【摘要】：密西西比紀(jì)晚期至賓夕法尼亞紀(jì)是全球構(gòu)造、氣候、冰川活動(dòng)與海平面升降發(fā)生顯著變化的重要演化階段。地處美國(guó)堪薩斯州西南部的雨果頓灣位于北美克拉通內(nèi)部,在石炭紀(jì)淺水陸架碳酸鹽巖主導(dǎo)沉積背景下,于密西西比紀(jì)晚期與賓夕法尼亞紀(jì)早期發(fā)育了切斯特(Chester)與莫羅(Morrow)兩套與勞倫大陸東部阿巴拉契亞造山運(yùn)動(dòng)高潮期及中西部古落基山系隆升運(yùn)動(dòng)等時(shí)的碎屑巖沉積體系。其時(shí)空展布特點(diǎn),使其成為梳理兩次區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)演化對(duì)中央大陸沉積充填影響的重要研究對(duì)象,同樣相關(guān)研究可以檢驗(yàn)Gehrels等2011年提出的密西西比紀(jì)從東部阿巴拉契亞造山帶到西部大峽谷的跨大陸沉積物搬運(yùn)模式的準(zhǔn)確性及在中央大陸的表現(xiàn)形式。與此同時(shí),研究區(qū)沉積體孤立存在,宏觀物源與區(qū)域地層對(duì)比是油氣勘探亟待解決的問(wèn)題。本文以碎屑鋯石地質(zhì)年代學(xué)與熱年代學(xué)為基本技術(shù)手段,在對(duì)美國(guó)中部雨果頓灣密西西比系切斯特統(tǒng)與賓夕法尼亞系莫羅統(tǒng)兩套碎屑巖體系沉積學(xué)刻畫(huà)基礎(chǔ)上,使用2017顆碎屑鋯石U-Pb定年,刻畫(huà)研究區(qū)兩套碎屑巖的年代學(xué)特征。基于對(duì)北美基巖年齡與構(gòu)造事件的認(rèn)識(shí),選取阿巴拉契亞前陸盆地沉積巖對(duì)潛在物源區(qū)阿巴拉契亞造山帶進(jìn)行年代學(xué)表征,建立雨果頓灣碎屑巖與東部物源區(qū)的聯(lián)系。總結(jié)前密西西比紀(jì)碎屑巖年代學(xué)數(shù)據(jù),探討先存沉積巖作為雨果頓灣碎屑巖主要物源的可能性。通過(guò)對(duì)位于潛在搬運(yùn)途徑上沉積體新數(shù)據(jù)獲取(阿科瑪陸架741顆碎屑鋯石)以及前人年代學(xué)數(shù)據(jù)總結(jié),在區(qū)域上論證長(zhǎng)距離搬運(yùn)體系存在的可能性�；谒樾间喪挲g區(qū)域與年代對(duì)比,結(jié)合古落基山系構(gòu)造演化,建立與中西部物源區(qū)聯(lián)系。通過(guò)對(duì)應(yīng)古落基山系基巖結(jié)晶年齡的碎屑鋯石進(jìn)行(U-Th)/He雙重定年,約束古落基山系隆升時(shí)間,從而建立研究區(qū)密西西比紀(jì)與賓系法尼亞紀(jì)物源體系及演化模式。最后探討基于物源體系通過(guò)地質(zhì)年代學(xué)進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比的方法及相關(guān)思路對(duì)我國(guó)珠江口盆地物源分析的啟示。地震與測(cè)井解釋及巖心觀察分析發(fā)現(xiàn)雨果頓灣切斯特下切谷充填體系呈現(xiàn)河流與潮汐雙重影響特征,解釋為潮控河口系統(tǒng),而莫羅統(tǒng)砂體以河流相沉積為主。兩套體系沉積充填后都經(jīng)歷了后期廣泛的抬升剝蝕與改造作用,使兩者均以孤立沉積體形式存在,難以確定其物質(zhì)來(lái)源。對(duì)兩套體系富砂巖相層段進(jìn)行系統(tǒng)取樣及碎屑鋯石地質(zhì)年代學(xué)分析,結(jié)果呈現(xiàn)差異明顯的年代學(xué)組成特征。