荷蘭Rijswijk殼牌研究和技術服務公司；
法國馬賽普羅旺斯大學
耶魯安·彼得斯
阿曼石油開發公司，馬斯喀特，阿曼蘇丹國
摘要
綜合露頭、地震和鉆井資料，對阿曼南部薩拉拉碳酸鹽巖邊緣進行了層序地層學解釋。這個邊緣與第三紀亞丁灣的破裂有關。為了有助於地下相應地層的地震地層解釋，簡述了臺地、珊瑚礁、斷架邊緣和大陸坡底部碳酸鹽巖的露頭顯示。沈降速率的快速增加和斷障、斷槽的分化導致淺部碳酸鹽巖逐漸被淹沒，盆地相泥灰巖和濁積巖向上增加。斷塊邊緣的珊瑚礁發育發生在碳酸鹽沈積結束之前。
序
1994年，阿曼石油開發公司在阿曼南端的祖法爾省的沙拉拉盆地鉆了第壹口陸上油氣探井，井號為1(薩拉拉平原-1)(圖1)。在地震剖面上，確定該井鉆探目標為壹個丘狀構造，同時類比附近第三紀露頭，可解釋為壹個第三紀生物礁(圖2)。雖然井被掏空了，但證實了地層模型和構造解釋的正確性。同時提供了與區域地質相關的資料，其中關於漸新世-中新世裂谷期亞丁灣碳酸鹽沈積演化的資料尤為重要(區域地質背景見Platel和Roger，1989；羅傑等人，1989，1997)。
沙拉拉盆地始新世-中新世由碳酸鹽臺地、生物礁和周圍沈積物組成。本文將集中討論它們的露頭和地震響應。這裏的露頭和地下地層是在亞丁灣裂谷的構造背景下解釋的(圖2B和圖3)。沙拉拉盆地為綜合利用露頭和地下資料研究厚層(500～2500m)新生界碳酸鹽巖層序提供了獨特的機會。這個層序沈積在阿拉伯半島的東南邊緣(圖2A)。
地下數據
圖1總結了shalala平原1井的地下數據。相關地震調查包括幾條2D地震線，偏移25m，地震波傳播時間10s，頻率範圍5-60hz，最大偏移3200m，覆蓋72倍(圖1)。在460米秒和800米秒之間的雙向旅行時間範圍內，解釋了雙向旅行期間約300米秒的地層閉合。圖1中反映這種構造解釋的藍色層位，實際上並不是等時地層界面，而是與這種丘狀異常有關的礁狀。結合鉆井數據的解釋，下面將給出該圈閉的另壹種解釋。
圖1阿曼石油開發公司(PDO)shala la平原1井研究區位置及綜合數據。
沙拉拉平原1井總進尺為1450米TVD(垂深)。由於界面條件的影響，該井發生了偏斜，並鉆入TVD 560米處的標繪構造頂部。壹套標準組合測井證實目標儲層物性良好。這個構造充滿了水，可能是因為沒有油氣填充。盡管該井尚未取芯，但已從巖屑和井壁樣品中獲得了巖性和生物地層數據，這些數據已用於測井和地震數據的進壹步解釋。
該井還證實了由周圍露頭確定的地層名稱以及基於該名稱的地震地層解釋(圖3，Platel和Roger，1989)，其中包括:
Ashawq組(Shizar段)底部的局限海相和淺海泥灰巖和石灰巖是壹套從始新世到早漸新世的前裂谷臺地序列。
圖2阿拉伯半島南部基本地質框架:(a)也門東北部地質剖面圖；(b)阿拉伯半島南部主要構造單元示意圖。
Ashawq組上部(Nakhlit剖面)富含珊瑚的淺海灰巖是壹套早漸新世的同裂谷礁序列。
Mughsayl組的深海濁積灰巖和泥灰巖是壹套以盆地相為主的晚漸新世-中新世後裂谷層序。
本文討論的另壹種解釋是Ashawq組最上部和Mughsayl組最下部之間可能存在壹套等時沈積，因此具有地球動力學意義。
第三紀生物礁、平臺和鄰近沈積物的露頭展示
