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珠江口盆地阳江东凹始新统的源汇过程:碎屑锆石定年及物源示踪

杜晓东 彭光荣 吴静 蔡国富 汪晓萌1 索艳慧 周洁

杜晓东, 彭光荣, 吴静, 蔡国富, 汪晓萌1, 索艳慧, 周洁. 珠江口盆地阳江东凹始新统的源汇过程:碎屑锆石定年及物源示踪[J]. 海洋地质与第四纪地质. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021071301
引用本文: 杜晓东, 彭光荣, 吴静, 蔡国富, 汪晓萌1, 索艳慧, 周洁. 珠江口盆地阳江东凹始新统的源汇过程:碎屑锆石定年及物源示踪[J]. 海洋地质与第四纪地质. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021071301
DU Xiaodong, PENG Guangrong, WU Jing, CAI Guofu, WANG Xiaomeng, SUO Yanhui, ZHOU Jie. Tracing source-to-sink process of the Eocene in the Eastern Yangjiang Sag, Pearl River Mouth Basin: Evidence from detrital zircon spectrum[J]. Marine Geology & Quaternary Geology. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021071301
Citation: DU Xiaodong, PENG Guangrong, WU Jing, CAI Guofu, WANG Xiaomeng, SUO Yanhui, ZHOU Jie. Tracing source-to-sink process of the Eocene in the Eastern Yangjiang Sag, Pearl River Mouth Basin: Evidence from detrital zircon spectrum[J]. Marine Geology & Quaternary Geology. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021071301

珠江口盆地阳江东凹始新统的源汇过程:碎屑锆石定年及物源示踪


doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021071301
详细信息
    作者简介:

    杜晓东(1986—),男,硕士,工程师,主要从事珠江口盆地石油地质研究工作,E-mail:duxd5@cnooc.com.cn

  • 基金项目:  中海石油(中国)有限公司重大生产科研项目“珠江口盆地(东部)浅水区古近系油气成藏条件及勘探突破方向”(SCKY-2020-SZ-21)
  • 中图分类号: P736.21

Tracing source-to-sink process of the Eocene in the Eastern Yangjiang Sag, Pearl River Mouth Basin: Evidence from detrital zircon spectrum

More Information
  • 摘要: 阳江东凹为近年来珠江口盆地取得重要勘探突破的凹陷。为阐明阳江东凹始新统文昌组-恩平组物源区、物源转换等源汇过程,以锆石U-Pb定年为主要技术手段,对研究区文昌组和恩平组7件砂岩的碎屑锆石形态和年龄进行了分析。结果表明,(1)在文昌组时期,阳江东凹以周缘凸起的中生代岩浆岩为物源区,为珠江口盆地内部(简称“盆内”)近物源输入,且物源输入量小,利于半-深湖相烃源岩的发育。文昌组的优质烃源岩为本地区油气勘探提供了物质基础。(2)在恩平组下段沉积期,凹陷主体的物源来自阳江-一统暗沙断裂带西侧较远区域出露的古生代岩浆岩,局部仍由周缘凸起供源,洼陷由盆内近物源转变为盆内远物源为主;恩平组上段沉积期,洼陷兼具盆内物源和珠江口盆地外部(简称“盆外”)物源的贡献,其中盆外物源来自华南板块,并且从该时期开始,华南板块物源供给增强,并逐渐控制了整个凹陷的沉积充填。整个恩平组时期,物源供给持续增强及控洼断裂活动性减弱造成洼陷被浅水辫状三角洲所主导。
  • 图  1  阳江东凹构造单元划分

    Figure  1.  Tectonic map of the Eastern Yangjiang Sag

    图  2  珠江口盆地阳江东凹综合地层柱状图

    Figure  2.  Stratigraphic column of the Eastern Yangjiang Sag,the Pearl River Mouth Basin

    图  3  4口钻井始新统地层划分与GR测井曲线剖面对比

    Figure  3.  Correlation of Eocene lithological units and their GR logging data from 4 wells

    图  4  阳江东凹砂岩碎屑锆石Th/U值

    Figure  4.  Th/U ratio of detrital zircons of sandstones in the Eastern Yangjiang Sag

    图  5  阳江东凹砂岩碎屑锆石阴极发光图像(数字为年龄/Ma)

    Figure  5.  CL images of detrital zircons of sandstones in the Eastern Yangjiang Sag

    图  6  阳江东凹砂岩碎屑锆石U-Pb年龄分布

    Figure  6.  U-Pb age distribution of detrital zircons from sandstones in the Eastern Yangjiang Sag

    图  7  阳江东凹砂岩碎屑锆石U-Pb年龄谱(峰值年龄/Ma)

