三生物礁沉积学

1第三讲、生物礁储层沉积学2生物礁的基本概念1.生物原地生长堆积形成的抗浪块体；2.抗浪块体中的大部分生物保持生长生态特征，或只见造礁生物原地生长的痕迹；3.地貌上呈明显的凸起，高：宽之比大于1：30为生态礁，小于1：30为地层礁；4.分布范围从海平面到200m以下水深，视造礁生物种类不同，有的可达300-400m水深。3一、现代生物礁4现代珊瑚礁的分布（CoralDistribution）浅兰20个属中浅兰20-40个属深兰40个属5现代海洋温暖浅海发育珊瑚礁。澳大利亚大堡礁是目前世界上最大的礁组合，沿昆士兰陆架延伸1900公里，由2500个独立礁体组成，大部分单个礁体仅几平方公里。我国南海热带海域中的众多岛屿中也也广泛发育珊瑚礁。6Reefs珊瑚礁的分带（ZonationonCoral）7造礁珊瑚的生态沿岸点礁和丘礁群陆架边缘堤礁（堡礁）大堡礁礁间潮道礁前礁坪陆架边缘堤礁（堡礁）礁坪滩礁后潮坪礁前礁后泻湖泻湖内点礁陆架边缘堤礁（堡礁）现代生物礁礁坪礁后潮坪礁后泻湖堤礁（堡礁）后的泻湖--潮坪组合现代生物礁礁后泻湖中的心形孤立点礁点礁现代生物礁大洋中的马蹄形孤立礁现代生物礁骨架状造礁生物骨架状造礁生物骨架状造礁生物骨架状造礁生物粘结状造礁生物粘结状造礁生物Foliosecorals粘结状造礁生物Tablecorals3/21/06CoralReefs珊瑚礁Elkhorncorals丛生状造礁生物Branchingcorals丛生状礁生物附礁生物—大型绿藻喜礁生物礁坪滩礁坪滩33二、古代生物礁沉积模式1.缓坡度和低能量控制的灰泥丘沉积模式（据Wilson,1975)二、古代生物礁沉积模式2.中等坡度和中能量控制的层状镶边礁沉积模式（据Wilson,1975)3.陡坡和高能量控制的镶边生态礁沉积模式（据Wilson,1975)三、生物礁的分类1.按礁的地理位置可分为：①台地礁、②台地边缘礁、③盆地礁、④泻湖礁、⑤滩礁。2.按礁的形态可分为：①补丁礁（点礁）、②丘礁、③堤礁（堡礁）、④宝塔礁、⑤环礁、⑥蹄形礁3.按礁的与海岸的关系可分为：①岸礁、②堤礁或堡礁、③环礁、④台礁。384.按礁与海水进、退关系可分为：①海侵礁、②海退礁。5.按地理位置和形态复合特征可分为：①岸礁（堤礁）、②沿岸礁（堤礁和丘礁）；③台内礁（点礁和斑礁）、④边缘礁（堤礁）、⑤圆丘礁（灰泥丘）、⑥盆地礁（环礁、宝塔礁、马蹄形礁）6.按造礁生物属种分类可分为：①珊瑚礁、②层孔虫礁、③苔藓虫礁、④海绵礁、⑤水螅礁、⑥有孔虫礁、⑦厚壳蛤礁、⑧藻礁地史中各类造礁生物的分布40地质历史中的生物礁类型和发育规模41代纪主要造礁生物中生代T钙质海绵、钙藻、珊瑚（六射）P钙质海绵、钙藻、Tubiphytes、水螅类、苔藓虫、珊瑚（四射、床板）C藻类、苔藓虫、珊瑚（四射、床板）晚古生代D层孔虫、珊瑚（四射、床板）、藻类、刺毛类S层孔虫、珊瑚（床板、四射）、藻类、海绵、苔藓虫O藻类、珊瑚（床板、四射）、苔藓虫、层孔虫早古生代∈古杯类、藻类前寒武纪An∈叠层石、藻类和细菌中国南方震旦纪—三叠纪主要造礁生物岸礁障壁礁环礁火山岛礁的形态与海岸关系的演化过程礁的形态特征与地理位置关系生物礁在陆棚上的分布现代常见的生物礁类型和分布环礁障壁礁岸礁四、造礁生物与礁灰岩1、生物礁中的造礁生物作用形式造礁生物，是指底栖固着、群体、具有造架能力的生物。