本節討論的大部分露頭數據是在阿曼石油開發公司從1990到1994組織的多次地質調查中收集的。阿曼石油和礦產部(MPM)和法國地質調查局(BRGM)出版的1 ∶ 100000和地質圖(Platel et al .，1987)是層序、沈積和構造分析的基礎資料。本文主要關註Mughsayl露頭區，主要出露Mughsayl組和Ashawq組的始新統-中新統碳酸鹽巖(圖4A)。該露頭區位於沙拉拉平原1井以西約40km處，為海岸懸崖，高度為1000m，相當於沙拉拉盆地的西緣，在亞丁灣裂谷肩晚中新世隆升期間出露(Platel和Roger，1989)。有壹個斷裂的古陸架邊緣(Platel等人，1987)，將淺海碳酸鹽巖(Ashawq組)與斜坡盆地碳酸鹽巖(Mughsayl組)分開(圖4B)。壹條非常陡峭蜿蜒的道路爬上了這個由古陸架邊緣形成的陡峭懸崖，這為深入觀察這個復雜的沈積體系提供了獨特的機會(圖5A)。
圖3阿曼南部祖法爾地區白堊紀-第三紀地層柱狀圖(Roger等人修改，1989) 1 =泥質砂巖；2 =淺海石灰巖；3 =泥灰；4 =白雲石；5 =硫酸鹽巖；6 =濁積灰巖；7 =滑塌堆積石灰巖；8 =礫石石灰巖；9 =區域不整合。
礦脈
在Mughsayl西部的古陸架邊緣可以看到壹些土墩結構的露頭(圖4和圖5)，它們現在的地貌和覆蓋在土墩結構側面的生物碎屑顆粒石灰巖層是金字塔形的。這些丘礁的高度約為100米，其橫向寬度至少是高度的三倍。最上面的丘礁被流向盆地的古老沖溝分開(圖5)。這些分布在Ashawq組頂部的土墩形成了壹個明顯後退的碳酸鹽隆起群(圖4A)。這種總體“海侵趨勢”符合在土丘側面看到的準層序組，具有“向上開放”的層序(Borgomano，2000年)，即從有限的海洋微孔泥灰巖變為珊瑚粘結灰巖和向上變薄的生物碎屑礫石灰巖-顆粒灰巖(圖5B)。
圖4 Mughsayl地區第三紀露頭地質格架。剖面圖(a)和地質圖(b)顯示了Ashawq組(始新世-早漸新世)淺海碳酸鹽巖和Mughsayl組(早漸新世-晚漸新世)深海碳酸鹽巖之間的空間關系(根據Platel等人，1987)。1 = Ashawq組淺海碳酸鹽巖(陸架和珊瑚礁)；2=Mughsayl地層中較深的碳酸鹽巖(低密度和高密度濁積巖、角礫巖和滑塌巖)；3 =古陸架邊緣的特點是Ashawq組和Mughsayl組之間的突然斷層接觸。
圖5(a)Mughsayl地區Ashawq組珊瑚礁和鄰近沈積物的露頭(位置見圖4)。請註意分隔兩個珊瑚礁的古老溝壑。箭頭表示珊瑚礁兩側地層的傾角；虛線標出了珊瑚礁頂部的輪廓。圖A底部近乎水平的直線顯示了Mughsayl地層斜坡底部的地層傾角。平行於圖面的壹條近垂直斷層控制了兩組地層的接觸關系。(B)Ashawq珊瑚礁頂部的詳細剖面圖，顯示珊瑚粘結性巖石重疊並被生物碎屑顆粒石灰巖覆蓋。這裏的垂向層序是下部有限的內陸陸架中的小黍粒灰巖，上部變為高能礫質灰巖-顆粒灰巖，符合淺海碳酸鹽巖的整體退積趨勢。
這些土墩由珊瑚粘結的石灰巖組成，在骨屑之間和內部含有相當比例(占總體積的30% ~ 40%)的方解石膠結物，並含有顯示頂部和底部的泥質沈積物。上覆生物碎屑顆粒灰巖主要含有珊瑚碎屑、微晶顆粒和底棲有孔蟲，其粒間膠結物含量中等(占總體積的10% ~ 30%)，而孔隙度為10% ~ 20%。在壹小塊露頭上，這些生物碎屑沈積物覆蓋了由珊瑚粘合石灰巖形成的地形。生物作用(珊瑚發育)和成巖作用(碳酸鹽膠結)都有助於這些丘的形成。這種發育在大陸架邊緣的珊瑚丘，可以看作是壹種生態礁(朗曼，1981)，往往沈積在地勢較高的地方，對周圍地區的沈積作用影響很大。
平臺