    Figure  7.  U-Pb age spectra of detrital zircons in the Eastern Yangjiang Sag

    图  8  潜在物源区(a)及相应的碎屑锆石年龄谱图(b)

    (b图中,I据本项目未发表数据,II-VI据参考文献22

    Figure  8.  Potential provenances (a) and their corresponding detrital zircon age spectra (b)

    图  9  阳江东凹文昌组二段盆内近物源体系源汇模式图

    Figure  9.  Near in-basin provenances and source-sink pattern of the Wenchang-2 Member in the Eastern Yangjiang Sag

    10  阳江东凹恩平组上段盆内-盆外双物源体系源汇模式

    10.  In -basin and out-basin provenances and source-sink pattern of the Upper Enping Member in the Eastern Yangjiang Sag

    表  1  阳江东凹碎屑锆石U-Pb定年测试样品信息

    Table  1.   Parameters of detrital zircon U-Pb dating samples of the Eastern Yangjiang Sag

    位置井号层段样品类型取样中深
    /m
    岩性个数
    (谐和度>90%)
    恩平20洼Y20-4恩平组上段岩屑3558细砂岩95
    Y20-5恩平组上段岩屑3378细砂岩98
    恩平21洼Y20-7恩平组上段岩屑3692细砂岩105
    恩平组下段岩屑3979细砂岩110
    Y21-3恩平组下段岩屑3382砂砾岩92
    文昌组二段岩屑3588砂砾岩114
    文昌组三段岩屑3660中砂岩93
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-13
  • 修回日期:  2021-08-25
  • 网络出版日期:  2021-09-17

珠江口盆地阳江东凹始新统的源汇过程:碎屑锆石定年及物源示踪

doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021071301
    作者简介:

    杜晓东(1986—),男,硕士,工程师,主要从事珠江口盆地石油地质研究工作,E-mail:duxd5@cnooc.com.cn

基金项目:  中海石油(中国)有限公司重大生产科研项目“珠江口盆地(东部)浅水区古近系油气成藏条件及勘探突破方向”(SCKY-2020-SZ-21)
  • 中图分类号: P736.21

摘要: 阳江东凹为近年来珠江口盆地取得重要勘探突破的凹陷。为阐明阳江东凹始新统文昌组-恩平组物源区、物源转换等源汇过程,以锆石U-Pb定年为主要技术手段,对研究区文昌组和恩平组7件砂岩的碎屑锆石形态和年龄进行了分析。结果表明,(1)在文昌组时期,阳江东凹以周缘凸起的中生代岩浆岩为物源区,为珠江口盆地内部(简称“盆内”)近物源输入,且物源输入量小,利于半-深湖相烃源岩的发育。文昌组的优质烃源岩为本地区油气勘探提供了物质基础。(2)在恩平组下段沉积期,凹陷主体的物源来自阳江-一统暗沙断裂带西侧较远区域出露的古生代岩浆岩,局部仍由周缘凸起供源,洼陷由盆内近物源转变为盆内远物源为主;恩平组上段沉积期,洼陷兼具盆内物源和珠江口盆地外部(简称“盆外”)物源的贡献,其中盆外物源来自华南板块,并且从该时期开始,华南板块物源供给增强,并逐渐控制了整个凹陷的沉积充填。整个恩平组时期,物源供给持续增强及控洼断裂活动性减弱造成洼陷被浅水辫状三角洲所主导。

English Abstract

  • 含油气盆地的物源区变化深刻影响着盆地的沉积充填和烃源岩发育条件。通过古地貌重建、沉积岩碎屑组分、地球化学、重矿物、碎屑锆石U-Pb定年等多种分析手段,可以研究盆地不同地质时期的物源区和沉积充填演化过程。其中,沉积岩中的碎屑锆石分布广泛、稳定性强,受风化、剥蚀、搬运及再沉积的影响小,能更好地保存源区信息,并且随着锆石U-Pb年龄测试分析技术的发展,其成分、形态、年龄分析等在盆地沉积物源区示踪方面的作用越来越大[1-4]

    阳江东凹是珠江口盆地珠三坳陷最东端的次级构造单元,其油气勘探始于1979年,但在2018年以前的将近40年里没有实现商业勘探突破,一直被认为是一个边缘洼陷,油气勘探价值小,因此仅有少数学者在洼陷结构、构造特征和勘探潜力等方面进行了初步研究[5]。自2018年开始,阳江东凹接连取得Y20-4、Y20-5等多个油田的重要勘探发现,累计探明地质储量达5000万m3,并且这些油田以中浅层高孔渗的中—轻质油藏为主,具有较高的经济价值,推动了新油田群的规划和建设,使得阳江东凹迅速成为油气勘探的热点地区[6-18]

