瓊東南盆地上新世中央峽谷物源分析及其意義①

李 冬 徐 強(qiáng) 王永鳳

(1.中海油研究總院 北京 100027;2.石油化工管理干部學(xué)院 北京 100012)

0 引言

中央峽谷是南海西部重要的沉積體之一，自2001年林暢松教授提出“盆地軸向大型下切谷和重力流體系”(即中央峽谷)之后深受廣大學(xué)者關(guān)注［1-13］，其物源問(wèn)題是中央峽谷研究的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題之一，一直處于爭(zhēng)論之中。起初認(rèn)為該峽谷早期為東部物源，晚期為西部物源，主要是由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所引起［1］;隨著研究的深入，提出了一些新的觀點(diǎn)，如來(lái)自陸坡附近［2］、以紅河物源為主［5，7］或以海南島西部河流為主(僅為推測(cè)，無(wú)報(bào)道，圖1)等;而最新研究表明峽谷內(nèi)部沉積物充填存在階段性，早期是由西向東流動(dòng)的，峽谷西側(cè)物源起主導(dǎo)地位，晚期表現(xiàn)為沉積物側(cè)向充填特征主要受到海南島物源影響［12］。此外一些學(xué)者認(rèn)為其可能來(lái)自越南東部河流(僅為推測(cè)，無(wú)報(bào)道，圖1)?？梢?jiàn)，目前對(duì)中央峽谷物源問(wèn)題的探討主要集中于物源方向上，并且最新的研究認(rèn)為峽谷西部物源對(duì)峽谷早期充填具有重要的作用，而具體哪一條河流起主導(dǎo)作用并沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。究其原因在于目前所用的分析方法主要是根據(jù)峽谷的走向以及少有的重礦物數(shù)據(jù)。然而，由于南海西部盆地中央凹陷帶鉆井較少、峽谷西部河流較多以及重礦物隨搬運(yùn)距離發(fā)生變化等因素，導(dǎo)致了利用重礦物的平面分布規(guī)律(如ZTR指數(shù)變化等)來(lái)判斷物源難度增大。因此，本文針對(duì)目前中央峽谷物源分析方法的不足，主要采用稀土元素和鋯石測(cè)年等較為成熟和先進(jìn)的物源分析手段，并結(jié)合重礦物組合特征，分析了中央峽谷的物源特征，為中央峽谷后續(xù)研究奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1 區(qū)域概況

鶯歌?！倴|南盆地位于南海西北部，屬于新生代被動(dòng)大陸邊緣盆地。盆地演化至今經(jīng)歷了裂谷期、漂移期和飄移后期。在上新世，于鶯歌海盆地南部和瓊東南盆地的中央凹陷帶形成了中央峽谷。該峽谷呈“S”形，長(zhǎng)約570 km，寬 3～11 km(圖1)。本文所采集的中央峽谷樣品為上新世早期沉積物，形成年齡為5.5～3.6 Ma之間。

近期研究表明，峽谷西側(cè)的物源對(duì)中央峽谷的形成具有重要的貢獻(xiàn)［12］。在峽谷西部存在近源的海南島物源、位于鶯歌海盆地西北方向遠(yuǎn)源的紅河物源、越南東部河流以及湄公河可能在歷史時(shí)期發(fā)生決口在鶯歌海盆地西部提供了湄公河決口物源(圖1)。解決哪個(gè)物源是中央峽谷的主要物源，是本文研究的重點(diǎn)。

圖1 研究區(qū)位置、中央峽谷特征及樣點(diǎn)分布圖Fig.1 The study area，Central Canyon characteristics and distribution of samples

2 物源分析

2.1 重礦物特征

HH井位于鶯歌海盆地北部，代表紅河沉積物的重礦物特征。圖2可見(jiàn)，紅河沉積物具有較低的ZTR指數(shù)(13.1%)、較高的石榴石(15.9%)、較高的白鈦礦(16.4%)和較高的磁鐵礦(27.4%)，反應(yīng)了紅河沉積物區(qū)母巖為變質(zhì)巖和中性或基性巖漿巖［7，14］。HN1井位于海南島西部，反映了海南島沉積物重礦物特征，ZTR指數(shù)很高(鋯石含量非常高42.3%)石榴石含量較低，揭示出海南島沉積物母巖區(qū)為酸性巖漿巖。中央峽谷上新世沉積物樣品(圖2中C1～C4井)均表現(xiàn)為較低的ZTR指數(shù)和較高的石榴石含量，指示中央峽谷上新世沉積物母巖區(qū)以變質(zhì)巖或基性巖為主，明顯區(qū)別于海南島酸性巖漿巖。因此，從中央峽谷重礦物組成來(lái)看，其與紅河沉積物相似，說(shuō)明中央峽谷上新世沉積物來(lái)自于紅河水系。

