黑龙江漠河盆地漠河组砂岩碎屑锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其对构造背景的制约

漠河盆地位于兴蒙造山带北东端、额尔古纳地块北部。通过对漠河组开展碎屑锆石测年、岩石地球化学、现代地层学、古生物和重矿物研究,探讨其沉积时代、物质来源和大地构造背景,为研究漠河盆地演化提供科学依据。根据岩石地球化学、重矿物组合ATi(89.51~100.00,平均98.69)和GZi(39.76~100.00,平均64.50)指数分析:漠河组主要产于活动大陆边缘和大陆岛弧背景下,物源为上地壳长英质岩石、变质岩和沉积岩,并混有深部即下地壳或地幔的基性岩;岩石CIA(50.35~60.37,平均53.50)和ICV指数(0.91~1.79,平均1.40)及Rb/Sr(0.08~0.67)和Th/U(5.05~5.81,平均5.55)值指示漠河组源区母岩经历了较弱程度的风化过程;重矿物ZTR指数反映物源碎屑具有近源搬运特征;漠河组中发现早侏罗世—早白垩世古植物化石,结合碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄(最小年龄为156±3 Ma),厘定漠河组沉积时代为晚侏罗世;碎屑锆石年龄集中在3个时期:1841~2462 Ma(n=4,古元古代)指示额尔古纳地块存在古元古代结晶基底;311~480 Ma(n=56)是额尔古纳地块与西伯利亚板块拼合造山后的伸展背景下花岗质岩浆形成的记录;156~242 Ma(n=48)是蒙古-鄂霍茨克洋俯冲于额尔古纳地块背景下岩浆侵入的证据。

漠河盆地中侏罗世绣峰组物源分析及构造意义

漠河盆地位于大兴安岭北部,绣峰组作为漠河盆地最下部层位,其形成时代、物源区特征及大地构造背景等对研究漠河盆地的形成与演化具有重要意义。本文对漠河盆地西南缘绣峰组砂岩进行了碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学和地球化学分析。锆石年代学研究表明,147组碎屑锆石年龄分布于778~181 Ma之间,显示出一个主峰约为198 Ma,分为778、528~393、252、223~181 Ma等4个年龄组,分别与新元古代Rodinia超大陆裂解事件、额尔古纳地块与兴安地块碰撞拼合岩浆活动事件、古亚洲洋俯冲闭合岩浆活动事件和蒙古—鄂霍茨克俯冲闭合岩浆活动事件相对应。砂岩岩石地球化学分析结果显示:w(SiO_(2))为70.59%~73.29%,w(Al_(2)O_(3))为13.91%~14.93%,Al_(2)O_(3)/SiO_(2)值为0.19~0.21,K_(2)O/Na_(2)O值为0.66~1.22,化学蚀变指数(CIA)值为52.58~56.04,平均为53.82,反映绣峰组砂岩形成于低等化学风化程度的古气候环境;稀土元素球粒陨石标准化曲线呈右倾模式,重稀土元素配分曲线平坦,与活动大陆边缘的曲线吻合较好,LREE/HREE值在3.74~5.73之间,(La/Yb)N值为11.27~19.08,δEu值为0.59~0.98,具中等偏弱的负Eu异常;全球平均大陆上地壳(UCC)标准化稀土元素配分曲线较为平缓,(La/Yb)UCC值为1.01~1.72,平均为1.26,(δEu)UCC值为0.84~1.40,平均为1.13,与全球平均大陆上地壳的稀土元素质量分数接近;亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、P和大离子亲石元素Ba、Sr,富集高场强元素Th、Hf和大离子亲石元素Rb、K,在原始地幔标准化微量元素蛛网图中,曲线与活动大陆边缘相似。综合研究认为,绣峰组砂岩物源主要为晚三叠世—早侏罗世火成岩,物源区构造环境为与蒙古—鄂霍茨克造山带俯冲闭合有关的活动大陆边缘。

漠河盆地西段洛古河泥岩地质特征及时代

在漠河盆地西段黑龙江南岸洛古河地区新发现一套以黑色泥岩为主,夹粉砂岩、长石砂岩、凝灰岩的岩石组合,岩石普遍发生糜棱岩化,发育同斜褶皱、a线理、S-C组构、眼球状构造等,将其命名为洛古河泥岩。凝灰岩夹层锆石的LA-ICP-MS U-Pb测年结果为176.3±1.1 Ma,表明洛古河泥岩形成于早—中侏罗世,逆冲推覆于下伏地层上侏罗统漠河组之上,推覆方向总体由北西向南东,洛古河泥岩与上阿穆尔盆地下—中侏罗统具有可对比性,其可能来自于俄罗斯境内的上阿穆尔盆地。

