吉林省晚白垩世玄武岩地球动力学意义及油气成藏.pdf

文章编号 10045589 2006 04038505 吉林省晚白垩世玄武岩地球动力学意义及油气成藏 花艳秋 , 孙罡 , 丁淑燕 , 彭玉鲸 吉林省区域地质矿产调查所, 吉林 长春 130022 摘要 吉林省晚白垩世玄武岩至少经历了 4 期以上的火山喷发事件, 其中大屯富峰山的 4 期火山事件 时代分别是 98 Ma, 83 82 Ma, 80 Ma, 及 78 77 Ma。研究表明, 其岩石特征与早白垩世火山岩 疏远, 而与新生代玄武岩更具亲缘性; 因此可将晚白垩世视为喜山期构造 岩浆阶段的开始。吉林省 晚白垩世玄武岩的研究对探讨中国东部岩石圈地球动力学具有重要意义。油气勘察证明, 隐伏的晚白 垩世火山群与油气成藏关系密切。 关键词 玄武岩; 晚白垩世; 地球动力学; 油气成藏; 吉林省 中图分类号 P53453;P588145 文献标识码 A 收稿日期 200609 19; 改回日期 2006 11 02 Geodynamic significance of Late Cretaceous basalt in Jilin and its relation with oil and gas accumulation HUA Yanqiu, SUN Gang, DING Shuyan, PENG Yu jing Regional Survey of Geology Late Cretaceous; geodynamics; oil and gas accumulation;Jilin Province 吉林省晚白垩世玄武岩主要分布在长春、辽 源、双辽以及松辽盆地 内部 等地。前人虽然明 确长春大屯 四平范家屯火山群为晚白垩世玄武 岩,但对其研究主要侧重于岩石学特征及火山构造 等方面[ 1]。目前,通过研究火山岩包体探讨岩石 圈地球动力学特征已经成为热点。最新研究表明 吉林省晚白垩世玄武岩与古近纪玄武岩受控于相同 的构造环境, 具有明显的成因联系。其多次火山活 动事件反映了不同的地球动力学演化阶段。同时, 盆地隐伏玄武岩对于油气成藏具有一定控制作用。 1 晚白垩世玄武岩基本特征 吉林省晚白垩世玄武岩由长春大屯火山群、辽 源建安火山群、双辽七星山火山群以及松辽盆地中 的隐伏火山群等组成。 长春大屯火山群由大屯的富峰山、小南山, 范 第 25卷 第 4期 2006 年 12月 世 界 地 质 GLOBAL GEOLOGY Vol25 No4 Dec 2006 家屯的平顶山、尖山及景家台的一个未出露的玄武 岩侵入体等组成[ 2 4]。典型剖面位于大屯 富峰 山 采石场,曾被命名 为富峰山组。据谢宇平 等[5]所测的剖面,该期玄武岩主要由灰黑色玄武 岩,气孔状玄武岩、紫红色火山角砾岩、灰紫色玄 武岩以及灰紫色气孔状玄武岩等组成,剖面未见 底, 控制厚度约 20 m。根据其中的风化壳特征可 以看出,富峰山火山岩至少经历了 4 次以上的火山 事件, 矿物岩石等特征反映出它们为同源岩浆多期 活动的产物。这与前人在富峰山多次取样获得的 KAr 测年资料 9817 232 Ma; 8393 109 Ma; 8355 155 Ma; 825 26 Ma;805 Ma;785 Ma 所揭示的 98 Ma ;83 82 Ma ; 80 Ma ; 78 77 Ma 4 次火山事件基 本吻合;而在平顶山的测年数据分别是 770 Ma 和735 Ma,前者相当于富峰山的第 4 次火山事 件,后者尚未在富峰山发现[ 5, 6]。 从区域上看, 该火山群各火山 锥 体或喷覆 于泉头组之上,或侵位于泉头组之中,即其地质证 据和测年资料吻合,确证其地质时代为晚白垩世。 此外, 双辽七星山火山群中的大吐尔基山,岩 石类型为高铝碱性辉绿岩,所获 KAr 年龄为 8622 107 Ma[7];松辽盆地内部的北起齐家 凹陷, 南至乾安凹陷, 形成了断续 串珠状 分布 的玄武岩带, 可视为一个隐伏的火山群, 它们与青 山口组相伴生,并具有同沉积期水下喷溢活动的特 征, 钻孔所见玄武岩之 KAr 年龄为 902 Ma[8]。 证明其时代均为晚白垩世。 