東海陸架盆地椒江凹陷鋯石U-Pb定年及意義

高順莉，趙 洪，王建強，徐 曦，侯凱文，李宣玥

(1.中海石油(中國)有限公司 上海分公司，上海 300451；2.西北大學 大陸動力學國家重點實驗室，西安 710069； 3.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

麗水—椒江凹陷是東海陸架盆地[1-2]西部坳陷帶的重要組成部分，亦是目前油氣勘探的重點地區(qū)之一。前人對麗水—椒江凹陷進行過大量的研究[3-18]，對其基底性質(zhì)及古新統(tǒng)物源也多有涉及，但多數(shù)研究是針對椒江凹陷西南部的麗水凹陷[4-5，12，14]。碎屑鋯石U-Pb定年方法是近年來興起的地層年代確定和物源示蹤方法，在東海陸架盆地得到了一定的應用[16-19]。麗水—椒江凹陷近年來也開展了利用碎屑鋯石U-Pb定年判斷地層年齡及物源的研究工作，但得出的年齡各不相同[16-18]。

本文研究發(fā)現(xiàn)，前人對麗水—椒江凹陷鋯石U-Pb定年研究工作多集中在麗水凹陷，且研究較多的是古新世時期，缺少對椒江凹陷的綜合研究和分析。本文通過碎屑鋯石U-Pb定年方法，選取椒江凹陷內(nèi)典型鉆井，重點對椒江凹陷前新生代沉積基底和斷陷末期古新統(tǒng)明月峰組沉積地層的碎屑鋯石開展分析測試，并在調(diào)研前人研究成果基礎上，和鄰區(qū)麗水凹陷進行對比，分析了椒江凹陷前新生代沉積基底以及斷陷末期地層性質(zhì)及其物源，以期為東海陸架盆地新生代基底特征、物源體系及構造演化的系統(tǒng)研究提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況及樣品描述

麗水—椒江凹陷位于東海陸架盆地西南部，是在中生代殘留盆地基礎上發(fā)育而來的陸殼邊緣盆地，其西側(cè)和南側(cè)為閩浙隆起區(qū)，東部以雁蕩低凸起與福州凹陷相隔，北與錢塘凹陷相連(圖1a)，呈北東走向，面積約20 000 km2。凹陷內(nèi)可進一步劃分為椒江凹陷、麗水西次凹、麗水東次凹及靈峰凸起4個次級構造單元(圖1b)。前人研究表明麗水—椒江凹陷經(jīng)歷了晚白堊世—古新世裂陷、始新世拗陷、晚始新世—漸新世的抬升與中新世—第四紀區(qū)域沉降等4個構造演化階段[7,10]，具典型的東斷西超半地塹結(jié)構特征[10]。沉積環(huán)境從老到新由陸相到海陸過渡相、再逐漸到海相環(huán)境演變[14]；主體發(fā)育了上白堊統(tǒng)石門潭組，古新統(tǒng)月桂峰組、靈峰組、明月峰組，始新統(tǒng)甌江組、溫州組，中新統(tǒng)、上新統(tǒng)及第四系，缺失始新世晚期沉積的平湖組(圖1c)。中生界、新生界沉積厚度可達9 000 m，凹陷基底為中生代噴出巖、侵入巖及元古代變質(zhì)巖，還可能存在晚古生代變質(zhì)巖等[9]。

