南海西沙西科1井层序地层格架与礁生长单元特征

碳酸盐岩礁滩体系是南海海域重要的油气储层之一.南海西沙岛屿全取心的科学钻井——西科1井, 为南海碳酸盐岩礁滩体系的详细研究提供极好的条件.通过西科1井岩心的宏观描述及微观分析, 结合高分辨岩心扫描及大量分析测试结果, 对碳酸盐岩礁滩体系展开了精细研究.根据识别出的6个暴露面、2个淹没面, 将西科1井中中新世以来划分为9个三级层序.其中晚中新世黄流组和第四系乐东组为主要成礁期, 以海泛面和暴露面为标志, 将礁体归纳为淹没型生长单元和暴露型生长单元两大类, 暴露型又进一步细分为硬基底和软基底两类, 淹没型可细分为快速淹没和缓慢淹没两类.垂向上形成了极具特色的礁体组合, 即慢步礁(或淹没礁)、同步礁(加积礁)、快步礁(暴露礁).研究成果对于南海生物礁生长过程及碳酸盐岩礁滩储层勘探具有重要参考价值.      

西沙西科1井第四系生物礁-碳酸盐岩的岩石学特征

从西科1井生物礁-碳酸盐岩的岩心观察和岩石学特征的分析入手, 重点刻画了第四系全新-更新统乐东组生物礁-碳酸盐岩的岩石类型和生物礁类型.543片铸体薄片分析和214.89 m岩心观察表明: 岩石类型主要为粒泥灰岩、泥粒灰岩和骨架灰岩, 其次为粘结灰岩、颗粒灰岩、漂砾灰岩和砾屑灰岩.在纵向上, 埋深0~10 m层段以颗粒灰岩为主, 埋深10~22 m层段为生物碎屑砂分布段, 埋深22.00~214.89 m层段以粒泥灰岩、泥粒灰岩和骨架灰岩为主.生物礁类型以骨架礁为主, 造礁生物为珊瑚和少量珊瑚藻.骨架礁在埋深0~214.89 m均有发育, 丛状和块(段)状礁仅分布于埋深83~98 m.      

西沙海域新生代生物礁序列的沉积构成:以西科1井为例

生物礁是由原地的固着生物所建造的块状碳酸盐岩沉积。西沙海域自中新世以来发育了厚层生物礁地层。通过对最新全取心钻井西科1井岩心的宏观观察和微观分析,结合古生物及岩心测试成果,发现西科1井中新世和第四纪为主要造礁期,形成了两套分别以珊瑚藻和珊瑚为主要造礁生物的生物礁序列,底栖有孔虫为主要的附礁生物,而上新统为一套滩相沉积。生物礁序列发育骨架岩、粘结岩和障积岩三种礁相岩石,以骨架岩含量最高,非礁相岩石包括泥灰岩、颗粒灰岩和生物碎屑灰岩三种。白云岩地层以晚中新世到上新世早期最为发育,多为准同生白云石化作用所致,并受热液活动的影响。对生物礁序列的沉积分析,可为后期南海油气勘探以及生物礁储层分布研究提供一些基础材料。     

西沙群岛西科1井第四纪生物礁中典型暴露面的岩石学与孔隙特征

根据岩心观察、薄片鉴定和图像分析, 对西科1井第四纪发育的典型暴露面及其附近的岩石类型、成岩作用和孔隙类型进行了系统的分析.研究表明: 典型暴露面(埋深68.75~70.24 m)附近的岩石类型为骨架灰岩和泥粒灰岩, 成岩作用类型包括溶解作用、胶结作用、泥晶化作用和新生变形作用, 孔隙类型主要为粒间孔和粒间溶孔、粒内孔及粒内溶孔、生长骨架孔及其溶孔、铸模孔和晶间溶孔.碳酸盐矿物的悬垂状产状、生物体腔孔充填物的方解石化和普遍发育的溶解作用指示该深度段遭受了大气水淋滤的强烈改造.      

