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中国东南部晚古生代以来典型盆地沉积构造环境演化特征

祖辅平  
【摘要】:以中国东南部为研究对象,以“三个典型盆地”为工作区,通过野外地质与构造调查、样品的薄片鉴定、地球化学定量值判识以及室内文献资料整合分析,对金衢盆地、永安盆地及萍乐盆地进行了重点研究,研究内容涉及岩石物性、层序地层、盆地构成要素、主元素与稀土元素特征、有机碳同位素特征等方面;以此为基础,在确定各盆地区沉积构造、沉积中心、岩相变化以及构造环境演化史的前提下,对中国东南部晚古生代-中新生代区域性盆地形态分布格局及构造环境演化进行了对比研究。 金衢盆地是中国东南部晚中生代断陷盆地之一,发育在前中生代变质褶皱基底之上,主要山北部浅凹陷带、中央隆起带以及南部深凹陷带三个构造单.元组成:①以地层岩石所蕴含的物质信息为主线,通过稀土元素、微量元素及同位素地球化学分析,辅以野外地质调查,从垂向深部和横向表层两方面综合考察,研究了该盆地中新生代的地层岩石及构造演化特征。结果表明:a)金衢盆地内部的不整合、向斜等构造现象反映了盆地的动态形成,盆地接受沉积的同时伴随着横向拉张;双峰式火山岩体现为流纹岩与玄武岩的SiO2含量差异超过18%,稀土元素配分曲线展示出玄武岩无铕亏损和流纹岩铕亏损明显,微量元素蛛网图表现出玄武岩和流纹岩的Nb、Ta均为槽,Zr、K较富集,Ti较贫化,据此判断研究样品为地壳部分熔融的产物;b)早白垩世晚期,盆地局段地层中夹有橄榄玄武岩,其岩石地球化学特征表明为板内快速拉张环境的碱性玄武岩,盆地西端的广丰盆地早白垩世晚期至晚白垩世红层中的玄武岩特征基本一致。②运用盆地原型分析方法,对该盆地的构造事件、深部构造、蚀源区、沉降史、沉积中心、盆地边界构造和沉积问断等进行了研究。盆地经历了早期陆内挤压(NW-SE)、早白垩世晚期伸展拉张(NW-SE)、晚白垩世拗陷、白垩世末萎缩以及后期改造几个演化阶段。研究认为:盆地沉积物主要来自于早期褶皱隆升的前中生代地层的剥蚀以及晚期拉张背景的山体风化剥蚀,证实了金衢盆地经历过由挤压向拉张机制转换所致抬升剥蚀事件,这些事件对断陷箕状盆地的形成起了很大作用;盆地沉积沉降中心主要在衢州附近,而在不同的古岩相期又有一定位移的迁移。研究表明,盆地具有良好的含油气前景,钱家、水亭、杨塘和蒋塘4个构造圈闭具有较大的勘探潜力。③进一步综合分析后发现,中新生代金衢盆地的地层岩性特征是其构造环境演化的物质记录,总体呈现“北断南超”,反映了拉张背景下的盆地迁移;根据重力资料及部分钻孔推断的基底形态,按照汤姆逊提出的三角形计算方法估算,金衢盆地在早白垩世晚期至晚白垩世的拉张量大约为2100m,沉降量约为5100m。④鉴于金衢盆地是中国东南部中新生代复杂陆相盆地的一个典型代表,盆地所处构造环境具有横向和纵向应力场相叠合的多阶段复杂演化特征,故这些认识有助于供同类陆相盆地研究时参考。 萍乐盆地沿萍乡至乐平一带出露的晚古生代至早三叠纪地层是原地系统;附近的“板溪群”,既包含有前震旦纪变质岩系,也可能含中生代构造混杂岩的成分,属于外来系统。综合前人研究表明:①萍乐坳陷海相含油气系统的烃源岩包括二叠系、三叠系碳酸盐岩、泥岩和煤,具有有机质丰度高、分布面积广、成熟度适中、油气显示较好的特点;②坳陷具有中白垩统-古近系红色岩系和元古界-三叠系推覆岩系两套区域性盖层;③坳陷内中西部以找气为主,东部以找油为主,勘探有利区为余干区和萍乡区;④具有在推覆体之下寻找油气藏的潜力。 永安盆地发育在前泥盆纪基底之上,位于华夏古陆南缘,沿NE向新元古代政和-大埔断裂带展布,是在其基础上由早寒武世永安-龙岩海湾经伸展作用而成的一个沉积断陷盆地。利用层序地层学方法,辅之以野外调查,研究了永安盆地的地层序列和岩石组合:①对晚古生代至早三叠世地层格架及柱状剖面的分析表明,伴随海平面的升降,海相沉积序列具有旋回性,不同沉积相在盆地东、中、西区段分布不均,盆地沉积沉降中心大致位于龙岩和梅县地区;②对横贯盆区的地质剖面及盆内辅助剖面的研究表明,中新生代,盆内以断块作用为主,改造了晚古生代地层,代之以断褶复合地层;③有机碳质层为盆地的海陆变迁作了时域界定,并且其赋存部位和形态也在空间上表征了盆地构造演化的力学机制。