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1、2022/10/251碳酸盐岩沉积学与储层地质学 中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）2013年年7月月主讲人：于炳松Phone:010-82321519(O)13611011565E-mail:Web site:2022/10/252油气勘探战略转移的主要特点油气勘探战略转移的主要特点探明程度探明程度大于大于4343探明程度探明程度小于小于1010海相层系我国油气勘探战略转移的重中之重海相层系我国油气勘探战略转移的重中之重 东部东部单型盆地单型盆地浅层浅层西部西部叠合盆地叠合盆地深层深层中新生代中新生代陆相陆相碎屑岩碎屑岩古生代古生代海相海相碳酸盐岩碳酸盐岩战略转移战略转移6 6大特点大
2、特点2022/10/253为什么要转移到海相碳酸盐岩层系为什么要转移到海相碳酸盐岩层系海相层系我国油气勘探战略转移的重中之重海相层系我国油气勘探战略转移的重中之重 海相沉积盆地分布广，面积大，资源量大，战略意义重大海相沉积盆地分布广，面积大，资源量大，战略意义重大39.739.7亿吨亿吨亿吨亿吨油当量油当量油当量油当量94.994.9亿吨亿吨亿吨亿吨油当量油当量油当量油当量气气气气7.57.5万亿方万亿方万亿方万亿方气气气气3.583.58万亿方万亿方万亿方万亿方气气气气5.455.45万亿方万亿方万亿方万亿方据二次资评，转引自钱凯据二次资评，转引自钱凯 李本亮李本亮 许惠中许惠中,2002主
3、要盆地海相层系约主要盆地海相层系约300300亿吨油气当量的分布亿吨油气当量的分布我我国国海海相相沉沉积积总总面面积积大大于于455万万km2：陆陆上上海海相相盆盆地地28个个，330万万km2；海海域域海海相相盆盆地地22个个，125万万km2（据周玉琦等，据周玉琦等，2002）2022/10/254为什么要转移到海相碳酸盐岩层系为什么要转移到海相碳酸盐岩层系海相层系我国油气勘探战略转移的重中之重海相层系我国油气勘探战略转移的重中之重 已经在海相碳酸盐岩层系找到一批油气田已经在海相碳酸盐岩层系找到一批油气田轮南塔河油田轮南塔河油田15亿吨，亿吨，奥陶系缝洞灰岩奥陶系缝洞灰岩(1997)普普光
4、光气气田田1144亿亿方方，三三叠叠系系鲕鲕砾滩白云岩砾滩白云岩(2003)五五百百梯梯气气田田650亿亿方方，石石炭炭系系白云岩白云岩(1989)和和田田河河气气田田620亿亿方方，石石炭炭系系奥陶系灰岩砂岩奥陶系灰岩砂岩(1995)靖边气田靖边气田3000亿方，奥陶系古亿方，奥陶系古岩溶白云岩岩溶白云岩(1989)威远气田威远气田400亿方，震旦系白亿方，震旦系白云岩云岩(1964)2022/10/255p 碳酸盐岩沉积学碳酸盐岩沉积学p 碳酸盐岩储层地质学碳酸盐岩储层地质学碳酸盐岩沉积学与储层地质学 2022/10/256一、概述一、概述二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学三、碳酸盐岩标
5、准相带模式三、碳酸盐岩标准相带模式四、碳酸盐岩台地结构类型四、碳酸盐岩台地结构类型第一单元 碳酸盐岩沉积学 2022/10/257全球碳酸盐产率分布一、概述一、概述2022/10/258大巴哈马滩2022/10/259并进型碳酸盐岩体系（keep up）追赶型碳酸盐岩体系（catch up）一、概述一、概述碳酸盐沉积作用：温、清、浅2022/10/2510一、概述一、概述二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学三、碳酸盐岩标准相带模式三、碳酸盐岩标准相带模式四、碳酸盐岩台地结构类型四、碳酸盐岩台地结构类型第一单元 碳酸盐岩沉积学 2022/10/2511二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学1、矿物