圖1 東海陸架盆地麗水—椒江凹陷構造位置、采樣井及地層結(jié)構示意

本次分析測試樣品主要取自位于椒江凹陷中南部與麗水凹陷東次凹的A、B二口典型井(圖1b)，分別是A井前新生代基底(A1樣品)以及A井和B井的明月峰組沉積巖巖屑(A2樣品和B1樣品)。針對二口井巖屑樣品進行取樣、清洗并篩選，遴選粒徑大于0.5 cm的巖石顆粒。其中A1樣品巖屑觀察表明，其主要有3種巖石類型：黑色泥質(zhì)巖屑、灰綠色至深綠色的巖屑及淺色—肉紅色巖屑顆粒。對其磨取薄片進行觀察分析，結(jié)果表明樣品總體以基性巖類(輝長巖—玄武巖類)、酸性噴出巖為主，其中侵入巖與噴出巖包括玄武巖(圖2a)、二長花崗巖(圖2b)、輝長巖(圖2c)、凝灰?guī)r(圖2d)、流紋巖(圖2e)等。巖屑樣品分析發(fā)現(xiàn)成巖后期普遍發(fā)生局部蝕變，出現(xiàn)了絹云母化(圖2e)、碳酸鹽膠結(jié)(圖2f)等特征。

2 樣品分析及測試方法

在對二口鉆井巖心、巖屑觀察的基礎上，選取了數(shù)件巖屑樣品，每件樣品重約1 kg。礦物分選之前首先對巖屑樣品進行預處理，主要是對巖屑樣品進行了洗滌，剔除泥礫及鉆井泥漿凝固物等雜質(zhì)后晾干，再將其置于放大鏡下進一步篩選出顏色、巖性較為均一、占主體比例的砂巖巖屑顆粒進行測試分析，目的是盡可能地減少混雜，提高實驗結(jié)果的可靠性。

樣品由河北廊坊地質(zhì)研究院進行鋯石礦物的分選，最終選取的3件樣品獲得了足夠進行U-Pb定年的鋯石礦物。鋯石U-Pb年代學分析測試在西北大學大陸動力學國家重點實驗室進行。實驗首先將已分離好的鋯石顆粒在雙目鏡下隨機挑選并粘至玻璃板上，再用環(huán)氧樹脂固定后拋光；分別用透射光和陰極發(fā)光(CL)對鋯石顆粒進行照相，分析鋯石的形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構。定年所用的ICP-MS為Agilent公司的Agilent 7500a，采用的激光剝蝕系統(tǒng)為德國MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas200M。在年齡測定前用3%的稀HNO3清洗樣品表面，測點盡量避開鋯石內(nèi)部的裂紋和包裹體，有關實驗過程可具體參見文獻[20]。數(shù)據(jù)處理采用GLITTER (ver 4.0)程序，各樣品的加權平均年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot(ver 3.0)獲得[21]，元素濃度計算采用NIST610 作外標，Si作內(nèi)標。

3 碎屑鋯石U-Pb測年分析結(jié)果

3.1 鋯石形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構

光學顯微鏡下，3個樣品的碎屑鋯石顆粒多呈無色透明到半透明，部分鋯石顆粒呈淺黃色及灰黃色；鋯石顆粒長度介于80～240μm之間，寬度介于50～120 μm之間(圖3)。

A1樣品鋯石顆粒切面主要呈次棱角狀到次圓狀，部分鋯石明顯遭受了磨蝕，表明經(jīng)歷了一定距離的搬運。CL圖像顯示鋯石晶形總體完好，呈六方柱狀，大部分鋯石顯示規(guī)律的、以巖漿鋯石為特征的韻律生長振蕩環(huán)帶；存在少量顆粒環(huán)帶結(jié)構不明顯，呈面狀、斑雜分帶或無分帶。另外有些顆粒可見明顯的殘留核，核幔結(jié)構清楚(圖3a)。此外大部分鋯石顆?？赡躑含量較高而導致在陰極發(fā)光下呈現(xiàn)較暗色調(diào)，同時邊部一般發(fā)育有明顯的淺色增生邊。該鋯石樣品總體形態(tài)特征較為復雜。

圖2 東海陸架盆地椒江凹陷A井A1部分樣品鏡下特征

圖3 東海陸架盆地椒江凹陷砂巖碎屑鋯石CL圖像

A2樣品鋯石顆粒切面呈自形—半自形棱柱狀，幾乎沒有磨圓；CL圖像顯示鋯石晶形完好，幾乎所有的鋯石均顯示規(guī)則的韻律生長振蕩環(huán)帶，且鋯石顆粒多存在溶蝕孔洞和白色雜斑(圖3b)，其中少量鋯石顆粒破損殘缺。在陰極發(fā)光下鋯石主要呈淺色調(diào)，該樣品鋯石形態(tài)總體特征較為簡單。B1號樣品與A2號的鋯石形態(tài)、結(jié)構基本類似(圖3c)。

