渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱的建立及其地質(zhì)意義

李建平 劉士磊 龔瑩杰 戴黎明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱的建立及其地質(zhì)意義

李建平 劉士磊 龔瑩杰 戴黎明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

渤海海域漸新統(tǒng)頂、底界線及內(nèi)部地層單元沒有實測地質(zhì)年齡，對其地質(zhì)年齡的確定只能參考國際年表。利用古地磁測年法確定了渤海海域漸新統(tǒng)地質(zhì)年齡，建立了與國際古地磁標準年代表的對應關系，首次獲得了最完整的渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱。在此基礎之上，開展了渤海海域漸新統(tǒng)沉積速率計算、湖平面變化曲線校正和地層埋藏史分析，從而為該區(qū)油氣勘探研究提供了新的地質(zhì)依據(jù)。

渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱沉積速率湖平面變化曲線地層埋藏史地質(zhì)意義

以往渤海海域漸新統(tǒng)頂、底界線及其內(nèi)部地層單元沒有實測地質(zhì)年齡值，只能參考國際年表來確定其地質(zhì)年齡。然而，由于國際年表不能完全照搬套用，我國其他各大型油氣區(qū)均已采用各種方法建立起了符合本區(qū)實際的地質(zhì)年表，因此建立渤海海域漸新統(tǒng)地質(zhì)年表勢在必行。與眾多的年代測量方法相比，古地磁測年法精度較高［1］，且樣品不受巖性限制，具備特定的優(yōu)越性，所以筆者利用古地磁測年法建立了渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱，并在此基礎上開展了該地區(qū)漸新統(tǒng)沉積速率計算、湖平面變化曲線校正及埋藏史分析，從而對渤海海域古近系漸新統(tǒng)有了一個全新的認識。

1渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱的建立

1.1 樣品來源

本次研究所用樣品為遼東灣地區(qū)A井和B井東二段下亞段巖心。A井位于遼西凸起中部，取樣井段1 338～1 521 m，巖心長183 m，巖性多為含油粉砂巖、細砂巖和部分泥巖;B井位于遼西凹陷北端，取樣井段1 665～1 728 m，巖心長63 m;巖性為砂巖、粉砂巖夾薄層泥巖。

A井和B井采集非定向及定向古地磁樣品共計1 978塊。其中，A井巖心采集古地磁定向樣品716塊，采樣間距約25 cm;B井巖心采集古地磁定向樣品168塊，采樣間距約40 cm。A井采集磁化率樣品739塊，平均采樣間距約24 cm;B井采集磁化率樣品355塊，采樣間距約19 cm。

1.2 數(shù)據(jù)測量與處理

采用中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所“古地磁學與地質(zhì)年代學實驗室”長巖心低溫超導磁力儀(型號2G-760R)，對每個樣品的每個退磁步驟進行了剩磁測量。熱退磁實驗采用MMTD80型熱退磁爐，交變退磁實驗采用2G 760-R低溫超導磁力儀交變退磁系統(tǒng)。所有樣品的退磁實驗和剩磁測量都在零磁空間中進行，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性。

1.2.1 磁化率測定

每次測試1塊樣品。先對每一塊樣品稱重，然后利用Bartington MS2磁化率儀測試樣品的磁化率，最后計算得到樣品的質(zhì)量磁化率。

1.2.2 系統(tǒng)退磁

根據(jù)古地磁研究的國際規(guī)范，對全部定向樣品進行系統(tǒng)退磁。針對樣品的特性，采用不同的系統(tǒng)退磁方法。

對于含油砂少或不含油砂的巖石樣品，采用逐步熱退磁方法，退磁步驟依次為80、150、200、250、300、350、400、450、500、550、585、610、620、630、640、650、660、670、680℃。

對于含油砂較多的巖石樣品，采用逐步交變退磁方法，退磁步驟依次為50、75、100、125、150、200、250、300、400、500、600℃。

1.2.3 剩磁測定

在零磁空間中，利用2G-760R型長巖心低溫超導磁力儀測量樣品在每一個退磁步驟的剩磁參數(shù)，包括剩磁強度、磁傾角、視磁偏角。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過儀器讀數(shù)，簡單計算，即可得到樣品的質(zhì)量磁化率，具體計算公式為

