【摘要】：福山凹陷位于中國(guó)南海北部灣盆地東南緣,總體上是一個(gè)南超北斷的中、新生代箕狀斷陷,具有南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局。本次研究利用高速離心機(jī)、掃描電鏡(SEM)、鏡下薄片、X射線衍射分析(XRD)等多種物理手段從古近系流沙港組沉積砂巖中獲取純凈的自生粘土礦物樣品(以伊利石為主)。進(jìn)而通過(guò)微量元素、Rb-Sr和40Ar-39Ar年代學(xué)研究,確定福山凹陷地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷的構(gòu)造熱事件年代及期次。通過(guò)微量元素、Sr-Nd-Pb-Hf同位素和激光鋯石U-Pb年代學(xué)分析,研究了東部地區(qū)流二段巖漿侵入體的物質(zhì)來(lái)源和侵入年代,探討了自生粘土礦物Rb-Sr年代與火成巖侵入體鋯石U-Pb年代之間的耦合關(guān)系。同時(shí),在等時(shí)層序地層的格架下,統(tǒng)計(jì)已知鉆井油氣分布特征,借助于中部構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的識(shí)別和特征研究,分析了構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與油氣分布之間的關(guān)系,并重點(diǎn)探討了構(gòu)造熱事件與油氣成熟富集的關(guān)聯(lián)性。通過(guò)本次研究,取得了以下主要研究進(jìn)展和成果認(rèn)識(shí)：1.本次研究通過(guò)福山凹陷鉆井取芯獲取了40余塊典型的沉積砂巖和泥巖樣品,以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主,泥巖次之。通過(guò)XRD全巖樣品分析、XRD定向片粘土礦物分析、掃描電鏡(SEM)、巖石薄片、萬(wàn)轉(zhuǎn)離心機(jī)等粘土礦物鑒別和分離手段,成功的獲取了純凈的自生粘土礦物樣品,以伊利石為主。伊利石在沉積砂巖中廣泛分布,主要以毛發(fā)狀、絲縷狀、板片狀產(chǎn)出。毛發(fā)狀和絲縷狀伊利石主要發(fā)育于巖石的孔隙之中,推測(cè)其為富鉀孔隙水沉淀產(chǎn)生或蒙脫石轉(zhuǎn)化生成。少量的板片狀伊利石,通常與高嶺石等粘土礦物堆積在一起,并且具有伊利石的結(jié)晶形態(tài),推斷由高嶺石蝕變轉(zhuǎn)化而生成。SEM分析結(jié)果顯示福山凹陷沉積砂巖中主要富集高嶺石、伊利石等粘土礦物,片絲狀伊利石和毛發(fā)狀伊利石均產(chǎn)出于石英等顆粒的孔隙之中,具有典型的自生伊利石形態(tài)。XRD分析結(jié)果顯示福山凹陷自生粘土礦物顆粒較小,普遍小于0.5微米,但是伊利石的純度很高。與東部樣品相比,西部地區(qū)部分樣品含有少量的鉀長(zhǎng)石等富鉀礦物,對(duì)伊利石的提純帶來(lái)一定的困難,該地區(qū)大部分純凈的伊利石礦物小于0.2微米。通過(guò)空氣風(fēng)干樣品XRD結(jié)果與乙二醇處理后XRD結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),福山凹陷伊利石為R≥3型,顯示出礦物形成時(shí)具有較高的溫度。2.隕石標(biāo)準(zhǔn)化自生粘土礦物稀土配分模式顯示出明顯的右傾特征,輕重稀土分餾嚴(yán)重,輕稀土嚴(yán)重富集,重稀土輕度富集或微弱虧損。隨著粘土礦物粒度的降低,稀土礦物的含量也降低,輕重稀土分餾程度減弱。大陸上地殼(UCC)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果顯示不同粒度的粘土樣品的稀土配分模式有少許的差異,粗粒度的粘土樣品(大于0.2微米)一般都呈現(xiàn)出較為明顯的右傾特征,粒度越小稀土越接近平坦,細(xì)粒級(jí)的粘土樣品(小于0.1微米)或者瀝出物則表現(xiàn)出輕微的左傾特征,反映出粘土礦物形成過(guò)程中物理化學(xué)條件的變化,可能和流體與圍巖的物質(zhì)交換有關(guān)。