陆丰13东洼文昌组碎屑锆石U-Pb年龄特征及其物源示踪意义*

周凤娟 丁 琳 马永坤 李晓艳 张月霞 赵 梦 阙晓铭

（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司 广东深圳 518054； 2.中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459）

陆丰13东洼是珠江口盆地珠一坳陷东部的次级构造单元，是已证实的富生烃洼陷，近年来在古近系文昌组相继发现了陆丰A-1、陆丰B-1等油气田，揭示了古近系良好的油气勘探前景［1］。储层质量是制约古近系勘探能否取得商业成功的一个关键因素，目前对陆丰13东洼文昌组储层发育特征及主控因素已开展了一些研究［2］，但对文昌组优质储层物源方面的研究甚少。在珠江口盆地，碎屑锆石U-Pb定年物源示踪研究尚处于起步阶段，研究成果较少。王维等［3-4］认为珠一坳陷文昌组、恩平组下段物源主要为周边隆起中生代花岗岩。本文利用陆丰13东洼较丰富的锆石U-Pb定年数据，结合其他岩矿分析化验数据，首次对陆丰13东洼沉积区文昌组东北向长轴辫状河三角洲进行了碎屑锆石年代学分析，并与物源区年龄谱特征对比研究，可以示踪沉积物搬运路径，进一步重建盆地的物源演化过程［5］，再讨论不同母岩类型对储层物性的影响，对古近系优质储层预测具有一定的指导作用。

1 区域地质背景

珠江口盆地是我国南海油气产区之一，是在燕山期花岗岩及前新生代褶皱基底上发育起来的中—新生代大型沉积盆地［6］。陆丰凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷东北部，为北部隆起、惠陆低凸起、东沙隆起和海丰凸起所围限，面积7 760 km2。受早期NNW向和晚期近SN向应力场影响，陆丰凹陷内的构造形态主要表现为NEE和E-W走向。受中部陆丰中低凸起分割影响，陆丰凹陷可划分为陆丰南次凹和陆丰北次凹，内部又可分为陆丰15洼、陆丰13东洼、陆丰13西洼、陆丰7洼、惠州11洼和惠州5洼等6个次级洼陷（图1），其中陆丰13东洼面积最大、基底沉降最深，是陆丰凹陷勘探程度最高的地区［1］。

图1 陆丰凹陷古近系构造纲要Fig.1 Main structural units of Paleogene in Lufeng sag

陆丰凹陷古近纪湖盆经历了两幕裂陷，即裂陷一幕文昌期和裂陷二幕恩平期。综合地震波组接触关系、测井岩性组合及沉积旋回变化等因素［7］，将文昌组划分为6个三级层序，主力油层位于文五段和文二段，也是主要的储层发育层段（图2）。区域研究表明：文昌组沉积时期边界断裂强烈活动，古地貌高差大，湖盆快速沉降，四周为高山环绕，洼陷分割性强，以近源短程水系物源供给为主，陆丰13东洼主要的供源区是陆丰东低凸起、陆丰中低凸起、惠陆低凸起等（图1），主要发育扇三角洲、辫状河三角洲、滩坝等砂体；恩平组沉积时期由于准平原化作用，物源区地貌相对平缓，远程水系补给增强，沉积区范围明显扩大，以广泛分布的浅水辫状河三角洲为特色，盆内断隆带发育滨浅湖滩坝。

图2 陆丰凹陷文昌组地层综合柱状图Fig.2 Integrated histogram of Wenchang Formation layer in Lufeng sag

2 样品与测试方法

对A-3、B-1、C-1、C-2、D-1、E-1共6口井11个砂岩岩屑取样，进行碎屑锆石U-Pb定年分析，层位包括文二段、文五段、中生代等，其中文二段（B-1、C-1、C-2井）与文五段（A-3、D-1、E-1井）取样井均处于东北向长轴辫状河三角洲前缘相带（图3），区域研究表明物源主要来自陆丰东低凸起；同时收集前人对陆丰地区基底锆石定年的研究成果，共4口井（G-1井花岗闪长岩、H-1井花岗岩、I-1井沉积岩、J-1井变质岩）4个样品点。样品的预处理、阴极发光图像拍摄和激光剥蚀电感耦合等离子质谱（LA-ICP-MS）定年均在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，激光剥蚀系统为GeoLas 2005，电感耦合等离子质谱（ICP-MS）为Agilent 7 500 a。