鋯石形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構特征顯示，上述2個時代的樣品鋯石顆粒存在比較顯著的差別，主要體現(xiàn)在鋯石的磨圓度、CL圖像色調(diào)、環(huán)帶結(jié)構及面部特征等，暗示著可能具不同的物質(zhì)來源。

3.2 鋯石Th、U含量及其比值特征

A1樣品所測的77顆鋯石的Th含量介于(6.18～770.57)×10-6(平均137.26×10-6)；U含量變化較大，介于(84.82～5 266.63)×10-6(平均533.52×10-6)；Th/U比值介于(0.031～1.345)之間。剔除年齡不諧和的測試點后，60顆鋯石中有13顆鋯石Th/U比值小于0.1，26顆Th/U比值介于0.1～0.4之間，21顆大于0.4(圖4a)。

A2樣品所測的80顆鋯石的Th含量介于(10.85～486.17)×10-6(平均163.53×10-6)；U含量介于(19.27～906.39)×10-6(平均185.20×10-6)；Th /U比值介于0.046～2.554之間，其中77顆鋯石的Th /U比值大于0.4，2顆鋯石Th /U比值介于0.4～0.1之間，僅1顆小于0.1(圖4b)

B1樣品所測的81顆鋯石的Th含量介于(17.45～812.05)×10-6(平均166.05×10-6)；U含量介于(22.55～708.11)×10-6(平均194.97×10-6)；Th /U比值介于0.45～18.54之間，所有鋯石的Th /U比值均大于0.4(圖4c)。

圖4 東海陸架盆地椒江凹陷碎屑鋯石Th/U比值與U-Pb年齡關系

通過3個樣品Th、U含量及比值表明，A1樣品與A2、B1樣品具有不同的特征，A1樣品鋯石U含量明顯高于后兩者，后者Th/U比值明顯高于前者(圖4)。前人研究表明Th/U比值是判別鋯石成因重要的參考依據(jù)，巖漿成因的鋯石Th/U值大于0.1, 而變質(zhì)成因的鋯石Th/U值小于0.1。根據(jù)Th/U值測試結(jié)果，結(jié)合巖漿鋯石所具有的典型生長環(huán)帶等結(jié)構特征，表明古新統(tǒng)明月峰組碎屑鋯石均來源于巖漿母源，而前新生代樣品中碎屑鋯石除巖漿巖外，亦存在部分來自變質(zhì)巖的數(shù)據(jù)。

3.3 鋯石U-Pb年齡譜特征

A1樣品共測試了77顆鋯石，刪除諧和度低于90% 的數(shù)據(jù)后獲得諧和年齡有60組，符合概率統(tǒng)計樣本要求。諧和鋯石年齡介于111.7～1 050.1 Ma，由新到老分布區(qū)間為111.7～113.3 Ma(2顆)、172～193.7 Ma(6顆)、210.8～258.6 Ma(21顆)、277.9～358.1 Ma(9顆)、370.6～497.7 Ma(15顆)及758.2～1 050.1 Ma(7顆)6個年齡組段，這些年齡分布特點大致可以代表鋯石的年齡組分。除2顆鋯石外，其余測量樣品年齡均大于170 Ma，主峰值年齡約為227 Ma及395 Ma(圖5a)。

A2樣品共測試了80顆鋯石，刪除諧和度低于90% 的數(shù)據(jù)后獲得諧和年齡63組，其年齡介于58.1～1 876.9 Ma之間，由新到老分布區(qū)間為58.1～58.5 Ma(3顆)、71.3～94.6 Ma(6顆)、100.5～136.6 Ma(50顆)、147.1～166.1 Ma(3顆)及1 876.9 Ma(1顆)5個年齡組段。除1顆鋯石年齡為1 876.9 Ma之外，其余鋯石年齡均小于170 Ma，主要集中在90～137 Ma年齡段，主峰值年齡約為110 Ma(圖5b)。

