瓊東南盆地上新世中央峽谷物源分析及其意義①

李 冬 徐 強 王永鳳

(1.中海油研究總院 北京 100027;2.石油化工管理干部學院 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)之后深受廣大學者關注［1-13］，其物源問題是中央峽谷研究的關鍵基礎科學問題之一，一直處于爭論之中。起初認為該峽谷早期為東部物源，晚期為西部物源，主要是由于構造運動所引起［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，峽谷西側物源起主導地位，晚期表現為沉積物側向充填特征主要受到海南島物源影響［12］。此外一些學者認為其可能來自越南東部河流(僅為推測，無報道，圖1)。可見，目前對中央峽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作用并沒有統一的認識。究其原因在于目前所用的分析方法主要是根據峽谷的走向以及少有的重礦物數據。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距離發生變化等因素，導致了利用重礦物的平面分布規律(如ZTR指數變化等)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的物源分析手段，并結合重礦物組合特征，分析了中央峽谷的物源特征，為中央峽谷后續研究奠定了扎實的基礎。

1 區域概況

鶯歌海—瓊東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，峽谷西側的物源對中央峽谷的形成具有重要的貢獻［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(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%)，反應了紅河沉積物區母巖為變質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)均表現為較低的ZTR指數和較高的石榴石含量，指示中央峽谷上新世沉積物母巖區以變質巖或基性巖為主，明顯區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，也是目前應用較廣、應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，送往中國地質科學院礦產綜合利用研究所進行測試分析，測試結果見圖3。從圖3a中可以看出，中央峽谷沉積物、鶯歌海盆地D區沉積物以及紅河物源沉積物在δEu和(La/Yb)N關系圖中投點集中在同一區域，說明中央峽谷、D區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異常區和負Eu異常區:正Eu異常區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Eu異常區位于正Eu異常區兩側，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關系圖;b.稀土元素球粒隕石標準化配分模式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行物源區對比較為成熟。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20和21。對于測試結果，刪除不諧和度大于20%的鋯石年齡以確保數據的可用性。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生過重大變化，并有研究表明紅河水系發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)和現今沉積物鋯石年齡譜分別代表紅河物源區特征。圖4為中央峽谷(5.5～3.6 Ma)和潛在物源區鋯石年齡譜的平面分布特征，從圖中可以看出，越南東部的現今一些河流，包括馬江、藍江、里河、秋濱河以及歸仁河等的鋯石年齡較為相似，年齡峰值均出現在400 Ma左右或小于400 Ma;馬江、藍江與里河中大于1 000 Ma的鋯石不發育，而在秋濱河與歸仁河中大于800 Ma的鋯石不發育。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在小于400 Ma的區間內，而大于400 Ma的鋯石發育很少(黎河僅在1 200～1 600 Ma少量發育，感恩河僅在1 200 Ma左右少量發育)，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?從現今紅河的鋯石年齡分布來看，鋯石年齡的分布區間與中央峽谷同樣表現出不同的分布特征，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，而高原的隆升歷史和長江的形成是學術界研究的熱點問題，并且已有100余年的研究歷史。然而，對于該問題尚沒有統一的認識。從本文的分析結果來看，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今明顯不同，指示了紅河在3.6 Ma以前并沒有發生重大變化，而是在3.6 Ma至今某個時期紅河水系發生了重大變化。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:與大河注入相關的濁流體系是油氣勘探的重要目標，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，決定了深水區是否存在大型碎屑儲集體，進而決定了深水油氣勘探的成敗［22］。上新世中央峽谷規模較大，其主要來源于紅河，證明其與大河注入相關，這為中央峽谷成為深水區大型儲集體提供了重要的物質基礎，使其能夠成為南海西北部深水油氣勘探目標。

中央峽谷形態特殊、規模較大，其形成機制與控制因素是其研究的難點問題。中央峽谷主要物源區的確定，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，應將瓊東南盆地以及中央峽谷沉積物卸載區一并考慮。

4 結論

(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作用。

(2)紅河水系在歷史時期曾經發生重大改變，這種改變可能發生在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，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奠定了物質基礎。

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