沉积学研究热点与进展:第19届国际沉积学大会综述

基于第19届国际沉积学大会资料,分析了当前国际沉积学研究热点和研究进展,指出除了资源沉积学研究持续走热外,全球气候变化沉积记录、深水沉积与事件沉积和碳酸盐与微生物沉积成为当前沉积学3大热门研究领域。全球气候沉积记录领域的进展表现在气候的沉积记录载体研究,特殊地质时期或地域气候效应及早期气候宏观变化规律研究;深水沉积与事件沉积领域的进展包括水力跳跃、深水实地监测等重力流沉积过程研究,地震、海啸、洪水、火山等事件沉积学及重力流沉积预测及油气勘探;碳酸盐与微生物沉积领域的进展包含冷水碳酸盐沉积和微生物对碳酸盐沉积的控制。对比表明,中国沉积学研究在环境上关注河湖等陆相多,风成、冰川和海岸等研究较薄弱;性质上以资源沉积学等应用研究为主导,沉积动力过程等基础研究薄弱;热点领域上对深水沉积和非常规油气领域关注多,但多局限于沉积现象描述与油气勘探开发实践。笔者指出,注重碎屑物沉积动力过程和源—渠—汇系统分析,及时引进深水和冷水碳酸盐沉积理论、发展生物地质学,充分利用大量科探和油田钻孔资料开展全球气候研究,是近期中国沉积学突破的可能方向。     

中上扬子地区早寒武世(纽芬兰世－第二世)岩相古地理

由于受区域构造作用、海平面变化、上升洋流以及古气候等主控因素的制约,中上扬子地区纽芬兰世-第二世主要表现为浅海环境。早寒武世梅树村期,主要发育潮坪相碎屑岩、磷块岩、白云岩和硅质岩,陆棚相含磷结核硅质岩、泥岩以及陆棚深水盆地相碳质页岩、硅质岩等。筇竹寺期,海侵范围扩大,陆棚深水盆地向西北扩展,其余广大区域为碎屑岩浅海所覆盖。沧浪铺期,主要表现为碎屑岩和碳酸盐交互沉积的混积陆棚环境,盆地相则具有继承性,主要为碳质页岩沉积。早寒武世龙王庙期开始向碳酸盐台地演化,广大区域为碳酸盐沉积,盆地区范围有所缩小。早寒武世的岩相古地理演化表明,从早到晚沿着东南边缘始终存在一较深水沉积区,其沉积物质主要为碳质页岩和硅质岩,为烃源岩有利沉积区,奠定了油气生烃成藏的物质基础。同时在演化过程中还形成了相应的储层以及分布较广的膏盐层。根据这一油气地质条件组合及其空间分布,针对中上扬子地区早古生代海相地层的油气勘探应该首先围绕这一富烃沉积区来开展,集中对膏盐层下部目的层开展油气勘探工作。     

碳酸盐生物沉积作用的研究现状与展望

碳酸盐矿物是地球上最丰富的矿物之一,碳酸盐沉积在许多地质过程中起着非常重要的作用.生物沉积碳酸盐的现象在自然界普遍存在,其中又以生物沉积碳酸钙(CaCO3)为主.生物从周围环境中选择性地吸取元素,在严格的生物控制下,组装成功能化的碳酸盐结构;生物也可以通过改变周围的环境诱导碳酸盐的沉积或自身参与碳酸盐的沉积.不同生物对碳酸盐沉积的作用扣机理不同,综述了海洋动植物、藻类生物、菌类生物对碳酸盐的沉积作用及其机理以及实验室模拟调控CaCO3生物矿化方面的一些研究成果和研究现状,提出未来亟待解决的一些重要问题,并指出生物沉积碳酸盐研究所具有的巨大应用前景.     

