鶯歌海盆地黃流組二段碎屑鋯石年齡與儲層物源分析

謝玉洪, 童傳新, 裴健翔, 劉　平, 梁新權(quán), 王　策, 周　云, 蔣　英, 溫淑女, 付建剛, 余世花, 向建華

(1.中海石油(中國)有限公司 湛江分公司, 廣東 湛江 524057; 2.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640; 3.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

鶯歌海盆地黃流組二段碎屑鋯石年齡與儲層物源分析

謝玉洪1*, 童傳新1, 裴健翔1, 劉平1, 梁新權(quán)2*, 王策2, 3, 周云2, 3, 蔣英2, 3, 溫淑女2, 3, 付建剛2, 3, 余世花2, 3, 向建華2, 3

(1.中海石油(中國)有限公司 湛江分公司, 廣東 湛江 524057; 2.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640; 3.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

鶯歌海盆地位于昆嵩隆起和海南隆起之間的南海西北部海域, 是發(fā)育在南海北部大陸架西區(qū)的新生代含油氣盆地。黃流組二段作為優(yōu)質(zhì)的天然氣儲層, 其物源特征一直是當(dāng)前研究的重要課題。本文利用LA-ICP-MS定年技術(shù)對鶯歌海盆地四個(gè)不同局部構(gòu)造區(qū)的上中新統(tǒng)黃流組二段沉積巖中碎屑鋯石進(jìn)行了 U-Pb同位素分析。結(jié)果顯示, 東方構(gòu)造區(qū)(DF13)和?？跇?gòu)造區(qū)(HK29)年齡頻譜相似, 有40～34 Ma、154～139 Ma、245～241 Ma、416～394 Ma和2191～1772 Ma幾個(gè)主要年齡峰或年齡區(qū)間, 與區(qū)域上的幾次構(gòu)造事件密切相關(guān)。結(jié)合盆地周邊區(qū)域地質(zhì)特征, 應(yīng)用地震沉積學(xué)、重礦物和Sr-Nd同位素等資料, 發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)構(gòu)造區(qū)均以紅河物源為主, 但后者受盆地東側(cè)海南隆起的物源影響較大。蓮花構(gòu)造區(qū)(L1X)年齡頻譜相對簡單, 有247 Ma一個(gè)主要年齡峰, 431 Ma、935 Ma和1851 Ma三個(gè)次要峰, 缺少喜山期和燕山期鋯石年齡, 物源可能主要來自盆地西側(cè)的昆嵩隆起; 嶺頭構(gòu)造區(qū)(LT11)有99 Ma和234 Ma兩個(gè)主要年齡峰, 157 Ma和939 Ma兩個(gè)次要峰, 其物源以海南隆起為主, 同時(shí)有部分紅河物源的加入。通過碎屑鋯石年代學(xué)分析, 對鶯歌海盆地黃流組二段儲層物源特征有了更清楚的認(rèn)識, 為今后鶯歌海盆地天然氣勘探提供重要的理論依據(jù)。

碎屑鋯石; 物源分析; LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年; 黃流組; 鶯歌海盆地

0 引 言

最近由于鶯歌海盆地上中新統(tǒng)黃流組的天然氣勘探取得了重大突破, 使得預(yù)測黃流組的分布和物質(zhì)來源成為鶯歌海盆地天然氣勘探的首要關(guān)鍵課題(謝玉洪和范彩偉, 2010)。過去, 從地震沉積相、重砂礦物和Sr-Nd同位素等傳統(tǒng)方法對鶯歌海盆地物源進(jìn)行過研究, 取得了很多基本認(rèn)識, 認(rèn)為鶯歌海盆地物源主要來自三個(gè)方面: 紅河、昆嵩隆起和海南隆起(謝玉洪, 2009; 謝玉洪和范彩偉, 2010;張迎朝等, 2012)。但是這種籠統(tǒng)的認(rèn)識還不能完全滿足鶯歌海盆地整體油氣勘探的需要。傳統(tǒng)的盆地沉積物碎屑組分和副(重)礦物組合反演源區(qū)類型、性質(zhì), 是盆地源區(qū)組成和構(gòu)造背景分析中必不可少的一種方法(Dickinson, 1974, 1985; Marsaglia and Ingersoll, 1992), 目前碎屑鋯石 U-Pb 定年已經(jīng)廣泛應(yīng)用于沉積物源研究, 它是揭示造山作用起始時(shí)間、碎屑沉積物源區(qū)性質(zhì)(包括時(shí)代和組成)、變化和地層不整合面中斷時(shí)間等物源區(qū)分析和古地理重建、地球歷史演化等強(qiáng)有力的構(gòu)造指示器和不可缺少的一種新的方法(Bruguier et al., 1997; Bodet and Sch?rer, 2000; Cawood and Nemchin, 2001;

Andersen, 2005; Cawood et al., 2007)。鋯石是U-Pb同位素定年的重要對象, 對盆地和大陸地殼研究具有特殊意義。使用碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年的方法來進(jìn)行物源分析是可靠且精確的(如 Ko?ler et al., 2002)。本文報(bào)導(dǎo)了來自鶯歌海盆地不同油氣構(gòu)造區(qū)幾個(gè)關(guān)鍵鉆孔中黃流組二段碎屑鋯石年齡及其源區(qū)綜合分析討論成果。