古陸架邊緣的西部臺地最寬部分(圖4A)由Ashawq地層中厚度為200-300米的水平石灰巖和白雲巖序列組成(圖6A)。根據Roger等人(1997)的研究，這個水平層序相當於壹個碳酸鹽臺地(Wilson，1975)，主要是在有限的淺海環境(類似於現代瀉湖)中沈積的泥質灰巖-顆粒泥灰巖。雖然古陸架邊緣礁與臺地層序之間的空間關系尚未詳細填圖，但我們的調查表明，臺地層序的上部與邊緣礁水平對應，因此可視為“後礁”層序。
坡腳盆地
Mughsayl組再沈積碳酸鹽巖厚400～500m，主要由顆粒灰巖、礫質灰巖、角礫巖和滑塌等組成。在古陸架邊緣靠海的壹側(圖4B)。根據Roger等人(1997)和我們的研究，Mughsayl組的沈積物填充了受斷層控制的深海底通道，這些通道位於Ashawq組的淺碳酸鹽巖中。值得壹提的是，在某些地區，古陸架邊緣兩側的Mughsayl組被Ashawq組所覆蓋(圖4)。Mughsayl組與Ashawq組呈突變接觸，即前者與Ashawq組礁丘形成的地貌重疊或覆蓋。在露頭上它們之間沒有漸變或指狀交錯接觸關系。
圖6(a)Asha wq組陸架上的碳酸鹽露頭(位置見圖4B)。這壹水平層序主要由泥質灰巖-顆粒泥灰泥巖組成，可能對應於後礁環境。(b)古陸坡底部Mughsayl組的典型滑塌堆積(大石塊)和滑塌層(位置見圖4B)。
Mughsayl地層是在懸崖底部的海水環境中沈積的。深水遠洋泥質灰巖和重力流產物的互層可以證實這壹點。重力流產物包括泥石流(圖6B)、顆粒流、濁流(圖7A)和滑塌(圖7B)。這些重力流沈積往往形成片狀米厚的巖層，主要為生物碎屑或碎屑顆粒灰巖-礫石灰巖，粒間孔隙度較高(可達總體積的20% ~ 35%)。這些碳酸鹽碎屑物質屬於淺海成因(珊瑚和雙殼類生物碎屑、有孔蟲和球晶)，鉆屑中還含有大量再沈積的“海相膠結物”。其中，大塊巖石也屬於淺珊瑚礁成因，並含有海相碳酸鹽膠結物。雖然碳酸鹽顆粒流和濁流的出現不壹定要有大陸坡或陸架斷裂(Cook，1982)，但有這麽多大巖石的碳酸鹽泥石流(圖6B)表明漸新世應該有壹個侵蝕性的陸架邊緣和壹個明顯的斷崖。總之，Mughsayl組具有大陸坡底部近源沈積雜巖的特征，其中含有高比例的泥石流、巖屑和大塊巖石(Boromano，2000)。在相關露頭上未發現向遠源部分(主要是濁積巖沈積或砂粒級生物碎屑)或盆地相沈積系統的過渡。
圖7(A)Mughsayl組原狀層出露，由鈣質濁流(低密度和高密度)、顆粒流和深水灰泥沈積組成。(B)Mughsayl地層坍塌，並露出斷層地層。A層和B層的巖性相似。B中的變形層表明大陸坡不穩定，存在同沈積構造活動。圖b:地質學家上方可以看到水巖墻。
礁石、平臺和周圍沈積物的地震響應
由於缺乏該地區的鉆井數據，在解釋shalala盆地的2D地震數據時使用了周圍的露頭。shalala平原1井鉆遇的漸新統丘發育在東西向斷塊上，與shalala盆地和Wadi Jeza斷槽軸向平行(圖2)。shalala盆地的這個隱伏斷塊可能是Mughsayl地區暴露的隆起構造的向東延伸(圖4)。附圖8 ~ 11為三條傾向線和1條走向線組合解釋結果。均勻記錄的反射消失點和地震相位(Vail等人，1977；維爾，1987；Schlager，1992)結合井下資料，對露頭觀測結果也進行了定量外推。它們共同構成了本文地震地層解釋的基礎。
圖8(a-b)2D地震剖面地震地層解釋(剖面位置見圖1)。起初，淺海碳酸鹽巖僅在南部發育，然後到達臺地邊緣，從而在早期臺地位置形成“空桶”。(c)1∶1礁的形狀表現為壹個陡的坡角。這條傾斜線向盆地延伸。R-1 =礁石1。
圖9(a-b)2D地震測線地震地層解釋(位置見圖1)。這條測線延伸到盆地(傾斜線)。地臺向北的進積是從底部地平線上的俯沖推斷出來的。在圖中，R-1 =礁石1，R-2 =礁石2。
