裂變徑跡熱年代學在珠江口盆地漸新統(tǒng)珠海組物源分析中的應用*

張青林 張向濤 許長海 鄭金云 賈兆揚

1 中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳 5180542 中海石油深海開發(fā)有限公司,廣東深圳 5180543 同濟大學海洋地質(zhì)國家重點實驗室,上海 200092

1 概述

近年來,源-匯系統(tǒng)分析已逐漸成為沉積學領(lǐng)域關(guān)注的重要課題(徐長貴等,2017)。沉積物物源分析作為連接沉積盆地與物源區(qū)的紐帶,在源-匯系統(tǒng)分析中有著非常重要的作用,有助于確定物源區(qū)位置與構(gòu)造背景、重建古地理與沉積物搬運路徑、恢復沉積盆地充填演化歷史等(趙紅格和劉池洋,2003；徐亞軍等,2007；Smythetal., 2014；Wangetal., 2018；徐杰和姜在興,2019)。

當前,南海北部珠江口盆地已成為中國重要的海上油氣生產(chǎn)基地,連續(xù)25年實現(xiàn)油氣產(chǎn)量超1000×104m3,連續(xù)6年產(chǎn)量超1500×104m3。下中新統(tǒng)珠江組和漸新統(tǒng)珠海組是珠江口盆地的主要油氣產(chǎn)層,其物源分析是儲集層綜合評價的重要研究方向。

沉積物元素地球化學(邵磊等,2004,2007；龐雄等,2006；張向濤等,2012)和碎屑骨架組分分析(李云等,2011)均表明，南海北部漸新世與中新世存在物源突變事件。珠江口盆地主要沉積物源區(qū)由華南沿?；◢弾r母巖區(qū)向華南古陸內(nèi)部古老的沉積—變質(zhì)巖區(qū)和青藏高原東麓擴展。珠江口盆地沉積物從漸新世以前主要以富砂為特征轉(zhuǎn)變?yōu)橹行率酪詠硪阅酁橹鞯某练e堆積(邵磊等,2007)。珠江組整體相對富泥的沉積背景有利于其物源體系刻畫,其平面分布特征研究比較深入(余燁等,2012；李云等,2013；焦鵬等,2018；邵磊等,2019)。由于沉積物元素地球化學和碎屑骨架組分分析等傳統(tǒng)物源分析方法只能提供混合源組分,早期對珠海組物源只能籠統(tǒng)、定性地判定為華南沿?；◢弾r母巖區(qū)。

隨著實驗技術(shù)的進步,碎屑礦物的同位素測年在沉積盆地物源分析中扮演著越來越重要的角色,尤以碎屑鋯石U-Pb年代學方法應用最為廣泛,從而促使沉積物物源分析開始從定性向半定量和定量化發(fā)展(徐杰和姜在興,2019)。近年來隨著碎屑鋯石U-Pb年代學方法用于珠海組源區(qū)示蹤分析(Shaoetal., 2016；Wangetal., 2018；邵磊等,2019),逐漸認識到珠海組物源的多樣性以及不同構(gòu)造區(qū)域不同物源體系貢獻的差異性。Wang等(2018)對珠江口盆地珠海組(主要是珠海組上段)進行系統(tǒng)的碎屑鋯石U-Pb年代學分析,發(fā)現(xiàn)盆地西部和東部碎屑沉積物的年齡組成顯示出明顯的物源差異(圖 1)。盆地西部普遍具有較復雜的年齡譜,具有多峰分布特征,認為其主要物源來自華南地塊南緣。相比之下,盆地東部主峰值年齡范圍為131～142Ma,認為沉積物主要來自于盆內(nèi)物源的近源侵蝕。Wang等(2018)對珠江口盆地東部珠海組物源區(qū)的認識是值得商榷的。碎屑鋯石U-Pb年齡指向的是潛在源區(qū)結(jié)晶基底形成時期,而華南沿海與珠江口盆地基底廣泛分布中生代花崗巖(Xuetal., 2016),僅憑碎屑鋯石U-Pb年齡無法有效地區(qū)分華南沿海物源與盆內(nèi)物源。另外,Wang等(2018)通過珠海組碎屑鋯石U-Pb年齡和六大可能的周緣物源區(qū)碎屑鋯石 U-Pb年齡進行對比,認為珠江口盆地珠海組還受來自于臺灣物源的影響,白云凹陷LW3井區(qū)受到古珠江和臺灣雙物源的影響(圖 1)。

