渤海海域渐新统古地磁年代地层柱的建立及其地质意义

李建平 刘士磊 龚莹杰 戴黎明

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

渤海海域渐新统古地磁年代地层柱的建立及其地质意义

李建平 刘士磊 龚莹杰 戴黎明

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

渤海海域渐新统顶、底界线及内部地层单元没有实测地质年龄，对其地质年龄的确定只能参考国际年表。利用古地磁测年法确定了渤海海域渐新统地质年龄，建立了与国际古地磁标准年代表的对应关系，首次获得了最完整的渤海海域渐新统古地磁年代地层柱。在此基础之上，开展了渤海海域渐新统沉积速率计算、湖平面变化曲线校正和地层埋藏史分析，从而为该区油气勘探研究提供了新的地质依据。

渤海海域渐新统古地磁年代地层柱沉积速率湖平面变化曲线地层埋藏史地质意义

以往渤海海域渐新统顶、底界线及其内部地层单元没有实测地质年龄值，只能参考国际年表来确定其地质年龄。然而，由于国际年表不能完全照搬套用，我国其他各大型油气区均已采用各种方法建立起了符合本区实际的地质年表，因此建立渤海海域渐新统地质年表势在必行。与众多的年代测量方法相比，古地磁测年法精度较高［1］，且样品不受岩性限制，具备特定的优越性，所以笔者利用古地磁测年法建立了渤海海域渐新统古地磁年代地层柱，并在此基础上开展了该地区渐新统沉积速率计算、湖平面变化曲线校正及埋藏史分析，从而对渤海海域古近系渐新统有了一个全新的认识。

1渤海海域渐新统古地磁年代地层柱的建立

1.1 样品来源

本次研究所用样品为辽东湾地区A井和B井东二段下亚段岩心。A井位于辽西凸起中部，取样井段1 338～1 521 m，岩心长183 m，岩性多为含油粉砂岩、细砂岩和部分泥岩;B井位于辽西凹陷北端，取样井段1 665～1 728 m，岩心长63 m;岩性为砂岩、粉砂岩夹薄层泥岩。

A井和B井采集非定向及定向古地磁样品共计1 978块。其中，A井岩心采集古地磁定向样品716块，采样间距约25 cm;B井岩心采集古地磁定向样品168块，采样间距约40 cm。A井采集磁化率样品739块，平均采样间距约24 cm;B井采集磁化率样品355块，采样间距约19 cm。

1.2 数据测量与处理

采用中国科学院地质与地球物理研究所“古地磁学与地质年代学实验室”长岩心低温超导磁力仪(型号2G-760R)，对每个样品的每个退磁步骤进行了剩磁测量。热退磁实验采用MMTD80型热退磁炉，交变退磁实验采用2G 760-R低温超导磁力仪交变退磁系统。所有样品的退磁实验和剩磁测量都在零磁空间中进行，保证了数据质量的可靠性。

1.2.1 磁化率测定

每次测试1块样品。先对每一块样品称重，然后利用Bartington MS2磁化率仪测试样品的磁化率，最后计算得到样品的质量磁化率。

1.2.2 系统退磁

根据古地磁研究的国际规范，对全部定向样品进行系统退磁。针对样品的特性，采用不同的系统退磁方法。

对于含油砂少或不含油砂的岩石样品，采用逐步热退磁方法，退磁步骤依次为80、150、200、250、300、350、400、450、500、550、585、610、620、630、640、650、660、670、680℃。

对于含油砂较多的岩石样品，采用逐步交变退磁方法，退磁步骤依次为50、75、100、125、150、200、250、300、400、500、600℃。

1.2.3 剩磁测定

在零磁空间中，利用2G-760R型长岩心低温超导磁力仪测量样品在每一个退磁步骤的剩磁参数，包括剩磁强度、磁倾角、视磁偏角。

1.2.4 数据处理

经过仪器读数，简单计算，即可得到样品的质量磁化率，具体计算公式为

磁化率(χ)=仪器读数×10(g)/样品质量(g)，χ的单位为10－8m3/kg。

采用国际通用的PMag31d40程序分析样品特征剩磁。

1.3 实验数据分析

1.3.1 测试数据质量控制

为确保数据可靠性，采用了严格的古地磁研究步骤。首先对所有定向样品进行系统退磁;其次针对不同样品特性，采用热退磁或者交变退磁对样品进行系统退磁;再采用低温超导磁力仪在零磁空间中开展退磁和剩磁测量;最后采用严格的标准，选择可靠的特征剩磁。

为保证特征剩磁可靠，采用了以下方法:①对于热退磁样品，采用高温分量。当特征剩磁载体是磁铁矿，选取≥400℃的退磁步骤;当特征剩磁载体是赤铁矿，采用≥610℃的退磁步骤。②对于交变退磁样品，采用高场分量(即≥30 mT的退磁步骤)。③每个样品至少保证4个连续的退磁步骤，实际上绝大多数样品退磁步骤为11～19次。④每个样品的最大角偏差(MAD)≤15°，实际上，大多数样品的MAD＜10°。

1.3.2 磁化率特征

测试结果与磁性岩石的基本规律一致，即含油砂少或不含油砂的岩石样品，其中磁铁矿微小晶体的含量较高，磁化率高;含油砂较多的岩石样品，其中有部分磁铁矿微小晶体被还原(溶解)，磁化率有所降低。

