适用于多旋回叠合盆地的油气成藏年代学研究进展

我国多旋回叠合盆地在多期构造运动的背景下具备多期生烃、多期充注、多期成藏和改造的特征,厘定不同期次油气的成藏时间一直是多旋回叠合盆地油气成藏研究亟待解决的难题。综述国内外油气成藏年代学的研究现状和发展趋势,剖析了不同油气成藏年代学方法的主要特点和局限性,认为油气成藏年代学研究经历了从早期传统的油气成藏年代学方法到现今油气成藏同位素测年法的发展,实现了定性或半定量向定量研究的重要转变,其中方解石激光原位U-Pb同位素定年法可以精确厘定多旋回叠合盆地中不同期次油气的成藏时间,将油气成藏年代学研究推向了新的里程碑。据此提出综合运用多种油气成藏年代学方法相互补充、印证,进而得到全面的油气成藏年代信息,将成为现代油气成藏年代学在多旋回叠合盆地应用发展的重要趋势。

K-Ar法与Ar-Ar法在油气成藏期定年的适用性

迄今，K-Ar年代学已从最初的常规K-Ar定年，发展到分步加热释氩Ar-Ar、激光显微探针At-At等多种定年方法。目前应用于油气成藏年代学的方法主要是白生伊利石K-Ar法定年和Ar-Ar法定年，前者在我国已经开展了将近十年，而后者在油气成藏年代学中的应用目前还处于摸索之中，它们都面临着很多的问题。

深层—超深层走滑断裂带储层流体来源与油气成藏过程研究——以塔里木盆地富满油田为例

以富满油田北部走滑断裂带深部储层孔洞缝充填脉体为研究对象,基于脉体的岩相学特征、微区稀土元素和Sr(锶)同位素、油包裹体荧光光谱、显微热力学和碳酸盐岩U-Pb同位素定年进行分析。结果表明:富满油田北部走滑断裂带发育2期方解石脉体,脉体来源于中下奥陶统海源地层水,未见氧化性流体侵入,表明深层—超深层油气晚期具有良好的封闭性。通过包裹体测温投点埋藏史结合碳酸盐岩低U-Pb同位素定年技术,厘定塔里木盆地富满油田北部走滑断裂带深层奥陶系存在3期油气充注过程,分别对应于距今(459±7.2)Ma(加里东中期)、(348±18)Ma(海西早期)和268Ma(海西晚期),富满油田北部深层—超深层碳酸盐岩油气成藏关键期为海西早期,且油气充注与断裂活动有较好的对应关系。

应用方解石激光原位U-Pb同位素定年确定多旋回叠合盆地油气成藏绝对时间——以塔里木盆地塔河油田为例

多旋回叠合盆地油气成藏绝对时间一直是油气成藏研究需要解决的一个重大难题。以塔里木盆地塔河油田为例,在油包裹体观察和荧光光谱分析的基础上,通过阴极发光和微量元素分析划分方解石脉体形成期次,对不同期次方解石脉体进行激光原位U-Pb同位素定年获得油气充注绝对时间。研究结果表明,塔里木盆地塔河油田奥陶系储层方解石脉体中发育黄色和蓝白色荧光两种类型油包裹体。阴极发光和微区微量元素的差异性指示存在两期方解石脉体,其中发育黄色荧光原生油包裹体,两期方解石的年龄分别对应两期黄色荧光原油的充注时间。方解石脉体激光原位U-Pb同位素定年结果显示,第一期黄色荧光原油的充注时间为329.7Ma±1.6 Ma,第二期充注时间为249.3 Ma±2.6 Ma~220.5 Ma±7.3 Ma。激光原位U-Pb同位素定年技术结合烃类流体包裹体分析可以很好地用于确定多旋回叠合盆地油气成藏时间,对重建油气成藏动态过程具有重要作用。

