福山凹陷位于中国南海北部湾盆地东南缘,总体上是一个南超北断的中、新生代箕状断陷,具有南北分带、东西分块的构造格局。本次研究利用高速离心机、扫描电镜(SEM)、镜下薄片、X射线衍射分析(XRD)等多种物理手段从古近系流沙港组沉积砂岩中获取纯净的自生粘土矿物样品(以伊利石为主)。进而通过微量元素、Rb-Sr和40Ar-39Ar年代学研究,确定福山凹陷地质历史时期经历的构造热事件年代及期次。通过微量元素、Sr-Nd-Pb-Hf同位素和激光锆石U-Pb年代学分析,研究了东部地区流二段岩浆侵入体的物质来源和侵入年代,探讨了自生粘土矿物Rb-Sr年代与火成岩侵入体锆石U-Pb年代之间的耦合关系。同时,在等时层序地层的格架下,统计已知钻井油气分布特征,借助于中部构造转换带的识别和特征研究,分析了构造转换带与油气分布之间的关系,并重点探讨了构造热事件与油气成熟富集的关联性。通过本次研究,取得了以下主要研究进展和成果认识：1.本次研究通过福山凹陷钻井取芯获取了40余块典型的沉积砂岩和泥岩样品,以长石岩屑砂岩为主,泥岩次之。通过XRD全岩样品分析、XRD定向片粘土矿物分析、扫描电镜(SEM)、岩石薄片、万转离心机等粘土矿物鉴别和分离手段,成功的获取了纯净的自生粘土矿物样品,以伊利石为主。伊利石在沉积砂岩中广泛分布,主要以毛发状、丝缕状、板片状产出。毛发状和丝缕状伊利石主要发育于岩石的孔隙之中,推测其为富钾孔隙水沉淀产生或蒙脱石转化生成。少量的板片状伊利石,通常与高岭石等粘土矿物堆积在一起,并且具有伊利石的结晶形态,推断由高岭石蚀变转化而生成。SEM分析结果显示福山凹陷沉积砂岩中主要富集高岭石、伊利石等粘土矿物,片丝状伊利石和毛发状伊利石均产出于石英等颗粒的孔隙之中,具有典型的自生伊利石形态。XRD分析结果显示福山凹陷自生粘土矿物颗粒较小,普遍小于0.5微米,但是伊利石的纯度很高。与东部样品相比,西部地区部分样品含有少量的钾长石等富钾矿物,对伊利石的提纯带来一定的困难,该地区大部分纯净的伊利石矿物小于0.2微米。通过空气风干样品XRD结果与乙二醇处理后XRD结果对比发现,福山凹陷伊利石为R≥3型,显示出矿物形成时具有较高的温度。2.陨石标准化自生粘土矿物稀土配分模式显示出明显的右倾特征,轻重稀土分馏严重,轻稀土严重富集,重稀土轻度富集或微弱亏损。随着粘土矿物粒度的降低,稀土矿物的含量也降低,轻重稀土分馏程度减弱。大陆上地壳(UCC)标准化结果显示不同粒度的粘土样品的稀土配分模式有少许的差异,粗粒度的粘土样品(大于0.2微米)一般都呈现出较为明显的右倾特征,粒度越小稀土越接近平坦,细粒级的粘土样品(小于0.1微米)或者沥出物则表现出轻微的左倾特征,反映出粘土矿物形成过程中物理化学条件的变化,可能和流体与围岩的物质交换有关。在区域上,东部地区粘土矿物样品普遍存在Eu异常,而西部地区Eu异常并不常见,且稀土元素含量普遍比东部地区高,反映出东、西部区域在形成时的物理化学条件的差异。大陆上地壳标准化后的微量元素模式显示所有粘土矿物样品都明显的亏损高场强元素(如Zr、Hf、Nb、Ta)。但是,东部地区的粘土样品Ba、Pb、 Sn、Li、Cu、Co元素都表现出明显富集,而西部地区粘土样品只有Sn和Li元素表现出明显富集特征,进一步显示出东、西部流体物理化学条件的差异。3.