第章 阿曼南部沙拉拉盆地第三系珊瑚礁、碳酸盐岩台地及其周围沉积物的露头和地震响应

Jean R.F.Borgomano

Shell Research and Technical Services,Rijswijk,The Netherlands;

University of Provence,Marseille,France

Jeroen M.Peters

Petroleum Development Oman,Muscat,Sultanate of Oman

摘要

本文在综合露头、地震及钻井资料的基础上，对阿曼南部沙拉拉（Salalah）地区的碳酸盐岩边缘进行了层序地层解释。这一边缘与亚丁湾在第三纪的裂开有关。为了有助于对地下的对应层位进行地震地层解释，对台地、珊瑚礁、断裂陆架边缘以及陆坡底部相碳酸盐岩的露头显示作了简要描述。沉降速率的快速增大以及断垒和断槽的分化，导致了浅海碳酸盐岩逐步被淹没以及盆地相泥灰岩和浊积岩向上增多。断块边缘珊瑚礁的发育发生在碳酸盐岩沉积作用终结之前。

前言

阿曼石油开发公司于1994年在阿曼南端佐法尔（Dhofar）省的沙拉拉盆地钻探了第一口陆上油气探井，编号为沙拉拉平原1井（Salalah Plain-1）（图1）。在地震剖面上，该井的钻探目标被确定为一个丘状构造，同时通过与附近第三系露头的类比，可以解释为第三系礁体（图2）。尽管这口井打空了，但它却证实了地层模型和构造解释的正确性；同时提供了与区域地质有关的资料，其中有关亚丁湾在渐新世—中新世裂开期间的碳酸盐沉积演化资料尤为重要（关于区域地质背景可参见Platel和Roger,1989;Roger等，1989、1997）。

沙拉拉盆地的始新统—中新统由碳酸盐岩台地、礁及周围的沉积物组成，本文将着重讨论它们的露头和地震响应。这里的露头和地下地层解释是在亚丁湾裂谷的大地构造背景下进行的（图2B和图3）。沙拉拉盆地为从露头和地下资料的综合使用出发研究这套厚层（500～2500m）新生界碳酸盐岩层序提供了一个独特的机会。这套层序是在阿拉伯半岛的东南缘沉积的（图2A）。

地下资料

图1归纳了与沙拉拉平原1井有关的地下资料。有关的地震测量包括有多条二维地震测线，它们的炮检距为25m，地震波传播时间为10s，频率范围为5～60Hz，最大偏移距为3200m，同时有72次覆盖（图1）。在460m s到800m s之间的双程旅行时范围，解释出了一个约有300m s双程旅行时的地层闭合度。图1中体现这一构造解释的蓝色层位实际并不是等时地层界面，而是与这一丘状异常有关的礁体形态。结合对该井资料的解释，下文将对这一圈闭给出另一种解释。

图1 研究区位置及阿曼石油开发公司（PDO）沙拉拉平原1井的综合资料。

沙拉拉平原1井总进尺为1450m TVD（垂直深度）。由于受界面条件的影响，这口井发生了偏斜，同时在560m TVD时钻入所标绘构造的顶部。有一套标准组合测井已证实目标储层物性良好。这一构造全部含水，很可能是因为没有油气充注。尽管此井未取心，但已从岩屑和井壁取样中获得了岩性及生物地层资料，并在测井和地震资料的进一步解释中结合使用了这些资料。