是礁体的骨干生物。可细分为：造架生物：多为块状、半球状、球状、枝状板状生物如珊瑚、海绵等。粘结生物：附着于其它生物之上的结壳状、板状的具有粘结能力的生物，如藻类、苔藓虫等障积生物：在浪基面附近生长的茎枝状、棒状生物，可降低水的流速利于灰泥沉积的生物，如海百合等。2、生物礁中附礁生物的作用形式附着式生物：藻类等可以附着在骨架生物上造成结壳，起到加固作用。胶结式生物：藻类生长在洞穴或孔隙内，产生胶结作用，同时起到加固作用，有许多碳酸盐颗粒都是被藻类胶结成岩的。大部分生物礁都是这几种造礁和附礁生物作用结合起来形成的，很少是某种单独的作用造岩。3.礁灰岩的划分①骨架礁灰岩②粘结礁灰岩③障积礁灰岩④盖覆岩⑤礁角砾岩礁岩类型①骨架岩由块状、半球状、球状、枝状、板状等造架生物，如珊瑚、海绵、层孔虫等生长发育所形成的具有抗浪作用的岩石类型；②障积岩由原地生长的枝状、丛状等障积生物障积灰泥而成。障积生物含量可多可少，以发育大量的骨架间灰泥充填物为典型特征（障积结构），例如苔藓虫障积岩、叶状藻障积岩等，主要出现在骨架礁的下部和翼部。③粘结岩和绑结岩由粘结—结壳生物粘结、包覆或捆绑造架生物以及各种附礁生物和碎屑所组成的礁灰岩，以发育粘结结构或绑结结构为典型特征，是组成礁核的重要岩石类型之一。④盖覆岩（Coverstone）由原地生长的板状或层纹状生物覆盖破碎的骨骼或其它碎屑并使之稳固而形成的岩石。多产于礁基、礁坪、礁盖和礁前斜坡。⑤礁角砾岩由生物礁灰受到海浪和海流的冲击时破坏时所形成的大小不一的各种角砾状碎屑堆积而成，主要可出现在礁前斜坡带，礁体内的沟道和礁翼也可发育。古代生物礁古代珊瑚骨架礁灰岩古代珊瑚骨架礁灰岩古代厚板状孔虫粘结礁灰岩古代海绵粘结礁灰岩古代海绵粘结礁灰岩古代海绵粘结礁灰岩古代薄板状孔虫粘结礁灰岩古代海绵障积礁灰岩造礁生物—小卫根海绵古代海绵障积礁灰岩古代层孔虫障积礁灰岩北川甘溪中泥盆叠统金宝石组生物屑灰岩—礁基亚相滇南泥盆系层孔虫–珊瑚礁灰岩礁核的地貌景观65川东上二叠统长兴组海绵礁地貌景观华蓥山涧水沟生物礁剖面——具块状的地貌隆起和石林外貌华蓥山涧和尚梁生物礁剖面北川甘溪中泥盆叠统金宝石组层孔虫-珊瑚礁灰岩-礁核亚相北川甘溪中泥盆叠统金宝石组层孔虫生物礁灰岩-礁核亚相礁核中的次生溶孔通江铁厂河林场—长兴组甘溪中泥盆叠统金宝石组枝状层孔灰岩-礁后泻湖亚相甘溪中泥盆叠统金宝石组枝状层孔灰岩-礁后泻湖亚相甘溪中泥盆叠统金宝石组珊瑚礁灰岩和古风化残积层-礁盖亚相72礁角砾岩五、生物礁沉积相划分1.礁核亚相、2.礁前亚相、3.