碳酸盐沉积环境及相模式

碳酸盐沉积环境及相模式

中国地质大学（武汉）

摘要碳酸盐岩在我国广泛发育，是重要的油气勘探层位，在研究古海洋沉积过程中具有重要作用。我国的碳酸盐主要以海相为主，湖相也很常见。碳酸盐是石油的优良储藏体，特别是白云石化后的碳酸盐储藏条件非常好。而且在石油勘探过程中，主要以碳酸盐的相模式作为模型标准和和找油的依据。所以研究碳酸盐的沉积相模式对于碳酸盐岩地层中的高效油气勘探和开发有着重要的作用。目前，碳酸盐的相模式还不是非常的完善，各种相模式混乱，互为独立而又有相同的地方，没有明显的界线划分和分类。导致相模式的标准和用词不尽相同，给油气勘探带来不便。本文是在前人研究成果的基础上对碳酸盐的沉积环境和沉积相的模式进行一些详细的归纳分类，对碳酸盐的研究的现状总结。

关键词碳酸盐沉积环境沉积相模式边缘海碳酸盐缓坡碳酸盐台地

作者中国地质大学地学院

引言

自上世纪中期以来，碳酸盐盐沉积学研究取得了巨大的进展。这些进展主要是通过对现代碳酸盐沉积物研究开始的,然后将今论古推广到古代的碳酸盐岩,如碳酸盐的成岩作用、碳酸盐沉积相模式和白云石化的储存能力等。碳酸盐成岩作用在碳酸盐沉积学,尤其是碳酸盐储层沉积学中的重要性并没有引起人们足够的重视。众所周知,碳酸盐岩与陆源碎屑岩的重要差别之一是其对于成岩作用的敏感性,如沉积碳酸盐在经历复杂的成岩作用之后,岩石原有的固体部分和被流体占据的部分可以完全颠倒,即沉积时的粒屑会全部转变成孔隙,而沉积时的粒间孔隙则全部转变成胶结物。次生孔隙作为碳酸盐岩的惟一储集空间的现象在碳酸盐岩中屡见不鲜,但这种现象在碎屑岩中却十分少见。可见碳酸盐的成岩作用在其储集空间演化中所具有的特殊重要性。在碳酸盐的石油勘探过程中，碳酸盐里面是否有石油首先得看碳酸盐的储藏条件。

1海洋碳酸盐的沉积环境和沉积作用

1.1沉积环境

①温暖、清洁、透光的浅水海洋环境

现代海洋碳酸盐沉积，主要分布于30°纬度的赤道南北温暖浅海地带，如加勒比海大巴哈马滩、波斯湾、孟加拉湾、我国南海诸岛及印度尼西亚巽他陆棚等地。上述地带钙藻大量繁殖，珊瑚礁发育，局部有贝壳砂、鲕粒砂、葡萄状团块、球粒灰泥及造礁生物粘结岩正在堆积。而在南北纬度40°之间的深海盆地底部，有大量浮游生物碳酸盐沉积。这些现代海相碳酸盐产出环境，不仅是温暖、浅水，而且是清水环境，如加勒比海的三大碳酸盐滩，远离密西西比河口自西来的沿岸流，这就避开了大量细碎屑沉积物的注入；我国广西北海水域的涠洲岛和海南岛南端的三亚市的滨浅海域，同样远离粘土及粉砂的供给区而以沉积碳酸盐为主。

除造钙生物提供的骨骼，现代热带浅海碳酸钙沉积与藻类活动有关。据金斯伯格（R. N. Cinsburg，1975）的资料，现代热带浅海小于10－15m水深的海域，所产生的CaCO3比深陆缘海每单位面积的CaCO3多几倍，主要与这一水域的绿藻海松科及蓝绿藻特别丰富有关，由于藻类的光合作用，需要从海水中吸收大量CO2，从而促使海水中的CaCO3过饱和，沉淀出文石质灰泥来，而且钙藻的外壳也是文石质灰泥及颗粒的主要提供者，因此藻类繁生可以提供大量碳酸盐沉积物，而它的生活需要一个温暖浅水清洁透光的环境。如果海水浑浊，不仅妨碍光合作用，阻止钙藻的生长，另外悬浮的粘土可以堵塞许多底栖无脊椎动

物的摄食器官，使这些动物不能繁衍，也妨碍了大量碳酸盐颗粒的产生，故浑水对碳酸盐的生成起着抵制作用。海水太深，阳光不足，氧气不够，对藻类和底栖无脊椎动物生长不利；位于CCD面之下的深海水域，水压大，溶解CO2多，CaCO3不饱和，因此深水不仅不会有大量原地碳酸盐沉积物的直接产生，而且对已堆积的碳酸盐沉积物有强烈溶解作用，部分深水碳酸盐沉积物主要靠海水表层具几丁质表面保护层的浮游生物（如颗石藻、抱球有孔虫、翼足类等）和浅水陆棚区以浊流方式搬运来的灰泥或粉屑供给。

