生物礁沉积特征 生物礁沉积环境碳酸盐岩储集层

1.生物礁的含义

礁的最初含义是指海底突起岩块，能使船触礁失事。现代生物礁主要是珊瑚礁。生物礁是指造礁生物原地生长建立起来的水下隆起，沉积厚度比相邻地区大，具有完整的生物骨架，形成深度从海水表面到水深小于200m，有些地区可延伸至水深500m处。

2.礁灰岩的组成

礁灰岩可划分为原地礁灰岩和异地礁灰岩。原地礁灰岩有三种类型：障积岩、粘结岩和骨架岩。这三种原地礁灰岩反映造礁生物的三种抗浪方式和成礁阶段（图8-31）。

障积岩 沉积物中富含茎状枝状化石，如珊瑚、海百合等，构成泥晶基质堆积的障壁和支架。由于这种障壁和支架的抗浪作用才使细的灰泥得以沉积和保存下来。障积岩或粘结障积岩主要分布于礁核的基底部位（图8-32）。

粘结岩 主要由板状或片状生物，如层孔虫、藻类等，粘结和包裹着大量灰泥质形成。当生物分泌有机质时，通过生物化学作用而使海水中的碳酸钙沉淀在生物体周围。这类灰岩中可见藻叠层石，但无连生的生物硬体支架。粘结岩主要产于骨架岩和障积岩之间。

骨架岩 为原地的化石骨架组成的块状体，骨架间隙为灰泥及亮晶充填物充填。

异地礁灰岩是生物骨架被破碎、搬运再堆积形成的，主要堆积于礁的翼部，实际上是礁核的塌积物。有下列两种类型：漂浮灰岩，岩石中有10%以上的颗粒直径大于2mm，并受基质支撑；碎块灰岩，岩石主要是由粗碎屑礁块支撑。

图8-31 生物礁碳酸盐类型示意图

（据N.P.James，1984，转引自王良忱、张金亮，1996）

图8-32 生物礁的组成

（据何镜宇和孟祥化，1987）

Ba—障积岩；B—粘结岩；F—异地礁灰岩；M—漂浮灰岩；R—碎块灰岩

3.生物礁的相带划分及其特征

生物礁的沉积相一般可划分为三个相带：礁核相、礁前相和礁后相（图8-33，图8-34）。

图8-33 生物礁沉积相模式

（据N.P.James and D.R.Kobluk，1978，转引自姜在兴，2003）

图8-34 生物礁相带分布示意图

（据N.P.James，1979，转引自何镜宇、孟祥化，1987）

IR—礁间沉积；FR—礁前沉积；RF—礁前沿；RC—礁冠；RFI—礁坪；BR—后礁

（1）礁核相

指礁体中能抵抗波浪作用的部分，为礁的主体，主要为块状的、非层状的、通常是扁豆状的碳酸盐岩体，由造礁生物的骨架和灰质软泥基质组成。其中生物最少占岩石总量的5%～10%，有时可高达40%，主要为造礁生物和少量附礁生物。礁核相带形成的岩石主要为骨架岩和粘结岩。礁核相可进一步分为四部分。

礁顶冠带 这是礁在其生长阶段的最高部分。 如果在浅水中，即为礁顶部接受大部分风、浪能量的那个部分。礁冠的物质组成依风力和海浪的强度而定。在风力和海浪强烈的地方，只有那些能结壳的生物能够幸存下来；当风浪的强度中等到较强时，结壳的生物仍然占优势，但常常可出现扁平的或者具有短而粗的枝状生物；在风浪能量较弱的地方，半球状到块状的种属与零散的枝状造礁生物同时出现。

礁前沿带 这个带上起拍岸浪带，下限深度不固定，通常小于100m，即由大量具骨骼的生物的生长带过渡到进入礁前带的沉积物处。该带动物群丰富多彩。其中造礁生物的形状为半球状、柱状、树枝状和席状，附属生物中腕足类、双壳类、珊瑚、海百合和钙质绿藻等较常见。在现代礁体上造礁生物珊瑚虫在这个带通常延伸到水下30 m左右的深处，形成的最常见的岩石类型仍然是格架灰岩，但生物生长的变化也会形成许多包粘灰岩和障积灰岩。古代礁前沿带动物群形态多样，最丰富的是块状、层状到半球状和枝状骨骼生物形成格架灰岩，有时也形成包粘灰岩。

礁坪带 位于礁顶和后礁相之间，水很浅，最多不过几米。 风浪作用强烈的礁坪带内生物碎屑被胶结形成碎块灰岩，中等波能礁坪带内波能充分冲洗灰质砂形成灰质砂浅滩，其上常有零散的丛状造礁生物，形成的岩石类型介于纯净的骨骼灰质粒状灰岩到碎块灰岩。

