松辽盆地三叠纪基底地质年代学与岩石学研究及其构造意义

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松辽盆地作为中国乃至世界重要的陆相含油气盆地,盆地沉积过程一直是研究的重点。随着油气勘探程度的增加,盆地油气勘探已经逐渐面向盆地深部。前期研究认为松辽盆地基底主要由加里东、海西褶皱变质岩系及同期岩浆岩组成。盆地也有生命,盆地基底的研究是对盆地生命周期认知的开端;松辽盆地位于中亚造山带的东部,中国东北地区的中心,松辽盆地国际大陆科学钻探松科2井位于松辽盆地徐家围子断陷,于2018年顺利完钻,完钻深度为7108m。本团队通过针对松科2井岩心的锆石U-Pb同位素定年工作,在5960.05-6958.60m井段发现了一套中三叠世火山、沉积岩石序列,以此发现为契机,本文以松科2井和松辽盆地其他深探井中识别出的三叠纪基底岩心资料为研究对象,分析其岩石成因和年代学数据中的前寒武纪锆石年龄线索,探讨松辽盆地及邻区区域构造问题。(1)松辽盆地三叠纪基底地质年代学研究本文通过针对松辽盆地徐家围子断陷松科2井岩心样品的LA-ICP-MS锆石UPb同位素定年工作,在5960.05-6958.60m井段识别出一套由中酸性火山岩与砂砾岩组成的中三叠世火山、沉积岩石序列;以松科2井三叠纪岩石的发现为起点,本文继续对松辽盆地12口油气勘探井中的16件基底岩心样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,在FS4井、SJ23井、LT1井、LS1井、LS3井分别揭示形成时代为242±2Ma二长花岗岩、形成时代为243±2Ma的闪长岩、形成时代为250±2Ma的石英二长岩、形成时代为244±6Ma的英安岩和形成时代为245±2Ma的安山岩。本文松辽盆底基底钻井岩心的定年工作在松辽盆地“三个断陷、一个隆起”6口基岩钻井中揭示出早-中三叠世中酸性火成岩和砂砾岩,其中火山岩分布在盆地隆起区,侵入岩分布在盆地断陷区。(2)松辽盆地三叠纪基底岩石学研究本文根据不同深度范围内爆发相火山岩与喷溢相火山岩厚度在该深度范围火山岩总厚度中的占比差异,将松科2井5960.05-6958.60 m井段火山岩划分为6682.36-6958.60m、6478.95-6682.36m、6082.10-6478.95m、5960.05-6082.10m四段,四段火山岩分别是火山喷发强度“强”、“弱”、“强”、“弱”四个火山喷发作用阶段的产物;根据松科2井沉积岩序列中沉积岩石组合与碎屑结构特征将6137.35m-6423.85m井段沉积岩序列划分为6248.10-6423.85m与6137.35-6248.10m两段,两段沉积岩分别是扇三角洲前缘与扇三角洲平原两种沉积环境的产物。松科2井三叠纪沉积岩碎屑成分分析显示汇聚板块边缘岩浆弧是沉积岩的主要蚀源区;松辽盆地三叠纪基底埃达克质火成岩岩石地球化学成因分析显示汇聚板块边缘俯冲洋壳的部分熔融是这些火成岩的主要形成机制。松辽盆地三叠纪基底沉积岩碎屑组成与火成岩岩石成因分析表明早中三叠世松辽盆地潜在发育区处于汇聚板块边缘构造背景。(3)基于松辽盆地三叠纪基底地质年代学与岩石学研究探讨区域构造演化过程(1)对比松辽盆地三叠纪基底与断陷期沉积岩的碎屑组成与火成岩地球化学类型,发现松辽盆地三叠纪沉积岩碎屑主要来自岩浆弧蚀源区,而断陷期沙河子组沉积岩中有更多的碎屑来自陆块蚀源区,松辽盆地三叠纪基底发育洋壳部分熔融成因的火成岩,而断陷期营城组火山岩仅发育陆壳部分熔融成因的火山岩松辽盆地三叠纪沉积岩与火成岩的上述差异表明松辽盆地所在地区由盆地形成之前的板块边缘构造背景转变为陆内构造背景。(2)梳理前期研究与本文研究获得的松辽盆地基底岩石的锆石U-Pb测年数据,发现本次研究中获得的松辽盆地北部三叠纪基底样品中发育前寒武纪锆石(前寒武纪锆石占锆石总量的10%),更新了前期研究揭示的松辽盆地北部基底鲜有前寒武纪年龄锆石存在的数据特征,暗示松辽盆地北部也可能发育前寒武纪结晶基底。(3)梳理松辽盆地及其东西侧邻区晚二叠世-早中三叠世俯冲洋壳部分熔融成因埃达克岩的展布特征与早中三叠世沉积岩的碎屑组成特征,发现俯冲洋壳部分熔融成因的埃达克岩在索伦-西拉木伦河-长春-延吉缝合带北部沿缝合带呈东西向展布,中三叠世砂岩具有汇聚板块边缘构造背景下的骨架成分与碎屑锆石年龄频谱特征,表明松辽盆地基底潜在发育区早中三叠世处于汇聚板块边缘构造背景,松辽盆地早中三叠世基底火成岩与沉积岩是古亚洲洋沿索伦-西拉木伦河-长春-延吉缝合带最终闭合时洋壳向北俯冲于松辽-锡林浩特地块之下过程中岩浆作用与沉积作用的地质记录。
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