碳酸盐矿物定年和定温技术及其在川中古隆起油气成藏研究中的应用

基于含烃包裹体宿主矿物U-Pb同位素年龄和团簇同位素(D47)温度约束建立成藏地质过程重建新方法。通过激光原位U-Pb同位素年龄和团簇同位素温度约束油气成藏时间和深度,包括两个关键步骤:①显微镜下液态或气态烃类包裹体特征、丰度和分布研究;②烃类包裹体宿主矿物激光原位U-Pb同位素定年和团簇同位素定温。该方法应用于川中古隆起震旦系灯影组气藏成藏期次研究,通过含烃包裹体白云石宿主矿物U-Pb同位素年龄和团簇同位素(D47)温度的测定,识别出3个成藏期:①以距今(416±23)Ma为代表的志留纪末的石油聚集;②以距今(248±27)Ma和(246.3±1.5)Ma为代表的二叠纪末—早三叠世的石油聚集;③以距今(115±69)Ma和(41±10)Ma为代表的燕山—喜马拉雅期天然气聚集。川中古隆起灯影组气藏成藏史与工区构造-埋藏史、盆地热史、烃源岩生烃史高度吻合,展示了碳酸盐矿物定年和定温技术在油气成藏期次研究中的适用性和可靠性,具推广应用价值。

藏南冲巴淡色花岗岩锆石U-Pb、白云母^(40)Ar-^(39)Ar年代学及其地质意义

本文采集藏南冲巴淡色花岗岩样品并进行系统的锆石LA-ICP-MS U-Pb和白云母^(40)Ar-^(39)Ar年代学分析。锆石U-Pb定年结果显示,冲巴淡色花岗岩年龄为12.4±0.4 Ma,处于前人划分的新喜马拉雅阶段与后喜马拉雅阶段分界处。结合淡色花岗岩沿藏南拆离系分布的特征,可将其归入新喜马拉雅阶段。冲巴淡色花岗岩为同构造侵位花岗岩,是藏南拆离系活动导致的构造减压熔融的产物,12.4±0.4 Ma的锆石U-Pb年龄代表了研究区藏南拆离系的活动时代。然而,这一活动时代明显滞后于喜马拉雅中西部地区,呈现自西向东启动时代和停止活动时代逐渐变晚的趋势;白云母^(40)Ar-^(39)Ar年代学分析表明,冲巴淡色花岗岩冷却年龄分别为9.11±0.25 Ma和9.62±0.10 Ma。锆石U-Pb和白云母^(40)Ar-^(39)Ar年代学计算表明,冲巴淡色花岗岩体从12.4 Ma到9.11 Ma发生了快速冷却剥露,冷却速率高达137~162℃/Ma,这一结果与前人通过变质P-T-t研究得到的快速折返的结论相吻合。综合前人研究成果,认为12.4~9.11 Ma的快速冷却事件可能与研究区藏南拆离系的大规模伸展拆离导致的构造剥露有关。

江苏溧水观山高硫型铜铅金矿床^40Ar/^39Ar定年及其地质意义

位于江苏溧水盆地的观山铜铅金矿是典型的高硫型浅成低温热液矿床,但一直缺少精确的成矿年龄数据。对观山矿床近矿围岩绢云母化粗安斑岩中的2件绢云母样品进行40Ar/39Ar定年,得到的年龄分别为(120.8±1.0)Ma和(116.0±1.3)Ma,显示观山铜铅金矿形成于中国东部中生代大规模成矿作用时期。距今125Ma～115Ma,整个中国东部地区处于伸展背景下,发生了大规模的岩浆活动,并形成了包括溧水火山盆地在内的一系列的断陷盆地。溧水盆地在构造运动的强烈影响下,深部岩浆上涌,形成浅部岩浆房。在热动力的驱动下,富含成矿物质的岩浆水不断与大气降水混合,在近地表形成与粗安斑岩次火山岩有关的浅成低温热液铜多金属矿床。

同位素测年在油气成藏期研究中的应用

同位素测年法使油气成藏期研究从定性分析走向定量分析。该文简述了同位素测年的原理,介绍了近年来取得较快发展的K-Ar法、40Ar-39Ar法及Re-Os法,并着重对这3种方法在油气成藏期研究中的应用原理、测试对象、优缺点及在实际中的应用进行了阐述,为同位素测年在石油地质研究中的应用提供了有效的参考。

