陸豐13東洼文昌組碎屑鋯石U-Pb年齡特征及其物源示蹤意義*

周鳳娟 丁 琳 馬永坤 李曉艷 張月霞 趙 夢 闕曉銘

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054； 2.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

陸豐13東洼是珠江口盆地珠一坳陷東部的次級構造單元，是已證實的富生烴洼陷，近年來在古近系文昌組相繼發(fā)現(xiàn)了陸豐A-1、陸豐B-1等油氣田，揭示了古近系良好的油氣勘探前景［1］。儲層質量是制約古近系勘探能否取得商業(yè)成功的一個關鍵因素，目前對陸豐13東洼文昌組儲層發(fā)育特征及主控因素已開展了一些研究［2］，但對文昌組優(yōu)質儲層物源方面的研究甚少。在珠江口盆地，碎屑鋯石U-Pb定年物源示蹤研究尚處于起步階段，研究成果較少。王維等［3-4］認為珠一坳陷文昌組、恩平組下段物源主要為周邊隆起中生代花崗巖。本文利用陸豐13東洼較豐富的鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)，結合其他巖礦分析化驗數(shù)據(jù)，首次對陸豐13東洼沉積區(qū)文昌組東北向長軸辮狀河三角洲進行了碎屑鋯石年代學分析，并與物源區(qū)年齡譜特征對比研究，可以示蹤沉積物搬運路徑，進一步重建盆地的物源演化過程［5］，再討論不同母巖類型對儲層物性的影響，對古近系優(yōu)質儲層預測具有一定的指導作用。

1 區(qū)域地質背景

珠江口盆地是我國南海油氣產(chǎn)區(qū)之一，是在燕山期花崗巖及前新生代褶皺基底上發(fā)育起來的中—新生代大型沉積盆地［6］。陸豐凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷東北部，為北部隆起、惠陸低凸起、東沙隆起和海豐凸起所圍限，面積7 760 km2。受早期NNW向和晚期近SN向應力場影響，陸豐凹陷內的構造形態(tài)主要表現(xiàn)為NEE和E-W走向。受中部陸豐中低凸起分割影響，陸豐凹陷可劃分為陸豐南次凹和陸豐北次凹，內部又可分為陸豐15洼、陸豐13東洼、陸豐13西洼、陸豐7洼、惠州11洼和惠州5洼等6個次級洼陷（圖1），其中陸豐13東洼面積最大、基底沉降最深，是陸豐凹陷勘探程度最高的地區(qū)［1］。

圖1 陸豐凹陷古近系構造綱要Fig.1 Main structural units of Paleogene in Lufeng sag

陸豐凹陷古近紀湖盆經(jīng)歷了兩幕裂陷，即裂陷一幕文昌期和裂陷二幕恩平期。綜合地震波組接觸關系、測井巖性組合及沉積旋回變化等因素［7］，將文昌組劃分為6個三級層序，主力油層位于文五段和文二段，也是主要的儲層發(fā)育層段（圖2）。區(qū)域研究表明：文昌組沉積時期邊界斷裂強烈活動，古地貌高差大，湖盆快速沉降，四周為高山環(huán)繞，洼陷分割性強，以近源短程水系物源供給為主，陸豐13東洼主要的供源區(qū)是陸豐東低凸起、陸豐中低凸起、惠陸低凸起等（圖1），主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、灘壩等砂體；恩平組沉積時期由于準平原化作用，物源區(qū)地貌相對平緩，遠程水系補給增強，沉積區(qū)范圍明顯擴大，以廣泛分布的淺水辮狀河三角洲為特色，盆內斷隆帶發(fā)育濱淺湖灘壩。

圖2 陸豐凹陷文昌組地層綜合柱狀圖Fig.2 Integrated histogram of Wenchang Formation layer in Lufeng sag

2 樣品與測試方法

對A-3、B-1、C-1、C-2、D-1、E-1共6口井11個砂巖巖屑取樣，進行碎屑鋯石U-Pb定年分析，層位包括文二段、文五段、中生代等，其中文二段（B-1、C-1、C-2井）與文五段（A-3、D-1、E-1井）取樣井均處于東北向長軸辮狀河三角洲前緣相帶（圖3），區(qū)域研究表明物源主要來自陸豐東低凸起；同時收集前人對陸豐地區(qū)基底鋯石定年的研究成果，共4口井（G-1井花崗閃長巖、H-1井花崗巖、I-1井沉積巖、J-1井變質巖）4個樣品點。樣品的預處理、陰極發(fā)光圖像拍攝和激光剝蝕電感耦合等離子質譜（LA-ICP-MS）定年均在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，電感耦合等離子質譜（ICP-MS）為Agilent 7 500 a。

