碳酸盐岩沉积相模式与应用

第十二章碳酸盐沉积环境及相模式第一节海洋碳酸盐沉积环境特点

一.碳酸盐沉积物产生的条件

温暖、清洁的浅海海域。在现代主要分布于南北纬30°之间。

生物骨胳和藻类繁盛是形成碳酸盐沉积物的最主要因素。

碳酸盐颗粒（内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒、生物颗粒）

碳酸盐骨架（珊瑚、层孔虫等）

碳酸盐泥（机械的、化学的、钙藻、钙质超微生物）珊瑚礁灰岩二.碳酸盐沉积物的搬运和沉积1.碳酸盐的沉积作用主要发生在热带浅水陆棚和浅滩上2.碳酸盐颗粒、泥同陆源碎屑一样，可以遭受水体的搬运和簸选。3.碳酸盐沉积物有三个沉积区：海岸沉积区、浅水陆棚区和深水盆地区。

潮汐流和风暴流将碳酸盐沉积物搬运到潮坪或海滩上，形成碳酸盐砂和灰泥沉积。

风暴回流和重力流将碳酸盐沉积物搬运到深水环境沉积，基质支撑颗粒沉积层与细粒悬浮物沉积在一起。留在浅海陆棚区的碳酸盐沉积物，在高能带形成颗粒滩或生物礁。4.大部分粗碳酸盐沉积物的搬运距离不远。5.颗粒间灰泥基质的多少、颗粒的填集特点是判断水体能量的标志。6.常在大面积上垂向加积，侧向加积少。三.碳酸盐沉积物的沉积速率Wilson(1975)统计，全新世浅水碳酸盐的沉积速率平均1.0m/1000a，礁带3m/1000a；大巴哈马滩和安德罗斯岛潮坪0.7m/1000a；深水（慢）1cm/1000a甚至无。四、碳酸盐沉积的基本规律绝大多数碳酸盐在浅海环境中形成，其沉积作用过程主要受到化学和生物化学条件的控制。1、生物在碳酸盐岩沉积中具有重要作用；2、水动力条件对碳酸盐岩沉积具有控制作用；3、碳酸盐岩沉积基本在原地形成；4、碳酸盐岩沉积主要形成于温暖、清洁、透光的浅水环境；5、碳酸盐岩沉积作用迅速，但容易受到控制(抑制)。在20世纪50年代以前，人们对碳酸盐岩沉积环境的认识还是相当肤浅的，几乎全是笼统的“浅海相”化学沉积概念。从60年代开始，随着对现代碳酸盐沉积作用研究的深入和对碳酸盐沉积原理的逐渐认识和深化，特别是石油工业的推动，对古代海相碳酸盐岩沉积环境的解释才取得突飞猛进发展，并建立了一系列相应的沉积相模式。第二节海洋碳酸盐岩

沉积相模式一、陆表海和陆缘海的概念（Shaw,1964）A.陆表海（epeiricsea,epicontinentalsea,inlandsea,continentalsea）位于大陆内部或陆棚内部，低坡度，范围广阔，很浅的浅海。B.陆缘海（pericontinetalsea）位于大陆边缘或陆棚边缘、坡度较大、范围较小、较深的浅海。地质历史中沉积碳酸盐岩的主要浅海是陆表海，现在浅海多是陆缘海陆表海的碳酸盐沉积分异主要决定于海水的能量。关于碳酸盐岩沉积模式前人进行了大量的研究工作。由于陆表海内波浪、海流以及潮汐作用对于碳酸盐沉积物的分异，形成了三个明显的沉积相带，即一个高能带、两个低能带。这一特征首先由肖（Shaw，1964）提出，奠定了碳酸盐相模式的基础，其后欧文（Irwin，1965）正式命名为X、Y、Z三个带，之后拉波特（Laport，1967，1969）提出四个带，一直发展到威尔逊（Wilson，1969，1975）的九个相带和塔克（Tucker，1981）七个相带，碳酸盐沉积相模式才逐渐趋于完善和适用。进入80年代后，人们摆脱了60－70年代静态碳酸盐沉积模式的束缚，开始了一种动态碳酸盐沉积模式的研究和建立，强调碳酸盐缓坡（ramp）沉积相模式的重要性（Read，1982，1985；Tucker，1985；Whitaker，1988；Carozzi，1989），并力图把碳酸盐相模式直接与成岩环境、矿产和油气资源勘探联系起来。以下简要介绍几个最常用的碳酸盐沉积相模式。

