松辽盆地长岭断陷火山岩锆石U-Pb测年及其地质意义

李瑞磊，朱建峰，刘 玮，刘曼丽，陆建林，王保华，陈光宇

[1.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083; 2.中国石化 东北分公司，吉林 长春 130062;3.吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130062; 4.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126]

松辽盆地长岭断陷火山岩锆石U-Pb测年及其地质意义

李瑞磊1,2，朱建峰2，刘 玮3，刘曼丽2，陆建林4，王保华4，陈光宇2

[1.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083; 2.中国石化 东北分公司，吉林 长春 130062;3.吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130062; 4.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126]

火山岩是松辽盆地断陷期盆地充填的主体，其年龄的精确标定是认识盆地裂陷启动时间和地层划分对比的基础。系统采集了长岭断陷20件火山岩样品，进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析。锆石U-Pb测年结果显示，原定火石岭组的火山岩形成于110～119 Ma，应划归为营城组一段；原定营城组的火山岩形成于100～109 Ma，应划归为营城组三段。所选火山岩样品鉴定为安山岩、粗面岩、流纹质凝灰岩和流纹岩；在TAS图解中落入流纹岩、粗面岩以及粗面英安岩区域。两个年龄区间的火山岩具有相似的地球化学特征，如铕负异常和稀土配分曲线都为轻稀土富集的右倾斜型，进一步暗示了二者的亲缘性。作为松辽盆地南部最大的深层构造单元，长岭断陷的火山岩地层序列需要重新厘定；松南地区火山-裂谷作用起始于早白垩世晚期而非晚侏罗世，相应的盆地构造-沉积史和油气形成演化史也需要进一步认识。

锆石U-Pb年龄；地层划分；裂陷启动期；火山岩；长岭断陷

松辽盆地是我国较大的中新生代陆相含油气盆地，具有断陷-坳陷双层结构。上部坳陷层主要是后裂谷期形成的沉积盖层，下部断陷层为同裂谷期的火山岩夹煤系地层[1]。长岭断陷位于松辽盆地南部，面积为1.3×104km2，是松辽盆地南部面积最大、埋藏最深的断陷[2-3]。自1960年代开始油气勘探和研究工作，早期主要集中在盆地隆起区和浅层，在2000年后火山岩的油气勘探取得了重大突破，火山岩成为深层天然气勘探的主要目的层位[4-5]。火山岩层位的准确厘定是层位对比、盆地充填以及油气藏勘探开发等相关研究的基础。然而长岭断陷火山岩的地层划分和各组、各层位的年代还存在争议。基于以往油气勘探地质分层的结果显示，长岭断陷的断陷期充填始于晚侏罗世火石岭组，发育沙河子组和营城组，自下而上的火石岭组二段、营城组一段(营一段)和营城组三段是火山岩发育的3个主要层段[2，6-12]。然而，近几年随着勘探的进展本区勘探地层界线已进行了调整，原定火石岭组的大量火山岩是否均为火石岭组，原定营城组的火山岩具体属于营一段还是营三段，这些问题制约了地层、盆地和油气等相关问题的研究与认知进程。同位素年龄的测定，无疑为研究盆地火山岩层位归属提供了一种有效的方法。本文在钻井、测井和地震层位对比的基础上，开展针对性的火山岩系统采样，研究长岭断陷火石岭组和营城组火山岩的岩石学、地球化学、同位素年代特征。研究结果对厘定区内火山岩地层及年代归属有重要意义，也为盆地充填和油气勘探提供了新的基础资料。

1 地质概况和样品采集

长岭断陷是一个复合式中生代断陷，可以划分为8个构造区带，包括乾安次凹、查干花次凹、长岭次凹、苏公坨断坡带、北正断坡带、所图低凸带、达尔罕断凸带和东岭构造带。本文主要对长岭断陷查干花次凹、东岭构造带、达尔罕断凸带和北正断坡带4个区块进行采样(图1)，采样层位为断陷层，集中分布在原层位划分的火石岭组和营城组。经岩矿薄片鉴定，采集的火山岩主要有流纹岩、粗面岩、流纹质凝灰岩和安山岩(图2)。

2 火山岩测年和地球化学

2.1 火山岩测年结果

对采自长岭断陷的20件火山岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析，CL图像显示，所测岩石样品的锆石颗粒晶形较好，具环带或条带状结构，锆石的Th/U值均大于0.1，为典型岩浆成因的锆石，年龄谐和曲线如图3所示。

测年结果显示，长岭断陷火山岩形成于101～119 Ma的早白垩世晚期(表1)，与前人在松辽盆地南部所测断陷层火山岩锆石的U-Pb年龄一致[13-22]，但地质层位归属有较大调整。具体表现为：原定为火石岭组样品，测年结果111～118 Ma，应划归到营城组一段；原定营城组的火山岩可进一步细分为营城组一段(110～119 Ma)和营城组三段(100～109 Ma)。