1 地質(zhì)背景

鶯歌海盆地位于南海北部大陸架西區(qū)海南隆起與昆嵩隆起之間的鶯歌海海域, 盆地呈 NNW 向菱形分布, 面積超過 11×104km2(Wang and Huang, 2008)。其北端與北部灣盆地和三江碰撞造山帶相連,南端與瓊東南NE向盆地相接(圖1)。顯然, 該盆地形成與新生代三江碰撞造山帶形成演化或紅河斷裂帶走滑活動(dòng)和南海擴(kuò)張作用的雙重影響有關(guān), 是一個(gè)典型走滑拉分盆地(Tapponnier et al., 1986; Leloup et al., 1995)。鶯歌海盆地自新生代以來構(gòu)造演化主要經(jīng)歷兩個(gè)階段: 同裂陷階段和裂后階段(圖 2), 造成強(qiáng)烈構(gòu)造沉降, 導(dǎo)致盆地內(nèi)堆積巨厚新生代沉積物,最厚達(dá)16 km(龔再升等, 1997)。根據(jù)地球物理、地震沉積相、鉆孔巖性與古生物等資料, 參考相鄰盆地地層劃分, 對鶯歌海盆地新生代地層進(jìn)行劃分(圖2)。始新世, 盆地以斷拗為主要特征, 發(fā)育正斷層,沉積中心偏北, 陵水組以下地層有明顯褶皺變形,其上不整合沉積了晚漸新世至早中新世地層, 在盆地邊緣沉積塊狀、厚層狀含礫粗砂巖和中、粗砂巖與深灰色泥巖及炭質(zhì)泥巖, 是一套近源陸相的沖積扇沉積, 陵水組砂巖中含海相化石及海綠石。此后盆地沉積中心逐漸南移, 接受了新近系海相烴源巖。與此同時(shí)在盆地東部邊緣形成比較廣闊的碳酸巖臺地, 巨厚泥質(zhì)巖為主的下、中中新統(tǒng)三亞組–梅山組, 厚度達(dá)7700 m。晚中新世(黃流組)構(gòu)造穩(wěn)定, 發(fā)生大規(guī)模海侵, 沉積厚度顯著減小, 厚度穩(wěn)定, 在盆地東部發(fā)育許多近SN向的深切谷, 說明沉積期的水系主要是SN向分布, 物源主要來自北方。黃流期以后, 大約在 5.5 Ma以后, 鶯歌海盆地進(jìn)入了一個(gè)新的構(gòu)造階段, 可能是受南海擴(kuò)張影響, 鶯歌海盆地沿岸發(fā)生大規(guī)模玄武巖噴發(fā)活動(dòng)。盆地沉降速率再次明顯加快, 泥底辟活動(dòng)達(dá)到高峰(姚伯初, 1998; 謝玉洪, 2009; 李勝利等, 2010)?？焖俪涮詈妥呋顒?dòng)導(dǎo)致盆地內(nèi)發(fā)育大規(guī)模的泥流底辟和超高壓, 造就了鶯歌海盆地獨(dú)特而復(fù)雜的底辟油氣成藏系統(tǒng)(殷秀蘭等, 2005; Wang and Huang, 2008)。

圖1　鶯歌海盆地構(gòu)造綱要圖Fig.1 The structural outline of the Yinggehai Basin

2 黃流組分布及其組成特征

上中新統(tǒng)黃流組介于時(shí)間界面 T40–T30之間(圖2), T40為區(qū)域性的不整合面, 與10.5 Ma的全球海平面下降事件有關(guān), 形成區(qū)域性的大海退剝蝕面,界面之下的侵蝕、剝蝕和界面之上的上超現(xiàn)象非常清晰(中海石油(中國)有限公司湛江分公司, 2006;任建業(yè)等, 2009; 謝玉洪和范彩偉, 2010)。鉆井揭露巖性多為粉砂巖、細(xì)砂巖與泥巖互層, 細(xì)砂巖夾泥巖互層, 或泥巖夾粉砂巖、細(xì)砂巖; 平面上沿海南島周緣地層厚度薄, 巖性粗, 向盆地中央厚度逐漸增大, 巖性逐漸變細(xì), 主要為濱海–淺海–半深海環(huán)境的沉積物。盆地中心發(fā)育盆底扇, 水道充填砂, 陸架區(qū)夾薄層陸架席狀砂。

黃流組縱向上分為兩段, 頂界與鶯歌海組無明顯巖性界限, 但在地震測線上有明顯反射, 約相當(dāng)?shù)卣餞30反射層。一段主要為淺海相泥巖, 二段以濱淺海以及淺海砂巖為主。黃流組二段為鶯歌海盆地中深層主要儲集層段。

圖2　鶯歌海盆地區(qū)域地層圖(據(jù)Wang and Huang, 2008修改)Fig.2 The regional stratigraphic sequence of the Yinggehai Basin

黃流組二段(S40-S31)沉積范圍較梅山期縮小,海盆北部邊界南移, 西部邊界東移。盆地中心以北以濱海相為主, 有局限的淺海沉積, 岸線周圍為條帶狀的海岸平原相, 短源三角洲發(fā)育; 以南為淺海區(qū),盆地中心有殘存的半深海; 東北側(cè)濱海相帶較窄, 發(fā)育以海南隆起為物源區(qū)的短源扇三角洲(圖3)。

黃流組一段(S31-S30)較黃流組二段發(fā)生大規(guī)模的海進(jìn), 海平面上升, 盆地范圍擴(kuò)大, 中心泥拱以西為半深海沉積, 以東為淺海沉積, 沿盆地東海岸發(fā)育有狹長的海岸平原和三角洲相沉積, 盆地以北的海口構(gòu)造和蓮花構(gòu)造發(fā)育有以紅河物源為主體的濱海相和三角洲相沉積。

3 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

本次研究測試了4個(gè)沉積巖樣品, 分別采自4個(gè)油氣構(gòu)造(蓮花構(gòu)造、東方構(gòu)造、?？跇?gòu)造和嶺頭構(gòu)造)上的4個(gè)鉆孔(L1X、DF13、HK29和LT11)中的黃流組二段(圖3), 樣品具體的位置、深度、巖性和重量見表1。