B1樣品共測試了81顆鋯石，刪除諧和度低于90% 的數(shù)據(jù)后獲得諧和年齡60組，年齡分布在84.9～1 892.7 Ma之間，主要分布區(qū)間為84.9～99.5 Ma(9顆鋯石)、100.4～142.4 Ma(46顆)、160.8～164.1 Ma(2顆)及1 843.4～1 892.7 Ma(3顆)，除3顆古元古代年齡鋯石之外，其余鋯石年齡均小于170 Ma，主要集中在92～140 Ma年齡段，主峰值年齡約為114 Ma(圖5c)。

3.4 元素地球化學特征

砂巖氧化物質(zhì)量分數(shù)分析表明(表1)，所分析的前新生代基底樣品(A1樣品)的SiO2質(zhì)量分數(shù)較低，為54.36%，Al2O3次之，為15.66%，F(xiàn)e2O3為6.26%；CaO(5.73%)、MgO(3.26%)含量較高，說明樣品中碳酸鹽巖的含量較高；同時，還含有少量的MnO及P2O5，推斷砂巖中存在少量的磷灰石、綠簾石等重礦物。而所有新生界明月峰組砂巖樣品(A2和B1樣品)中SiO2質(zhì)量分數(shù)較高，為72.3%～83.28%，平均為77.79%；Al2O3次之，介于5.96%～8.56%之間，平均為7.26%；Fe2O3介于2.46%～2.52%之間，平均為2.49%；CaO、MgO含量不同鉆井之間雖存在差別，但較前新生代地層明顯降低，說明樣品重碳酸鹽巖含量較低；此外MnO及P2O5質(zhì)量分數(shù)則遠遠低于前新生代地層。從上述主量元素質(zhì)量分數(shù)分析可以看到，研究區(qū)前新生代樣品與新生代砂巖存在著顯著的差別。

圖5 東海陸架盆地椒江凹陷碎屑鋯石U-Pb年齡譜峰圖及諧和圖

樣品號地層Al2O3CaOFe2O3K2OMgOMnONa2OP2O5SiO2TiO2LOITotalA1基底15.665.736.263.133.260.112.890.2154.360.737.1999.53A2明月峰組8.564.142.523.090.490.041.570.0472.300.236.2499.22B1明月峰組5.960.442.462.590.230.020.770.0283.280.163.3499.27

圖6 東海陸架盆地椒江凹陷樣品主量元素化學成分的構造環(huán)境判別圖解紅色為前新生代樣品，藍色為明月峰組樣品

基于巖石中的化學成分是礦物成分的反映，巖石中的主要化學成分可作為構造背景分析的標志。利用主量元素等可以判斷其形成的大地構造環(huán)境。通過計算投圖(圖6)，可以看出研究區(qū)前新生代樣品主體分布于大洋島弧環(huán)境，而明月峰組砂巖樣品主體落入了大陸邊緣環(huán)境。

4 討論

4.1 椒江凹陷前新生代基底特征

麗水—椒江凹陷前新生代基底特征復雜，巖性組合上有變質(zhì)巖、火山巖、沉積巖及火山巖—沉積巖互層等，被多口鉆井證實[4]。前人通過大量地質(zhì)、地球物理及鉆井資料分析表明，東海大陸架盆地區(qū)是我國東南大陸的自然延伸，為華南褶皺系的重要組成部分，存在著華南褶皺系海西期和印支期的基底[3]，并進一步指出了東海陸架盆地的基底為中生代巖漿巖、元古代變質(zhì)巖及古生界所組成[4,9]。其中，靈峰凸起靈峰1井元古代片麻巖(1.68 Ga)的揭示明確了東海陸架元古代變質(zhì)巖基底的存在。麗水西次凹東北部、麗水東次凹鉆遇的多為白堊紀火成巖，較少見到印支期的記錄；椒江凹陷前新生代基底火成巖年齡未有確切測試結(jié)果。