6、成分、矿物成分 主要为方解石和白云石；其次为陆源主要为方解石和白云石；其次为陆源碎屑矿物。碎屑矿物。2、结构组分和结构类型、结构组分和结构类型3、碳酸盐岩的主要类型、碳酸盐岩的主要类型2022/10/25121）结构组分）结构组分 结结构构组组分分颗粒颗粒 指在沉积盆地内指在沉积盆地内由化学、生物化学、由化学、生物化学、生物作用及波浪、岸生物作用及波浪、岸流、潮汐作用形成的流、潮汐作用形成的碳酸盐颗粒，它在盆碳酸盐颗粒，它在盆内就地沉积或经短距内就地沉积或经短距离搬运再沉积而成。离搬运再沉积而成。它可与碎屑岩中的颗它可与碎屑岩中的颗粒进行类比粒进行类比二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学202
7、2/10/2513结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质充填在颗粒之间，充填在颗粒之间，与颗粒同时经机与颗粒同时经机械沉积作用形成械沉积作用形成的，粒度小于的，粒度小于0.03mm方解石方解石晶体。晶体。可与碎屑岩中的粘可与碎屑岩中的粘土杂基进行类比土杂基进行类比1）结构组分）结构组分 二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/25141）结构组分）结构组分 结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物充填在颗粒之间，充填在颗粒之间，从孔隙水中经化从孔隙水中经化学沉淀作用形成学沉淀作用形成的，晶体相对较的，晶体相对较粗和明亮，对颗粗和明亮，对颗粒起胶结作用的粒起胶结
8、作用的方解石晶体。方解石晶体。它可与碎屑岩中它可与碎屑岩中的胶结物相类比的胶结物相类比二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2515结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架原地生长的造礁原地生长的造礁生物以其坚硬的生物以其坚硬的钙质骨骼形成的钙质骨骼形成的骨骼格架，其间骨骼格架，其间充填灰泥杂基、充填灰泥杂基、生物屑等。生物屑等。polychaete多毛目环节动物1）结构组分）结构组分 一、碳酸盐岩岩石学和成岩作用一、碳酸盐岩岩石学和成岩作用2022/10/25162022/10/2517托盘类管孔藻海绵2022/10/2518珊瑚苔藓虫202
9、2/10/25191）结构组分）结构组分 结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒经重结晶和交经重结晶和交代作用形成的代作用形成的均一的碳酸盐均一的碳酸盐晶体。晶体。按晶粒的大小可进一按晶粒的大小可进一步细分为粗晶、中晶、步细分为粗晶、中晶、细晶、粉晶和微晶细晶、粉晶和微晶二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/25201）结构组分）结构组分 结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑盆内弱固结的碳酸盐盆内弱固结的碳酸盐沉积物，经岸流、潮沉积物，经岸流、潮汐及波浪等作用剥蚀汐及波浪等作
10、用剥蚀破碎并经过再沉积的破碎并经过再沉积的碳酸盐颗粒。碳酸盐颗粒。按粒度可分为：砾屑、按粒度可分为：砾屑、砂屑、粉屑、泥屑砂屑、粉屑、泥屑如何区分泥屑、泥晶和微如何区分泥屑、泥晶和微晶？晶？二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2521二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学1）结构组分）结构组分 结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑鲕粒鲕粒具有核心和同心具有核心和同心纹层组成的球状纹层组成的球状椭球状颗粒。椭球状颗粒。当粒度大于当粒度大于2mm时时叫豆粒叫豆粒2022/10/2522结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质
