李 冬 徐 強(qiáng) 王永鳳

(1.中海油研究總院 北京 100027;2.石油化工管理干部學(xué)院 北京 100012)

0 引言

中央峽谷是南海西部重要的沉積體之一，自2001年林暢松教授提出“盆地軸向大型下切谷和重力流體系”(即中央峽谷)之后深受廣大學(xué)者關(guān)注［1-13］，其物源問題是中央峽谷研究的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題之一，一直處于爭論之中。起初認(rèn)為該峽谷早期為東部物源，晚期為西部物源，主要是由于構(gòu)造運(yùn)動所引起［1］;隨著研究的深入，提出了一些新的觀點，如來自陸坡附近［2］、以紅河物源為主［5，7］或以海南島西部河流為主(僅為推測，無報道，圖1)等;而最新研究表明峽谷內(nèi)部沉積物充填存在階段性，早期是由西向東流動的，峽谷西側(cè)物源起主導(dǎo)地位，晚期表現(xiàn)為沉積物側(cè)向充填特征主要受到海南島物源影響［12］。此外一些學(xué)者認(rèn)為其可能來自越南東部河流(僅為推測，無報道，圖1)?？梢姡壳皩χ醒雿{谷物源問題的探討主要集中于物源方向上，并且最新的研究認(rèn)為峽谷西部物源對峽谷早期充填具有重要的作用，而具體哪一條河流起主導(dǎo)作用并沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。究其原因在于目前所用的分析方法主要是根據(jù)峽谷的走向以及少有的重礦物數(shù)據(jù)。然而，由于南海西部盆地中央凹陷帶鉆井較少、峽谷西部河流較多以及重礦物隨搬運(yùn)距離發(fā)生變化等因素，導(dǎo)致了利用重礦物的平面分布規(guī)律(如ZTR指數(shù)變化等)來判斷物源難度增大。因此，本文針對目前中央峽谷物源分析方法的不足，主要采用稀土元素和鋯石測年等較為成熟和先進(jìn)的物源分析手段，并結(jié)合重礦物組合特征，分析了中央峽谷的物源特征，為中央峽谷后續(xù)研究奠定了扎實的基礎(chǔ)。

1 區(qū)域概況

鶯歌?！倴|南盆地位于南海西北部，屬于新生代被動大陸邊緣盆地。盆地演化至今經(jīng)歷了裂谷期、漂移期和飄移后期。在上新世，于鶯歌海盆地南部和瓊東南盆地的中央凹陷帶形成了中央峽谷。該峽谷呈“S”形，長約570 km，寬 3～11 km(圖1)。本文所采集的中央峽谷樣品為上新世早期沉積物，形成年齡為5.5～3.6 Ma之間。

近期研究表明，峽谷西側(cè)的物源對中央峽谷的形成具有重要的貢獻(xiàn)［12］。在峽谷西部存在近源的海南島物源、位于鶯歌海盆地西北方向遠(yuǎn)源的紅河物源、越南東部河流以及湄公河可能在歷史時期發(fā)生決口在鶯歌海盆地西部提供了湄公河決口物源(圖1)。解決哪個物源是中央峽谷的主要物源，是本文研究的重點。

圖1 研究區(qū)位置、中央峽谷特征及樣點分布圖Fig.1 The study area，Central Canyon characteristics and distribution of samples

2 物源分析

2.1 重礦物特征

HH井位于鶯歌海盆地北部，代表紅河沉積物的重礦物特征。圖2可見，紅河沉積物具有較低的ZTR指數(shù)(13.1%)、較高的石榴石(15.9%)、較高的白鈦礦(16.4%)和較高的磁鐵礦(27.4%)，反應(yīng)了紅河沉積物區(qū)母巖為變質(zhì)巖和中性或基性巖漿巖［7，14］。HN1井位于海南島西部，反映了海南島沉積物重礦物特征，ZTR指數(shù)很高(鋯石含量非常高42.3%)石榴石含量較低，揭示出海南島沉積物母巖區(qū)為酸性巖漿巖。中央峽谷上新世沉積物樣品(圖2中C1～C4井)均表現(xiàn)為較低的ZTR指數(shù)和較高的石榴石含量，指示中央峽谷上新世沉積物母巖區(qū)以變質(zhì)巖或基性巖為主，明顯區(qū)別于海南島酸性巖漿巖。因此，從中央峽谷重礦物組成來看，其與紅河沉積物相似，說明中央峽谷上新世沉積物來自于紅河水系。

