生物礁由固着底栖生物原地沉积所形成，其作为一种特殊的油气储集体，内部孔隙、孔洞非常发育，是石油与天然气的理想储集空间。自19世纪达尔文根据其乘坐英国皇家海军“小猎犬号”进行环球航行时记录的考察内容提出生物礁的概念，至今人们对生物礁的研究已持续近200年。在20世纪初，因其中发现了大量的石油与天然气，生物礁在学者之间掀起了相当大的勘查热度，尤其是近几十年波斯湾盆地基尔库克油田、滨里海盆地田吉兹油田等大型、特大型生物礁滩油气田的发现^[1]，极大促进了相关学科技术的发展。生物礁油气藏产量大、丰度高，是目前全球最为重要的油气田，其对人类社会具有非常重要的经济价值。此外，作为一种特殊的碳酸盐岩沉积构造，生物礁因受古地理和古气候条件的控制，在形成发育过程中将一系列的沉积环境、造礁生物等方面的重要信息记载并保留下来。因此，对生物礁的研究能够挖掘其中隐含的构造和生态学意义，有利于进行古地理与古环境特征的恢复。

印度尼西亚是世界重要的油气资源国家之一，全国约有60个大小不等的沉积盆地，已经发现340多个油田和54个气田，石油最终可采总资源量为47.7 × 10⁸ t，天然气最终可采总资源量为5.4 × 10¹² m³，石油主要分布在苏门答腊、爪哇、东加里曼丹、东部巴布亚新几内亚等五大含油气区内^[2]。本文研究区马都拉海峡盆地为东爪哇盆地东南端的二级构造单元，属于印尼爪哇油气区最重要的一部分。东爪哇盆地新生代的构造演化受印度—澳大利亚板块和欧亚板块相对运动的影响，开始于弧后裂谷，终止于挤压的褶皱冲断变形^[3-5]，大致分为始新世裂谷^[6-7]、渐新世裂谷^[8-9]、中新世挤压^[10-11]和上—更新世挤压^[12-14]4个阶段。

马都拉海峡盆地储层以渐新统—下中新统珊瑚生物礁碳酸盐岩、上新统有孔虫生物礁颗粒灰岩为主，随着在东爪哇盆地海域进入快速勘探阶段，以及在马都拉海峡盆地及其东部开阔浅水陆架海域新发现多个中小型以上新统灰岩储层为主的天然气田，上新统有孔虫灰岩储层已经成为重要研究方向。Schiller等人在1994年针对上新统有孔虫灰岩提出了“等深积漂积体”概念^[15]，前期受盆地内持续底流对细粒碎屑（如粉砂和黏土等）和有孔虫壳体进行搬运堆积形成小型堆积体，后期持续的水流继续作用于堆积体并将细粒碎屑与有孔虫壳体筛选分离，最后留下分选良好的有孔虫壳体颗粒形成纯净颗粒灰岩等深积“漂积体”；Triyana通过总结前人研究成果，指出尽管该套颗粒灰岩形成原因存在分歧，但其形成环境可界定在水深50～200 m范围的中—外陆架区^[16]；倪军娥明确指出芒杜组颗粒灰岩为底流沉积作用形成^[17]。

颗粒灰岩生物礁存在于上新统芒杜组地层中，发育于挤压反转期马都拉海峡盆地北部外陆架台地边缘区，沉积期主要为盆地区大面积碳酸盐岩沉积，与中—上中新统上半深海—中外陆架相对深水碎屑岩沉积相比呈现较大的岩相变化，盆地区碳酸盐岩呈现出明显的由南向北横向岩性变化趋势。马都拉海峡盆地发现的生物礁体中蕴含了该时期古环境和古地理相关的重要地质信息，对该时期生物礁形成和演化的控制因素进行分析有助于构建马都拉海峡盆地新生代沉积演化模式，并对今后进一步的储层预测和油气开发起到指导作用。

1.   区域地质背景

印尼东爪哇盆地位于加里曼丹岛南部和东爪哇岛现代火山弧之间，是在巽他陆架中生界变质基底之上形成演化的新生代弧后盆地^[2-4]，形状近似锐角三角形；主要包括3个大型二级构造单元，分别为东南部马都拉海峡盆地区、东北部北马都拉台地区和西北部东爪哇浅海陆架地堑、地垒区，其中受马都拉岛反转构造带和南部现代火山弧限制的马都拉海峡盆地区主要构造线走向为近东西向^[4-8]。从全区来看，南、北两部分大构造单元存在较明显差异性。