图3 陆丰凹陷文昌组沉积相图（研究区位置见图1）Fig.3 Sedimentary facies of Wenchang Formation in Lufeng sag（see Fig.1 for location）

对每颗锆石进行U-Pb定年，最终获得3组年龄：207Pb／206Pb、207Pb／235U、206Pb／238U。对于封闭体系，U-Pb年龄是谐和的，反映出锆石的结晶年龄。而在实际情况下，由于热液或变质作用的影响，锆石有可能会Pb污染或丢失，导致U-Pb年龄不谐和。在数据处理中，对206Pb／238U年龄小于1 000 Ma的锆石选取206Pb／238U年龄，并以100×（207Pb／235U）／（206Pb／238U）计算谐和度；对206Pb／238U年龄大于1 000 Ma的锆石选取207Pb／206Pb年龄，并以100×（207Pb／206Pb）／（206Pb／238U）计算谐和度［7］。结合样品数据情况，选取合样品数据情况，选取谐和度介于90%～110%的锆石U-Pb年龄，并根据Kernel Density Estimation（KDE）方法绘制锆石年龄谱图［8-12］。

3 文二段、文五段碎屑锆石U-Pb年龄特征

经过预处理，共获得718个谐和年龄（表1），其中87%的锆石样品Th／U值大于0.3，以岩浆成因为主，Th／U＜0.1的变质成因锆石很少（图4）。样品碎屑锆石年龄从太古代到新生代都有分布（表1、图5），文二段最年轻年龄为39.1 Ma，最古老年龄为1 916 Ma；文五段最年轻年龄为43 Ma，最古老年龄为2 666 Ma。

表1 陆丰13东洼砂岩碎屑锆石U-Pb年龄组成统计Table 1 U-Pb ages distribution of detrital zircons of sandstone，Lufeng13 eastern sag

图4 陆丰13东洼碎屑锆石Th／U值Fig.4 Th／U ratio of detrital zircons of sandstones，Lufeng13 eastern sag

图5 陆丰13东洼文二段、文五段砂岩碎屑锆石U-Pb年龄谱图（n为年龄点个数）Fig.5 U-Pb age spectra for detrital zircons of sandstones of the 2nd and 5th Member of Wenchang Formation，Lufeng13 eastern sag（n refers to the number of age measurements）

3.1 文二段碎屑锆石U-Pb年龄特征

文二段4个砂岩样品共测得265个谐和锆石U-Pb年龄，样品中锆石年龄复杂（表1），不同时代的年龄均有分布，年龄谱具有多峰特征，其中主峰值为156、430 Ma（图5a—c）。每个样品都含有新生代的锆石，最年轻的年龄为39.1～40.0 Ma，表明样品所在地层年龄小于39.1 Ma，与文二段相符；太古代（Ar）锆石含量低，均在2.3%以下。

B-1井2个样品含有较多元古代（Pt）、古生代（Pz）锆石，平均含量达30%（表1），其中新元古代（Pt3）含量达13%；古生代志留纪锆石占10%，寒武纪、奥陶纪、石炭纪、二叠纪均有少量分布，不含泥盆纪锆石；中生代（Mz）白垩纪、侏罗纪锆石含量相当，各约占10%，三叠纪锆石含量很低。该井文二段碎屑锆石U-Pb年龄谱具有多峰特征，主峰值为430 Ma，次峰为160 Ma（图5a）。

C-1井4 130～4 165 m深度样品含有大量中生代（Mz）锆石，含量为33.7%，其中侏罗纪锆石含量最高达19.1%；古生代和元古代锆石含量相当，均为28.1%，古生代志留纪含量最高为12.4%，寒武纪、奥陶纪、石炭纪、二叠纪均有少量分布，不含泥盆纪锆石；元古代中新元古代（Pt3）含量最高，其次为中元古代（Pt2）和古元古代（Pt1）。该井文二段碎屑锆石U-Pb年龄谱具有多峰特征，主峰值为154 Ma、次峰为430 Ma（图5b）。