二、欧文(Irwin，1965)的陆表海能量带模式65）由海向陆分为X、Y、Z三带X带----深水低能带，波基面以下灰泥及浮游生物碎屑——有利于生油Y带----近岸高能带，波浪、潮汐的主要作用带礁、滩——良好的储集相带Z带----滨岸低能带，水浅，蒸发量大泥晶灰岩（白云岩）、蒸发岩、藻叠层构造欧文依据肖对陆表海水动力能量及沉积物分布特征研究建立的理想模式，以不含陆源碎屑物的浅海碳酸盐沉积物为条件。在此模式中，他将自滨岸到广海方向划分为三个带，并分别命Z、Y、X带。

三、潮汐相带模式－－拉波特（Laporte,1967)拉波特对美国纽约州早泥盆世海德堡群进行沉积相分析时所建立的模式，基本上承袭了肖及欧文的概念，所不同的是他在研究该区沉积环境时指出，由于潮汐面频繁变动，引起潮上－潮间－潮下环境的复杂变换，因而形成各种相的交替和穿插。他指出潮汐作用的重要性和潮下存在碳酸盐和陆源碎屑的沉积分带性，较前人进了一步。1）潮上及潮间带（Z）：蒸发作用强。白云岩、云质灰岩、叠层构造、干裂、鸟眼构造等2）浅的潮下带（Y）：潮汐作用强。颗粒灰岩、叠层石、泥晶灰岩、冲刷等3）无陆源碎屑潮下带（X上）：浪底之上，高能。礁、滩4）有陆源碎屑潮下带（X下）：浪底之下，低能。泥晶灰岩现代局限台地潮坪、珊瑚礁（包括岸礁、堡礁、环礁）

粘结格架（Y或X上部）现代潮间带叠层石

澳大利亚叠层石威尔逊（1969，1975）综合了古代及现代碳酸盐岩的大量沉积模式，按照沉积环境的潮汐、波浪、氧化界面、盐度、水深及水循环等因素的控制，建立了综合的碳酸盐沉积模式，划分出九个标准相带：－盆地相；2－广海陆棚相；3－盆地边缘或深陆棚边缘相；4－碳酸盐台地前缘斜坡相；5－台地边缘生物礁相；6－台地边缘浅滩相；7－开阔台地相；8－局限台地相；9－台地蒸发相。这个模式是欧文、拉波特等的模式的发展，1、2、3相带相当于X带，4、5、6相带相当于Y带，7、8、9相带相当于Z带。威尔逊模式在九个相带中划分了24个微相类型，对模式的使用带来很大方便。四、威尔逊标准相带模式XYZ1－盆地相；2－广海陆棚相；3－盆地边缘或深陆棚边缘相；4－碳酸盐台地前缘斜坡相；5－台地边缘生物礁相；6－台地边缘浅滩相；7－开阔台地相；8－局限台地相；9－台地蒸发相。碳酸盐岩标准相带模式（综合模式：海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、盐度及海水循环）三大相区九个标准相带A.盆地相区（相当于陆棚沉积区）1.盆地相2.开阔陆棚相3.碳酸盐斜坡脚相（盆地边缘或深陆棚边缘相）四、威尔逊标准相带模式波基面以下——X带暗色泥晶灰岩和页岩主要生油区宽相带区四、威尔逊标准相带模式B.台地边缘相区（相当于障壁岛、滩沉积区）4.碳酸盐台地边缘前斜坡相远岸低能与高能的过渡带5.台地边缘的生物礁相6.台缘砂相波基面以上——Y带生物礁、生物碎屑灰岩鲕粒灰岩、内碎屑灰岩油气储集相带窄相带区。四、威尔逊标准相带模式（三）台地相区（相当于潮坪、泻湖沉积区）7.开阔台地相基本是低能带8.局限台地相9.台地蒸发相近岸低能带/潮坪带——Z带泥晶灰岩、白云质灰岩、白云岩、蒸发岩

