三.生物礁沉積學

第三講、生物礁儲層沉積學1生物礁的基本概念

1.生物原地生長堆積形成的抗浪塊體；

2.抗浪塊體中的大部分生物保持生長生態(tài)特征，或只見造礁生物原地生長的痕跡；

3.地貌上呈明顯的凸起，高：寬之比大于1：30為生態(tài)礁，小于1：30為地層礁；

4.分布范圍從海平面到200m以下水深，視造礁生物種類不同，有的可達300-400m水深。2一、現(xiàn)代生物礁3現(xiàn)代珊瑚礁的分布（CoralDistribution）淺蘭<20個屬中淺蘭20-40個屬深蘭>40個屬4現(xiàn)代海洋溫暖淺海發(fā)育珊瑚礁。澳大利亞大堡礁是目前世界上最大的礁組合，沿昆士蘭陸架延伸1900公里，由2500個獨立礁體組成，大部分單個礁體僅幾平方公里。我國南海熱帶海域中的眾多島嶼中也也廣泛發(fā)育珊瑚礁。5Reefs珊瑚礁的分帶（ZonationonCoral）6造礁珊瑚的生態(tài)7沿岸點礁和丘礁群8陸架邊緣堤礁（堡礁）9大堡礁礁間潮道礁前礁坪陸架邊緣堤礁（堡礁）10礁坪灘礁后潮坪礁前礁后瀉湖瀉湖內(nèi)點礁陸架邊緣堤礁（堡礁）現(xiàn)代生物礁11礁坪礁后潮坪礁后瀉湖堤礁（堡礁）后的瀉湖--潮坪組合現(xiàn)代生物礁12礁后瀉湖中的心形孤立點礁點礁現(xiàn)代生物礁13大洋中的馬蹄形孤立礁現(xiàn)代生物礁14骨架狀造礁生物15骨架狀造礁生物16骨架狀造礁生物17骨架狀造礁生物18粘結(jié)狀造礁生物19粘結(jié)狀造礁生物20Foliosecorals21粘結(jié)狀造礁生物22Tablecorals

23

3/21/06CoralReefs珊瑚礁24Elkhorncorals25叢生狀造礁生物26Branchingcorals27叢生狀礁生物28附礁生物—大型綠藻29喜礁生物30礁坪灘31礁坪灘32二、古代生物礁沉積模式331.緩坡度和低能量控制的灰泥丘沉積模式（據(jù)Wilson,1975)二、古代生物礁沉積模式342.中等坡度和中能量控制的層狀鑲邊礁沉積模式（據(jù)Wilson,1975)353.陡坡和高能量控制的鑲邊生態(tài)礁沉積模式（據(jù)Wilson,1975)36三、生物礁的分類

1.按礁的地理位置可分為：

①臺地礁、②臺地邊緣礁、③盆地礁、④瀉湖礁、⑤灘礁。

2.按礁的形態(tài)可分為：

①補丁礁（點礁）、②丘礁、③堤礁（堡礁）、④寶塔礁、⑤環(huán)礁、⑥蹄形礁

3.按礁的與海岸的關(guān)系可分為：

①岸礁、②堤礁或堡礁、③環(huán)礁、④臺礁。374.按礁與海水進、退關(guān)系可分為：

①海侵礁、②海退礁。5.按地理位置和形態(tài)復合特征可分為：

①岸礁（堤礁）、②沿岸礁（堤礁和丘礁）；③臺內(nèi)礁（點礁和斑礁）、④邊緣礁（堤礁）、⑤圓丘礁（灰泥丘）、⑥盆地礁（環(huán)礁、寶塔礁、馬蹄形礁）6.按造礁生物屬種分類可分為：