    现有研究表明,在断陷演化阶段,珠江口盆地为隆坳相间的地貌格局,各个凹陷具有弥散性、带状分布的特征,凹陷的沉积物以相邻古隆起的剥蚀物为主;在拗陷演化阶段,盆地发生整体沉降,物源区整体发生由近到远的变化;同时,古近纪晚期开始,整个盆地基本位于海平面之下,物源逐渐转变为以北侧华南陆地物源为主[19-22]。阳江东凹位于珠一坳陷和珠三坳陷交界处,被南海北部中—新生代继承性深大断裂——阳江-一统暗沙断裂带所分割,且凹陷中—东段处于阳江-一统暗沙断裂带影响范围内[23-26]。凹陷在构造控制下的古近系物源特征及沉积充填演化过程,有助于理解区域的构造-沉积转换过程,也对油气勘探指导有重要意义。本文选取阳江东凹钻遇始新统文昌组-恩平组的4口钻井、7个砂岩样品进行碎屑锆石U-Pb年龄研究,以探讨其潜在物源区及物源-沉积转换等源汇过程。

    • 阳江东凹位于珠江口盆地珠三坳陷北东端,整体呈北东东-南西西走向,南北两侧分别为阳江低凸起、恩平14洼及阳春低凸起、恩平27洼,东西两侧分别为恩平15低凸起和阳江中低凸起,并且根据洼陷结构的差异分为4个次洼,自西向东依次为阳江24洼、恩平19洼、恩平20洼和恩平21洼。其中,位于凹陷东段的恩平20洼和恩平21洼为一组控洼断裂倾向相对的半地堑组合,恩平21洼可进一步划分为恩平21西洼和恩平21东洼[7]。本文进行沉积岩样品碎屑锆石U-Pb定年的4口钻井就位于恩平20洼和恩平21洼(图1)。

      图  1  阳江东凹构造单元划分

      Figure 1.  Tectonic map of the Eastern Yangjiang Sag

      阳江东凹是在古生界浅变质岩和中生界花岗岩基底上发育的新生代陆缘拉张型断陷,中生代以来受太平洋构造域及特提斯构造域两大汇聚系统的作用,经历了始新世裂陷、渐新世—早中新世拗陷及晚中新世—现今新构造运动3个构造阶段,并受阳江-一统暗沙断裂带的影响,凹陷破碎且各次洼的结构亦有较大差别,具有复杂的构造背景和演化历史[6]。新生代的沉积地层从老到新分别为文昌组、恩平组、珠海组、珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系,其中古近系文昌组可分为文昌组三段、文昌组二段和文昌组一段(分别简称为文三、文二和文一),恩平组可分为恩平组下段和恩平组上段(分别简称为恩下和恩上)。文昌组—恩平组为断陷阶段,控洼断裂活动强烈,在洼陷内产生较大的可容空间;但恩平组中晚期则开始向拗陷阶段过渡,凹陷发生整体沉降,逐渐沉降于水下(图2)。

      图  2  珠江口盆地阳江东凹综合地层柱状图

      Figure 2.  Stratigraphic column of the Eastern Yangjiang Sag,the Pearl River Mouth Basin

    • 对位于阳江东凹恩平20洼和恩平21洼的4口井总计7个沉积岩样品进行了碎屑锆石U-Pb测年,7个样品分布于恩平组上段(3个)、恩平组下段(2个)、文昌组二段(1个)和文昌组三段(1个),每个样品的谐和年龄个数(谐和度>90%)均超过了90个,具有较强的统计意义。4口井的位置见图1,各井钻遇的始新统岩性剖面见图3,其中Y20-4和Y20-5井仅钻遇恩平组上段(未钻穿),Y20-7井钻遇恩平组上段和下段(下段未钻穿),Y21-3井钻遇恩平组上、下段及文昌组二、三段(文昌组一段缺失)。总的来看,恩平组地层主要为砂泥互层,文昌组地层主要为厚层泥岩。7个测试样品的取样信息见图3表1

      图  3  4口钻井始新统地层划分与GR测井曲线剖面对比

      Figure 3.  Correlation of Eocene lithological units and their GR logging data from 4 wells

      表 1  阳江东凹碎屑锆石U-Pb定年测试样品信息

      Table 1.  Parameters of detrital zircon U-Pb dating samples of the Eastern Yangjiang Sag

