燕山构造带东段中生界盆地页岩油气地质研究现状与展望

中国陆相盆地页岩油资源丰富,是我国未来油气增储上产的重要战略接替领域。燕山构造带东段(辽西地区)中生界盆地群页岩油气资源丰富,但尚处于油气勘探空白区,落实其勘探前景势成必然。基于研究区勘探的实际情况,并通过与国内外典型页岩油气盆地石油地质条件对比,综合沉积体系以及烃源岩地球化学参数分析等,明确了燕山构造带东段中生界盆地群页岩油气的资源潜力。研究结果表明:(1)下侏罗统北票组和下白垩统九佛堂组均发育连续厚层的暗色泥页岩,为主力烃源岩层位;(2)烃源岩的总有机碳(TOC)含量均值为1%~4%,以Ⅱ_(1)型或Ⅱ_(2)干酪根为主,且指示热演化成熟度的镜质体反射率(Ro)普遍高于0.6%,具有良好的油气潜力;(3)两套烃源岩层系均富含火山碎屑成分,脆性矿物含量较高,具有良好的可改造性。针对陆相含油气盆地页岩油气勘探存在的问题,首先讨论了赋存页岩油气重要载体的碳酸盐质细粒沉积岩的多源成因机制与油气富集类型,其中研究区以火山热液型和混源型甜点为主;另外探讨了火山-湖泊作用对有机质的富集效应,认为火山灰的输入提升了有机质的富集效力。同时,根据以往的勘探实践经验,提出原型盆地恢复技术和“天-地-钻”三位一体技术是解决复杂造山带油气勘探(特别是密植山区)中面临的诸多问题的关键。

辽西地区燕山板内造山带东段中生代逆冲推覆构造

本文厘定并阐述了辽西地区燕山中生代板内造山带东段发育的逆冲推覆构造的宏观构造格局、运动学特征、形成时代和形成过程;探讨了形成该构造体系的区域构造背景及其大地构造意义。该区的逆冲构造系统由6条主干逆冲断层组成。分布于西北和东南缘的两条最外缘道冲断层走向为ENE,居于其间的逆冲断层呈NNE—NE,而且,向东北和南西方向这些断层具有汇合的趋势。在东北端收敛于凌源—东官营子断裂(“内蒙地轴”南缘断裂)上,而在西南端则汇拢于大屯—锦州断裂及其西延的密云—喜峰口断裂。总体上构成一个类似于双重构造(duplex)的巨型逆冲系统。该区边冲作用始于中侏罗世之前,于侏罗纪末达到高峰并基本形成了本区的推覆构造格局。本区逆冲断层系统,总体逆冲方向指向南东,与燕山板内造山带中段、西段以向北、北西逆冲为主的逆冲推覆构造明显不同。结合燕山中段发现的近东西向右行走滑断裂系统及其与本区逆冲推覆构造体系的时-空关系分析,指出本区逆冲推覆构造的形成,是沿燕山东西向构造带右行走滑作用因构造方向的改变发生构造转换的结果。

辽西牛营子地区晚三叠世逆冲构造

燕山陆内造山带侏罗纪的构造及其研究已广为报道,但确凿的三叠纪构造分析明显不足。对辽西凌源牛营子地区详细的构造地质调查揭示该区晚三叠世晚期存在的逆冲构造。盆地东部中侏罗世郭家店组之下覆盖着一套晚三叠世道冲叠瓦构造,其运动指向:黄土坡以西逆冲叠瓦构造由西向东推覆;黄土坡以北弧形断裂由北向南道冲,为派生的运动。逆冲断裂带控制的槽地之中发育同逆冲期邓杖子组灰岩—白云岩质角砾砾岩。我们的资料表明,邓杖子组时代应属晚三叠世晚期,与晚三叠世老虎沟组基本是连续过渡的。原定牛营子盆地早—中侏罗世地层是倒置的,正常的晚三叠世—中侏罗世地层序列自下而上应为老虎沟组、邓杖子组、水泉沟组、郭家店组。晚三叠世晚期逆冲构造事实的确定说明,燕山陆内造山带至少从晚三叠世起就经历了强烈的变形,其早期变形历史对于认识区域构造演化和陆内变形的发展过程具有重要意义。