油气成藏年代学研究进展

总结了国内外主要油气成藏定年技术和方法,并对其优、缺点做出了评述,认为油气成藏年龄确定已由过去的地质间接确定方法为主,发展到今天多种放射性同位素直接测年的新阶段;其中,在配备电子倍增器和UV激光纯化系统的高灵敏度质谱仪上,开展流体包裹体与自生钾长石Ar-Ar定年相结合的方法,实现了微区、微量和多期次油气充注精确定年,对叠合盆地油气成藏动力学建模和次生油气藏勘探均具有重要意义。同时指出,油气成藏年代学研究不仅需要多学科的交叉、渗透,而且需要发展更加具有代表性的成岩矿物定年和多种定年结果相互验证,为正确揭示不同盆地油气成藏年龄提供可靠依据。

构造控制的油气晚期快速成藏:松辽盆地大庆长垣流体包裹体和自生伊利石证据

松辽盆地大庆长垣存在两期流体活动,第一期流体活动代表了受成岩作用控制的储层流体活动,只存在小规模的油气运移,可以根据流体包裹体均一温度结合埋藏史分析限定其流体活动年龄在白垩纪末期—古近纪初期;第二期代表了受构造控制的流体活动,并与油气大规模运聚密切相关,流体包裹体均一温度超过了取样点地层所经历的最大埋藏温度,不能通过埋藏史确定其形成时间,显示了幕式流体活动的特点。在系统自生伊利石钾氩测年的基础上,进一步限定第一期流体活动在白垩纪末期之前,代表了储层埋藏成岩期的流体活动,而第二期流体活动是伴随着燕山期强烈构造反转的流体活动,与油气充注作用伴生。大庆长垣的自生伊利石年龄随深度的演化关系表现出两种模式,即正斜率模式和负斜率模式。其中正斜率模式下部储层油气充注时间晚,而上部储层油气充注时间早,主要分布在大庆长垣的核部;负斜率模式与正斜率模式相反,主要分布在大庆长垣的翼部,两者的分界线大致沿大庆长垣的-900m高程展布。油气成藏年龄模式阐明了大庆长垣的油气成藏过程是典型的背斜型油气充注过程,在大庆长垣的周缘(海拔<-900m)是油气在浮力的控制下向输导层顶面的运移过程,表现为下部储层油气成藏时间早,上部储层油气成藏时间晚;而大庆长垣的主体(海拔>-900m)是背斜油气的充注过程和油气的脊运移阶段,上部储层油气成藏时间早,下部储层油气成藏时间晚。测年数据表明大庆长垣-900m高程的油气在晚白垩世—古近纪初期(59～69Ma)的10Ma中已经充注完成,在此范围内发现的油气储量约为7×109t,可见油气充注是高效的幕式注入,而不是传统所认为的稳态成藏。由于第二期流体活动与燕山期主幕构造活动密切相关,因此文章认为大庆长垣的油气高效快速充注主要受控于构造作用,即存在受构造作用控制的幕式油气运移和成藏作用。

鄂尔多斯盆地东北部二叠系油气成藏的时间和期次

油气成藏年代学是多旋回叠合盆地油气成藏动力学研究的热点问题.运用钻井岩心样品的自生伊利石同位素定年和流体包裹体间接定年方法,探讨分析了鄂尔多斯盆地东北部二叠系多期次油气成藏的时间和期次.含油气砂岩自生伊利石年龄以较宽的时间域分布在178～108Ma,测年数据的统计分布特征指示二叠系原生油气成藏时间主要集中在175～155Ma和145～115Ma两组主值年龄区间,相应的峰值年龄为165Ma和130Ma.流体包裹体测温数据的统计分析与其宿主砂岩磷灰石裂变径迹热史模拟路径的投影关系表明,二叠系不同层段共同经历了与90～78℃和125～118℃两组统计峰温相应的162～153Ma和140～128Ma两期原生油气成藏事件,其中的上二叠统则还经历了统计峰温接近98C、峰值年龄接近30 Ma的一期次生油气成藏事件.由此认为,鄂尔多斯盆地东北部二叠系不同层段在中生代早—中期的多旋回沉降增温过程至少经历了165～153Ma和140～128Ma的两期原生油气成藏作用,上二叠统则在晚白垩世以来盆地后期抬升改造阶段的构造动热转换过程经历了接近30 Ma的一期次生油气成藏作用.