白云岩——储集岩蒸发岩——盖层分布宽阔——宽相带区四、关士聪等的模式

关士聪等（1980），按海底地形、海水深度、潮汐作用及海水能量、沉积特征及生物组合特征等，分为两个相组、六个相区、十五个相带（或相）。表12－3中国古海域沉积环境综合表（据关士聪等，1980）槽盆相组深海槽盆相区（O－1）次深海槽盆相区（O－2）台棚相组浅海陆棚相区（Ⅰ）陆棚边缘盆地相带（I1）浅海陆棚相带（I2）陆棚内缘斜坡相带（I3）台地边缘相区（Ⅱ）台地前缘斜坡相带（Ⅱ1）台地边缘礁相带（Ⅱ2）台地边缘滩相带（Ⅱ3）台地相区（Ⅲ）台盆（台沟）相带（Ⅲ0）开阔台地相带（Ⅲ1）半闭塞台地相带（Ⅲ2）闭塞台地相带（Ⅲ3）陆地边缘相区（Ⅳ）沿岸滩坝相带（Ⅳ1）潮坪泻湖相带（Ⅳ2）滨海沼泽相带（Ⅳ3）滨海陆屑滩相带（Ⅳ4）三角洲相带（Ⅳ5）关士聪等建立的综合模式，具有重要的理论和实践意义，值得推广。他们所划的台棚相组包括了陆表海及边缘海沉积模式。槽盆相组概括了主动及被动大陆边缘盆地沉积特征。模式考虑了各种构造条件下的沉积盆地类型。同时，他们也将陆源沉积模式与清水碳酸盐沉积模式统一起来。五、塔克（Tucker，1981）的模式

塔克认为，完整的碳酸盐相模式应具有：在近岸潮间－潮上区，以碳酸盐泥坪为主；在浅水到深水陆棚区，为碳酸盐砂及泥沉积；在沟通泻湖与开阔陆棚的主要潮汐通道口上可以发育碳酸盐潮汐三角洲，也是鲕粒生成场所；沿着陆棚边缘，礁和其它碳酸盐岩隆经常发育；在很少陆源物注入盆地的时候，则可有异地搬运的远海碳酸盐沉积作用发生。塔克模式的主要特点是将碳酸盐沉积作用与七个主要环境联系起来划分成潮上－潮间坪、泻湖及局限海湾、潮间－潮下浅滩区、开阔陆棚及台地（由浅水至深水）、礁及碳酸盐岩隆、前缘斜坡和盆地7个相带，其中盆地包括其它欠补偿的远海碳酸盐沉积区和碳酸盐浊积盆地。塔克又将前五种环境划归碳酸盐台地－陆表海，将后二种划归盆地较深水/斜坡区。该模式同威尔逊的模式相比较，不同点在于塔克模式中将盆地与陆棚放在一起，台地边缘生物礁与浅滩合并。在碳酸盐台地中则将泻湖（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。相对威尔逊模式，塔克这个模式更切合陆表海碳酸盐沉积作用，非常适用于我国华北地台及扬子地台的古生代及三叠纪。

六、Read（1989）模式碳酸盐缓坡、台地两种模式潮坪、泻湖潮坪、泻湖水体逐渐加深缓坡模式：台地模式：

台地（Read)：

具有水平的顶和陡峻边缘的碳酸盐浅海，边缘具有高能沉积，也可以与陆地相邻。碳酸盐建隆（碳酸盐台地）七、碳酸盐相模式的分类和变化

1.相模式的分类

碳酸盐沉积相模式分类中，一般强调缓坡和台地两种端元类型模式。综合国内外已有研究成果，提出下面的碳酸盐沉积相模式分类方案。

低能海岸高能海岸2.相模式的变化台地缓坡趋势（1）一般暖水碳酸盐缓坡向台地转化是沉积演化的总趋势。较少见较常见（2）海平面变化(大于、等于、小于)对碳酸盐相模式的影响海平面迅速上升海平面较快上升海平面快速上升，缓坡、镶边陆棚和孤立台地等向陆地方向移动。海平面较快上升

第三节海洋碳酸盐沉积环境及沉积相一、潮坪环境及其沉积特征潮上带的藻席1.潮上带：泥晶或叠层灰岩、白云岩、石膏。暴露标志、咸化或淡化标志，藻席（叠层石）、膏溶角砾、干裂成因的内碎屑、鸟眼、帐篷、钙结层、….2.潮间带：