燕山造山带东段——辽西地区薄皮逆冲推覆构造

辽西地区为华北北缘中生代燕山造山带东延部分。地表地质调查和新的地震剖面资料的构造解释表明辽西地区逆冲推覆构造系为大型薄皮构造组成的楔形体,主要由凌源—北票逆掩断层、牛营子—郭家店逆掩断层、汤神庙逆掩断层和建昌—朝阳逆掩断层,以及在这些逆掩断层上盘发育的大型推覆体组成。逆冲构造的扩展方式为背驮式,逆冲指向南东,定型时代为早白垩世中期,即早白垩世义县组火山碎屑岩(110Ma)和早白垩世九佛堂组之间。中侏罗世—早白垩世中期形成的辽西地区道冲推覆构造系既与西伯利亚板块与华北板块之间蒙古—鄂霍茨克大洋最终闭合碰撞有关,同时也与古太平洋板块向西俯冲在东亚大陆之下有关。

辽西早白垩世义县组火山岩的地质特征及其构造背景

早白垩世义县组火山岩是辽西地区分布最为广泛的中生代火山岩。岩石学、元素-同位素地球化学研究表明,义县组火山岩主要为高钾钙碱性系列,相容元素(Cr、Co、Ni、V等)和大离子亲石元素(如Rb、Sr、Ba等)相对富集,高场强元素(如Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等)和放射性元素(U、Th)相对亏损,轻重稀土元素分馏明显,δEu弱负异常,放射成因的Nd、Sr、Pb同位素较低,具有板内和活动大陆边缘弧地球化学特点。作者认为辽西早白垩世义县组火山岩起源于富集的岩石圈地幔的部分熔融,岩浆在演化过程中以结晶分异作用为主,伴有少量的地壳混染作用,即AFC过程。结合区域构造,作者认为义县组火山岩形成于权内岩石圈的不均匀拉伸环境,是燕山板内造山作用的产物,与中生代古太平洋板块向欧亚板块俯冲没有直接关系。

华北太行—燕山—辽西地区燕山期(J—K)造山过程与成矿作用

太行—燕山—辽西造山带是中国东部一个重要的燕山期(J—K)Au-Mo-Pb-Zn-Ag-Cu-Fe金属成矿带,亦是燕山期煤田分布的重要地带。讨论了该区18个燕山期金属矿床及其相关的侵入体的同位素年龄,两者在时间上的总体一致性,以及重要煤田的形成与特征时代的沉积建造相伴生,均从年代学的约束方面提供了成矿作用与燕山期岩浆—构造事件的成因联系。在已有的燕山造山带岩浆构造事件序列的基础上,把成矿作用纳入其中,提出了该造山带燕山期岩浆—沉积—构造—成矿事件序列的初步框架。进而,从物质组成的角度,讨论了该造山带金属成矿作用与火成岩组合的成因联系;同时也讨论了成矿作用可能的源区以及成矿作用的阶段性与造山带之间的成生联系。提出了造山带与成矿作用的初步框架模型。前造山幕—初始造山幕(J1)和后造山幕(K21)比较宁静的构造环境和湿热环境为煤田形成提供良好的动力学环境。同造山幕的大规模岩浆活动为金属矿床形成提供重要背景:早期造山幕(J2)伴随古老下地壳的熔融,生成以安山质为主的岩浆活动及伴生主要的Au和Pb、Zn矿床;峰期造山幕(J3),陆壳升温达峰值,导致上地壳岩石的大规模熔融作用,形成大规模花岗质岩浆的侵入,伴生大量Mo矿;晚期造山幕(K11),“过热的”上部地壳开始降温,壳幔深部的镁铁质岩浆更多地喷出和侵入,伴生Fe矿床的形成,同时,新形成的侏罗纪下地壳熔融,伴生Cu矿。