（2）后礁相

位于生物礁核相的向陆一侧，在礁坪的背风处。水体较为宁静而闭塞，又称为礁后潟湖。这里的沉积物主要是在礁前沿带形成的灰泥，由风浪携带而来。这些灰泥从悬浮状态沉淀在后礁相带中，常形成富泥的岩性。该相中海百合、钙质绿藻、腕足类、介形虫等海底生物大量繁盛。后礁相的典型岩石类型是障积岩或漂砾灰岩或少量骨架岩。后礁相常见灰岩白云岩化现象。

（3）前礁相

位于礁核相向开阔海边缘的斜坡部位。此相带为礁块碎屑灰岩（骨骼灰岩）、砂屑灰岩到泥质灰岩。这些粗或细的碎屑主要是由波浪从礁核相带向下搬运塌落而来的。这些岩石由完整或碎裂的骨骼残骸、礁灰岩块和造礁生物的骨骼等组成，并且朝盆地方向变成页岩或灰质软泥。与后礁相相反，这里的灰岩很少白云岩化。

（4）生物礁相带发育的背景条件

礁相带的发育程度和特点取决于碳酸盐陆棚边缘带的坡度。依据地形坡度及与其相应的水动力条件和礁相组成特点，可以划分出3个基本类型（图8-35）。

类型Ⅰ 斜坡灰泥丘，位于陆棚台地边缘前斜坡，由生物碎屑灰泥或生物障积灰泥组成，呈带状分布。斜坡坡度较缓，从2°～25°，水能量较弱。斜坡下部沉积物中含分异度不高的特定固着生物，它们能捕获和阻挡从斜坡上部来的灰泥沉积物形成面包形生物灰泥丘岩体。在陡倾斜坡上，碳酸盐泥可能向斜坡下方堆积很远，达到透光带之下，也许在水深100 m左右处。在平缓斜坡上的透光带浅水中也会发育灰泥丘，灰泥丘的顶部可达到波浪作用带，发育造架生物，并可发展为类型Ⅱ和Ⅲ。

图8-35 按碳酸盐台地边缘坡度和能量划分的三种生物礁相带基本类型

（据J.L.Wilson，1975，转引自何镜宇、孟祥化，1987）

类型Ⅱ 缓坡圆丘礁，由台地边缘缓坡上生长的线状生态圆丘礁带组成。 它们形成于向海平缓倾斜（几度到约15°）的正常海底，或在稍远的斜坡下部数十米深度开始生长的。由于缺乏强波浪或水流的作用，很少有块状造架生物，但有很多固着的和包壳的生物。造架生物主要是分支状和丛状的复体类型。在圆丘礁中常见垂直的生态分带，即向上变为块状包壳类型的骨架礁。由于生物巨大的繁殖能力，以及粘结、捕获和包壳作用，又没有碎屑的带出，因而可以使礁体充分发育。

类型Ⅲ 为陡斜坡骨架礁，位于陡的斜坡边缘带，坡度为45°甚至直立。 这是一种生长到海平面或波浪搅动带的带状生物骨架礁。礁后有石灰砂坝、水下砂坝浅滩出现，充填潟湖。有些地区甚至形成岛屿、障壁礁或岸礁，并有大量塌积碎屑。

3.2.3.1 生物礁亚环境及沉积特征
生物礁是具有坚固格架构造的造礁生物在海底构成的块状生物岩体，或非造礁生物大量快速堆积而成的碳酸盐体（生物滩、地层礁、碳酸盐丘等）。礁的亚环境分布及特征如下：
（1）礁核亚环境
礁核是礁的主体部分，主要由造礁生物形成格架，附礁生物、灰泥等填隙。
1）礁顶：是礁生长的最高部位。随风及波浪强度减弱，造礁生物生态由结壳状渐变为扁平状或短粗枝状，进而成为半球状至块状与零星枝状。
2）礁前沿：从拍岸浪带延伸到骨架生物生长带再过渡到前礁带的沉积处，动物群多样，造礁生物为半球状到枝状、柱状、树枝状、席片状，还有各种附礁生物，常见岩类为骨架岩、粘结岩和障积岩。
3）礁坪带：较宽平，水浅，低潮时可露出水面，其上堆积礁碎屑、灰泥等，有少量造礁及附礁生物生长，死后的造礁生物常被藻包壳。沉积生屑颗粒岩、礁角砾石灰岩等。
（2）后礁亚环境
位于礁核向陆一侧，是礁坪的背风面，常为潟湖环境。沉积物主要为灰泥、泥及大量附礁生物，造礁生物呈短粗枝状与大的球状，形成障积岩、漂浮砾状石灰岩及少量骨架岩，也可形成泥粒岩及颗粒岩。
（3）前礁亚环境
位于礁核向开阔海边缘的斜坡带，由礁砾块及礁生物屑、砂屑等堆积形成礁前塌积角砾岩，向盆地递变为薄层状泥岩、页岩、灰质泥岩、泥灰岩和灰泥岩等。
礁相的基本模式如图3.13所示。
3.2.3.2 生物礁储集岩的发育特征
生物礁是重要的储层类型，台缘礁的规模及储集特征均优于台内礁，常发育并能保存部分原生骨架孔隙，若成岩作用有利于形成白云石化晶间孔隙及溶蚀孔隙或古岩溶淋滤孔隙，可形成特大高产的油气藏。一般情况下，原始储渗条件以礁核或礁前为好，礁后较差，但经受成岩作用改造，有时礁后储渗性能得到改善，亦可成为最好的储层。
台内礁尤其是小的点礁，其骨架孔隙易为附礁生物、生屑、礁生物屑及灰泥填积，或埋藏后产生构造裂隙方能成为好的储层。渝东生物礁的礁后沙滩岩相原生粒间孔隙发育，地貌处于高部位，容易形成次生孔隙，也最有可能成为良好的储层。从体积上看，礁后潟湖沙滩岩相比礁核大得多，所以渝东礁储层主要发育于孔隙层富集的礁后沙滩沉积中。