本文通過對椒江凹陷A井前新生代基底碎屑鋯石U-Pb測年分析，顯示其包括變質(zhì)巖及巖漿巖2種類型，且鋯石具有多期次演化特征。根據(jù)本次測試分析的鋯石峰值年齡特征，前新生代樣品的鋯石諧和年齡介于111.7～1 050.1 Ma，由新到老含6個年齡組段，除2顆年齡較小外，其余測量樣品年齡均大于170 Ma，其中210.8～258.6 Ma(21顆)為主要分布區(qū)間，主峰值年齡約為227 Ma。證實本區(qū)基底中廣泛存在海西—印支期、加里東期巖漿及變質(zhì)鋯石，其次為晉寧期，燕山期巖漿巖鋯石相對缺乏。這些時期均為我國東南部華夏古陸及周緣一帶主要巖漿巖發(fā)育的重要時期[5-6]。其中印支晚期年齡記錄基本代表了該層段花崗巖的形成年齡。根據(jù)以往研究結(jié)果[5]，對于麗水東次凹靠近東側(cè)凸起的B井基底侵入巖樣品曾開展過鋯石U-Pb定年分析，顯示其年齡主要集中在194～243 Ma，大致可分為205 Ma和220 Ma兩期，證實雁蕩凸起存在晚三疊世—早侏羅世的巖體，亦表明東海陸架盆地存在印支期的巖漿活動，這和本次的分析結(jié)果相對一致。

4.2 古新統(tǒng)明月峰組物源特征

古新統(tǒng)明月峰組是麗水—椒江凹陷主要勘探目的層段，研究程度相對較高。前人普遍認為麗水—椒江凹陷古新統(tǒng)主體經(jīng)歷了三角洲—湖泊—扇三角洲向三角洲—濱?！獪\海環(huán)境的演化過程。前人采用巖心、稀土元素、 測井、地震與古生物多種資料，運用不同方法研究了明月峰組物源特征[12-14]，總體認為古新統(tǒng)物源主要以中生代中酸性火成巖及火山碎屑巖為主，其次為元古代與古生代的變質(zhì)巖，其物源方向有西部閩浙隆起帶、東部雁蕩低凸起及中部靈峰凸起。但是中生代以來我國東部巖漿活動強烈、活動期次多且分布廣泛，究竟是哪些時代巖體為麗水—椒江凹陷古新統(tǒng)的主要物源，前人并未明確。

本文研究的明月峰組砂巖碎屑鋯石主要為巖漿巖鋯石(圖3)，且具近距離剝蝕搬運沉積的特點；同時鋯石年齡主要集中在170 Ma以來，峰值年齡段為137～90 Ma(圖5)。麗水—椒江凹陷的東側(cè)為漁山低凸起區(qū)，其上的福州凹陷內(nèi)廣泛發(fā)育上白堊統(tǒng)閩江組火山碎屑巖系，二者在時空上具有非常好的耦合關系，表明椒江凹陷東側(cè)早白堊世巖漿巖區(qū)可能是明月峰組沉積時期的主要物源區(qū)。此外，兩樣品中均出現(xiàn)了大于1.8 Ga的鋯石，這與浙西及閩西北的華夏最古老基底的花崗巖和變質(zhì)成角閃巖的玄武巖(1.9～1.8 Ga)相一致；另外椒江凹陷A井樣品中還存在年齡介于58～71 Ma的鋯石(圖5)，這與東海陸架盆地中部晚白堊世—古新世巖漿活動在年代上具有一定的聯(lián)系，表明可能有少量的物源來自椒江凹陷周緣其他局部隆起區(qū)。