西沙石岛西科1井生物礁碳酸盐岩地球化学特征

对西科1井生物礁碳酸盐岩样品进行了地球化学(常量组分、微量及稀土元素含量等)分析, 旨在探讨生物礁的形成演化以及所记录的环境变化信息.结果表明: 西科1井岩心在井深36 m附近存在地球化学参数的显著变化, 暗示该深度是一处重要的地层界面或环境突变界面.岩心中的常量组分可以分为3类组合: 以CaO为主, 辅以K₂O的原生碳酸岩组分, 该组分对应的主要造岩矿物是方解石, 代表了未经白云岩化的生物礁原生碳酸盐沉积; 以MgO为主, 辅以Na₂O和P₂O₅, 代表了白云岩化作用中的富集组分, 反映了相对封闭的泻湖环境; 以SiO₂为主, 加以Al₂O₃、TiO₂、Fe₂O₃和MnO, 代表造礁生物对这些组分的富集作用, 但不能排除火山组分少量混入的可能性.相对于全球第四纪碳酸盐岩、上陆壳及页岩的平均值, 岩心碳酸盐岩中大部分微量元素和稀土元素含量都较低.岩心中氧化还原敏感性微量元素(RSE)含量较低, 指示岛礁发育过程中大部分时期处于氧化环境条件下, 而RSE含量在岩心中的大幅波动体现出氧化/还原环境的交替变化.微量元素含量、ΣREE、ΣLREE、ΣHREE、LREE/HREE、δCe、δEu等地球化学指标在岩心中的分布与岩心样品的矿物组成无明显的相关性, 说明成岩作用和白云岩化作用并没有造成微量和稀土元素含量及特征指标的明显变化.      

西沙地区晚中新世以来碳酸盐岩的沉积演化及储层特征

生物礁滩相碳酸盐岩是南海海域深水区重要的油气储层之一.通过对西科1井(0~576.5 m)岩心的宏观描述及微观分析, 结合古生物、古地磁、高分辨岩心扫描及大量分析测试结果, 对碳酸盐岩-生物礁滩体系展开了精细研究.研究表明: 该井晚中新世以来记录了6次暴露事件、2次淹没事件, 结合古生物、古地磁、Li同位素分析, 可划分为8个三级层序, 其中晚中新世黄流组和第四系乐东组为主要成礁期.通过细致的岩相学研究, 系统刻画了生物礁-碳酸盐岩的岩石类型、成岩作用类型和孔隙类型, 重建了成岩环境.      

西沙群岛西科1井第四纪钙藻及其生态功能

对西沙群岛西科1井第四纪地层中的钙藻进行了初步研究, 共鉴定钙藻3科7属, 包括红藻门珊瑚藻科让氏藻属、蟹手藻属、珊瑚藻属、石枝藻属和石孔藻属, 以及绿藻门松藻科仙掌藻属和粗枝藻科伞轴藻属.通过对地层中钙藻形态功能的分析, 西科1井第四纪早期海水较深, 沉积环境为礁前相, 中期外礁坪和内礁坪交替沉积, 至晚期出现短时间的泻湖相之后沉积环境演变为礁后滩相.西科1井第四纪钙藻在造礁功能上主要体现在2个方面: (1)通过自身的钙化作用, 为生物礁的生长供应微小碳酸盐颗粒沉积物; (2)利用自身形成的节片结构和生物捆扎-粘结结构参与造礁.      

南盘江盆地茅口组生物礁碳酸盐岩成岩特征

生物礁油气藏是油气勘探的一个重要目标,其储集性能的好坏是控制它能否成藏的关键。中二叠世南盘江盆地发育以海绵类为主要骨架的生物礁,其经历了海底潜流、淡水、埋藏、表生等成岩环境,最后抬升出露地表遭受侵蚀。所发生的成岩作用主要有:胶结、溶蚀、白云化、硅化以及压实、压溶作用。在前两种环境中,主要是胶结作用,伴随溶蚀,这一阶段储层孔隙性遭到了一定程度的破坏;浅埋藏阶段的胶结最终填满孔隙;而中-深埋藏环境下的有机流体充注溶蚀以及相应发生的白云岩化作用有效改造了储层的孔隙性,该区处于埋藏条件下的台缘生物礁是有利的油气勘探目标。     

