松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷火山巖鋯石U-Pb測(cè)年及其地質(zhì)意義

李瑞磊，朱建峰，劉 瑋，劉曼麗，陸建林，王保華，陳光宇

[1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083; 2.中國(guó)石化 東北分公司，吉林 長(zhǎng)春 130062;3.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130062; 4.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126]

松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷火山巖鋯石U-Pb測(cè)年及其地質(zhì)意義

李瑞磊1,2，朱建峰2，劉 瑋3，劉曼麗2，陸建林4，王保華4，陳光宇2

[1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083; 2.中國(guó)石化 東北分公司，吉林 長(zhǎng)春 130062;3.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130062; 4.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126]

火山巖是松遼盆地?cái)嘞萜谂璧爻涮畹闹黧w，其年齡的精確標(biāo)定是認(rèn)識(shí)盆地裂陷啟動(dòng)時(shí)間和地層劃分對(duì)比的基礎(chǔ)。系統(tǒng)采集了長(zhǎng)嶺斷陷20件火山巖樣品，進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析。鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果顯示，原定火石嶺組的火山巖形成于110～119 Ma，應(yīng)劃歸為營(yíng)城組一段；原定營(yíng)城組的火山巖形成于100～109 Ma，應(yīng)劃歸為營(yíng)城組三段。所選火山巖樣品鑒定為安山巖、粗面巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r和流紋巖；在TAS圖解中落入流紋巖、粗面巖以及粗面英安巖區(qū)域。兩個(gè)年齡區(qū)間的火山巖具有相似的地球化學(xué)特征，如銪負(fù)異常和稀土配分曲線都為輕稀土富集的右傾斜型，進(jìn)一步暗示了二者的親緣性。作為松遼盆地南部最大的深層構(gòu)造單元，長(zhǎng)嶺斷陷的火山巖地層序列需要重新厘定；松南地區(qū)火山-裂谷作用起始于早白堊世晚期而非晚侏羅世，相應(yīng)的盆地構(gòu)造-沉積史和油氣形成演化史也需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

鋯石U-Pb年齡；地層劃分；裂陷啟動(dòng)期；火山巖；長(zhǎng)嶺斷陷

松遼盆地是我國(guó)較大的中新生代陸相含油氣盆地，具有斷陷-坳陷雙層結(jié)構(gòu)。上部坳陷層主要是后裂谷期形成的沉積蓋層，下部斷陷層為同裂谷期的火山巖夾煤系地層[1]。長(zhǎng)嶺斷陷位于松遼盆地南部，面積為1.3×104km2，是松遼盆地南部面積最大、埋藏最深的斷陷[2-3]。自1960年代開(kāi)始油氣勘探和研究工作，早期主要集中在盆地隆起區(qū)和淺層，在2000年后火山巖的油氣勘探取得了重大突破，火山巖成為深層天然氣勘探的主要目的層位[4-5]。火山巖層位的準(zhǔn)確厘定是層位對(duì)比、盆地充填以及油氣藏勘探開(kāi)發(fā)等相關(guān)研究的基礎(chǔ)。然而長(zhǎng)嶺斷陷火山巖的地層劃分和各組、各層位的年代還存在爭(zhēng)議?；谝酝蜌饪碧降刭|(zhì)分層的結(jié)果顯示，長(zhǎng)嶺斷陷的斷陷期充填始于晚侏羅世火石嶺組，發(fā)育沙河子組和營(yíng)城組，自下而上的火石嶺組二段、營(yíng)城組一段(營(yíng)一段)和營(yíng)城組三段是火山巖發(fā)育的3個(gè)主要層段[2，6-12]。然而，近幾年隨著勘探的進(jìn)展本區(qū)勘探地層界線已進(jìn)行了調(diào)整，原定火石嶺組的大量火山巖是否均為火石嶺組，原定營(yíng)城組的火山巖具體屬于營(yíng)一段還是營(yíng)三段，這些問(wèn)題制約了地層、盆地和油氣等相關(guān)問(wèn)題的研究與認(rèn)知進(jìn)程。同位素年齡的測(cè)定，無(wú)疑為研究盆地火山巖層位歸屬提供了一種有效的方法。本文在鉆井、測(cè)井和地震層位對(duì)比的基礎(chǔ)上，開(kāi)展針對(duì)性的火山巖系統(tǒng)采樣，研究長(zhǎng)嶺斷陷火石嶺組和營(yíng)城組火山巖的巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代特征。研究結(jié)果對(duì)厘定區(qū)內(nèi)火山巖地層及年代歸屬有重要意義，也為盆地充填和油氣勘探提供了新的基礎(chǔ)資料。