      位置井号层段样品类型取样中深
      /m
      岩性个数
      (谐和度>90%)
      恩平20洼Y20-4恩平组上段岩屑3558细砂岩95
      Y20-5恩平组上段岩屑3378细砂岩98
      恩平21洼Y20-7恩平组上段岩屑3692细砂岩105
      恩平组下段岩屑3979细砂岩110
      Y21-3恩平组下段岩屑3382砂砾岩92
      文昌组二段岩屑3588砂砾岩114
      文昌组三段岩屑3660中砂岩93

      样品经机械粉碎、电磁分选和重液分选后,在双目镜下挑选出若干锆石,并从中随机选取250颗用环氧树脂固定并抛光,使其内部结构剖面充分暴露。然后对锆石靶样进行阴极发光图像采集,观察锆石内部结构,确定适合的激光打点位置。由于本文所有样品所选取的碎屑锆石大部分具有明显的岩浆振荡环带,为岩浆成因,因此一般选取靠近锆石颗粒边部的环带作为测试点,同时避开包裹体、裂隙等不利部位,上述测试点代表了最新的岩浆冷却、锆石结晶的年龄,即物源区锆石所经历的最新一期大规模岩浆活动时间。锆石U-Pb同位素测年是在同济大学海洋地质国家重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成,激光剥蚀系统为New Wave 213 nm,ICP-MS型号为Thermo Elemental X-Series。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。激光斑束大小和剥蚀频率分别选用30 μm和10 Hz。每个样品分析数据包括大约25 s的空白信号和50 s的样品信号。U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500(1065.4 ± 0.3 Ma)作外标进行同位素分馏校正,每分析6个样品点,分析2次91500。同时,采用锆石标准Plešovice(337.1 ± 0.4 Ma)来监测分析结果的精确度。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用ICPMSDataCal软件。受放射性铅同位素的影响,当年龄<1000 Ma时采用206Pb/238U,年龄>1000 Ma时则采用207Pb/206Pb年龄,并根据Kernei Density Estimation(KDE)方法绘制锆石年龄谱图[27-29]

    • 测年数据经过预处理,共获得707个谐和年龄,其中630颗锆石的Th/U>0.3(为总数的89%),只有4颗锆石的Th/U<0.1,说明这些锆石主要为岩浆成因,部分受变质作用影响,但纯变质成因锆石极少。7个样品的碎屑锆石U-Pb年龄从新生代到太古代均有分布,其中最年轻年龄为新生代58.9 Ma(Y20-4井恩平组上段样品),最古老年龄为新太古代3004 Ma(Y20-5井恩平组上段样品)(图4)。整体来看,文昌组样品的碎屑锆石粒度为80~140 μm,柱状特征显著,晶型相对更完整,晶体边缘棱角分明,磨圆度差,而恩平组样品的碎屑锆石较文昌组略大,但晶型相对破碎,晶体磨圆度更高,说明恩平组的物源与文昌组有较大差别(图5)。

      图  4  阳江东凹砂岩碎屑锆石Th/U值

      Figure 4.  Th/U ratio of detrital zircons of sandstones in the Eastern Yangjiang Sag

      图  5  阳江东凹砂岩碎屑锆石阴极发光图像(数字为年龄/Ma)

      Figure 5.  CL images of detrital zircons of sandstones in the Eastern Yangjiang Sag

    • Y21-3井位于恩平21东洼,该井文昌组三段砂岩样品共测得93个锆石U-Pb谐和年龄,年龄范围为113~454 Ma,锆石年龄较集中,以中生代锆石为主,占97%(89个),其中侏罗纪占88%(81个),白垩纪占9%(8个);古生代年龄仅占3%(二叠纪、泥盆纪及奥陶纪各1个)(图6)。该样品的主峰值为159 Ma,次要峰值为122 Ma(图7)。阴极发光图像显示,该样品中含有较多岩浆生长振荡环带明显、晶型完好、棱角分明、呈长柱状的锆石,说明该时期的沉积物搬运距离短,为近源沉积(图5d)。

      图  6  阳江东凹砂岩碎屑锆石U-Pb年龄分布

      Figure 6.  U-Pb age distribution of detrital zircons from sandstones in the Eastern Yangjiang Sag

      图  7  阳江东凹砂岩碎屑锆石U-Pb年龄谱(峰值年龄/Ma)

      Figure 7.  U-Pb age spectra of detrital zircons in the Eastern Yangjiang Sag

    • Y21-3井文昌组二段砂岩样品共测得114个锆石U-Pb谐和年龄,年龄范围为105~851 Ma,锆石年龄同样较集中,以中生代锆石为主,占98%(111个),其中侏罗纪占74%(84个),较文昌组三段样品占比降低,白垩纪占24%(27个),较文昌组三段样品占比明显增加,三叠纪占1%(1个);古生代和元古代年龄仅2个(泥盆纪1个、新元古代1个)(图6)。该样品的主峰值为157 Ma,次要峰值为114 Ma(图7),碎屑锆石的阴极发光图像特征亦与文昌组三段样品相似(图5c),同样表现为近源沉积的特征。

