南海西科1井中新世以來生物礁灘體系發(fā)育演化及其對古海洋與古氣候條件響應(yīng)

發(fā)布時間：2020-07-24 14:39

【摘要】：碳酸鹽巖地層是全球油氣勘探中極其重要的有利儲層,其油氣產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的60%,顯示具有極大的勘探與開發(fā)價值。此外,碳酸鹽沉積體系還是古海洋、古氣候的良好載體,能夠更加豐富地記載地質(zhì)歷史時期的古環(huán)境變化,因而受到全球科學(xué)家的重視。本文以南海西科1井全取芯(1257m)的巖芯為研究對象,精細(xì)刻畫西沙中新世以來的生物礁灘體系特征,同時厘清海平面、構(gòu)造、溫度、營養(yǎng)鹽等因素對碳酸鹽工廠演化的控制作用,建立起南海北部生物礁灘體系中新世以來的發(fā)育模式。論文成果認(rèn)識既對南海生物礁灘體系發(fā)育演化研究具有重要的理論意義,也為南海碳酸鹽巖儲層分布預(yù)測提供了基礎(chǔ)。論文取得的重要研究成果具體包括以下幾個方面:1.識別出中新世以來生物礁灘體系發(fā)育的5種沉積相,包括:生物礁相、生屑灘相、淺水開放灘相、碳酸鹽-陸源碎屑混積相、風(fēng)成沉積相,其中生物礁相又可進(jìn)一步細(xì)分為珊瑚礁微相、珊瑚-藻礁微相、礁蓋微相,生屑灘相又可進(jìn)一步劃分為內(nèi)側(cè)灘微相、外側(cè)灘微相。珊瑚礁相主要發(fā)育在早更新世后期至晚更新世時期,珊瑚-藻礁微相主要發(fā)育在晚中新世早期,礁蓋微相主要發(fā)育在早中新世晚期、晚中新世早期、中更新世至晚更新世時期,內(nèi)側(cè)灘微相主要發(fā)育在中中新世早期、上新世晚期、更新世早期,外側(cè)灘微相主要發(fā)育在晚中新世晚期、早上新世時期,碳酸鹽-陸源碎屑混積相只發(fā)育在早中新世時期,風(fēng)成沉積相僅發(fā)育在晚更新世時期。2.基于中新世以來造礁珊瑚發(fā)育程度,識別出12個碳酸鹽成分組合帶。根據(jù)不同層段是否含有造礁珊瑚,將西沙碳酸鹽沉積劃分出6個Photozoan組合帶,4個Heterozoan組合帶,和2個Heterozoan-dominated組合帶。Photozoan碳酸鹽組合帶出現(xiàn)在中新世時期、早更新世至晚更新世時期,Heterozoan碳酸鹽組合帶出現(xiàn)在早中新世時期、中中新世時期、晚更新世時期,Heterozoan為主要特征的碳酸鹽組合帶出現(xiàn)在中中新世晚期、晚中新世晚期至早更新世時期。3.查明了中新世以來相對海平面對研究區(qū)碳酸鹽巖發(fā)育的影響。相對海平面由全球海平面與構(gòu)造兩個參數(shù)共同決定。早中新世-晚中新世早期,相對海平面較低,使得碳酸鹽巖中廣泛發(fā)育暴露面。晚中新世晚期至早上新世早期,由于區(qū)域構(gòu)造加速下沉,相對海平面迅速上升,研究區(qū)開始發(fā)育Heterozoan碳酸鹽工廠,沉積以外側(cè)灘為主。到了早上新世晚期及之后,構(gòu)造作用逐漸變?nèi)?全球海平面起到主導(dǎo)作用。全球海平面在上新世時期較高,進(jìn)入更新世后逐漸下降。隨著全球海平面下降,Heterozoan碳酸鹽工廠轉(zhuǎn)變?yōu)镻hotozoan碳酸鹽工廠,早期的外側(cè)灘、內(nèi)側(cè)灘轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘陨汉鹘笧橹鞯某练e。生物礁單元厚度隨著全球海平面振蕩的頻率也發(fā)生了變化。在中更新世之前,全球海平面整體仍處于較高階段,此時以較高的頻率振蕩,形成了厚度較薄的生物礁,而與之不同的是,到了中更新世之后,全球海平面整體處于較低的階段,此時以較低的頻率振蕩,形成了厚度較大的生物礁。中更新世之后,全球海平面振幅也有所增大,較大的下降幅度使得形成的厚層生物礁被頻繁暴露,形成礁蓋沉積。進(jìn)入晚更新世之后,全球海平面進(jìn)一步大尺度下降,使得研究區(qū)暴露地表,發(fā)生風(fēng)成沉積。4.揭示了中新世以來營養(yǎng)鹽對研究區(qū)碳酸鹽演化的影響。根據(jù)營養(yǎng)鹽地球化學(xué)替代指標(biāo)(即Ln(Cu/Ti),Ln(Ba/Ti))變化以及與高營養(yǎng)鹽密切相關(guān)的生物組分(苔蘚蟲、紅藻石、圓盤蟲、箭頭蟲、卷轉(zhuǎn)蟲等)富集程度變化,指示了研究區(qū)營養(yǎng)鹽整體呈現(xiàn)出多個較高值,總體表現(xiàn)在21.2-17.3Ma、15.5-11.6Ma和3.0-1.7Ma。