1 地質(zhì)概況和樣品采集

長(zhǎng)嶺斷陷是一個(gè)復(fù)合式中生代斷陷，可以劃分為8個(gè)構(gòu)造區(qū)帶，包括乾安次凹、查干花次凹、長(zhǎng)嶺次凹、蘇公坨斷坡帶、北正斷坡帶、所圖低凸帶、達(dá)爾罕斷凸帶和東嶺構(gòu)造帶。本文主要對(duì)長(zhǎng)嶺斷陷查干花次凹、東嶺構(gòu)造帶、達(dá)爾罕斷凸帶和北正斷坡帶4個(gè)區(qū)塊進(jìn)行采樣(圖1)，采樣層位為斷陷層，集中分布在原層位劃分的火石嶺組和營(yíng)城組。經(jīng)巖礦薄片鑒定，采集的火山巖主要有流紋巖、粗面巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r和安山巖(圖2)。

2 火山巖測(cè)年和地球化學(xué)

2.1 火山巖測(cè)年結(jié)果

對(duì)采自長(zhǎng)嶺斷陷的20件火山巖樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析，CL圖像顯示，所測(cè)巖石樣品的鋯石顆粒晶形較好，具環(huán)帶或條帶狀結(jié)構(gòu)，鋯石的Th/U值均大于0.1，為典型巖漿成因的鋯石，年齡諧和曲線如圖3所示。

測(cè)年結(jié)果顯示，長(zhǎng)嶺斷陷火山巖形成于101～119 Ma的早白堊世晚期(表1)，與前人在松遼盆地南部所測(cè)斷陷層火山巖鋯石的U-Pb年齡一致[13-22]，但地質(zhì)層位歸屬有較大調(diào)整。具體表現(xiàn)為：原定為火石嶺組樣品，測(cè)年結(jié)果111～118 Ma，應(yīng)劃歸到營(yíng)城組一段；原定營(yíng)城組的火山巖可進(jìn)一步細(xì)分為營(yíng)城組一段(110～119 Ma)和營(yíng)城組三段(100～109 Ma)。

圖1 松遼盆地長(zhǎng)嶺斷陷構(gòu)造分區(qū)及采樣位置

2.2 火山巖地球化學(xué)

選擇不同構(gòu)造帶和不同層位的代表性火山巖進(jìn)行元素地球化學(xué)特征對(duì)比，研究不同期次火山巖的地球化學(xué)屬性，并為火山巖層位對(duì)比提供佐證。長(zhǎng)嶺斷陷原定火石嶺組和營(yíng)城組火山巖具有相同的地球化學(xué)特征，在TAS圖解中落入流紋巖、粗面巖以及粗面英安巖區(qū)域(圖4)。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線顯示(圖5)，銪負(fù)異常和稀土配分曲線都為輕稀土富集的右傾斜型。相似的地球化學(xué)特征，進(jìn)一步暗示了二者的親緣性。

3 討論

3.1 長(zhǎng)嶺斷陷地層劃分對(duì)比

松遼盆地南部斷陷層火山沉積序列的層位對(duì)比一直有較大爭(zhēng)議，其焦點(diǎn)之一是營(yíng)城組火山碎屑巖之下中性火山巖的歸屬問(wèn)題[7，11-13]。由本文測(cè)年結(jié)果可知，長(zhǎng)嶺斷陷火山巖的形成時(shí)代為100～119 Ma，屬早白堊世晚期，并呈現(xiàn)出兩個(gè)年齡峰值。第一個(gè)年齡峰值區(qū)間為100～109 Ma，第二個(gè)年齡峰值區(qū)間為110～119 Ma。由表1可知，第一個(gè)年齡區(qū)間對(duì)應(yīng)于營(yíng)城組三段，第二個(gè)年齡區(qū)間對(duì)應(yīng)于營(yíng)城組一段。依據(jù)本文火山巖測(cè)年結(jié)果和井間測(cè)井-地震火山地層對(duì)比，對(duì)前人測(cè)年結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一的層位調(diào)整(表1)。該分層方案使得井間和斷陷間地層對(duì)比關(guān)系更加明晰，也使得地質(zhì)層位與地震反射層之間更趨于一致，顯示出更好的客觀性和可操作性(圖6)。