鋯石分選由河北誠信地質(zhì)服務(wù)公司張佩萱和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所李衛(wèi)完成。全巖樣品粉碎至60目的粒級, 經(jīng)淘洗分選、磁選和重液分離獲得富集鋯石的重砂。在雙目顯微鏡下進(jìn)行人工提純, 分選出無裂隙、透明干凈的鋯石顆粒。每個(gè)樣品挑選的鋯石一般>1000顆, 隨機(jī)從中挑選約300顆制成環(huán)氧樹脂靶, 磨至鋯石顆粒中心部位后拋光,隨后對樣品進(jìn)行反射光和透射光照相, 拍攝陰極發(fā)光(CL)照片。在此基礎(chǔ)上利用激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)進(jìn)行原位微區(qū)分析。

圖3　鶯歌海盆地黃流組二段(S40-S31)沉積相與鉆孔位置圖Fig.3 The sedimentary facies and sampling maps of the lower Huangliu Formation in the Yinggehai Basin

陰極發(fā)光圖像(CL)在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb同位素年齡分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的LA-ICP-MS儀器上完成測試。每個(gè)樣品測試 70顆以上鋯石。使用的ICP-MS儀器型號為Resolution M50 和 Agilent 7500a, 激光剝蝕系統(tǒng)為美國Resonetics公司的 Resolution M50 深紫外(DUV)193 nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕儀。分析中采用的激光斑束直徑為33 μm, 頻率為8 Hz, 以 Si作為外標(biāo), 采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA作為外標(biāo)校正。同位素比值數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDatacal 7.2軟件平滑方法(Liu et al., 2010)進(jìn)行, 年齡計(jì)算采用 ISOPLOT(3.00版)軟件進(jìn)行(Ludwig, 2003), 具體分析方法和步驟見相關(guān)參考獻(xiàn)(Andersen, 2002; Yuan et al., 2004)。部分鋯石CL圖像見圖4, 鋯石LA-ICP-MS測試結(jié)果見表2(因數(shù)據(jù)較多表略, 具體數(shù)據(jù)見網(wǎng)絡(luò)電子版), 鋯石諧和圖和年齡頻譜圖分別見圖5和圖6。

圖4　黃流組二段樣品代表性鋯石CL照片(圓圈代表LA-ICP-MS激光點(diǎn), 直徑為33 μm)Fig.4 CL images of the representative detrital zircon grains from the lower member of the Huangliu Formation

表1　黃流組二段所測試樣品位置、巖性、重量等特征Table 1 Parameters of samples collected from the second member of the Huangliu Formation

圖5　黃流組二段樣品U-Pb年齡諧和圖Fig.5 U-Pb concordia diagrams of the detrital zircon granis from the second member of the Huangliu Formation

4 測試結(jié)果

4.1 黃流組二段碎屑鋯石年齡

4.1.1 樣品HK29-3(中砂巖)

對 HK29-3樣品中 90粒鋯石的年齡進(jìn)行分析,舍棄諧和度>110％和<90％的 U-Pb年齡后, 共得到85個(gè)有效諧和年齡數(shù)據(jù)(圖5a)。諧和年齡變化范圍為34～3428 Ma。在諧和年齡頻譜特征圖上, 碎屑鋯石年齡呈現(xiàn)多峰態(tài)分布的特征, 有 241 Ma、416 Ma、620～990 Ma和2191 Ma四個(gè)主要年齡峰或年齡區(qū)間, 34 Ma、139 Ma和1772 Ma三個(gè)次要峰(圖6a)。

4.1.2 樣品DF13-11(粉砂巖)

對DF13-11樣品中70粒鋯石進(jìn)行分析, 獲得了40～2450 Ma的年齡范圍。舍棄諧和度>110％和<90％ 的U-Pb年齡后, 共得到61個(gè)有效數(shù)據(jù)(圖5b)。樣品碎屑鋯石年齡呈現(xiàn)多峰態(tài)分布的特征, 1個(gè)主要年齡峰為245 Ma, 5次要年齡峰或區(qū)間為40 Ma、154 Ma、394 Ma、630～980 Ma和1959 Ma(圖6b)。

4.1.3 樣品L1X-6(中砂巖)

對 L1X-6樣品中 90粒鋯石進(jìn)行分析, 獲得了21～2773 Ma的年齡范圍。舍棄諧和度>110％和<90％ 的U-Pb年齡后, 共得到80個(gè)有效數(shù)據(jù)(圖5c)。樣品碎屑鋯石年齡呈現(xiàn)多峰態(tài)分布的特征, 1個(gè)主要年齡峰為247 Ma, 3個(gè)次要年齡峰為431 Ma、935 Ma 和 1851 Ma(圖6c)。

4.1.4 樣品LT11-12(粉砂巖)

對LT11-12樣品中90粒鋯石進(jìn)行分析, 獲得了98～2606 Ma的年齡范圍。舍棄諧和度>110％和<90％ 的U-Pb年齡后, 共得到51個(gè)有效數(shù)據(jù)(圖5d)。樣品碎屑鋯石年齡在99 Ma和234 Ma呈現(xiàn)明顯的峰值分布特征。此外, 還有157 Ma和939 Ma兩個(gè)小的年齡峰值(圖6d)。

5 討 論

5.1 昆嵩隆起及紅河源區(qū)特征

昆嵩隆起位于中南半島東部, 鶯歌海盆地西部,海岸線長約 3260 km, 是鶯歌海盆地主要物源供給區(qū)之一(謝玉洪, 2009)。

圖 6 鶯歌海盆地黃流組二段樣品(a～d)與物源區(qū)主要水系沉積物(e～g)碎屑鋯石年齡頻譜(現(xiàn)代紅河數(shù)據(jù)Hoang et al., 2009和Lin et al., 2012; 越南中部秋盆河據(jù)王策等未發(fā)表數(shù)據(jù); 海南島西部河流據(jù)王策等, 2015)Fig.6 Probability distribution for the detrital zircon U-Pb ages of the lower Huangliu Formation (a～d), and the main rivers surrounding the basin (e～g)