在早中新世晚期至中中新世時期,研究區(qū)營養(yǎng)鹽增大與東亞季風(fēng)發(fā)育增強(qiáng)期(21.2-17.3Ma和15.5-11.6Ma)有關(guān),東亞夏季風(fēng)引發(fā)了大規(guī)模的上升流,流經(jīng)西沙海域,促使該區(qū)生產(chǎn)力水平整體較高,浮游植物廣泛生長,進(jìn)而使得Heterozoan碳酸鹽工廠在西沙淺水海域廣泛發(fā)育,導(dǎo)致造礁珊瑚不能生長,轉(zhuǎn)而形成淺水開放灘。晚上新世至早更新世時期(3.0-1.7Ma),研究區(qū)營養(yǎng)鹽增大可能與全球冰蓋增長有關(guān),全球冰蓋的增長使得南大洋營養(yǎng)鹽經(jīng)中層流運輸至南海,較高的營養(yǎng)鹽配合當(dāng)時較高的全球海平面使得研究區(qū)主要發(fā)育Heterozoan碳酸鹽工廠。在早更新世之后,隨著營養(yǎng)鹽與海平面的同時降低,使得研究區(qū)廣泛發(fā)育Photozoan碳酸鹽工廠,進(jìn)而形成厚層生物礁。5.建立了低營養(yǎng)鹽型正常生物礁灘模式和季風(fēng)誘發(fā)高營養(yǎng)鹽型開放灘模式。在營養(yǎng)鹽水平較低的情況下,研究區(qū)發(fā)育的是正常生物礁灘模式,生物礁灘發(fā)育主要受控于水深變化。在水體干凈且較淺的環(huán)境中,光線充足,造礁珊瑚廣泛發(fā)育,形成厚層珊瑚礁微相,隨著水深略微加大,光線強(qiáng)度稍有下降,珊瑚含量有所降低,殼狀紅藻逐漸繁盛起來,形成珊瑚-藻礁微相,隨著水深進(jìn)一步加大,珊瑚含量進(jìn)一步下降,紅藻碎屑與底棲有孔蟲碎屑含量增多,形成了內(nèi)側(cè)灘微相,到了外側(cè)灘微相,浮游有孔蟲與鈣質(zhì)超微也繁盛起來。正常生物礁灘模式下,由淺至深,底棲有孔蟲由淺水種組合逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏N組合。在季風(fēng)誘發(fā)的高營養(yǎng)鹽作用下,研究區(qū)發(fā)育開放灘模式。由于營養(yǎng)鹽水平較高,水體表層的浮游植物很多,使得淺水區(qū)即為貧光區(qū),珊瑚不能生長,不發(fā)育淺水環(huán)礁,在這種貧光區(qū)內(nèi),適應(yīng)弱光條件的底棲有孔蟲屬種大量出現(xiàn)。由于水體富營養(yǎng)鹽化,偏好營養(yǎng)物質(zhì)的生物(包括苔蘚蟲、腹足及部分底棲有孔蟲屬種)以及紅藻石出現(xiàn)較多。6.構(gòu)建了中新世以來的生物礁灘體系演化樣式。生物礁灘體系發(fā)育演化受相對海平面、營養(yǎng)鹽、溫度等因素控制。早中新世初期,東亞夏季風(fēng)較弱,溫度較高,隨著區(qū)域熱沉降導(dǎo)致相對海平面緩慢上升逐漸淹沒過西沙隆起后,正常生物礁灘體系在西沙隆起之上開始發(fā)育。隨著相對海平面持續(xù)上升,生物礁遷移至高地,形成新的生物礁-生屑灘格局。到了早中新世中期至中中新世時期(21.2-11.6Ma),相對海平面下降,研究區(qū)水體整體較淺。在該時間段內(nèi),東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng),引發(fā)的強(qiáng)上升流使得西沙發(fā)育厚層的開放灘沉積。正常生物礁灘樣式只在夏季風(fēng)變?nèi)醯娜齻€短暫間斷期內(nèi)發(fā)育。晚中新世初期11.6-10.5Ma期間,相對海平面進(jìn)一步下降,使得研究區(qū)發(fā)生暴露,接受剝蝕。進(jìn)入晚中新世早期之后(10.5Ma之后),東亞夏季風(fēng)快速變?nèi)?上升流徹底退出西沙海域。從晚中新世早期(10.5Ma)至上新世早期,西沙地區(qū)發(fā)生了快速沉降作用,相對海平面呈現(xiàn)出逐漸加深的趨勢。在相對海平面較低的晚中新世早期,研究區(qū)水體較淺,生物礁發(fā)育較多。到了晚中新世晚期-上新世早期,持續(xù)的構(gòu)造下沉作用使得相對海平面持續(xù)上升至較高的位置,研究區(qū)進(jìn)入深水區(qū),以外側(cè)灘沉積為主。上新世中期之后,構(gòu)造活動明顯減弱,全球海平面變化開始占據(jù)主導(dǎo)作用。在晚上新世至早更新世時期(3.0-1.7Ma),南海營養(yǎng)鹽的增加結(jié)合較高的全球海平面位置,使得生物礁發(fā)育程度不高。在早更新世之后(1.7Ma之后),隨著全球海平面、南海營養(yǎng)鹽的同步下降,造礁珊瑚在淺水位置大量發(fā)育。全球海平面在中更新世時期左右,由高頻、低幅振蕩轉(zhuǎn)為低頻、高幅振蕩,受短尺度海平面頻率降低影響,生物礁單元厚度變大。受短尺度海平面振幅增大影響,已形成的生物礁單元之上發(fā)育礁蓋。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P618.13
【圖文】：