2.2 稀土元素特征

圖2 中央峽谷重礦物組成特征Fig.2 The characteristics of heavy mineral composition in the Central Canyon

稀土元素分析是物源分析中的一個(gè)重要研究方法，也是目前應(yīng)用較廣、應(yīng)用效果較好的物源分析方法［15-17］。本次研究采集了 C1～C4、D1～D4、HH、以及HN1～HN2鉆井樣品，送往中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所進(jìn)行測(cè)試分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3a中可以看出，中央峽谷沉積物、鶯歌海盆地D區(qū)沉積物以及紅河物源沉積物在δEu和(La/Yb)N關(guān)系圖中投點(diǎn)集中在同一區(qū)域，說(shuō)明中央峽谷、D區(qū)沉積物和紅河沉積物來(lái)自于同一水系，即紅河水系。此外，在圖3b稀土元素配分模式中同樣可以看出，所測(cè)樣品點(diǎn)明顯可以劃分為正Eu異常區(qū)和負(fù)Eu異常區(qū):正Eu異常區(qū)主要集中在盆地的中央坳陷帶，如HH點(diǎn)、D1～D4點(diǎn)以及C1～C4點(diǎn)均為正Eu異常;負(fù)Eu異常區(qū)位于正Eu異常區(qū)兩側(cè)，如HN1、HN2和湄公河決口沉積物。由此可見(jiàn)，中央峽谷上新世沉積物主要來(lái)自于紅河水系。

圖3 a.(La/Yb)N與δEu關(guān)系圖;b.稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.3 a.(La/Yb)N-δEu diagram;b.Chondrite normalization of the samples，REE pattern

2.3 鋯石年齡頻譜特征

利用鋯石年齡的頻譜特征進(jìn)行物源區(qū)對(duì)比較為成熟。本次研究過(guò)程中針對(duì)中央峽谷上新世樣品進(jìn)行了取樣、鋯石挑選與測(cè)試工作。鋯石的Shrimp UPb測(cè)年工作在北京離子探針中心完成，測(cè)試過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)20和21。對(duì)于測(cè)試結(jié)果，刪除不諧和度大于20%的鋯石年齡以確保數(shù)據(jù)的可用性。另外，本次研究中收集了越南東部河流、海南島西部河流以及紅河的鋯石年齡用于對(duì)比分析，各流域及中央峽谷鋯石年齡頻譜特征見(jiàn)圖4。而對(duì)于紅河來(lái)說(shuō)，其在歷史時(shí)期水系發(fā)生過(guò)重大變化，并有研究表明紅河水系發(fā)生重大變化是在中新世［18-19］，故選取了紅河晚中新世以前的鋯石年齡譜(＞17 Ma)和現(xiàn)今沉積物鋯石年齡譜分別代表紅河物源區(qū)特征。圖4為中央峽谷(5.5～3.6 Ma)和潛在物源區(qū)鋯石年齡譜的平面分布特征，從圖中可以看出，越南東部的現(xiàn)今一些河流，包括馬江、藍(lán)江、里河、秋濱河以及歸仁河等的鋯石年齡較為相似，年齡峰值均出現(xiàn)在400 Ma左右或小于400 Ma;馬江、藍(lán)江與里河中大于1 000 Ma的鋯石不發(fā)育，而在秋濱河與歸仁河中大于800 Ma的鋯石不發(fā)育。從越南東部這些河流的鋯石年齡分布來(lái)看與上新世的中央峽谷明顯不同。因此，可以斷定越南東部的河流不是這些沉積體的主要物源。