这口井还证实了由周边露头厘定的地层名称及据此所作的地震地层解释（图3,Platel和Roger,1989），这些解释包括：

Ashawq组底部（Shizar段）的局限海和浅海相泥灰岩和灰岩是一套始新世—早渐新世的前裂谷期台地层序；

图2 阿拉伯半岛南部基本地质格架：（A）也门东北部地质剖面图；（B）阿拉伯半岛南部主要构造单元简图。

Ashawq组上部（Nakhlit段）的富珊瑚浅海相灰岩是一套早渐新世的同裂谷期礁层序；

Mughsayl组的深海浊积相灰岩和泥灰岩是一套以盆地相为主的晚渐新世—中新世后裂谷期层序。

本文讨论的另一种解释是Ashawq组最上部与Mughsayl组最底部之间可能是一套等时沉积，因此它具有地球动力学意义。

第三系礁、台地和相邻沉积物的露头显示

本节讨论的绝大部分露头资料都是由阿曼石油开发公司在1990～1994年期间组织的多次地质调查中收集的。由阿曼石油矿产部（MPM）和法国地质调查局（BRGM）出版的1∶1000,000和地质图（Platel等，1987）是层序、沉积和构造分析的基础资料。本文重点讨论的是Mughsayl露头区，这里主要出露Mughsayl组和Ashawq组的始新统—中新统碳酸盐岩（图4A）。此露头区在沙拉拉平原1井以西约40km处，为一高1000m的海岸陡崖，它相当于沙拉拉盆地的西缘，是在亚丁湾裂谷肩部的晚中新世隆升过程中出露的（Platel和Roger,1989）。有一条断裂的古陆架边缘（Platel等，1987）将浅海相碳酸盐岩（Ashawq组）与斜坡－盆地相碳酸盐岩（Mughsayl组）分隔开来（图4B）。有一条非常陡险和蜿蜒崎岖的公路爬上了这一由古陆架边缘形成的陡崖，为深入观测这一复杂的沉积体系提供了独特的机会（图5A）。

图3 阿曼南部佐法尔地区白垩系—第三系地层柱状图（据Roger等，1989修改）1＝泥质砂岩；2＝浅海灰岩；3＝泥灰岩；4＝白云岩；5＝硫酸盐岩；6＝浊积灰岩；7＝滑塌堆积灰岩；8＝砾石灰岩；9＝区域不整合。

礁

在Mughsayl以西的古陆架边缘可以看到多个丘状构造的露头（图4，图5），它们的现今地貌以及披覆在丘状构造侧翼的生物碎屑颗粒灰岩层呈金字塔形。这些丘状礁体的高度约为100m，其横向宽度至少是高度的3倍。最上部的丘状礁体受到了流向盆地的古冲沟的分割（图5）。这些分布于Ashawq组顶部的丘状体，组成了明显后退的碳酸盐建隆群（图4A）。这种总体“海进趋势”符合在丘状体侧翼看到的准层序组，它们具有“向上开阔”的层序（Borgomano,2000），即从局限海相的粟孔虫粒泥灰岩变为珊瑚粘结灰岩以及向上变细的生屑砾状灰岩－颗粒灰岩（图5B）。

图4 Mughsayl地区第三系露头的地质格架。横剖面图（A）和地质图（B）显示了Ashawq组（始新世—早渐新世）浅海碳酸盐岩与Mughsayl组（早—晚渐新世）较深海碳酸盐岩之间的空间关系（据Platel等，1987）。1=Ashawq组浅海碳酸盐岩（陆架和珊瑚礁）；2=Mughsayl组较深海碳酸盐岩（低密度和高密度浊积岩、角砾岩及滑塌岩）；3＝古陆架边缘表现为Ashawq组和Mughsayl组之间的断层突变接触。

图5 （A）Mughsayl地区Ashawq组珊瑚礁及相邻沉积物的露头（其位置见图4），注意图中分割两珊瑚礁的古冲沟。箭头指示珊瑚礁两侧地层的倾向；虚线标出了珊瑚礁顶部的轮廓。图A下方近水平直线表示Mughsayl组陆坡底部地层的倾向。一条平行于画面的近直立断层控制了这两组地层的接触关系。（B）Ashawq珊瑚礁顶部的详细剖面，显示了珊瑚粘结岩被生物碎屑颗粒灰岩的超覆和覆盖。这里的垂向层序在下部是局限内陆架小粟虫粒泥灰岩，向上变为高能砾状灰岩－颗粒灰岩，符合浅海碳酸盐岩的总体退积趋势。

这些丘状体由珊瑚粘结灰岩组成，含有相当比例（占总体积的30%～40%）的骨屑间和骨屑内的方解石胶结物以及示顶底的泥质沉积物。上覆的生物碎屑颗粒灰岩主要含有珊瑚碎片、微晶颗粒以及底栖有孔虫，其粒间胶结物的含量中等（占总体积的10%～30%），而孔隙度为10%～20%。在小范围的露头上，这些生物碎屑沉积物披覆在珊瑚粘结灰岩所形成的地形之上。不管是生物作用（珊瑚发育）还是成岩作用（碳酸盐胶结），都对这些丘状体的形成有贡献。这种发育于陆架边缘的珊瑚丘可以看作生态礁（Longman,1981），它们常沉积在地形高点之上，而且对周围地区的沉积作用有强烈影响。