①珊瑚礁、②層孔蟲礁、③苔蘚蟲礁、④海綿礁、⑤水螅礁、⑥有孔蟲礁、⑦厚殼蛤礁、⑧藻礁38地史中各類造礁生物的分布39地質(zhì)歷史中的生物礁類型和發(fā)育規(guī)模40中國南方震旦紀—三疊紀主要造礁生物41岸礁障壁礁

環(huán)礁火山島礁的形態(tài)與海岸關(guān)系的演化過程42礁的形態(tài)特征與地理位置關(guān)系

43生物礁在陸棚上的分布44現(xiàn)代常見的生物礁類型和分布環(huán)礁障壁礁岸礁45四、造礁生物與礁灰?guī)r1、生物礁中的造礁生物作用形式造礁生物，是指底棲固著、群體、具有造架能力的生物。是礁體的骨干生物?？杉毞譃椋涸旒苌铮憾酁閴K狀、半球狀、球狀、枝狀板狀生物如珊瑚、海綿等。粘結(jié)生物：附著于其它生物之上的結(jié)殼狀、板狀的具有粘結(jié)能力的生物，如藻類、苔蘚蟲等障積生物：在浪基面附近生長的莖枝狀、棒狀生物，可降低水的流速利于灰泥沉積的生物，如海百合等。462、生物礁中附礁生物的作用形式附著式生物：藻類等可以附著在骨架生物上造成結(jié)殼，起到加固作用。膠結(jié)式生物：藻類生長在洞穴或孔隙內(nèi)，產(chǎn)生膠結(jié)作用，同時起到加固作用，有許多碳酸鹽顆粒都是被藻類膠結(jié)成巖的。大部分生物礁都是這幾種造礁和附礁生物作用結(jié)合起來形成的，很少是某種單獨的作用造巖。473.礁灰?guī)r的劃分①骨架礁灰?guī)r②粘結(jié)礁灰?guī)r③障積礁灰?guī)r④蓋覆巖⑤礁角礫巖48礁巖類型49

①骨架巖

由塊狀、半球狀、球狀、枝狀、板狀等造架生物，如珊瑚、海綿、層孔蟲等生長發(fā)育所形成的具有抗浪作用的巖石類型；

②障積巖

由原地生長的枝狀、叢狀等障積生物障積灰泥而成。障積生物含量可多可少，以發(fā)育大量的骨架間灰泥充填物為典型特征（障積結(jié)構(gòu)），例如苔蘚蟲障積巖、葉狀藻障積巖等，主要出現(xiàn)在骨架礁的下部和翼部。

③粘結(jié)巖和綁結(jié)巖

由粘結(jié)—結(jié)殼生物粘結(jié)、包覆或捆綁造架生物以及各種附礁生物和碎屑所組成的礁灰?guī)r，以發(fā)育粘結(jié)結(jié)構(gòu)或綁結(jié)結(jié)構(gòu)為典型特征，是組成礁核的重要巖石類型之一。50④蓋覆巖（Coverstone）