银额盆地哈日凹陷火成岩发育特征及其成藏作用

哈日凹陷是银额盆地北部的小型断陷,勘探程度较低,岩性复杂,火成岩广泛发育。为明确研究区火成岩的发育特征及其对油气成藏的影响,开展了火成岩矿物特征分析、锆石U-Pb年代学研究、地震相分析以及火成岩的发育期次和喷发模式等研究工作,并结合勘探实践,分析了哈日凹陷火山活动对油气成藏的影响。结果表明:(1)研究区发育火山角砾岩、凝灰岩、玄武岩、英安岩、安山岩等多种类型的火成岩,地震反射特征主要表现为丘状杂乱地震相、锥状地震相、平行板状地震相等3种类型;(2)通过火成岩锆石定年和地震相综合研究,晚古生代以来研究区发育3期火山活动,分别为晚二叠世、早白垩世巴音戈壁期和苏红图期,其中前两期为中心式喷发模式,后一期为典型的裂隙式喷发模式;(3)多期火山活动和持续的岩浆热液活动促进了研究区烃源岩有机质的快速成熟及储集层的白云石化作用;(4)与烃源岩有着良好匹配关系且气孔和微裂缝较发育的火成岩是油气勘探的有利区。该研究成果可为深入了解研究区火成岩特征及下一步油气勘探部署提供指导作用。

望天鹅火山喷发时限的激光 ^(40)Ar/ ^(39)Ar年代学

在中国东北地区,望天鹅火山的覆盖范围仅次于长白山,前人测得的K-Ar年龄主要集中在2~3Ma,但其精确的喷发年代一直没有很好的限定。这是因为第四纪以来的火山岩40 Ar/39 Ar定年与较老的地质样品有显著的不同,测试过程中极其微小的偏差会呈指数方式放大,带来测年结果的极大误差,难以严格限定火山喷发的年代。本文选用的激光40 Ar/39 Ar年代学方法具有样品用量小、精度高、自动化测试稳定等优点。通过增加测试次数,在数据处理中引入高斯混合模型进行统计分析,可以更准确地判别火山喷发期次。在此基础上,提出符合等时线计算要求的同位素体系“同源、同时、封闭”的数学表达是表观年龄的正态分布,对构成同一正态分布的数据计算等时线年龄,能够实现对望天鹅火山喷发时代的精细限定。结果显示,在测试精度尺度内,望天鹅火山可以看作是一期喷发的结果,喷发时限为2.73±0.18Ma。这一时限可以帮助解释北太平洋深海钻探中同一时期火山凝灰质沉积层的出现,并由此可以把2.73Ma前后的北半球大冰期事件与望天鹅火山喷发联系起来,为研究火山喷发与气候变冷效应提供一个新的实证案例。

海相油气成藏定年技术及其对元坝气田长兴组天然气成藏年代的反演

我国海相叠合盆地的油气特征及成藏过程表现出很强的复杂性,确定油气成藏年代极其困难,建立有效的成藏定年技术显得尤为迫切.为此基于稀有气体He年代积累效应和油气藏保存机制,建立了油气藏4 He成藏定年地质模型及年龄估算公式,明确其为油气成藏定型时间;基于天然气40 Ar/36 Ar比值与源岩钾丰度及地质时代的关系,建立了追溯油气源岩时代的Ar同位素估算模型.磷灰石、锆石(U-Th)/He定年体系的封闭温度与含油气盆地生油气窗的温度范围较为一致,磷灰石、锆石(U-Th)/He年龄可以揭示含油气盆地抬升剥蚀时间、由构造抬升导致的油气藏调整时间,建立了固体沥青、原油中沥青质提取、溶样、Re-Os纯化富集及分离等Re-Os同位素测年前处理技术,可以直接确定固体沥青、原油等的形成时间.按照含油气系统成藏地质要素形成时间或发生时间先后顺序,提出了从确定源岩形成-油气生成-运移充注-调整改造-成藏定型等成藏过程的定年技术序列.开展四川盆地元坝气田源岩时代、生排烃、运移充注、调整改造及成藏定型等关键过程的时间节点综合研究,明确了元坝气田的主力气源为上二叠统龙潭组烃源岩,两期原油充注时间分别为220~175Ma、168~140Ma;油裂解气发生在140~118Ma,元坝地区约97Ma以来发生构造抬升,尤其15Ma以来气-水界面发生调整,约在12~8Ma气藏最终定型并形成现今的气藏格局.

