金 強(qiáng),楊 愷,萬叢禮

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266555;

2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司油氣集輸公司,山東東營257015)

0 引言

渤海灣盆地的濟(jì)陽坳陷是在古生代地臺上發(fā)育起來的斷陷盆地,其下伏的石炭系—二疊系在中生代的差異抬升中受到剝蝕,有的地方完全被剝蝕,有的地方還剩余1 000 m厚度[1-2]。石炭系—二疊系是一套海陸過渡相沉積,其下部的山西組和太原組發(fā)育煤系烴源巖和海侵局限海相烴源巖[3-5]。據(jù)統(tǒng)計,濟(jì)陽坳陷下伏石炭系—二疊系分布面積約占70%,現(xiàn)今埋藏深度多在3 000～7 000 m,應(yīng)當(dāng)處于油氣生成階段[6-7]。然而,現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)石炭系—二疊系有油氣產(chǎn)出或顯示的地區(qū)以及發(fā)現(xiàn)源自石炭系—二疊系油氣的地區(qū),均有輝長巖、煌斑巖等中基性巖漿巖,前人研究了這些侵入巖的分布和識別特征等,其成因及其對煤系烴源巖生烴作用的影響未見報道[8-11]。

山西組和太原組煤系烴源巖是石炭系—二疊系中比較軟的地層,容易遭受巖漿侵入。魯西隆起石炭系—二疊系出露區(qū)也是如此,在煤系地層中見有規(guī)模不大的輝長巖、煌斑巖等中基性巖漿巖侵入體。它們是否與濟(jì)陽坳陷同層位侵入巖具有成因聯(lián)系?其分布規(guī)律是什么?對周圍煤系烴源巖熱烘烤作用范圍有多大?這些都是值得深入研究的問題。筆者以濟(jì)陽坳陷孤北地區(qū)為例,探討石炭系—二疊系侵入巖的地球化學(xué)特征和成因,為進(jìn)一步研究其分布規(guī)律和對煤系烴源巖生烴作用的影響提供依據(jù)。

1 煤系烴源巖中侵入巖分布特征

孤北地區(qū)位于濟(jì)陽坳陷東北部,受中新生代斷層切割,現(xiàn)今是面積超過300 km2的斷塊斜坡。該斜坡的石炭系—二疊系和侏羅系中發(fā)育侵入巖,其單層厚度一般為1～3 m,巖性主要為閃長玢巖和煌斑巖,在沙河街組發(fā)育少量玄武巖和輝長巖(表1)。孤北古1井在二疊系砂巖中鉆遇工業(yè)油氣流,并且證實(shí)是源于山西組和太原組煤系烴源巖。

表1 濟(jì)陽坳陷孤北地區(qū)主要探井侵入巖分布T ab.1 Distribution of Intrusion Rocks Discovered by Main Exploratory Well in Gubei Area of Jiyang Dpression

孤北古1井石炭系—二疊系侵入的主要為閃長玢巖,深度為3 820～3 880 m(圖1a),孤古14井侵入巖主要為煌斑巖,侵入層位為侏羅系(34層厚62 m,單層厚度0.5～8.0 m),圍巖主要為煤巖和暗色泥巖(圖1b)。煤層和暗色泥巖具有明顯的熱烘烤現(xiàn)象,烘烤厚度一般為侵入巖的一半左右。

從剖面上看,煌斑巖主要發(fā)育在深大斷裂帶附近,孤西、孤北和埕東斷裂是這些侵入巖上涌的直接通道(圖2)。閃長玢巖主要沿孤西斷裂帶零散分布,其中孤北古1井區(qū)閃長玢巖面積和厚度最大,該巖體東西長4.8 km,南北最寬3.6 km,面積約13 km2。閃長玢巖最厚處位于孤北古1井南部的孤北斷裂帶附近,共6層,單層厚度為1～3 m,累計厚度12 m。

2 侵入巖地球化學(xué)

2.1 主量元素

孤北地區(qū)的石炭系—二疊系和侏羅系閃長玢巖w(SiO2)為60.02%～64.74%,w(TiO2)為0.59%～0.78%,w(Al2O3)為15.5%～16.5%,w(MgO)為2.5%～6.0%,w(Na2O)為5.43%～7.85%,w(K2O)為2.3%～3.8%,K2O與Na2O的分子數(shù)比為0.2～0.5(表2、3)。在-w(SiO2)與-w(K2O)+w(Na2O)關(guān)系圖解(圖3)上,閃長玢巖主要位于粗面英安巖區(qū)域內(nèi)(圖3),其特征為富二氧化硅、鈉、鉀和鎂。