砂岩稀土元素地球化学特征在沉积物源区分析中的应用——以中国东北漠河盆地中侏罗统为例

详细取样分析显示,漠河盆地中侏罗统砂岩具有如下稀土元素地球化学特征:(1)绣峰组、额木尔河组和开库康组砂岩的稀土元素球粒陨石标准化配分模式均表现出轻稀土富集、重稀土亏损但具变化平缓和明显的Eu负异常特征;二十二站组虽呈现轻稀土富集、重稀土亏损但变化平缓的特征,但没有明显的Eu负异常特征,反映了砂岩形成时的物源有差别。(2)漠河盆地中侏罗统的物源主要来自于上地壳长英质源区,源岩可能为花岗岩、变质岩和沉积岩的混合;但二十二站组和额木尔河组时期还可能有来自下地壳或幔源的深部物质(基性岩)加入导致物源发生了变化。(3)漠河盆地中侏罗统物源区的构造背景为活动大陆边缘的岛弧环境。(4)Ce/Ce*和Ceanom指数显示漠河盆地中侏罗统的古环境为还原环境,对油气生成十分有利。

漠河盆地中侏罗世沉积源区分析及地质意义

漠河盆地位于额尔古纳地块北缘,其北为蒙古—鄂霍茨克造山带,与紧邻的俄罗斯上阿穆尔盆地在中生代时期同属一个盆地。漠河盆地中侏罗统包括绣峰组、二十二站组、额木尔河组和开库康组。根据盆地碎屑岩中的砾石、岩屑和重矿物的组合特征,确定母岩类型以变质岩和中酸性火成岩为主,少量沉积岩和基性火成岩;结合古水流方向,确定盆地沉积物源主要来自南侧。沉积物源具有多源性:其一为陆块抬升基底,其二为切割的岩浆弧。与区域岩石对比分析表明,陆块抬升基底可能来自古元古界兴华渡口群和寒武系兴隆群,切割的岩浆弧与古生代同碰撞和后碰撞花岗质岩石及早中生代中酸性火成岩有关。根据母岩供给特点,认为中侏罗世沉积时期漠河盆地不是典型的前陆盆地,而应是挤压背景下形成的挤压挠曲盆地或山间盆地。

漠河盆地上侏罗统沉积特征与构造背景

对晚侏罗世漠河盆地的沉积特征进行了分析,并探讨了其构造类型和成因机制。详细的沉积学研究表明:晚侏罗世漠河盆地主要发育冲积扇、扇三角洲和湖泊相沉积,属于前陆盆地的陆相磨拉石部分。晚侏罗世漠河盆地的物源来自南北两个方向,具有典型前陆盆地双向物源特点:北部物源区是蒙古—鄂霍茨克造山带,位于西伯利亚板块南缘;南部物源区是下伏板块基底,位于大兴安岭北部。根据沉积特征、区域大地构造背景和俄罗斯上阿穆尔盆地有关资料认为:晚侏罗世漠河盆地为漠河—上阿穆尔前陆盆地的南半部分,形成和演化受蒙古—鄂霍茨克造山带制约;晚侏罗世二十二站期和额木尔河期是漠河盆地的主要成盆期,该时期湖泊面积广阔、暗色泥岩发育,是烃源岩的重要形成期。

黑龙江漠河盆地构造特征与成盆演化

对漠河盆地的地层层序、构造特征和构造单元、盆地演化过程等进行了研究。漠河盆地盖层主要为侏罗纪陆相煤系地层及白垩系火山岩,属典型的二元结构。晚侏罗世中期由于蒙古—鄂霍茨克洋的关闭,额尔古纳微板块与西伯利亚板块碰撞,使盆地西部产生逆冲推覆构造,地层缩短量在64km以上。晚侏罗世晚期到晚白垩世,盆地进入西太平洋构造域演化阶段,处于拉张环境,在盆地中部和东部发生了三期大规模的火山活动,形成火山断陷盆地。因此,漠河盆地经历了蒙古—鄂霍茨克洋和西太平洋两种不同构造域的演化阶段,具有西部挤压推覆、中部和东部拉张断陷构造特点。