藏南康马拆离断层的构造特征及其活动时代

藏南康马穹窿是北喜马拉雅片麻岩穹窿的经典代表,穹窿内发育上、下两条拆离断层并将穹窿分为三个构造层,其中上拆离断层分隔了上构造层未变质/轻微变质的特提斯喜马拉雅沉积岩系和中构造层的石榴石二云母片岩,而下拆离断层,即康马拆离断层,分隔了中构造层的石榴石二云母片岩和下构造层的片麻状二云母花岗岩。受康马拆离断层的影响,其上下两盘靠近拆离断层面处的岩石遭受强烈的韧性变形改造,形成了糜棱岩化石榴石二云母片岩和花岗质糜棱岩,宏观构造解析以及构造岩的显微构造分析表明,康马拆离断层经历了上盘向北的伸展拆离。本次研究采用40Ar/39Ar定年方法,选择拆离断层带内糜棱岩化石榴石二云母片岩中同变形新生白云母进行年代学测定,结果显示白云母40Ar/39Ar坪年龄为13.23±0.15 Ma,结合宏微观岩石矿物学分析,认为其代表了向北伸展拆离的变形时间,即康马拆离断层的活动时代,该时代与康马穹窿南部的藏南拆离系的活动时代一致,从年代学上暗示二者可能为同一条拆离断层,是在不同区域的出露,但该结论仍然需要更多地质、地球物理等方面的证据来证实。

松辽盆地深层CO_2气藏^(40)Ar-^(39)Ar成藏年龄探讨

因缺乏合适的同位素年龄测定矿物,油气成藏年龄从未被准确测定.松辽盆地深层CO2气藏储层营城组火山岩之石英发育CH4-CO2-盐水次生包裹体,这种次生包裹体乃是气藏充注时捕获在石英裂隙中的流体形成的,为开展40Ar-39Ar成藏年龄研究提供了极佳的测定对象.火山岩储层石英次生包裹体40Ar-39Ar定年获得了高度线性相关的等时线,等时线年龄为(78.4±1.3)Ma,表明松辽盆地深层CO2气藏充注发生于白垩纪晚期.首次报道了高精度的天然CO2气藏成藏年龄数据,建立了油气成藏年龄测定新技术,证实了邱华宁在2006～2007年项目设计中提出的"以流体包裹体40Ar-39Ar定年技术解决油气成藏年龄"的研究思路和技术路线的正确性.

如何实现油气成藏期的精确定年

随着油气田"精细勘探"的进一步发展,油气藏的精确定年日益成为一种必要。目前可实现油气藏精确定年的方法多依靠放射性同位素体系,如钾—氩、氩—氩和铼—锇等。按照所测定样品的不同,又分为成藏矿物定年、油气包裹体定年和储层有机质定年等。但在实际勘探工作中,受地质定年理论或实验方法学的影响,单一定年技术所提供的年代数据的准确度和精密度仍有所欠缺,在对地质事件的解释上也容易产生一些疑议。在如何实现油气成藏期精确定年这项命题上,不仅需要不断地提高和改进实验分析技术,还需要完善定年方法的基础地质理论,以实现对数据结果的合理解释。油气成藏年代学分析不能仅仅停留在单一的方法技术上,应从各油气藏的特点出发,寻找与油气成藏直接相关的产物,采用多技术手段,获得较全面的年代学信息。