圖3 陸豐凹陷文昌組沉積相圖（研究區(qū)位置見圖1）Fig.3 Sedimentary facies of Wenchang Formation in Lufeng sag（see Fig.1 for location）

對每顆鋯石進行U-Pb定年，最終獲得3組年齡：207Pb／206Pb、207Pb／235U、206Pb／238U。對于封閉體系，U-Pb年齡是諧和的，反映出鋯石的結晶年齡。而在實際情況下，由于熱液或變質作用的影響，鋯石有可能會Pb污染或丟失，導致U-Pb年齡不諧和。在數(shù)據(jù)處理中，對206Pb／238U年齡小于1 000 Ma的鋯石選取206Pb／238U年齡，并以100×（207Pb／235U）／（206Pb／238U）計算諧和度；對206Pb／238U年齡大于1 000 Ma的鋯石選取207Pb／206Pb年齡，并以100×（207Pb／206Pb）／（206Pb／238U）計算諧和度［7］。結合樣品數(shù)據(jù)情況，選取合樣品數(shù)據(jù)情況，選取諧和度介于90%～110%的鋯石U-Pb年齡，并根據(jù)Kernel Density Estimation（KDE）方法繪制鋯石年齡譜圖［8-12］。

3 文二段、文五段碎屑鋯石U-Pb年齡特征

經(jīng)過預處理，共獲得718個諧和年齡（表1），其中87%的鋯石樣品Th／U值大于0.3，以巖漿成因為主，Th／U＜0.1的變質成因鋯石很少（圖4）。樣品碎屑鋯石年齡從太古代到新生代都有分布（表1、圖5），文二段最年輕年齡為39.1 Ma，最古老年齡為1 916 Ma；文五段最年輕年齡為43 Ma，最古老年齡為2 666 Ma。

表1 陸豐13東洼砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡組成統(tǒng)計Table 1 U-Pb ages distribution of detrital zircons of sandstone，Lufeng13 eastern sag

圖4 陸豐13東洼碎屑鋯石Th／U值Fig.4 Th／U ratio of detrital zircons of sandstones，Lufeng13 eastern sag

圖5 陸豐13東洼文二段、文五段砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡譜圖（n為年齡點個數(shù)）Fig.5 U-Pb age spectra for detrital zircons of sandstones of the 2nd and 5th Member of Wenchang Formation，Lufeng13 eastern sag（n refers to the number of age measurements）

3.1 文二段碎屑鋯石U-Pb年齡特征

文二段4個砂巖樣品共測得265個諧和鋯石U-Pb年齡，樣品中鋯石年齡復雜（表1），不同時代的年齡均有分布，年齡譜具有多峰特征，其中主峰值為156、430 Ma（圖5a—c）。每個樣品都含有新生代的鋯石，最年輕的年齡為39.1～40.0 Ma，表明樣品所在地層年齡小于39.1 Ma，與文二段相符；太古代（Ar）鋯石含量低，均在2.3%以下。

B-1井2個樣品含有較多元古代（Pt）、古生代（Pz）鋯石，平均含量達30%（表1），其中新元古代（Pt3）含量達13%；古生代志留紀鋯石占10%，寒武紀、奧陶紀、石炭紀、二疊紀均有少量分布，不含泥盆紀鋯石；中生代（Mz）白堊紀、侏羅紀鋯石含量相當，各約占10%，三疊紀鋯石含量很低。該井文二段碎屑鋯石U-Pb年齡譜具有多峰特征，主峰值為430 Ma，次峰為160 Ma（圖5a）。

C-1井4 130～4 165 m深度樣品含有大量中生代（Mz）鋯石，含量為33.7%，其中侏羅紀鋯石含量最高達19.1%；古生代和元古代鋯石含量相當，均為28.1%，古生代志留紀含量最高為12.4%，寒武紀、奧陶紀、石炭紀、二疊紀均有少量分布，不含泥盆紀鋯石；元古代中新元古代（Pt3）含量最高，其次為中元古代（Pt2）和古元古代（Pt1）。該井文二段碎屑鋯石U-Pb年齡譜具有多峰特征，主峰值為154 Ma、次峰為430 Ma（圖5b）。