圖2 長(zhǎng)嶺斷陷測(cè)年樣品典型火山巖類顯微照片

圖3 長(zhǎng)嶺斷陷火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

續(xù)圖3 長(zhǎng)嶺斷陷火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

續(xù)圖3 長(zhǎng)嶺斷陷火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

采樣地點(diǎn)井號(hào)取樣深度/m樣號(hào)巖性年齡/Ma原層位現(xiàn)層位資料來(lái)源查干花次凹腰深33529.75～3529.90YS3-1流紋質(zhì)凝灰?guī)r107±6營(yíng)城組營(yíng)三段腰深44167.30～4168.50YS4-1角閃粗面巖112±1營(yíng)城組營(yíng)一段腰深53873.50～3873.65YS5-2流紋巖104±3營(yíng)城組營(yíng)三段腰深2014104.10～4104.30YS201-1堿性流紋巖106±2營(yíng)城組營(yíng)三段腰深73212.55～3212.65YS7流紋質(zhì)凝灰?guī)r108±3營(yíng)城組營(yíng)三段腰深73560.00YS7凝灰?guī)r107±2營(yíng)城組營(yíng)三段腰深73213.55CLZJ-33y流紋質(zhì)凝灰?guī)r104±2營(yíng)城組營(yíng)三段腰深64166.00CLZJ-30y凝灰?guī)r104±8營(yíng)城組營(yíng)三段腰深44166.75CLZJ-25y流紋巖109±3營(yíng)城組營(yíng)三段數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[19-20]本文達(dá)爾罕斷凸帶腰深13569.00～3569.20YS1流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r105±2營(yíng)城組營(yíng)三段龍深14218.00LS1粗面質(zhì)凝灰?guī)r101±5營(yíng)城組營(yíng)三段龍深24114.27CLZJ-07y流紋巖100±1營(yíng)城組營(yíng)三段DB102569.00含角礫安山巖102±1營(yíng)城組營(yíng)三段達(dá)23613.00流紋巖105±1營(yíng)城組營(yíng)三段數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[20,22]本文數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[18]東嶺構(gòu)造帶松南1882119.00～2129.00SN188安山巖101±1營(yíng)城組營(yíng)三段松南1012417.00～2422.00SN101流紋巖103±1營(yíng)城組營(yíng)三段本文北正斷坡帶新深13570.00XS1安山巖102±1營(yíng)城組營(yíng)三段雙深21680.00SS2安山巖105±1營(yíng)城組營(yíng)三段雙深21870.00SS2流紋斑巖103±2營(yíng)城組營(yíng)三段本文查干花次凹達(dá)爾罕斷凸帶腰深34320.00YS3流紋質(zhì)凝灰?guī)r117±1火石嶺組營(yíng)一段腰深74260.00YS7流紋質(zhì)凝灰?guī)r118±2火石嶺組營(yíng)一段龍深14504.00LS1流紋質(zhì)凝灰?guī)r111±2火石嶺組營(yíng)一段龍深14565.00LS1安山巖111±2火石嶺組營(yíng)一段龍深14700.00LS1流紋質(zhì)凝灰?guī)r112±3火石嶺組營(yíng)一段DB142100.00DB14安山巖111±2火石嶺組營(yíng)一段本文本文東嶺構(gòu)造帶松南1802469.00SN180-1杏仁安山巖106±3火石嶺組營(yíng)三段松南1802708.00SN180-2杏仁安山巖116±1火石嶺組營(yíng)一段數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[21]北正斷坡帶新深14410.00XS1安山巖116±2火石嶺組營(yíng)一段新深14570.00XS1粗面巖119±3火石嶺組營(yíng)一段東深14630.00DS1安山巖110±2火石嶺組營(yíng)一段雙1012292.00～2304.00S101流紋質(zhì)凝灰?guī)r118±1火石嶺組營(yíng)一段本文

注：測(cè)試方法為L(zhǎng)A-ICP-MS。

圖4 長(zhǎng)嶺斷陷火山巖TAS分類

圖5 長(zhǎng)嶺斷陷稀土元素配分模式[23]

原定為火石嶺組和營(yíng)城組的火山巖在常量和稀土元素特征方面均具有相似性。以往研究表明，松遼盆地火石嶺組與營(yíng)城組火山巖在地球化學(xué)特征方面存在顯著差異[24-26],這就進(jìn)一步暗示了原定火石嶺火山巖應(yīng)該屬于營(yíng)城組火山巖。

3.2 松遼盆地南部深層勘探前景

從目前鉆井揭示情況看，松南長(zhǎng)嶺斷陷沙河子組直接覆蓋在基底淺變質(zhì)巖之上。本區(qū)盆地充填特征為，以沙河子組細(xì)碎屑巖開(kāi)始，接著為營(yíng)城組一段火山巖、營(yíng)二段火山碎屑巖夾煤、營(yíng)三段火山巖。本區(qū)第一期大規(guī)模火山作用發(fā)生在119 Ma前后，屬于營(yíng)城組一段，說(shuō)明長(zhǎng)嶺斷陷的火山-裂谷作用起始于早白堊世晚期而非晚侏羅世。在區(qū)域上松遼盆地初始裂陷往往表現(xiàn)為火山裂谷型盆地充填[6，27]。松南長(zhǎng)嶺斷陷以沙河子組細(xì)粒沉積開(kāi)始，可能代表著裂陷期松遼盆地及鄰區(qū)在成盆作用方面的時(shí)空差異性。