南海西沙海域西琛1井生物礁的性质及岩石学特征

西沙海域西琛1井生物礁主要是由红藻门壳状珊瑚藻、有节珊瑚藻和绿藻门仙掌藻等钙藻组成的植物礁,其次为珊瑚礁.礁相类型主要有礁核相和礁后泻湖相.岩石矿物成分单一,以碳酸盐矿物为主,包括低镁方解石和铁白云石;结构组分有生物骨架、粒屑、泥晶和亮晶;结构类型有生物格架、生物障积、生物节片、生物捆扎和生物粘结结构.岩石类型包括骨架石灰岩/白云岩、粘结石灰岩/白云岩、粒屑石灰岩/白云岩.储集空间类型有粒间孔、生物体腔孔、藻架孔等原生孔隙和铸模孔、裂缝、颗粒内溶蚀孔、藻类溶孔、扩大的粒间溶孔等次生孔隙.孔隙组合类型以粒间孔 溶孔 晶间孔最为发育,储集性能较好.     

西沙石岛生物礁的矿物组成及其环境指示意义

通过对西科1井岩心碳酸盐岩样品进行矿物组成分析, 来研究礁体的发育过程和古海洋环境的变化.初步研究结果表明: 西科1井岩心碳酸盐岩的矿物由低镁方解石、高镁方解石、文石和白云石组成.矿物组成特征表明, 井深35.4 m处为一重要的地层界面或环境变化界面.在岩心(井深0~748 m)中共识别出5个白云岩层, 其中上新统莺歌海组一层(井深: 289.3~312.3 m, 厚约23 m), 上中新统黄流组三层(分别位于井深: 373.3~412.7 m, 厚约39.4 m; 424.7~450.6 m, 厚约26.1 m; 469.70~564.96 m, 厚约95.2 m), 中中新统梅山组一层(井深: 615.20~636.96 m, 厚约21.7 m).各层的白云岩化程度不尽相同, 5层白云岩中白云石矿物含量的最大值在79.3%~100%之间.生物礁的发育主要受控于古海洋环境的变化, 与古气候变化有关的海平面升降间接地控制了岛礁碳酸盐岩的白云岩化作用.石岛西科1井中的5层白云岩应该是在较长时间稳定环境条件下发育而成, 主要应该是蒸发泻湖渗透回流作用下早期形成的方解石类碳酸岩白云岩化的结果, 但并不排除混合水白云岩化作用的可能性.      

西沙群岛西科1井碳酸盐岩稳定同位素地层学

西科1井由于矿化重结晶作用和白云岩化作用普遍发育, 无法采用传统的氧同位素地层学方法进行地层年代标定.但是该井δ13C变化曲线与南海及全球主要大洋的碳同位素变化曲线完全相同, 可以用来准确标定200 ka以来的地层年龄.该井0~50 m深度对应全球氧同位素1~7期, 5 m处地层时代为14 ka, 为氧同位素1期的底界年龄; 11.70 m处为氧同位素2期的底界, 年龄为29 ka; 13.90 m深度年龄为57 ka; 到35.65 m为氧同位素6期底界, 年龄为191 ka, 同时δ13C值表现出冰期低而间冰期高的特点, 取自25.21 m的珊瑚U-Th定年年龄为131.062±2.320 ka.通过碳同位素定年发现, 石岛缺失近代5 ka以来的沉积物, 在间冰期向冰期转换时因海平面下降造成碳酸盐台地暴露剥蚀.全球气候变化是石岛碳酸盐台地δ13C值发生突变的主要原因.      