昆嵩隆起從南至北地層出露較全, 從太古界到新生界均有分布。前寒武系多分布于昆嵩隆起中南部、紅河剪切帶及其南側(cè)的 Song Hong、Posen和Cavinh 雜巖體中。Lan et al. (2001)測定Cavinh 雜巖體中鋯石U-Pb年齡為2.8～2.5 Ga。昆嵩地體出露大面積的結(jié)晶基底巖石, 由角閃巖相和麻粒巖相變質(zhì)的沉積巖和正片麻巖組成(Tien et al., 1989)。下古生界主要分布在昆嵩及其北側(cè), 中部順化至計(jì)班一帶出露面積較大, 北部主要集中于老街和馬江, 巖性主要為砂巖、礫巖、粉砂巖和灰?guī)r等。上古生界多局限于昆嵩隆起北部, 主要分布在高平、河江以南、黑河和紅河之間義路地區(qū)以及中部河靜以南,巖性主要為灰?guī)r、砂巖、粉砂巖和頁巖等。中生界在紅河斷裂帶兩側(cè)和大叻市以西有大面積出露, 巖性由三疊系海相和火山沉積巖以及白堊系紅色陸生沉積巖組成。新生界分布范圍廣泛, 從北到南均有分布, 紅河三角洲和湄公河三角洲分布面積較廣,其次多為沿岸地區(qū), 巖性主要為礫巖、砂巖、碎屑巖和黏土等。

昆嵩隆起內(nèi)巖漿巖活動(dòng)頻繁, 分布范圍較廣,基本可以劃分為6個(gè)期次(吳良士, 2009)。前寒武紀(jì)巖漿巖主要為片麻狀花崗巖、混合花崗巖、紫蘇花崗巖和紫蘇花崗閃長巖等, 其形成年代為 1717～ 1368 Ma, PhamTrung et al. (2009)和Wang et al. (2011)報(bào)道紅河剪切帶附件的 Posen花崗巖中鋯石 TIMS 和SHRIMP U-Pb年齡為760～723 Ma, 為新元古代巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。早–中古生代巖體零星的分布于中部和北部, 呈中小規(guī)模的巖株產(chǎn)出, 在老街至河江一帶出露較多, 主要為二云母花崗巖、閃長巖和斜長花崗巖等。Roger et al. (2000)測定Song Chay穹隆體中花崗巖的U-Pb年齡為428±5 Ma。Nagy et al. (2001)獲得昆嵩隆起西部角閃巖相火成巖成巖時(shí)代為451±3 Ma。晚古生代有兩期巖漿活動(dòng), 巖體在順化、廣義、大叻、計(jì)班和黃連山等地區(qū)有較大面積出露, 主要為花崗閃長巖、斑狀花崗巖、黑云母花崗巖和二長花崗巖等; 早中生代有一次重要的巖漿活動(dòng), 在中部廣義、嘉萊、昆嵩和歸仁等地較為發(fā)育。此次巖漿活動(dòng)以花崗巖類為主, 呈現(xiàn)出不同規(guī)模的巖基、巖株及巖脈侵入于古生界中, 或被晚三疊世含煤地層所覆蓋。主要巖性包括黑云母花崗巖、二云母花崗巖、石英二長巖及少量花崗閃長巖。如Roger et al. (2012)測定昆嵩隆起北部Phia Bioc花崗巖的鋯石U-Pb年齡為248～245 Ma。Nagy et al. (2001)獲得Kannack雜巖體和昆嵩隆起南部兩個(gè)花崗巖體的年齡分別為249±2 Ma和253±2 Ma; 晚中生代基本可分為晚侏羅世–早白堊世和晚白堊世–古新世 2個(gè)期次。晚侏羅世–早白堊世花崗巖主要產(chǎn)于大型火山坳陷中, 規(guī)模較小, 分布局限。晚白堊世–古新世分布范圍較廣, 主要集中于昆嵩隆起東南部富安、多樂、林同、寧順、平順等省, 北部僅零星分布, 并以二云母花崗巖、淺色花崗巖侵入為主, 呈中、小型巖基、巖株產(chǎn)出。王東升等(2011)在高平地區(qū)獲得過鋁質(zhì) S型花崗巖 SIMS鋯石 U-Pb測年結(jié)果為93.9±3.0 Ma。Roger et al. (2012) 獲得Phia Oac花崗巖的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為87.3±1.2 Ma; 新生代巖體主要分布于中南部多樂、平福、林同等地區(qū), 以超鎂鐵質(zhì)–鎂鐵質(zhì)巖噴發(fā)為主, 其中可分2個(gè)期次: 上新世–早更新世和晚更新世–全新世。前者以拉斑玄武巖系列為主, 呈層狀產(chǎn)出, 分布廣泛,后者以橄欖輝長蘇長巖、橄欖輝長粒玄巖等為主。大量的數(shù)據(jù)顯示紅河剪切帶周邊花崗巖形成年齡集中在 60～20 Ma(如 Leloup et al., 1995; Zhang and Scharer, 1999; Liu et al., 2013)。MyDung et al. (2010)獲得西北部Pu Sam Cap雜巖中堿性正長巖和花崗巖的年齡分別為32.7 Ma和35.1 Ma。PhamTrung et al. (2012)在西北部PhanSiPan地區(qū)測定該地新生代埃達(dá)克質(zhì)侵入巖的形成時(shí)代為38 Ma。