漠河盆地多年冻土带生物气的发现及对陆域天然气水合物勘查的重要意义

东北漠河盆地多年冻土带不仅具有生物气形成的温度、地下水盐度、地下水Eh值和p H值等环境条件,而且具有生物气形成所需的丰富有机质。漠河盆地MK-2井的数据显示,井深870 m内的烃类气体干燥系数C1/C1-5>98%,70%以上的甲烷碳同位素δ13C1<-55‰,几乎所有的甲烷氢同位素δD<-250‰,表现出明显的生物成因特征。区域和井下样品的生物标志物分析表明,几乎所有样品都含有25-降藿烷系列化合物,展示了漠河盆地多年冻土带微生物活动的普遍性。这一系列直接和间接标志,充分证实了漠河盆地生物气的存在,大大拓展了该区域天然气水合物的成藏气源,扩大了东北地区水合物的成藏潜力和勘查前景。这对东北地区乃至中国陆域多年冻土带的天然气水合物勘查都具有重要指导意义。

漠河盆地上侏罗统物源分析及其地质意义

为了探讨晚侏罗世漠河盆地的构造类型,笔者等对其物源特征进行了系统分析。通过古水流分析、母岩成分分析和源区构造背景分析认为:①晚侏罗世漠河盆地的物源来自南北两个方向;②北部物源区位于西伯利亚板块南缘,为蒙古—鄂霍茨克造山带,母岩成分主要为花岗岩、变质岩、中酸性火山岩、中基性火山岩和沉积岩;③南部物源区位于大兴安岭北部,为下伏板块基底,母岩成分主要为花岗岩、变质岩和沉积岩;④北部造山带物源区的构造背景为早中生代的活动大陆边缘。晚侏罗世漠河盆地具有典型前陆盆地的双向物源特征,一方面来自北部造山带,一方面来自盆地下伏板块基底。根据物源特征、区域大地构造背景和俄罗斯上阿穆尔盆地(黑龙江在俄罗斯称为阿穆尔河)有关资料认为晚侏罗世漠河盆地可能为漠河—上阿穆尔周缘前陆盆地的南半部分,其形成和演化受蒙古—鄂霍茨克造山带制约。

漠河盆地额木尔河群古植物群研究

首次对研究区额木尔河群的古植物群进行了系统分析与研究。古植物群的组成主要为蕨类植物与裸子植物,其中蕨类植物主要包括真蕨植物门与楔叶植物门,共计8属15种;裸子植物包括银杏植物门、苏铁植物门及松柏植物门,共计15属29种,并阐述了各植物门的主要组成特征。额木尔河群的植物化石组合具有以下特征:(1)Coniopteris的分异度和丰度均较高;(2)产有中侏罗世较为典型分子Coniopteris burejensis与Eboracia lobifolia;(3)Coniopteris、Cladophlebis、Eboracia的共同大量出现为本区古植物群的主要特征。上述特征表明,该古植物群应该划归到Coniopteris-Phoenicopsis植物群的晚期组合,其时代为中侏罗世。通过对研究区额木尔河群古植物群在纵向上的分布以及植物化石组合特征的综合分析,将Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期组合进一步划分为3个亚组合,即绣峰组中的Coniopteris-Nilssonia亚组合、二十二站组中的Coniopteris-Czekanowskia亚组合、漠河组—开库康组中的Coniopteris burejensis-Cladophlebis cf.asiatica亚组合。本研究不仅丰富了研究区生物地层资料,确定额木尔河群的地质时代,更重要的是解决了目前研究区天然气水合物勘探的基础地质问题。

大兴安岭北部绣峰组下部砾岩的形成时代及其大地构造意义

对漠河盆地南缘绣峰组下部砾岩的野外观察,发现其碎屑物除了主要来源于被前人置于新元古代的花岗岩外,还含有火山岩砾石;与上部砂岩之间被断层分隔而不是连续沉积。作为该砾岩主要源岩的花岗岩中的锆石蒸发法年龄为354～164Ma,锆石SHRIMP定年揭示其最后一次岩浆活动可能发生在早侏罗世(180～190Ma);全岩-长石-黑云母内部Rb-Sr等时线年龄为177～191Ma,黑云母Ar-Ar年龄为171～175Ma,表明该岩基在中侏罗世还深埋地下没有出露地表。其中的火山岩砾石的岩石学和岩石化学特征与区域上晚侏罗世塔木兰沟组火山岩类似。结合区域地质资料,推测该砾岩的形成时代不是中侏罗世,而可能是早白垩世;漠河盆地是与蒙古-鄂霍茨克造山带有关的前陆盆地,而不是侏罗纪陆内断陷盆地。