磁化率(χ)=儀器讀數(shù)×10(g)/樣品質(zhì)量(g)，χ的單位為10－8m3/kg。

采用國際通用的PMag31d40程序分析樣品特征剩磁。

1.3 實驗數(shù)據(jù)分析

1.3.1 測試數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

為確保數(shù)據(jù)可靠性，采用了嚴格的古地磁研究步驟。首先對所有定向樣品進行系統(tǒng)退磁;其次針對不同樣品特性，采用熱退磁或者交變退磁對樣品進行系統(tǒng)退磁;再采用低溫超導磁力儀在零磁空間中開展退磁和剩磁測量;最后采用嚴格的標準，選擇可靠的特征剩磁。

為保證特征剩磁可靠，采用了以下方法:①對于熱退磁樣品，采用高溫分量。當特征剩磁載體是磁鐵礦，選取≥400℃的退磁步驟;當特征剩磁載體是赤鐵礦，采用≥610℃的退磁步驟。②對于交變退磁樣品，采用高場分量(即≥30 mT的退磁步驟)。③每個樣品至少保證4個連續(xù)的退磁步驟，實際上絕大多數(shù)樣品退磁步驟為11～19次。④每個樣品的最大角偏差(MAD)≤15°，實際上，大多數(shù)樣品的MAD＜10°。

1.3.2 磁化率特征

測試結(jié)果與磁性巖石的基本規(guī)律一致，即含油砂少或不含油砂的巖石樣品，其中磁鐵礦微小晶體的含量較高，磁化率高;含油砂較多的巖石樣品，其中有部分磁鐵礦微小晶體被還原(溶解)，磁化率有所降低。

A井的磁化率基本低于15×10-8m3/kg，并表現(xiàn)出顯著的波動性特征(圖1);B井的磁化率基本低于20×10-8m3/kg，但底部的磁化率可達50×10-8m3/kg，并表現(xiàn)出顯著的波動性特征(圖2)。

1.3.3 剩磁特征

通過系統(tǒng)退磁實驗，在去除掉1到2個次生磁組分之后，成功分離出了特征剩磁組分。利用PaleoMag軟件進行主成分分析，并通過最小二乘法擬合計算得到樣品的特征剩磁方向(注:磁偏角是任意的)。

A井的716塊樣品中，有346塊(占48%)獲得可靠的特征剩磁;B井的168塊樣品中，有109塊(占65%)獲得可靠的特征剩磁。實驗采用了線性退磁方法，即逐步加熱退磁使得原始剩磁的正交分量投影點逐步回到原點。

所有有效剩磁測量的樣品，其磁極確定獲得了至少5個以上有效數(shù)據(jù)點的擬合，MAD全部小于15°。其中，B井磁極的確定中，82%樣品的磁極性的確定采用了9個以上的數(shù)據(jù)點，74%樣品的MAD小于10°;A井磁極的確定中，82%樣品的磁極性的確定采用了9個以上的數(shù)據(jù)點，84%樣品的MAD小于10°。分別以獲得正磁極性的樣品(A14-14)及獲得負磁極性的樣品(B3-3)為例，說明剩磁實驗數(shù)據(jù)的可信度。

樣品A14-14采自A井井深1 454.6 m處，為含油泥質(zhì)粉砂巖。退磁過程中的磁傾角變化線性效果很好，且逐步趨向原點，所以顯示大部分剩磁為原生剩磁，退磁效果很好。該樣品的MAD為4.0°，遠小于古地磁學中規(guī)定的MAD＜15°的限度。該樣品獲得正極性，經(jīng)10個有效退磁點的計算，其磁傾角為+42.1°。

樣品B3-3采自B井深度1 693.4 m處，為粉砂巖。退磁過程中的磁傾角變化線性效果很好，且逐步趨向原點，所以獲得的剩磁大部分為原生剩磁，退磁效果很好。該樣品的MAD為3.2°，也遠小于古地磁學中規(guī)定的MAD＜15°的限度。該樣品獲得負極性，經(jīng)10個有效退磁點的計算，其磁傾角為－42.8°。

由于樣品的磁偏角是任意的，因此利用獲得的特征剩磁方向的磁傾角數(shù)據(jù)建立了A井和B井磁極性序列。

1.4 測年結(jié)果

按照古地磁學原理，并非所有極性數(shù)據(jù)都有效，只有3個以上具連續(xù)極性的點的數(shù)據(jù)方為有效，其他數(shù)據(jù)則被視為短暫極性倒轉(zhuǎn)事件(飄移)而被剔除。

1.4.1 古地磁極性測試結(jié)果

A井記錄了9個磁極性帶，從頂?shù)降滓来螢镹1、R1、N2、R2、N3、R3、N4、R4、N5(圖3);B井記錄了6個磁極性帶，從頂?shù)降滓来螢镹1、R1、N2、R2、N3、R3(圖4)。

