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1、石油大学资源与信息学院,朱 筱 敏,层序地层学,第五章 海相碳酸盐岩层序地层学 第一节 碳酸盐岩沉积背景及其控制因素,起源于被动大陆边缘碎屑岩 层序地层学原理适用于碳酸 盐岩层序地层分析,第一节 碳酸盐岩沉积背景及其控制因素,一、碳酸盐岩沉积背景 1、碳酸盐岩沉积背景,一、碳酸盐岩沉积背景 1、碳酸盐岩沉积背景,南北纬30度沉积盆地碳酸盐岩沉积多 碳酸盐台地和滩是碳酸盐岩沉积最为活跃的地方。 根据沉积位置和地层剖面坡度，可将碳酸盐台地和滩边缘剖面划分成三种类型。,一、碳酸盐岩沉积背景 1、碳酸盐岩沉积背景,盆地边缘的区域性碳酸盐台地和缓坡； 盆地边缘的区域性前积台地和滩； 浅海台地或孤立台地,
2、盆地边缘的区域性碳酸盐台地和缓坡； 盆地边缘的区域性前积台地和滩； 浅海台地或孤立台地,1）盆地边缘的区域性碳酸盐台地和缓坡 区域性碳酸盐台地和缓坡沉积坡度都小于5; 沉积厚度可以变化很大，从几米到几百米; 斜坡上相带宽缓、不规则，没有明显的地形 坡折; 在地震剖面上，缓坡沉积表现为低角度的S型或叠瓦状前积结构 。,叠瓦状前积反射,2)盆地边缘的区域性前积滩和台地 以具有前缘斜坡的前积模式为特征；前缘斜坡的坡度为5-35； 前积滩的厚度从几米到几百米， 前积距离可达数百千米。 呈S型、S型-斜交型和斜交型前积模式,S形和斜交前积反射,S形和斜交前积反射,3）浅海孤立台地 多出现在远离区域性盆地
3、缓坡或台地的地方； 地垒式断块常常诱发孤立台地的发育； 常具有陡峭的边缘； 在地震剖面上，常响应于明显的宽缓丘形反射,丘状反射,丘状反射,丘状反射,一、碳酸盐岩沉积背景,2碳酸盐沉积相带 碳酸盐岩沉积模式的发展（福克,欧文，1965） 不同沉积相带具有不同的沉积背景。 在陆棚狭窄、陆棚边缘陡峭的地方， 相带分布窄而规则； 在台地和边缘区、陆棚区宽阔的地方， 相带分布较宽而复杂。,三个相区能量的观点,X,Z,Y,三个相区九个相带(1975),三个相区九个相带 Wilson,1975,三个沉积相区（Sarg,1988）,1）潮坪相(平均海平面附近),1）潮坪相,常为一种向上变浅的、规模较小的潮下带
4、到潮上的沉积旋回或准层序 沉积厚度数十米 沉积持续时间可达一百万年 由潮上、潮间带和潮下带三个次级沉积环境构成,1）潮坪相,（1）潮上带 由泥或粉砂级颗粒沉积物组成 发育风暴成因纹层，藻纹层、 内碎屑层 潮上环境位于平均高潮线以上， 从而具有泥裂、鸟眼构造,潮上带沉积（泥裂）,潮上带大量水平层理和液化流动包卷层理和顶部的泥炭沉积,潮上带和潮间带波状叠层石,1）潮坪相,（1）潮间带 富含泥质和具有潮汐水道的复合体 在潮汐水道中一般含有内碎屑和碳 酸盐岩岩屑的底部滞留沉积，其上 覆具有潜穴的骨屑石灰岩 典型沉积构造为潮汐过渡层理,潮间坪上各类砂波主要是泥质岩和粉砂岩,宽阔的潮间坪 沉积面上的波纹,
5、沼泽,小潮道,1）潮坪相,（1）潮下带 由颗粒灰岩、灰泥灰岩组成 发育交错层理或缺乏原始沉积构造,潮间带下部和潮下带的青鱼剌层理,青鱼刺层理（潮间带下部潮下带，涨潮流速 与退潮流速基本相当时出现）,2）浅海陆架相,2）浅海陆架相,由潮下骨屑泥灰岩、粒屑灰岩和砂屑灰岩 等岩性构成的、向上变浅的准层序组成。 若存在正常海水，则该相带动植物群发育， 包括珊瑚、软体动物、腕足动物、海绵类、 有孔虫及藻类等，生物扰动普遍。 海水盐度正常到中等盐度，水体循环程度 从低到中等偏高，这主要取决于台地边滩对 潮汐和潮流的限制程度。,2）浅海陆架相,当陆棚受限时，则可能形成广泛的蒸 发岩泻湖，并以被石膏或硬石膏覆
6、盖的 泥质支撑石灰岩构成的、向上咸化的准 层序为特征。 若淡水供给充足，侧浅海陆棚将淡化， 发育三角洲,3）台地或滩边缘相,3）台地或滩边缘相,由砂屑灰岩、泥屑灰岩及生物礁 在内的岩相复合体组成 滩边缘相通常含有小到中型的槽 状交错层理和海底硬地 生物沉积含有生物或胶结物粘结 的块状礁体和斑礁体，其间隙被灰 质泥岩、骨屑灰岩和泥质灰岩充填 沉积水深050m,滩礁沉积,盆地沉积,斜坡沉积,4）前缘斜坡相,滩礁沉积,盆地沉积,斜坡沉积,4）前缘斜坡相,位于台地或滩边缘坡折向海方向的斜坡面上 沉积斜坡坡度可达35以上 水深从几十米到百米以上 沉积岩相由伴随着巨型滑塌的成层灰质泥灰岩、透镜状或楔状碳酸