從露頭上觀察到的巖層，在地震響應上只能區分出兩種成因類型(圖8 ~圖10)。壹是淺海碳酸鹽巖，不斷增厚、生長，形成地貌；第二種是大陸坡底部的碳酸鹽巖，它們填充和覆蓋了現有的地貌。露頭巖石性質分析表明，這兩種巖石的成因明顯不同。淺水區碳酸鹽巖固結好，孔隙度中等(占總體積的10% ~ 20%)，大陸坡底部碳酸鹽巖固結差，孔隙度高(占總體積的20% ~ 35%)。在這種背景下，顯示平行反射(“軌跡”)、低超反射(進積)和高反射率的丘狀反射(加積)的地震相都可以解釋為淺海碳酸鹽巖；而地震相表現為漫頂(充填)和低反射率的楔形反射，可以解釋為大陸坡底部的沈積。在走向地震剖面上，還可以看到壹條切入淺海碳酸鹽巖的沖溝，表明當時海底侵蝕強烈(圖10B)。此外，從剖面中識別出兩個生物礁(R-1和R-2)和多個生物礁生長期(R-1有三個生長期，R-2有兩個生長期)。圖9中較低的高反射夾點被認為與大陸架進積有關，其形成早於珊瑚礁生長(圖9B)。這壹認識與鉆前解釋大相徑庭，鉆前解釋只顯示單壹對稱隆起(圖1)。目前的理解更符合露頭上觀察到的不對稱沈積體系(圖4和圖5)。嚴格來說，生物礁分布在壹個寬闊的地臺邊緣，所以這個地臺可以定義為“有邊界的地臺”(Wilson，1975)。本次地震地層解釋還表明，漸新世早期Ashawq組上部(淺海單元)和Mughsayl組下斜坡底部單元同時沈積，因此地震剖面上存在指狀交錯。
礁體R-1(圖8C)的真實大小比露頭中單個礁體大2 ~ 3倍，但與圖4A所示的古大陸坡剖面相似，這些最有可能生長在陸架邊緣的單個小礁體由於地震反射頻率低而難以識別。根據露頭和地震解釋結果，該大陸坡的傾角(10 ~ 15)處於大多數碳酸鹽臺地邊緣的“高斯傾角”範圍內(Adams和Schlager，2000)。珊瑚礁露頭的陡坡(45°)可能對應於地震所識別的“沖溝”。淺海碳酸鹽沈積與大陸坡底部碳酸鹽沈積之間的過渡帶由於超出了地震分辨率而難以識別。然而，不管這個過渡帶是突變的還是漸變的，都應該進行進壹步的地震解釋。在露頭上，兩組地層之間有壹條與斷層有關的邊緣，表明有壹個突發性的準超過渡帶。總之，地震反射反映了在附近露頭中觀察到的結構，包括與斷裂陸架邊緣相關的覆蓋土墩、架空、水平層、深沖溝和陡坡。
圖10 (A-B)平行於盆地軸線(走向)的二維地震線地震地層解釋(位置見圖1)。可見，淺海碳酸鹽巖與大陸坡底部碳酸鹽巖在地震反射上存在重要差異。前者形成、發展、產生地貌(丘陵)，所以反射強，後者填充、覆蓋地貌(上層建築)，所以反射弱。圖中r-1 =礁石1；R-2 =礁2；G =溝壑。
沙拉拉地區碳酸鹽臺地邊緣第三紀演化
根據Schlager(1999)總結的碳酸鹽隆升模式，解釋了沙拉拉碳酸鹽臺地邊緣的演化。這種演變可以用兩個比率的平衡來解釋。壹個是沈積可容空間的增大速率，壹個是碳酸鹽巖的生長發育速率。但地臺邊緣與內陸陸架發育速率的差異也是壹個重要參數，因為作為構造沈降的壹種表現，它也反映了可容空間生長速率的空間變化(Borgomano，2000)。沙拉拉地區碳酸鹽臺地邊緣的演化可分為四個重要階段(圖12):
2D地震測線地震地層解釋(見圖11) (A-B)。這條測線延伸到盆地(傾斜線)。在圖中，R-1 =礁石1，R-2 =礁石2。
1)加積臺地階段(前裂谷期，圖12A):始新世，沈積環境穩定，構造沈降和/或海平面上升均勻，形成厚層加積碳酸鹽臺地，沈積速率約為120m/Ma(Platel和Roger，1989)。