圖1 孤北古1井閃長玢巖和孤古14井煌斑巖與煤系烴源巖的接觸關(guān)系Fig.1 Contact Relations of Coal-series Hydrocarbon Source Rocks to Diorite Porphyrites in Well Gubeigu1 andLamprophyres in Well Gugu14

圖2 渤深4井—渤601井侵入巖剖面Fig.2 Profile of Intrusion Rocks from Well Boshen4 to Well Bo601

圖3 濟(jì)陽坳陷孤北地區(qū)侵入巖w(SiO2)與w(K2O)+w(Na2O)的關(guān)系Fig.3 Relationships Betweenw(SiO2)andw(K2O)+ w(Na2O)of Intrusion Rocks in Gubei Area of Jiyang Depression

孤北地區(qū)煌斑巖w(SiO2)為46.12%～50.29%, w(TiO2)為0.39%～6.23%,w(Al2O3)為10.7%～12.23%,w(MgO)為21.26%～25.01%,w(Na2O)為0.25%～1.72%,w(K2O)為9.27%～11.67%, K2O與Na2O的分子數(shù)比為3.5～30(表2、3)。在w(SiO2)與w(K2O)+w(Na2O)關(guān)系圖解上,投影點(diǎn)主要落在響質(zhì)堿玄巖區(qū)域內(nèi),部分落在副長石巖區(qū)內(nèi)(圖3),其特征為貧二氧化硅和鈉、富鉀和鎂。

2.2 微量元素

閃長玢巖的-w(LREE)/w(HREE)為7.49～10.89,顯示出富輕稀土元素(LREE)、貧重稀土元素(HREE)特征。其-w(La)和-w(Ce)分別為(21.43～24.18)×10-6、(44.42～53.13)×10-6,輕重稀土元素分餾不顯著,w(La)N/w(Yb)N為4.6～9.5,具有微弱的Eu正異常,球粒隕石分布模式表現(xiàn)為明顯的右傾斜形(圖4)。

煌斑巖的稀土元素總體含量較閃長玢巖高,其w(LREE)/w(HREE)為24.1～33.0,顯著富輕稀土元素,貧重稀土元素。其w(La)和w(Ce)分別為(87.6～144.9)×10-6、(154.6～276.13)×10-6;輕重稀土元素分餾十分顯著,w(La)N/w(Yb)N為50.0～72.5,具有微弱的Eu負(fù)異常,球粒隕石分布模式表現(xiàn)為明顯的右傾斜形(圖4)。

閃長玢巖和煌斑巖均富大離子親石元素(Sr、Ba等),貧高場強(qiáng)元素(Th、Nb、Hf)(表2),二者的w(Sr)和w(Ba)分別為(397～563)×10-6、(989～1 758)× 10-6,(835～1 247)×10-6、(1 674～2 204)×10-6; w(Th)和w(Nb)分別僅為(2.9～4.6)×10-6、(12.9～18.4)×10-6,(6.2～8.4)×10-6、(8.0～11.0)×10-6;閃長玢巖和煌斑巖的w(Sr)N/w(Y)N分別為4.8～6.3、10.2～16.4,w(Y)分別為(14.6～19.4)×10-6、(17～22)×10-6。二者的過渡元素Cr也較貧乏,且閃長玢巖含量更少,反映其分異演化程度較高。

表2 濟(jì)陽坳陷孤北地區(qū)侵入巖主量元素和微量元素含量及特征參數(shù)Tab.2 Characteristic Parameter and Content of Major and Trace Elements of Intrusion Rocks in Gubei Area of Jiyang Depression

表3 濟(jì)陽坳陷孤北地區(qū)侵入巖稀土元素特征參數(shù)Tab.3 Characteristic Parameter of Rare Earth Elements of Intrusion Rocks in Gubei Area of Jiyang Depression

圖4 濟(jì)陽坳陷孤北地區(qū)侵入巖稀土元素分布模式Fig.4 Distribution Pattern of Rare Earth Elements of Intrusion Rocks in Gubei Area of Jiyang Depression

3 侵入巖成因分析

前人對魯西隆起及郯廬斷裂的中生代侵入巖(特別是石炭系—二疊系中的中生代侵入巖)做了大量地質(zhì)和地球化學(xué)研究[13-17],將孤北地區(qū)石炭系—二疊系及侏羅系侵入巖巖性、主量元素及微量元素與其進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)它們之間存在許多相似之處,例如w(SiO2)為57%～66%、Na、K和Mg含量與表2所列數(shù)值相近[13-15],可能具有相似的成因,即它們屬于大陸伸展背景下板內(nèi)巖漿活動,可能與中生代太平洋板塊俯沖導(dǎo)致中國東部巖石圈減薄、軟流圈上涌有關(guān)。

