碳酸盐岩储层讲稿-蔡忠贤

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1、碳酸盐岩储层地质学理论基础碳酸盐岩储层地质学讲座 第一部分蔡忠贤 中国地质大学（武汉） 2012年1月One Tree Island and ReefOne Tree Island and Reef斯洛文尼亚的喀斯特碳酸盐沉积物（岩）灰泥灰泥的大小 1、Folk（1959）将其描述为石灰岩中小于4um的半透明结晶基质； 2、Leighton 和Pendexter（1962）把小于31um的晶粒； 3、Chilingar（1967）将含义扩大到未固结的沉积物，粒径小于5um 。灰泥的成因 1、生物作用主要由浮游生物组成，藻类、有孔虫、翌足目等，陆 相盆地中主要是藻类（颗石藻、非颗石藻） 2、生物

2、化学作用生物生命活动过程中形成的，如藻的钻孔、藻类 的光合作用等 3、机械作用波浪、潮汐、水流作用粉碎、磨蚀颗粒形成 4、化学作用从饱和碳酸钙的海水中直接沉淀形成1、碳酸盐岩储层岩石学碳酸盐沉积物（岩）碳酸盐颗粒一般是指大于0.02mm，可以分为盆内颗粒和盆外颗粒，Folk（1959，1962）将盆内颗粒称为异化颗粒，盆外颗粒称为外碎屑异化颗粒包括：生物碎屑、鲕粒、球粒、核形石、内碎屑、包粒（鲕粒、核形石）、集合颗粒（葡萄石、藻凝块、藻团块）1、碳酸盐岩储层岩石学依成因和结构可划分为三大类：生物碎屑、泥晶颗粒、包粒包粒 具同心纹层结构的碳酸盐颗粒，包括鲕粒、核形石、豆粒、结核 鲕粒包括正常鲕、

3、表鲕、复鲕、放射鲕、单晶鲕、多晶鲕、假鲕 、负鲕 核形石（球状叠层石）可分成反转堆叠的球形、紊乱堆叠的球形 、同心状堆叠的球形1、碳酸盐岩储层岩石学泥晶颗粒指颗粒内部没有结构构造的颗粒。 包括Folk（1959、1962）异 化颗粒中的内碎屑、球粒、团粒、团块等内碎屑可进一步划分为砾屑(2mm)、砂屑(2-0.05mm)、粉砂屑(0.05-0.02mm)、泥屑 (10%, 异常化学岩异化粒微晶微晶亮晶异化粒1-10%异化粒 25%内碎屑亮晶灰岩 内碎屑微晶灰岩 含内碎屑微晶灰岩微晶灰 岩或 微晶白 云岩生物灰岩细晶质内碎屑云岩中晶 云岩 ，细 晶云 岩等内碎屑 25%鲕粒亮晶灰岩鲕粒微晶灰岩含

4、鲕粒微晶灰岩粗晶质鲕粒云岩鲕粒3:1生屑亮晶灰岩生屑微晶灰岩含化石微晶灰岩隐晶质生屑云岩化石:团粒 3:1 1:3生屑团粒亮晶灰 岩生屑团粒微晶灰 岩含团粒微晶灰岩极细晶质团粒云岩化石:核形石 1:3 团粒亮晶灰岩团粒亮晶灰岩化石:核形石 1:2 核形石亮晶灰岩 核形石微晶灰岩 含核形石微晶灰岩1、碳酸盐岩储层岩石学1、碳酸盐岩储层岩石学碳酸盐岩的岩石学分类Dunham（1962）根据岩石结构的分类1、块体状灰（云）岩由生物礁形成的（礁核部分），是生物生长形成的，内部没有沉积构造，而是生物骨架，即Kolven(1971)和James(1978)的礁灰岩分类中 的格架灰岩。由于重力滑动作用形成的

5、块体状灰（云）岩。 2、颗粒状灰（云）岩 3、灰泥碳酸盐岩包括：泥晶灰岩和泥晶白云岩 4、结晶碳酸盐岩包括：巨晶灰岩（2mm）、粗晶灰岩（20.5mm）、中晶灰岩（0.5-0.25mm）、细晶灰岩（0.25-0.1mm）、粉晶灰岩（0.1-0.02mm）1、碳酸盐岩储层岩石学总体上可分成四类碳酸盐岩沉积条件基本概括碳酸盐岩沉积条件基本概括 碳酸盐岩形成于温暖的热带纬度地区碳酸盐岩形成于温暖的热带纬度地区 碳酸盐岩一般由海洋生物体沉积而成碳酸盐岩一般由海洋生物体沉积而成 碳酸盐岩极大的受到水循环样式和以前的碳酸盐岩极大的受到水循环样式和以前的 地形的影响地形的影响 碳酸盐岩在大部分地表水里是不稳

