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刘明浩

生物礁油气藏相关的地质概况

摘要

生物礁油气藏在世界油气储量中占有重要的地位，不少国家的油气产量中生物礁油气藏占有相当大的比例。

生物礁因其高孔渗特性而往往成为高产油气井、大型油气田的极好储集体。

文章对国内外生物礁油气勘探状况进行了评述，结合材料对生物礁油气藏的烃源、储集层进行概述，说明生物礁一般只作为储集层而很少作为生油层，并对川东北、塔里木塔中地区的生物礁进行举例说明。

我国有十分广泛的生物礁分布区域，在塔里木盆地塔中地区奥陶系是生物礁型油田的主要勘探方向,寒武系的盐下及白云岩储集层的油气值得关注；鄂尔多斯盆地西南缘渭北隆起、天环凹陷奥陶系生物礁天然气勘探尚须重视；同时南海盆地的生物礁也具有极大的油气开发潜力。

关键词：

生物礁油气藏烃源储集层中国

刘明浩

学号：

201114450129

河北联合大学矿业工程学院11石油

（1）班

引言

碳酸盐岩油气田是全球油气最重要的组成部分。

世界碳酸盐岩油气探明可采总量为

油当量,其中探明可采石油

油当量,探明可采天然气

油当量。

世界碳酸盐岩油气田313个,其中油田208个,气田105个[1]。

中国碳酸盐岩探明石油

油当量,探明率为6.5%,探明天然气

探明率为28.65%。

生物礁是主要由生物构筑而成的一种特殊碳酸盐岩构造体,又是碳酸盐沉积中一种含油气沉积类型,有着广阔的油气潜力。

目前,中国生物礁的研究现状表现为古生代生物礁的研究较多,新生代生物礁研究较少,这与中国生物礁的发育特征是一致的[2]。

中国各地质历史时期生物礁普遍发育、分布范围广,有泥盆纪、二叠纪和新近纪三个主要造礁期,生物礁与油气藏的密切关系,各地质历史时期生物礁的分布规律、造礁生物及其附礁生物的组合演化、生物礁的发育控制因素等对油气勘探有重要意义。

一、生物礁的基本特征

1.1生物礁的定义

从Walther（1911）、Ladd（1944）到Lowenstan（1950），Newelletal.（1953）对其严格定义为由生物作用形成的抗浪构造，到20世纪70年代Dunham（1970）提出礁的双重概念（地层礁和生态礁），生物礁的定义有了跨时代的发展。

加上西欧、北美广泛使用的岩隆（buildup）一词，生物礁的概念及其相关术语的发展呈现出定义繁多，难以掌握的局面。

面对这种情况，范嘉松、张维（1985）、范嘉松（1988）综合考虑到使用者的习惯，建议把繁多的术语统一于一个基本术语——“岩隆礁”（Buildupreef）或称“碳酸盐岩隆礁”（CarbonateBuildupreef）之内，并建议将滩（Bank）这一术语保留下来继续使用，从而形成岩隆礁、滩、层的命名体系，用以概括各种类型的碳酸盐隆起构造（表1）。

但是，此后的生物礁概念并未形成统一，直到目前仍存在很大分歧。

曾鼎乾等（1988）认为，礁是由原地生长的造礁生物营造，具有抗浪格架、凸镜状或丘状的外部形态，并突出于四周同期沉积物，前后常形成不同的相带。

强调生物的有机成因、抗浪构造的重要性以及突出于同期沉积物的外部形态。

梅冥相（1997）认为，生物礁是一种独特的沉积体系，是由复杂的物理、化学、生物综合作用形成的具有抗浪性的特殊碳酸盐岩体。

从狭义上讲，生物礁在横向上是局限的，其生长发育具有明显的生物证据。

齐文同（2002）认为，由生物构成，包括造架生物、联结包覆生物和礁栖生物，且与生物的长期演化、绝灭和复苏密切相关，反映环境特征甚至全球环境变化的是生物礁[3]。

表1：

礁的命名、定义及分类标准沿革简表

由于各学科侧重点不同,对“礁”这个普遍使用的概念的内涵和外延往往有不同理解，一般能为大多数地质学家所认同的生物礁定义应是:

一种坚硬的!