    • 恩平组下段有2口井进行了碎屑锆石U-Pb测年,每口井1个样品,分别为Y21-3和Y20-7井。两个样品的锆石年龄特征呈现出较大差异,前者以中生代锆石为主,后者则以古生代锆石为主。

      Y21-3井恩平组下段样品为花岗质砂砾岩,主要由砾石组成,少部分粗、巨粒,砾石成分主要为花岗斑岩和流纹岩,部分石英;部分岩屑颗粒挤压变形严重,少量泥质呈细纹状产出;局部偶见铁方解石交代岩屑颗粒产出;局部见少量粒间孔。该样品共测得93个锆石U-Pb谐和年龄,年龄范围为116~508 Ma,同样以中生代锆石为主,占96%(88个),其中侏罗纪占89%(82个),较文昌组二段样品的占比增加,白垩纪仅占3%(3个),较文昌组二段样品占比明显降低,三叠纪占3%(3个);古生代年龄占4%(奥陶纪4个)(图6)。样品的锆石年龄非常集中,仅表现出一个峰值,峰值年龄为163 Ma(图7)。锆石阴极发光图像具有棱角分明、磨圆度差的特征。上述特征反映该样品为近源、快速堆积的沉积环境,物源区面积小。

      位于恩平21东洼最西侧的Y20-7井恩平组下段样品为细砂岩,该样品共测得110个锆石U-Pb谐和年龄,年龄范围为96~2437 Ma,以古生代锆石为主,占72%(79个),其中奥陶纪最多,占39%(43个),志留纪次之,占20%(22个),其他时代的年龄较少,占1%~6%不等(1~7个不等);中生代和元古代锆石占比接近,分别占14%(15个)和15%(16个)(图6)。该样品的年龄特征明显不同于前文其他3个样品,主要峰值为443 Ma,次要峰值有多个,年龄范围101~243 Ma(图7)。阴极发光图像显示,该样品碎屑锆石的磨圆度明显好于前文其他3个样品,以近似椭圆状为主,长柱状锆石的数量已非常少,反映该井附近的沉积物经历了较长距离的搬运或多旋回沉积过程,且物源区与前文其他3个样品有较大差别(图5b)。

    • 恩平组上段有3口井进行了碎屑锆石U-Pb测年,每口井1个样品,分别为Y20-4(恩平20洼西端)、Y20-5(恩平20洼东端)和Y20-7井。上述3个样品、Y20-4及Y20-7井的锆石年龄特征相似,以中生代锆石为主,而Y20-5井样品的碎屑锆石年龄从中生代到太古代均有,呈现出多个峰值(图67)。

      Y20-4井恩平组上段样品共测得95个锆石U-Pb谐和年龄,年龄范围为59~2574 Ma,锆石年龄较集中,以中生代锆石为主,占89%(85个),其中侏罗纪占84%(80个),白垩纪占4%(4个),三叠纪占1%(1个);新生代年龄占5%(5个);古生代、元古代和太古代年龄占1%~2%(1~2个)(图6)。该样品的主峰值为151 Ma,次要峰值为60 Ma。该样品与前文其他样品的最大区别是出现少量新生代年龄的碎屑锆石,年龄范围59~63 Ma,属古近纪古新世(图7)。阴极发光图像显示碎屑锆石磨圆度差,含有较多的长柱状、晶型完整的锆石。

      Y20-7井恩平组上段样品共测得105个锆石U-Pb谐和年龄,年龄范围为60~1898 Ma,同样以中生代锆石为主,占82%(86个),其中侏罗纪占70%(74个);新生代年龄占7%(7个),与Y20-4井样品相似;古生代和元古代年龄分别占8%(8个)和4%(4个),较Y20-4井样品略高,反映有更多的古老沉积物供源(图67)。

      Y20-5井恩平组上段样品共测得98个锆石U-Pb谐和年龄,年龄范围为148~3004 Ma,年龄分布特征与其他样品的差异非常明显。该样品以元古代锆石为主,占62%(61个),古生代锆石次之,占19%(19个),中生代锆石占12%(12个),太古代锆石占6%(6个)(图6)。从年龄谱来看,该样品具有多峰态分布的特征,有148、241、430和966 Ma 4个主要峰值,另外还有799、1136、1724~1918、2579和3003 Ma等多个次要峰值或年龄区间(图7)。阴极发光图像显示,该样品的碎屑锆石最破碎,几乎没有完整的长柱状锆石,磨圆度较其他样品为最好(图5a),反映沉积物经历了长距离的搬运或多旋回沉积过程。