C-2井4 184～4 222 m深度樣品含有大量古生代（Pz）鋯石，含量為39.5%，其中志留紀含量最高達16.0%，其次為奧陶紀12.3%，寒武紀、石炭紀、二疊紀含量較少，不含泥盆紀鋯石；中生代和元古代分別占23.5%、27.2%，其中中生代侏羅紀、白堊紀各占11%，不含三疊紀鋯石；元古代鋯石以新元古代（Pt3）為主。該井文二段碎屑鋯石U-Pb年齡譜具有多峰特征，主峰為430 Ma，次峰為156 Ma（圖5c）。

3.2 文五段碎屑鋯石U-Pb年齡特征

文五段5個砂巖樣品共測得345個諧和鋯石U-Pb年齡，樣品中鋯石年齡復雜（表1），不同時代的年齡均有分布，年齡譜具有多峰特征，其中主峰值為154、430 Ma（圖5e—g）。除了D-1井3 501～3 510 m深度外，其余樣品都含有新生代的鋯石，太古代（Ar）鋯石含量低，均在2.9%以下。

D-1井3 501～3 510 m深度樣品含有大量古生代（Pz）鋯石，含量為46.6%，其中志留紀含量最高達17.2%，與其他樣品不同的是含有15.5%泥盆紀鋯石，不含石炭紀鋯石；中生代（Mz）鋯石占37.9%，其中三疊紀、侏羅紀、白堊紀各時代鋯石含量相當；元古代（Pt）鋯石含量較低為15.5%，其中新元古代（Pt3）含量達12.1%（表1）。該井文五段碎屑鋯石U-Pb年齡譜具有多峰特征，主峰為430 Ma，次峰為150 Ma（圖5d）。

E-1井3 209～3 234 m與3 324～3 357 m深度樣品鋯石年齡特征相似（表1），該井文五段有大量的中生代（Mz）和古生代（Pz）鋯石，其中中生代以侏羅紀鋯石為主；古生代以志留紀鋯石為主，高達14%，不含泥盆紀鋯石；元古代以新元古代（Pt3）為主。該井文五段碎屑鋯石U-Pb年齡譜圖，具有多峰特征，主峰為154 Ma，次峰為430 Ma（圖5e）。

A-3井3 989～4 018 m與4 150～4 176 m深度樣品含有大量中生代和古生代（Pz）鋯石，其中中生代侏羅紀、白堊紀鋯石含量相當；古生代以志留紀鋯石為主，不含泥盆紀鋯石；元古代以新元古代（Pt3）為主。該井文五段碎屑鋯石U-Pb年齡譜具有多峰特征，主峰值為430 Ma，次峰為154 Ma（圖5f）。

綜上所述，文二段與文五段碎屑鋯石U-Pb年齡復雜，不同時代的年齡均有分布，具有多峰特征，其中主峰值為156、430 Ma，表明文五段與文二段物源相似，且有繼承性的特征。

4 源區(qū)殘留地層巖性與年齡特征

4.1 巖性特征

前人研究表明［13-14］，南海北部基底不同時期巖性及分布如下：①前震旦結晶基底（元古代）在南海北部廣泛分布，以變質巖為主；②震旦—早古生代也廣泛分布于南海北部，是華南加里東褶皺帶向海域的自然延伸，主要發(fā)育低綠片巖相變質巖；③晚古生代為淺變質的海西褶皺帶，以淺海相碎屑巖夾碳酸鹽巖為主，但是珠江口盆地在晚古生代屬于古隆起，因此缺失這一時期地層；④早中生代（晚三疊世—早侏羅世）主要在陸區(qū)發(fā)育，珠江口盆地零星分布；⑤晚中生代（中—晚侏羅世、白堊紀）珠江口盆地東部以海相和海陸過渡相為主，火山活動強烈，主要發(fā)育巖漿巖、沉積巖等。

從目前陸豐凹陷及周邊區(qū)域鉆遇基底的16口井來看，基底殘留地層均是中生代，巖性主要為花崗巖和沉積巖，局部發(fā)育噴出巖、火山碎屑巖和變質巖。結合前人研究成果［14］，利用已鉆井的基底巖性與地震相特征，從點到面，根據(jù)基底面之下均方根振幅屬性平面圖得到陸豐凹陷三維區(qū)基底巖性平面分布圖（圖6）。從圖6可以看出，文二段與文五段主要物源區(qū)陸豐東低凸起殘留地層巖性主要為花崗巖和沉積巖，但由于在文昌組沉積期之后可能仍然作為物源區(qū)遭受剝蝕，凸起表面殘留巖層并不能完全代表文昌組沉積時期的物源區(qū)巖性。本研究的目的之一就是對該時期的物源區(qū)母巖特征進行定性約束。