C-2井4 184～4 222 m深度样品含有大量古生代（Pz）锆石，含量为39.5%，其中志留纪含量最高达16.0%，其次为奥陶纪12.3%，寒武纪、石炭纪、二叠纪含量较少，不含泥盆纪锆石；中生代和元古代分别占23.5%、27.2%，其中中生代侏罗纪、白垩纪各占11%，不含三叠纪锆石；元古代锆石以新元古代（Pt3）为主。该井文二段碎屑锆石U-Pb年龄谱具有多峰特征，主峰为430 Ma，次峰为156 Ma（图5c）。

3.2 文五段碎屑锆石U-Pb年龄特征

文五段5个砂岩样品共测得345个谐和锆石U-Pb年龄，样品中锆石年龄复杂（表1），不同时代的年龄均有分布，年龄谱具有多峰特征，其中主峰值为154、430 Ma（图5e—g）。除了D-1井3 501～3 510 m深度外，其余样品都含有新生代的锆石，太古代（Ar）锆石含量低，均在2.9%以下。

D-1井3 501～3 510 m深度样品含有大量古生代（Pz）锆石，含量为46.6%，其中志留纪含量最高达17.2%，与其他样品不同的是含有15.5%泥盆纪锆石，不含石炭纪锆石；中生代（Mz）锆石占37.9%，其中三叠纪、侏罗纪、白垩纪各时代锆石含量相当；元古代（Pt）锆石含量较低为15.5%，其中新元古代（Pt3）含量达12.1%（表1）。该井文五段碎屑锆石U-Pb年龄谱具有多峰特征，主峰为430 Ma，次峰为150 Ma（图5d）。

E-1井3 209～3 234 m与3 324～3 357 m深度样品锆石年龄特征相似（表1），该井文五段有大量的中生代（Mz）和古生代（Pz）锆石，其中中生代以侏罗纪锆石为主；古生代以志留纪锆石为主，高达14%，不含泥盆纪锆石；元古代以新元古代（Pt3）为主。该井文五段碎屑锆石U-Pb年龄谱图，具有多峰特征，主峰为154 Ma，次峰为430 Ma（图5e）。

A-3井3 989～4 018 m与4 150～4 176 m深度样品含有大量中生代和古生代（Pz）锆石，其中中生代侏罗纪、白垩纪锆石含量相当；古生代以志留纪锆石为主，不含泥盆纪锆石；元古代以新元古代（Pt3）为主。该井文五段碎屑锆石U-Pb年龄谱具有多峰特征，主峰值为430 Ma，次峰为154 Ma（图5f）。

综上所述，文二段与文五段碎屑锆石U-Pb年龄复杂，不同时代的年龄均有分布，具有多峰特征，其中主峰值为156、430 Ma，表明文五段与文二段物源相似，且有继承性的特征。

4 源区残留地层岩性与年龄特征

4.1 岩性特征

前人研究表明［13-14］，南海北部基底不同时期岩性及分布如下：①前震旦结晶基底（元古代）在南海北部广泛分布，以变质岩为主；②震旦—早古生代也广泛分布于南海北部，是华南加里东褶皱带向海域的自然延伸，主要发育低绿片岩相变质岩；③晚古生代为浅变质的海西褶皱带，以浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩为主，但是珠江口盆地在晚古生代属于古隆起，因此缺失这一时期地层；④早中生代（晚三叠世—早侏罗世）主要在陆区发育，珠江口盆地零星分布；⑤晚中生代（中—晚侏罗世、白垩纪）珠江口盆地东部以海相和海陆过渡相为主，火山活动强烈，主要发育岩浆岩、沉积岩等。

从目前陆丰凹陷及周边区域钻遇基底的16口井来看，基底残留地层均是中生代，岩性主要为花岗岩和沉积岩，局部发育喷出岩、火山碎屑岩和变质岩。结合前人研究成果［14］，利用已钻井的基底岩性与地震相特征，从点到面，根据基底面之下均方根振幅属性平面图得到陆丰凹陷三维区基底岩性平面分布图（图6）。从图6可以看出，文二段与文五段主要物源区陆丰东低凸起残留地层岩性主要为花岗岩和沉积岩，但由于在文昌组沉积期之后可能仍然作为物源区遭受剥蚀，凸起表面残留岩层并不能完全代表文昌组沉积时期的物源区岩性。本研究的目的之一就是对该时期的物源区母岩特征进行定性约束。