通过分析构造事件、古地理及物源区、深部构造、边界构造等盆地要素,研究了盆地的沉积构造环境演化及其应力机制,结果表明:①盆地具有隆起-伸展构造发育的特点,主要经历了华力西期海陆交互相巨厚沉积阶段,印支期稳定的准地台向活动大陆边缘转变阶段并伴随挤压隆升,以及印支期后中新生代由挤压向拉张机制转换的构造改造阶段。②晚古生代,海进海退的快慢受控于不同时期构造事件的强弱变化,由此产生的沿岸隆起区的剥蚀以及拉张背景的山体风化剥蚀为盆地提供了物源,存在北、南两个物源区。以海侵与海退为标志,晚古生代的古地理环境及各时段沉积相的展布和变化各具特色,沉积相相带分布处于重复变化之中,演化序列比较清晰;海退时期,沿NE-SW方向展布河流相-三角洲相-滨海相-海相,缺少边缘相,海侵时期的盆地沉积环境分为潮坪泻湖、台地边缘浅滩、台地前缘斜坡及陆棚边缘盆地几个沉积相带;中新生代,盆地总体为火山活动背景下的山前及河湖相沉积环境。另外,盆内不同时代含碳层位样品δ13Corg值的变化及其与邻区样品δ13Corg值的对比研究佐证了盆地本身乃至整个中国东南部沉积环境在不同地质时期以及同一时期不同区段沉积相变化的异同特征;永安盆地晚古生代沉积物有机碳δ13Corg值区主要为(-15~-25‰),与同时期金衢盆地北缘沉积物有机碳δ13Corg值区间(-20~30‰)较为相似,盆地有机碳TOC与同时期萍乐盆地TOC也有相似之处,这些特征表明,永安盆地成盆时期的沉积环境在区域范围内与其它盆地具有相同之处,即海陆过渡环境;同时,又有定的区别,ZM(浙闽沿海)地区含碳层位多为中新生代,分析认为,在晚古生代永安盆地成盆地成盆期,ZM地区为一隆起区,该隆起区和武夷山隆起区共同构成了永安盆地的主要物源区。这一认识与区域古流向调查结果基本一致。对该盆区的认识为中国东南部盆地的薄弱基础研究提供了新的基础参考信息。 鉴于几前述“三个典型盆地”研究内容,可知中国东南部前泥盆纪基底之上发育的晚泥盆世-早中三叠世稳定的海相沉积序列以印支事件为标志经构造改造与中新生代陆相沉积序列复式叠合。为了恢复各阶段海相沉积地层对应的盆地面貌,揭示沉积作用在时空演化上的差异变化特征,以期在中国东南部海相油气勘探的理论和技术层面寻求新思路,通过建立由30个代表性柱状图组成的层序地层格架并形成9个时期地层厚度等值线图(地层年代从晚古生代到早中生代,涉及区域包括广东省、湖南省、浙江省、安徽省、江西省以及福建省),从地层对比所展示的规律性特征、烃源岩发育的环境及空间分布规律、主要盆地的基本特征与残余露头的分布规律、早古生代以来构造环境演化史与油气关系等方面进行了研究,研究表明:①受江绍、赣江和政和-大埔三大断裂带的控制,中国东南部形成了包括江南盆地区、华南(武夷-南岭)盆地区、东南沿海盆地区、武夷山古隆起、江绍拗陷带、永梅拗陷带在内的盆-隆-拗构造格局;②单位地层具(?)区域连续性,岩石地层厚度大对应区段水体深,生物化含量多对应水体稳定性好,反之则水体浅且活动性强;③石炭系、二叠系及三叠系对于研究中国东南部油气潜力具有重要意义,其中龙潭组(或童子岩组,或茅口组)是最有利的烃源岩层位。 研究取得了有价值的成果和创新认识。包括如下方面:①首次完成晚泥盆世古近纪残余地层露头分布图编制;②建立了晚古生代以来一个古隆起、四个盆地区的构造格局;③特提斯构造域向太平洋构造域的转换对于研究区沉积构造环境的变迁具有标志作用;④龙潭组是最有利的烃源岩层位,次为坂头组;⑤利用层序地层中的生物刘比,反映了区域性沉积特征变化,建立了研究区各剖面岩石地层单位之问的时代对比关系;⑥通过对野外盆区主干剖面、辅助剖面的特征描述,并结合前人成果的综合分析,根据露头层序地层学方法,并结合生物地层、层序的碳同位素特征等,较为清晰地把盆区古环境的变迁与区域性古环境及构造环境有机结合起来;⑦详细阐述了中国东南部石炭系、二叠系和三叠系层序地层特征。⑧金衢盆地是中国东南部典型的中新生代陆相盆地之一,水安盆地则是中国东南部兼具晚古生代海相特征和中新生代陆相特征的典型复合盆地之一,两者在演化过程中所受内驱力和所经历的机制转换具有相似性,即中新生代古亚洲动力学体制向古太平洋体制的转换,晚白垩世之初的由挤压向拉张的机制转换,以及垂向地幔物质的上涌,由此首次提出了能量源团分形设想,即盆地的轮廓是横向与垂向分布不均匀的点能量源团组成的能量源团面传播推进叠合的外在表现;该设想不仅为研究盆地构造环境演化机制提供了新视角,而且对地震灾害预测具有借鉴意义。


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