微生物碳酸盐岩分类、沉积环境与沉积模式

针对现有微生物碳酸盐岩分类不够系统、岩石类型及组合的环境意义不明确、岩相古地理重建缺乏微生物碳酸盐岩沉积模式指导等科学问题,通过塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地2个元古宇剖面和3个显生宇剖面详细的岩类学和岩石组合序列研究,取得3项成果与认识:①建立了构造尺度和形态特征相结合的系统的微生物碳酸盐岩分类方案。②明确了微生物碳酸盐岩岩石类型及组合的环境意义。风暴浪基面之下远端以欠补偿黑色泥岩和硅质岩沉积为主,近端的下斜坡以具丘状结构的纹理石碳酸盐岩和灰泥丘建造为主;风暴浪基面和正常浪基面之间的上斜坡以小-中型泡沫状、团块状凝块石碳酸盐岩和小-中型柱状、锥状、穹窿状叠层石碳酸盐岩建造为主;正常浪基面与平均低潮线之间以大-中型波状叠层石碳酸盐岩建造为主;平均低潮线之上的潮坪环境以大-中型层(席)状微生物碳酸盐岩、丘状微生物碳酸盐岩建造为主。③建立了缓坡沉积体系和镶边沉积体系微生物碳酸盐岩沉积模式。这些认识对微生物碳酸盐岩岩相古地理重建和储层分布预测具重要的指导意义。     

中国南方二叠纪沉积体系

二叠系是中国南方重要的海相含油气层系,经历了两次大的海侵－海退沉积旋回,形成了以海相碳酸盐岩为主,海相、陆相及过渡相并存的沉积古地理格局。根据典型剖面分析和岩相古地理研究,识别出4类沉积体系,即陆地沉积体系、混合沉积体系、碳酸盐台地沉积体系和斜坡盆地沉积体系。总结出4类基本的沉积体系组合,指出海平面变化和构造运动是控制沉积体系变化及其空间展布的决定因素。最后对成油气地质条件进行了分析和讨论,认为二叠系具有多套生储盖组合,其中以碳酸盐台地体系－斜坡盆地体系组合和混合沉积体系－斜坡盆地体系组合最为理想。     

深层油气成藏动力学研究进展

近十年来,国内外盆地深层油气勘探取得重要发现,推动油气地质学理论研究的发展。本文综述了前人在深层油气地质理论研究、分析测试技术和评价预测方法等方面的新认识,系统论述了深层特殊成藏环境条件下油气成藏要素的特征及其演化。提出沉积构造导致的差异成岩作用使得砂岩储集层具有结构非均质性,影响甚至控制了深层有效储集层的分布;受古隆起和断裂带控制的裂缝岩溶带往往是碳酸盐岩层系中最为有效的储集空间;有效储集层与断裂构造组合,构成深层输导体系,油气在其中差异性运移聚集,控制了深层油气的富集与分布。最后对未来深层油气地质和成藏研究的发展方向作了分析。     

冷水碳酸盐岩研究现状与展望

长期以来,海相碳酸盐沉积物被广泛认为是温暖浅海沉积环境中的产物,然而近年来国外研究表明,在冷水陆架环境中,也可以形成规模的碳酸盐沉积,即冷水碳酸盐岩。通过对大量文献的调研,综述了冷水碳酸盐岩的概念、地质特征、沉积模式等方面的研究进展,并展望了该研究领域未来的发展方向。研究表明,冷水碳酸盐沉积是指在(古)纬度约30°~35°以上的温带及寒带地区、温度约20℃以下的沉积水体中,或是在富营养的寒冷上升流水体中形成的碳酸盐沉积物或岩石,其沉积特征与暖水碳酸盐岩不同。冷水碳酸盐沉积物中的生物颗粒组合以底栖有孔虫、软体动物、苔藓虫等异养生物和钙质红藻为主,缺乏造礁珊瑚和钙质绿藻以及鲕粒、集合颗粒等非骨架颗粒,而且沉积物中灰泥基质含量较少,矿物成分以方解石为主,氧同位素较重,胶结作用弱,以破坏性成岩作用为主。冷水碳酸盐沉积形态以缓坡为主,波浪磨蚀和再沉积作用较强。古代冷水碳酸盐岩的沉积特征、识别标志及其作为储层的油气资源潜力尚处于探索阶段,仍需进一步深入研究。     

