大南盤江地區(qū)泥盆—二疊系生物礁特征及其控制因素

萬 梨 趙澤恒

(中國石化勘探南方分公司研究院)

大南盤江地區(qū)碳酸鹽巖廣泛發(fā)育， 并在泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)形成了三個重要的生物礁生長帶， 成為研究區(qū)重要的油氣儲集體。前人對大南盤江地區(qū)泥盆—二疊系生物礁研究工作著重在生物礁相帶的劃分、生物礁的層序地層學(xué)和儲層物性等方面[1，2]，而較少關(guān)注整個大盤江地區(qū)不同層系生物礁類型、差異性特征的研究。本文在對大南盤江19個生物礁剖面觀察的基礎(chǔ)上，采集各類分析樣品200多塊，結(jié)合前人研究成果，對大南盤江地區(qū)泥盆—二疊系生物礁灘發(fā)育類型、時空展布規(guī)律、差異性及主控因素提出一些認(rèn)識。

1 概述

大南盤江地區(qū)為一海西期的海相沉積區(qū)，基底為一穩(wěn)定的前寒武系褶皺基底，主要包括了南盤江坳陷、黔西南坳陷、黔南坳陷、桂中坳陷、十萬大山盆地、桂平盆地等改造型盆地以及疊置其上的百色盆地、合浦盆地等第三系盆地(圖1)。

2 生物礁類型

對生物礁的定義較多，最具代表性的定義為：生物礁是由固著生物所建造的本質(zhì)上是原地沉積的碳酸鹽建造[4]。按其古地理位置不同，可分為臺內(nèi)礁、丘臺礁、臺緣礁、斜坡礁四種類型，不同類型的生物礁其分布特征、礁體形態(tài)、展布、發(fā)育的規(guī)模大小等方面也有所不同(圖2)。

臺內(nèi)礁：主要受水下局部隆起(或斷塊)控制和受海平面升降影響，分布于臺地內(nèi)部的水下高地。平面上呈盤狀，縱向上呈丘狀或柱狀，這類礁體以規(guī)模小、厚度數(shù)米至幾十米，寬數(shù)十米，發(fā)育差、側(cè)向與其他沉積相呈指狀穿插為其特征，如獨山大河口、獨山甲刀寨、紫云扁平(圖3a)生物礁體均屬此類。

丘臺礁：在基巖古隆起或斷隆的基礎(chǔ)上長期繼承性發(fā)展起來的。其上為淺水碳酸鹽沉積，邊緣常是高能環(huán)境，并在迎風(fēng)一側(cè)發(fā)育馬蹄形生物礁。這類礁體多表現(xiàn)為受繼承性隆起的控制，在本區(qū)內(nèi)分布著一系列規(guī)模大小不等的丘臺，如桂林陽朔(圖3b)、凌云生物礁體均屬此類。

臺緣礁：厚度一般為117m～261m，分布范圍長3km～5km、寬1km 左右，沿臺地邊緣呈不延續(xù)分布，但有一定的延伸，受北西向埡都—紫云—羅甸大斷裂和與之交叉的北東向師宗—貴陽大斷裂控制，沿斷裂帶有紫云石頭寨(圖3c)、獨山布寨、冊亨賴子山等生物礁體分布。

斜坡礁：在陸棚邊緣呈不規(guī)則串珠狀分布，個體一般較小，但有時數(shù)量較大，這些礁的沉積作用對環(huán)境有明顯的影響，可發(fā)展成為有明顯障壁作用的臺地邊緣礁，如南寧六景(圖3d)等。

3 造礁生物的種類

大南盤江地區(qū)泥盆紀(jì)—二疊紀(jì)造礁生物種類繁多，各種生物對成礁的作用也不同，大致可分為四類。

(1.普安罐子窯 2.長順漫灘 3.獨山布寨 4.南丹六寨 5.南丹大廠 6.獨山大河口 7.桂林陽朔 8.紫云貓營 9.隆林德峨 10.紫云扁平 11.平塘卡洛 12獨山甲刀寨 13.凌云 14.冊亨賴子山 15.隆林祥播 16.冊亨板街 17.紫云猴場 18.紫云扁平 19.南寧六景)