太行—燕辽地区燕山期造山过程、岩浆源区与成矿作用

太行—燕辽造山带是中国东部一个重要的燕山期(J-K)Au-Mo-Pb-Zn-Ag-Cu-Fe金属成矿带和重要煤田分布区。本文首先讨论了该区18个金属矿床以及相关侵入岩的同位素年龄数据,选取了其中10个比较可信的数据作为成矿作用的近似年龄,以及运用4个煤田的已有的相关地层的时代,在已有的岩浆-构造事件序列的框架基础上,扩展提出该区岩浆-沉积-构造-变质-成矿事件序列的初步框架。进而,讨论造山过程,岩浆源区与成矿作用的可能成生联系。前造山幕—初始造山幕(J1)和后造山幕(K12)比较宁静的构造和湿热环境为煤田形成提供了良好的动力学环境。同造山幕的大量岩浆活动为金属矿床形成提供重要背景。早期造山幕(J2)伴随古老下地壳的熔融,生成以安山质为主的岩浆活动和伴生以Au为主成矿作用。峰期造山幕(J3),陆壳升温达峰值,导致上地壳岩石大规模熔融作用,形成大规模花岗质岩浆侵入,伴生以Mo为主的成矿作用。晚期造山幕(K11),"过热的"上部地壳开始降温,壳幔深部的镁铁质岩浆更多地喷出和侵入,伴生以Fe矿床的形成,同时,新形成的侏罗纪下地壳熔融,伴生Cu矿。

辽西中侏罗世高Sr低Y型火山岩的成因及其地质意义

通过对辽西阜新地区中侏罗世蓝旗组火山岩的岩石地球化学研究,燕山地区存在着中侏罗世高Sr低Y型火山岩。这些高Sr低Y型火山岩为高铝高钠低镁(Al2O3>15％,Na2O≥3.37％,MgO≤1.33％,Mg＃≤0.35)的安山岩-英安岩,高Sr(≥541μg/g)低Y、Yb(Y≤19μg/g,Yb≤1.35μg/g)含量及高Sr/Y(≥40)比值,强烈的稀土元素分馏((La/Yb)N>17,(No/Yb)N>1.2)),Eu异常不明显(0.82～0.96),高场强元素(如Nb、Ta)相对亏损。这些特征与太古代英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)岩套相似。我们认为这些火山岩起源于古老的下地壳玄武质岩石的部分熔融,其形成可能与玄武质岩浆的底侵作用有关。辽西中侏罗世蓝旗组高Sr低Y型火山岩对探讨燕山造山带岩浆起源及地球动力学具有重要意义。

辽西北票、义县地区髫髻山旋回火山岩的地球化学特征

北票、义县地区髫髻山组可分为3个岩性段.髫髻山火山旋回划分为2个亚旋回.髫髻山旋回火山岩属于高钾钙碱性岩系,SiO2=53.67%～75%,Al2O3=13.15%～19.16%,K2O+Na2O=5.17%,里特曼指数δ=1.46～6.83,平均值为3.06;富碱贫镁,Na2O>K2O.Cr、Ni含量低,亲石元素Rb、Sr、Ba等含量高.稀土元素总量较高,富轻稀土,稀土分布模式呈右倾型,稀土元素分馏明显,总体为负铕异常,弱铈异常.成因研究表明,髫髻山旋回火山作用是在与挤压作用相关的大陆边缘活动带构造环境下,受壳断裂控制形成的,具有造山带火山岩特征.火山岩的成岩作用以部分熔融为主,其源区物质为LREE相对富集的下部玄武质地壳.