11、亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑鲕粒鲕粒空心鲕：无核心空心鲕：无核心真鲕：核心同心层真鲕：核心同心层复鲕：鲕粒中包裹有复鲕：鲕粒中包裹有二个或以上的小鲕二个或以上的小鲕表鲕：核心同心层表鲕：核心同心层1）结构组分）结构组分 二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/25232022/10/25242022/10/2525结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑鲕粒鲕粒藻粒藻粒与藻类有关的碳与藻类有关的碳酸盐颗粒。酸盐颗粒。1）结构组分）结构组分 二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2526
12、结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑鲕粒鲕粒藻粒藻粒球粒球粒由泥晶碳酸盐组成，由泥晶碳酸盐组成，不具内部构造的次球不具内部构造的次球状、椭球状颗粒，多状、椭球状颗粒，多与粪便成因有关。与粪便成因有关。2）结构组分）结构组分（二）碳酸盐岩岩石学（二）碳酸盐岩岩石学球粒2022/10/2527二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学1）结构组分）结构组分 结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑鲕粒鲕粒藻粒藻粒球粒球粒生物颗粒生物颗粒各类生物骨骼及各类生物骨骼及其碎屑。其碎屑。2022/
13、10/2528二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学1）结构组分）结构组分 结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑鲕粒鲕粒藻粒藻粒球粒球粒生物颗粒生物颗粒团块团块由多种碳酸盐颗粒由多种碳酸盐颗粒构成的复合颗粒。构成的复合颗粒。2022/10/2529结结构构组组分分颗粒颗粒泥晶基质泥晶基质亮晶胶结物亮晶胶结物生物格架生物格架晶粒晶粒内碎屑内碎屑鲕粒鲕粒藻粒藻粒球粒球粒生物颗粒生物颗粒团块团块1）结构组分）结构组分 二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/25302）主要结构类型）主要结构类型（1）亮晶粒屑结构）亮晶粒屑结构二、
14、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2531（2）泥晶粒屑结构）泥晶粒屑结构2）主要结构类型）主要结构类型二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2532（3）粒屑泥晶结构）粒屑泥晶结构2）主要结构类型）主要结构类型二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2533（4）泥晶结构）泥晶结构2）主要结构类型）主要结构类型二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2534（5）晶粒结构）晶粒结构2）主要结构类型）主要结构类型二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2535（6）生物格架结构）生物格架结构2）主要结构类型）主要结构类型二、碳酸盐
15、岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2536（7）生物粘结结构）生物粘结结构2）主要结构类型）主要结构类型二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2537（一）碳酸盐岩岩石学1、矿物成分、矿物成分 主要为方解石和白云石；其次为陆源主要为方解石和白云石；其次为陆源碎屑矿物。碎屑矿物。2、结构组分和结构类型、结构组分和结构类型3、碳酸盐岩的主要类型、碳酸盐岩的主要类型二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2538碳酸盐岩分类表(Dunham,1962)骨架灰岩分类表(Embry and Klovan,1971)二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学3、碳酸盐岩的主要类