台地

古陆架边缘以西海台的最宽阔部分（图4A）由Ashawq组厚200～300m的水平灰岩和白云岩层序组成（图6A）。据Roger等（1997）研究，这一水平层序相当于一个碳酸盐岩台地（Wilson,1975），主要是沉积于局限浅海环境（类似于现代潟湖）的泥状灰岩－粒泥灰岩。虽然对古陆架边缘礁和台地层序的空间关系尚未详细填图，但我们的调查表明，台地层序的上部在横向上对应于边缘礁，因而可以看作“礁后”层序。

斜坡脚－盆地

在古陆架边缘的靠海一侧（图4B），厚400～500m的Mughsayl组再沉积碳酸盐岩主要由颗粒灰岩、砾屑灰岩、角砾岩和滑塌物等组成（图6B，图7）。根据Roger等（1997）以及我们的研究，Mughsayl组沉积物充填了受断层控制的海底深切水道，位于Ashawq组浅水碳酸盐岩之内。值得一提的是，在局部地区还可见到Mughsayl组在古陆架边缘的两侧覆盖着Ashawq组（图4）。Mughsayl组与Ashawq组呈突变接触关系，即前者超覆或披覆在由Ashawq组礁丘所形成的地貌之上。在露头上未见到两者之间的渐变或指状交错接触关系。

图6 （A）Ashawq组陆架碳酸盐岩露头（其位置见图4B）。这一水平层序主要由泥状灰岩－粒泥灰泥岩组成，可能对应于礁后环境。（B）古陆坡底部Mughsayl组的典型滑塌堆积（大岩块）和滑塌层（其位置见图4B）。

Mughsayl组是在断崖底部的海水环境中沉积的。这从深水远洋泥状灰岩与重力流产物的互层中可得到证实。重力流产物包括碎屑流（图6B）、颗粒流、浊流（图7A）以及滑塌物（图7B）。这些重力流沉积常形成席状米级厚度的岩层，主要为生物碎屑或岩屑颗粒灰岩－砾屑灰岩，具有高粒间孔隙度（可达总体积的20%～35%）。这些碳酸盐碎屑物质属于浅海成因（珊瑚和双壳类生屑、有孔虫以及似球粒），而岩屑中还含有大量再沉积“海相胶结物”。其中的大岩块也属于浅水珊瑚礁成因，而且含有海相碳酸盐胶结物。尽管碳酸盐岩颗粒流和浊流的发生并不都需要有陆坡或陆架坡折（Cook,1982），但夹有如此大量大岩块的碳酸盐岩碎屑流（图6B）表明在渐新世应存在一个侵蚀性陆架边缘和一个明显的断层陡崖。总之，Mughsayl组具有陆坡底部近源沉积复合体的特征，含有高比例的碎屑流、岩屑以及大岩块（Boromano,2000）。在有关露头上没有看到向较远源部分（以浊流沉积或砂级生物碎屑为主）或盆地相沉积体系的过渡。

图7 （A）由钙质浊流（低密度和高密度）、颗粒流及深水灰泥沉积物组成的Mughsayl组未扰动层露头。（B）Mughsayl组滑塌和被错断地层露头。图A和B地层的岩性相似。B中的变形层说明陆坡是不稳定的，同时还有同沉积期构造活动。图B地质学家上方可见水成岩墙。

礁、台地及周围沉积物的地震响应

由于本区缺少钻井资料，沙拉拉盆地二维地震资料的解释使用了周围的露头。沙拉拉平原1井钻遇的渐新统丘状体发育在东西走向的断块上，它平行于沙拉拉盆地及Wadi Jeza断槽的轴向（图2）。沙拉拉盆地这一埋藏的断块可能是在Mughsayl地区出露的隆起构造的向东延伸部分（图4）。图8～图11显示了结合3条倾向测线和1条走向测线的解释结果。已将统一记录的反射尖灭点和地震相（Vail等，1977;Vail,1987;Schlager,1992）与井下资料结合在一起，而对露头观测结果也作了定量外推。它们共同构成了本文地震－地层解释的基础。

图8 （A—B）二维地震剖面的地震－地层解释（剖面位置见图1）。浅海碳酸盐岩最初仅限于在南部发育，然后到达台地边缘，因而在早期台地位置形成了一个“空桶”。（C）1∶1礁体形态，显示了很陡的斜坡角度。这条倾向测线是向盆地方向延伸的。R-1＝礁体1。