辽东黄花甸地区古元古代花岗质岩浆作用及其地质意义

胶-辽-吉古元古代造山/活动带的辽东黄花甸地区出露大量古元古代花岗质岩石,前人将该区的花岗质岩石统称为花岗质混杂岩。本文通过详细的野外地质调查和室内综合研究,将该套花岗质混杂岩解体为时代及性质完全不同的两类花岗岩——黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩。其中黑云母二长花岗岩具有块状、条痕状、片麻状的不同构造类型,均显示富SiO_2(72.37%~77.44%)、贫Al_2O_3(11.69%~13.21%)、富K_2O(3.97%~5.11%)的特征,Na_2O/K_2O=0.64~1.08,TiO_2含量在0.18%~0.34%之间,MnO、MgO和P_2O_5的含量较低,分别为0.01%~0.07%、0.12%~0.32%和0.01%~0.06%,铝饱和指数A/CNK集中分布在1.33~1.45之间,A/NK在1.49~2.60之间,属于过铝质高钾钙碱性系列;微量元素Sr、Ba、Ti、P强烈亏损,具有明显的Eu负异常,具有A型花岗岩的特征。黑云母二长花岗岩的锆石大部分为具有清晰震荡环带结构的岩浆锆石,从3个样品获得LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄分别为2185±29Ma、2183±13Ma、2166±10Ma,据目前所获得南辽河群碎屑锆石年龄(1.95~2.15Ga),本文认为黑云母二长花岗岩的侵位时代要早于南辽河群地层沉积的时间,构成了南辽河群地层沉积的基底。花岗闪长岩呈岩枝状侵入黑云母二长花岗岩和里尔峪组地层中,富SiO_2(72.54%~74.31%)、Al_2O_3(15.01%~16.17%),全碱(K_2O+Na_2O)平均7.77%,相对富钠(Na_2O/K_2O=1.27~2.82),贫钙、镁,MgO平均为0.26%,CaO平均为1.59%,Mg#值平均为54.0,铝饱和指数A/CNK集中分布在1.61~1.78之间,A/NK在1.49~2.60之间,属于过铝质钙碱性系列,具明显的Eu正异常,Y/Yb低,Sr/Y高,而且强烈亏损Th、Ta、Nb、Ti等高场强元素,富集Ba、K、Rb、Sr等低场强元素,具有埃达克质花岗岩的特征。花岗闪长岩的锆石大部分为具有清晰震荡环带结构的岩浆锆石,从2个样品获得LAICP-MS锆石U-Pb年龄分别为1995±18Ma、1995±13Ma。可以推断花岗闪长岩的侵位时代为2.0Ga左右。本文认为具有A型特征的黑云二长花岗岩是陆块内部拉伸减薄-裂解过程中下部地壳部分熔融的产物,具有埃达克质特征的花岗闪长岩是俯冲过程中所形成火山弧或活动大陆边缘岩浆活动的产物。以上研究表明胶-辽-吉古元古代造山/活动带可能经历了在2.2~2.15Ga左右的拉伸裂解过程和2.0Ga左右俯冲挤压的构造演化过程。

辽东岫岩北部王家堡子一带富铝片麻岩的变质作用及其地质意义

高级变质富铝片麻岩出露于辽东岫岩北部王家堡子一带南辽河岩群变质岩石中,通过详细的岩相学和变质作用研究,确定其变质峰期典型矿物组合为Sil+Grt+Crd+Bt+Pl+Kfs+Qz;峰期后存在典型的减压反应Grt+Sil+Qz→Crd。早期进变质阶段以出现十字石、蓝晶石为特征,晚期退变质阶段以石榴石变斑晶和黑云母转变为绿泥石为特征。传统地质温压计估算的富铝片麻岩峰期变质条件为:T=640℃~690℃,P=5.5~7.0 kbar;峰期后减压阶段变质条件为:T=560℃~660℃,P=4.7~4.9 kbar;晚期退变质条件为:T=520℃~560℃,P=2.9~3.0 kbar。矿物组合特征、矿物相转变结构及其温压条件变化反映其具有近等温减压的顺时针P-T轨迹演化特征,不同于前人所获得的逆时针P-T轨迹。研究结果认为南、北辽河岩群在古元古代可能经历了相同的变质作用演化过程。

辽东翁泉沟硼矿区二长花岗岩脉锆石U-Pb年龄及对成矿时代的制约

辽东地区翁泉沟硼矿区露天采场产出一条切穿硼矿体的二长花岗岩脉.本研究采集了该二长花岗岩脉的薄片、化学分析样品,并进行锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学测试分析.该二长花岗岩脉具有高SiO_(2)含量,为71.82%~75.68%,较高的Na_(2)O+K_(2)O含量,为8.41%~10.57%,属钙碱性-高钾钙碱性系列花岗岩.岩脉中锆石颗粒呈自形柱状,CL图中较黑,因铀含量较高引起.U-Pb上交点年龄为1842±29 Ma,其中9个测点得出1842±30 Ma的加权平均年龄,反映了该花岗岩脉侵位于古元古代晚期,同时翁泉沟硼镁铁矿成矿应早于该时代.此年龄与前人研究古元古代胶辽吉造山过程中变质作用峰后时间相吻合,反映了古元古代造山作用过程中伴随了硼矿成矿事件.