2.2 稀土元素特征

圖2 中央峽谷重礦物組成特征Fig.2 The characteristics of heavy mineral composition in the Central Canyon

稀土元素分析是物源分析中的一個重要研究方法，也是目前應(yīng)用較廣、應(yīng)用效果較好的物源分析方法［15-17］。本次研究采集了 C1～C4、D1～D4、HH、以及HN1～HN2鉆井樣品，送往中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所進(jìn)行測試分析，測試結(jié)果見圖3。從圖3a中可以看出，中央峽谷沉積物、鶯歌海盆地D區(qū)沉積物以及紅河物源沉積物在δEu和(La/Yb)N關(guān)系圖中投點集中在同一區(qū)域，說明中央峽谷、D區(qū)沉積物和紅河沉積物來自于同一水系，即紅河水系。此外，在圖3b稀土元素配分模式中同樣可以看出，所測樣品點明顯可以劃分為正Eu異常區(qū)和負(fù)Eu異常區(qū):正Eu異常區(qū)主要集中在盆地的中央坳陷帶，如HH點、D1～D4點以及C1～C4點均為正Eu異常;負(fù)Eu異常區(qū)位于正Eu異常區(qū)兩側(cè)，如HN1、HN2和湄公河決口沉積物。由此可見，中央峽谷上新世沉積物主要來自于紅河水系。

圖3 a.(La/Yb)N與δEu關(guān)系圖;b.稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.3 a.(La/Yb)N-δEu diagram;b.Chondrite normalization of the samples，REE pattern

2.3 鋯石年齡頻譜特征

利用鋯石年齡的頻譜特征進(jìn)行物源區(qū)對比較為成熟。本次研究過程中針對中央峽谷上新世樣品進(jìn)行了取樣、鋯石挑選與測試工作。鋯石的Shrimp UPb測年工作在北京離子探針中心完成，測試過程見文獻(xiàn)20和21。對于測試結(jié)果，刪除不諧和度大于20%的鋯石年齡以確保數(shù)據(jù)的可用性。另外，本次研究中收集了越南東部河流、海南島西部河流以及紅河的鋯石年齡用于對比分析，各流域及中央峽谷鋯石年齡頻譜特征見圖4。而對于紅河來說，其在歷史時期水系發(fā)生過重大變化，并有研究表明紅河水系發(fā)生重大變化是在中新世［18-19］，故選取了紅河晚中新世以前的鋯石年齡譜(＞17 Ma)和現(xiàn)今沉積物鋯石年齡譜分別代表紅河物源區(qū)特征。圖4為中央峽谷(5.5～3.6 Ma)和潛在物源區(qū)鋯石年齡譜的平面分布特征，從圖中可以看出，越南東部的現(xiàn)今一些河流，包括馬江、藍(lán)江、里河、秋濱河以及歸仁河等的鋯石年齡較為相似，年齡峰值均出現(xiàn)在400 Ma左右或小于400 Ma;馬江、藍(lán)江與里河中大于1 000 Ma的鋯石不發(fā)育，而在秋濱河與歸仁河中大于800 Ma的鋯石不發(fā)育。從越南東部這些河流的鋯石年齡分布來看與上新世的中央峽谷明顯不同。因此，可以斷定越南東部的河流不是這些沉積體的主要物源。

另外，對于海南島西部河流來說，鋯石年齡的峰值主要出現(xiàn)在小于400 Ma的區(qū)間內(nèi)，而大于400 Ma的鋯石發(fā)育很少(黎河僅在1 200～1 600 Ma少量發(fā)育，感恩河僅在1 200 Ma左右少量發(fā)育)，故海南西部的河流也不是上述沉積體的主要物源。那么，紅河是不是其主要物源呢?從現(xiàn)今紅河的鋯石年齡分布來看，鋯石年齡的分布區(qū)間與中央峽谷同樣表現(xiàn)出不同的分布特征，而對于古紅河(＞17 Ma)來說，兩者吻合較好。