7、盐碎屑或生物碎屑钙质砂组成 硅质碎屑岩可作为碳酸盐岩的夹层出现,5）盆地相,滩礁沉积,盆地沉积,斜坡沉积,5）盆地相,岩石成分取决于水深和水的循环程度 对于水深达100m、水体盐度正常、 含氧丰富和水体循环良好的盆地环境， 岩性常以潜穴化骨屑石灰岩和含有一些 泥质颗粒的石灰岩为特征 该相带生物群种属多样，局部生物群 丰度较高，包括腕足和头足类动物、珊 瑚和棘皮动物,5）盆地相,在水深几百米、贫氧、水静的盆底，岩性 以薄层和纹层状黑色泥灰岩为主要结构类型， 常见燧石，生物群主要是远洋浮游生物 若盆地非常局限，就会出现盐度成层现象， 在盆地碳酸盐岩中可能含有准同生石膏和硬 石膏,滩礁沉积,盆地沉积
8、,斜坡沉积,二、碳酸盐岩沉积控制因素,1、相对海平面变化的控制作用 相对海平面的变化是控制碳酸盐岩沉积的首要因素。 相对海平面的变化控制了可容空间的变化，控制着碳酸盐岩沉积潜力。,1、相对海平面变化的控制作用,二、碳酸盐岩沉积控制因素,1、相对海平面变化的控制作用 碳酸盐岩沉积物是由生物产生的，其中不少是光合作用的副产物。随着水深增加光照程度迅速降低。 高碳酸盐岩产率主要分布在海水上部50m至100m的水体中， 在10m水深内碳酸盐岩产率最高，而在10-20m内锐减,二、碳酸盐岩沉积控制因素,二、碳酸盐岩沉积控制因素,古代碳酸盐岩台地或滩的沉积速率 远小于全新世的沉积速率 古生代碳酸盐沉积速率
9、为13-365um/a 全新世碳酸盐生长速率为500-1100 um/a （鲕滩和潮汐沉积） 全新世珊瑚礁的沉积速率 达10000 um/a以上,1、相对海平面变化的控制作用,追补型和并进型沉积,1、相对海平面变化的控制作用,2、构造沉降和沉积背景的作用,构造沉降作用提供了长期的碳酸盐沉积物的沉积和保存 构造升降作用也会影响碳酸盐台地的暴露 非局限性盆地和局限性盆地的不同盆地结构造成水流畅通程度不同,3、气候的控制作用,1）气候决定了水的盐度、水的循环和含盐度 热带海洋浅水比中纬度温带海洋具有更高碳酸盐产率、稳定性和早期成岩的潜力。,3、气候的控制作用,2）气候还决定了沉积层序中的沉积物类型
10、在干旱气候和水体循环较局限的环境下，在陆棚上盆地、泻湖、潮上坪等环境会产生蒸发岩沉积物。,3、气候的控制作用,2）气候还决定了沉积层序中的沉积物类型 若陆源沉积物供源点邻近碳酸盐岩台地，气候的差异将会影响硅质碎屑沉积物供给的类型。 潮湿气候利于河流、三角洲硅质碎屑沉积物的沉积 干旱气候利于风成硅质碎屑沉积。,第二节 碳酸盐岩层序地层学,起源于被动大陆边缘陆源碎屑沉积盆 地的层序地层学基本原理适用于碳酸 盐岩沉积盆地的层序地层学研究,第二节 碳酸盐岩层序地层学,一、层序类型和层序边界,型和型层序边界和层序类型,型层序边界,型层序由低位、 海侵和高位体系域构成,型层序边界,型层序由陆棚边缘、 海侵
11、和高位体系域构成,1、型层序边界特征,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,风化壳岩溶是识别 碳酸盐岩I型层序的重要特征,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征, 古岩溶面常是不规则的，纵向起伏几 十至几百米。岩溶地貌常表现为岩溶斜坡 和岩溶凹地。,岩溶高地,岩溶凹地,岩溶斜坡,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,岩溶高度达百米之上,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征, 地表岩溶主要特征为出现紫红色泥岩、灰绿色铝土质泥岩以及覆盖的角砾灰岩、角砾白云岩的古土壤。,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,古岩溶存在明显的分带性，自上而下 可分为垂直渗流岩溶带、水平潜流