6、定的，碳酸盐岩在大部分地表水里是不稳定的， 因此遭受成岩作用因此遭受成岩作用(Wilson, 1975)(Wilson, 1975)2、碳酸盐岩储层沉积学现代碳酸盐岩分布现代碳酸盐岩分布(Akbar et al., 1995)(Akbar et al., 1995)2、碳酸盐岩储层沉积学2、碳酸盐岩储层沉积学碎屑岩和碳酸盐岩的区别(Moore, 2001)(Moore, 2001)镶边陆架镶边陆架 ST. CROIX, U. S. VIRGIN ISLANDSST. CROIX, U. S. VIRGIN ISLANDS2、碳酸盐岩储层沉积学( (JansonJanson, 2002), 20

7、02)碳酸盐岩构成礁、台地、斜坡碳酸盐岩构成礁、台地、斜坡碳酸盐岩受以前地形的影响碳酸盐岩受以前地形的影响2、碳酸盐岩储层沉积学Ahr（1973）首先将碳酸盐岩台地（边缘）的类型分为镶边陆架和缓坡；Ginsburg和James（1974）描述了镶边和沉没陆架；Wilison（1975）提供了一个台地综合模式；Read（1982）系统划分出台地（一般术语）、缓坡、镶边陆架、孤立台地、沉没台地2、碳酸盐岩储层沉积学碳酸盐岩沉积相、沉积环境及其台地类型碳酸盐岩沉积相、沉积环境及其台地类型Wilson（1975）的碳酸盐岩台地模式宽相带宽相带窄相带盆地相 1A浊 积岩1B和 瘦地槽 深水相1C克 拉通

8、盆 地（非 补偿的 和停止 缺氧的 ）碳酸 盐岩相开阔陆 棚相深陆棚 边缘或 盆地边 缘相（ 斜坡底 、斜坡 层）碳酸盐 台地前 斜坡相台地边 缘生物 礁相簸选的 台地边 缘滩相开阔台 地相局限台 地相蒸发台 地相三大相区、九个相带2、碳酸盐岩储层沉积学碳酸盐缓坡、镶边陆架、沉没台地的典型现代实例（比例相同 ）均匀缓坡均匀缓坡远源变陡的缓坡 镶边陆架镶边陆架孤立台地孤立台地沉没陆架注： Queensland和Great Chagos 也反映了初始沉没2、碳酸盐岩储层沉积学碳酸盐缓坡1、具有缓的斜坡（一般小于1），在近滨带具有浅的波浪搅动的相，向下斜坡没有明显的坡折，就进入到比较深的低能的沉积（

9、Ahr，1973）。2、它与镶边台地的区别在常常缺乏连续的礁带，高能灰砂主要位于近滨，另外较深水中常常缺乏来自浅陆架边缘的角砾。3、根据剖面可进一步划分为均匀缓坡和远源变陡的缓坡2、碳酸盐岩储层沉积学以相对一致的缓斜坡（1几米/公里）进入到盆地，主要相带包括：1、潮坪和泻湖相；2、浅滩复合体；3、较深缓坡相；4、斜坡和盆地相现代实例：Persian湾和Shark湾古代实例：Virginia的中奥陶统纽约的泥盆系2、碳酸盐岩储层沉积学均匀缓坡没有泻湖相，骨骼岸 滩向陆地方向直接过 渡为潮汐/潮上复合体相带主要包括：1、潮坪潮上复合体；2、潮汐带砂席；3、骨骼碳酸盐镶边滩；4、深缓坡/斜坡相现代实

10、例： 1、全新世的 Seagrass滩 2、Shark湾具有镶边骨骼岸滩的缓坡，2、碳酸盐岩储层沉积学均匀缓坡具有骨骼障壁滩类型的缓坡实例： 现代：Shark湾 古代：纽约泥盆系Helderberg群Virginia中奥陶统Wardell-Wassum层序相带主要包括： 1、潮坪潮上复合体 2、泻湖 3、骨骼碳酸盐障壁滩 4、深缓坡/斜坡相2、碳酸盐岩储层沉积学均匀缓坡实例： 现代：全新世波斯湾 古代：Virginia中奥陶统Rockdell和Effna 灰岩建造很少形成连续 的线状障壁相带主要包括： 1、潮坪潮上复合体 2、泻湖 3、浅缓坡骨骼滩和局部斑 点礁 4、具孤立下斜坡丘的深缓 坡和

11、盆地斜坡相具有孤立浅缓坡建造和下斜坡建造的缓坡2、碳酸盐岩储层沉积学均匀缓坡实例： 现代：全新世波斯湾Shark湾 古代：Virginia中奥陶统Rockdell和Effna灰岩 相带主要包括：1、潮坪潮上复合体（发育弱）2、镶边浅潮下砂坪3、低能缓坡具有镶边鲕粒球粒砂滩复合体的缓坡2、碳酸盐岩储层沉积学复合体沿海岸线分布均匀缓坡具有障壁鲕粒球粒砂滩复合体的缓坡实例： 现代：全新世波斯湾Trucial海岸 古代：美国湾海岸的侏罗系Smackover组VirginiaTennesse的中寒武统等相带主要包括： 1、潮坪潮上复合体 2、泻湖 3、鲕粒球粒障壁坝复 合体 4、深缓坡相2、碳酸盐岩储层