5.2 海南隆起源區(qū)特征

海南隆起位于鶯歌海盆地東部, 是鶯歌海盆地重要的潛在碎屑物質(zhì)來源之一。隆起內(nèi)除泥盆系和侏羅系外, 從中元古界至第四系均有出露(汪嘯風(fēng)等, 1991a)。中、新元古界抱板群和石碌群主要出露于海南西部的抱板、大蟹嶺、沖卒嶺和石碌等地(張仁杰等, 1991; 張業(yè)明和張仁杰, 1997), 是本區(qū)出露最古老的地層, 由高綠片巖相–角閃巖相變質(zhì)巖組成。下古生界出露齊全, 包括寒武系及奧陶系的淺變質(zhì)頁巖、砂巖、粉砂巖、板巖和下志留統(tǒng)砂巖, 其中寒武系僅發(fā)育于三亞和萬寧地區(qū)(姚華舟等, 1999)。上古生界包括有泥盆系灰?guī)r、砂巖、粉砂巖及泥巖,石炭系板巖、變火山巖和二疊系灰?guī)r、砂巖等, 主要分布在九所–陵水?dāng)嗔岩员?汪嘯風(fēng)等, 1991b; 陳培哲等, 1997)。中生界主要有分布于島東的下三疊統(tǒng)粗碎屑巖、泥頁巖及廣泛分布的白堊系紅色粗碎屑巖夾泥頁巖、火山巖等。

海南巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, 巖漿巖分布廣泛, 具有多期次活動(dòng)特征。侵入巖占全島面積的 51％, 噴出巖占海南面積的 13％。中元古代花崗質(zhì)巖在海南西北部昌江石碌–東方公愛出露。丁式江(1995)在海南西部抱板群花崗閃長巖中獲得鋯石 Pb-Pb年齡為1397±46 Ma。隨后, Li et al. (2002)測得戈枕村抱板群花崗閃長巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為1436±7 Ma 和1431±5 Ma; Li et al. (2008)測得瓊西抱板群變質(zhì)火山巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為1433±6 Ma, 為中元古代非造山作用產(chǎn)物; 許德如等(2006)獲得戈枕地區(qū)侵位于古中元古代抱板群花崗質(zhì)巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為1455±12 Ma和1454±12 Ma。加里東期巖漿巖包括昌江和瓊中S型花崗巖和出露于屯昌和東方的變質(zhì)基性火山巖以及志留系中的酸性火山巖(付建明和趙子杰, 1997; Xu et al., 2007)。汪嘯風(fēng)等(1991b)得到抱板混合巖體南端二甲地區(qū)條紋狀混合巖、條紋–眼球狀混合巖的鋯石U-Pb年齡為424 Ma。付建明和趙子杰(1997)在保梅嶺巖體鋯石中測得鋯石核心部分 Pb-Pb蒸發(fā)年齡最大一組數(shù)據(jù)為410 Ma, 平均為369 Ma。丁式江等(2006)在海南抱板群內(nèi)(昌江和瓊海)發(fā)現(xiàn)有順層侵位的深熔花崗巖,其鋯石SHRIMP U-Pb年齡為368～363 Ma。海西–印支期巖漿作用非?；钴S, 280～230 Ma年齡的巖體在海南普遍存在(Li et al., 2006 ; Li and Li, 2007), 代表性的巖體有尖峰嶺巖體(249 Ma)、長塘嶺巖體(264 Ma)、大炮嶺巖體(256 Ma)、大田巖體(263 Ma)、抱郎巖體(272 Ma)、志仲巖體(272 Ma)、田仔巖體(245 Ma)、石碌巖體(262 Ma)和番陽峒(234 Ma)等(謝才富等, 2005, 2006; 溫淑女, 2013; 溫淑女等, 2013)。燕山期巖漿活動(dòng)也非?；钴S, 早燕山期侵入巖較少, 主要發(fā)育晚燕山期巖漿巖。儋縣花崗巖體為其中較大的巖體, 其鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為186 Ma (葛小月, 2003), 形成時(shí)代屬印支晚期–燕山早期。在燕山中、晚期仍有不少的巖漿侵入體分布:如以馬翁嶺、長安、金竹園巖體為代表的輝長巖、輝長閃長巖及橄欖輝石巖侵入體, 其形成時(shí)代為151.9 Ma; 以長塘嶺–馬嶺和三獅山–俄地巖體為代表的中粗粒黑云母二長花崗巖–鉀長花崗巖巖體,其年齡為131.7 Ma; 以紅毛嶺、三合嶺和頭隆嶺巖體為代表的花崗閃長巖、二長花崗巖和中粒黑云二長花崗巖巖體, 其年齡為111.5 Ma; 以千家、寶城、稅町和屯昌等巖體為代表的二長花崗巖, 其年齡為96～94 Ma(賈小輝等, 2010)。近年來, 一些學(xué)者對在昌江石碌鐵礦和屯昌–楓木一帶出露的由花崗閃長巖、花崗巖及少量輝綠–閃長玢巖(脈)組成的侵入體做了同位素年齡測試, 其鋯石LA-ICPMS U-Pb年齡約為93 Ma和107 Ma, 屬早白堊世晚期(賈小輝等, 2010; 王智琳等, 2011; Wang et al., 2012), 地球化學(xué)特征顯示其為埃達(dá)克質(zhì)巖石; 吊羅山和昌化大嶺花崗巖體的年齡為90～88 Ma (汪嘯風(fēng)等, 1991b)。在白沙、樂東和三亞等地分布有大面積晚白堊世火山巖,巖性為流紋巖和玄武安山巖, 鋯石LA-ICPMS U-Pb年齡為～102 Ma(周云等, 2015)。此外, 海南南部局部地區(qū)有晚白堊世基性巖墻群出露, 形成于～81 Ma(葛小月等, 2003)。

海南新生代噴出巖以玄武巖類巖石為主, 廣泛分布于北部地區(qū), 面積約為 4000 km2, 占全島面積的13％。汪嘯風(fēng)等(1991b)根據(jù)火山巖與新生代地層的層序和同位素測年資料, 認(rèn)為本區(qū)新生代火山活動(dòng)化為10期。蓬萊地區(qū)與寶石有關(guān)的火山巖同位素年齡為5.43～3.04 Ma。Ho et al. (2000)認(rèn)為從上新世以來, 北部新生代火山巖可分為兩個(gè)階段(第一階段為新近紀(jì), >3.5 Ma; 第二階段為第四紀(jì), <2 Ma), 分布于六個(gè)不同的火山巖區(qū)域。