其中,切斯特砂巖呈現(xiàn)典型的格林威爾期(900-1300Ma)(Greenville)與塔康-阿科迪亞造山期(Taconic-Acadia)(350-500Ma)的雙峰型特征;莫羅砂巖對(duì)應(yīng)中央大陸亞瓦佩-馬扎察爾年齡省(1600-1800 Ma)(Yavapai-Mazatzal Province)與中央大陸花崗巖-流紋巖省(1300-1550 Ma)(Midcontinent Granite-Rhyolite Province)成分含量顯著上升�；诒泵澜Y(jié)晶基底及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征,切斯特雙峰型年齡分布指向東部阿巴拉契亞造山帶,且得到物源區(qū)前陸盆地沉積巖碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。對(duì)中央大陸中東部前石炭紀(jì)沉積砂巖體地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)作為其重要組成部分的太古代(2500Ma)碎屑鋯石在切斯特樣品中缺失,排除了沉積巖再循環(huán)作為雨果頓灣切斯特沉積體重要物源的可能性。位于潛在搬運(yùn)途徑的伊利諾伊盆地(Illinois Basin)與新測(cè)試獲取的阿科瑪陸架(Arkoma Shelf)數(shù)據(jù)顯示均在密西西比紀(jì)呈現(xiàn)出類(lèi)似的雙峰型年齡特征。阿巴拉契亞前陸盆地-伊利諾伊盆地-阿科瑪陸架-雨果頓灣密西西比紀(jì)等時(shí)的雙峰型年代學(xué)特征支持了自東向西的沉積物搬運(yùn)模式。結(jié)合西部大峽谷年代學(xué)特征,表明切斯特碎屑巖沉積為跨大陸沉積物搬運(yùn)體系在中央大陸的組成部分。雨果頓灣與西部大峽谷早晚石炭紀(jì)年齡譜圖的演化與中西部古落基山系(Ancestral Rocky Mountains)不同分支結(jié)晶基底組成自東向西變化相一致,呈現(xiàn)出賓夕法尼亞紀(jì)來(lái)自古落基山系的物源特征。對(duì)具有古落基山系基巖結(jié)晶年齡(1300-1550 Ma,1600-1800Ma)的碎屑鋯石進(jìn)行雙重定年,表明其隆升大致發(fā)生在密西西比紀(jì)與賓夕法尼亞紀(jì)之交(~326Ma)并開(kāi)始深刻影響中央大陸的沉積作用。基于雨果頓灣及相關(guān)區(qū)域碎屑鋯石地質(zhì)-熱年代學(xué)分析,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景,建立了以雨果頓灣為代表的中央大陸地區(qū)石炭紀(jì)物源體系及演化模式。密西西比紀(jì)晚期克拉通內(nèi)地形平坦開(kāi)闊,廣泛的淺海陸架碳酸鹽沉積占據(jù)主導(dǎo)地位。東部岡瓦納大陸與勞倫大陸正面碰撞,阿巴拉契亞造山運(yùn)動(dòng)進(jìn)入高潮,快速隆升、剝蝕產(chǎn)生的大量沉積物,通過(guò)跨大陸河流體系,自東向西搬運(yùn),為雨果頓灣下切谷提供了物質(zhì)來(lái)源。賓夕法尼亞紀(jì)初期,在中央大陸中西部,古落基山系隆起,阻礙了來(lái)自東部的沉積物搬運(yùn)并提供了中央大陸基底碎屑物�；谠撃Ｊ脚c研究區(qū)數(shù)據(jù)集合,通過(guò)碎屑鋯石地質(zhì)年代學(xué)有效區(qū)分了金斯勒與列克星敦兩個(gè)油田主力產(chǎn)層的地層歸屬。