图9 （A—B）二维地震测线（位置见图1）的地震地层解释。此测线是向盆地延伸的（倾向线）。台地的向北进积是根据底部层位上的下超推断的。图中R-1＝礁体1,R-2＝礁体2。

从露头上观察到的岩层成因类型，只有两种可以在地震响应中加以区分（图8～图10）。一是浅海碳酸盐岩，它们不断加厚、生长并形成地貌；二是陆坡底部碳酸盐岩，它们充填和披覆了已有地貌。露头的岩石性质分析表明，这两种岩石成因有明显不同，其中浅海碳酸盐岩固结很好、孔隙度中等（占总体积10%～20%），而陆坡底部的碳酸盐岩固结程度较差、孔隙度较高（占总体积的20%～35%）。在这种背景下，显示为平行反射（“轨道线”）、下超反射（进积）和具有高反射率的丘状反射（加积）的地震相，都可解释为浅海碳酸盐岩；而显示为上超（充填）和反射率较低的楔形反射的地震相，则可解释为陆坡底部沉积物。在走向地震剖面上还可见到一条切入浅海碳酸盐岩的冲沟，表明当时海底侵蚀作用强烈（图10B）。另外，还从剖面上识别了两个礁体（R-1和R-2）以及多个礁体生长期（R-1有3个生长期，R-2有2个生长期）。图9的下超反射尖灭点被认为与陆架的进积有关，它的形成要早于礁体生长（图9B）。这一认识与钻前解释有很大不同，后者只显示了单一的对称建隆（图1）。现在的认识更加符合在露头上观测到的非对称沉积体系（图4，图5），严格地说，有关礁分布在宽阔台地的边缘，因此这种台地可定义为“镶边台地”（Wilson,1975）。这种地震地层学解释还表明，早渐新世的Ashawq组上部（浅海单元）与Mughsayl组下部陆坡底部单元是在同时代沉积的，因此在地震剖面范围存在指状交错。

礁R-1的真实大小（图8C）要比露头中的单个礁体大2～3倍，但与图4A所示的古陆坡剖面类似，这些最可能生长在陆架边缘的单个小型礁体由于地震反射频率过低而不容易识别。根据露头和地震解释结果，这一陆坡的倾角（10°～15°）处在大多数碳酸盐岩台地边缘的“高斯倾角”范围（Adams和Schlager,2000）。礁体露头较陡的斜坡（45°）可能对应于地震所识别的“冲沟”。在浅海碳酸盐岩沉积与陆坡底部碳酸盐岩沉积之间的过渡带，由于已超出地震分辨率而难于识别。但不管这一过渡带是突变性的还是渐变性的，都应做进一步的地震解释。在露头上两组地层之间为一与断层有关边缘，这表明有一个突变性的似上超过渡带。总之，有关地震反射反映了在附近露头观察到的构造，包括披盖的丘状体、上超、水平层、深切冲沟以及与断裂的陆架边缘有关的陡坡等。

图10 （A—B）平行于盆地轴向（走向）的二维地震测线（位置见图1）的地震地层解释。从中可以看出浅海碳酸盐岩与陆坡底部碳酸盐岩之间在地震反射上存在重要差别。前者形成、发育和产生了地貌（丘状），因而有很强的反射，而后者则充填和披盖了地貌（上超），因而反射较弱。图中R-1＝礁体1;R-2＝礁体2;G＝冲沟。

沙拉拉地区碳酸盐岩台地边缘的第三纪演化

根据Schlager（1999）总结的碳酸盐建隆模型，本文对沙拉拉碳酸盐岩台地边缘的演化进行了解释。这一演化可以用两种速率的平衡来解释。一种是沉积可容纳空间的新增速率，另一种则是碳酸盐岩的生长和发育速率。但台地镶边与内陆架之间发育速率的差异也是一种重要参数，因为作为构造沉降的一种表现，它也反映了可容纳空间增大速率的空间变化（Borgomano,2000）。对沙拉拉地区碳酸盐岩台地边缘的演化可分为4个重要阶段（图12）：

图11 （A—B）二维地震测线（位置见图1）的地震地层解释。此测线是向盆地延伸的（倾向线）。图中R-1＝礁体1,R-2＝礁体2。

1）加积台地阶段（前裂谷期，图12A）：在始新世，沉积环境稳定，构造沉降及/或海平面上升均匀，形成了很厚的加积型碳酸盐岩台地，沉积速率约120m/Ma（Platel和Roger,1989）。