漠河盆地依列克得组火山活动间歇期烃源岩有机地球化学特征研究

漠河盆地早白垩世为一火山岩断陷盆地,广泛发育火山岩夹沉积岩的二元沉积建造。依列克得组烃源岩为一套发育在玄武岩系之间的湖沼相沉积岩系,烃源岩岩性为油页岩、页岩及煤岩。该套烃源岩与其周围玄武岩为同期不同相产物,与该套烃源岩直接接触的火成岩为火山熔岩或火山碎屑直接进入湖盆水体而形成。利用热解、GC,GC—MS等地球化学分析技术,对该套烃源岩生油潜力进行了初步评价,并探讨了该套烃源岩的沉积环境、母源特征及火山活动对该套烃源岩的影响。分析显示,该套烃源岩有机质丰度较高,有机质类型油页岩以Ⅱ型为主,页岩和煤岩主要为Ⅲ型,火山岩浆活动对烃源岩的烘烤作用不明显(Ro=0.56%～0.59%),有机质热演化处于刚进入生烃门限的低成熟阶段,综合评价具有较好的生烃潜力;该套烃源岩沉积于强还原—弱还原水体环境,在垂向上含盐度具有较快的波动,处于淡水—咸水交替变化状态;母质来源具有水生生物和陆生植物混源输入特征,煤岩陆源有机质输入更丰富。

漠河盆地中侏罗统沉积演化及含油气远景

对漠河盆地中侏罗统绣峰组、二十二站组、额木尔河组及开库康组露头剖面详细沉积学研究,查明漠河盆地绣峰组为冲积扇、扇三角洲及湖泊沉积,二十二站组和额木尔河组为辫状河三角洲和湖泊沉积,开库康组为冲积扇、扇三角洲及湖泊沉积,湖底扇和湖泊相在各组均有发育。从绣峰组到开库康组,具有冲积扇-扇三角洲-湖泊—辫状河-辫状河三角洲-湖泊—冲积扇-扇三角洲-湖泊的沉积演化规律。这一沉积演化规律决定了漠河盆地中侏罗统生油气层、储层、盖层均较发育,具有油气勘探潜力。

利用锆石裂变径迹研究漠河盆地隆升过程

通过对漠河盆地内32件样品的锆石裂变径迹进行详细分析,锆石单颗粒径迹年龄最大值为143.9±18.7Ma,最小年龄为58±12.1Ma,峰值年龄为92~98Ma和132~138Ma。结合盆地断裂展布及大地构造背景,认为漠河盆地在95Ma和135Ma发生了2次强隆升过程。结合盆地断裂系统、构造特征及区域地质背景,认为自晚侏罗世以来盆地形成受到蒙古-鄂霍次克海碰撞关闭和古太平洋板块俯冲碰撞双重作用的影响,盆地中晚侏罗世（135Ma左右）处于南北向挤压背景,形成东西向展布的前陆盆地;白垩纪中期,盆地处于伸展构造背景,属东北（同）大陆裂谷系的一部分。白垩纪中晚期（95Ma左右）,漠河盆地由拉张环境再一次变为挤压环境,盆地形成了又一次的强隆升过程。

漠河盆地漠河组天然气水合物潜在气源岩评价

通过对钻井及露头剖面样品的分析,基于烃源岩的分布及有机质的丰度、类型、成熟度等指标,对漠河盆地漠河组天然气水合物潜在气源岩进行了深入剖析与有效评价,以期为该区天然气水合物的勘探提供理论依据。结果表明:漠河组分布稳定且连续,暗色泥岩沉积厚度大,由西至东逐渐减薄;总有机碳含量平均为1.85%,其中71.38%的样品被评价为中等及以上烃源岩;有机质类型以Ⅱ1、Ⅱ2型为主,少量为Ⅰ型;有机质热演化程度均已达到高成熟—成熟阶段。结合烃源岩厚度、丰度、类型及演化程度等特征将天然气水合物有利区划分为3类,龙河林场一带烃源岩沉积厚度大、丰度高、类型好、热演化程度高,可作为下一步勘探的首选目标区。

东北漠河盆地开库康组LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其构造意义

通过对漠河盆地东北部"上侏罗统"开库康组的研究,发现了其与下伏中侏罗统二十二站组之间的不整合面,同时对开库康组砂岩和火山岩夹层进行了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得的2个样品中最年轻的碎屑锆石206Pb/238 U加权平均年龄均为159 Ma,反映了沉积下限不早于晚侏罗世;在其内的火山岩夹层中获得的岩浆锆石206Pb/238 U年龄分别为(136.6±1.9)、(137.5±2.5)Ma,该年龄与开库康组内发育的Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期化石组合和Ruffordia-Onychiopsis早期化石组合反映的时代吻合,表明开库康组形成于早白垩世早期,而非原划分的晚侏罗世。开库康组形成时代及其下伏地层锆石U-Pb年龄揭示了构造不整合面形成于137~145Ma,进一步约束了蒙古—鄂霍茨克洋闭合之后漠河逆冲推覆构造形成时间及从侏罗纪伸展盆地转化为白垩纪挤压山间盆地的时代。开库康组时代的重新厘定对进一步研究漠河盆地与蒙古—鄂霍茨克造山带的关系提供了新的资料。