礁后亚相、4.礁翼亚相、5.礁间亚相、6.礁基亚相、7.礁盖（礁顶和礁坪亚相）①礁核亚相：指礁相组合中具有抗浪性沉积的主体部分，由造礁生物原地生长堆积而成。②礁前亚相：礁迎风(开阔海)的一侧称礁前，形成礁前塌积、礁角砾岩，礁碎屑磨圆和分选差。往深水方向与盆地相泥晶灰岩、泥灰岩沉积物呈指状接触。③礁后亚相：礁背风的一侧称礁后，由礁坪和泻湖组成，砂坪为分选较好的砂屑灰岩和生屑灰岩。礁后泻湖为静水灰泥沉积，其中可发育大量海百合、绿藻、腕足类、介形虫等动物群。④礁翼亚相：指礁相与非礁相呈指状交错过渡的礁的侧翼部分。盆地或泻湖中的点礁或塔礁的翼部因分不出礁前和礁后而统称为礁翼。75⑤礁间亚相：礁群复合体中的非礁相部分，海侵时为正常海相碳酸盐沉积，有利于礁的形成;海退时为泻湖相甚至蒸发岩沉积，有利于礁岩白云岩化。⑥礁基亚相：礁生长基底的原始地形隆起，台地上滩、生物丘、海底火山、砂坝等均可成为生物礁固着生长的基底，在礁基上最早形成的往往是使活动底质固定的盖覆岩。⑦礁盖亚相：生物礁顶部发育终止后沉积的深水盆地相或泻湖、蒸发岩。线状堤礁（堡礁）理想剖面和沉积相划分（据James,1979)一个发育完整的礁组合，在垂向剖面上从底到顶通常可区分出：礁基、礁核、礁坪和礁盖等四种微相；在横剖面上可划分出礁核、礁翼、礁间海、礁前斜坡等微相。台缘礁可分为前礁、礁核和后礁三个单元。礁组合的结构特征79点礁/斑礁和丘礁理想剖面和沉积相划分（据James,1979)80六、生物礁的形成与演化詹姆斯（James，1979）认为大多数生物礁的发展可以划分为四个阶段，即：定殖阶段、拓殖阶段、泛殖阶段及统殖阶段。各阶段特征如下：1.定殖阶段在古生界和中生界，最常见的是由棘皮动物碎片组成的一系列浅滩或骨骼灰质砂的堆积体，新生界则由钙质绿藻的板片组成。这些沉积物的表面繁殖着藻类（钙质绿藻）、植物（海草〕或者动物（有柄亚门〕．它们附着底层使其联结和固定下来．随后星星散散的技状藻类、苔藓虫、珊瑚虫、软的海绵和其他后生生物就开始在定殖的生物之间生长起来。2.拓殖阶段是造礁的初期繁殖，生物礁以生物种这类少为特征，这个时期的生物能忍受一定的灰泥沉积物（浊度）的影响，常见的是成熟的枝状的（障积作用）为主。3.泛殖阶段这个阶段通常构成礁体的大部分，礁体向上生长，隆起幅度加高，并向侧向扩展，形成礁翼。生物种类和数量达到最高程度。同时，波浪、潮汐水流可以破坏原生骨架，形成礁前和礁间、礁内缝洞的礁角砾、礁砂屑的强烈充填作用。4.统殖阶段某一种类的造礁生物逐渐占统治地位和形成块状、穹状和叠层状抗浪的块体，礁很快生张到潮间带，开始进入以波浪冲蚀作用为主的消亡阶段，形成层状生物碎屑（礁坪滩）沉积礁的发育演化七、生物礁发育的控制因素1.温暖的浅水最有利礁的生长2.海平面相对变化对礁有明显的控制作用①海平面相对快速下降，礁露出水面“干死”；②海面相对快速上升时，进入深水中“淹死”；③海平面若保持相对稳定，礁体可以向侧向发展。3.