2）进积台地阶段（同裂谷期早期，图12B）：在渐新世初期，随着地堑的形成和构造沉降速率的整体增加，形成了受水流切割的浅海陆架和较深水断槽两大沉积区。在这个时期，浅海碳酸盐岩的堆积速率超过了构造高地上可容纳空间的增加速率，从而导致了陆架的进积（图9B）。但由于断槽有陡坡，而且水深已在透光带之下，从而使陆架的扩展无法越过断槽边缘。但台地上多余的碳酸盐产物会被搬运到断槽内。这在断裂的台地边缘，是高位体系域的常见情形（Borgomano,2000）。这一进积台地的沉积速率可能为100～150m/Ma。

3）礁体生长阶段（同裂谷期，图12C）：在渐新世早期，可容纳空间的增加速率受控于强烈的构造沉降，它超过了内陆架的沉积物堆积速率（图9B）。只有在陆架边缘才能赶上可容纳空间的这一增大速率。在台地的一个海进体系域中，这个阶段对应于“空桶”形态（Schlager,1999）。对有关礁体，可以识别出两个生长期，这表明礁体生长曾因受控于构造或海平面下降的小型短暂海退而中断。据推算，珊瑚礁的生长速率约200～300m/Ma。此时周围高地上的碳酸盐岩陆架可以向所保留的断槽注入大量碳酸盐物质。

图12 沙拉拉碳酸盐岩边缘西部在始新—渐新世的演化示意图。（A）始新世的加积台地（前裂谷期）。（B）渐新世初发育的进积台地（早期裂谷），出现了沉积空间的增加并形成了断裂边缘（1）。这一陆架不能越过此断层扩展，多余的碳酸盐产物则被搬运至断槽内。（C）早渐新世的礁体发育（中期裂谷）。沉积空间的增加速率受控于构造沉降，因而超过了内陆架的沉积速率。只有陆架边缘能赶上沉降速率的增大，而珊瑚礁的发育也得到了发展（2）。这里可以发现第二个珊瑚礁生长期，表明中间曾有受控于构造抬升或海平面下降的海退（3）。（D）早渐新世末的礁体沉没（后裂谷期晚期）。构造沉降的加速（4）导致礁体最终淹没，并直接覆盖了低密度浊积物和深海泥。

4）礁淹没阶段（后裂谷期晚期，图12D）：早渐新世末期，构造沉降导致了沙拉拉盆地珊瑚礁及台地的最终淹没。来自盆地边缘的低密度浊流及深水灰泥，直接覆盖在最晚期礁体（R-1）之上。Platel和Roger（1989）研究结果表明，Mughsayl地区这一时期的构造沉降速率超过了300m/Ma，但我们根据沙拉拉平原1井估算，该盆地相当大部分的构造沉降速率要比这一数值大1～2倍。由于沉降速率已大大超过礁体的生长速率，因此礁体得以保存和埋藏。到晚渐新世—早中新世，有较深水灰岩和泥灰岩逐渐充填了整个沙拉拉盆地。

亚丁湾裂谷肩部在晚中新世的隆升标志着沙拉拉碳酸盐岩边缘海相演化的结束。

结论

沙拉拉碳酸盐岩边缘的演化，强烈受控于始新世—中新世的亚丁湾张开。构造沉降速率的快速增加以及断裂高地和断槽的分异，导致了碳酸盐岩沉积体系分4阶段的逐渐消亡，即从加积陆架、进积陆架、礁体生长直到礁体最终淹没。只有在这一裂谷的初始阶段，碳酸盐岩产率才能平衡快速的构造沉降。这样就在高地上形成了礁体，而在断槽内则堆积了厚层碎屑楔形体。

Ashawq组最上部的珊瑚礁和Mughsayl组最下部的陆坡底部碳酸盐岩，在层序上是等时的，而在地震剖面上明显呈指状交错。地震及露头均揭示了类似的地层结构、沉积地貌以及空间变化频率。另一重要结论就是最初由地震资料解释的单个碳酸盐“建隆”实际上是底部的进积陆架边缘和顶部的加积陆架边缘（严格地说就是珊瑚礁）。

致谢

作者十分感谢阿曼石油开发公司惠准本文的出版。同时，我们也十分感谢一起参加野外调查和钻井工作的阿曼石油开发公司广大同事，特别感谢Wyste Sikkema和Salim Al Maskiry。

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（田海芹译；蔡勋育校）