图3.13 生物礁相基本模式图

一、长兴组生物礁气藏气特征
1.长兴期生物礁气藏气源主要来自于上二叠统煤系
“八五”期间，黄籍中等（1988）、王廷栋等（1989）对川东生物礁气藏的气源问题进行了研究，认为椿木坪礁、板东礁气藏中气、凝析油、储层沥青均来自于或主要来自于下伏的上二叠统龙潭组煤系烃源岩。“九五”期间，刘划一等（1998）、王一刚（2000）进一步提出长兴生物礁气藏天然气特征与其下伏的源岩类型有关，天然气以垂向运移为主，除川东西南区的点礁气藏天然气主要是煤型气特征，边缘礁气藏及川东东部、北部点礁气藏天然气主要是油型气特征。
2.长兴生物礁气藏属于岩性圈闭气藏

图8-1　川东上二叠统长兴组天东边缘礁气藏特征图（刘划一等，1998）

长兴生物礁气藏属于岩性圈闭气藏，其成藏过程与今构造和古构造相关性不大。主要表现在生物礁气藏可以出现在背斜构造的各个部位，如天东礁气藏自背斜轴部呈悬挂状向东南翼下倾方向延伸，顶底高差达1000m（图8-1）。生物礁气藏的含气情况也与构造高低无关，这主要与生物礁储层的非均质性强以及连通性很差有关。另外，各个时期长兴组顶部构造图上看，古构造对生物礁气藏没有明显的控制作用（刘划一，1998）。
3.生物礁气藏规模与礁体类型有关
川东长兴组生物礁气藏根据礁体类型可分为边缘礁气藏和点礁气藏两类。
边缘礁气藏具有储层厚度较大、面积大、分布较集中、储量高的特点，目前已发现的边缘礁有铁山礁（礁体含气面积为12km2）、天东礁（礁体含气面积为28.8km2）、黄龙礁（礁体含气面积为33.4km2）、云安礁（礁体含气面积为22.7km2）、张家场礁等5个边缘礁。这些礁体面积大，天然气资源量大，如天东礁气藏面积为28.8km2，预测储量可达188×108m3。
点礁气藏储层面积一般较小，储层较薄，分布较分散，储量低。地面出露的点礁礁体宽度多小于1000m，井下则多是单井钻遇。气井的试井资料表明供气范围半径在400m左右，礁气藏面积一般小于3km2，单个礁体储量低于10×108m3。点礁虽小，但数量多，单井产量高（如板东礁日产气4.2×104m3）。目前，已发现了4个礁气藏，即板东、石宝寨、双龙和建南等点礁气藏。
综上所述，长兴组生物礁气的生储组合为自生自储，气藏类型为岩性圈闭。因此，对生物礁的分布规律、储层特征的研究及预测技术的研究，是生物礁气藏勘探的关键性技术。
二、长兴组生物礁分布规律与预测
1.礁类型及成礁序列
四川盆地众多的长兴组生物礁，是峨眉地裂运动高潮期的第二次地壳拉伸不均衡裂陷，在深浅水分野背斜下形成的。它可以分为以下三类。
（1）台地边缘礁
多呈线状礁体沿开阔海台块边缘断续展布。当时一侧为深水含放射虫、骨针等台槽（盆）相，另一侧为浅水较纯碳酸盐台块（地）相，两者之间可能发育张性同生沉积断裂。如湖北利川见天坝海绵礁，规模大，最厚达269.7m，横向延伸2.4km以上，长达50km，可与美国西得克萨斯州二叠系礁相匹比；礁体相带发育全，一般可分出礁前、礁核和礁后沙滩三部分。发育时间早，从长兴组一段 开始，延续至长三段。主要分布于盆地北、东缘。
（2）点礁