    • 前人研究表明,包括珠江口盆地在内的南海北部新生代盆地是华南大陆向海域的自然延伸[22]。在陆内,华南板块为元古界、古生界及中生界所组成的复杂褶皱,并大量出露印支期及燕山期岩浆岩,地层年龄跨度很大[30];在海域,南海北部以阳江-一统暗沙断裂带为界,断裂以东主要为中生代花岗岩及沉积岩基底,断裂带以西则主要为古生界浅变质岩及前寒武纪变质岩基底[31-34]。阳江东凹位于阳江-一统暗沙断裂带之上,东侧为珠一坳陷,西侧为珠三坳陷,北侧靠近华南陆内,上述3个区域均有可能为阳江东凹的物源区。同时,3个区域的地层组合差别较大,所供物源的锆石年龄谱特征亦有较大差异。

      (1)阳江-一统暗沙断裂带东侧物源区:该潜在物源区主要包括珠一坳陷及周缘隆起,以中生代岩浆岩为主体。区域内多口钻遇前古近系的钻井显示,中生代岩浆岩在珠江口盆地东部广泛发育,并以花岗岩为主。前人研究表明,珠江口盆地花岗岩锆石年龄有两个峰值,表现为100~130 Ma和145~165 Ma两个区间(图8b-I),分别属白垩纪和侏罗纪,表明本区主要受到晚侏罗世和早白垩世两期岩浆活动的影响。地球化学特征表明,这两期花岗岩具有火山弧、板内花岗岩的特征,属于太平洋板块俯冲背景下大陆边缘活动带中晚期的产物[33]。另外,在东沙隆起之上的潮汕坳陷则残留了较大面积的中生界海相沉积地层[35-37]

      图  8  潜在物源区(a)及相应的碎屑锆石年龄谱图(b)

      Figure 8.  Potential provenances (a) and their corresponding detrital zircon age spectra (b)

      (2)阳江-一统暗沙断裂带西侧物源区:该潜在物源区包括珠江口盆地西部、琼东南盆地、北部湾盆地及海南岛等。现有研究认为,上述新生代盆地的基底主要由下古生界(震旦系-志留系)变质岩组成,包括变质程度不同的千枚岩、片麻岩及混合岩等,是华南加里东-海西期褶皱向海域的延伸,中生界呈零星分布[23-24, 31-32];但珠江口盆地西部(神狐隆起、珠三坳陷)及琼东南盆地多口钻遇基底探井的碎屑锆石年龄谱表现为145 Ma主峰值和240 Ma次要峰值(图8b-IIIII),反映了燕山期岩浆岩在阳江-一统暗沙断裂带西侧仍有较大范围展布[21-22]。海南岛大面积出露燕山期和印支期酸性岩浆岩,锆石年龄谱具明显的100 Ma和235 Ma双峰特征(图8b-IV[38]

      (3)华南板块(包括华夏地块和扬子地块):华南板块由北西侧的扬子地块和南东侧的华夏地块组成,两地块均有一定数量>2500 Ma的碎屑锆石数据,暗示两者都可能存在太古宙地壳基底[39-42]。新元古代,华夏地块和扬子地块沿着江山-绍兴缝合带(江绍断裂带)发生拼接,之后经历了加里东期、印支期、燕山期等多期构造-岩浆活动,碎屑锆石年龄谱具有从元古代—中生代的多个峰值[43-46]。而向珠江口盆地运输沉积物的珠江流域各支流和干流的碎屑锆石年龄谱呈现出170、260、445、840、950、1855、2495 Ma等多个峰值或区间,锆石年龄组合相比前两个潜在物源区最为复杂。而且,珠江流域东西两侧的支流也有较大差异,西部支流(西江及其上游河流)的锆石年龄跨度大,主要包括新元古代、早古生代和中生代锆石,还含有一定数量的新太古代—古元古代的锆石(图8b-V);而东部支流(北江及东江)的锆石年龄跨度相对较小,主要为早古生代和中生代锆石,少量新元古代锆石,更老的锆石数量更少(图8b-VI[47-48]