辽源建安火山群以及延边的延吉盆地和汪清罗 子沟盆地出露在大砬子组或龙井组中的一些辉石安 山岩或玄武安山岩虽然尚未获得年龄资料,但从地 质产出特征及岩石、矿物特征看,不排除属于晚白 垩世的可能。 2 晚白垩世玄武岩研究的意义 21 对于新生代构造 岩浆旋回划分的启示 中国中新生代一级构造 岩浆旋回的划分一直 以 K/ T 界线事件为标准,将白垩纪称燕山旋回, 古近纪谓之喜山旋回。吉林省晚白垩世与古近纪玄 武岩始终受控于相同的构造 岩浆环境,其主要证 据为 在伊舒断裂带的叶赫断裂的孤榆树辉绿岩 墙 获其 RbSr 等时线年龄 100 59 Ma、 40 Ar- 39Ar 平均年龄 100 25 Ma[ 9] ,揭示出晚 白垩世开始有一个新的伸展环境, 为玄武岩喷发提 供了基础。双辽七 星山 火山 群中大 吐尔 其山 8622 107 Ma 和其他各火山 [ 610 161 Ma 3701 093 Ma] 说明晚白垩世和古近 纪玄武岩以相同的形态产出,一起组成一个火山 群。 从晚白垩世玄武岩的地质产状、岩石类型等特 征看,与早白垩世及其以前的中生代火山岩有着明 显的差异;而与新生代, 特别是古近纪火山群十分 相似。鉴于此, 从 20 世纪 80 年代起, 尽管不同研 究者、不同时间、不同实验室都测定出晚白垩世玄 武岩的年龄 如前文 ,但仍习惯将其置于古近纪 或晚白垩世 古近纪。个别研究者将其明确为晚白 垩世,并未能形成共识。 从邻区资料看, 在下辽河盆地,通过对岩石化 学、元素地球化学及 Sr、Nd、Pb 等同位素地球化 学研究, 表明在该盆地陆壳下存在着性质不同的多 元地幔, 但主要元素化学特点,包括晚白垩世 沈 82 , 744 38 Ma;龙 23 , 680 80 Ma 橄榄玄武岩、石英拉斑玄武岩在内和古近纪 近 30 期玄武岩,其玄武岩浆来源于一个相对极为 固定并有类似地球化学特点的地幔源区[ 10]。辽西、 鲁东,特别是后者王氏群中的高钛碱性玄武岩 全 岩40Ar- 39Ar 年龄 732 03 Ma, 全岩剔除橄 榄石斑晶后40Ar- 39Ar 年龄 [ 735 03 Ma] 中产尖晶石二辉橄榄岩包体, 它与新生代玄武岩中 所产同类包体具有相同的岩石、矿物、岩化和地化 特征,反映出在相同的地球动力学背景下, 处于同 一个演化阶段[11]。 综上,晚白垩世玄武岩与古近纪玄武岩无论在 产出状态上还是在其地球动力学背景上均是相近 的, 既然可将属于晚白垩世玄武岩视为喜山期构造 岩浆阶段的开始,那么燕山期构造 岩浆阶段的结 束当修订到早白垩世末。 22 为探讨中国东部古生代至新生代岩石圈减薄 提供有效的证据 中国东部早古生代时期, 华北板块内发育了携 带幔源包体和金刚石的金伯利岩 450 Ma [12] , 证 明当时存在至少 200 km 厚的岩石圈根,而该区新 生代玄武岩 23 Ma 幔源包体的温压测算和大地 386 世 界 地 质 第 25 卷 热流值表明, 其岩石圈的厚度大约是 75 km,即在 450 23 Ma 间发生了 100 km 厚的岩石圈的减薄 事件。这一减薄事件发生的时间区段、方式和机制 是当今国内外学者研究的重大热点课题。或认为这 一减薄事件主要发生在燕山期, 现今岩石圈地幔主 体是在燕山晚期及以后形成的[13]。或认为中国东 部现代岩石圈地幔是由中生代晚期和新近纪两次增 生事件形成的[ 14]。最近,闫俊等[11]据鲁东王氏群 红土崖组 大西庄 玄武岩及其包体尖晶石二辉橄 榄岩包体的深入研究, 认为中国东部岩石圈减薄事 件发生在 125 73 Ma 之间。从本文所涉及的晚白 垩世玄武岩来看,100 Ma 在吉林省存在一次辉绿 岩墙事件, 之后出现了拉斑玄武岩 碱性玄武岩的 喷出, 已有KAr 测年数据为 98 73 Ma。另在通 化苍家街基性 超基性岩群中曾测得苍家街岩体 K Ar 年龄为 75 Ma, 有可能与松辽平原边部侵入嫩 江组的基性岩为同一时代产物, 随后,双辽七星山 火山群之主体形成,即出现富含尖晶石二辉橄榄岩 包体的小哈拉巴山碱性橄榄玄武岩 [ 610 161 Ma] ,大哈拉巴山碱性 橄榄玄武岩 [ 576 Ma、 4761 056 Ma、 399 147 Ma] ,玻璃山 富橄碧玄岩 [ 484 174 Ma、 474 175 Ma] , 勃勃图山富橄碧玄岩 [ 491 168 Ma、 3701 093 Ma] ,根据对上述玄武岩类及其中 包体成分研究提出该区岩浆源区的深度为 60 90 km[ 15]或 80 100 km[ 7]。