圖 1 珠江口盆地構(gòu)造單元、地層格架、樣品分布以及前人物源分析結(jié)果(據(jù)Wang et al., 2018)Fig.1 Structural unit,stratigraphic framework， samples distribution and provenance analysis of previous studiesin Pearl River Mouth Basin(after Wang et al., 2018)

本研究基于前人(Shaoetal., 2016；Wangetal., 2018)珠海組鋯石U-Pb年代學分析結(jié)果,選取珠江口盆地不同構(gòu)造區(qū)域3口關(guān)鍵井開展?jié)u新統(tǒng)珠海組鋯石裂變徑跡(ZFT)、磷灰石裂變徑跡(AFT)熱年代學研究,進行源區(qū)示蹤分析,進一步探討珠海組不同物源體系在不同構(gòu)造區(qū)域的相對影響。

2 裂變徑跡分析

2.1 取樣制樣及測試方法

針對珠江口盆地漸新統(tǒng)珠海組上段3個中粗粒砂巖樣品開展裂變徑跡熱年代學研究(圖 1)。巖屑樣品分別來自XJ28井、LW3井和LF7井。XJ28井位于珠江口盆地西部的西江凹陷,正對古珠江河口,代表典型的古珠江三角洲物源體系,取樣深度3087～3185m；LW3井位于珠江口盆地西部的白云凹陷,代表古珠江三角洲遠端的古珠江三角洲物源體系可能波及區(qū),取樣深度3183.75～3184.5m；LF7井位于珠江口盆地東部的陸豐凹陷,代表珠江口盆地東部可能不受古珠江三角洲物源體系影響區(qū),取樣深度2710～2734m。后文中XJ28、LW3、LF7分別指代樣品。

表 1 珠江口盆地漸新統(tǒng)珠海組碎屑巖鋯石和磷灰石裂變徑跡年齡Table 1 ZFT and AFT data for zircon grains in clastic rocks from the Oligocene Zhuhai Formation in Pearl River Mouth Basin

2.2 裂變徑跡年齡分析

圖 2 珠江口盆地漸新統(tǒng)珠海組碎屑巖鋯石和磷灰石裂變徑跡年齡組分分析Fig.2 Age component analysis of ZFT and AFT for zircon grains in clastic rocks from the Oligocene Zhuhai Formation in Pearl River Mouth Basin

樣品XJ28具有3個ZFT年齡組分,分別為： 74.8±5.8Ma占比29.0%；131±11Ma占比57.0%，是主要年齡組分,代表主物源區(qū)的冷卻年齡；219±47Ma占比14.0%。樣品LW3同樣具有3個ZFT年齡組分,分別為： 58.9±8.8Ma占比21.6%；93.8±10.7Ma占比56.8%，是主要年齡組分；223.1±8.5Ma占比21.6%。樣品LF7只有2個年齡組分,分別為： 63.6±13.1Ma占比68.5%，是主要年齡組分；100.5±13.1Ma占比31.5%?？傮w上來看,樣品XJ28、LW3的ZFT年齡組分相似,均包含古新世、白堊紀及晚三疊世3個年齡組分,且主要年齡組分均為白堊紀。而樣品LF7的ZFT年齡組分總體上偏年輕,只含有古新世、白堊紀2個年齡組分,且主要年齡組分為古新世。

樣品XJ28的AFT年齡包含2個年齡組分,分別為： 28.3±14.5Ma占比59%，是最年輕的年齡組分且與地層年齡相近,是主要年齡組分；64.3±16.5Ma占比41%，是相對次要年齡組分。樣品LW3的AFT年齡包含3個年齡組分,分別為： 28.2±9.8Ma占比26.9%，最年輕的年齡組分與樣品XJ28十分接近；58.1±15.3Ma占比57.0%，是主要年齡組分；92.2±14.6Ma占比僅16.1%。樣品LF7的AFT年齡2個年齡組分幾乎各占一半,分別為： 28.3±15.3Ma占比46.5%，最年輕的年齡組分與樣品XJ28、LW3相似,但占比卻比另2個樣品高許多；58.3±15.3Ma占比53.5%，是主要年齡組分?？傮w上來看,XJ28、LW3井AFT年齡組分也比較相似,主要年齡組分均為古新世,但LW3井多了晚白堊世的AFT年齡組分；LF7井AFT年齡組分也總體偏年輕,古新世、漸新世2個年齡組分幾乎各占一半。