4.3 古新統(tǒng)不同組段物源對比分析

麗水—椒江凹陷為晚白堊世—新生代的弧后裂陷盆地，古新統(tǒng)為主體斷陷期沉積，從下至上發(fā)育月桂峰組、靈峰組和明月峰組，椒江凹陷和麗水凹陷在構造成因、地層發(fā)育序列和時代上均具有一致性。從構造位置和構造特征來看(圖1)，椒江凹陷和麗水東次凹均受控于東側(cè)大斷裂的活動，發(fā)育東斷西超的箕狀斷陷。二者東側(cè)均緊鄰雁蕩低凸起，后者為其斷陷期的主要物源區(qū)。本次僅對椒江凹陷和麗水東次凹鉆井內(nèi)的明月峰組層段選取砂巖樣品進行了斷陷期物源測試分析，月桂峰組和靈峰組的碎屑物源特征可以參考前人麗水凹陷的研究成果做類比。根據(jù)陳春峰等研究成果[18]，麗水東次凹月桂峰組—靈峰組上段沉積物源無明顯差異，沉積物中鋯石以125～74 Ma的巖漿鋯石為主，分析物源來自其東側(cè)的雁蕩低凸起區(qū)；麗水西次凹靈峰組巖漿鋯石峰值年齡為140.8 Ma和110 Ma，對應于其西側(cè)閩浙隆起帶中生代中期的火山巖，其物源可能來源于其西側(cè)閩浙隆起區(qū)。根據(jù)陳國俊等研究成果[13]，麗水東次凹明月峰組碎屑鋯石年齡最明顯峰值在110 Ma，這和本次A2及B1明月峰組測試樣品分析結(jié)果一致，而麗水西次凹明月峰組碎屑鋯石年齡分布稍微變老，在140～100 Ma。

根據(jù)本次測試結(jié)果，明月峰組物源的時代特征指示，在古新世晚期雁蕩低凸起早白堊世巖漿巖已廣泛出露地表，成為椒江和麗水東次凹的主要物源區(qū)。綜合本文分析測試結(jié)果和前人研究成果，表明椒江凹陷古新統(tǒng)月桂峰組、靈峰組和明月峰組沉積層段在物源組分上差異不大，且與麗水東次凹具有較大可對比性，說明椒江凹陷與麗水東次凹在古新統(tǒng)沉積時期物源來源相對單一，多來自于其東側(cè)的雁蕩低凸起?？梢酝茰y，在古新世主體斷陷期，雁蕩低凸起為椒江凹陷和麗水東次凹持續(xù)提供物源。椒江凹陷測試結(jié)果與麗水西次凹相差較大，后者物源來自于西側(cè)閩浙隆起區(qū)的可能性較大。

5 結(jié)論

(1)椒江凹陷中南部鉆孔內(nèi)碎屑鋯石定年分析測試表明，前新生代基底鋯石形態(tài)特征較為復雜；Th、U含量研究表明其碎屑鋯石以火成巖為主，兼有部分變質(zhì)特征；元素地球化學分析屬于大洋島弧環(huán)境。古新統(tǒng)明月峰組鋯石形態(tài)較為簡單且表現(xiàn)為近源特征，碎屑鋯石均來源于巖漿母源，元素地球化學分析結(jié)果屬于大陸邊緣環(huán)境。

(2)前新生代基底樣品中除2顆鋯石外，其余測量樣品年齡均大于170 Ma，主峰值年齡約為227 Ma；古新統(tǒng)明月峰組除4顆鋯石外，其余鋯石年齡均小于170 Ma，主要集中在90～140 Ma年齡段，主峰值年齡為110～114 Ma。

(3)椒江凹陷前新生代基底火成巖主要形成于印支晚期，和麗水東次凹及雁蕩低凸起等已有巖漿記錄具有一致性。椒江凹陷古新世物源較為單一，鋯石U-Pb測試表明其東部雁蕩低凸起在古新世斷陷期持續(xù)提供物源供應，與麗水東次凹具有較大可對比性。

致謝：本文在研究過程中得到了中海石油(中國)有限公司上海分公司的項目及樣品支持，在此致以衷心感謝。同時，對審稿專家的中肯意見在此一并感謝！