    • 新生代初期的珠琼运动一幕使珠江口盆地进入断陷演化阶段,发育了一系列NE-NEE走向的凹陷,各个凹陷具有弥散性、带状分布的特征,并以相邻古隆起的剥蚀物为主要物源[19, 21-22]。位于恩平21东洼的Y21-3井文昌组三段样品碎屑锆石年龄谱的主峰值为159 Ma,次要峰值为122 Ma,文昌组二段样品碎屑锆石的主峰值为157 Ma,次要峰值为114 Ma,两者年龄谱特征相似(图7),与南海北部中生代两期岩浆活动的时间(140~165 Ma和100~130 Ma)相匹配,表明阳江东凹在文昌组沉积期母岩类型单一,主要为凹陷周缘隆起的中生代岩浆岩。根据阳江东凹周缘基底花岗岩锆石U-Pb测年结果(课题组未发表数据),凹陷北东侧的恩平15低凸起及西南侧阳江低凸起的峰值年龄为155 Ma,而凹陷北侧阳春凸起的峰值年龄则为110 Ma。周边花岗岩基底的锆石U-Pb年龄进一步证实了文昌组沉积期的物源主要为周缘低凸起的晚侏罗世和早白垩世岩浆岩,为珠江口盆地内部近物源体系(简称“盆内近物源体系”),属上文所述阳江-一统暗沙断裂带东侧物源区(图9)。

      图  9  阳江东凹文昌组二段盆内近物源体系源汇模式图

      Figure 9.  Near in-basin provenances and source-sink pattern of the Wenchang-2 Member in the Eastern Yangjiang Sag

      文昌组为珠琼运动一幕裂陷期内形成的地层,曾发生区域性抬升、剥蚀、岩浆活动等[16]。根据区域地质背景及控洼断层活动性,文昌组三段为裂陷初始期,二段为裂陷强烈期,一段为裂陷萎缩期[13]。结合该时期古地貌,整个文昌组时期,恩平20洼和恩平21洼由周缘的恩平15低凸起、阳春凸起、阳江低凸起等供源,在控洼断裂附近发育小规模的扇三角洲,在恩平21东洼缓坡带发育范围较局限的辫状河三角洲;同时,洼陷周缘的低凸起供源面积小,物源输入量有限,利于洼陷内部形成欠补偿的沉积环境,该时期洼陷的半-深湖相最为发育,其中文昌组二段为裂陷高峰期,洼陷沉积速率最大,欠补偿的沉积环境使洼陷大面积发育半—深湖相烃源岩(图9)。Y21-3井钻遇的文昌组二段和三段地层总厚度为437 m(文昌组一段缺失,未钻遇),以泥岩为主,局部夹薄层砂(图3);泥岩的有机质丰度高(TOC平均值为2.43%)、成熟度较高(RO为0.77%~1.2%)、以II1—I型为主,属优质烃源岩;生物标志化合物特征表现为高C30 4-甲基甾烷,Ts含量远高于Tm,高OL和T化合物含量,具有藻类及高等植物贡献较高的特征,整体为浅湖—半深湖相沉积环境[16]。文昌组是本区的主要烃源岩发育层段,为本区油气勘探提供了物质基础。

    • 珠琼运动二幕之后,盆地开始由断陷向拗陷演变,控洼断裂活动性较文昌组时期减弱,同时盆地发生整体沉降,湖盆面积扩大,但水体逐渐变浅,除较高的隆起或凸起外,其他区域沉积了厚度不等的恩平组地层,为“填平补齐”式沉积,与下伏地层呈平行不整合或角度不整合接触。

      恩平组下段,恩平21东洼的Y21-3井碎屑锆石年龄谱仅有163 Ma这一个峰值,并且其岩性为花岗质砂砾岩,分选磨圆差,与恩平15低凸起基底锆石年龄155 Ma接近,说明该井周缘继承了文昌组沉积期的恩平15低凸起近距离物源供给,但其为快速堆积的沉积环境。而位于恩平21东洼西段的Y20-7井碎屑锆石年龄谱的主要峰值为443 Ma、次要峰值为101~243 Ma,还有少量874~2437 Ma的年龄,表现出与Y21-3井及周缘凸起截然不同的年龄谱特征(图7)。前文述及,洼陷周缘凸起基底花岗岩的锆石U-Pb测年结果为110 Ma和155 Ma,神狐隆起近洼位置的锆石年龄为145 Ma和240 Ma,说明该时期主要物源区已非阳江东凹周缘。阳江-一统暗沙断裂带西侧为华南加里东-海西期褶皱向海域的延伸,Y20-7井443 Ma主峰值则说明洼陷主要物源为加里东晚期岩浆岩或以其为母岩的沉积岩,暗示了神狐隆起或珠三坳陷基底仍残存加里东期岩浆岩或以其为母岩的沉积岩,但范围较中生代岩浆岩要局限得多。结合该时期古地貌,阳江东凹主要物源区离洼陷距离有所增加,为局部残留的加里东期岩浆岩或以其为母岩的沉积岩,但仍属盆内物源。