圖3 遼西凸起中部A井磁極性序列及其與國際地磁極性年表的對比

1.4.2 測試結(jié)果與標準地磁年表對比

渤海海域上漸新統(tǒng)包括東一、東二和東三段，其時代跨度為24.0～36.5 Ma;新建立的A井和B井古地磁極性柱位于東二段下亞段的下部，故其底部年齡應為30 Ma左右。

在35～30 Ma期間，全球海平面升高，所有沉積體系的基準面都在升高，導致全球沉積物偏細，渤海海域形成了東三段大套泥巖;30 Ma是轉(zhuǎn)折點，在30～26 Ma期間，全球海平面持續(xù)下降，所有沉積體系的基準面都在下降，導致全球性發(fā)育大規(guī)模的三角洲沉積，在這時期渤海海域廣泛發(fā)育了東二段三角洲沉積。經(jīng)實鉆證實，A井發(fā)育多期三角洲沉積，與全球性三角洲體系吻合。

圖4 遼西凹陷北端B井磁極性序列及其與國際地磁極性年表的對比

綜合以上分析，建立了渤海海域A、B井與國際古地磁標準年表的對比關系(圖3、4)。

1.4.3 漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱的建立及應用分析

1999年，中國地質(zhì)大學對渤海地區(qū)C井和D井進行了古地磁研究，建立了這2口井的古地磁年代地層柱。本文在上述4口井古地磁研究的基礎上，將各井古地磁年代地層柱對接，在渤海海域第一次建立了漸新統(tǒng)最完整的古地磁年代地層柱(圖5)和古地磁時代年表(表1)，據(jù)此可以開展該地區(qū)漸新統(tǒng)沉積速率分析、盆地埋藏史分析及湖平面變化規(guī)律研究。

1.4.4 沉積速率分析

確定了巖心柱的古地磁年齡后，可根據(jù)底層回剝技術(shù)［2］逐層恢復沉積盆地每層當時的沉積厚度［3-4］，進而求出盆地在不同地質(zhì)時代的沉積速率。結(jié)果顯示，渤海海域A、B兩口井沉積速率有較大差別。

A井在29.76～27.97 Ma之間沉積速率明顯較大，平均值為98.8 m/Ma，大多數(shù)時間段內(nèi)其沉積速率都超過100 m/Ma，具體表現(xiàn)為:在29.76～29.66 Ma之間，沉積速率平均值為79 m/Ma;在29.66～29.40 Ma之間，沉積速率平均值為316 m/Ma;在29.40～28.75 Ma之間，沉積速率平均值為90m/Ma;在28.75～28.58 Ma之間，沉積速率平均值為296 m/Ma;在28.58～28.38 Ma之間，沉積速率平均值為124 m/Ma;在28.38～27.97 Ma之間，沉積速率平均值為67 m/Ma。

圖5 渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱

表1 渤海海域漸新統(tǒng)古地磁時代年表

B井在30.10～28.75 Ma之間沉積速率均小于100 m/Ma，平均值為46.7m/Ma，具體表現(xiàn)為:在30.10～29.77 Ma之間，沉積速率平均值為14 m/Ma;在29.77～29.40 Ma之間，沉積速率平均值為90 m/ Ma;在29.40～28.75 Ma之間，沉積速率平均值為97 m/Ma。

測井綜合剖面顯示，A井鉆遇東二段下部，至少發(fā)育有4期三角洲，這是該井該段沉積速率大的主要原因;而B井所鉆遇的東二段，當時的沉積物質(zhì)應來自“中央凸起”，物質(zhì)來源相對不豐沛，這可能是其沉積速率低的主要原因。

上述沉積速率分析給我們以下啟示:①同一層位在不同沉積區(qū)的沉積速率差異可以很大;②同一口井不同井段的沉積速率并非相近;③砂巖的沉積速率未必大于泥巖的沉積速率;④研究沉積演化時不能假定沉積速率是穩(wěn)定的［5-7］。

1.4.5 盆地埋藏史分析

利用B井地層厚度和地層年代及其他參數(shù)，獲得了該井地層埋藏史圖(圖6)，從而為該井區(qū)成藏分析提供了更為準確的依據(jù)。

圖6 經(jīng)古地磁年代校正的遼西凹陷北端B井地層埋藏史圖

1.4.6 湖平面變化規(guī)律研究

湖平面相對變化最可靠的地層標志是層序中的上超和頂超沉積邊界。利用湖平面相對變化的持續(xù)時間和變化幅度，可以得到湖平面相對升降周期的曲線(圖7)，但進一步經(jīng)古地磁時間校正后的湖平面變化曲線更為準確(圖8)。