4.2 锆石U-Pb年龄特征

如上所述，陆丰地区残留地层岩性主要为花岗岩和沉积岩，局部发育喷出岩、火山碎屑岩和变质岩，以下按照4个岩性系列来分述其锆石U-Pb年龄特征。

1）花岗岩。中生代花岗岩在珠江口盆地东部广泛发育，已有多口钻井证实。前人研究表明［15］，珠江口盆地东部花岗岩锆石年龄具有单峰特征，均为中生代，所有井年龄值统计以100～130或145～165 Ma区间为主，表明主要受到晚侏罗世和早白垩世两期岩浆侵入的影响，其中陆丰地区钻遇基底花岗岩G-1井锆石U-Pb年龄为109.2±1 Ma，H-1井锆石U-Pb年龄为100.4±2.1 Ma。

2）沉积岩。沉积岩基底主要分布在珠一坳陷东部，进行碎屑锆石U-Pb定年的有E-1、I-1井（图7）。E-1井3 540～3 555、3 609～3 639 m深度样品最年轻的年龄为92.2 Ma，表明样品所在地层年龄小于92.2 Ma，与中生代地层相符；I-1井2 297.5～2 307 m深度样品最年轻的年龄为93.7 Ma，表明样品所在地层年龄小于93.7 Ma，也与中生代地层相符。

图6 陆丰凹陷基底岩性平面分布图（研究区位置见图1）Fig.6 Planar distribution map of basement lithology in Lufeng sag（see Fig.1 for location）

图7 陆丰13东洼中生代砂岩碎屑锆石U-Pb年龄谱图（n为年龄点个数）Fig.7 U-Pb age spectra for detrital zircons of Mesozoic sandstones，Lufeng13 eastern sag（n refers to the number of age measurements）

E-1井3 540～3 555、3 609～3 639 m深度样品含有较多中生代（Mz）和古生代（Pz）锆石，其中中生代侏罗纪锆石含量最高达18%，其次为白垩纪锆石；古生代（Pz）中志留纪含量最高，不含寒武纪锆石；元古代（Pt）以新元古代（Pt3）锆石为主，含量达17%（表1）。该井沉积岩年龄谱具有多峰特征，主峰值为430 Ma，次峰值为160 Ma（图7a）。

I-1井2 297.5～2 307 m深度样品含有较多中生代（Mz）锆石，含量为52.6%，其中中生代侏罗纪锆石含量高达42.1%；古生代（Pz）锆石含量略低，含量为36.8%，古生代中志留纪含量最高，不含寒武纪、石炭纪锆石；元古代（Pt）锆石含量很低，为10.5%，全部为新元古代（Pt3）锆石（表1）。该井沉积岩年龄谱具有多峰特征，主峰为154 Ma，次峰为430 Ma（图7b）。

由此可知，陆丰地区中生代沉积岩碎屑锆石UPb年龄复杂，不同时代的年龄均有分布，且具有多峰特征，其中主峰值为154、430 Ma，与沉积区文二段、文五段的砂岩样品锆石年龄谱特征相似。

3）喷出岩。前人研究表明［15］，珠江口盆地喷出岩形成时间有四期：早白垩世110 Ma左右、早白垩世末期97 Ma左右、始新世60 Ma左右、始新世40 Ma左右，其中以后两个时期为主，代表南海北部新生代两期重要的火山活动。

4）变质岩。陆丰地区仅有J-1井钻遇基底变质岩，岩性为云母斜长片麻岩（其原岩花岗岩具有片理构造），锆石U-Pb年龄为161.6±2.4 Ma，推测为中生代侏罗世花岗岩变质形成。