變質(zhì)巖可劃分出四堡期、加里東期和海西-印支期。除抱板群、屯昌變基性火山巖和儋州洛南地區(qū)達(dá)角閃巖相外, 其余各期變質(zhì)巖均為綠片巖相。

5.3 黃流組二段物源分析

?？跇?gòu)造區(qū)HK29與東方構(gòu)造區(qū)DF13井黃二段樣品碎屑鋯石年齡頻譜圖有一定相似性, 同時(shí)也存在不小差異(圖6a與b), 表明這兩個(gè)地區(qū)物源有所區(qū)別。喜山期年齡峰34 Ma和40 Ma在紅河剪切帶附近有一定面積的出露, 其形成時(shí)代集中于60～20 Ma (如Leloup et al., 1995; Zhang and Scharer, 1999), 紅河現(xiàn)代沉積物年齡峰值為32 Ma(圖6e), 該年齡是越南北部紅河物源重要的識別標(biāo)志之一, 可能與紅河剪切帶的左旋走滑作用和新生代巖漿作用有關(guān), 表明?？跇?gòu)造區(qū)和東方構(gòu)造區(qū)有一大部分物源是通過紅河水系來自紅河剪切帶。燕山期年齡(峰值139 Ma和154 Ma)在紅河流域和鶯歌海盆地東部的海南隆起均有一定規(guī)模的巖體產(chǎn)出。海西印支期年齡(280～220 Ma)在鶯歌海盆地周邊地區(qū)均有大面積出露, 包括海南隆起和昆嵩隆起。由于其形成時(shí)代相近, 利用碎屑鋯石U-Pb年齡難以進(jìn)行有效識別, 結(jié)合地震沉積學(xué)資料, 海南物源應(yīng)主要分布在海口構(gòu)造區(qū)(HK29), 而昆嵩物源主要分布于東方構(gòu)造區(qū)(DF13)。加里東期年齡在海南分布較少, 現(xiàn)在河流沉積物碎屑鋯石U-Pb年齡顯示僅在昌化江有少量分布, 其形成年代為440～400 Ma(王策等, 2015)。年齡頻譜中出現(xiàn)大量的加里東期年齡(峰值394 Ma和416 Ma), 應(yīng)主要來自紅河流域的Song Chay花崗片麻巖穹隆(Roger et al., 2000)。昆嵩隆起中部加里東期巖體的年齡集中在450 Ma (Nagy et al., 2001), 現(xiàn)代河流中該年齡峰為424 Ma(王策等未發(fā)表數(shù)據(jù))(圖6f), 可能為東方構(gòu)造區(qū)提供了少量碎屑物質(zhì)。新元古代年齡(1000～ 600 Ma)是揚(yáng)子板塊的重要年齡組成, 在紅河剪切帶以北地區(qū)有一定巖體的出露(如PhamTrung等, 2009), 該年齡可能主要與Rodinia超大陸的活動(dòng)和裂解有關(guān), 是紅河流域物源的年齡標(biāo)志之一。中–古元古代(年齡峰1772 Ma、1959 Ma和2191 Ma)年齡則為揚(yáng)子板塊的基底年齡(Chen and Jahn, 1998)。從整體來看, ?？跇?gòu)造區(qū)HK29井和東方構(gòu)造區(qū)DF13井黃流組二段以越南北部紅河物源為主, 前者在一定程度上受到盆地東側(cè)海南隆起物源的影響。

蓮花構(gòu)造區(qū)L1X井樣品碎屑鋯石年齡頻譜顯示多峰的特征, 包括印支期(247 Ma)、加里東期(431 Ma)、晉寧期和呂梁期(935 Ma和1851 Ma)年齡。早二疊世–三疊紀(jì)花崗巖在長山造山帶及其南側(cè)地區(qū)中有廣泛分布, 形成年齡為 276～202 Ma(Carter et al., 2001; Nagy et al., 2001; Liu et al., 2012)。加里東期巖體集中于～450 Ma (Nagy et al., 2001; Roger et al., 2007)。相比HK29和DF13井, L1X井明顯缺少喜山期和燕山期年齡, 前者缺失可能與該區(qū)來自紅河的物源較少有關(guān), 后者則直接表明無海南隆起物源的加入。印支期和加里東期鋯石年齡與長山造山帶對應(yīng)的年齡基本一致。晉寧期和呂梁期年齡在昆嵩隆起分布較少, 可能主要來自隆起北部地區(qū)。L1X井黃流組二段應(yīng)以昆嵩隆起地區(qū)物源為主, 有極少一部分來自紅河流域。

嶺頭構(gòu)造區(qū) LT11井鋯石年齡頻譜與其他三個(gè)地區(qū)的年齡有明顯區(qū)別, 有99 Ma和234 Ma兩個(gè)主要年齡峰, 157 Ma和939 Ma兩個(gè)次要年齡峰。燕山期年齡峰99 Ma和157 Ma是海南物源的重要標(biāo)志。對海南西部現(xiàn)代河流沉積物進(jìn)行碎屑鋯石定年, 結(jié)果顯示該區(qū)燕山期年齡主要集中在～100 Ma和～160 Ma(王策等, 2015)(圖6g)。Yan et al. (2011)分析了鶯歌海盆地東側(cè)地層的碎屑鋯石U-Pb年齡, 顯示有90～ 110 Ma的主要年齡峰值, 這些年齡與LT11井樣品燕山期年齡一致, 是海南物源年齡的重要組合標(biāo)志,表明海南島是其主要物源區(qū)。新元古代年齡峰939 Ma和更古老的年齡可能主要來自紅河物源區(qū)。

通過以上分析, 繪制了黃流組二段物源分布圖(圖 7), 從圖中可以看出, 紅河方向的物源影響范圍較寬, 向東到鶯東斜坡帶地區(qū), 向南東方向已經(jīng)影響到DF13構(gòu)造, 而且從趨勢上看, 也可能延伸的更遠(yuǎn)。整體來看, 紅河物源對鶯歌海盆地碎屑沉積貢獻(xiàn)最大, 但在盆地不同位置, 影響程度也有所不同,海南隆起和昆嵩隆起對盆地局部地區(qū)影響強(qiáng)烈, 提供了豐足的物源。