中国海相碳酸盐岩层系油气地质特点、战略选区思考及需要解决的主要地质问题

中国海相碳酸盐岩层系油气资源量大,但探明程度低,是油气资源战略接替的重要领域。中国海相碳酸盐岩层系具有形成时代老、改造强烈、沉积中心与生烃中心不吻合、储层具有多样性且非均质性强、多烃源层、多期生烃、多期成藏、多期调整与改造等显著特点,与陆相碎屑岩层系有明显差别,又有别于国外海相碳酸盐岩层系。在对不同地区海相碳酸盐岩层系油气地质条件进行分析解剖的基础上,分别对四川盆地、中下扬子及滇黔桂地区、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和青藏地区的海相碳酸盐岩层系油气勘探战略选区急需解决的地质问题进行了讨论。     

现代碳酸盐叠层石的重要进展及意义

作为记录地球早期生命历史的代表物,叠层石已经从35亿年追溯到了古老的37亿年。叠层石为早期生命的存在提供了间接证据,特别是现代碳酸盐叠层石的形成,更加证实了叠层石是蓝细菌生物席的钙化建造物。在现代碳酸盐叠层石中,以下地区的碳酸盐叠层石经前人长期研究已取得一些进展:巴哈马台地的粗粒叠层石、澳大利亚超盐度环境中的细粒叠层石、巴西东南部超盐度潟湖中的细粒叠层石。基于前人的研究成果,通过对现代碳酸盐叠层石的生长机制,以及复杂的微生物活动和沉积过程的追溯,认为本溪火连寨剖面寒武系张夏组中部的叠层石生物丘与现代碳酸盐叠层石存在明显差异,说明现代叠层石的沉积模式还不能完全应用在古代叠层石中。因此,现代碳酸盐叠层石和古代叠层石的对比,可以进一步为了解寒武纪叠层石的构建以及微生物碳酸盐岩工厂提供丰富的思考途径。     

珠江口盆地东部碎屑岩-碳酸盐混合沉积区岩性油气藏形成地质条件与潜力

珠江口盆地东部在珠江组早期,沿东沙隆起一带发育碎屑岩-碳酸盐混合沉积.混合沉积类型主要包括组分混合和地层混合等,且混合沉积与岩性油气藏关系密切,统计资料表明,94%已发现岩性油气藏都分布于该混合沉积区.区内岩性油气藏储层岩性为碎屑岩,封堵岩性则为泥岩、混积岩或碳酸盐.分析认为,该类型岩性油气藏的有利地质条件包括:陆相湖盆提供的巨量烃源岩、古珠江物源形成的三角洲和深水扇体系作为优质储层、碎屑岩-碳酸盐混积区特有的低含砂率利于岩性圈闭侧向和垂向封堵、晚期构造活动与继承性构造脊利于油气运移保存等.结合勘探实践,认为在混合沉积区开展岩性勘探应以富生烃凹陷作为含油气系统的分析单元,重点寻找不同沉积体系混合沉积区内的碎屑岩砂体.进而将研究区划分为3大含油气系统,并确定4大有利岩性油气聚集带.      