16、型、碳酸盐岩的主要类型2022/10/2539二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/25401、根据成因：原生白云岩、次生白云岩、根据成因：原生白云岩、次生白云岩2、根据白云石化程度：、根据白云石化程度：1）有残余结构：残余鲕粒白云岩、残）有残余结构：残余鲕粒白云岩、残余生屑白云岩等余生屑白云岩等 2）无残余结构：巨晶、粗晶、中晶、）无残余结构：巨晶、粗晶、中晶、细晶、粉晶、微晶白云岩。细晶、粉晶、微晶白云岩。白云岩的分类白云岩的分类二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2541二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学1）有残余结构）有残余结构6号山号山 1w 32残余
17、颗粒白云岩残余颗粒白云岩含中鲕粗鲕白云岩。罗家2，3214.1m。亮晶中鲕白云岩。罗家5井，2946.01m。含砾屑粗鲕白云岩。罗家2井，3244.5m。2022/10/2542二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2）无残余结构）无残余结构含灰粉晶白云岩，罗家2井，3282.9m。渡3-3，4341.6m中晶白云岩渡2-5，4374.3m泥晶白云岩，罗家5井，2950.13m。微晶白云岩细晶白云岩龙会3-3,3740.6m渡5-1，4854m粉晶白云岩中晶白云岩晶粒白云岩晶粒白云岩2022/10/2543白云石问题：白云岩在前寒武纪和古生代地层中极其白云岩在前寒武纪和古生代地层中极其普遍，但在
18、全新世沉积中却十分罕见，代之普遍，但在全新世沉积中却十分罕见，代之于大量石灰岩的沉积，其中的原因众说纷纭，于大量石灰岩的沉积，其中的原因众说纷纭，尚无定论，这就是沉积学乃至地质学中著名尚无定论，这就是沉积学乃至地质学中著名的的“白云石白云石”问题。问题。二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2544白云石形成中存在的问题：1）现代海水对白云石过饱和，但没有白云石沉淀；）现代海水对白云石过饱和，但没有白云石沉淀；2）常温常压模拟实验，未能沉淀出白云石；）常温常压模拟实验，未能沉淀出白云石；目前，人们将白云石不能从过饱和的海水溶液中沉淀出来的目前，人们将白云石不能从过饱和的海水溶液中
19、沉淀出来的原因归于化学动力学屏障：原因归于化学动力学屏障：MgMg2+2+具有高的水合作用能（具有高的水合作用能（1926 kj/mol1926 kj/mol）从而降低了）从而降低了MgMg2+2+的离子活度，而的离子活度，而CaCa2+2+的水合作用能较低（的水合作用能较低（1579 kj/mol1579 kj/mol）极低的极低的COCO3 32-2-浓度，更低的浓度，更低的COCO3 32-2-活度，且大多数活度，且大多数COCO3 32-2-与与NaNa+、MgMg2+2+和和CaCa2+2+结合成中性的离子对，如结合成中性的离子对，如MgMg2+2+CO+CO3 32-2-MgCOM
20、gCO3 30 0 硫酸盐的存在，导致了中性的硫酸盐的存在，导致了中性的MgSOMgSO4 40 0 和和CaSOCaSO4 40 0 离子对的离子对的形成从而进一步降低了形成从而进一步降低了CaCa2+2+和和MgMg2+2+的离子活度。的离子活度。二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2545二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学蒸发泵吸白云石化模式蒸发泵吸白云石化模式2022/10/2546二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学回流渗透白云石化模式回流渗透白云石化模式2022/10/2547二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学混合水白云石化模式混合水白云石化模式2022/10/
