美国中部雨果顿湾石炭纪物源体系演化及对珠江口盆地的启示

发布时间：2020-06-27 03:25

【摘要】：密西西比纪晚期至宾夕法尼亚纪是全球构造、气候、冰川活动与海平面升降发生显著变化的重要演化阶段。地处美国堪萨斯州西南部的雨果顿湾位于北美克拉通内部,在石炭纪浅水陆架碳酸盐岩主导沉积背景下,于密西西比纪晚期与宾夕法尼亚纪早期发育了切斯特(Chester)与莫罗(Morrow)两套与劳伦大陆东部阿巴拉契亚造山运动高潮期及中西部古落基山系隆升运动等时的碎屑岩沉积体系。其时空展布特点,使其成为梳理两次区域性构造运动演化对中央大陆沉积充填影响的重要研究对象,同样相关研究可以检验Gehrels等2011年提出的密西西比纪从东部阿巴拉契亚造山带到西部大峡谷的跨大陆沉积物搬运模式的准确性及在中央大陆的表现形式。与此同时,研究区沉积体孤立存在,宏观物源与区域地层对比是油气勘探亟待解决的问题。本文以碎屑锆石地质年代学与热年代学为基本技术手段,在对美国中部雨果顿湾密西西比系切斯特统与宾夕法尼亚系莫罗统两套碎屑岩体系沉积学刻画基础上,使用2017颗碎屑锆石U-Pb定年,刻画研究区两套碎屑岩的年代学特征。基于对北美基岩年龄与构造事件的认识,选取阿巴拉契亚前陆盆地沉积岩对潜在物源区阿巴拉契亚造山带进行年代学表征,建立雨果顿湾碎屑岩与东部物源区的联系。总结前密西西比纪碎屑岩年代学数据,探讨先存沉积岩作为雨果顿湾碎屑岩主要物源的可能性。通过对位于潜在搬运途径上沉积体新数据获取(阿科玛陆架741颗碎屑锆石)以及前人年代学数据总结,在区域上论证长距离搬运体系存在的可能性。基于碎屑锆石年龄区域与年代对比,结合古落基山系构造演化,建立与中西部物源区联系。通过对应古落基山系基岩结晶年龄的碎屑锆石进行(U-Th)/He双重定年,约束古落基山系隆升时间,从而建立研究区密西西比纪与宾系法尼亚纪物源体系及演化模式。最后探讨基于物源体系通过地质年代学进行区域地层对比的方法及相关思路对我国珠江口盆地物源分析的启示。地震与测井解释及岩心观察分析发现雨果顿湾切斯特下切谷充填体系呈现河流与潮汐双重影响特征,解释为潮控河口系统,而莫罗统砂体以河流相沉积为主。两套体系沉积充填后都经历了后期广泛的抬升剥蚀与改造作用,使两者均以孤立沉积体形式存在,难以确定其物质来源。对两套体系富砂岩相层段进行系统取样及碎屑锆石地质年代学分析,结果呈现差异明显的年代学组成特征。其中,切斯特砂岩呈现典型的格林威尔期(900-1300Ma)(Greenville)与塔康-阿科迪亚造山期(Taconic-Acadia)(350-500Ma)的双峰型特征;莫罗砂岩对应中央大陆亚瓦佩-马扎察尔年龄省(1600-1800 Ma)(Yavapai-Mazatzal Province)与中央大陆花岗岩-流纹岩省(1300-1550 Ma)(Midcontinent Granite-Rhyolite Province)成分含量显著上升。基于北美结晶基底及构造运动特征,切斯特双峰型年龄分布指向东部阿巴拉契亚造山带,且得到物源区前陆盆地沉积岩碎屑锆石年代学数据验证。