根据前人的研究，东爪哇盆地主要有7条一级大断裂带^[5]，其中与本文相关的为东爪哇盆地南部F5、F6、F7断裂带（图1）。3条断裂呈E-W走向，组成了具有左旋走滑性质的逆冲反转断裂带，被称为南望-马都拉-康厄安构造带（Rembang-Madura-Kangean Zone）^[18]。该构造带控制了东爪哇盆地南部地区（包括东爪哇岛、马都拉岛、康厄安群岛和马都拉海峡盆地），构造走向为E-W向，将东爪哇盆地南部E-W向构造区与西北部NE-SW向地堑地垒区、北马都拉台地区分割开来，是东爪哇盆地内横向延伸最长的断裂带；该反转断裂带在古近纪时期表现为一系列正断层，控制盆地早期裂陷和裂后沉降阶段大量地堑和地垒的形成，新近纪以来对东爪哇盆地南部构造区演化起重要支配作用，在南部构造区内形成了重要的浅部反转构造层。

图  1  东爪哇盆地一级大断裂带分布图^[18]

Figure  1.  Distribution map of first-order large fault zones in East Java Basin

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F5和F6断裂直接限制了马都拉岛和康厄安群岛南北两侧边界，且根据马都拉岛上地层出露情况研究发现，该地区持续受构造反转隆升作用，大约在上新统以后才露出水面形成现今的马都拉岛，马都拉岛南侧和马都拉海峡盆地之间受F7断裂控制，在晚中新世后曾经形成了小范围局限浅水台地。

2.   数据来源

研究区的井数据和三维海洋地震原始数据来自Santos有限公司，其中三维地震原始数据由Santos有限公司地震船M/V Orient Explorer于2005年采集。东部central三维区测量是通过双源和四拖缆进行，拖缆配置的有效长度为4 500 m，共360道，道间距为12.5 m。中央oyong三维区勘测总面积为1 160 km²，记录长度为6 000 ms。本文所使用的处理后的地震资料来自于中国石油杭州地质研究院。

本文所分析的钻井是位于马都拉海峡盆地中部的O-2井。O-2于2001年6月13日开钻，7月29日达到总深度1 935 m。钻井目标是更新统和上新统中具有潜在油气指示的相关地震振幅异常的利达组和帕畦珃组内的砂岩、芒杜组内的抱球虫生物礁灰岩、渥诺呵叻组内的河堤复合砂以及纳垟组内与低位海底扇序列相关的砂岩，其中主要目标是芒杜组。O-2井在芒杜组采出多个岩心，对气、油、水三段进行评价，每个井段进行了全面的电缆测井。对采出的岩心进行切片拍照处理，在处理后的数字图像中发现了大量集中的不同深度的抱球虫生物化石图像（图2）。

图  2  O-2井不同深度岩心薄片数字图像

a：深度906 m；b：深度912 m；c：深度926 m；d：深度933 m；e：深度938 m；f：深度956 m。

Figure  2.  Digital images of thin sections of well O-2 in different depths

a. 906 m deep; b. 912 m deep; c. 926 m deep; d. 933 m deep; e. 938 m deep; f. 956 m deep.

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3.   沉积地层岩性特征

针对研究区的地质调查和资源勘探已经持续了几十年，早在20世纪90年代Berggren、Kusumastudi等就已开展盆地地层的相关研究并取得了丰硕的成果，如今各方对于盆地的地层组成已基本达成了统一的认识。本文在这些研究的基础上，结合之前测井解释和地震解释工作所确定的地层和年代划分方案，绘制了东爪哇盆地新生代地层柱状图（图3）。考虑到本文的需要，柱状图去除了相关的岩性表达以更加直观地突出地层随着年代变化的过程。

图  3  东爪哇盆地新生代地层柱状图^[19-21]

Figure  3.  Cenozoic stratigraphic column of the East Java Basin^[19-21]

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3.1   因邦组（Ngimbang）

马都拉海峡盆地古新世到中始新世地层由于缺乏良好的地质露头和钻井岩心，前人对该时期沉积地层研究成果非常少。东爪哇盆地少数深凹地区存在一套具有裂谷充填相沉积的地层，与下伏中生代基底和上覆因邦组碎屑岩均呈角度不整合接触，将其称为“前因邦组”地层。因邦组在马都拉海峡盆地及相邻东爪哇岛陆域广泛分布，是由一套河流、湖泊陆相和浅海相层状砾岩、砂岩、页岩夹煤层组成。其主要分为下段的碎屑岩、中段的碳酸盐岩和上段的钙质泥页岩。