21、2548二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学埋藏白云石化模式埋藏白云石化模式2022/10/2549交代白云石化机理存在的问题：忽略了对海水中基本的化学动力学制约的讨论忽略了对海水中基本的化学动力学制约的讨论！Lippmann(1973)指出，蒸发作用过程由于伴随着CO32-自由离子活度的降低，尽管形成高的Mg/Ca比，但并不能促进白云石化作用。因低的CO32-离子活度，使得CO32-更频繁地与浓缩的阳离子接触，导致更多中性离子对（MgCO30）的形成，从而进一步抑制了白云石的形成。二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学2022/10/2550一、概述一、概述二、碳酸盐岩岩石学二、碳酸盐岩岩石学
22、三、碳酸盐岩标准相带模式三、碳酸盐岩标准相带模式四、碳酸盐岩台地结构类型四、碳酸盐岩台地结构类型第一单元 碳酸盐岩沉积学 现代碳酸盐海岸现代碳酸盐海岸浅海沉积环境浅海沉积环境沿岸分布的沿岸分布的现代丘礁群现代丘礁群（碳酸盐岩（碳酸盐岩海岸海岸-生物生物礁和滩沉积礁和滩沉积环境）环境）现代碳酸盐现代碳酸盐沉积环境沉积环境现代碳酸盐沉积环境现代碳酸盐沉积环境骨架礁骨架礁骨架礁骨架礁现代碳酸盐沉积环境现代碳酸盐沉积环境2022/10/2555粘结礁粘结礁现代碳酸盐沉积环境现代碳酸盐沉积环境2022/10/2556障积礁障积礁现代碳酸盐现代碳酸盐沉积环境沉积环境2022/10/2557障积礁和灰泥障积
23、礁和灰泥现代碳酸盐现代碳酸盐沉积环境沉积环境现代碳酸盐沉积环境现代碳酸盐沉积环境造礁生物碎片和灰泥造礁生物碎片和灰泥堤状的堡礁堤状的堡礁礁后泻湖礁后泻湖开阔海开阔海现代大堡礁沉积环境现代大堡礁沉积环境点滩点滩潮坪潮坪礁坪滩礁坪滩现代碳酸盐潮坪现代碳酸盐潮坪浅海沉积环境浅海沉积环境浅海浅海潮坪潮坪海滩海滩潮间潮间泻湖泻湖深水生物礁（红珊瑚）深水生物礁（红珊瑚）2022/10/2562现代大巴现代大巴哈马滩碳哈马滩碳酸盐的浅酸盐的浅海陆棚沉海陆棚沉积环境示积环境示意图意图2022/10/2563形成碳酸盐沉积的浅海环境分类形成碳酸盐沉积的浅海环境分类 2022/10/2564碳酸盐台地的概念碳酸盐
24、台地的概念 1.具有平的顶和陡峻边的陆棚边缘海域；具有平的顶和陡峻边的陆棚边缘海域；2.为浅水碳酸盐沉积区；为浅水碳酸盐沉积区；3.陡峻边缘为高能沉积区；陡峻边缘为高能沉积区；4.具有较大的碳酸盐岩连续沉积厚度。具有较大的碳酸盐岩连续沉积厚度。2022/10/2565三、碳酸盐岩沉积模式三、碳酸盐岩沉积模式1.1.肖欧文模式；肖欧文模式；2.2.拉波特模式；拉波特模式；3.3.威尔逊模式；威尔逊模式；4.4.塔克模式；塔克模式；5.5.关士聪模式；关士聪模式；6.6.里德模式里德模式2022/10/2566威尔逊的碳酸盐沉积模式（威尔逊的碳酸盐沉积模式（19751975）（九个标准相带和（九个
25、标准相带和2424个微相个微相)1 1至至3 3亚相带为第一个低能宽相带组合（亚相带为第一个低能宽相带组合（X X相），相），4 4至至6 6亚亚相带为高能窄相带组合（相带为高能窄相带组合（Y Y相），相），7 7至至9 9亚相为第二个低亚相为第二个低能宽相带组合（能宽相带组合（Z Z相带）相带）三、碳酸盐岩标准相带模式三、碳酸盐岩标准相带模式2022/10/2567威尔逊模式九个标准相带的鉴别标志威尔逊模式九个标准相带的鉴别标志2022/10/2568蒸发台地沉积体系：蒸发台地沉积体系：沉积特征：中厚层褐灰色、沉积特征：中厚层褐灰色、沉积特征：中厚层褐灰色、沉积特征：中厚层褐灰色、深灰色白云
26、岩、泥质云岩、深灰色白云岩、泥质云岩、深灰色白云岩、泥质云岩、深灰色白云岩、泥质云岩、膏质云岩和膏质泥岩。膏质云岩和膏质泥岩。膏质云岩和膏质泥岩。膏质云岩和膏质泥岩。主要亚相类型：泻湖、膏质主要亚相类型：泻湖、膏质主要亚相类型：泻湖、膏质主要亚相类型：泻湖、膏质云坪云坪云坪云坪。纵向分布：纵向分布：纵向分布：纵向分布：寒武系中、下统寒武系中、下统寒武系中、下统寒武系中、下统平面分布：平面分布：平面分布：平面分布：巴楚、塔中、英巴楚、塔中、英巴楚、塔中、英巴楚、塔中、英买力地区。买力地区。买力地区。买力地区。中寒武统蒸发台地相膏坪中寒武统蒸发台地相膏坪中寒武统蒸发台地相膏坪中寒武统蒸发台地相膏坪（和（和（和（和4 4 4 4井）井）井）井）2022/10/2569寒武纪阿瓦塔格组Xcm122石膏淋滤窗格岩（肖尔布拉克剖面）