抗浪固着生物骨架,它是由骨架单元及其碎屑残余组成的一种碳酸盐岩建造,碎屑残余物质充填于骨架内部空间和骨架间的孔隙中。

从石油地质角度考虑,对礁采用这样的概念:

礁是由造礁生物和附礁生物组成的、具有突出于同期沉积物的丘形状态,能影响四周沉积环境的碳酸盐岩隆,并把与礁在成因上有关的碳酸盐沉积的集合体称为礁复合体[4]。

（1）礁的主体是由造礁生物和附礁生物在原地生长、“筑积”而成，这有别于碎屑岩的“填积”式沉积；

（2）礁具有突出于同期沉积物的正地形地貌特征；形成岩隆并因此而能影响其临近地域和成岩环境；

（3）礁复合体包容了礁及成因上与礁有关的沉积岩体。

1.2生物礁的地质特征

成熟的生物礁一般具有前礁、礁核和后礁相带。

由造礁生物组成的格架是礁的一个重要组成部分。

各时代生物礁常见的格架有3种：

支撑格架，由“枝状”生物组成，常被藻叠层所缠绕；块状格架，由群体和块状造礁生物紧挨在一起组成；堆集缠结格架，由造礁生物死亡后原地堆集，经藻叠层缠绕黏结而形成。

格架能够有效地抵抗风浪的袭击，有利于礁的继续生长，并起着改变沉积环境和控制沉积相的作用。

礁核部分具有特殊的栉壳结构或晶簇状结构，它由文石转化的柱状或针状的低镁方解石组成，常垂直造礁生物体壁呈放射状生长。

另外礁内还有大量的填隙物，如亮晶方解石胶结物、灰泥充填物、砂砾屑和附礁生物等。

图1表示古代生物礁各部位及其岩相特征，从陆向海方向可以划分为3个相带。

礁后相：

位于生物礁向陆的一侧，一般是礁后瀉湖，主要为白云岩、石灰岩、砂岩、页岩及硬石膏等的互层沉积；礁核相：

是生物礁的主体，主要由生物格架岩和生物粘结岩组成，空隙十分发育；礁前相：

生物礁前面向海一侧，生物礁在海浪的冲击下形成塌积岩和礁前角砾岩，也具有发育的空隙。

再向海就过渡为以沉积灰色到黑色页岩和石灰岩为特征的盆地相。

图1古代生物礁的各部分及其岩相分布特征示意图（据A.I.Levorsen,1967）

1.3生物礁的时空分布

中国各地质历史时期生物礁十分发育，分布范围较广，目前所发现的生物礁遍及西北、西南及华北地区，在南海北部大陆架的中新统和华北的始新统中也有礁体分布。

自震旦纪以来，中国各地质时代海相地层中均有礁的分布，各时代生物演化和兴衰更替，使得各时期的造礁生物及其附礁生物的组合有很大的不同，形成不同类型、不同规模和特征的礁体。

其中，泥盆纪、二叠纪和新近纪时期礁体发育最盛，礁体不但数目众多，而且规模巨大，构成中国历史上3个主要的造礁期（表2）。

晚震旦世灯影期,中国南方海侵使整个西南地区发育一套以碳酸盐岩为主的沉积建造。

因气候温和、阳光充足、海水洁净,给生物发育提供了良好的生活环境,这一时期造礁生物基本上是单一的藻类,形成以藻类为主体的各种形态的叠层石。

至奥陶纪时,寒武纪极盛一时的古杯类已少见,继而出现海绵、床板珊瑚、层孔虫、苔藓虫和瓶筐石等新的生物门类,它们成为重要造礁生物;同时,腕足类、棘皮类、足类、腹足类、有孔虫和介形虫等附礁生物大量涌现。

石炭纪生物礁丘稀少,主要造礁生物特征不明显,可能主要为苔藓虫、珊瑚和藻类。

二叠纪是中国生物礁丘发育的鼎盛期,礁体遍及西北、西南和东南广大地区。

礁体和造礁生物特征明显,造礁生物主要为海绵,还有苔藓虫、水螅、床板珊瑚和藻类等次要造礁生物,常见藻类和钙质海绵礁丘,部分为藻类、海绵、珊瑚及苔藓虫生物礁丘[32]。

表2中国各地质时期生物礁的类型及其分布

1.4生物礁的形成

（1）造礁生物

生物堆积或生物作用的产物对生物礁的形成具有重要的作用。

造礁生物中，主要有藻类[7,8,9,10],、古杯动物[7,8,9],苔藓虫[7,8,9]、海绵动物、腔肠动物、棘皮动物（海百合）和软体动物（厚壳蛤类）。

（2）大地构造与生物礁

在漫长的地质历史中，构造运动的影响是广泛而深远的。

大地构造单元的不同特征是控制礁发育演化的重要因素之一[11,12,13]。

。

根据Scoffin（1978）的研究，生物礁的生长发育往往出现在那些先成地形稍高的地区，因为在这种地区浅水珊瑚生长较快而且沉积物的沉积速率较低。

而Kuznetsov（1990）则研究认为大地构造是生物礁发育演化压倒一切的控制因素，不同的地质历史时期，生物礁的类型、规模、不同类型所处的构造背景以及古地理控制都发生了明显的变化。