本次研究首先通过ICP-MS获得粘土矿物高精度87Rb/86Sr比值,进而选取87Rb/86Sr比值差异较大的42个样品(东部21个、西部21个)在TIMS上完成Sr同位素测定。西部地区共拟合Rb-Sr等时线5条,年龄集中于35-38Ma,以35.4+2.8Ma最具有代表性。东部地区拟合Rb-Sr等时线5条,等时线年龄主要集中于30-31Ma,以31.4士1.6Ma最具有代表性。为了验证以上年龄的可靠性,我们挑选同一单井内不同粒度粘土矿物进行Rb-Sr等时线拟合,拟合结果与上述结论一致,进一步证实了以上Rb-Sr等时线年代的可靠性。与此同时,我们也注意到,西部地区粘土样品87Sr/86Sr初始值介于0.711-0.715之间,而东部地区粘土样品初始值介于0.715-0.719之间,反映出自生粘土矿物形成时物理化学条件的差异性和流体的多期次性。本次研究还选取伊利石纯度很高的样品完成了40Ar-39Ar年代学分析,发现样品中40Ar严重丢失,所得到的年代不具有地质意义。我们发现,粘土颗粒粒度越小,40Ar丢失现象越严重。因此,我们推测40Ar丢失与样品颗粒太细有关,颗粒细的样品对放射性成因的40Ar保存能力较弱,非常容易受到外界环境的影响,同时海南岛所具有的高热流值特征也是导致40Ar丢失的不可忽视的外界因素。虽然本次40Ar-39Ar年代学研究并没有获得具有地质意义的年代,但是给我们以下启示：(1)在自生粘土矿物的研究中,Rb-Sr等时线年代更可靠,成功率更高。40Ar-39Ar定年技术容易受到“40Ar丢失”及“39Ar核反冲丢失”的影响,进而导致年龄不可靠,这与前人研究获得的结论一致。(2)在热流值较高的沉积盆地进行40Ar-39Ar年代学分析时,在保证样品纯度的情况下,应该尽量规避小颗粒的粘土矿物样品。4.本次研究在福山凹陷东部白莲地区流二段地层中揭露了一套厚达200米的火成岩侵入体。手标本和镜下鉴定结果显示流二段火成岩为基性侵入岩脉,富含斜长石、辉石、钾长石、云母等矿物,岩性为辉长岩和辉绿岩。陨石标准化稀土配分模式显示,这些辉绿岩表现出一致的稀土元素富集、轻重稀土分馏特征。原始上地幔标准化后,微量元素具有明显的富集大离子亲石元素和亏损高场强元素的特征,为富集软流圈的地幔发生部分熔融后上涌产生。Sr-Nd-Pb-Hf同位素投图分析显示,该套侵入体具有二元混合的特征,一个是位于软流圈或岩石圈地幔中的DMM单元,另一个是EM2源区,可能来自核-幔边界处的海南地幔柱。火成岩激光锆石U-Pb年代学数据可大致分为2组,一组年龄分布范围为238-271Ma,另一组年龄分布范围为32-37Ma。5.福山凹陷构造热事件集中于37-30Ma之间,且东部地区和西部地区存在一定的差异,西部地区热事件年代集中于35-37Ma,而东部地区热事件年代集中于30-32Ma。通过与区域构造背景和侵入岩锆石U-Pb年代学对比我们发现,西部地区～35.4 Ma的构造热事件年代可能与始新世末期海南岛构造抬升密切相关,该年龄与海南岛隆升后遭受严重剥蚀的年代一致(例如Shi等2011,雷超,2012)。而东部地区～31.4 Ma的构造热事件年代与该区域大范围的火成岩体侵入有关,可能是南海扩张时期发生的岩浆活动。考虑到目前尚未有关于南海扩张时期岩浆活动的报道,因此此套岩体具有重要的学术价值和科研意义。6.在层序地层格架下,本次研究统计了福山凹陷已知钻井的油气分布。