在區(qū)域上,東部地區(qū)粘土礦物樣品普遍存在Eu異常,而西部地區(qū)Eu異常并不常見(jiàn),且稀土元素含量普遍比東部地區(qū)高,反映出東、西部區(qū)域在形成時(shí)的物理化學(xué)條件的差異。大陸上地殼標(biāo)準(zhǔn)化后的微量元素模式顯示所有粘土礦物樣品都明顯的虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(如Zr、Hf、Nb、Ta)。但是,東部地區(qū)的粘土樣品Ba、Pb、 Sn、Li、Cu、Co元素都表現(xiàn)出明顯富集,而西部地區(qū)粘土樣品只有Sn和Li元素表現(xiàn)出明顯富集特征,進(jìn)一步顯示出東、西部流體物理化學(xué)條件的差異。3.本次研究首先通過(guò)ICP-MS獲得粘土礦物高精度87Rb/86Sr比值,進(jìn)而選取87Rb/86Sr比值差異較大的42個(gè)樣品(東部21個(gè)、西部21個(gè))在TIMS上完成Sr同位素測(cè)定。西部地區(qū)共擬合Rb-Sr等時(shí)線5條,年齡集中于35-38Ma,以35.4+2.8Ma最具有代表性。東部地區(qū)擬合Rb-Sr等時(shí)線5條,等時(shí)線年齡主要集中于30-31Ma,以31.4士1.6Ma最具有代表性。為了驗(yàn)證以上年齡的可靠性,我們挑選同一單井內(nèi)不同粒度粘土礦物進(jìn)行Rb-Sr等時(shí)線擬合,擬合結(jié)果與上述結(jié)論一致,進(jìn)一步證實(shí)了以上Rb-Sr等時(shí)線年代的可靠性。與此同時(shí),我們也注意到,西部地區(qū)粘土樣品87Sr/86Sr初始值介于0.711-0.715之間,而東部地區(qū)粘土樣品初始值介于0.715-0.719之間,反映出自生粘土礦物形成時(shí)物理化學(xué)條件的差異性和流體的多期次性。本次研究還選取伊利石純度很高的樣品完成了40Ar-39Ar年代學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)樣品中40Ar嚴(yán)重丟失,所得到的年代不具有地質(zhì)意義。我們發(fā)現(xiàn),粘土顆粒粒度越小,40Ar丟失現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此,我們推測(cè)40Ar丟失與樣品顆粒太細(xì)有關(guān),顆粒細(xì)的樣品對(duì)放射性成因的40Ar保存能力較弱,非常容易受到外界環(huán)境的影響,同時(shí)海南島所具有的高熱流值特征也是導(dǎo)致40Ar丟失的不可忽視的外界因素。雖然本次40Ar-39Ar年代學(xué)研究并沒(méi)有獲得具有地質(zhì)意義的年代,但是給我們以下啟示：(1)在自生粘土礦物的研究中,Rb-Sr等時(shí)線年代更可靠,成功率更高。40Ar-39Ar定年技術(shù)容易受到“40Ar丟失”及“39Ar核反沖丟失”的影響,進(jìn)而導(dǎo)致年齡不可靠,這與前人研究獲得的結(jié)論一致。(2)在熱流值較高的沉積盆地進(jìn)行40Ar-39Ar年代學(xué)分析時(shí),在保證樣品純度的情況下,應(yīng)該盡量規(guī)避小顆粒的粘土礦物樣品。4.本次研究在福山凹陷東部白蓮地區(qū)流二段地層中揭露了一套厚達(dá)200米的火成巖侵入體。手標(biāo)本和鏡下鑒定結(jié)果顯示流二段火成巖為基性侵入巖脈,富含斜長(zhǎng)石、輝石、鉀長(zhǎng)石、云母等礦物,巖性為輝長(zhǎng)巖和輝綠巖。隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式顯示,這些輝綠巖表現(xiàn)出一致的稀土元素富集、輕重稀土分餾特征。原始上地幔標(biāo)準(zhǔn)化后,微量元素具有明顯的富集大離子親石元素和虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征,為富集軟流圈的地幔發(fā)生部分熔融后上涌產(chǎn)生。