生物礁,形態(tài),環(huán)礁,瀉湖

礁生物[10-12]。盡管在晚白堊時期，固著蛤類在數(shù)量上占據(jù)主要地位，但珊瑚的造礁作用仍然很重要。新生代以來，有孔蟲僅在古新世時期可獨立發(fā)育成生物礁[13]，而在中新世及更年輕的地層中，珊瑚是主要的造礁生物[14-16]，微生物、藻類、有孔蟲則退居成附礁生物，不能再獨立造礁。中新世以來的生物礁主要包括珊瑚礁和珊瑚-藻礁。在此基礎(chǔ)之上，學(xué)者們亦認(rèn)識到不同生長形態(tài)和生長位置對礁劃分的重要意義，包括邊緣礁、堡礁、環(huán)礁、塔礁、補(bǔ)丁礁等（圖 1.1）[17]。邊緣礁表示生物礁呈線狀直接生長于濱線位置附近，其與相鄰的陸地之間不發(fā)育瀉湖，只有一些較淺的潮間帶使生物礁與陸地相隔�，F(xiàn)今的加勒比海、紅海發(fā)育眾多的邊緣礁。堡礁是指與濱線平行的廣泛發(fā)育的線狀生物礁，其與陸地之間存在條帶狀瀉湖發(fā)育，世界最大的是著名的澳大利亞大堡礁。環(huán)礁是指位于孤立臺地之上發(fā)育在臺地邊緣的生物礁，中間往往具有很深的瀉湖，南太平洋中部、印度洋發(fā)育眾多的環(huán)礁，如馬爾代夫環(huán)礁、查克斯環(huán)礁。此外，塔礁和補(bǔ)丁礁多形成于瀉湖以及開放水體中，呈現(xiàn)孤立垂直形態(tài)生長。

碳酸鹽臺地,構(gòu)造作用,控制作用,海平面變化