统计结果显示福山凹陷油气分布具有明显的时空差异性。东部白莲地区油气资源具有极高的气油比,显示出该地区烃源岩具有过成熟生气的特征。在时间上,油气主要分布于流一段高位体系域、流二段低位体系域和流三段高位体系域。在空间上,流三段高位域和流一段高位域的油气主要富集在中部地区,其次为东部地区。而流二段低位域油气主要富集在东部地区,其次为西部地区。7.本次研究发现短时间的构造热事件与沉积盆地烃源岩的成熟密切相关,为盆地富集成藏奠定基础。研究区东部火成岩侵入导致侵入部位出现以下异常：“浅埋深地区产气、深埋深地区产油”、白莲地区Ro异常高值带、白莲地区残余TOC异常低值带、白莲地区氯仿沥青“A”异常低值带等。这些异常依靠埋藏深度这个单一的热成熟要素是难以解答。岩浆侵入等构造热事件,在为地层提供外来流体、岩浆等物质的同时,也带来了巨大的热量,在短时间内促使烃源岩迅速成熟,促使东部白莲地区烃源岩快速成熟生气。此次研究证明了地层埋深并不是烃源岩的成熟唯一控制要素,最大的古地温未必出现在最大的埋深处。短时间的热事件对有机质成熟和矿物转化至关重要,值得引起我们的重视。8.福山凹陷构造转换带与中部地区储集砂体发育和油气富集关系密切。构造转换带对储集砂体展布的控制不是一成不变的,在不同的体系域发育时期存在较大的差异。高位体系域发育时期,构造转换带是研究区的最大物源口,转换断层对物源的疏导起到积极的引导作用,转换断层发育部位常发育水下分流河道沉积微相,扇体的展布与转换断层的走向一致,由此证明该时期构造转换带通过转换断层对沉积起到了良好的控制作用。而在低位域沉积时期,构造转换带处物源供给有限,沉积物可以直接越过转换断层,沿着与转换断层斜交的方向向深凹区推进,在东部白莲次凹中发育大范围湖底扇沉积,该时期构造转换带对沉积的控制作用有限,沉积体系展布和物源通道方向还受到古地貌(斜坡坡度)、重力流特征等要素的控制。构造转换带的发现可以很好的解释福山凹陷油气分布规律,福山凹陷在流一段和流三段高位域时期中部地区的油气富集与构造转换带的发育密切相关。构造转换带发育地区(即中部地区)具有砂体富集、断层发育、油源富集、构造高部位等有利于油气成藏的要素,使得位于转换带两侧的皇桐次凹和白莲次凹的油气在断裂的疏导下向处于构造高部位的构造转换带运移,在砂体富集的中部地区富集成藏。9.福山凹陷发育多种层序充填样式,分别发育西部多级断阶型、中部挠曲坡折型和东部缓坡型层序构成样式。福山凹陷构造-层序-沉积-成藏具有很好的响应关系。不同构造背景产生的构造坡折带控制着不同类型的层序构成样式和沉积充填特征,进而在不同的构造-沉积部位形成了相应的圈闭分布模式,这也意味着在福山凹陷不同的构造部位的勘探目标应该有所差异。在未来福山凹陷的油气勘探中,中部构造转换带地区应该为油气勘探的重要区域,在构造转换带顶部应以断块、断鼻、断垒油气藏为主要的勘探目标,而转换带的翼部,应该以砂岩上倾尖灭型油气藏为勘探目标。西部多级断阶带的油气勘探应该以与断裂相关的断块、断垒油气藏类型为主,构造和断层体系研究应该是勘探目标优选中的最为重要的因素,低位域油气勘探应以湖底扇体为重点。东部地区流三段的油气勘探应该集中于与深层反向断裂相关的构造油气藏,流一段应该以砂岩上倾尖灭型油气藏为主要的勘探目标,但流二段“自生-自储-自藏”型岩性油气藏最具勘探价值和勘探潜力,精细的刻画砂体的展布和期次是勘探的重点。