图1 松辽盆地长岭断陷构造分区及采样位置

2.2 火山岩地球化学

选择不同构造带和不同层位的代表性火山岩进行元素地球化学特征对比，研究不同期次火山岩的地球化学属性，并为火山岩层位对比提供佐证。长岭断陷原定火石岭组和营城组火山岩具有相同的地球化学特征，在TAS图解中落入流纹岩、粗面岩以及粗面英安岩区域(图4)。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线显示(图5)，铕负异常和稀土配分曲线都为轻稀土富集的右倾斜型。相似的地球化学特征，进一步暗示了二者的亲缘性。

3 讨论

3.1 长岭断陷地层划分对比

松辽盆地南部断陷层火山沉积序列的层位对比一直有较大争议，其焦点之一是营城组火山碎屑岩之下中性火山岩的归属问题[7，11-13]。由本文测年结果可知，长岭断陷火山岩的形成时代为100～119 Ma，属早白垩世晚期，并呈现出两个年龄峰值。第一个年龄峰值区间为100～109 Ma，第二个年龄峰值区间为110～119 Ma。由表1可知，第一个年龄区间对应于营城组三段，第二个年龄区间对应于营城组一段。依据本文火山岩测年结果和井间测井-地震火山地层对比，对前人测年结果进行统一的层位调整(表1)。该分层方案使得井间和断陷间地层对比关系更加明晰，也使得地质层位与地震反射层之间更趋于一致，显示出更好的客观性和可操作性(图6)。

图2 长岭断陷测年样品典型火山岩类显微照片

图3 长岭断陷火山岩锆石U-Pb年龄谐和图

续图3 长岭断陷火山岩锆石U-Pb年龄谐和图

续图3 长岭断陷火山岩锆石U-Pb年龄谐和图

采样地点井号取样深度/m样号岩性年龄/Ma原层位现层位资料来源查干花次凹腰深33529.75～3529.90YS3-1流纹质凝灰岩107±6营城组营三段腰深44167.30～4168.50YS4-1角闪粗面岩112±1营城组营一段腰深53873.50～3873.65YS5-2流纹岩104±3营城组营三段腰深2014104.10～4104.30YS201-1碱性流纹岩106±2营城组营三段腰深73212.55～3212.65YS7流纹质凝灰岩108±3营城组营三段腰深73560.00YS7凝灰岩107±2营城组营三段腰深73213.55CLZJ-33y流纹质凝灰岩104±2营城组营三段腰深64166.00CLZJ-30y凝灰岩104±8营城组营三段腰深44166.75CLZJ-25y流纹岩109±3营城组营三段数据引自文献[19-20]本文达尔罕断凸带腰深13569.00～3569.20YS1流纹质熔结凝灰岩105±2营城组营三段龙深14218.00LS1粗面质凝灰岩101±5营城组营三段龙深24114.27CLZJ-07y流纹岩100±1营城组营三段DB102569.00含角砾安山岩102±1营城组营三段达23613.00流纹岩105±1营城组营三段数据引自文献[20,22]本文数据引自文献[18]东岭构造带松南1882119.00～2129.00SN188安山岩101±1营城组营三段松南1012417.00～2422.00SN101流纹岩103±1营城组营三段本文北正断坡带新深13570.00XS1安山岩102±1营城组营三段双深21680.00SS2安山岩105±1营城组营三段双深21870.00SS2流纹斑岩103±2营城组营三段本文查干花次凹达尔罕断凸带腰深34320.00YS3流纹质凝灰岩117±1火石岭组营一段腰深74260.00YS7流纹质凝灰岩118±2火石岭组营一段龙深14504.00LS1流纹质凝灰岩111±2火石岭组营一段龙深14565.00LS1安山岩111±2火石岭组营一段龙深14700.00LS1流纹质凝灰岩112±3火石岭组营一段DB142100.00DB14安山岩111±2火石岭组营一段本文本文东岭构造带松南1802469.00SN180-1杏仁安山岩106±3火石岭组营三段松南1802708.00SN180-2杏仁安山岩116±1火石岭组营一段数据引自文献[21]北正断坡带新深14410.00XS1安山岩116±2火石岭组营一段新深14570.00XS1粗面岩119±3火石岭组营一段东深14630.00DS1安山岩110±2火石岭组营一段双1012292.00～2304.00S101流纹质凝灰岩118±1火石岭组营一段本文

注：测试方法为LA-ICP-MS。

图4 长岭断陷火山岩TAS分类

图5 长岭断陷稀土元素配分模式[23]

原定为火石岭组和营城组的火山岩在常量和稀土元素特征方面均具有相似性。以往研究表明，松辽盆地火石岭组与营城组火山岩在地球化学特征方面存在显著差异[24-26],这就进一步暗示了原定火石岭火山岩应该属于营城组火山岩。