对中央大陆中东部前石炭纪沉积砂岩体地质年代学数据分析发现作为其重要组成部分的太古代(2500Ma)碎屑锆石在切斯特样品中缺失,排除了沉积岩再循环作为雨果顿湾切斯特沉积体重要物源的可能性。位于潜在搬运途径的伊利诺伊盆地(Illinois Basin)与新测试获取的阿科玛陆架(Arkoma Shelf)数据显示均在密西西比纪呈现出类似的双峰型年龄特征。阿巴拉契亚前陆盆地-伊利诺伊盆地-阿科玛陆架-雨果顿湾密西西比纪等时的双峰型年代学特征支持了自东向西的沉积物搬运模式。结合西部大峡谷年代学特征,表明切斯特碎屑岩沉积为跨大陆沉积物搬运体系在中央大陆的组成部分。雨果顿湾与西部大峡谷早晚石炭纪年龄谱图的演化与中西部古落基山系(Ancestral Rocky Mountains)不同分支结晶基底组成自东向西变化相一致,呈现出宾夕法尼亚纪来自古落基山系的物源特征。对具有古落基山系基岩结晶年龄(1300-1550 Ma,1600-1800Ma)的碎屑锆石进行双重定年,表明其隆升大致发生在密西西比纪与宾夕法尼亚纪之交(~326Ma)并开始深刻影响中央大陆的沉积作用。基于雨果顿湾及相关区域碎屑锆石地质-热年代学分析,结合区域地质背景,建立了以雨果顿湾为代表的中央大陆地区石炭纪物源体系及演化模式。密西西比纪晚期克拉通内地形平坦开阔,广泛的浅海陆架碳酸盐沉积占据主导地位。东部冈瓦纳大陆与劳伦大陆正面碰撞,阿巴拉契亚造山运动进入高潮,快速隆升、剥蚀产生的大量沉积物,通过跨大陆河流体系,自东向西搬运,为雨果顿湾下切谷提供了物质来源。宾夕法尼亚纪初期,在中央大陆中西部,古落基山系隆起,阻碍了来自东部的沉积物搬运并提供了中央大陆基底碎屑物。基于该模式与研究区数据集合,通过碎屑锆石地质年代学有效区分了金斯勒与列克星敦两个油田主力产层的地层归属。雨果顿湾物源分析为我国珠江口盆地古近系物源分析中物源区年代学特征刻画提供了新的思路。借鉴雨果顿湾物源分析中通过特定沉积体(前陆盆地沉积岩)表征阿巴拉契亚造山带年代学特征的思路,结合实际地质情况,本文选用现代河流沉积物表征珠江口盆地区域物源区—华南地区不同区块年代学特征,碎屑锆石年龄谱图对比基底年代组成表明现代河流沉积物碎屑锆石能较好地体现区域物源的非均质性。雨果顿湾物源分析中通过早晚石炭纪地层中碎屑锆石的纵向年代变化,雨果顿湾与大峡谷横向区域变化,约束古落基山系物源效应的思路,本文通过纵向对比珠江口盆地古近系文昌组-恩平组-珠海组碎屑锆石组成,横向对比华南地区河流体系与珠江口盆地古近系碎屑锆石年龄谱图,约束出白垩纪110-125Ma的岩浆运动发生于珠江口盆地,是珠江口盆地基底燕山期火成岩有别于东南沿海燕山期火成岩的识别特征。基于物源刻画的相关物源分析得出珠江口盆地文昌组与盆地南部恩平组物源主要来自盆地基底隆起,华南地区的盆外区域物源影响了盆地北部恩平组沉积以及盆地大部珠海组沉积。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.13
【图文】：