微生物碳酸盐岩孔隙研究进展

微生物碳酸盐岩不仅是研究古环境、古气候和地质历史事件的重要沉积记录,也是油气资源重要的储层类型之一。不同微生物群落的生理活动特性影响了原生孔隙的形成及保存,微生物沉积形成的不同尺度的沉积组构影响了孔隙的孔径大小及空间分布。微生物碳酸盐岩微相及共生岩性的微相组合型式对孔隙有效性及规模有重要影响,所处沉积地貌及相带使得微生物碳酸盐岩受海水-大气水成岩环境的胶结-溶蚀作用次序及程度不同,导致孔隙的非均质性。微生物相关的白云石化、胶结及岩溶等不同成岩作用,因其所处成岩阶段不同,而分别可能起到形成原生孔隙、保护残余孔隙及形成次生孔隙等不同效果,因而对孔隙形成及保存具有积极意义。微生物碳酸盐岩孔隙具有从纳米-亚微米级微孔隙到厘米甚至米级宏观孔隙等多个尺度,且与多尺度沉积结构构造有一定的耦合关系。因此,需要合理配置不同尺度样品的空间分布,运用多种方法技术表征不同尺度的孔隙,并增强各类数据的融合。此外,加强地质学科与地球物理学科的结合,是推动微生物碳酸盐岩油气储集层地质研究和勘探开发工作的重要途径。     

The Genesis,Classification, Problems and Prospects of Microbial Carbonates:Implications from the Cambrian Carbonate of North China Platform

Currently, sedimentologists focus on the challenging issue of microbial carbonates, which are regarded as "one of the sedimentary rocks most difficult to study", having complicated sedimentary fabric. Their characteristic features closely related to microbial activity, distributed over a long period of geological time, and formed in diversified sedimentary environments. The main research concentrations are the calcified microbial mats and biofilms in geological records as the products of lithification and diagenesis. Starting from the origin, this paper systematically reviewed and explained the processes dwelling within two types of microbial communities, the thinner biofilm and the thicker microbial mat, which enabled them to convert into microbial carbonates through biomineralization and lithification. This study proposed that the existence of multiple microbial mats was another important cause for the diversification and complexity of microbial carbonates in addition to its complex depositional process. Moreover, the sedimentary characteristics and classification of different types of microbial carbonates were reviewed, exemplifying the Cambrian microbial carbonates in the North China Platform. These microbial carbonates are suggested to be placed under "bindstone" after Embry and Kloven, which can be further divided into 5 types, stromatolites, thrombolites, oncolites, laminites and leiolites. Dendrolite is not categorized as a separate class, instead attributed to thrombolites. The microbial carbonates may possess good source rock potential because of the enriched organic content, and may also serve as hydrocarbon reservoirs because of certain microbial textures and fabrics leading to significant porosity and permeability. Because of their biomineralization processes related to microbial activity, the microbial carbonates are not only an important window to understand the evolution of the earth's surface environment, but also capable of forming large-scale reservoirs, and their scientific and economic values are self-evident.     

Types, Petrophysical Properties and Pore Evolution of Late Ediacaran Microbial Carbonates, Tarim Basin, NW China

The Upper Ediacaran microbial carbonates of the Tarim Basin are potential reservoir geobodies for future hydrocarbon exploration with rising interest in exploration for deeply-buried reserves. However, little knowledge has been acquired on the types of microbial carbonates that are present, the properties of the reservoir and the pore evolution, hampering predictions of high-quality reservoirs in these carbonates. Integrated with petrography and in-situ U-Pb dating geochronology analyses, this study aims to clarify the types of microbial carbonates present and to reconstruct the pore evolution processes of the potential reservoir rocks. The Upper Ediacaran microbial carbonates of the Tarim Basin can be divided into four types, based on their features in terms of different scales (macro- to micro-): microbial laminite, stromatolite, spongiomicrobialite and microbial-peloidal wackestone/mudstone. Petrophysical properties show that all these microbial carbonates have low porosity and very low permeability with poor connectivity. These carbonates were subject to long-term and complex diagenetic processes, mainly consisting of dissolution, compaction, pervasive dolomitization, cementation and fracturing. The most important reservoir spaces are contributed by vugs and dissolution-enlarged pores, which are likely to have been associated with the widespread uplift of the Aksu area in the terminal Ediacaran. In contrast, the cementation of the fine-to-medium crystalline dolomite greatly reduced the pre-existing pores. Pore types are closely related to different microbial fabrics, which played an important role in the pore evolution of the microbial carbonates.     