②碳酸盐沉积的水文控制条件

这里的水文条件主要指海水的能量，也考虑到海水的盐度等。在开阔海陆棚浅水地带，由于海底坡度不同，在缓斜海底上，波浪及潮汐在滨岸带产生碎浪，出现高能带。随着碳酸盐沉积物的不断产生，自身加积作用使海底坡度逐渐变平，此时波浪及潮汐作

用与浅水海底发生摩擦，在远岸地带产生碎浪带，出现滨外高能带。在滨岸高能带或滨外高能带，由于波浪（包括潮汐）及其伴生的沿岸流、底流作用，使碳酸盐沉积物发生簸选，将其中的细屑碳酸盐物质带走，而留下各种砂砾级碳酸盐颗粒，形成各种砂砾屑滩、介壳滩、沿岸砂坝及砂咀，或滨外砂堤及砂洲、潮汐三角洲及潮汐砂坝等，常见如现代波斯湾潮坪的鲕粒滩及砂滩、鲕粒三角洲沉积，大巴哈马滩西缘鲕粒砂堤，三亚小东海生物碎屑组成的海滩及三崖湾珊瑚砂坪等，均属于以机械沉积作用为主的碳酸盐沉积体。从浅水陆棚高能带被簸选出来的细屑碳酸盐物质（即灰泥、粉屑）主要被搬运到陆棚边缘或障壁沙坝前缘的较深水地区沉积，部分堆积在障壁后受保护的泻湖主潮坪区，形成所谓的两个低能带沉积区。

碳酸盐沉积物主要是生物成因的，其中有些生物能适应较高水能环境，甚至具有抗浪的生态本能，它们能在高能环境下就地快速生长聚集成为抗浪的礁体，形成高出于周围同期沉积之上的建隆。在高能带，由于向岸风及潮汐作用，使波浪搅动及海水压力变化，沿着斜坡上升来的深部海水，温度骤然升高，水压降低，CO2释放，促进了CaCO3大量沉淀，同时从深水还带来大量其它养料，有利于造礁生物的发育生长。故在沿岸高能带常形成岸礁，如海南岛南端三崖湾的现代珊瑚岸礁；在滨外或陆棚边缘高能带常出现堤礁或堡礁，如澳大利亚东部沿海现代堡礁等。在出现岸礁或堡礁时，礁体首当其冲遭受波浪冲击，从这些礁体中带出大量生物碎屑及礁屑岩块，在礁前斜坡产生礁角砾堆积（塌积岩），在礁后形成生物砂滩。如果在这些地带，持续地保持强到中等的水运动，而又有较碱的为碳酸钙经常过饱和的海水不断产生，这就使得正常盐度的造礁生物不能繁衍，由海底碳酸钙的加积作用及胶结作用、水体中的颗粒包壳作用等，可以产生鲕粒、砂屑、球粒、团块、核形石及生物砂等沉积物并被亮晶胶结。

在障壁礁或砂堤之后，水的循环受到限制，出现安静泻湖及潮坪环境，如果气候炎热干燥，由蒸发作用使泻湖水体的盐度不断升高，最初产生CaCO3（文石）的化学沉淀。水体中微细的文石针发生絮凝作用，经常出现球粒灰泥沉积，进一步碱化就会出现白云岩及膏盐沉积，生物种类很贫乏，仅有某些适应盐度变动的广盐度生物如介形虫、某些有孔虫（粟粒虫），软体动物及蓝绿藻类等。如果气候比较潮湿炎热，泻湖水体的盐度变化不大，除了上述生物，还可有大量绿藻、钙质海绵、苔藓虫及腕足类等窄盐度生物，为碳酸盐沉积提供大量颗粒。在潮坪地带由于间歇性的涨潮淹没及退潮期暴露干燥，出现具有特色的沉积物，如层纹石灰岩（白云岩）、叠层石灰岩（白云岩）、纹层状球粒石灰岩（白云岩），以及鸟眼、干裂、纹层、膏盐晶体假象等沉积构造。在热带多雨地区，潮间坪沉积带出现淡水透镜体，提供泉水并造成富含半碱水植物的沼泽，或出现微卡斯特地貌（溶洞、溶缝、岩溶漏斗等），于沉积物表面沉淀出结壳状淡水方解石等。

1.2沉积作用

①潮坪碳酸盐岩沉积－潮汐作用占主导地位

以潮汐作用为主，其他作用为辅。潮上带海水浅，太阳辐射作用强，表现为蒸发作用。