由原地生長的板狀或?qū)蛹y狀生物覆蓋破碎的骨骼或其它碎屑并使之穩(wěn)固而形成的巖石。多產(chǎn)于礁基、礁坪、礁蓋和礁前斜坡。51

⑤礁角礫巖

由生物礁灰受到海浪和海流的沖擊時破壞時所形成的大小不一的各種角礫狀碎屑堆積而成，主要可出現(xiàn)在礁前斜坡帶，礁體內(nèi)的溝道和礁翼也可發(fā)育。52古代生物礁古代珊瑚骨架礁灰?guī)r53古代珊瑚骨架礁灰?guī)r54古代厚板狀孔蟲粘結(jié)礁灰?guī)r55古代海綿粘結(jié)礁灰?guī)r56古代海綿粘結(jié)礁灰?guī)r57古代海綿粘結(jié)礁灰?guī)r58古代薄板狀孔蟲粘結(jié)礁灰?guī)r59古代海綿障積礁灰?guī)r60造礁生物—小衛(wèi)根海綿古代海綿障積礁灰?guī)r61古代層孔蟲障積礁灰?guī)r62北川甘溪中泥盆疊統(tǒng)金寶石組生物屑灰?guī)r—礁基亞相63滇南泥盆系層孔蟲–珊瑚礁灰?guī)r礁核的地貌景觀64川東上二疊統(tǒng)長興組海綿礁地貌景觀華鎣山澗水溝生物礁剖面——具塊狀的地貌隆起和石林外貌華鎣山澗和尚梁生物礁剖面65北川甘溪中泥盆疊統(tǒng)金寶石組層孔蟲-珊瑚礁灰?guī)r-礁核亞相66北川甘溪中泥盆疊統(tǒng)金寶石組層孔蟲生物礁灰?guī)r-礁核亞相67礁核中的次生溶孔通江鐵廠河林場—長興組68甘溪中泥盆疊統(tǒng)金寶石組枝狀層孔灰?guī)r-礁后瀉湖亞相69甘溪中泥盆疊統(tǒng)金寶石組枝狀層孔灰?guī)r-礁后瀉湖亞相70甘溪中泥盆疊統(tǒng)金寶石組珊瑚礁灰?guī)r和古風化殘積層-礁蓋亞相71礁角礫巖72五、生物礁沉積相劃分1.礁核亞相、2.礁前亞相、3.礁后亞相、4.礁翼亞相、5.礁間亞相、6.礁基亞相、7.礁蓋（礁頂和礁坪亞相）73

①礁核亞相：指礁相組合中具有抗浪性沉積的主體部分，由造礁生物原地生長堆積而成。

②礁前亞相：礁迎風(開闊海)的一側(cè)稱礁前，形成礁前塌積、礁角礫巖，礁碎屑磨圓和分選差。往深水方向與盆地相泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r沉積物呈指狀接觸。

③礁后亞相：礁背風的一側(cè)稱礁后，由礁坪和瀉湖組成，砂坪為分選較好的砂屑灰?guī)r和生屑灰?guī)r。礁后瀉湖為靜水灰泥沉積，其中可發(fā)育大量海百合、綠藻、腕足類、介形蟲等動物群。

④礁翼亞相：指礁相與非礁相呈指狀交錯過渡的礁的側(cè)翼部分。盆地或瀉湖中的點礁或塔礁的翼部因分不出礁前和礁后而統(tǒng)稱為礁翼。74

⑤礁間亞相：礁群復合體中的非礁相部分，海侵時為正常海相碳酸鹽沉積，有利于礁的形成;海退時為瀉湖相甚至蒸發(fā)巖沉積，有利于礁巖白云巖化。⑥礁基亞相：礁生長基底的原始地形隆起，臺地上灘、生物丘、海底火山、砂壩等均可成為生物礁固著生長的基底，在礁基上最早形成的往往是使活動底質(zhì)固定的蓋覆巖。

⑦礁蓋亞相：生物礁頂部發(fā)育終止后沉積的深水盆地相或瀉湖、蒸發(fā)巖。75線狀堤礁（堡礁）理想剖面和沉積相劃分（據(jù)James,1979)76

一個發(fā)育完整的礁組合，在垂向剖面上從底到頂通?？蓞^(qū)分出：礁基、礁核、礁坪和礁蓋等四種微相；在橫剖面上可劃分出礁核、礁翼、礁間海、礁前斜坡等微相。臺緣礁可分為前礁、礁核和后礁三個單元。礁組合的結(jié)構(gòu)特征7778

點礁/斑礁和丘礁理想剖面和沉積相劃分（據(jù)James,1979)79六、生物礁的形成與演化

詹姆斯（James，1979）認為大多數(shù)生物礁的發(fā)展可以劃分為四個階段，即：定殖階段、拓殖階段、泛殖階段及統(tǒng)殖階段。各階段特征如下：1.定殖階段