12、岩溶 带和深部缓流岩溶带。,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,古岩溶存在明显的分带性，自上而下 可分为垂直渗流岩溶带、水平潜流岩溶 带和深部缓流岩溶带。,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,岩溶表面和岩溶带中出现各种岩溶刻痕和溶洞，如细溶沟、阶状溶、 起伏几十米至几百米的夷平面、落水洞、溶洞等。,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,溶孔内可充填不规则层状且分选差的角砾、泥岩或白云质泥的示底沉积、隙间或溶洞内充填氧化铁粘土和石英粉砂、以及淡水淋滤形成的淡水方解石和白云岩,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,钙质壳，溶解后扩大的并可被粘土充填的解理，分布广泛的选择
13、性溶解孔。,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,岩溶地层具有明显的电测响应，如明显的低电阻率、相对较高的声波时差、较高的中子孔隙度、较明显的扩径、杂乱的地层倾角模式和典型的成像测井响应。,美国德州,不整合,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,古岩溶面响应于起伏较明显的不 规则地震反射，古岩溶带常对应明 显低速异常带。,1）碳酸盐台地或滩边缘 暴露侵蚀的岩溶特征,古岩溶面上下地层产状、古生物组合、 微量元素及地化特征也有明显的差别。,1、型层序边界特征,2）斜坡前缘侵蚀特征,斜坡前缘侵蚀作用会导致台地和滩 边缘及斜坡上部大量沉积物被侵蚀掉， 造成大量碳酸盐岩砾屑顺坡而下的滑 塌沉
14、积作用和碳酸盐岩砂屑的密度流 沉积作用,2）斜坡前缘侵蚀特征,斜坡前缘侵蚀作用可是局部性的或区 域性的， 向上可延伸到陆棚区形成发育 良好的海底峡谷 滩前沉积物可被侵蚀掉几十至几百米,3）淡水透镜体向海方向迁移,淡水透镜体向海和向盆地方向的区域 性迁移与海平面相对下降有关。 淡水透镜体渗入碳酸盐岩剖面的程 度与海平面下降速率、海平面下降幅度 和海平面保持在低于台地或滩边缘的时 间长短有关。,1、型层序边界特征,4）不同规模白云化作用,在I型层序边界形成时期，可发生 不同规模的混合水白云化和高盐 度白云化作用。,1、型层序边界特征,5）下切谷及其充填物,河流回春作用形成下切谷，充 填粗粒碳酸盐岩
15、和碎屑岩沉积物,1、型层序边界特征,5）下切谷及其充填物,河流回春作用形成下切谷，充 填粗粒碳酸盐岩和碎屑岩沉积物,第二节 碳酸盐岩层序地层学,一、层序类型和层序边界,2、型层序边界特征,当海平面下降速率小于或等于台地边缘沉降速率时，多形成II型层序界面,一、层序类型和层序边界,2、型层序边界特征,盆地可容空间扩大，仅台地潮缘区和台 地浅滩较短期出露地表遭受侵蚀； II型层序边界缺乏明显台地斜坡的侵蚀 作用和明显的沉积相带向盆地方向的迁移。,一、层序类型和层序边界,2、型层序边界特征,一、层序类型和层序边界,2、型层序边界特征,可发生类似小规模I型海平面下降时所产生 的淡水成岩作用，其包括颗粒
16、溶解，不稳定 文石和高镁方解石的溶解，还包括少量渗流 和潜水胶结物的沉淀和混合带白云化作用。 可发生超盐度白云化作用。,一、层序类型和层序边界,2、型层序边界特征,第二节 碳酸盐岩层序地层学,二、综合模式 体系域类型及其特征,两类沉积层序包括低位、海 侵、高位和陆棚边缘体系域,沉积背景不同，层序地层模式不同,碳酸盐岩层序地层模式,型层序模式,二、体系域类型及其特征,1、低位体系域,组成: 物源来自前缘斜坡的他生碎屑沉积 沉积于海平面低位期斜坡上部的 自生碳酸盐岩楔,1、低位体系域,1）他生碳酸盐岩沉积,成因：海平面明显下降改变原有可容空间 特征：重力流沉积，扇形和楔形,1、低位体系域,2）自生碳酸盐岩楔,成因：海平面上升低于台地边缘 特征：沉积类型多 深水沉积、礁滩及白云岩 影响因素：斜坡坡度、海