动荡的环境有利礁的生长4.盐度正常有利于礁生长礁后泻湖高盐度礁会“渴死”5.清洁海水最有利于礁的生长当气候变化或地壳变动陆源物注入时礁会“呛死”因此，大地构造和地壳运动、气候条件、水深、盐度和地形地貌条件等因素，均会对礁的生长发育起着重要的控制作用。八、生物礁鉴别标志1.生物标志造礁生物和附礁生物大量出现。2.古地貌标志具有明显原始地貌隆起，加上礁相和非礁相之间的差异压实作用，因此，礁相地层厚度明显比同期非礁相地层大。3.岩性和结构、构造标志礁体常呈灰白色块状岩体、无层理，示顶底构造发育，可划分出骨架岩、障积岩和粘结岩。礁前垮塌礁角砾岩是典型标志，礁顶颗粒灰岩易发生白云岩化而成为良好的油气储层。4.相带标志能划分出礁核、礁翼、礁间、礁盖等亚相。5.次生标志孔隙和溶蚀作用发育，礁灰岩常呈小石林和陡崖地貌。九、生物礁储层研究实例奥地利阿尔卑斯北部灰岩山脉晚瑞替期沉积环境的古地形复原图加拿大上泥盆统某生物礁岩相分布特征•黔东－湘西早寒武世生物礁沉积相示意图湖南花垣县渔塘寒武统清虚洞组生物礁综合柱状图湘西渔塘下寒武咏清虚洞组藻礁的礁核亚相与礁前斜坡塌积角砾岩亚相呈犬牙交错状接触礁核亚相礁前斜坡塌积角砾岩亚相湘西花垣渔塘早寒武世生物礁沉积相模式湘西花垣渔塘早寒武世生物礁生长发育演化示意图块状海绵礁灰岩通江铁厂河林场—长兴组海绵礁体宏观特征通江铁厂河林场—长兴组块状海绵礁灰岩造礁生物—海绵造礁生物—海绵附礁生物—腕足、棘皮、腹足、有孔虫等通江铁厂河林场—长兴组通江铁厂河林场—长兴组礁盖藻粘结岩川东北通江铁厂河林场二叠纪生物礁剖面结构＞100m4m±35m±礁盖：由灰白色厚层块状白云岩组成，侧向延伸稳定。礁顶：由礁白云岩组成，具有藻粘结结构礁核：由灰白色-灰色厚层块状礁灰岩构成，造礁生物主要为串管海绵和纤维海绵，少量苔鲜虫；附礁生物主要为腕足、腹足、海百合、有孔虫等组成。礁体发育次生孔，并由方解石所充填。礁基：由中薄层亮晶生物碎屑灰岩和亮晶砂屑灰岩构成，为浅滩相沉积。＞20m川东北通江铁厂上二叠统长兴台内海绵丘礁沉积相模式礁基礁核礁顶礁盖礁翼礁翼100宣汉樊哙盘龙洞长兴组生物礁剖面P2wP2c礁核—海绵障积岩海绵骨架岩礁顶—亮晶砂屑灰岩礁基—亮晶砂屑灰岩川东长兴组生物礁研究实例101宣汉樊哙盘龙洞长兴组生物礁剖面P2wP2c礁核礁顶礁基骨架岩具藻粘结102宣汉樊哙盘龙洞长兴组生物礁剖面海绵骨架礁灰岩103宣汉樊哙盘龙洞长兴组生物礁剖面海绵骨架礁灰岩104宣汉樊哙盘龙洞长兴组生物礁剖面礁体中空隙12880m礁盖礁顶礁核礁基浅灰色块状海绵障积岩、骨架岩灰白色块状亮晶砂屑灰岩灰白色块状砂屑亮晶灰岩p2wp2cT1f宣汉樊哙盘龙洞长兴组剖面结构131727立石河羊鼓洞盘龙洞宣汉羊鼓洞-盘龙洞长兴组生物礁模式图生物礁迁移由台地迁移原因海平面下降羊古洞白云岩厚度大盘龙洞白云岩厚度小羊古洞发育古喀斯特角砾岩盘龙洞不发育川东北上二叠统台地内斑礁和边缘堤礁沉积模式沉积模式碳酸盐缓坡/台地边缘