綜合上述重礦物、稀土元素以及鋯石年齡的對比分析結(jié)果可以看出，中央峽谷沉積物與紅河物源沉積物最為相似，而與海南島、越南東部河流差別明顯。因此，推測中央峽谷沉積物主要來源于紅河。

3 研究意義

圖4 中央峽谷以及潛在物源鋯石年齡頻譜特征Fig.4 Zircon age spectrum of the Central Canyon and the potential provenance sediments

紅河是源于青藏高原東南緣的大型河流，其形成演化與高原隆升密不可分，并與長江的形成相關(guān)，而高原的隆升歷史和長江的形成是學(xué)術(shù)界研究的熱點問題，并且已有100余年的研究歷史。然而，對于該問題尚沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。從本文的分析結(jié)果來看，古紅河(＞17 Ma)和中央峽谷樣品(5.5～3.6 Ma)鋯石年齡相似而與現(xiàn)今明顯不同，指示了紅河在3.6 Ma以前并沒有發(fā)生重大變化，而是在3.6 Ma至今某個時期紅河水系發(fā)生了重大變化。有研究表明早期的金沙江是通過紅河向南流入南海的，而后的某個時期金沙江發(fā)生改道流入長江，而使長江貫通，對于長江貫通時間也有研究表明發(fā)生在3.2 Ma［21］，這與本文指出的時間相吻合。另外，實際深水油氣勘探表明:與大河注入相關(guān)的濁流體系是油氣勘探的重要目標(biāo)，例如孟加拉扇等。而在我國的深水油氣勘探實踐中也證明了與珠江大河注入相關(guān)的白云深水扇具有重要的油氣勘探價值。因此，是否與大河注入相關(guān)，決定了深水區(qū)是否存在大型碎屑儲集體，進(jìn)而決定了深水油氣勘探的成?。?2］。上新世中央峽谷規(guī)模較大，其主要來源于紅河，證明其與大河注入相關(guān)，這為中央峽谷成為深水區(qū)大型儲集體提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，使其能夠成為南海西北部深水油氣勘探目標(biāo)。

中央峽谷形態(tài)特殊、規(guī)模較大，其形成機(jī)制與控制因素是其研究的難點問題。中央峽谷主要物源區(qū)的確定，為解決該問題提供了新的思路和方向。另外，中央峽谷沉積物主要來源于紅河，指示了在歷史時期紅河對南海西北部的影響不僅僅影響到鶯歌海盆地，而且也影響到了瓊東南盆地。因此，在利用紅河沉積體系演化以及沉積物通量變化來分析高原東南緣隆升歷史時，應(yīng)將瓊東南盆地以及中央峽谷沉積物卸載區(qū)一并考慮。

4 結(jié)論

(1)從重礦物組合、稀土元素和鋯石年齡譜特征來看，其均與紅河物源相似，指示了紅河是中央峽谷的主要物源，對中央峽谷的形成起到主導(dǎo)作用。

(2)紅河水系在歷史時期曾經(jīng)發(fā)生重大改變，這種改變可能發(fā)生在3.6 Ma至今的某個時期。

(3)中央峽谷源于紅河，與大河注入相關(guān)，并在瓊東南盆地中央凹陷帶形成大型儲集體，為其成為深水油氣勘探目標(biāo)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

References)

1 林暢松，劉景彥，蔡世祥，等.鶯—瓊盆地大型下切谷和海底重力流體系的沉積構(gòu)成和發(fā)育背景［J］.科學(xué)通報，2001，46(1):69-72.［Lin Changsong，Liu Jingyan，Cai Shixiang，et al.Sedimentation and evolution background old large incised channel and submarine gravity flow system in Ying-Qiong Basin［J］.Chinese Science Bulletin，2001，46(1):69-72.］