圖7　鶯歌海盆地黃流組二段物源分布圖Fig.7 Possible provenance distribution of the second member of the Huangliu Formation in the Yinggehai Basin

對鶯歌海盆地四個(gè)構(gòu)造區(qū)沉積巖樣品碎屑鋯石年代學(xué)研究表明, 物源區(qū)可以通過碎屑鋯石年代學(xué)進(jìn)行物源示蹤, 結(jié)合地震沉積學(xué)、重礦物和 Sr-Nd同位素等研究方法能更準(zhǔn)確的識別物源區(qū)。?？跇?gòu)造區(qū)和東方構(gòu)造區(qū)碎屑鋯石年齡頻譜相似, 都明顯受到紅河物源的影響, 但還存在一定的差異, 結(jié)合地震沉積學(xué)研究, 前者受海南物源的影響強(qiáng)烈, 后者以越南北部紅河物源為主, 可能有少量碎屑物質(zhì)來自海南地區(qū)。蓮花區(qū)和嶺頭區(qū)物源存在很大差異,前者以昆嵩隆起物源為主, 后者則主要來自海南物源。值得注意的是, 這四個(gè)構(gòu)造區(qū)均有來自越南北部紅河的物源, 整體上占有一定比例, 表明紅河作為鶯歌海盆地最主要的物源對其多個(gè)構(gòu)造區(qū)提供碎屑供應(yīng)。此外, 昆嵩隆起對蓮花構(gòu)造區(qū)進(jìn)行局部的物源供應(yīng), 海南隆起除了局部物源供給外, 向西有一定的延伸。

5.4 物源與天然氣儲層的關(guān)系

儲層是天然氣成藏的一個(gè)重要因素, 物源供給體系是控制層序發(fā)育和沉積演化的重要因素, 亦是影響儲層物性的主要因素之一。母巖類型影響巖石顆粒、膠結(jié)物的成分及含量, 距離物源區(qū)的遠(yuǎn)近影響砂巖的成分成熟度, 從而影響儲層的物性特征,對物源的研究有助于評價(jià)沉積砂體的儲集物性, 為油氣的圈閉評價(jià)提供一定的理論依據(jù)(謝玉洪, 2009)。

東方構(gòu)造區(qū)黃流組二段是目前鶯歌海盆地發(fā)現(xiàn)的最大的優(yōu)質(zhì)天然氣儲層。碎屑鋯石U-Pb年齡研究表明, 東方構(gòu)造區(qū)相對于?？?、嶺頭和蓮花構(gòu)造區(qū),是一個(gè)混合源區(qū), 以紅河剪切帶和昆嵩隆起區(qū)物源為主。其中紅河物源體系對黃流組儲層的貢獻(xiàn)較大,影響范圍最寬。在東方區(qū)不同的黃流組三級層序中,這些物源區(qū)所提供的沉積物的量有所不同, 并且即使在同一個(gè)三級層序內(nèi)的不同體系域都有所變化?？傮w來看, 東方區(qū)物源體系通過河道或中央峽谷以來自紅河的遠(yuǎn)距離物源為主, 在鶯歌海盆地鶯東和鶯西斜坡帶分別形成一些以海南和越南中部昆嵩地體短源三角洲和扇三角洲沉積垛體。由于鶯東斜坡帶和鶯西斜坡帶都存在重力流發(fā)生的走滑伸展構(gòu)造,容易在斜坡帶前沿產(chǎn)生濁積體, 三大水系尤其紅河水系相對集中注入為粗碎屑搬運(yùn)到盆地中心提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和動(dòng)力條件。在鶯歌海盆地東方油氣構(gòu)造區(qū)可以看到物源供給體系頻繁交替, 在地震剖面上?？梢姷饺齻€(gè)方向物源相互疊置在一起的情況。周緣沉積物向沉積中心匯聚, 因而在東方構(gòu)造區(qū)形成多個(gè)三角洲沉積體系的疊加, 河道砂、河口壩砂等經(jīng)海水沖刷或相互疊合形成極細(xì)砂巖-細(xì)砂巖連片廣泛分布。因此, 在東方構(gòu)造區(qū), 有可能找到連片的厚層細(xì)砂巖儲層, 這也是尋找大面積巖性及巖性-構(gòu)造復(fù)合圈閉氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。這種多物源所形成的沉積構(gòu)造(如斜層理、微細(xì)斜層理等)亦能明顯提高沉積儲層的物性, 從而有利于天然氣的聚集。因此,東方區(qū)存在大型儲集體沉積的構(gòu)造古地理環(huán)境(Morley, 2002; Clark et al., 2004; 謝玉洪和范彩偉, 2010; 謝玉洪等, 2012)。

一些研究表明, 東方區(qū)黃流組一段與二段, 物源體系存在一定的區(qū)別, 黃流組一段沉積厚度大、泥巖分布面積廣, 是良好的區(qū)域蓋層。黃流組不同粒級砂巖物性統(tǒng)計(jì)表明, 粒級越粗, 物性越好, 孔滲相關(guān)性也越高(張伙蘭等, 2013)。黃流組在鶯歌海盆地中屬于中深層次儲層。由于中深層的埋深相對較大, 且處于高溫高壓環(huán)境, 儲層物性的高低是影響成藏與否的關(guān)鍵因素。一般情況下, 儲層的孔滲性能隨埋深加大而變差, 但在高溫高壓層段, 儲層的孔隙受到一定的保護(hù), 且不同粒級其孔隙增加量不一樣。高溫?zé)崃黧w活動(dòng)和強(qiáng)超壓的存在是黃流組保留較好儲集層物性的主要成巖因素: 高溫?zé)崃黧w活動(dòng)促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)生烴和黏土礦物的轉(zhuǎn)化; 強(qiáng)超壓拓寬了生油窗范圍, 增加溶蝕作用的時(shí)間和強(qiáng)度,使次生孔隙帶發(fā)育在更深的地層中。同時(shí), 強(qiáng)超壓還有利于孔隙的保存(謝玉洪和范彩偉, 2010; 謝玉洪等, 2012; 張伙蘭等, 2013)。東方區(qū)黃流組極細(xì)-細(xì)砂巖在目前埋深(2600～3500 m)條件下, 可以形成天然氣優(yōu)質(zhì)儲集層(張伙蘭等, 2013)。鶯歌海盆地中深層仍是今后鶯歌海盆地天然氣勘探的重要新領(lǐng)域,有必要加大勘探力度, 進(jìn)一步深化研究。