漠河盆地中侏罗统砂岩地球化学特征及物源属性分析

漠河盆地的中侏罗统。砂岩具有高SiO2、低Fe2O3、FeO、MgO和轻稀土元素富集,重稀土相对亏损,显示弱的负Eu异常的特征。综合分析砂岩的常量元素、微量元素和稀土元素的地球化学特征,经构造判别图解,笔者认为漠河盆地中侏罗统沉积时物源区具有大陆岛弧和活动大陆边缘的构造环境。盆地南侧的额尔古纳地块北缘古生代杂岩可能是盆地的主要物源。

漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

漠河盆地是我国冻土发育的主要地区之一,发育良好的天然气水合物成藏系统,具有天然气水合物形成的良好条件。为了圈定天然气水合物远景区,识别油气聚集体,判别天然气水合物成因,在漠河盆地冻土较发育地区开展了1∶5万天然气水合物地球化学资源调查。结果表明:(1)在森林沼泽景观区,顶空气和荧光光谱指标是天然气水合物勘查的主要指标,借鉴青海木里冻土区天然气水合物地球化学勘查成功的经验,结合AMT、地质等资料分析,元宝山凹陷是天然气水合物较为有利的远景区;(2)岩心样品甲烷碳同位素分析显示,烃类气体分异明显,浅层烃类气体基本为生物气,深部烃类气源主要为混合成因气,个别解吸气为微生物气和热解气;(3)试验性应用了分形-GIS技术,可以细致可靠地进行异常区范围划定,消除干扰因素,有效地圈定水合物远景区。

漠河盆地东南部中生代火山岩年代学与地球化学研究

漠河盆地东南部中生代火山岩地层主要由光华组和甘河组组成,锆石U--Pb定年结果确定两组火山岩分别形成于128-125 Ma和126-120 Ma。光华组流纹岩高硅富碱、贫钙铁镁;轻重稀土分馏较明显[w（La/Yb）N=13.01-17.99],铕异常中等（δEu=0.49-0.67）;富集大离子亲石元素Rb、K、Th、U,亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti;锆石εHf（t）值为-2.5-3.0,两阶段Hf模式年龄为989-1 130 Ma;岩浆源区为中元古代末期的地壳物质。甘河组粗安岩和玄武粗安岩富碱高钾,镁指数较大（Mg#≈48）;稀土元素配分曲线为轻稀土富集的右倾型[w（La/Yb）N=12.67-23.21],铕异常不明显（δEu=0.77-0.91）;富集Rb、Ba、K、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素;锆石εHf（t）值为-1.2-4.1;岩浆源区为俯冲流体交代过的岩石圈地幔,岩浆经历了一定程度分离结晶作用。

浅变质烃源岩生物标志物地球化学——以漠河盆地漠河组为例

漠河盆地漠河组发育有浅变质烃源岩，目前还未见对其生物标志物地球化学的公开报道。为了探讨其生标特征，应用生标参数判识烃源岩的沉积环境、有机母质来源和热演化程度而展开本项研究。结果表明：①饱和烃碳数分布范围为C11～C27，以C17为主峰；轻重比（∑C21-／∑C22＋）为4．0～6．3，平均为5．3；OEP为1．00～1．26，平均为1．17；Pr／Ph为0．9～1．4，平均值为1．2；伽马蜡烷指数为0．23～0．30，平均为0．27；升藿烷指数为0．04～0．06。②萜烷中藿烷的相对含量最高，其次为三环萜烷，四环萜烷的相对含量最低；规则甾烷的相对含量为C29〉C27〉C28，C27、C28、C29aaa-规则甾烷（20R）的相对峰高呈“V”字型。③重排甾烷和重排藿烷的相对含量较低；8-胡萝卜烷、奥利烷和25-降藿烷的峰形特征明显。综合多项生标参数并结合沉积环境和构造演化特征分析认为，漠河组浅变质烃源岩沉积于强还原的湖泊环境、沉积水体具有一定的盐度，有机质为陆生高等植物和低等水生生物双重来源，现已热演化至高成熟阶段。