2 袁圣強(qiáng).南海北部陸坡區(qū)深水水道沉積體系研究［D］.青島:中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)，2009.［Yuan Shengqiang.Sedimentary system of deepwater channel，the slope area of northern South China Sea［D］.Qingdao:Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，2009.］

3 蘇明，李俊良，姜濤，等.瓊東南盆地中央峽谷的形態(tài)及成因［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2009，29(4):85-93.［Su Ming，Li Junliang，Jiang Tao，et al.Morphological features and formation mechanism of central canyon in the Qiongdongnan Basin，northern South China Sea［J］.Marine Geology ＆ Quaternary Geology，2009，29(4):85-93.］

4 李冬，王英民，王永鳳，等.瓊東南盆地中央峽谷深水天然堤—溢岸沉積［J］.沉積學(xué)報，2011，29(4):689-694.［Li Dong，Wang Yingmin，Wang Yongfeng，et al.The sedimentary and foreground of prospect for levee-overbank in Central Canyon，Qiongdongnan Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2011，29(4):689-694.］

5 王永鳳，王英民，李冬，等.瓊東南盆地中央峽谷早上新世沉積物稀土元素特征及物源分析［J］.石油天然氣學(xué)報，2011，33(6):50-52，68.［Wang Yongfeng，Wang Yingmin，Li Dong，et al.Features and source analysis on Early Pliocene sedimentary rare earth element(REE)in Central Canyon of Qiongdongnan Basin［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2011，33(6):50-52，68.］

6 李冬，王英民，王永鳳，等.塊狀搬運(yùn)復(fù)合體的識別及其油氣勘探意義——以瓊東南盆地中央峽谷區(qū)為例［J］.沉積與特提斯地質(zhì)，2011，31(3):58-63.［Li Dong，Wang Yingmin，Wang Yongfeng，et al.Identification of mass transport complexes and their implications for hydrocarbon exploration:An example from the Central Canyon area in southeastern Hainan Basin［J］.Sedimentary Geology and Tethyan Geology，2011，31(3):58-63.］

7 李冬.南海紅河體系沉積過程響應(yīng)及儲層條件研究［D］.北京:中國石油大學(xué)(北京)，2011.［Li Dong.The response of sedimentation to development processes of Red River system and reservoir analysis in the South China Sea［D］.Beijing:China University of Petroleum，Beijing，2011.］

8 許懷智，蔡東升，孫志鵬，等.瓊東南盆地中央峽谷沉積充填特征及油氣地質(zhì)意義［J］.地質(zhì)學(xué)報，2012，86(4):641-650.［Xu Huaizhi，Cai Dongsheng，Sun Zhipeng，et al.Filling characters of central submarine canyon of Qiongdongnan Basin and its significance of petroleum geology［J］.Acta Geologica Sinica，2012，86(4):641-650.］

9 王振峰.深水重要油氣儲層—瓊東南盆地中央峽谷體系［J］.沉積學(xué)報，2012，30(4):646-653.［Wang Zhenfeng.Important deepwater hydrocarbon reservoirs:the central canyon system in the Qiongdongnan Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2012，30(4):646-653.］

10 李偉，吳時國，王秀娟，等.瓊東南盆地中央峽谷上新統(tǒng)塊體搬運(yùn)沉積體系地震特征及其分布［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2013，33(2):9-15.［Li Wei，Wu Shiguo，Wang Xiujuan，et al.Seismic characteristics and distribution of Pliocene mass transport deposits in central canyon of Qiongdongnan Basin［J］.Marine Geology ＆ Quaternary Geology，2013，33(2):9-15.］

11 蘇明，解習(xí)農(nóng)，王振峰，等.南海北部瓊東南盆地中央峽谷體系沉積演化［J］.石油學(xué)報，2013，34(3):467-478.［Su Ming，Xie Xinong，Wang Zhenfeng，et al.Sedimentary evolution of the central canyon system in Qiongdongnan Basin，northern South China Sea［J］.Acta Petrolei Sinica，2013，34(3):467-478.］