（3）海平面变化与生物礁

海平面变化是控制生物礁生长演化的又一重要因素。

在海平面不断变化及其与礁生长速度的不同配置作用影响下，生物礁的几何形态、内部结构、组分特征、群落演替、生态序列、生长速率、生长方式以及堆积型式等各不相同。

如二叠世的茅口期和长兴期是我国两次较大的成礁期，而这两次成礁期就正好对应了我国南方出现的两次较大规模的海侵海退旋回中海侵进一步扩大的阶段[3].

二、生物礁油气藏的烃源

据认为，生物礁富含各类造礁生物，烃源来自生物礁自身，具有自生自储的特点。

曾鼎乾等（1988）认为生物礁岩自身生油能力有限，生物礁油气藏的油源基本上是外源的，如渝东地区长兴期礁气藏的气源来自下伏龙潭组灰黑色页岩、深灰色泥晶灰岩，并非生物礁本身。

曾鼎乾1990年指出,礁岩不是油源岩,尽管它本身聚集了有机质,然而这是在浅水高能环境,不利于有机质保存,正是由于各种生物的高能水流机械的以及强烈的淡水成岩作用,使有机质没有能在礁体保存下来,特别是在礁核（包括礁坪）部分更是如此。

他还注意到,在一个大的礁复合体中,礁体背风面的某一局部的低能带,有机质中的一部分有幸被保存下来,即使这些幸而被保存下来的有机质能转化成烃类,要成为一个聚集大量烃类的礁油藏的油源也是完全不可能的,更何况在礁岩固结成岩的淡水成岩过程中,这些有机质有被氧化破坏的可能。

差异聚集原理更表明,礁油藏中的油不是礁内部生油造成的,而是来自外源[19]。

曾鼎乾先生指出[20]仁川,礁油气藏的多源是一个普遍现象,他认为微生物也能生油,“温封闭体系综合效应生油论”可解释崖14-1-1原油的混源特点,而与干酪根热降解论则相悖。

陈先沛认为:

油气田并不完全是外生矿床,相当的一部分可能是内、外生作用达到某种最佳匹配状态的结果。

杨晓宁等（2002）对贵州紫云石头寨长兴期礁古油藏的油源进行了分析，从样品有机碳数据分析结果看，盆地斜坡相泥质灰岩最佳，为主要的烃源岩。

另外。

通过古油藏储量计算可以说明礁灰岩不是主要的烃源岩:

计算礁内古油藏原油的储量应该有5473

104t,至少算是个中量级古礁油藏，这样多的原油可以肯定不是在厚度仅约130m、长6000m、宽800m的礁体内生成的，主要依靠盆地相泥质岩类烃源岩生油后运移而来。

塔里木盆地塔中地区上奥陶统礁滩复合体油藏的油气源主要来自于寒武-下奥陶统与上奥陶统两套烃源岩。

上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩沉积常具有礁丘滩三位一体的沉积组合，烃源层主要是台地边缘相或斜坡上的灰泥丘，而不是作为储集层的台缘骨架礁与障积礁沉积。