在古生界和中生界，最常見的是由棘皮動物碎片組成的一系列淺灘或骨骼灰質(zhì)砂的堆積體，新生界則由鈣質(zhì)綠藻的板片組成。這些沉積物的表面繁殖著藻類（鈣質(zhì)綠藻）、植物（海草〕或者動物（有柄亞門〕．它們附著底層使其聯(lián)結(jié)和固定下來．隨后星星散散的技狀藻類、苔蘚蟲、珊瑚蟲、軟的海綿和其他后生生物就開始在定殖的生物之間生長起來。802.拓殖階段

是造礁的初期繁殖，生物礁以生物種這類少為特征，這個時期的生物能忍受一定的灰泥沉積物（濁度）的影響，常見的是成熟的枝狀的（障積作用）為主。3.泛殖階段

這個階段通常構(gòu)成礁體的大部分，礁體向上生長，隆起幅度加高，并向側(cè)向擴展，形成礁翼。生物種類和數(shù)量達到最高程度。同時，波浪、潮汐水流可以破壞原生骨架，形成礁前和礁間、礁內(nèi)縫洞的礁角礫、礁砂屑的強烈充填作用。4.統(tǒng)殖階段某一種類的造礁生物逐漸占統(tǒng)治地位和形成塊狀、穹狀和疊層狀抗浪的塊體，礁很快生張到潮間帶，開始進入以波浪沖蝕作用為主的消亡階段，形成層狀生物碎屑（礁坪灘）沉積8182

礁的發(fā)育演化83七、生物礁發(fā)育的控制因素1.溫暖的淺水最有利礁的生長2.海平面相對變化對礁有明顯的控制作用①海平面相對快速下降，礁露出水面“干死”；②海面相對快速上升時，進入深水中“淹死”；③海平面若保持相對穩(wěn)定，礁體可以向側(cè)向發(fā)展。3.動蕩的環(huán)境有利礁的生長4.鹽度正常有利于礁生長

礁后瀉湖高鹽度礁會“渴死”5.清潔海水最有利于礁的生長當氣候變化或地殼變動陸源物注入時礁會“嗆死”

因此，大地構(gòu)造和地殼運動、氣候條件、水深、鹽度和地形地貌條件等因素，均會對礁的生長發(fā)育起著重要的控制作用。84八、生物礁鑒別標志1.生物標志造礁生物和附礁生物大量出現(xiàn)。2.古地貌標志具有明顯原始地貌隆起，加上礁相和非礁相之間的差異壓實作用，因此，礁相地層厚度明顯比同期非礁相地層大。3.巖性和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造標志礁體常呈灰白色塊狀巖體、無層理，示頂?shù)讟?gòu)造發(fā)育，可劃分出骨架巖、障積巖和粘結(jié)巖。礁前垮塌礁角礫巖是典型標志，礁頂顆?；?guī)r易發(fā)生白云巖化而成為良好的油氣儲層。4.相帶標志能劃分出礁核、礁翼、礁間、礁蓋等亞相。5.次生標志