Sr-Nd-Pb-Hf同位素投圖分析顯示,該套侵入體具有二元混合的特征,一個(gè)是位于軟流圈或巖石圈地幔中的DMM單元,另一個(gè)是EM2源區(qū),可能來(lái)自核-幔邊界處的海南地幔柱�；鸪蓭r激光鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)可大致分為2組,一組年齡分布范圍為238-271Ma,另一組年齡分布范圍為32-37Ma。5.福山凹陷構(gòu)造熱事件集中于37-30Ma之間,且東部地區(qū)和西部地區(qū)存在一定的差異,西部地區(qū)熱事件年代集中于35-37Ma,而東部地區(qū)熱事件年代集中于30-32Ma。通過(guò)與區(qū)域構(gòu)造背景和侵入巖鋯石U-Pb年代學(xué)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn),西部地區(qū)～35.4 Ma的構(gòu)造熱事件年代可能與始新世末期海南島構(gòu)造抬升密切相關(guān),該年齡與海南島隆升后遭受嚴(yán)重剝蝕的年代一致(例如Shi等2011,雷超,2012)。而東部地區(qū)～31.4 Ma的構(gòu)造熱事件年代與該區(qū)域大范圍的火成巖體侵入有關(guān),可能是南海擴(kuò)張時(shí)期發(fā)生的巖漿活動(dòng)。考慮到目前尚未有關(guān)于南海擴(kuò)張時(shí)期巖漿活動(dòng)的報(bào)道,因此此套巖體具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和科研意義。6.在層序地層格架下,本次研究統(tǒng)計(jì)了福山凹陷已知鉆井的油氣分布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示福山凹陷油氣分布具有明顯的時(shí)空差異性。東部白蓮地區(qū)油氣資源具有極高的氣油比,顯示出該地區(qū)烴源巖具有過(guò)成熟生氣的特征。在時(shí)間上,油氣主要分布于流一段高位體系域、流二段低位體系域和流三段高位體系域。在空間上,流三段高位域和流一段高位域的油氣主要富集在中部地區(qū),其次為東部地區(qū)。而流二段低位域油氣主要富集在東部地區(qū),其次為西部地區(qū)。7.本次研究發(fā)現(xiàn)短時(shí)間的構(gòu)造熱事件與沉積盆地?zé)N源巖的成熟密切相關(guān),為盆地富集成藏奠定基礎(chǔ)。研究區(qū)東部火成巖侵入導(dǎo)致侵入部位出現(xiàn)以下異常：“淺埋深地區(qū)產(chǎn)氣、深埋深地區(qū)產(chǎn)油”、白蓮地區(qū)Ro異常高值帶、白蓮地區(qū)殘余TOC異常低值帶、白蓮地區(qū)氯仿瀝青“A”異常低值帶等。這些異常依靠埋藏深度這個(gè)單一的熱成熟要素是難以解答。巖漿侵入等構(gòu)造熱事件,在為地層提供外來(lái)流體、巖漿等物質(zhì)的同時(shí),也帶來(lái)了巨大的熱量,在短時(shí)間內(nèi)促使烴源巖迅速成熟,促使東部白蓮地區(qū)烴源巖快速成熟生氣。此次研究證明了地層埋深并不是烴源巖的成熟唯一控制要素,最大的古地溫未必出現(xiàn)在最大的埋深處。短時(shí)間的熱事件對(duì)有機(jī)質(zhì)成熟和礦物轉(zhuǎn)化至關(guān)重要,值得引起我們的重視。8.福山凹陷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶與中部地區(qū)儲(chǔ)集砂體發(fā)育和油氣富集關(guān)系密切。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)儲(chǔ)集砂體展布的控制不是一成不變的,在不同的體系域發(fā)育時(shí)期存在較大的差異。