3.1 造架生物

造架生物有層孔蟲、刺毛蟲、珊瑚、海綿、水螅、苔蘚蟲等，原地固著生長生態(tài)、直立、躺臥和傾伏均有。層孔蟲多呈塊狀、球狀、半球狀(圖4a)、不規(guī)則塊狀、枝狀及柱狀，是泥盆紀(jì)礁體的主要建造者。造架生物的生活環(huán)境為淺而清潔的潮下高能環(huán)境。在建造礁的過程中，繁盛的層孔蟲、珊瑚、刺毛蟲、鈣質(zhì)海綿、水螅等生物以其枝狀、塊狀和圓丘狀的自身形態(tài)構(gòu)成礁格架，為生物礁的造架起了極其重要的作用，嚴(yán)格地控制著生物礁的發(fā)生、發(fā)展、演化和消亡。

3.2 粘結(jié)生物

常見的粘結(jié)生物為葉狀藻(圖4b)、藍(lán)綠藻、古石孔藻、綿層藻、苔蘚蟲和管殼石。它們的生態(tài)適應(yīng)性從潮間到潮下皆可，原地生長生態(tài)，往往與造架生物相依并存，對礁體早期的抗沮性起到了至關(guān)重要的作用，而且也能包裹和粘結(jié)無造架能力的原地生物和其它異地生物碎屑，使格架中的填隙物不致于在波浪和水流較強(qiáng)的條件下從礁環(huán)境中帶走。

圖4 大南盤江地區(qū)造礁生物類型

3.3 障積生物

常見的有原地生長生態(tài)的枝狀層孔蟲、枝狀群體珊瑚和枝狀群體海綿(圖4c)，在礁相和臺地相中均大量存在。它們主要具有使水流減緩，并使水流攜帶的沉積物在其周圍堆積之功能。但也有一些障積生物常常被強(qiáng)烈攪動的水流破碎成碎屑，于是充填在礁格架內(nèi)或孔隙中、或沉積在礁體的周圍。

3.4 附礁生物

附礁生物有棘皮動物、腕足(圖4d)、腹足、瓣鰓、鈣藻等。它們對成礁具有兩個方面的作用：①在礁體中生存的生物，其產(chǎn)生的排泄物和遺體被聯(lián)結(jié)生物和障積生物粘結(jié)、捆扎、攔截起來成為格架孔隙的填隙物，使之對成礁起著建設(shè)性的作用；②生存在礁縫、裂隙和孔洞中的生物，在進(jìn)行鉆孔、掘穴、尋食等時，成為礁的破壞者，對成礁起著破壞性作用。

4 發(fā)育層位

大南盤江地區(qū)縱向發(fā)育三套生物礁，其中泥盆紀(jì)和二疊紀(jì)是區(qū)內(nèi)重要的造礁期，而石炭紀(jì)僅在黔南局部發(fā)育。

泥盆紀(jì)時期隨著海侵逐漸由南向北推進(jìn)，生物礁也逐漸由南向北擴(kuò)展，主要在同沉積構(gòu)造活動帶的上升盤，并沿臺地邊緣呈疊置丘礁發(fā)育。早泥盆世中、晚期，生物種類以蜂巢珊瑚、群體四射珊瑚及層孔蟲為主，形成滇東南—桂西和隆林含山二個造礁帶。中泥盆世早期，僅在大廠龍頭山、普安罐子窯等地生長，到中泥盆世中期，生物礁的生長達(dá)到鼎盛，從南向北大致可分成多個成礁帶。晚泥盆世早期成礁帶主要向北東方向遷移，集中在粵北或湘粵交界處，另外在局限臺地內(nèi)也有點礁分布。