图 1.1 美国大陆晚古生代阿巴拉契亚造山带、古落基山系、大峡谷、雨果顿湾研究区（红色矩形）及阿科玛陆架野外路线及取样区位置（蓝色矩形）。其中古落基山系包括：阿马里洛奇托隆起（图中 AW=Amarillo-Wichita）、中盆台地（图中 CB=Central Basin platform）、弗岭（图中 FR=Front Range）、佩德纳尔隆起（图中 Pd=Pedernal）、派尤特隆起（图中 Pi=Piute肯帕格里（图中 Un=Uncompahgre）、祖尼-迪法恩斯（ZD=Zuni-Defiance）、内马哈隆起（ Ne=Nemaha Uplift）。（底图以及古落基山系位置据 Dickinson and Lawton，2003；Gehrels et a2011；Xie et al., 2016a 修改）。总之，基于碎屑锆石地质年代学对雨果顿湾石炭纪碳酸盐沉积背景下两套切谷充填体系进行物源研究，在区域上，可以作为纽带，理清在时间与空间上

中国地质大学博士学位论文 17纪晚期，中央大陆仍然以碳酸盐岩沉积为主，但克拉通内部盆地中碎屑物的注入开始改变大陆中部的沉积面貌。逐渐频繁的周期性海平面升降，低位下切与高位充填在伊利诺伊盆地（Illinois Basin）与雨果顿湾（Hugoton Embayment）形成了典型的下切谷充填沉积（Smith and Read, 2000）。到晚石炭宾夕法尼亚纪，海平面变化愈加频繁，下切谷充填沉积广泛，成为科罗拉多州与堪萨斯州西南部重要的油气产层。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 曹敬贺;夏少红;孙金龙;徐辉龙;;珠江口盆地北部断裂构造特征对比及其地质学意义[J];地球物理学进展;2014年05期

2 丁原章;珠江口盆地及其邻近地区的活动断裂与地震活动[J];中国地震;1994年04期

3 饶春涛;李平鲁;;珠江口盆地热流研究[J];中国海上油气;1991年06期

4 陈铜台;;珠江口盆地石油(气)勘探开发的现状与前景[J];中国海洋平台;1992年02期

5 黄奉初;珠江口盆地又打成一高产油并[J];石油钻采工艺;1986年01期

6 段威武,黄永样;珠江口盆地海相上渐新统[J];海洋地质与第四纪地质;1988年02期

7 刘宗惠;海洋高分辨地球物理勘探技术及应用[J];石油物探;1988年04期

8 邱燕;地震层序划分对比中容易忽略的一个问题——以中国珠江口盆地新生界为例[J];石油物探;1988年04期

9 赵柳生;;珠江口盆地油气藏形成条件及油气富集规律[J];石油勘探与开发;1988年01期

10 彭善环;;文昌9-2-1井首次在珠江口盆地获得油气流[J];天然气工业;1988年02期

相关会议论文 前10条

1 杨玉卿;蔡军;;珠江口盆地文昌15-1油田珠江组沉积相及层序地层研究[A];第八届古地理学与沉积学学术会议论文摘要集[C];2004年

2 张鑫;;珠江口盆地新近系珠江组地震沉积分析[A];2015年全国沉积学大会沉积学与非常规资源论文摘要集[C];2015年

3 聂逢君;王华;李思田;朱伟林;;珠江口盆地珠三坳陷储层及输导体沉积学特征[A];2001年全国沉积学大会摘要论文集[C];2001年

4 孙美静;彭学超;聂鑫;刘杰;;珠江口盆地白云凹陷北坡上新世以来陆架边缘沉积特征[A];中国矿物岩石地球化学学会第15届学术年会论文摘要集（5）[C];2015年

5 孙龙涛;陈长民;孙珍;詹文欢;;珠江口盆地白云凹陷构造演化机制模拟与生烃[A];中国海洋学会2005年学术年会论文汇编[C];2005年

6 ;南海珠江口盆地深水天然气重大发现[A];2009年度中国地质科技新进展和地质找矿新成果资料汇编[C];2009年

7 杨玉卿;张聪慧;;珠江口盆地文昌15-1油田珠江组含油储层分布预测[A];第三届全国沉积学大会论文摘要汇编[C];2004年

8 杨兴业;朱俊章;施洋;;珠江口盆地A构造恩平组砂岩致密化成因及其与油气充注关系[A];中国矿物岩石地球化学学会第15届学术年会论文摘要集（4）[C];2015年