5 物源示踪意义

研究区文二段的碎屑锆石U-Pb年龄主要集中在90～170、420～460 Ma两个区间，文五段的碎屑锆石U-Pb年龄主要集中在90～180、400～460 Ma两个区间，分别对应中生代早白垩世—中侏罗世、古生代晚志留世—晚奥陶世，这一结果与珠江口盆地不发育早侏罗世—晚三叠世、晚古生代（泥盆纪、石炭纪、二叠纪）地层相吻合。从珠江口盆地东部所有钻遇基底的井来看，基底现今残留地层均为中生代，因此推测文二段与文五段主要物源为中生代地层，不可能是古生代地层。对比沉积区文二段、文五段碎屑锆石U-Pb年龄谱特征与物源区残留地层不同岩性对应的年龄谱特征，结果表明文二段、文五段年龄谱特征与中生代沉积岩年龄谱特征相似，均表现为年龄复杂，不同时代的年龄均有分布，且具有多峰特征，其中主峰值为156、430 Ma；同时文二段和文五段还有40～42 Ma次峰值，与始新世喷出岩的年龄一致。因此，推测研究区文二段、文五段的物源主要来自中生代沉积岩，局部可能受到新生代始新世喷出岩的影响。

另外，通过研究区砂岩铸体薄片中岩屑类型和重矿物组合特征可对文二段和文五段的物源恢复结果进行佐证。铸体薄片鉴定结果表明，文二段和文五段岩屑类型与中生界砂岩相似（图8），均以变质岩岩屑和喷出岩岩屑为主，可见少量花岗岩岩屑和沉积岩岩屑，推测变质岩岩屑、部分喷出岩岩屑主要来自中生代沉积岩，另有少量喷出岩岩屑可能来自始新世喷出岩，花岗岩岩屑可能有少量中生代花岗岩物源的贡献，沉积岩岩屑由于不太稳定，保存下来较少；同时，文二段、文五段重矿物组合以锆石、白钛矿为主，文五段还可见较多的电气石和石榴石（图9），表明文二段、文五段砂岩成分成熟度较高，物源以沉积岩为主［16-17］，符合中生代沉积岩再沉积的特征，局部可能受到岩浆岩和变质岩的影响。

图8 陆丰13东洼文二段、文五段、中生界砂岩岩屑类型统计Fig.8 Statistical chart for rock debris types of sandstones of the 2nd and 5th Member of Wenchang and Mesozoic Formation，Lufeng13 eastern sag

图9 陆丰13东洼文二段、文五段砂岩重矿物统计Fig.9 Statistical chart for heavy mineral types of the 2nd and 5th Member of Wenchang Formation，Lufeng13 eastern sag

综上所述，研究区文二段、文五段物源主要为中生代沉积岩，局部可能受到新生代始新世喷出岩、中生代花岗岩物源的影响。中生代沉积岩给文二段、文五段提供物源，解释了陆丰13东洼深层文昌组发育优质储层的根本原因。由于中生代沉积岩的再沉积，文二段、文五段储层石英含量高，成分成熟度、结构成熟度高，储层抗压实能力强，原生孔隙发育，物性好，测试产能高。

6 结论

1）陆丰13东洼文二段、文五段砂岩主要为岩浆成因锆石，锆石U-Pb年龄复杂，从太古代到新生代都有分布；年龄谱具有多峰特征，主峰值为156、430 Ma。

2）陆丰13东洼基底残留岩性主要为花岗岩和沉积岩，局部发育喷出岩、火山碎屑岩和变质岩，其中花岗岩锆石U-Pb年龄为单峰特征，所有井年龄值统计主要为100～130、145～165 Ma两个年龄段。沉积岩锆石U-Pb年龄谱具有多峰特征，主峰值为156、430 Ma。

3）综合锆石U-Pb定年、薄片岩屑类型和重矿物等物源示踪方法，分析认为陆丰13东洼文二段、文五段物源主要为中生代沉积岩，局部可能受到新生代始新世喷出岩、中生代花岗岩物源的影响，而中生代沉积岩提供物源的储层在深层仍然具有较好的物性和产能。

致谢：在资料收集和论文撰写过程中，得到了中海石油（中国）有限公司天津分公司王清斌、刘晓健，中海石油（中国）有限公司深圳分公司雷永昌、向巧维、刘冬青、汪旭东、李潇的指导与帮助，在此表示由衷的感谢！