孔隙和溶蝕作用發(fā)育，礁灰?guī)r常呈小石林和陡崖地貌。85九、生物礁儲層研究實例86

奧地利阿爾卑斯北部灰?guī)r山脈晚瑞替期沉積環(huán)境的古地形復原圖

87

加拿大上泥盆統(tǒng)某生物礁巖相分布特征

88

黔東－湘西早寒武世生物礁沉積相示意圖

89湖南花垣縣漁塘寒武統(tǒng)清虛洞組生物礁綜合柱狀圖90湘西漁塘下寒武詠清虛洞組藻礁的礁核亞相與礁前斜坡塌積角礫巖亞相呈犬牙交錯狀接觸礁核亞相礁前斜坡塌積角礫巖亞相91湘西花垣漁塘早寒武世生物礁沉積相模式92湘西花垣漁塘早寒武世生物礁生長發(fā)育演化示意圖93塊狀海綿礁灰?guī)r通江鐵廠河林場—長興組海綿礁體宏觀特征94通江鐵廠河林場—長興組塊狀海綿礁灰?guī)r造礁生物—海綿95造礁生物—海綿附礁生物—腕足、棘皮、腹足、有孔蟲等通江鐵廠河林場—長興組96通江鐵廠河林場—長興組礁蓋藻粘結(jié)巖97川東北通江鐵廠河林場二疊紀生物礁剖面結(jié)構(gòu)＞100m4m±35m±礁蓋：由灰白色厚層塊狀白云巖組成，側(cè)向延伸穩(wěn)定。礁頂：由礁白云巖組成，具有藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)礁核：由灰白色-灰色厚層塊狀礁灰?guī)r構(gòu)成，造礁生物主要為串管海綿和纖維海綿，少量苔鮮蟲；附礁生物主要為腕足、腹足、海百合、有孔蟲等組成。礁體發(fā)育次生孔，并由方解石所充填。礁基：由中薄層亮晶生物碎屑灰?guī)r和亮晶砂屑灰?guī)r構(gòu)成，為淺灘相沉積。＞20m98川東北通江鐵廠上二疊統(tǒng)長興臺內(nèi)海綿丘礁沉積相模式礁基礁核

礁頂

礁蓋礁翼礁翼99宣漢樊噲盤龍洞長興組生物礁剖面P2wP2c礁核—海綿障積巖海綿骨架巖礁頂—亮晶砂屑灰?guī)r礁基—亮晶砂屑灰?guī)r川東長興組生物礁研究實例100

宣漢樊噲盤龍洞長興組生物礁剖面P2wP2c礁核礁頂礁基骨架巖具藻粘結(jié)101

宣漢樊噲盤龍洞長興組生物礁剖面海綿骨架礁灰?guī)r102

宣漢樊噲盤龍洞長興組生物礁剖面海綿骨架礁灰?guī)r103

宣漢樊噲盤龍洞長興組生物礁剖面礁體中空隙10412880m礁蓋礁頂礁核礁基淺灰色塊狀海綿障積巖、骨架巖灰白色塊狀亮晶砂屑灰?guī)r灰白色塊狀砂屑亮晶灰?guī)rp2wp2cT1f宣漢樊噲盤龍洞長興組剖面結(jié)構(gòu)131727105立石河羊鼓洞盤龍洞宣漢羊鼓洞-盤龍洞長興組生物礁模式圖生物礁遷移由臺地遷移原因海平面下降羊古洞白云巖厚度大盤龍洞白云巖厚度小羊古洞發(fā)育古喀斯特角礫巖盤龍洞不發(fā)育106川東北上二疊統(tǒng)臺地內(nèi)斑礁和邊緣堤礁沉積模式107渝東黃龍地區(qū)長興組生物礁氣藏儲層對比圖108溶孔微-粉晶海綿礁白云巖，海綿體腔的晶粒結(jié)構(gòu)和體腔孔保存完好，發(fā)育體腔內(nèi)溶孔。普光6井，4（21/81），5×10，（-），井深5241.15m

109溶孔海綿骨架礁白云巖,骨架間溶洞非常發(fā)育110海綿礁灰?guī)r，骨架間溶洞非常發(fā)育，環(huán)邊生長白云石晶簇、內(nèi)被方解石和瀝青充填，對角線長度0.8mm（-），天東53井，4351.85m111海綿障積礁灰質(zhì)白云巖，海綿骨架和骨架間被溶蝕，形成眾多骨架間溶孔，鑄體薄片，對角線長度0.8mm，天東002－11井，3886.03m；112溶孔海綿礁屑灰?guī)r。普光6井，10（78/137），2×10（-）。礁間充填113溶孔角礫狀礫屑灰?guī)r，礫屑主要為海綿礁屑灰?guī)r。普光6井，10（59/137），2×10（-）礁