12、沉积学均匀缓坡具有一些缓坡的特征（台地上从搅动的浅水均匀过渡到 波基面以下）以及具有一些镶边陆架的特征（斜坡相包含了 丰富的滑塔、角砾和异地灰砂），但与镶边陆架不同的是主 要坡折没有出现在高能边缘的向海边缘而是出现在高能砂滩 的向海方向许多公里以外，因此深水中的角砾缺乏来自浅水 的砂和礁碎屑，主要为深缓坡和斜坡相的碎屑。低能的远源变陡缓坡在浅滩复合体的向海方向具有广泛 的深缓坡泥席；高能的远源变陡缓坡广阔的灰砂席可以到许 多深缓坡部位，泥（含有角砾和重力流沉积）主要局限在斜 坡和盆地边缘。远源变陡的缓坡2、碳酸盐岩储层沉积学2、碳酸盐岩储层沉积学低能远源变陡缓坡现代实例： 全新世的Yucata

13、n台地（镶边陆架沉没后形成） 古代实例：美国西部上寒武下奥陶统远源变陡缓坡的相带主要 包括： 1、潮坪和泻湖相； 2、浅滩复合体； 3、深缓坡相； 4、斜坡和盆地相具有海岸滩/砂丘复合体的高能远源变陡缓坡相带主要包括： 1、砂丘、滩脊、海滩沉积的海 岸复合体； 2、内缓坡骨骼或内碎屑砂席； 3、外缓坡泥质灰砂（骨骼泥粒 岩）； 4、高生物搅动的斜坡相实例 现代：澳大利亚西南大陆架Yucatan西南部Shark湾 古代：澳大利亚Nullabor平原的第三系高能远源变陡的缓坡2、碳酸盐岩储层沉积学缓坡可以开始于镶边的浅滩复合体（A），随时间变化为障壁复合体（C）, 中间以孤立的浅缓坡和下斜坡缓坡（

14、B）联接。这些缓坡可以进一步演化为 镶边陆架（D），或演化成沉没的均匀缓坡（E）。当镶边陆架沉没后就演 化为远源变陡缓坡（F），当镶边陆架被碎屑质埋藏后就演化为G。缓坡的演化2、碳酸盐岩储层沉积学缓坡之间的相互关系1、缓坡偏向于发育在构造或气候的关键时刻，均匀缓坡发育在缓的区域古斜坡上，这种低的古斜坡主要出现在大陆边缘陆壳洋壳边界的向陆方向，或者前陆盆地的下冲陆壳上，或者大陆内部。2、发育镶边骨骼岸滩的缓坡要陡于发育障壁型骨骼滩缓坡；类似的，镶边鲕粒砂滩缓坡要陡于障壁型砂滩。3、无论是骨骼滩还是砂滩通常均初始化于先存的古地形高点上。4、缓坡上的骨骼滩更可能发育于潮湿气候条件下（抑制超盐度），鲕

15、粒复合体则易发育于干旱气候下。2、碳酸盐岩储层沉积学5、当台地前积时，镶边复合体容易演化成障壁复合体。也可以经过以 孤立浅缓坡建造和下斜坡建造为特征的中间阶段。具有孤立浅缓坡建 造和下斜坡建造的缓坡通常是经历了迅速海平面上升的缓坡。它可以 抑制横向扩展，而偏向于向上增长。结果这种缓坡具有海侵层序 6、障壁复合体是伴随着沉陷速率或海平面上升速率的降低而发育的。 7、当边缘变陡几度，骨骼滩向海方向前积，缓坡就可以演化成为镶边 陆架。 8、远源变陡缓坡可以发育在缓坡外部断裂或挠曲变陡的部位，但更常 见的是发育于经历了广泛的沉没镶边陆架。缓坡也可以发育于碳酸盐 重新沉积之前被陆源碎屑前积的陆架上。高能

16、远源变陡缓坡最容易发 育在温带纬度邻近洋盆的大陆架上，易遭受海洋大风大浪袭击将海底 沉积物驱扫至陆架大范围地区，特别是陆架遭到海侵、海退事件时。 低能远源变陡缓坡可能易发育于邻近前渊、小的边缘盆地或者低纬度 大陆的西边，在这些地区，风主要在外滨。2、碳酸盐岩储层沉积学镶边碳酸盐岩陆架镶边碳酸盐岩陆架主要是指波浪搅动的外边缘以坡度的明显增加进入深 水为标志（通常从几度60度）。沿着陆架边缘它们具有半连续到连续 的镶边或障壁，并限制了陆架内的海水循环和波浪作用（Ginsburg和 James，1974）。镶边可以由障壁礁、骨骼或鲕粒砂或岛屿组成。全新世的镶边陆架为： 澳大利亚大堡礁、佛罗里达南部陆架以及Belize陆架。镶边陆架边缘以及斜坡进一步划分为 ： 1、沉积或加积的边缘 2、越积的边缘 3、侵蚀的边缘2、碳酸盐岩储层沉积学沉积或加积型边缘沉积作用超过了相对海平面的上升，导致了陆架的前积 以及垂向加积。常常缺乏高的边