微生物碳酸盐岩油气储层研究现状与展望

微生物碳酸盐岩是一种重要的油气储集岩。在中国古老深埋碳酸盐岩地层中它们是主要的岩石类型。微生物碳酸盐岩通常可划分为叠层石、凝块石、树枝石、均一石和核形石等五种类型。储层孔隙系统与微生物岩的沉积结构和构造密切相关,窗格孔（洞）和格架孔（洞）是主要储集空间类型。全球中新元古界至中生界都发现了以微生物碳酸盐岩为储层的油气田,资源潜力巨大。 微生物岩储层的岩石类型、沉积构造、相序结构、沉积模式和储层有利相带尚有许多不明晰之处,是今后进一步深化研究的重点方向。     

微生物碳酸盐岩分类体系的修订:对灰岩成因结构分类体系的补充

微生物沉积作用在前寒武纪地层中普遍发育,在显生宙的一些地层中也较为发育。在碳酸盐岩地层之中,以叠层石为代表的微生物岩尤为引人注目。经过长期研究,2000年Riding曾经将微生物碳酸盐岩分为叠层石、凝块石、树形石和均一石4大类型。实际上,核形石以其较为广泛的发育和特殊的微组构也应该作为一种典型的微生物碳酸盐岩类型而纳入微生物碳酸盐岩的分类体系之中,而不能简单地作为球状叠层石。而那些纹理石灰岩,较厚的纹理和较深的产出沉积环境与叠层石形成明显的区别,也应该作为一种微生物碳酸盐岩的类型。生物沉积作用所形成的碳酸盐岩,以生物礁岩最为典型,在20世纪70年代曾经被Embry和Kloven归为骨架岩、障积岩、粘结岩三大类型,后来又增加了胶结岩,这是对20世纪50年代Folk、Dunham关于灰岩成因结构分类体系的良好补充。这些生物礁岩石以其高能量形成环境而有时又几乎见不到颗粒而与"颗粒含量越高沉积环境的能量越高"的基本理念不相符,所以Wright在1992年将它们归为生物作用类岩石,从而将灰岩划分为沉积作用、生物作用、成岩作用三大类。根据该分类,Folk和Dunham所描述的分类则属于沉积作用类灰岩,而Embry和Kloven所描述的生物礁岩石则归为生物作用类灰岩。微生物碳酸盐岩,总体上构成生物作用类碳酸盐岩中的粘结岩类,以其明显的微生物作用特点而具有自己的分类体系;它不但作为生物礁岩石的主要类型,而且也常常以生物礁、生物层和生物丘三种形式发育在地层之中。因此,上述概念和认识的进步,在强调微生物沉积作用的重要性的同时,有必要将微生物碳酸盐岩重新分为6大类:叠层石、凝块石、核形石、树形石、纹理石和均一石。     

中国海相碳酸盐岩优质储层形成的地质条件

海相碳酸盐岩储层已成为我国重要的战略储层,加大研究及勘探力度是一个必然趋势。分析了中国海相碳酸盐岩储层的复杂性和特殊性,重点对我国海相碳酸盐岩储层发育的控制因素进行了分析讨论。研究资料表明,我国海相碳酸盐岩在沉积—改造双重作用的控制下,发育多套优质的储层,勘探潜力巨大;利于孔隙发育及后期改造进行的沉积相带,以及后期持续进行的建设性的改造作用构成了我国优质碳酸盐岩储层形成的地质条件;硫酸盐热化学还原反应是高含硫化氢气藏优质储层形成的关键,在海相油气勘探中,可利用硫化氢来预测有利储层发育区带。     