4.2 鋯石U-Pb年齡特征

如上所述，陸豐地區(qū)殘留地層巖性主要為花崗巖和沉積巖，局部發(fā)育噴出巖、火山碎屑巖和變質巖，以下按照4個巖性系列來分述其鋯石U-Pb年齡特征。

1）花崗巖。中生代花崗巖在珠江口盆地東部廣泛發(fā)育，已有多口鉆井證實。前人研究表明［15］，珠江口盆地東部花崗巖鋯石年齡具有單峰特征，均為中生代，所有井年齡值統(tǒng)計以100～130或145～165 Ma區(qū)間為主，表明主要受到晚侏羅世和早白堊世兩期巖漿侵入的影響，其中陸豐地區(qū)鉆遇基底花崗巖G-1井鋯石U-Pb年齡為109.2±1 Ma，H-1井鋯石U-Pb年齡為100.4±2.1 Ma。

2）沉積巖。沉積巖基底主要分布在珠一坳陷東部，進行碎屑鋯石U-Pb定年的有E-1、I-1井（圖7）。E-1井3 540～3 555、3 609～3 639 m深度樣品最年輕的年齡為92.2 Ma，表明樣品所在地層年齡小于92.2 Ma，與中生代地層相符；I-1井2 297.5～2 307 m深度樣品最年輕的年齡為93.7 Ma，表明樣品所在地層年齡小于93.7 Ma，也與中生代地層相符。

圖6 陸豐凹陷基底巖性平面分布圖（研究區(qū)位置見圖1）Fig.6 Planar distribution map of basement lithology in Lufeng sag（see Fig.1 for location）

圖7 陸豐13東洼中生代砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡譜圖（n為年齡點個數(shù)）Fig.7 U-Pb age spectra for detrital zircons of Mesozoic sandstones，Lufeng13 eastern sag（n refers to the number of age measurements）

E-1井3 540～3 555、3 609～3 639 m深度樣品含有較多中生代（Mz）和古生代（Pz）鋯石，其中中生代侏羅紀鋯石含量最高達18%，其次為白堊紀鋯石；古生代（Pz）中志留紀含量最高，不含寒武紀鋯石；元古代（Pt）以新元古代（Pt3）鋯石為主，含量達17%（表1）。該井沉積巖年齡譜具有多峰特征，主峰值為430 Ma，次峰值為160 Ma（圖7a）。

I-1井2 297.5～2 307 m深度樣品含有較多中生代（Mz）鋯石，含量為52.6%，其中中生代侏羅紀鋯石含量高達42.1%；古生代（Pz）鋯石含量略低，含量為36.8%，古生代中志留紀含量最高，不含寒武紀、石炭紀鋯石；元古代（Pt）鋯石含量很低，為10.5%，全部為新元古代（Pt3）鋯石（表1）。該井沉積巖年齡譜具有多峰特征，主峰為154 Ma，次峰為430 Ma（圖7b）。

由此可知，陸豐地區(qū)中生代沉積巖碎屑鋯石UPb年齡復雜，不同時代的年齡均有分布，且具有多峰特征，其中主峰值為154、430 Ma，與沉積區(qū)文二段、文五段的砂巖樣品鋯石年齡譜特征相似。

3）噴出巖。前人研究表明［15］，珠江口盆地噴出巖形成時間有四期：早白堊世110 Ma左右、早白堊世末期97 Ma左右、始新世60 Ma左右、始新世40 Ma左右，其中以后兩個時期為主，代表南海北部新生代兩期重要的火山活動。

4）變質巖。陸豐地區(qū)僅有J-1井鉆遇基底變質巖，巖性為云母斜長片麻巖（其原巖花崗巖具有片理構造），鋯石U-Pb年齡為161.6±2.4 Ma，推測為中生代侏羅世花崗巖變質形成。