哈萨克斯坦北东天山浅成低温热液型金矿床成矿时代及构造背景

哈萨克斯坦北东天山地区是中亚造山带重要的浅成低温热液型金矿床产出地区,但其成矿年代学研究非常薄弱。为确定成矿时代,作者运用高精度激光40Ar/39Ar定年法对阿尔哈尔雷金矿床和乌仁科布拉克金矿床的赋矿围岩进行了年龄测定。获得阿尔哈尔雷金矿床安山岩样品20个点40Ar/39Ar等时线年龄为304±7Ma(MSWD=6),乌仁科布拉克金矿床安山玄武岩样品21个点40Ar/39Ar等时线年龄为280±6Ma(MSWD=2.4),表明哈萨克斯坦北东天山地区浅成低温热液型金矿床主要形成于晚石炭世末期-早二叠世。初步的岩石学、地球化学研究表明,哈萨克斯坦北东天山地区晚石炭世末期-二叠纪火山岩主要为流纹岩、粗安岩、玄武粗安岩、玄武安山岩、粗面玄武岩和玄武岩,具双峰式特征,主体属于高钾钙碱性和橄榄玄粗岩系列。哈萨克斯坦北东天山地区晚石炭世末期浅成低温热液型金矿床形成于碰撞晚期向裂谷的转换阶段,而二叠纪浅成低温热液型金矿床产出于陆内裂谷环境。

激光40Ar/39Ar定年数据高斯数学模型分析与 腾冲火山喷发的分期

确定火山岩的喷发期次是重建火山喷发相关的第四纪环境、研究晚新生代地球动力学和预测火山喷发危险性的前提.激光40Ar/39Ar年代学方法对年轻火山岩样品的定年有明显的优势,具有自动化测试稳定、本底低、高灵敏度等特点,适用于年轻火山岩样品的定年工作.文章采用激光40Ar/39Ar年代学方法对腾冲火山岩区主要岩石单元进行了精细的年代学研究,通过常规的数据处理得到了腾冲火山喷发的时限为0.025~5.1Ma.但年轻火山岩定年因放射成因的40Ar含量极少,偶然因素较多,数据的稳定性较差,甚至得出偏差很大的年龄结果,其分期结果值得商榷.另外,传统分期方法缺乏统一的时间尺度标准,无法对腾冲火山喷发进行严格的时间限定,导致对期次划分认识的分歧.文章尝试引入新的数学模型,对13件样品一共378个年龄测试值进行了重新分期,得到了包含3个波形曲线、彼此独立的表观年龄概率分布图,利用高斯数学模型对波形进行分析,分别对确认的3个正态波形涵盖的年龄数据进行等时线年代学计算,很好地限定了腾冲火山的3期喷发,分别为上新世((3.78±0.04)Ma)、中更新世早期((0.63±0.03)Ma)和中更新末期到晚更新世早期((0.139±0.005)Ma).这3期喷发时限具有相同的实验精度和时间尺度,降低了年龄数据的误差和偶然性,能准确地限定和代表腾冲火山的整体喷发分期.

运用方解石中流体包裹体最小均一温度确定塔河油田奥陶系油气成藏时间:来自激光原位方解石U-Pb年龄的证据

碳酸盐矿物中的同期烃类包裹体共生盐水包裹体均一温度变化范围较大,导致采用流体包裹体均一温度结合储层埋藏史和热演化史确定的油气成藏时间具有多解性.以塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩油气藏为例,基于方解石脉体中发育的流体包裹体岩相学、荧光分析和显微测温,结合激光原位方解石U-Pb定年结果,提出利用同期烃类包裹体共生盐水包裹体最小均一温度确定油气成藏时间,并确定塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层油气充注期次和时间.塔河油田奥陶系储层共存在4期油充注,第1期至第3期油充注时间分别与3期方解石脉体形成时间一致,第4期油充注发生于3期方解石脉形成之后.对发育原生烃类包裹体的方解石脉进行激光原位U-Pb同位素绝对定年,结果指示采用同期油包裹体共生盐水包裹体最小均一温度确定的油气充注时间与方解石脉形成时间一致,说明采用同期盐水包裹体最小均一温度确定的油气充注时间更可靠.运用同期油包裹体共生盐水包裹体最小均一温度得到,塔河地区奥陶系碳酸盐岩油气藏4期油气充注时间分别对应加里东、海西、印支和燕山构造运动时期.