潮道沉积为典型，颗粒泥晶灰岩、颗粒灰岩，羽状交错层理。潮坪上为叠层石、白云岩，潮汐层理、半球状或柱状叠层构造、暴露构造、鸟眼构造。3.萨布哈及其剖面层序蒸发盐类的沉积。若受淡水溶解，则形成塌陷角砾岩。4.正常潮坪（潮湿型）碳酸盐及其剖面层序海侵滞留层二、局限陆棚环境水体受限，低能，如海湾、泻湖，盐度变化大。富含球粒的碳酸盐泥、藻团块，广盐性生物扰动强烈。无明显的沉积标志，可通过沉积相变来区别。所谓局限陆棚是指地理上或水动力上受到限制的一种潮下浅水低能的碳酸盐沉积环境。从地貌角度，它可以包括海湾、礁后泻湖、台地边缘鲕滩、骨屑滩和障壁岛之后的泻湖，在台地相沉积模式中，经常被称之为“局限台地”。

三、陆棚环境及沉积特征浪基面以下。两种形式：碳酸盐缓坡、开阔台地。1.正常的海相生物；2.（含颗粒）泥晶灰岩，礁滩周围有颗粒灰岩、粘结灰岩；3.广泛的生物扰动。四、台缘浅滩及沉积特征浅滩的类型很多。台缘浅滩的形成与早期地形、水动力、海平面变化等有关。亮晶颗粒灰岩五、生物礁环境及沉积特征

生物礁具有生物成因抗浪骨架的碳酸盐建隆（油气储量巨大）。1.生物礁的分类（1）岸礁（裙礁），是指直接与海岸相接的礁体；（2）环礁，是礁体中心为泻湖沉积的礁，孤立的碳酸盐建隆，常形成于较深水盆地或大洋火山上；（3）斑礁，是孤立的小而圆形的礁体，主要形成于广海陆棚；（4）堡礁，由一系列礁体组成的礁带，多平行于海岸线分布，与岸之间隔有泻湖，在澳大利亚东北岸的大堡礁延长达1200km，属于现代最大的堡礁。（5）宝塔礁（尖礁），呈锥状的孤立的礁体；岸礁2.现代礁的形成条件

根据对我国南海现代珊瑚礁的研究，发现温度、水深和盐度是控制其生长的最基本因素。珊瑚礁生长的理想温度范围是23－27℃左右，延伸范围可从18℃至30℃，在更高或更低的温度下，造礁珊瑚虫将失去捕获食物的能力。为了迅速钙化，造礁珊瑚要依赖共生的虫黄藻，虫黄藻的繁衍因受光合作用限制，只能在水深30－40m以上的浅水透光区生长。珊瑚正常生长的盐度范围在27‰－40‰之间。另外，在波浪强烈作用的地区可为珊瑚虫提供丰富的浮游生物养料和充足的氧气，因此，多数生物礁沿陆棚边缘或碳酸盐台地边缘的搅动带产生。3．造礁生物的形态与环境之间的关系

根据岩石记录中古生物和周围沉积物之间的相互关系，以及现代热带生物礁中珊瑚的分布状况，一般认为造礁生物的生长形态与抗浪性密切相关。

4.生物礁的相带划分及特征线状礁可分成礁前、礁坪及礁后三部分：

礁前是一个陡坡，造礁生物在其上部造礁形成骨架岩、障积岩和粘结岩。

礁坪水深1－2m，沉积物主要是被波浪打碎的礁屑，也可有原地固着生长的造礁生物；

礁后区沉积物由来自附近礁坪更细的礁屑组成，向岸方向进入泻湖。点状（或面状）礁可以划分礁核（骨架灰岩）、礁翼（颗粒灰岩）、礁间（泥晶灰岩或页岩）三个相带。线状礁体多出现在陆棚（或台地）边缘，如堡礁，一侧面向外海，另一侧面向陆地，出现特征的三分，礁体间发育有沟通礁前和礁后的潮道（礁间潮道），其延伸方向与线状礁展布方向相垂直。点状礁多见于较低能的环境，如在陆棚内（或开阔台地内）发育的斑礁。不同形态的珊瑚珊瑚礁灰岩------摄于西藏革吉县夏麦1995，55.生物礁的发育演化(1)定殖阶段：底栖固着生物的生长使滩灰砂固定。(2)拓殖阶段：丛枝状造礁生物开始繁殖，较低能环境。(3)泛殖阶段：造礁生物迅速生长，种类、形态多，波浪较强。(4)统殖阶段：造礁生物单一（结壳状、纹层状），拍岸浪强。六、礁前斜坡环境及沉积特征坡度一般>30°C。浅水碳酸盐的塌积碎块、滑塌堆积、碎屑流、浊流，悬浮沉积。七、盆地边缘环境及沉积特征碳酸盐浅海与洋盆之