3 討論

3.1 潛在物源裂變徑跡年齡特征

3.2 珠海組物源分析

3口井珠海組上段砂巖樣品ZFT、AFT均存在2～3個年齡組分,其可能處于盆內(nèi)多個物源水系的交會處,也有可能是盆外不同物源水系匯成1個大的物源體系,比如古珠江物源體系。通過盆地內(nèi)鉆井有物源意義的ZFT、AFT年齡組分分別與潛在物源現(xiàn)今剝露的ZFT、AFT年齡進行對比分析,可以示蹤物源。但值得注意的是,珠海組是23.0Ma之前剝蝕的源區(qū)物質(zhì),只有現(xiàn)今裂變徑跡年齡小于或等于鉆井珠海組對應的FT年齡組分的地區(qū),才有可能是鉆井珠海組的潛在物源區(qū)。

XJ28井正對古珠江河口,且遠離盆地內(nèi)的中部隆起區(qū),其代表典型的古珠江物源體系(邵磊等,2019)。XJ28井ZFT、AFT主要年齡組分(131±11Ma、64.3± Ma)可與華南地塊廣東省中部(Yanetal., 2009)、香港地區(qū)(Tangetal., 2014)中生代花崗巖、火山巖的裂變徑跡年齡很好對比；XJ28井少量的晚三疊世ZFT、白堊紀AFT年齡組分,代表再旋回且未完全退火的碎屑顆粒的峰值年齡記錄,與Tsang(2010)在珠江流域清遠、云浮等地測得中生界沉積巖的裂變徑跡年齡特征非常相似。

LW3井樣品的次要年齡組分——晚三疊世ZFT年齡組分的物源特征與XJ28井類似。LW3井ZFT、AFT主要年齡組分93.8±10.7Ma、58.1±15.3Ma,總體上比珠江口盆地內(nèi)部隆起區(qū)基底的中生代花崗巖ZFT(97.9～131.7Ma)、AFT(61.9～79.7Ma)年齡偏小(圖 3),但還是存在少量的年齡重疊區(qū)間,所以不排除少量盆地內(nèi)部隆起區(qū)基底(番禺低隆起)的中生代花崗巖的貢獻。從沉積學分析來看,白云凹陷珠海組發(fā)育6個三級層序,在每個三級層序下降體系域相對海平面下降時期,在白云凹陷的南側(cè)發(fā)育陸架邊緣三角洲,由于發(fā)生河流下切作用,此時番禺低隆起是可以作為物源區(qū)的(張忠濤等,2019)。而珠江流域東岸的香港、深圳南頭、東莞、廣州以及西岸的珠海等地發(fā)育大量的小于或接近93.8±10.7Ma的ZFT年齡(圖 3)。因此LW3井主要年齡組分主要來自華南地塊中生代花崗巖,但不排除少量盆地內(nèi)部隆起區(qū)基底的中生代花崗巖的貢獻,推斷LW3井與XJ28井一樣主要來自于古珠江物源體系。Tang等(2020)獲得白云凹陷西部PY3井珠海組上段的ZFT主要年齡組分為143Ma,也與XJ28井接近。

4 結(jié)論

本研究基于前人珠江口盆地漸新統(tǒng)珠海組鋯石U-Pb年代學分析結(jié)果,采用鋯石裂變徑跡(ZFT)、磷灰石裂變徑跡(AFT)定年方法對珠海組上段沉積物物源進行了約束。研究結(jié)果不僅揭示出珠江口盆地東部物源與西部古珠江物源的差異性,而且對東部物源的具體構(gòu)造位置進行了限定,取得了不錯的應用效果。

珠江口盆地西部西江凹陷XJ28井與白云凹陷LW3井ZFT、AFT年齡組分相似,均由古珠江水系供源,其物源以珠江流域中生代花崗巖為主,還包括華南地塊腹地的中生代沉積盆地；LF7井ZFT、AFT年齡組分明顯比前2口井偏年輕,物源主要為陸豐凹陷北側(cè)的沿海中生代花崗巖,物源組成相對簡單,沉積物搬運距離相對較短。