西沙地区碳酸盐台地发育过程与海平面变化:基于西科1井BIT指标分析数据

为了探讨南海碳酸盐台地的发育过程及控制因素, 采用有机分子化合物指标方法对其进行了研究.有机分子化合物指标BIT(branched isoprenoid tetraether)是沉积物中源自陆源的细菌膜脂支链甘油双烷基链甘油四醚(branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers,简称bGDGTs)与主要来自海洋泉古菌中的类异戊二烯GDGTs(isoprenoid GDGTs,简称iGDGTs)的含量之比,在古环境研究中,用来区分沉积物有机质的来源、判断沉积环境.通过对西科1井的数据研究发现,西科1井BIT指数随深度呈现三段式规律性变化,从下到上呈现高-低-高的变化,反映了中中新世以来南海海平面变化及碳酸盐台地生长发育的过程:在中中新世晚期,受全球及区域海平面变化下降影响,西沙地区碳酸盐台地形成礁-滩交互的沉积地层,由于大气淡水的影响,造成BIT指数呈现高值;到晚中新世至上新世,全球及区域海平面出现持续上升,有利于西沙碳酸盐台地的生长发育,使该井沉积环境以礁内泻湖相为主,造成BIT指数呈现低值;在第四纪冰期,全球及区域海平面出现总体下降趋势,西沙碳酸盐台地又频繁暴露于地表,造成BIT指数又呈现高值.研究表明,西沙地区碳酸盐台地受区域相对海平面变化影响更大,说明南海海平面变化既受全球海平面变化的影响,也受南海区域构造沉降的控制.      

南海西科1井上新世以来礁滩体系内部构成及其沉积模式

通过对西科1井薄片进行鉴定, 对上新世以来莺歌海组和乐东组礁滩沉积体系的古生物种类、岩石微相类型及成因相类型进行了系统剖析.研究表明: 乐东组造礁生物以珊瑚和红藻为主, 莺歌海组以红藻为主.附礁生物主要包括有孔虫、棘皮类和绿藻, 其中有孔虫为最重要的附礁生物, 绿藻只在乐东组的个别层段极发育.根据生物种类及含量、泥晶、亮晶及粒间孔含量的大小关系, 识别出10种岩石微相.在此基础上, 将礁滩体系划分为生物礁、生屑滩和泻湖3种成因相组合.生物礁包括礁基、礁核和礁盖3种成因相, 其中礁盖可见显著的溶蚀现象, 形成粒内溶孔、铸模孔等次生孔隙.在研究井段仅发育礁后滩, 靠近礁核的礁后内侧滩生屑及粒间孔含量高, 而泥晶少; 靠近泻湖的礁后外侧滩则情况相反.泻湖主要沉积大量灰泥, 生屑含量少.礁滩体系仅在海侵体系域和高位体系域发育, 各成因相之间具有相对固定的成因相垂向叠置关系.海侵体系域主要发育退积型成因相组合序列, 准层序以代表海泛面的泥晶含量较高的成因相结束; 高位体系域主要发育进积型成因相组合序列, 多以对应暴露面的礁盖结束.      

西沙群岛晚第四纪碳酸盐岩淡水成岩作用

基于西沙永兴岛上最新钻孔（SSZK1）取得的55.92 m岩芯的 U?Th定年、矿物、薄片、主微量元素及碳氧稳定同位素等资料,开展了西沙群岛晚第四纪碳酸盐岩沉积相和淡水成岩作用的研究。根据不同的矿物组成特征,可将SSZK1钻孔岩芯分为上、中、下三段: 下 段（33.89~55.92 m,主要为低镁方解石）、中 段（18.39~33.89 m,主要为文石和低镁方解石）、上段（0~18.39 m,主要为文石、高镁方解石和低镁方解石）。由于下段碳酸盐岩几乎全为稳定的低镁方解石组成,碳氧同位素值的严重负偏和小幅度变化,可推断其经历了程度较大的淡水成岩作用。中段和上段还存在不稳定的文石和高镁方解石,碳氧同位素值相对下段正偏和高幅高频变化,推测其淡水成岩作用的程度比下段要小。中段碳氧同位素值高幅高频变化同时也说明该段的矿物纵向变化较复杂。这种矿物组成的复杂变化可能是由于晚第四纪海平面频繁变化,该段被大气水渗流带和潜流带交替占据引起的。主微量元素的变化同时受到淡水成岩作用和沉积环境的影响。在中段、下段中可识别出sq1、sq2、sq3、sq4四个完整的相旋回。Na₂O,S,Sr 和碳氧同位素受到的淡水成岩作用而被消耗和负偏,且由于老一期的旋回经历了更长时间的淡水成岩作用,新、老旋回间的 Na₂O,S,Sr含量值和碳氧同位素值有明显差异。利用新、老时期形成的旋回间淡水成岩作用剩余Na₂O,S,Sr含量和碳氧同位素值的差别可以将新、老两个旋回区分开来。