研究區(qū)侵入巖微量元素組成(表2)與產(chǎn)于島弧及大陸邊緣環(huán)境的侵入巖有明顯區(qū)別,而與產(chǎn)于裂谷環(huán)境的富鉀侵入巖相似[13];另外,反映出該區(qū)的閃長玢巖和煌斑巖均來自地幔,混有部分地殼熔融巖漿,閃長玢巖中熔融地殼成分較多[14-15]。同時,研究區(qū)煌斑巖-w(K2O)超過8×10-6,屬于富鉀侵入巖。對富鉀侵入巖成因有多種說法[18-20],但是大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是原富集地幔源區(qū)的部分熔融而形成的[21]。濟(jì)陽坳陷和魯西地區(qū)一樣,中生代受到古太平洋板塊對歐亞板塊的俯沖和華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞作用的影響,表現(xiàn)出地幔上隆而產(chǎn)生熱事件,來自地幔深部的富含揮發(fā)組分和不相容元素的流體沿構(gòu)造隆起帶向上運(yùn)移,形成富輕稀土和大離子親石元素的富集型地幔,導(dǎo)致大規(guī)模鉀質(zhì)巖漿活動[13]。研究區(qū)內(nèi)煌斑巖與富鉀侵入巖具有相似的地球化學(xué)特征及相似的產(chǎn)出構(gòu)造背景,因此,其成因也主要起源于富鉀地幔的部分熔融。

4 侵入巖對煤系烴源巖的烘烤現(xiàn)象

前人研究認(rèn)為,侵入巖熱烘烤范圍縱向上為侵入體厚度的2倍,橫向上的距離等于侵入體的直徑[22-23]。對孤北地區(qū)巖芯觀察發(fā)現(xiàn),閃長玢巖厚度上下的煤系烴源巖受到烘烤,局部產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱變質(zhì),但是受熱作用范圍一般不超過侵入巖的厚度,橫向上也不超過侵入巖的厚度。閃長玢巖的圍巖呈現(xiàn)環(huán)狀變質(zhì)帶,由內(nèi)而外依次為堇青石角巖帶、板巖帶和變余泥巖帶,變余泥巖帶之外為正常泥巖帶。堇青石為特征變質(zhì)礦物,形成溫度為550℃～600℃,具有重要的指相意義,可以作為地質(zhì)溫度計[24-25]。周荔青對蘇北盆地一輝長巖侵入體周圍變質(zhì)帶溫度研究發(fā)現(xiàn),堇青石形成溫度為600℃,斑點(diǎn)板巖形成溫度為380℃,正常泥巖為100℃[26]。

孤北地區(qū)石炭系—二疊系內(nèi)侵入巖對圍巖烘烤作用范圍較小。孤北古1井3 874～3 877 m為一厚度3 m的閃長玢巖,在其上的煤層、碳質(zhì)泥巖和泥巖中分別采樣進(jìn)行鏡質(zhì)體反射率(Ro)測定(表4),由于區(qū)域上的石炭系—二疊系煤系-Ro一般為2.0%～2.2%,該井3 870.23 m處的泥巖Ro為2.13%,可見受侵入巖烘烤的烴源巖厚度小于2.77 m,不超過侵入巖的厚度。此外,研究區(qū)石炭系—二疊系有效生烴期在古近紀(jì)晚期以來,而不是侵入巖侵入的中生代,因此,侵入巖對煤系烴源巖生烴作用影響范圍小,對主要生烴期沒有顯著影響[27]。

表4 孤北古1井閃長玢巖之上煤系烴源巖鏡質(zhì)體反射率的變化Tab.4 Changes of Vitrinite Refletance of Coal-series Hydrocarbon Source Rocks Above the Diorite Porphyrites in Well Gubeigu1

5 結(jié)語

(1)濟(jì)陽坳陷孤北地區(qū)石炭系—二疊系閃長玢巖和煌斑巖與魯西隆起相同層位發(fā)育的侵入巖具有相同的元素組成和微量元素組成,均為富鉀淺層侵入巖,巖性為閃長玢巖和煌斑巖。

(2)研究區(qū)侵入巖微量元素特別是稀土元素與魯西隆起侵入巖相似,是大陸裂谷初期(侏羅紀(jì)為主)形成富輕稀土元素和大離子親石元素的富集型部分熔融地幔,通過深大斷裂侵入到石炭系—二疊系。

(3)石炭系—二疊系中的侵入巖體規(guī)模不大,對周圍煤系烴源巖具有明顯的烘烤作用,但是烘烤范圍均不超過侵入巖層的厚度,對其整體的生烴作用沒有顯著影響。

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