9 舒誉;施和生;杜家元;;珠江口盆地珠一坳陷古近系勘探新领域[A];第二届中国石油地质年会——中国油气勘探潜力及可持续发展论文集[C];2006年

10 李振五;;珠江口盆地区域工程地质调查的声波地震勘查[A];1990年中国地球物理学会第六届学术年会论文集[C];1990年

相关重要报纸文章 前10条

1 新华;中海油在南海再获重大深水天然气发现[N];中国石化报;2009年

2 安蓓;合作勘探珠江口盆地油气[N];中国矿业报;2007年

3 南方日报记者 谢庆裕;专家支招珠江口盆地封存二氧化碳[N];南方日报;2016年

4 本报记者 刘晓慧;海上油气勘探开拓记[N];中国矿业报;2017年

5 卢轶;珠江口盆地东部海域钻获可燃冰[N];广东科技报;2013年

6 记者 操秀英;我首次在珠江口盆地钻获高纯度新类型天然气水合物[N];科技日报;2013年

7 记者 左朝胜 通讯员 陈惠玲;珠江口“海马冷泉”家底摸清[N];科技日报;2016年

8 周宁;我国油气地球物理勘探技术取得重大突破[N];中国海洋报;2003年

9 本报记者 陈惠玲;中国，要在南海实现找油突破[N];地质勘查导报;2007年

10 记者 张立 吴昊;中国地调局首次发布“海马冷泉”科考成果[N];中国矿业报;2016年

相关博士学位论文 前10条

1 王维;美国中部雨果顿湾石炭纪物源体系演化及对珠江口盆地的启示[D];中国地质大学;2018年

2 SANI.A.M.BACHIR;中国南海珠江口盆地白云凹陷番禺低凸起热史模拟及油气运移分析[D];中国地质大学;2006年

3 吴昌荣;南海珠江深水扇系统的内幕结构研究[D];成都理工大学;2007年

4 BOUBACAR HAMIDOU LEYLA;珠江口盆地惠州凹陷转换伸展构造与异常沉降幕研究[D];中国地质大学;2017年

5 吴娟;珠江口盆地珠—坳陷油气富集规律[D];中国地质大学;2013年

6 严锐涛;珠江口盆地陆丰凹陷古近系低渗透油藏成藏机理及富集规律研究[D];中国石油大学(北京);2016年

7 赵芳;南海北部陆缘裂后期岩浆活动及海底滑坡事件研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2016年

8 王有功;断圈聚油机理及含油气性预测[D];东北石油大学;2011年

9 李云;珠江口盆地白云凹陷中新统珠江组深水沉积学[D];成都理工大学;2012年

10 张春明;珠江口盆地油气运移主通道的地质—地球化学研究[D];中国地质大学（北京）;2003年

相关硕士学位论文 前10条

1 王用军;珠江口盆地二次地震勘探采集方案研究[D];西南石油大学;2017年

2 高雁飞;珠江口盆地白云深水区碳酸盐岩分布研究[D];成都理工大学;2015年

3 赵保青;珠江口盆地鹤山凹陷古近系伸展构造特征研究[D];中国石油大学(北京);2016年

4 田媛媛;珠江口盆地荔湾凹陷中新统丘形反射的成因探讨[D];西北大学;2012年

5 胡润;珠江口盆地东沙隆起珠江组灰岩成藏主控因素研究[D];成都理工大学;2016年

6 田冬梅;珠江口盆地白云凹陷北坡珠江组沉积特征及其控制因素分析[D];中国地质大学;2017年

7 赵撼霆;珠江口盆地东沙隆起生物礁碳酸盐岩沉积演化及储层特征[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2011年

8 敬嵩;珠江口盆地白云西凹裂谷期构造特征研究[D];中国石油大学(北京);2016年

9 王玉龙;珠江口盆地白云凹陷中新统珠江组海绿石的成因特征[D];成都理工大学;2017年

10 陈骏;珠江口盆地白云凹陷断裂系统特征研究[D];成都理工大学;2008年

本文编号：2731270