3.2   库炯组（Kujung）

晚渐新世—早中新世时期东爪哇盆地经历短暂海退过程后又遭遇大面积海侵，整个盆地区沉积大范围碳酸盐岩，即库炯组。库炯组主要分为下段的石英砂岩、粉砂岩、碳质泥页岩互层，中段的灰色页岩和泥质灰岩互层及上段的生物骨架碎屑灰岩、珊瑚生物礁灰岩。库炯组与下伏的因邦组上段灰岩呈不整合接触关系。

3.3   纳垟组（Ngrayong）

中中新统纳垟组是一套在东爪哇盆地区广泛分布的硅质碎屑沉积，呈席状披覆于库炯组灰岩之上。纳垟组与库炯组为角度不整合接触关系，盆地北部地区以石英砂屑砂岩为主，向南过渡为砂岩和页岩。纳垟组顶部发育渥诺呵叻组米级砾石下切充填水道。

3.4   渥诺呵叻组（Wonocolo）

上中新统渥诺呵叻组分为上、下两段，上段主要为粉砂质黏土岩和钙质黏土岩，下段由钙质黏土岩过渡为泥灰岩和灰岩，上下两段均常见薄层灰岩和白云岩。渥诺呵叻组与上覆下上新统芒杜组为岩性不整合接触关系。

3.5   芒杜组（Mundu）

芒杜组在东爪哇盆地南部、东南部地区最为发育，岩性在横向上具有很强的连续变化性，是一套较为复杂的海相碳酸盐岩沉积。在东爪哇岛中部、北部、马都拉岛南侧和马都拉海峡北侧地区，芒杜组主要为灰绿色、巨厚块状灰岩，含大量小型有孔虫类，部分地区向上出现薄层砂岩。北侧芒杜组颗粒灰岩向南逐步过渡为泥粒灰岩、粒泥灰岩和泥灰岩，泥质、黏土质含量逐渐增加，有孔虫颗粒含量逐渐减小。芒杜组与上覆上上新统帕畦珃组为不整合接触关系。

3.6   帕畦珃组（Paciran）和利达组（Lidah）

上上新统—更新统帕畦珃组和利达组为盆地演化后期形成的一套巨厚碎屑岩沉积序列，岩性主要以砂岩、粉砂岩、黏土岩互层、火山碎屑岩为主，偶夹碳质薄层。帕畦珃组和利达组在东爪哇盆地全区均有分布，横向厚度变化较大。

4.   生物礁的识别

4.1   单井相分析

单井相主要是通过地层岩性变化和测井曲线变化来分析识别相应沉积相类型。研究区有O-2井钻遇芒杜组抱球虫生物礁，因此本文使用该井的井资料进行解释。O-2井位置见图4。

图  4  东爪哇盆地南部马都拉海峡盆地测线及断裂带

Figure  4.  Seismic survey area and fault zone in southern East Java Basin

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图5为O-2井测井响应曲线以及对应的测井相解释。O-2井中钙质灰岩的深度为823～1 015 m，该部分岩石地层为芒杜组，颗粒以抱球虫（Globigerina）为主，最底部钻遇渥诺呵叻组黏土岩和泥灰岩互层夹少量砂岩，芒杜组对应层段声波时差（DT）曲线呈低值缓慢升高，与自然伽马（GR）曲线齿状低值相对应，地层真电阻率（RT）曲线呈缓慢箱形—齿形升高，自然电位（SP）曲线表现为高值均匀缓慢降低，将最底部渥诺呵叻组到芒杜组分别定为外陆架前缘缓坡—半深海相和台地边缘颗粒灰岩礁相，反映了由深到浅的水深变化；帕畦珃组和利达组岩性泥质含量由下向上先略升高然后较快降低，DT、RT和SP曲线均呈平直稳定状态，偶夹小幅度齿形—钟形变化，GR曲线由中高值小幅度齿形变为高值齿形，最后变为低值齿形，说明泥质含量由相对中高值逐渐增加，最后变为相对较低值，综合反映了由深变浅的小幅度水深变化，将其定为陆架浅海—滨岸相。

图  5  O-2井测井曲线及岩心薄片数字图像对应位置

Figure  5.  Log curve of well O-2 and locations of digital images of thin sections