石炭紀(jì)抬升，海水變淺，黔南以開闊臺地為特征，在開闊臺地局部有利于點礁形成。點礁主要形成于早石炭湯粑溝期-晚石炭馬平期，如獨山甲刀寨、紫云扁平生物礁等。

二疊紀(jì)生物礁發(fā)育期為早二疊世茅口期至晚二疊世長興期，以長興期最為發(fā)育，主要分布在南西部滇東和北東部的桂西及黔西南境內(nèi)，生長發(fā)育嚴(yán)格受區(qū)域海平面升降及同生斷裂活動控制，主要集中于臺地邊緣和丘臺邊緣等位置，其相帶分布呈明顯的規(guī)律性。茅口期海平面相對穩(wěn)定，各類底棲生物繁盛，沿具陡斜坡的臺地邊緣，發(fā)育不同類型和規(guī)模的生物礁，臺緣內(nèi)側(cè)之臺坪部位時有小型點礁。東吳運動后，臺地擴(kuò)大并隆升暴露，先前形成的生物丘礁遭受不同程度的剝蝕。晚二疊長興期生物礁主要集中在臺地邊緣和丘臺邊緣。至晚二疊世末期，因海盆下沉加速而結(jié)束了生物礁的生長。

5 差異性對比

大南盤江地區(qū)生物礁對比研究表明，泥盆系與二疊系生物礁在成礁生物、礁體類型、成礁環(huán)境等方面均具有一定的差異性(表1)。

表1 大南盤江地區(qū)泥盆紀(jì)與二疊紀(jì)生物礁對比表

5.1 泥盆系生物礁特征

泥盆紀(jì)成礁期始于早泥盆世晚期，終止于晚泥盆世早期，以中泥盆世為極盛時期，造礁生物以板狀、塊狀層孔蟲、塊狀床板珊瑚、叢狀群體四射珊瑚等為主，礁灰?guī)r類型以障積巖為主，其次為骨架巖，而多數(shù)生物丘則以障積巖及粘結(jié)巖為主。生物礁發(fā)育的基底有兩種類型：①以泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、生物灰?guī)r構(gòu)成原始海底隆起，如普安罐子窯、南丹六寨生物礁；②以陸源碎屑砂泥質(zhì)為基底向上發(fā)育生物礁，如獨山布寨生物礁。生物礁的發(fā)展演化往往具有多旋回性，一個完整的旋回包括三個不同的時期：①奠基期，由生物屑泥晶灰?guī)r組成的生物殼灘構(gòu)成生物礁發(fā)育的基礎(chǔ)；②造礁期，由造礁珊瑚及層孔蟲的大量繁盛構(gòu)成生物礁的主體；③結(jié)束期，分兩種情況，一種是生物礁生產(chǎn)速度過快而變淺至潮坪結(jié)束生物礁的發(fā)育，另一種是生物礁被瞬時淹沒而被泥質(zhì)泥晶灰?guī)r上覆而結(jié)束發(fā)育。泥盆紀(jì)生物礁的發(fā)育階段正好位于海平面變化的最大海侵期，空間上生物礁多發(fā)育于臺地邊緣，普遍含瀝青，表明有的礁體曾經(jīng)有過油氣聚集。