高位體系域發(fā)育時(shí)期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是研究區(qū)的最大物源口,轉(zhuǎn)換斷層對(duì)物源的疏導(dǎo)起到積極的引導(dǎo)作用,轉(zhuǎn)換斷層發(fā)育部位常發(fā)育水下分流河道沉積微相,扇體的展布與轉(zhuǎn)換斷層的走向一致,由此證明該時(shí)期構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶通過(guò)轉(zhuǎn)換斷層對(duì)沉積起到了良好的控制作用。而在低位域沉積時(shí)期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處物源供給有限,沉積物可以直接越過(guò)轉(zhuǎn)換斷層,沿著與轉(zhuǎn)換斷層斜交的方向向深凹區(qū)推進(jìn),在東部白蓮次凹中發(fā)育大范圍湖底扇沉積,該時(shí)期構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對(duì)沉積的控制作用有限,沉積體系展布和物源通道方向還受到古地貌(斜坡坡度)、重力流特征等要素的控制。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的發(fā)現(xiàn)可以很好的解釋福山凹陷油氣分布規(guī)律,福山凹陷在流一段和流三段高位域時(shí)期中部地區(qū)的油氣富集與構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的發(fā)育密切相關(guān)。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶發(fā)育地區(qū)(即中部地區(qū))具有砂體富集、斷層發(fā)育、油源富集、構(gòu)造高部位等有利于油氣成藏的要素,使得位于轉(zhuǎn)換帶兩側(cè)的皇桐次凹和白蓮次凹的油氣在斷裂的疏導(dǎo)下向處于構(gòu)造高部位的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶運(yùn)移,在砂體富集的中部地區(qū)富集成藏。9.福山凹陷發(fā)育多種層序充填樣式,分別發(fā)育西部多級(jí)斷階型、中部撓曲坡折型和東部緩坡型層序構(gòu)成樣式。福山凹陷構(gòu)造-層序-沉積-成藏具有很好的響應(yīng)關(guān)系。不同構(gòu)造背景產(chǎn)生的構(gòu)造坡折帶控制著不同類型的層序構(gòu)成樣式和沉積充填特征,進(jìn)而在不同的構(gòu)造-沉積部位形成了相應(yīng)的圈閉分布模式,這也意味著在福山凹陷不同的構(gòu)造部位的勘探目標(biāo)應(yīng)該有所差異。在未來(lái)福山凹陷的油氣勘探中,中部構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶地區(qū)應(yīng)該為油氣勘探的重要區(qū)域,在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶頂部應(yīng)以斷塊、斷鼻、斷壘油氣藏為主要的勘探目標(biāo),而轉(zhuǎn)換帶的翼部,應(yīng)該以砂巖上傾尖滅型油氣藏為勘探目標(biāo)。西部多級(jí)斷階帶的油氣勘探應(yīng)該以與斷裂相關(guān)的斷塊、斷壘油氣藏類型為主,構(gòu)造和斷層體系研究應(yīng)該是勘探目標(biāo)優(yōu)選中的最為重要的因素,低位域油氣勘探應(yīng)以湖底扇體為重點(diǎn)。東部地區(qū)流三段的油氣勘探應(yīng)該集中于與深層反向斷裂相關(guān)的構(gòu)造油氣藏,流一段應(yīng)該以砂巖上傾尖滅型油氣藏為主要的勘探目標(biāo),但流二段“自生-自儲(chǔ)-自藏”型巖性油氣藏最具勘探價(jià)值和勘探潛力,精細(xì)的刻畫(huà)砂體的展布和期次是勘探的重點(diǎn)。
【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】：2015
【分類號(hào)】：P618.13;P736.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2791755