因此，严格地讲生物礁不能成为主要的烃源岩[5]。

三、物礁油气藏的储集层

生物礁的类型有多种，如台缘镶边礁、塔礁、独立的环礁、岸（堤）礁和点礁等，但能够形成有经济规模的礁体是台地镶边礁、塔礁和环礁[6]。

我国目前陆上发现的礁体油气藏主要集中在川东和川东北地区上二叠统的长兴组塔礁和塔里木盆地塔中地区的台缘镶边礁。

这两种不同类型的礁都形成了具有工业价值的油气藏，但其储层特征具有很大的差异性。

3.1川东北塔礁

晚二叠世晚期（长兴期）上扬子地台自东向西发生了大规模海侵，形成一系列海绵-水螅塔礁；自东向西形成了层位不断抬高的礁带。

如见天坝礁发育最早，生长于长兴一期，位于台地最边部；石宝寨礁发育于长二早期，板东礁、老龙洞礁发育于长二中期，川中华蓥山礁生长于长三期。

在开江—梁平海槽两侧亦发育了长兴期的塔礁，主要发育于近台地边缘的上斜坡部位，形成了一个环海槽的塔礁群，是勘探的主要目标，获得储量不等的天然气资源（图2）。

二叠系长兴组的塔礁个体小，一般在1

至几十

不等，高数十米至百米范围，为较深水泥质灰岩或灰质泥岩所围或部分所围，成孤立状或半孤立状，发育于上斜坡部位，成群点状分布，是典型的隐蔽圈闭。

川东北地区已发现一批长兴礁气藏，共获三级地质储量

。

礁体储层类型主要是以礁体白云石化层段为主（图2），如七里北-2井取芯白云岩有效储层厚度38.82m，平均孔隙度4.29%。

礁核相和礁缘相灰岩孔隙度很低，储层不发育，与礁核相邻（上下左右）的颗粒滩相是主要储集层段。

白云石化作用的层段往往在滩相，白云石化的相带是最优质的储层。

A

图2川东地区长兴组塔礁气藏分布与储层结构

A—台缘斜坡塔礁分布；

B—川东北塔礁储层结构—白云石化颗粒滩是主要储层，礁核相是非储层，礁翼及内部低能区微相储层差

3.2塔中台地边缘镶边礁滩复合体

塔里木盆地塔中地区的礁是另一种类型,它们主要生长在台地边缘上,是台地边缘的抗浪生物建造（图3）。

塔中地区的生物礁油气储层发育在上奥陶统的良里塔格组。

在巴楚野外露头地区观测到的生物礁建造,有几个明显的特点。

礁体比较宏大,由3个独立的礁体互连接构成,沿台地边缘形成复合礁群;礁体之间为生物层或生屑滩,与泥粒灰岩或粒泥灰岩互层构成。

礁体内部比较杂乱,不显层理;礁核主要由葵盘类和托盘类以及附礁藻类组成,侧翼为斜坡垮塌堆积层。

从地层结构看,礁滩复合体中的生物礁不似台地边缘礁那样高大,而为小型的点礁;即面积数至数十平方千米的生物骨架岩成为核心,周围的生物碎屑颗粒滩成为沉积建造主体,形成大面积层状展布的礁（点）滩（面）复合体。

野外地质调查、地震资料解释和钻井地质资料证实了这种礁滩体的沉积模式。

礁块骨架灰岩间主要为各种生物碎屑岩,其储集空间主

要以颗粒间孔和生物碎屑内孔为主。

礁基、礁盖和礁体间的大面积分布的颗粒滩多为海百合滩,以粒间孔为主。

此外成岩作用的白云石晶间孔和各类溶孔也是主要的孔隙类型。

塔中地区礁滩复合体优质储层主要是泥亮晶棘屑灰岩,薄片面孔率孔隙度可达3%~5%,沉积期短期暴露的淡水溶蚀改造的礁滩灰岩,储集性能更好。

总之,中国陆上礁体油气储层有两类,即独立塔礁和台缘礁滩复合体。

塔礁个体小,成群成带分布,单个礁是一个独立的气藏,但油气储量有限,具有典型岩性圈闭特点。

这类礁体的勘探由于个体小,分布不连续,地震识别难度较大。

台地边缘礁滩复合体,具似层状结构,整体含油,油气面积较大,具有构造岩性复合圈闭特征,较易识别。

图3：

塔中奥陶系台地边缘礁滩复合体沿塔中某带储层呈似层状发育

A）塔里木盆地巴楚良里塔格组台地边缘礁）））两个礁体内部结构杂乱,两礁间沉积旋回清晰，有6个生物建造旋回;

B）塔中某号带礁滩复合体呈层状分布的储层（由地震属性反演成图）;

C）礁滩复合体的沉积地貌图;

D）礁滩复合体的3D剖面。

四、生物礁油气的分布

生物礁块主体和礁前相是储集油气最为有利的相带。

这两个相带储集条件好，生物礁本身原生孔隙和次生溶洞都很发育，礁前相也同样具备这个条件。

勘探结果也证明，油气主要都是聚集在这两个相带中，生物礁圈闭的形态与礁组合储集体的形态有关。

生物礁油气藏的模式,即这种生物礁体是白云岩石化了的,并常与膏盐共生,即在生物礁体内,白云岩是良好的储层,而膏盐则是优质盖层。

有了这套组合,必有大油田、大气田[14]。

这也是国外碳酸盐岩油气勘探的成功经验。

需要指出的是在勘探生物礁油气田白云岩储层时,须研究成岩作用对孔隙的改造,研究它的孔隙发育程度。

如果被胶结物充填,那它就失去了储集条件。

生物礁的地震特征表现不很明显,因此到目前为止还没找到一种十分有效的识别方法。

最近,多道、多参数模式识别和/块反演有些新的发现。

另外,生物礁气藏在测井资料上的特征比较明显,自然伽马值或无铀伽马值表现为低值（<15API）,密度曲线、补偿声波、补偿中子曲线上无燧石团块或燧石条带反映地层倾角测井显示杂乱或空白模式。