即在东北地区 100 37 Ma 间,可能出现 100 73 Ma 和 73 37 Ma 两次 岩石圈减薄的实际过程。由此,说明中国东部 450 23 Ma 间岩石圈减薄为一个多时段,空间上发育 不平衡的一个复杂过程。 3 晚白垩世玄武岩研究的应用价值 油气 成藏 在油田勘查方面,金强等[16]在总结包括松辽 盆地在内的火山作用与含油构造关系时曾提出 基性火山喷溢环境生油岩沉积模式∀, 中基性火 山喷溢环境含煤生油沉积模式∀, 深源喷流环境含 膏盐岩、生油岩沉积模式∀ 等 3 种类型。指出中国 中新生代断陷盆地火山喷溢 喷流活动对烃和油的 形成有有利作用。如松辽盆地青山口组暗色泥岩、 油页岩为主力生油岩。沿中央断裂带北起齐家凹 陷,南至乾安凹陷,在青山口组的暗色泥岩、油页 岩中发现了单层厚 2 80 m,总厚度达 210 m 的玄 武岩和凝灰岩夹层。围绕乾 109、124 钻井所遇的 较厚的玄武岩可勾绘出一火山机构,从测井曲线解 释可知, 在此, 火山机构四周有较多白云岩化生物 灰岩和介形虫泥岩及凝灰质泥岩夹层。生油岩中淡 水水生生物和广盐度变异生物遗骸混合分布,有机 碳含量很高。玄武质熔岩、凝灰岩和白云岩化生物 灰岩等夹层与生油岩多为整合或微角度假整合接 触, 显示出同沉积期水下喷溢活动的特征。代表了 典型的 基性火山喷溢环境生油岩沉积模式∀,成 为 高台子∀ 等油藏的主体。 在气田勘查方面,何家雄等[ 17]根据气藏中 CO2的碳同位素组成及所伴生的稀有气体氦同位素 特征划分成 4 种成因类型壳源岩石化学型;壳源 有机型; 壳幔混合型;火山幔源型。后者即与盆地 中同沉积期玄武质岩石喷溢 喷流活动相关。该成 因类型气藏主要分布于中国东部中新生代各陆相断 陷盆地以及东海盆地和南海的北部边缘琼东南盆地 和珠江口盆地。其重要特征是氦同位素值 3He/4 H 偏高,其 R/ Ra 均 2,一般为 2 496, 最高 达 88; 13CCO 2值偏重, 多为 325 10 - 3 528 10- 3,CO2气体含量亦高 674 996 。表 明对气藏的形成,幔源气体起到很大作用。因而, 气源断裂体系的展布与幔源火山活动脱气是该类气 藏富集和运聚的两大主控因素。如松辽盆地南部万 5 井所控制的万金塔气藏,乾深 10 井所控制的乾 安气藏, 孤 9 井所控制的孤店气藏,它们受与青山 口组伴生的晚白垩世玄武岩喷发的脱气作用和沿盆 地中央的深大断裂导 幔源 气构造所控制。最近 在大庆油田距地表 2 000 m 下的火山岩中发现新的 大气田,预测储量 1 000 亿 t,而在深达 3 000 4 000 m的火山岩层中,有望获得 2 000亿 t 的天然 气, 为大庆油田 以气接油∀ 的发展模式提供了美 好的前景。 王兴谋等[18]进一步研究了中国东部地区新生 代岩浆活动对区域性 CO2形成的制约,指出碱性较 强的玄武岩类 如碱性玄武岩 其本身含有较高的 CO2, 因而,它具有较高的成藏能力。沙三期 沙 河子组第三段沉积期 不仅是一次重要的岩浆活动 期, 而且也是碱性玄武岩类发育的一个重要时期, 并可能成为中国东部 CO2主要成藏期。 387第 4 期 花艳秋 孙罡等 吉林省晚白垩世玄武岩地球动力学意义及油气成藏 4 结论 1 长春大屯火山群、辽源建安火山群、双辽 七星山火山群以及松辽盆地中的隐伏火山群构成了 吉林省的晚白垩世火山岩带;燕山运动和喜山运动 的划分以早白垩世末期为界可能更为合适,晚白垩 世属于喜山运动的开始。 2 晚白垩世玄武岩及其包体的研究为探讨中 国东部岩石圈减薄提供了直接证据。 3 探讨盆地内部的隐伏晚白垩世火山岩与油 气成藏的关系具有重要应用价值。 参考文献 [ 1]彭玉鲸, 殷长建. 吉林省第三纪火山岩年代地层及构 造环境 [ J] . 地质论评, 1999 增刊 , 45 204213. 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