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4.2   芒杜组地震相特征

地下具有波阻抗差的地层界面是地震反射波产生的原因，地震反射波特征发生变化预示着地下地层特征发生横向变化。这是利用地震属性开展研究进行油气储层参数预测及地层岩性判断的物理基础。图6从a到f是以oyong三维区芒杜组顶面为中心开50 ms时窗提取均方根振幅、总振幅、峰值谱频率、平均反射强度、瞬时频率斜率、平均瞬时相位等属性后分别得到的平面属性展布图及相应的O-2钻井位置。以效果较好的a为例，O-2井所示的生物礁的位置位于提取图中央高振幅属性椭圆的中心处，生物礁的边界处振幅属性较强，内部较弱。提取central三维区均方根振幅属性，对研究区地震资料进行解释，根据oyong三维区振幅属性提取图所反映的特征信息，结合生物礁在地震剖面上丘状突起、内部杂乱或短同相轴反射、顶部双强相位平行反射、两翼上超、底部变形、气烟囱效应等可能存在的典型特征，同时考虑到生物礁发育环境等因素，最终得到了生物礁在oyong3d、central3d研究区的平面分布，如图7所示。断裂带这里实际上并非完全连续，而是由多个东西走向的断层组合而成，这么标注是方便描述其走向和褶皱位置。

图  6  芒杜组属性提取图

a：均方根振幅；b：总振幅；c：峰值谱频率；d：平均反射强度；e：瞬时频率斜率；f：平均瞬时相位；圆圈为O-2钻井位置。

Figure  6.  Attribute extraction diagrams of Mundu Formation

a. RMS amplitude; b. total amplitude; c. peak spectral frequency; d. average reflection strength; e. slope of instantaneous frequency; f. average instantaneous phase; the circle is O-2 drilling position.

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图  7  生物礁平面分布图

Figure  7.  Reef spatial distribution map

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本文选取了a、b两条同时经过F6断裂带与生物礁疑似区域的测线作为代表来展示生物礁在剖面上的反射特征（图7）。a测线经过O-2井，地震剖面由图8所示；b测线地震剖面由图9所示。

图  8  a测线三维区芒杜组生物礁丘状特征地震相

Figure  8.  Seismic facies of the mound-like reefs in Mundu Formation along section a

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图  9  b测线三维区芒杜组生物礁丘状特征地震相

Figure  9.  Seismic facies of a mound-like reef in Mundu Formation along section b

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图10是图8、图9黄色框区域的放大图，即两图对应生物礁区域的剖面特征图。两张地震剖面芒杜组内均发现了丘状外形、内部杂乱反射结构的区域和气烟囱等特征。该层段均表现为强烈褶皱作用形成的轴面北倾的背斜构造，南部同相轴深度远低于北部。出现杂乱反射的丘状反射区位于背斜顶部，该区域解释为生物礁，礁体北侧反射层之上出现中间略微增厚、两端上超充填反射结构，将其解释为礁后潟湖；礁体南侧出现典型的斜交前积反射结构，该组地震相分布较少，平面展布较为局限，反映了高能沉积过程，将其解释为礁前小型斜坡扇。

图  10  生物礁区域局部放大图

a：图8黄色框区域；b：图9黄色框区域。

Figure  10.  Locally exaggerated diagrams of reef area

a. represent the yellow box area in Fig.8; b. represent the yellow box area in Fig.9.

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结合地震剖面可以看出，盆地中部地区地震相以大面积展布的中强振幅、低频率、连续平行或发散充填反射结构为主要特征，该组地震相反映了低能碳酸盐岩沉积环境，说明该时期沉积物主要在盆地中部地区汇聚；盆地北部地区地震相以大面积展布的中强振幅、中低频率、较连续—连续、平行—亚平行反射结构为主要特征，该组地震相反映了低能碳酸盐岩沉积环境。考虑该礁体形成发育于F6断裂带形成的陆架坡折处，其南侧解释为陆架坡折前缘斜坡区和相对深水区，北侧解释为陆架浅水区。

根据图7所示所有礁体均位于马都拉海峡盆地北部地区，靠近F6断裂带北侧，平面形状为不规则椭圆形或圆形。礁体基本呈E-W向一字排列，延伸较长，但由于生物礁的生长发育环境对水深、水动力等因素有一定要求，生物礁的分布并不连续，而是呈现一定的分布规律。从剖面上看，礁体普遍发育在潟湖向深水区过渡的台地边缘，地势较高，该位置通常有较强的水动力。