3.2 松辽盆地南部深层勘探前景

从目前钻井揭示情况看，松南长岭断陷沙河子组直接覆盖在基底浅变质岩之上。本区盆地充填特征为，以沙河子组细碎屑岩开始，接着为营城组一段火山岩、营二段火山碎屑岩夹煤、营三段火山岩。本区第一期大规模火山作用发生在119 Ma前后，属于营城组一段，说明长岭断陷的火山-裂谷作用起始于早白垩世晚期而非晚侏罗世。在区域上松辽盆地初始裂陷往往表现为火山裂谷型盆地充填[6，27]。松南长岭断陷以沙河子组细粒沉积开始，可能代表着裂陷期松辽盆地及邻区在成盆作用方面的时空差异性。

长岭断陷天然气的分布特征受到烃源岩分布范围及生烃强度的控制[28]。长岭断陷沙河子组和营城组湖沼相暗色泥岩和含煤泥岩具有分布范围广、厚度较大和有机质丰度较高等特征，是深层天然气生成主要的烃源岩[29-30]。本区营城组发育完整的火山沉积序列，可与沙河子组细粒沉积构成多套原生气藏的生储盖组合[31-32]。沙河子组泥岩生烃，营城组一段火山岩作为储层，营城组二段泥岩作为盖层的一个成藏组合；沙河子组泥岩和营城组二段煤系烃源岩，营城组三段作为主要储层，营城组上段及登娄库组泥岩作为盖层的成藏组合；沙河子自生自储、营城组自生自储的成藏组合，显示出乐观的勘探前景。

4 结论

1) 长岭断陷火山岩测年结果显示年龄分为两个峰值区间，分别是100～109 Ma和110～119 Ma，分别对应地层为营城组三段和一段。

2) 本区营城组发育完整的火山-沉积序列，由两套火山岩和营二段碎屑岩含煤层序构成。沙河子组发育以细碎屑岩为主的沉积层序，通常直接覆盖在基底浅变质岩之上。

3) 长岭断陷启动时间应为早白垩世，而非晚侏罗世。初始断陷表现为沙河子组细碎屑岩沉积，形成快速沉降的非补偿型向上变深变细变薄序列，烃源岩发育。其盆地充填为沙河子组碎屑岩，营城组一段和三段以火山岩为主，营城组二段以碎屑岩为主，可形成多套生储盖组合的原生油气藏，深层勘探前景广阔。

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(编辑 张玉银)

Zircon U-Pb dating of volcanic rocks of Changling Fault Depression in the southern Songliao Basin and its geological significance

Li Ruilei1,2，Zhu Jianfeng2,Liu Wei3,Liu Manli2,Lu Jianlin4,Wang Baohua4,Chen Guangyu2

(1.CollegeofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,NortheastBranchCorporation,SINOPEC,Changchun,Jilin130062,China;3.CollegeofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun,Jilin130061,China;4.WuxiInstituteofPetroleumGeology,ExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPEC，Wuxi,Jiangsu214126,China)

Volcanic rocks are the main basin fillings during the formation of fault depression in the Songliao Basin,and their accurate dating is the basis of the rifting timing and layer subdivision.Twenty volcanic rocks samples were collected from the Changling Fault Depression and dated with LA-ICP-MS zircon U-Pb ages.Zircon U-Pb dating shows that the previous recognized Huoshiling Fm volcanic rocks formed between 110～119 Ma and should be grouped into the 1stMember of the Yingcheng Fm.While the previously recognized Yingcheng Fm volcanic rocks formed between 100～109 Ma and should be grouped into the 3rdMember of the Yingcheng Fm.Petrologically,the volcanic rocks are composed dominantly of andesite,trachyte,rhyolitic tuff and rhyolite,which are displayed in TAS diagram.Geochemical data show that the volcanic rocks have similar features such as light rare earth elements enrichment and negative Eu anomalies,indicating their affinity.As the deepest structure unit in the southern Songliao Basin,new layer subdivision and correlation strategy need to be proposed.And the results also indicate that the syn-rift stage of the southern Songliao Basin started at the Early Cretaceous rather than the previously believed Late Jurassic,which means the corresponding structure-sedimentary and hydrocarbon formation history need to be further recognized.Key words：zircon U-Pb dating，layer subdivision，initiation of fault depression,volcanic rock,Changling Fault Depression

2014-12-24;

2015-03-05。

李瑞磊(1970—)，男，博士、高级工程师，油气地质勘查。E-mail：liruilei99@163.com。

国家基础研究发展计划(973计划)项目(2012CB82000);国家自然科学基金项目(41472304，41202072)；中国石化科技项目(P14020)。

0253-9985(2015)05-0736-09

10.11743/ogg20150504

TE135

A