另外，對(duì)于海南島西部河流來(lái)說(shuō)，鋯石年齡的峰值主要出現(xiàn)在小于400 Ma的區(qū)間內(nèi)，而大于400 Ma的鋯石發(fā)育很少(黎河僅在1 200～1 600 Ma少量發(fā)育，感恩河僅在1 200 Ma左右少量發(fā)育)，故海南西部的河流也不是上述沉積體的主要物源。那么，紅河是不是其主要物源呢?從現(xiàn)今紅河的鋯石年齡分布來(lái)看，鋯石年齡的分布區(qū)間與中央峽谷同樣表現(xiàn)出不同的分布特征，而對(duì)于古紅河(＞17 Ma)來(lái)說(shuō)，兩者吻合較好。

綜合上述重礦物、稀土元素以及鋯石年齡的對(duì)比分析結(jié)果可以看出，中央峽谷沉積物與紅河物源沉積物最為相似，而與海南島、越南東部河流差別明顯。因此，推測(cè)中央峽谷沉積物主要來(lái)源于紅河。

3 研究意義

圖4 中央峽谷以及潛在物源鋯石年齡頻譜特征Fig.4 Zircon age spectrum of the Central Canyon and the potential provenance sediments

紅河是源于青藏高原東南緣的大型河流，其形成演化與高原隆升密不可分，并與長(zhǎng)江的形成相關(guān)，而高原的隆升歷史和長(zhǎng)江的形成是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，并且已有100余年的研究歷史。然而，對(duì)于該問(wèn)題尚沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。從本文的分析結(jié)果來(lái)看，古紅河(＞17 Ma)和中央峽谷樣品(5.5～3.6 Ma)鋯石年齡相似而與現(xiàn)今明顯不同，指示了紅河在3.6 Ma以前并沒(méi)有發(fā)生重大變化，而是在3.6 Ma至今某個(gè)時(shí)期紅河水系發(fā)生了重大變化。有研究表明早期的金沙江是通過(guò)紅河向南流入南海的，而后的某個(gè)時(shí)期金沙江發(fā)生改道流入長(zhǎng)江，而使長(zhǎng)江貫通，對(duì)于長(zhǎng)江貫通時(shí)間也有研究表明發(fā)生在3.2 Ma［21］，這與本文指出的時(shí)間相吻合。另外，實(shí)際深水油氣勘探表明:與大河注入相關(guān)的濁流體系是油氣勘探的重要目標(biāo)，例如孟加拉扇等。而在我國(guó)的深水油氣勘探實(shí)踐中也證明了與珠江大河注入相關(guān)的白云深水扇具有重要的油氣勘探價(jià)值。因此，是否與大河注入相關(guān)，決定了深水區(qū)是否存在大型碎屑儲(chǔ)集體，進(jìn)而決定了深水油氣勘探的成敗［22］。上新世中央峽谷規(guī)模較大，其主要來(lái)源于紅河，證明其與大河注入相關(guān)，這為中央峽谷成為深水區(qū)大型儲(chǔ)集體提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，使其能夠成為南海西北部深水油氣勘探目標(biāo)。

中央峽谷形態(tài)特殊、規(guī)模較大，其形成機(jī)制與控制因素是其研究的難點(diǎn)問(wèn)題。中央峽谷主要物源區(qū)的確定，為解決該問(wèn)題提供了新的思路和方向。另外，中央峽谷沉積物主要來(lái)源于紅河，指示了在歷史時(shí)期紅河對(duì)南海西北部的影響不僅僅影響到鶯歌海盆地，而且也影響到了瓊東南盆地。因此，在利用紅河沉積體系演化以及沉積物通量變化來(lái)分析高原東南緣隆升歷史時(shí)，應(yīng)將瓊東南盆地以及中央峽谷沉積物卸載區(qū)一并考慮。

4 結(jié)論

(1)從重礦物組合、稀土元素和鋯石年齡譜特征來(lái)看，其均與紅河物源相似，指示了紅河是中央峽谷的主要物源，對(duì)中央峽谷的形成起到主導(dǎo)作用。

(2)紅河水系在歷史時(shí)期曾經(jīng)發(fā)生重大改變，這種改變可能發(fā)生在3.6 Ma至今的某個(gè)時(shí)期。

(3)中央峽谷源于紅河，與大河注入相關(guān)，并在瓊東南盆地中央凹陷帶形成大型儲(chǔ)集體，為其成為深水油氣勘探目標(biāo)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

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