雨果頓灣物源分析為我國(guó)珠江口盆地古近系物源分析中物源區(qū)年代學(xué)特征刻畫(huà)提供了新的思路。借鑒雨果頓灣物源分析中通過(guò)特定沉積體(前陸盆地沉積巖)表征阿巴拉契亞造山帶年代學(xué)特征的思路,結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況,本文選用現(xiàn)代河流沉積物表征珠江口盆地區(qū)域物源區(qū)—華南地區(qū)不同區(qū)塊年代學(xué)特征,碎屑鋯石年齡譜圖對(duì)比基底年代組成表明現(xiàn)代河流沉積物碎屑鋯石能較好地體現(xiàn)區(qū)域物源的非均質(zhì)性。雨果頓灣物源分析中通過(guò)早晚石炭紀(jì)地層中碎屑鋯石的縱向年代變化,雨果頓灣與大峽谷橫向區(qū)域變化,約束古落基山系物源效應(yīng)的思路,本文通過(guò)縱向?qū)Ρ戎榻谂璧毓沤滴牟M-恩平組-珠海組碎屑鋯石組成,橫向?qū)Ρ热A南地區(qū)河流體系與珠江口盆地古近系碎屑鋯石年齡譜圖,約束出白堊紀(jì)110-125Ma的巖漿運(yùn)動(dòng)發(fā)生于珠江口盆地,是珠江口盆地基底燕山期火成巖有別于東南沿海燕山期火成巖的識(shí)別特征。基于物源刻畫(huà)的相關(guān)物源分析得出珠江口盆地文昌組與盆地南部恩平組物源主要來(lái)自盆地基底隆起,華南地區(qū)的盆外區(qū)域物源影響了盆地北部恩平組沉積以及盆地大部珠海組沉積。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P618.13
【圖文】：

圖 1.1 美國(guó)大陸晚古生代阿巴拉契亞造山帶、古落基山系、大峽谷、雨果頓灣研究區(qū)（紅色矩形）及阿科瑪陸架野外路線及取樣區(qū)位置（藍(lán)色矩形）。其中古落基山系包括：阿馬里洛奇托隆起（圖中 AW=Amarillo-Wichita）、中盆臺(tái)地（圖中 CB=Central Basin platform）、弗嶺（圖中 FR=Front Range）、佩德納爾隆起（圖中 Pd=Pedernal）、派尤特隆起（圖中 Pi=Piute肯帕格里（圖中 Un=Uncompahgre）、祖尼-迪法恩斯（ZD=Zuni-Defiance）、內(nèi)馬哈隆起（ Ne=Nemaha Uplift）。（底圖以及古落基山系位置據(jù) Dickinson and Lawton，2003；Gehrels et a2011；Xie et al., 2016a 修改）�？傊�，基于碎屑鋯石地質(zhì)年代學(xué)對(duì)雨果頓灣石炭紀(jì)碳酸鹽沉積背景下兩套切谷充填體系進(jìn)行物源研究，在區(qū)域上，可以作為紐帶，理清在時(shí)間與空間上

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)博士學(xué)位論文 17紀(jì)晚期，中央大陸仍然以碳酸鹽巖沉積為主，但克拉通內(nèi)部盆地中碎屑物的注入開(kāi)始改變大陸中部的沉積面貌。逐漸頻繁的周期性海平面升降，低位下切與高位充填在伊利諾伊盆地（Illinois Basin）與雨果頓灣（Hugoton Embayment）形成了典型的下切谷充填沉積（Smith and Read, 2000）。到晚石炭賓夕法尼亞紀(jì)，海平面變化愈加頻繁，下切谷充填沉積廣泛，成為科羅拉多州與堪薩斯州西南部重要的油氣產(chǎn)層。

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本文編號(hào)：2731270