应将这些特征与地震波各种属性有机联系起来进行研究。

也只有解决了识别问题才能进一步研究储层性能[15]。

在世界各地不同地质时代的生物礁中，发现了丰富的油气资源。

根据目前已有的资料，自古生代志留纪至新生代中新世，都发现有生物礁油气藏，其中以志留纪、泥盆纪、二叠纪、白垩纪、古近纪、新近纪的生物礁油气藏更为重要。

从分布地区来看，生物礁油气藏分布的重要地区有加拿大西部艾伯塔盆地、美国二叠盆地、俄罗斯乌拉尔上前坳陷、墨西哥湾盆地、中东波斯湾盆地、利比亚锡尔特盆地以及印度尼西亚萨拉瓦蒂盆地。

在这些盆地中，生物礁油气藏常成带分布，形成丰富产油气区[17]。

表3给出世界主要生物礁大油田[16]。

表3：

世界主要生物礁大油田

五、生物礁油气藏对我国的意义

据统计,目前发现的国内生物礁油气田有:

流花11-1油田（储层为第三系）,其石油地质储量为2.18

108t;威远气田（储层为震旦系）,其天然气地质储量为408

108m3;建南气田（储层为二叠系）,其天然气地质储量为50

108m3。

与国外生物礁油气藏相比,中国生物礁油气藏发现较少。

相比之下,西部地区生物礁研究落后于南部地区。

中国广大碳酸盐岩地区发现生物礁油气藏的可能性很大[16]。

需要特别指出的是我国南海地区具备形成生物礁的条件。

晚渐新世—中中新世由于洋壳扩张南海盆地形成!

南沙地块漂移到现今位置，随着海水大面积入侵早期形成的断阶高部位成为水下隆起!

岩石圈伸展引起的地幔岩浆喷发!

形成水下火山高地，为生物礁的形成创造了地形地貌条件，在物源供给不足的地区，出现适于生物礁发育的温暖"透光"洁净"具有正常盐度的浅水环境!

生物礁繁盛，从南海盆地演化和生储盖等地层层系形成时间上看，生物礁具有有利的生储盖配置关系和油气运聚条件，晚中新世—全新世区域热沉降形成全区统一的区域盖层!

南海生物礁油气藏得以保存，上述情况决定了南海盆地生物礁具有很大的油气勘探潜力[18]。

中国在许多地区[21-31]开展的勘验研究与开发表明我国拥有分布广泛、规模巨大的生物礁油气藏。

六、结论

国内外油气勘探实践表明，生物礁油气藏在世界油气储量中占有重要的地位。

不少国家的油气产量中生物礁油气藏占有相当大的比例[16]，如加拿大占60%，墨西哥占70%，南海盆地各产油区生物礁油气藏同样占有重要地位。

中国陆上海相碳酸盐岩储层类型齐全,油气资源潜力大,目前处于油气储量快速上升时期。

就目前找到的油气田看,碳酸盐岩储层主要以岩溶风化壳型和台地边缘礁滩型为主。

白云岩储层和台内颗粒滩储层的油气田也陆续有发现,勘探开发潜力大,是值得重点探索的油气领域。

在我国南方、青藏羌塘地区碳酸盐岩储层类型也是多种多样。

塔里木盆地塔中地区奥陶系是生物礁型油田的主要勘探方向,寒武系的盐下及白云岩储集层的油气值得关注。

鄂尔多斯盆地西南缘渭北隆起、天环凹陷奥陶系生物礁天然气勘探尚须重视,特别要注意基底断裂与生物礁的分布关系。

从南海盆地演化和生储盖等地层层系形成时间上看，生物礁具有有利的生储盖配置关系和油气运聚条件，晚中新世-全新世区域热沉降形成全区统一的区域盖层。

南海生物礁油气藏得以保存，上述情况决定了南海盆地生物礁具有很大的油气勘探潜力。

目前都在积极地开展基础地质研究和实际勘探,相信不久的将来必将获得重大突破。

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