华北克拉通北缘东段“开原岩群”的解体及重新认识

根据近年来的同位素年代学资料,对分布于辽北地区的一套构造变质岩系("开原岩群"或"清河镇岩群")进行了重新认识和划分,并将其重新定义为清河构造混杂岩,由中太古代、新太古代、中元古代、新元古代、二叠纪等不同时代、不同构造环境的地质体组成.其中,中太古代、新太古代、中元古代岩石来自华北克拉通,而新元古代、二叠纪岩石则来自兴蒙造山带.将原沈家堡子岩组重新划分为新太古代变质表壳岩和中—新太古代变质深成岩,原板石沟岩组(或芦家堡子岩组)厘定为中元古代石门岩组,原照北山岩组重新划分为新元古代南平岩片和晚二叠世照北山岩组,将原佟家屯岩组和尖山子火山岩合并为晚二叠世佟家屯岩组.最后,提出了清河构造混杂岩带为华北克拉通与兴蒙造山带的界线以及古亚洲洋在华北板块北缘东段的最终闭合时间为中三叠世早期(约245 Ma)的认识.

定量估算造山带地壳厚度的岩石地球化学方法:综述与实例

应用岩石地球化学数据定量、半定量估算岩浆弧地壳厚度的方法包括:钙碱性岩套K_2O含量、w(Sr)/w(Y)值、w(La)_N/w(Yb)_N值,玄武质岩石Na_2O含量、CaO含量、w(Ce)/w(Y)值等。目前提出的定量公式对厚度在20~45km范围内的俯冲造山带地壳厚度反演结果可靠性较高。中酸性岩w(Dy)/w(Yb)值可以指示造山带是否存在加厚的地壳。应用岩石地球化学数据定量、半定量反演造山带地壳厚度的公式要求:明确其适用条件与应用范围;有足够数量的样本;进行数据筛选并且剔除离群值。藏南冈底斯弧的实例研究表明,w(La)_N/w(Yb)_N值能够估算碰撞造山带古地壳厚度,印度板块与亚洲大陆碰撞引起的地壳显著增厚导致冈底斯地体中酸性岩浆岩w(Sr)/w(Y)值、w(La)_N/w(Yb)_N值在40 Ma以来明显跃升。三江地区三叠纪义敦岛弧地壳厚度为60km;福建长乐—南澳构造带早白垩世时期岩浆弧的地壳厚度为42km;辽西地区中侏罗世—早白垩世时期火山岩地壳厚度为50~65km。

冀东-辽西太古宙火成岩岩石组合和动力学意义

冀东-辽西地区是华北克拉通北部出露面积最大的太古宙变质基底区.经过岩石组合填图和综合研究,将其太古宙变质火成岩分为2.64~2.60Ga MORB型拉斑玄武质火山岩、2.61~2.52Ga拉斑玄武质-钙碱性变质火山岩、2.52~2.50Ga浅变质钙碱性火山岩组合和2.54~2.50Ga英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩、2.54~2.51Ga闪长质-石英闪长质-英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩、2.54~2.51Ga紫苏花岗闪长质-紫苏花岗质岩石、2.57~2.52Ga闪长质-石英二长闪长质-花岗闪长质-二长花岗质片麻岩和2.53~2.51Ga弱片麻状到块状二长花岗质-正长花岗质深成侵入体岩石组合.这些岩石组合从东北部的辽西阜新到西南部的遵化马兰峪地区呈现出条带状时-空分布特征.变质作用研究揭示了青龙-上营-洒河桥-马兰峪为高压麻粒岩带,记录了ITD型PTt轨迹,与NNW-NW向SSE-SE方向逆冲推覆构造相伴生;而三屯营-太平寨高温麻粒岩带,记录了IBC型PTt轨迹,与锦州-兴城-安子岭-界岭口-太平寨-三屯营伸展-底劈构造带相伴生.综合分析表明冀东-辽西太古宙晚期的构造-岩浆活动形成于热造山带型俯冲-弧后伸展到碰撞隆升的侧向增生动力学过程.