間－潮上區(qū)，以碳酸鹽泥坪為主；在淺水到深水陸棚區(qū)，為碳酸鹽砂及泥沉積；在溝通瀉湖與開(kāi)闊陸棚的主要潮汐通道口上可以發(fā)育碳酸鹽潮汐三角洲，也是鮞粒生成場(chǎng)所；沿著陸棚邊緣，礁和其它碳酸鹽巖隆經(jīng)常發(fā)育；在很少陸源物注入盆地的時(shí)候，則可有異地搬運(yùn)的遠(yuǎn)海碳酸鹽沉積作用發(fā)生。塔克模式的主要特點(diǎn)是將碳酸鹽沉積作用與七個(gè)主要環(huán)境聯(lián)系起來(lái)劃分成潮上－潮間坪、瀉湖及局限海灣、潮間－潮下淺灘區(qū)、開(kāi)闊陸棚及臺(tái)地（由淺水至深水）、礁及碳酸鹽巖隆、前緣斜坡和盆地7個(gè)相帶，其中盆地包括其它欠補(bǔ)償?shù)倪h(yuǎn)海碳酸鹽沉積區(qū)和碳酸鹽濁積盆地。塔克又將前五種環(huán)境劃歸碳酸鹽臺(tái)地－陸表海，將后二種劃歸盆地較深水/斜坡區(qū)。該模式同威爾遜的模式相比較，不同點(diǎn)在于塔克模式中將盆地與陸棚放在一起，臺(tái)地邊緣生物礁與淺灘合并。在碳酸鹽臺(tái)地中則將瀉湖（局限臺(tái)地）與潮坪分開(kāi)，開(kāi)闊臺(tái)地內(nèi)又分出淺水碳酸鹽砂灘，局部出現(xiàn)斑（點(diǎn)）礁及泥丘。相對(duì)威爾遜模式，塔克這個(gè)模式更切合陸表海碳酸鹽沉積作用，非常適用于我國(guó)華北地臺(tái)及揚(yáng)子地臺(tái)的古生代及三疊紀(jì)。

六、Read（1989）模式碳酸鹽緩坡、臺(tái)地兩種模式潮坪、瀉湖潮坪、瀉湖水體逐漸加深緩坡模式：臺(tái)地模式：

臺(tái)地（Read)：

具有水平的頂和陡峻邊緣的碳酸鹽淺海，邊緣具有高能沉積，也可以與陸地相鄰。碳酸鹽建?。ㄌ妓猁}臺(tái)地）七、碳酸鹽相模式的分類和變化

1.相模式的分類

碳酸鹽沉積相模式分類中，一般強(qiáng)調(diào)緩坡和臺(tái)地兩種端元類型模式。綜合國(guó)內(nèi)外已有研究成果，提出下面的碳酸鹽沉積相模式分類方案。

低能海岸高能海岸2.相模式的變化臺(tái)地緩坡趨勢(shì)（1）一般暖水碳酸鹽緩坡向臺(tái)地轉(zhuǎn)化是沉積演化的總趨勢(shì)。較少見(jiàn)較常見(jiàn)（2）海平面變化(大于、等于、小于)對(duì)碳酸鹽相模式的影響海平面迅速上升海平面較快上升海平面快速上升，緩坡、鑲邊陸棚和孤立臺(tái)地等向陸地方向移動(dòng)。海平面較快上升

第三節(jié)海洋碳酸鹽沉積環(huán)境及沉積相一、潮坪環(huán)境及其沉積特征潮上帶的藻席1.潮上帶：泥晶或疊層灰?guī)r、白云巖、石膏。暴露標(biāo)志、咸化或淡化標(biāo)志，藻席（疊層石）、膏溶角礫、干裂成因的內(nèi)碎屑、鳥(niǎo)眼、帳篷、鈣結(jié)層、….2.潮間帶：

潮道沉積為典型，顆粒泥晶灰?guī)r、顆?；?guī)r，羽狀交錯(cuò)層理。潮坪上為疊層石、白云巖，潮汐層理、半球狀或柱狀疊層構(gòu)造、暴露構(gòu)造、鳥(niǎo)眼構(gòu)造。3.薩布哈及其剖面層序蒸發(fā)鹽類的沉積。若受淡水溶解，則形成塌陷角礫巖。4.正常潮坪（潮濕型）碳酸鹽及其剖面層序海侵滯留層二、局限陸棚環(huán)境水體受限，低能，如海灣、瀉湖，鹽度變化大。富含球粒的碳酸鹽泥、藻團(tuán)塊，廣鹽性生物擾動(dòng)強(qiáng)烈。無(wú)明顯的沉積標(biāo)志，可通過(guò)沉積相變來(lái)區(qū)別。所謂局限陸棚是指地理上或水動(dòng)力上受到限制的一種潮下淺水低能的碳酸鹽沉積環(huán)境。從地貌角度，它可以包括海灣、礁后瀉湖、臺(tái)地邊緣鮞灘、骨屑灘和障壁島之后的瀉湖，在臺(tái)地相沉積模式中，經(jīng)常被稱之為“局限臺(tái)地”。