6 結(jié) 論

對鶯歌海盆地四個(gè)構(gòu)造區(qū)沉積巖中的碎屑鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb定年, 得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1) 海南隆起與昆嵩隆起物源區(qū)存在明顯的差異。昆嵩隆起北側(cè)紅河物源年齡中多有加里東期、晉寧期和呂梁期年齡, 還有與紅河剪切帶相關(guān)的喜山期年齡。昆嵩隆起則缺少喜山期和燕山期年齡。相比之下, 海南隆起區(qū)燕山期的兩個(gè)年齡峰 99 Ma 和156 Ma, 可以將鶯歌海盆地兩側(cè)物源加以區(qū)分;

(2) 碎屑鋯石 LA-ICP-MS U-Pb定年可以確定構(gòu)造區(qū)物源的變化。結(jié)合地球物理、重礦物和Sr-Nd同位素等資料, 東方和?？跇?gòu)造區(qū)碎屑鋯石年齡頻譜復(fù)雜, 碎屑沉積物主要來自越南北部紅河物源;蓮花區(qū)和嶺頭區(qū)年齡結(jié)構(gòu)相對簡單, 前者以昆嵩隆起物源為主, 后者主要來自就近的海南隆起西部地區(qū), 但這兩個(gè)構(gòu)造區(qū)可能都有一部分物源來自紅河物源區(qū);

(3) 鶯歌海盆地黃流組二段是重要的混合物源區(qū), 相對而言, 紅河物源對鶯歌海盆地碎屑物質(zhì)供應(yīng)最寬, 局部則受昆嵩隆起和海南隆起物源影響強(qiáng)烈。在盆地中央存在黃流組大型儲集體的構(gòu)造條件,鶯歌海盆地黃流組二段仍是今后鶯歌海盆地天然氣勘探的重要領(lǐng)域。

致謝： 本文樣品采集受到中海石油有限公司湛江分公司各工作人員的協(xié)助, 鋯石U-Pb年齡分析得到中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所涂湘林高級工程師和李聰穎博士的幫助和指導(dǎo), 論文的修改和質(zhì)量提升得益于兩位評審專家的建設(shè)性意見, 在此一并表示衷心的感謝！

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Detrital Zircon Ages and Reservoir Source of the Second Member of the Huangliu Formation in the Yinggehai Basin

XIE Yuhong1*, TONG Chuanxin1, PEI Jianxiang1, LIU Ping1, LIANG Xinquan2*, WANG Ce2, 3, ZHOU Yun2, 3, JIANG Ying2, 3, WEN Shunv2, 3, FU Jiangang2, 3, YU Shihua2, 3and XIANG Jianhua2, 3
(1. CNOOC China Ltd. Zhanjiang, Zhanjiang 524057, Guangdong, China; 2. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The Yinggehai Basin, located in the southwestern of the South China Sea between the Kontum and Hainan Uplifts, is an important Cenozoic petroliferous basin. As a high quality reservoir, the provenance of the second member of Huangliu Formation has been a key issue in the current study. U-Pb dating of the detrital zircon grains from four sedimentary rocks of the second member of the Huangliu Formation in four gas fields were carried out by using cathodoluminescence (CL) imaging and LA-ICP-MS analysis. The results show that the age spectrum of the Haikou and Dongfang oil and gas tectonic areas (HK29 and DF13, respectively) are similar with age peaks at 40–34 Ma, 154–139 Ma, 245–241 Ma, 416–394 Ma, and 2191–1772 Ma, which are consistent with the several tectonic events in the region. Combining with the geological features of the surrounding areas and the seismology, heavy minerals, and Sr-Nd isotopes data, we found that they have distinct source areas, both of the samples were mainly derived from Red River while HK29 also influenced by the Hainan Uplift. The age spectrum of the Lotus oil and gas tectonic area (L1X) is relative simple with major peak at 247 Ma and several subordinate peaks at 431 Ma, 935 Ma, and 1851 Ma. We infer that the provenance was mainly from the Kontum Uplift. The Lingtou oil and gas tectonic area (LT11) has two major age peaks at 99 Ma and 234 Ma, along with two subordinate age peaks at 157 Ma and 939 Ma. The mainly source area is the Hainan Uplift with small proportion of material from the Red River. The results will provide important theoretical basis for the gas and oil exploration in the future.

detrital zircon; provenance analysis; LA-ICP-MS zircon U-Pb dating; Huangliu Formation; Yinggehai Basin

P597

A

1001-1552(2016)03-0517-014

2014-06-11; 改回日期: 2014-11-05
項(xiàng)目資助: 國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-004-11)和國家自然科學(xué)基金(41576040, 41072081, 40872080)聯(lián)合資助。

簡介: 謝玉洪(1961–), 男, 博士, 教授級高級工程師, 長期從事海洋油氣勘探、開發(fā)、生產(chǎn)與科研工作。Email: xieyh@cnooc.com.cn
梁新權(quán)(1964–), 男, 博士, 副研究員, 主要從事構(gòu)造、沉積、地球化學(xué)研究。Email: liangxq@gig.ac.cn