2)前進地臺階段(早期同裂期，如圖12B):漸新世早期，隨著地塹的形成和構造沈降速率的整體增大，形成了兩大沈積區，即淺水大陸架和深水斷槽。在此期間，淺海碳酸鹽巖的堆積速率超過了構造高原可容空間的增加速率，導致了大陸架的進積(圖9B)。但由於斷槽坡度較陡，透光帶以下水深，陸架的延伸不能越過斷槽邊緣。而平臺上多余的碳酸鹽產物會被搬運到斷槽。這在斷層臺地邊緣的高級體系域是常見的情況(Borgomano，2000)。該進積臺地的沈積速率可能為100 ~ 150 m/ma。
3)生物礁生長階段(同裂谷期，圖12C):漸新世早期，可容空間的增加速率受強烈的構造沈降控制，超過了內陸架的沈積堆積速率(圖9B)。只有在貨架的邊緣，才能趕上這種容納空間的增加速度。在壹個海侵體系域中，這個階段對應於“空桶”形式(Schlager，1999)。對於相關的生物礁，可以確定兩個生長期，這表明生物礁的生長被受構造或海平面下降控制的小規模短期海退所中斷。據估計，珊瑚礁的生長速度約為200 ~ 300米/年。此時，周圍高地的碳酸鹽陸架可以向預留的斷槽註入大量碳酸鹽。
圖12始新世-漸新世沙拉拉西部碳酸鹽巖演化示意圖。(a)始新世增生平臺(前裂谷期)。(b)漸新世初發育的前積臺地(早期裂谷)顯示沈積空間的增大，形成斷層邊緣(1)。這個陸架無法橫跨這個斷層，多余的碳酸鹽產物被輸送到斷層槽。(c)漸新世早期生物礁發育(中部裂谷)。沈積空間的增加速率受構造沈降控制，因此超過了內陸架的沈積速率。只有陸架邊緣才能趕上沈降速率的增加，珊瑚礁的發育也得到了發展(2)。這裏可以發現第二個珊瑚礁生長期，表明中間有受構造擡升或海平面下降控制的海退(3)。(d)早漸新世末(後裂谷期晚期)的生物礁下沈。構造沈降加速(4)導致生物礁最終淹沒，直接覆蓋低密度濁流和深海泥。
4)生物礁淹沒階段(後裂谷晚期，圖12D):早漸新世末，構造沈降導致沙拉拉盆地珊瑚礁和臺地最終被淹沒。來自盆地邊緣的低密度濁流和深水石膏直接覆蓋最後壹個礁(R-1)。Platel和Roger(1989)的研究結果表明，這壹時期Mughsayl地區的構造沈降速率超過300m/Ma，但根據shalala平原1井的估算，盆地相當壹部分地區的構造沈降速率比這壹數值高出1 ~ 2倍。因為沈降速度已經大大超過了礁石的生長速度，所以礁石是可以保存和掩埋的。從漸新世晚期到中新世早期，深水灰巖和泥灰巖逐漸充滿了整個沙拉拉盆地。
中新世晚期亞丁灣裂谷肩部的隆起標誌著沙拉拉碳酸鹽邊緣海洋演化的結束。
結論
從始新世到中新世，shalala碳酸鹽巖的演化強烈地受到亞丁灣開放的控制。構造沈降速率的快速增加和斷隆、斷槽的分化導致碳酸鹽沈積體系分四個階段逐漸消失，即從加積陸架、進積陸架和生物礁生長直至生物礁最終被淹沒。只有在裂谷的初始階段，碳酸鹽屈服才能平衡快速的構造沈降。這樣在高地上就形成了生物礁，在斷槽裏堆積了厚厚的碎屑楔。
Ashawq組頂部的珊瑚礁和Mughsayl組底部斜坡底部的碳酸鹽巖在層序上是等時的，但在地震剖面上有明顯的交錯。地震和露頭揭示了相似的地層結構、沈積地貌和空間變化頻率。另壹個重要結論是，地震資料最初解釋的單壹碳酸鹽“劍龍”實際上是底部的前積陸架邊緣和頂部的加積陸架邊緣(嚴格來說是珊瑚礁)。
表示感謝/感激
作者非常感謝阿曼石油開發公司批準發表本文。同時，我們也非常感謝阿曼石油開發公司參與現場調查和鉆井工作的同事們，特別是Wyste Sikkema和Salim Al Maskiry。
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(田譯；蔡蕭)