5.2 二疊系生物礁特征

二疊紀(jì)以成礁期長、礁體分布廣及類型多樣為特征。礁體主要為海綿-藻礁，造礁生物以海綿、水螅、苔蘚蟲、鈣藻為主，主要粘結(jié)生物為藍(lán)綠藻；主要附礁生物為有孔蟲、腹足類、腕足類。海綿主要有三類：①硬海綿類，以Tabulozoa最豐富，不僅是重要的造架生物，而且部分屬種有包覆粘結(jié)作用；②纖維海綿類，常見者有Peronidella， Stellispongia，這類海綿的特點是體內(nèi)水道系統(tǒng)發(fā)育，呈腦紋狀，外形呈柱狀，直徑1cm～2cm，中央腔不發(fā)育；③串管海綿類，為主要的造礁海綿，據(jù)形態(tài)可分為柱狀串管海綿，串珠狀串管海綿，襄狀串管海綿三類。海綿在礁體中的作用有三個方面，即建造原生支撐骨架、障積灰泥和聯(lián)結(jié)結(jié)殼。早、晚二疊世生物礁體內(nèi)的生物組合基本相似，但晚二疊世生物礁的生物組合又各具特征:①苔蘚蟲劇增，已發(fā)展為與海綿、藻類并駕齊驅(qū)的造架生物；②串管海綿的數(shù)量和屬種豐度大大增加，已成為礁體的主要成分；③大型個體的鈍管海綿參與造礁。由于二疊紀(jì)礁體由原地生長的海綿、水螅、苔蘚蟲組成格架，缺乏建造三維格架的生物如群體珊瑚及板狀層孔蟲，所以在大多數(shù)情況下需要有粘結(jié)結(jié)殼生物的連接才能形成堅固的抗浪實體，故藻類如古石孔藻的作用不可低估。生物礁巖有骨架巖、障積巖、粘結(jié)巖。骨架巖多位于礁核，由海綿、苔蘚蟲、水螅疊復(fù)生長形成骨架，藍(lán)綠藻纏繞造架生物并粘結(jié)生物屑和灰泥加固骨架。障積巖主要由單體和枝狀海綿、海百合莖、苔蘚蟲等捕集灰泥或生物屑而形成。粘結(jié)巖由藍(lán)綠藻粘結(jié)造礁生物碎片、礁礫及灰泥而成。

6 物性特征及含油氣性

在大南盤江地區(qū)19個礁點的觀察中，首次在獨山甲刀寨石炭系臺內(nèi)礁(礁核)(圖5a)和獨山布寨泥盆系臺緣礁(礁后)(圖5b)中發(fā)現(xiàn)有大量的溶蝕孔洞縫，而且這些溶蝕孔洞縫被大量方解石和瀝青充填，表明本區(qū)生物礁具有一定的含油氣性，有油氣運移聚集成藏的過程，具有一定的油氣勘探前景。

圖5 大南盤江孔洞充填特征

生物礁儲層物性因其所處的古地理位置不同、礁體類型不同及沉積微相不同而具有一定的差異性。從礁相與非礁相方面來看，在礁灘相儲層中，滲透率>10mD的高儲集性樣品占11.90%。而在非礁灘相儲層中，滲透率>10mD的樣品僅占2.70%，說明與礁灘有關(guān)的儲集巖物性較其它巖類好。從沉積微相方面來看，以白云巖為主的礁蓋儲層物性最好，平均孔隙度為5.83%，滲透率為0.048mD；其次為礁后和礁基平均孔隙度也在2%以上。而礁核發(fā)育較差，平均孔隙度僅為1.64%，但滲透率卻較高，最高可達(dá)6mD，均值為0.087mD(圖6)。從巖性方面看，白云巖儲集物性最好，其次為生屑灰?guī)r和礁灰?guī)r，平均孔隙度1.5%以上，而滲透率礁灰?guī)r又明顯的好于生屑灰?guī)r，最后為灘相的鮞粒、豆粒灰?guī)r，平均孔隙度在1.5%以下(圖7)。

圖6 生物礁灘不同微相儲層孔、滲直方圖(樣品總數(shù)195個)

圖7 生物礁灘不同巖性孔、滲直方圖(樣品總數(shù)192個)

7 主控因素

礁是由能造礁的造架生物、粘結(jié)生物在特殊環(huán)境條件下形成的一種生物碳酸鹽地質(zhì)體，它的發(fā)育、消亡受到一系列因素的控制，既有生物因素又有非生物因素。