      恩平组上段,位于恩平20洼西段的Y20-4井和靠近恩平21西洼的Y20-7井的碎屑锆石年龄谱呈现出相似的峰值特征(主要峰值151~168 Ma,次要峰值60~64 Ma),而距离这两口井约9 km、位于恩平20洼东段的Y20-5井的碎屑锆石年龄谱具有4个主要峰值、多个次要峰值的多峰态分布特征,太古代—中生代锆石年龄均有一定的数量,并且没有中生代末—新生代初的年龄,呈现出与Y20-4井和Y20-7井完全不同的年龄谱特征(图7),说明洼陷西段和东段的物源区不同。结合前文所述潜在物源区特征,Y20-5井的多个峰值区间说明其所在洼陷北东部分应以华南板块物源为主,为盆外物源体系(图10b),并且较多的太古代—元古代年龄反映珠江流域西部支流有较大的贡献;而Y20-4和Y20-7井所处洼陷西段以阳春凸起、神狐隆起为物源区,为盆内物源体系,但物源供给较恩平组上段明显减弱。因此,恩平组上段沉积期,洼陷具有盆内和盆外双物源区供源的特点(图10)。

      图  10  阳江东凹恩平组上段盆内-盆外双物源体系源汇模式

      Figure 10.  In -basin and out-basin provenances and source-sink pattern of the Upper Enping Member in the Eastern Yangjiang Sag

      恩平组沉积期,洼陷从文昌组沉积期以“窄盆深湖”为特征的断陷湖盆,转变为“广盆浅湖”的坳陷湖盆沉积环境,来自西南和北东两侧的浅水辫状河三角洲推进到恩平20洼和恩平21洼湖盆中部,沉积了砂泥互层为主的岩性组合,含砂率为44%~56%(图3)。其中,在恩平组下段沉积期,神狐隆起供源面积广,西南侧的辫状河三角洲主导沉积,并且在湖盆沉积中心可见叠瓦状前积反射,也证实辫状河三角洲已推进到Y20-7井区;在恩平组上段沉积期,洼陷内仍主要为辫状河三角洲沉积相带,但与恩平组下段相比,神狐隆起供源的西南侧辫状三角洲逐渐萎缩,而北东侧的辫状河三角洲转换为洼陷的主体沉积,使洼陷主要接受来自华南板块的盆外物源供给(图10)。

      通过多个层段、多口井的碎屑锆石U-Pb年龄分析,阳江东凹始新世文昌组-恩平组物源存在多次转换。文昌组沉积期,物源以洼陷周缘凸起的中生代岩浆岩为主,为盆内近物源体系;恩平组下段则转换为主要由阳江-一统暗沙断裂带西侧较远(神狐隆起或更西)的加里东期岩浆岩(或其再循环沉积物)供源,但整体由盆内近物源体系转变为盆内远物源体系;恩平组上段沉积期物源再次发生转换,洼陷西段主要由近凹的神狐隆起中生代岩浆岩供源,洼陷东段则以华南板块为主物源区,研究区兼具盆内物源和盆外物源的贡献,且从该时期开始华南板块供源能力逐渐增强。

    • (1)阳江东凹文昌组沉积岩的碎屑锆石年龄谱表现为157~159 Ma和114~122 Ma两个峰值区间,表明该时期凹陷以恩平15低凸起、阳春凸起及阳江低凸起等周缘凸起的中生代岩浆岩为主,为盆内近物源体系,且物源输入量小。凹陷在该断陷阶段形成了以半—深湖相为主的沉积环境,为本区主要烃源岩发育层段。

      (2)恩平组下段沉积岩的碎屑锆石年龄谱表现为443 Ma主峰值和101~243 Ma次要峰值区间,表明凹陷主体的物源来自阳江-一统暗沙断裂带西侧较远的加里东岩浆岩物源区或以其再循环沉积物,凹陷转变为以盆内远物源体系为主(局部仍由周缘隆起供源),主要发育浅水辫状河三角洲沉积。

      (3)恩平组上段时期,凹陷主体依然被辫状河三角洲所覆盖,但Y20-4和Y20-7井的沉积岩碎屑锆石年龄谱表现为151~168 Ma主峰值及60~64 Ma次要峰值,与Y20-5井的年龄谱有很大差异(4个主要峰值、多个次要峰值的多峰态分布),表明凹陷西段以周缘隆起/凸起为物源区,东段则以华南板块为物源区,研究区为两个物源区的交汇部位,盆内物源和盆外物源均有一定贡献,并且从该时期开始华南板块逐渐发展为主要供源区。

      致谢:中国海洋大学李三忠教授对本文写作提出了宝贵的修改意见,谨致诚挚谢意!

参考文献 (48)

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