5.   生物礁演化模式

从某种意义上而言，生物礁是地质演变的关键产物。生物礁的种类与地质条件有关，地质时期不同，生物礁的类型不同，导致不同时期的生物礁具有不同的结构与形态。20世纪90年代初期，Wright和M E Tucker依据生物礁与海岸的相对位置、规模、整体形态将生物礁分为环礁、桌礁、圆丘礁、堡礁、点礁、小环礁、岸礁七类^[22]（图11）。根据研究区生物礁与海岸的相对位置以及发育的形态判断，芒杜组生物礁的类型主要为台地边缘生物礁。台地边缘生物礁与海岸线平行生长，常见于陆棚边缘，生于滨海浅水区，多为线状。礁前礁后环境不同，其中礁后与台地相邻，靠近陆地，水深较浅，球粒、鲕粒等陆地来源的碎屑沉积在礁后；礁前常年受海浪拍打，形成明显的沟槽与坡脊。

图  11  生物礁的分类^[22-23]

Figure  11.  Classification of reefs

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线状礁的相带分布如图12所示，可以清楚地看到礁后、礁坪、礁前^[24]。礁坪碎屑是礁后沉积物的主要来源，由海岸向潟湖延伸。海浪将礁体打碎形成小的碎屑，这些碎屑中含有大量的造礁生物，这些造礁生物原地固着生长并逐渐沉积形成礁坪，通常而言，礁坪的深度为1～2 m。通常情况下礁前是个陡峭甚至是直立的斜坡，造礁生物附着在礁前上，形成明显的生态分带。沟槽系统位于斜坡底部，有粗礁屑塌积而成，在回浪的作用下形成的沟脊地貌。通常情况下，碳酸盐开阔台地（陆棚）的切面或剖面边缘都有线状礁。由于不同来源的线状礁礁相种类不同，其礁相镶边碳酸盐陆棚沉积模式也不相同。

图  12  线状生物礁结构^[24]

Figure  12.  Structural classification of a linear reef

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本文根据已有的研究成果和过O-2井地震剖面反射特征^[25]，给出了芒杜组颗粒灰岩生物礁形成和发育模式图（图13）。陆架台地边缘区受盆地F6反转断裂带影响成为颗粒灰岩生物礁的良好发育区。礁体北侧为中外陆架碳酸盐台地浅水区，礁体南侧为上半深海碳酸盐斜坡深水区，从礁体北侧到南侧，盆地水深逐渐增加，芒杜组地层颗粒含量逐渐递减，泥质含量逐渐增加，由颗粒灰岩过渡为泥粒灰岩并最终变为粒泥灰岩。

图  13  芒杜组颗粒灰岩生物礁形成和演化模式

Figure  13.  Formation and evolution model of granular limestone reef in Mundu Formation

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本文认为马都拉海峡盆地F6反转断裂带活动造成盆地北部抬升是芒杜组台地边缘颗粒灰岩生物礁形成的重要影响因素。海岸带、台地边缘、陆棚边缘等地形隆起易于海浪形成或者海流方向变化，这些海底地形变化区的环境能量较高，满足生物礁生长所需的高能的沉积环境。同时地形隆起意味着海水深度降低，这为海洋生物的生长提供了充足的养分、阳光与适宜的温度^[26]。构造反转活动使盆地形成南深北浅地形，台地边缘处隆升程度最高，海水深度降低，这造成有孔虫大量繁殖聚集堆积，在堆积过程中主要受不同程度的底流、等深流、潮汐和波浪作用影响，对堆积体造成冲刷和扰动作用，可能使部分有孔虫壳体被卷入南侧半深水斜坡区，并随着距离增大，搬运壳体含量减少；堆积体后侧由于礁体的阻挡作用和褶皱构造作用，形成暂时性相对封闭环境，水动力条件较弱，可能形成潟湖相沉积。后期盆地北部地区持续抬升，沉积环境不适宜有孔虫大量繁殖，该时期形成的有孔虫堆积体最终被后期沉积物覆盖保存形成颗粒灰岩生物礁。可以看出，该生物礁体中蕴含了对应时期马都拉海峡盆地古环境和古地理相关的重要地质信息，非常具有研究价值。

6.   结论

马都拉海峡盆地芒杜组中发现了以抱球虫目壳体为主的颗粒灰岩生物礁体，主要位于盆地北部地区，沿东爪哇盆地南部反转断裂带呈东西向一字排列块状分布，从形态和发育位置来看属于台地边缘生物礁。该生物礁形成的原因是马都拉海峡盆地早上新世反转断裂带活动造成的盆地北部抬升。反转作用使盆地北部地区形成南深北浅地形，在台地边缘处形成了适宜有孔虫生存的环境条件。

致谢：感谢中国石油杭州地质研究院各位老师在本文完成过程中给予的支持和帮助，特别感谢各位专家和审稿人对本文提出的宝贵意见和建议！