三、陸棚環(huán)境及沉積特征浪基面以下。兩種形式：碳酸鹽緩坡、開(kāi)闊臺(tái)地。1.正常的海相生物；2.（含顆粒）泥晶灰?guī)r，礁灘周圍有顆粒灰?guī)r、粘結(jié)灰?guī)r；3.廣泛的生物擾動(dòng)。四、臺(tái)緣淺灘及沉積特征淺灘的類型很多。臺(tái)緣淺灘的形成與早期地形、水動(dòng)力、海平面變化等有關(guān)。亮晶顆?；?guī)r五、生物礁環(huán)境及沉積特征

生物礁具有生物成因抗浪骨架的碳酸鹽建隆（油氣儲(chǔ)量巨大）。1.生物礁的分類（1）岸礁（裙礁），是指直接與海岸相接的礁體；（2）環(huán)礁，是礁體中心為瀉湖沉積的礁，孤立的碳酸鹽建隆，常形成于較深水盆地或大洋火山上；（3）斑礁，是孤立的小而圓形的礁體，主要形成于廣海陸棚；（4）堡礁，由一系列礁體組成的礁帶，多平行于海岸線分布，與岸之間隔有瀉湖，在澳大利亞?wèn)|北岸的大堡礁延長(zhǎng)達(dá)1200km，屬于現(xiàn)代最大的堡礁。（5）寶塔礁（尖礁），呈錐狀的孤立的礁體；岸礁2.現(xiàn)代礁的形成條件

根據(jù)對(duì)我國(guó)南?，F(xiàn)代珊瑚礁的研究，發(fā)現(xiàn)溫度、水深和鹽度是控制其生長(zhǎng)的最基本因素。珊瑚礁生長(zhǎng)的理想溫度范圍是23－27℃左右，延伸范圍可從18℃至30℃，在更高或更低的溫度下，造礁珊瑚蟲(chóng)將失去捕獲食物的能力。為了迅速鈣化，造礁珊瑚要依賴共生的蟲(chóng)黃藻，蟲(chóng)黃藻的繁衍因受光合作用限制，只能在水深30－40m以上的淺水透光區(qū)生長(zhǎng)。珊瑚正常生長(zhǎng)的鹽度范圍在27‰－40‰之間。另外，在波浪強(qiáng)烈作用的地區(qū)可為珊瑚蟲(chóng)提供豐富的浮游生物養(yǎng)料和充足的氧氣，因此，多數(shù)生物礁沿陸棚邊緣或碳酸鹽臺(tái)地邊緣的攪動(dòng)帶產(chǎn)生。3．造礁生物的形態(tài)與環(huán)境之間的關(guān)系

根據(jù)巖石記錄中古生物和周圍沉積物之間的相互關(guān)系，以及現(xiàn)代熱帶生物礁中珊瑚的分布狀況，一般認(rèn)為造礁生物的生長(zhǎng)形態(tài)與抗浪性密切相關(guān)。

4.生物礁的相帶劃分及特征線狀礁可分成礁前、礁坪及礁后三部分：

礁前是一個(gè)陡坡，造礁生物在其上部造礁形成骨架巖、障積巖和粘結(jié)巖。

礁坪水深1－2m，沉積物主要是被波浪打碎的礁屑，也可有原地固著生長(zhǎng)的造礁生物；

礁后區(qū)沉積物由來(lái)自附近礁坪更細(xì)的礁屑組成，向岸方向進(jìn)入瀉湖。點(diǎn)狀（或面狀）礁可以劃分礁核（骨架灰?guī)r）、礁翼（顆?；?guī)r）、礁間（泥晶灰?guī)r或頁(yè)巖）三個(gè)相帶。線狀礁體多出現(xiàn)在陸棚（或臺(tái)地）邊緣，如堡礁，一側(cè)面向外海，另一側(cè)面向陸地，出現(xiàn)特征的三分，礁體間發(fā)育有溝通礁前和礁后的潮道（礁間潮道），其延伸方向與線狀礁展布方向相垂直。點(diǎn)狀礁多見(jiàn)于較低能的環(huán)境，如在陸棚內(nèi)（或開(kāi)闊臺(tái)地內(nèi)）發(fā)育的斑礁。不同形態(tài)的珊瑚珊瑚礁灰?guī)r------攝于西藏革吉縣夏麥1995，55.生物礁的發(fā)育演化(1)定殖階段：底棲固著生物的生長(zhǎng)使灘灰砂固定。(2)拓殖階段：叢枝狀造礁生物開(kāi)始繁殖，較低能環(huán)境。(3)泛殖階段：造礁生物迅速生長(zhǎng)，種類、形態(tài)多，波浪較強(qiáng)。(4)統(tǒng)殖階段：造礁生物單一（結(jié)殼狀、紋層狀），拍岸浪強(qiáng)。六、礁前斜坡環(huán)境及沉積特征坡度一般>30°C。淺水碳酸鹽的塌積碎塊、滑塌堆積、碎屑流、濁流，懸浮沉積。七、盆地邊緣環(huán)境及沉積特征碳酸鹽淺海與洋盆之