7.1 古地理控制了生物礁的分布

大南盤江地區(qū)泥盆紀(jì)—二疊紀(jì)沉積格局以“臺—盆—丘—槽”為特征，生物礁主要發(fā)育在臺地邊緣和丘臺邊緣以及臺地內(nèi)部，因此臺地和丘臺的發(fā)育控制了生物礁沉積發(fā)育。沉積格局以由南向北由臺地邊緣—開闊臺地—局限臺地—濱岸漸變?yōu)樘卣?，臺地邊緣相主要發(fā)育于泥盆紀(jì)和二疊紀(jì)，同時石炭紀(jì)的開闊臺地沉積也為生物礁的發(fā)育創(chuàng)造了條件。礁建造物的特征造成礁體巖相上的明顯分帶性，為礁相模式的建立奠定了基本輪廓，可劃分4種模式：①礁基→礁核→礁蓋(圖8a)，礁基為灘相的生物碎屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、砂礫屑灰?guī)r，礁核巖性為中—厚層狀礁灰?guī)r，造礁生物含量高，生物多保持原始生態(tài)。礁蓋為中—厚層狀泥晶白云巖、泥晶生屑灰?guī)r，孔、洞、縫不發(fā)育；②礁翼相→礁核相→礁翼相(橫向)(圖8a)，多見于斜坡礁、臺內(nèi)點礁，礁翼主要為生物碎屑灰?guī)r；③礁前相→礁核相→礁后相(橫向)(圖8b)，多發(fā)育于臺緣礁，礁核沉積發(fā)育在礁的中部，是礁的主要組成部分。礁核呈巨厚的塊狀，生物含量高，相互纏結(jié)或疊覆形成具有抗浪能力的骨架巖，生物骨架間充填各種生物屑、亮晶和灰泥，具較強(qiáng)的水動力條件。礁前由礁礫灰?guī)r構(gòu)成，破碎的造架生物塊體，呈棱角狀，雜亂堆積，說明礁迎風(fēng)面的骨架巖受能量很高的風(fēng)浪沖擊，其碎塊就近堆積在礁前。礁后巖石為泥晶灰?guī)r、白云巖，化石較少，礁后屬受礁體屏蔽的低能環(huán)境；④礁前相→礁核相→礁后相→礁核相→礁前(橫向)(圖8c)，見于丘臺礁，呈馬蹄形環(huán)礁，丘臺中心部位為開放瀉湖相。

7.2 古環(huán)境控制了生物礁的生長與發(fā)育

(1)生物礁與環(huán)境

生物礁的生長除了生物因素以外，其生長還會受到環(huán)境條件變化的影響，如光照、鹽度以及溫度等[5]。其中很重要的兩個方面就是水流運動和快速沉積作用，對生物礁沉積構(gòu)造的形成和保存具有很重要的影響。在安靜的水體之中，沉積物的沉積條件較好，適合于生物礁的快速生長，在動蕩、高能的水體條件下生物礁的建造需要礁體具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而有利于生物骨架礁的形成。在波浪影響的區(qū)域，造礁生物的橫向生長形成了緊密堆積的層狀格架。

(2)高能和低能生物礁

對于生物礁的建造，水體的流動和碎屑顆粒的沉積是作用相反的兩個因素，從而區(qū)分開灰泥低能和顆粒高能生物礁。在高能水體環(huán)境中，如果沉積物的沉積速度較低，波浪作用就會將生物礁中固著的生物損壞和分離。另一方面如果水體能量較低，沉積物的沉積速度很高就會使生物礁中的固著生物窒息死亡。生長于高能環(huán)境中的生物礁通常以結(jié)殼的形式來降低水體對它的破壞作用， 而在較低能量的環(huán)境中，生物礁中的骨架就會垂直向上生長，以避開被沉降的沉積物所掩埋。

(3)成帶與演替現(xiàn)象

在一定的沉積環(huán)境中生物礁在基底上的生長主要是通過固著生物的作用。隨著生物礁逐步向水體較淺的環(huán)境生長，生物礁內(nèi)部的成分和構(gòu)造就會發(fā)生變化，在沉積層序研究中被稱為演替現(xiàn)象。這些變化主要是由某一階段的生物作用造成的，這一點在海洋生物骨架礁中尤為明顯[6]。環(huán)境條件變化導(dǎo)致的演替也包括生物骨架礁到膠結(jié)礁的變化。有時完全不同的生物礁類型也會在垂向上疊置在一起，從而形成復(fù)雜的逐漸變化的生物礁沉積體系。同時靜水和高能水體環(huán)境下生成的生物礁可能存在于不同的層序中，它們互相之間沒有過渡。這主要取決于沉積區(qū)的沉積環(huán)境和條件的變化，以及造礁生物的種類。