長(zhǎng)嶺斷陷天然氣的分布特征受到烴源巖分布范圍及生烴強(qiáng)度的控制[28]。長(zhǎng)嶺斷陷沙河子組和營(yíng)城組湖沼相暗色泥巖和含煤泥巖具有分布范圍廣、厚度較大和有機(jī)質(zhì)豐度較高等特征，是深層天然氣生成主要的烴源巖[29-30]。本區(qū)營(yíng)城組發(fā)育完整的火山沉積序列，可與沙河子組細(xì)粒沉積構(gòu)成多套原生氣藏的生儲(chǔ)蓋組合[31-32]。沙河子組泥巖生烴，營(yíng)城組一段火山巖作為儲(chǔ)層，營(yíng)城組二段泥巖作為蓋層的一個(gè)成藏組合；沙河子組泥巖和營(yíng)城組二段煤系烴源巖，營(yíng)城組三段作為主要儲(chǔ)層，營(yíng)城組上段及登婁庫(kù)組泥巖作為蓋層的成藏組合；沙河子自生自儲(chǔ)、營(yíng)城組自生自儲(chǔ)的成藏組合，顯示出樂(lè)觀的勘探前景。

4 結(jié)論

1) 長(zhǎng)嶺斷陷火山巖測(cè)年結(jié)果顯示年齡分為兩個(gè)峰值區(qū)間，分別是100～109 Ma和110～119 Ma，分別對(duì)應(yīng)地層為營(yíng)城組三段和一段。

2) 本區(qū)營(yíng)城組發(fā)育完整的火山-沉積序列，由兩套火山巖和營(yíng)二段碎屑巖含煤層序構(gòu)成。沙河子組發(fā)育以細(xì)碎屑巖為主的沉積層序，通常直接覆蓋在基底淺變質(zhì)巖之上。

3) 長(zhǎng)嶺斷陷啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)為早白堊世，而非晚侏羅世。初始斷陷表現(xiàn)為沙河子組細(xì)碎屑巖沉積，形成快速沉降的非補(bǔ)償型向上變深變細(xì)變薄序列，烴源巖發(fā)育。其盆地充填為沙河子組碎屑巖，營(yíng)城組一段和三段以火山巖為主，營(yíng)城組二段以碎屑巖為主，可形成多套生儲(chǔ)蓋組合的原生油氣藏，深層勘探前景廣闊。

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(編輯 張玉銀)

Zircon U-Pb dating of volcanic rocks of Changling Fault Depression in the southern Songliao Basin and its geological significance

Li Ruilei1,2，Zhu Jianfeng2,Liu Wei3,Liu Manli2,Lu Jianlin4,Wang Baohua4,Chen Guangyu2

(1.CollegeofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,NortheastBranchCorporation,SINOPEC,Changchun,Jilin130062,China;3.CollegeofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun,Jilin130061,China;4.WuxiInstituteofPetroleumGeology,ExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPEC，Wuxi,Jiangsu214126,China)

Volcanic rocks are the main basin fillings during the formation of fault depression in the Songliao Basin,and their accurate dating is the basis of the rifting timing and layer subdivision.Twenty volcanic rocks samples were collected from the Changling Fault Depression and dated with LA-ICP-MS zircon U-Pb ages.Zircon U-Pb dating shows that the previous recognized Huoshiling Fm volcanic rocks formed between 110～119 Ma and should be grouped into the 1stMember of the Yingcheng Fm.While the previously recognized Yingcheng Fm volcanic rocks formed between 100～109 Ma and should be grouped into the 3rdMember of the Yingcheng Fm.Petrologically,the volcanic rocks are composed dominantly of andesite,trachyte,rhyolitic tuff and rhyolite,which are displayed in TAS diagram.Geochemical data show that the volcanic rocks have similar features such as light rare earth elements enrichment and negative Eu anomalies,indicating their affinity.As the deepest structure unit in the southern Songliao Basin,new layer subdivision and correlation strategy need to be proposed.And the results also indicate that the syn-rift stage of the southern Songliao Basin started at the Early Cretaceous rather than the previously believed Late Jurassic,which means the corresponding structure-sedimentary and hydrocarbon formation history need to be further recognized.Key words：zircon U-Pb dating，layer subdivision，initiation of fault depression,volcanic rock,Changling Fault Depression

2014-12-24;

2015-03-05。

李瑞磊(1970—)，男，博士、高級(jí)工程師，油氣地質(zhì)勘查。E-mail：liruilei99@163.com。

國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2012CB82000);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41472304，41202072)；中國(guó)石化科技項(xiàng)目(P14020)。

0253-9985(2015)05-0736-09

10.11743/ogg20150504

TE135

A