12 李冬，徐強(qiáng)，王永鳳，等.瓊東南盆地中央峽谷西段充填體系沉積演化與砂體分布［J］.石油地球物理勘探，2013，48(5):799-803.［Li Dong，Xu Qiang，Wang Yongfeng，et al.Filling evolution and sand distribution in the west part of Central Canyon，Qiongdongnan Basin［J］.Oil Geophysical Prospecting，2013，48(5):799-803.］

13 張道軍，王亞輝，王振峰，等.瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷沉積微相特征［J］.沉積學(xué)報，2013，31(6):1114-1121.［Zhang Daojun，Wang Yahui，Wang Zhenfeng，et al.Characteristics of sedimentary microfacies in the central canyon within the deep water area，Qiongdongnan Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2013，31(6):1114-1121.］

14 趙夢，邵磊，梁建設(shè)，等.古紅河沉積物稀土元素特征及其物源指示意義［J］.地球科學(xué)，2013，38(增刊 1):61-69.［Zhao Meng，Shao Lei，Liang Jianshe，et al.REE character of sediment from the Paleo-Red River and its implication of provenance［J］.Earth Science，2013，38(Suppl.1):61-69.］

15 徐方建，李安春，徐兆凱，等.東海內(nèi)陸架沉積物稀土元素地球化學(xué)特征及物源意義［J］.中國稀土學(xué)報，2009，27(4):574-582.［Xu Fangjian，Li Anchun，Xu Zhaokai，et al.Rare earth element geochemistry in inner shelf of the East China Sea and implication for sediment provenance［J］.Journal of the Chinese Rare Earth Society，2009，27(4):574-582.］

16 吳夢霜，邵磊，龐雄，等.南海北部深水區(qū)沉積物稀土元素特征及其物源指示意義［J］.沉積學(xué)報，2012，30(4):672-678.［Wu Mengshuang，Shao Lei，Pang Xiong，et al.REE geochemical characteristics of sediments and its implications in the deepwater area of the northern South China Sea［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2012，30(4):672-678.］

17 竇衍光，李軍，李炎.北部灣東部海域表層沉積物稀土元素組成及物源指示意義［J］.地球化學(xué)，2012，41(2):147-157.［Dou Yanguang，Li Jun，Li Yan.Rare earth element compositions and provenance implication of surface sediments in the eastern Beibu Gulf［J］.Geochimica，2012，41(2):147-157.］

18 Zheng H B，Clift P D，Wang P，et al.Pre-Miocene birth of the Yangtze River［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2013，110(19):7556-7561.

19 Clift P D，Carter A，Campbell I H，et al.Thermochronology of mineral grains in the Red and Mekong Rivers，Vietnam:Provenance and exhumation implications for Southeast Asia［J］.Geochemistry，Geophysics， Geosystems， 2006， 7(10):1-28， doi:10.1029/2006GC001336.

20 Williams I S.U-Th-Pb geochronology by ion microprobe.In:McK-ibben M A，Shanks W C，Ridley W I，eds.Applications of Microanalytical Techniques to Understanding Mineralizing Processes.Rev Econ Geol，1998，7:1-35.

21 Wan Y S，Li R W，Wilde S A，et al.UHP metamorphism and exhumation of the Dabie Orogen:Evidence from SHRIMP dating of zircon and monazite from a UHP granitic gneiss cobble from the Hefei Basin［J］.Geochim Cosmochim Acta，2005，69(17):4333-4348.

22 賈軍濤，鄭洪波，黃湘通，等.長江三角洲晚新生代沉積物碎屑鋯石U-Pb年齡及其對長江貫通的指示［J］.科學(xué)通報，2010，55(4/5):350-358.［Jia Juntao，Zheng Hongbo，Huang Xiangtong，et al.Detrital zircon U-Pb ages of Late Cenozoic sediments from the Yangtze delta:Implication for the evolution of the Yangtze River［J］.Chinese Science Bulletin，2010，55(4/5):350-358.］

23 朱偉林.南海北部深水區(qū)油氣勘探關(guān)鍵地質(zhì)問題［J］.地質(zhì)學(xué)報，2009，83(8):1059-1064.［Zhu Weilin.Some key geological issues on oil and gas exploration in the northern deepwater area of the South China Sea［J］.Acta Geologica Sinica，2009，83(8):1059-1064.］