圖7 未經(jīng)古地磁時間校正的遼西凸起中部A構(gòu)造湖平面變化曲線

圖8 經(jīng)古地磁時間校正的遼西凸起中部A構(gòu)造湖平面變化曲線

2地質(zhì)意義

(1)可以滿足渤海海域精細勘探、高效開發(fā)的需要

渤海海域漸新統(tǒng)從沙二段到東一段是一個完整的湖進湖退序列［8］，其中東營組尤其是東二段普遍發(fā)育三角洲沉積，是渤海探區(qū)的一套重要含油層系，而精細的地層格架是科學實施隱蔽油氣藏等精細勘探和高效開發(fā)的基礎和前提。磁性地層研究與生物地層學、旋回地層學相結(jié)合，可以建立地區(qū)性高分辨率極性時間表，大大提高了該地區(qū)地層對比的精度和尺度，滿足了精細地層格架的需要。

(2)能夠成為盆地演化、古地理格局恢復的新依據(jù)

層序界面的暴露和淹沒會導致磁性礦物的富集和(或)礦物相的轉(zhuǎn)變，而不同體系域水體深淺的變化趨勢也會導致氧化—還原環(huán)境和充填速率的規(guī)律性變化，地層剖面的磁化率對此均有一定的反映。通過磁性測量，建立不同層序位置、不同沉積環(huán)境的磁化率模式，進而建立新的沉積環(huán)境替代性指標，為精準恢復巖相古地理提供了新的技術(shù)手段。

(3)可以提供準確的油氣成藏時限

傳統(tǒng)成藏時限的確定主要是依據(jù)構(gòu)造演化史、圈閉形成史與烴源巖生排烴史作推斷，能較為準確地提供盆地或區(qū)帶尺度成藏事件的時限，但難以定量解決單個油氣藏成藏時限。研究表明，烴類流體聚集與磁性礦物生成、變化密切相關，剩磁分量平均方向統(tǒng)計特征與同一大地構(gòu)造單元古地磁背景相結(jié)合能夠識別出與烴類流體運聚作用相關剩磁分量，據(jù)此計算的古地磁極位置及古地磁極性年代表所確定的剩磁分量的形成時代可提供準確的油氣成藏時限。

3結(jié)束語

古地磁測年法是一種精細的測年技術(shù)，可為建立精細年代地層格架提供新的技術(shù)手段，據(jù)此建立的渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱為渤海探區(qū)下一步勘探打下了很好的基礎?；跍y定的古地磁磁化率和剩余磁性，對研究區(qū)東營組的地質(zhì)定年、湖平面變化等進行了分析與校正，獲取了準確的沉積速率、湖平面變化曲線和地層埋藏史，從而為該區(qū)油氣勘探研究提供了新的地質(zhì)依據(jù)。本次研究基本上建立起了渤海海域漸新統(tǒng)古地磁柱，而且也摸索出了一套深入研究這一地質(zhì)問題的基本思路。今后有必要繼續(xù)拓展研究，以建立渤海海域整個新生界完整的古地磁年代系統(tǒng)為目標，以便更好地滿足該區(qū)的精細勘探需求。

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(編輯:周雯雯)

A paleomagnetic column of Oligocene chronostratigraphy and its geological significance in Bohai water

Li Jianping Liu Shilei Gong Yingjie Dai Liming
(Bohai Oilfield Exploration and Development Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452)

In Bohai water，the geological ages of Oligocene top，base and its internal units can only be referred to some global geochronologic charts for their lack of the measured data．Therefore，palaeomagnetic dating was used to determine these geological ages，and their correlation with Global Palaomagnetic Time Scale was established，resulting in the most complete paleomagnetic column of Oligocene chronostratigraphy in Bohai water for the first time．Based on this paleomagnetic column，some important works can be done in Bohai water，including calculating the Oligocene sedimentation rate，calibrating the curves of lake-level change and analyzing the burial history，which will provide new geological evidences for hydrocarbon exploration in Bohai water．

Bohaiwater;Oligocene;palaeomagnetism; chronostratigraphic column;sedimentation rate;lakelevel change curve;burial history;geological significance

李建平，男，教授級高級工程師，主要研究方向為地層、沉積學與石油地質(zhì)。地址:天津市塘沽區(qū)609信箱(郵編:300452)。E-mail:lijp@cnooc．com．cn。