它是在开阔海台地相区（V）内相对凸起的浅水台坪亚相区（V1）中，一般是在生物滩的基础上发展起来的。呈星点状散布于台地一侧，一般为圆丘状，难以分出礁前和礁后相带。规模小，仅几至十几km2，厚度薄约几十m。发育时间为稍晚的长二段 ，是随着地壳拉伸，长兴期海侵不断扩展，生物岩隆间歇性地向西或向南爬升、迁移的结果。集中分布在川东中北部，大致位于渠县－丰都断裂以北。由于受海平面升降变化的影响，礁体时长时停，因而具有礁（块状海绵障积岩）与滩（白云岩）互层的特点。
（3）塔礁
它的发育是晚二叠世峨眉地裂运动Ⅲ幕高潮期时，地壳第二次不均衡拉伸裂陷，至长三段 最大海侵时，使华蓥山断裂两侧相对低洼处进一步下陷，形成较深水台洼（凹）亚相，而其中原来相对较坚硬的基底隆起上，则发育孤立圆丘状塔礁，礁体本身特点与点礁无多大区别。主要分布于邻水－涪陵断裂两侧。
2.川东地区长兴组生物礁分布特征
晚二叠世长兴组沉积期，由于广元－旺苍海槽、城口海槽进一步扩大，与开江－梁平海槽连通，在川东北部地区形成大范围的深水海槽区。沉积相带从东往西依次为鄂西海槽、开江－梁平海槽、陆棚边缘、碳酸盐深缓坡、碳酸盐深缓坡内带、海陆交互区、河流平原区。
钻探与研究进一步证实，礁体类型与沉积环境有很大关系。
陆棚边缘礁位于碳酸盐缓坡和海槽的过渡带上，在川东北部发现的边缘礁都是井下钻遇的，它们分布在环开江－梁平海槽的陆棚边缘礁带，如黄龙礁、天东礁及铁山礁等。而地面出露的边缘礁则只在湖北利川发现了东临鄂西硅质海槽的见天坝生物礁，生物礁相带组合具有边缘礁的典型特征，礁前、礁后相带分化明显。环开江－梁平海槽的各边缘礁钻井剖面揭示相变带的特征十分清楚。这些礁体中有的规模较小，如门4井礁只有一口井钻遇，礁核相厚仅50m。但也有不少块状礁，如天东生物礁已有8口井钻遇，地震预测面积达33.4km2，其高/宽比值很小。从目前钻遇井较多的铁山生物礁、天东生物礁看，这些生物礁具有两个以上成礁旋回，礁核相和礁滩相的侧向相变十分明显。此外，从一些岩心上可见边缘礁的骨架岩微相中有较多的亮晶胶结物充填的骨架孔，表明造架生物的生长环境具有较高的能量。
点礁是指长兴期碳酸盐缓坡上的对称礁。其礁体高/宽比多大于1/10，呈扁平丘状。点礁的面积一般较小，研究区地面出露的礁体宽度小于2000m，井下一般都是单井钻遇。其相带对称分布不像边缘礁能分出礁前、礁后。与边缘礁相比，点礁的骨架岩微相中亮晶充填的架间孔明显要少得多，有时甚至很难见到。这是深缓坡环境能量较低的表现。
点礁的高能滩相沉积一般在礁基（丘）部位和礁翼部位，白云化作用和溶解作用可以在这些地方形成良好的孔隙性储集层。由于点礁发育过程中同边缘礁一样因海平面周期性上升而具有旋回性，因而在钻遇礁体的各部位都可能有白云岩储层发育。
3.边缘礁分布预测
研究表明，川东晚二叠世长兴期沉积是在向北东方向倾斜的构造背景下发育的，以碳酸盐岩缓坡沉积为特征，由西向东发育碳酸盐深缓坡内带、外带，向东到鄂西海槽。在缓坡构造背景下，受该时期南秦岭裂陷作用的影响，发育NW向延伸的广元－开江裂陷槽（图3-13）。勘探已证实该裂陷槽的东段“开江－梁平海槽”两侧以发育边缘礁为特征，再向外侧过渡到碳酸盐台地沉积。该海槽的中段和西段的两侧同样也发育边缘礁，但勘探程度很低，是潜在的勘探领域。同时，在上扬子板块边缘的镇巴—巫溪一带发育“边缘裂陷槽”，边缘裂陷槽内侧发育台地边缘礁，如红花礁、见天坝礁，也是值得重视的勘探领域。

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