5 物源示蹤意義

研究區(qū)文二段的碎屑鋯石U-Pb年齡主要集中在90～170、420～460 Ma兩個區(qū)間，文五段的碎屑鋯石U-Pb年齡主要集中在90～180、400～460 Ma兩個區(qū)間，分別對應中生代早白堊世—中侏羅世、古生代晚志留世—晚奧陶世，這一結果與珠江口盆地不發(fā)育早侏羅世—晚三疊世、晚古生代（泥盆紀、石炭紀、二疊紀）地層相吻合。從珠江口盆地東部所有鉆遇基底的井來看，基底現(xiàn)今殘留地層均為中生代，因此推測文二段與文五段主要物源為中生代地層，不可能是古生代地層。對比沉積區(qū)文二段、文五段碎屑鋯石U-Pb年齡譜特征與物源區(qū)殘留地層不同巖性對應的年齡譜特征，結果表明文二段、文五段年齡譜特征與中生代沉積巖年齡譜特征相似，均表現(xiàn)為年齡復雜，不同時代的年齡均有分布，且具有多峰特征，其中主峰值為156、430 Ma；同時文二段和文五段還有40～42 Ma次峰值，與始新世噴出巖的年齡一致。因此，推測研究區(qū)文二段、文五段的物源主要來自中生代沉積巖，局部可能受到新生代始新世噴出巖的影響。

另外，通過研究區(qū)砂巖鑄體薄片中巖屑類型和重礦物組合特征可對文二段和文五段的物源恢復結果進行佐證。鑄體薄片鑒定結果表明，文二段和文五段巖屑類型與中生界砂巖相似（圖8），均以變質巖巖屑和噴出巖巖屑為主，可見少量花崗巖巖屑和沉積巖巖屑，推測變質巖巖屑、部分噴出巖巖屑主要來自中生代沉積巖，另有少量噴出巖巖屑可能來自始新世噴出巖，花崗巖巖屑可能有少量中生代花崗巖物源的貢獻，沉積巖巖屑由于不太穩(wěn)定，保存下來較少；同時，文二段、文五段重礦物組合以鋯石、白鈦礦為主，文五段還可見較多的電氣石和石榴石（圖9），表明文二段、文五段砂巖成分成熟度較高，物源以沉積巖為主［16-17］，符合中生代沉積巖再沉積的特征，局部可能受到巖漿巖和變質巖的影響。

圖8 陸豐13東洼文二段、文五段、中生界砂巖巖屑類型統(tǒng)計Fig.8 Statistical chart for rock debris types of sandstones of the 2nd and 5th Member of Wenchang and Mesozoic Formation，Lufeng13 eastern sag

圖9 陸豐13東洼文二段、文五段砂巖重礦物統(tǒng)計Fig.9 Statistical chart for heavy mineral types of the 2nd and 5th Member of Wenchang Formation，Lufeng13 eastern sag

綜上所述，研究區(qū)文二段、文五段物源主要為中生代沉積巖，局部可能受到新生代始新世噴出巖、中生代花崗巖物源的影響。中生代沉積巖給文二段、文五段提供物源，解釋了陸豐13東洼深層文昌組發(fā)育優(yōu)質儲層的根本原因。由于中生代沉積巖的再沉積，文二段、文五段儲層石英含量高，成分成熟度、結構成熟度高，儲層抗壓實能力強，原生孔隙發(fā)育，物性好，測試產(chǎn)能高。

6 結論

1）陸豐13東洼文二段、文五段砂巖主要為巖漿成因鋯石，鋯石U-Pb年齡復雜，從太古代到新生代都有分布；年齡譜具有多峰特征，主峰值為156、430 Ma。

2）陸豐13東洼基底殘留巖性主要為花崗巖和沉積巖，局部發(fā)育噴出巖、火山碎屑巖和變質巖，其中花崗巖鋯石U-Pb年齡為單峰特征，所有井年齡值統(tǒng)計主要為100～130、145～165 Ma兩個年齡段。沉積巖鋯石U-Pb年齡譜具有多峰特征，主峰值為156、430 Ma。

3）綜合鋯石U-Pb定年、薄片巖屑類型和重礦物等物源示蹤方法，分析認為陸豐13東洼文二段、文五段物源主要為中生代沉積巖，局部可能受到新生代始新世噴出巖、中生代花崗巖物源的影響，而中生代沉積巖提供物源的儲層在深層仍然具有較好的物性和產(chǎn)能。

致謝：在資料收集和論文撰寫過程中，得到了中海石油（中國）有限公司天津分公司王清斌、劉曉健，中海石油（中國）有限公司深圳分公司雷永昌、向巧維、劉冬青、汪旭東、李瀟的指導與幫助，在此表示由衷的感謝！