川西北下二叠统栖霞组微生物丘的发现及地质意义*

通过野外露头与钻井剖面的室内外分析,确认在四川盆地西北部(川西北)下二叠统栖霞组中发育有微生物丘,它们主要由凝块灰(云)岩、叠层灰(云)岩和微生物粘结颗粒灰(云)岩等组成。这些微生物碳酸盐岩发育较为典型的凝块、叠层、窗格、粘结等组构。微生物丘大小不一,实测高度一般为几十厘米至几米,宽度通常变化于几米至几十米之间,具有底平顶凸的典型丘形外貌,以发育向上变浅的沉积序列为特征,一般由丘基、丘核、丘盖3个微相组成,也可与颗粒滩共同构成微生物丘滩复合体。基于区域古地理背景和微生物丘特征的剖析,认为川西北地区栖霞期沉积环境总体受限,推测为半局限—局限台地环境,水深较浅,能量普遍不高;海平面频繁的相对升降变化和微生物丘的侧向迁移叠置,导致发育于缓坡背景下的碳酸盐岩台地极易受限,引起早期沉积物发生与丘滩发育密切相关的准同生期白云石化作用。因此,微生物丘滩复合体是栖霞组白云岩储集层发育的物质基础,台缘坡折带、台内缓坡折带和高地是栖霞组白云岩储集层发育的有利区带,这对寻找规模性层位不稳定的带状白云岩储集层具有重要的指导作用,并将大大拓展栖霞组白云岩储集层的勘探领域。     

肥城邓家庄剖面寒武系微生物碳酸盐岩沉积序列

山东肥城邓家庄剖面寒武系出露连续,构成了7个三级层序。微生物碳酸盐岩主要发育在高位体系域和强迫型海退体系域单元中,以徐庄组凝块石、张夏组核形石、长山组叠层石、凤山组均一石为代表,是研究早古生代微生物碳酸盐岩复苏期的良好实例。多样化的微生物碳酸盐岩中可见大量保存精美的附枝菌（Epiphyton）、葛万菌（Girvanella）以及肾形菌（Renalcis）等钙化微生物残余物,指示了微生物碳酸盐岩形成与蓝细菌为主导的微生物新陈代谢活动密切相关。此外,微生物碳酸盐岩沉积特征反映了生长环境的分异性:均一石、凝块石分别生长在潮下带下部、上部;柱状叠层石主要发育在能量较高的潮间带环境;核形石指示了沉积环境浅且能量高的鲕粒滩相沉积环境。邓家庄寒武系剖面微生物碳酸盐岩为了解寒武纪地球微生物、古环境、古气候提供了重要的岩石记录。     

微生物碳酸盐岩沉积学研究进展--基于第33届国际沉积学会议的综述

第33届国际沉积学会议于2017年10月9日-12日在法国图卢兹召开,微生物碳酸盐岩专题受到持续关注。在总结会议成果基础上,结合近年来国内外微生物沉积学文献以及现代微生物碳酸盐岩沉积考察,分析了微生物碳酸盐岩沉积学研究前沿及进展,包括:1）微生物席矿化产物及序列,认为矿化产物包括方解石（低Mg、高Mg、超高Mg）、文石、含铁、锰和钙的碳酸盐岩,镁-硅和黄铁矿等产物,矿化序列多样。2）微生物碳酸盐岩的元素记录,其中碳、氧、氮、磷、硫、铁、硅、砷等元素及同位素特征可能保留了微生物碳酸盐岩沉积和早期成岩的信息。3）纹层、凝块等微生物碳酸盐岩沉积结构机理及指示意义。4）微生物碳酸盐岩沉积环境,认为潮坪环境,特别是平均低潮面附近及其以上叠层石灰岩、凝块岩等微生物碳酸盐岩最为发育。依据国际微生物碳酸盐岩沉积学发展特点,本文针对国内相关领域进一步探讨了研究趋向,提出分类认识微生物碳酸盐岩现代沉积机理、重建古老微生物碳酸盐岩早期成岩过程、分类认识古老微生物碳酸盐岩沉积标志,这在当今微生物碳酸盐岩沉积学研究中显得尤为必要。