7.3 相對海平面升降控制了生物礁的生長

James認(rèn)為[7]，生物礁的發(fā)育與沉積環(huán)境關(guān)系不大，關(guān)鍵是海平面與礁頂或沉積基底之間的水深大小，當(dāng)海平面變化使水深達(dá)到某臨界值時，即生物礁的產(chǎn)生，此即為產(chǎn)礁臨界深度。海平面下降期間，海底進(jìn)入生長窗，伴隨暴露后的海平面上升過程和海平面相對靜止時期均有利于生物礁萌生。初始生物群取決于礁生長背景和礁基性質(zhì)，如全新世海侵礁即生長于放射蟲灰?guī)r和硬底之上。

7.4 古隆起控制了丘臺礁的發(fā)育

丘臺礁發(fā)育于四周被廣海陸棚或槽盆相所圍限的丘臺邊緣。這種礁組合不甚分明，一般見礁核及后礁瀉湖相，前礁角礫巖相不明顯。礁體展布多受局部構(gòu)造所控制。構(gòu)造古隆起的存在有利于構(gòu)造帶的邊緣生長馬蹄形環(huán)礁帶，在環(huán)的內(nèi)側(cè)形成瀉湖相沉積，礁的發(fā)育受古隆起的控制。古構(gòu)造隆起的形成常與古斷裂作用有關(guān)，如右江斷裂的兩側(cè)分布的古構(gòu)造隆起。

7.5 造礁生物的興衰控制生物礁發(fā)育

生物礁是在造礁生物的直接作用下形成的，地史上各時代造礁生物興衰演化是生物礁發(fā)育與否的決定因素。泥盆紀(jì)生物礁的鼎盛與石炭紀(jì)生物礁的稀少，二疊紀(jì)生物礁的鼎盛與早三疊世生物礁的稀少，很可能是與全球性的生物絕滅事件有關(guān)。大南盤江地區(qū)在泥盆紀(jì)和二疊紀(jì)時期是造礁生物發(fā)育時期，而且這些造礁生物能分泌石灰質(zhì)外骨骼，并為許多附礁生物提供棲息地，促進(jìn)骨架礁和障積礁發(fā)育，可見造礁生物的類型和發(fā)育狀況控制了生物礁發(fā)育程度。

8 結(jié)論

(1)生物礁類型按其所處古地理位置不同，可分為臺內(nèi)礁、臺緣礁、斜坡礁、丘臺礁4種類型。生物種類據(jù)成礁作用不同，又可分為造架生物、粘結(jié)生物、障積生物、附礁生物4種類型。

(2)縱向發(fā)育三套生物礁，泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)為重要造礁期，石炭紀(jì)僅局部發(fā)育。不同時期、不同類型生物礁在造礁生物、成礁環(huán)境、礁體類型、礁體形態(tài)、發(fā)育的規(guī)模等方面均具有一定的差異性。

(3)儲集物性從沉積微相看依次為礁蓋、礁后、礁基、礁核，從巖性看依次為白云巖、礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r、鮞粒、豆粒灰?guī)r。

(4)首次在獨山布寨泥盆系臺緣礁和獨山甲刀寨石炭系臺內(nèi)礁中發(fā)現(xiàn)有大量的溶蝕孔洞縫被瀝青充填，表明該區(qū)生物礁具有較好的含油氣性，

(5)古地理控制了生物礁的分布，古環(huán)境控制了生物礁的生長與發(fā)育，相對海平面升降控制了生物礁的生長，古隆起控制了丘臺礁的發(fā)育，造礁生物的興衰控制生物礁發(fā)育。

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