A井的磁化率基本低于15×10-8m3/kg，并表现出显著的波动性特征(图1);B井的磁化率基本低于20×10-8m3/kg，但底部的磁化率可达50×10-8m3/kg，并表现出显著的波动性特征(图2)。

1.3.3 剩磁特征

通过系统退磁实验，在去除掉1到2个次生磁组分之后，成功分离出了特征剩磁组分。利用PaleoMag软件进行主成分分析，并通过最小二乘法拟合计算得到样品的特征剩磁方向(注:磁偏角是任意的)。

A井的716块样品中，有346块(占48%)获得可靠的特征剩磁;B井的168块样品中，有109块(占65%)获得可靠的特征剩磁。实验采用了线性退磁方法，即逐步加热退磁使得原始剩磁的正交分量投影点逐步回到原点。

所有有效剩磁测量的样品，其磁极确定获得了至少5个以上有效数据点的拟合，MAD全部小于15°。其中，B井磁极的确定中，82%样品的磁极性的确定采用了9个以上的数据点，74%样品的MAD小于10°;A井磁极的确定中，82%样品的磁极性的确定采用了9个以上的数据点，84%样品的MAD小于10°。分别以获得正磁极性的样品(A14-14)及获得负磁极性的样品(B3-3)为例，说明剩磁实验数据的可信度。

样品A14-14采自A井井深1 454.6 m处，为含油泥质粉砂岩。退磁过程中的磁倾角变化线性效果很好，且逐步趋向原点，所以显示大部分剩磁为原生剩磁，退磁效果很好。该样品的MAD为4.0°，远小于古地磁学中规定的MAD＜15°的限度。该样品获得正极性，经10个有效退磁点的计算，其磁倾角为+42.1°。

样品B3-3采自B井深度1 693.4 m处，为粉砂岩。退磁过程中的磁倾角变化线性效果很好，且逐步趋向原点，所以获得的剩磁大部分为原生剩磁，退磁效果很好。该样品的MAD为3.2°，也远小于古地磁学中规定的MAD＜15°的限度。该样品获得负极性，经10个有效退磁点的计算，其磁倾角为－42.8°。

由于样品的磁偏角是任意的，因此利用获得的特征剩磁方向的磁倾角数据建立了A井和B井磁极性序列。

1.4 测年结果

按照古地磁学原理，并非所有极性数据都有效，只有3个以上具连续极性的点的数据方为有效，其他数据则被视为短暂极性倒转事件(飘移)而被剔除。

1.4.1 古地磁极性测试结果

A井记录了9个磁极性带，从顶到底依次为N1、R1、N2、R2、N3、R3、N4、R4、N5(图3);B井记录了6个磁极性带，从顶到底依次为N1、R1、N2、R2、N3、R3(图4)。

图3 辽西凸起中部A井磁极性序列及其与国际地磁极性年表的对比

1.4.2 测试结果与标准地磁年表对比

渤海海域上渐新统包括东一、东二和东三段，其时代跨度为24.0～36.5 Ma;新建立的A井和B井古地磁极性柱位于东二段下亚段的下部，故其底部年龄应为30 Ma左右。

在35～30 Ma期间，全球海平面升高，所有沉积体系的基准面都在升高，导致全球沉积物偏细，渤海海域形成了东三段大套泥岩;30 Ma是转折点，在30～26 Ma期间，全球海平面持续下降，所有沉积体系的基准面都在下降，导致全球性发育大规模的三角洲沉积，在这时期渤海海域广泛发育了东二段三角洲沉积。经实钻证实，A井发育多期三角洲沉积，与全球性三角洲体系吻合。

图4 辽西凹陷北端B井磁极性序列及其与国际地磁极性年表的对比

综合以上分析，建立了渤海海域A、B井与国际古地磁标准年表的对比关系(图3、4)。

1.4.3 渐新统古地磁年代地层柱的建立及应用分析

1999年，中国地质大学对渤海地区C井和D井进行了古地磁研究，建立了这2口井的古地磁年代地层柱。本文在上述4口井古地磁研究的基础上，将各井古地磁年代地层柱对接，在渤海海域第一次建立了渐新统最完整的古地磁年代地层柱(图5)和古地磁时代年表(表1)，据此可以开展该地区渐新统沉积速率分析、盆地埋藏史分析及湖平面变化规律研究。

1.4.4 沉积速率分析

确定了岩心柱的古地磁年龄后，可根据底层回剥技术［2］逐层恢复沉积盆地每层当时的沉积厚度［3-4］，进而求出盆地在不同地质时代的沉积速率。结果显示，渤海海域A、B两口井沉积速率有较大差别。

A井在29.76～27.97 Ma之间沉积速率明显较大，平均值为98.8 m/Ma，大多数时间段内其沉积速率都超过100 m/Ma，具体表现为:在29.76～29.66 Ma之间，沉积速率平均值为79 m/Ma;在29.66～29.40 Ma之间，沉积速率平均值为316 m/Ma;在29.40～28.75 Ma之间，沉积速率平均值为90m/Ma;在28.75～28.58 Ma之间，沉积速率平均值为296 m/Ma;在28.58～28.38 Ma之间，沉积速率平均值为124 m/Ma;在28.38～27.97 Ma之间，沉积速率平均值为67 m/Ma。

图5 渤海海域渐新统古地磁年代地层柱

表1 渤海海域渐新统古地磁时代年表

B井在30.10～28.75 Ma之间沉积速率均小于100 m/Ma，平均值为46.7m/Ma，具体表现为:在30.10～29.77 Ma之间，沉积速率平均值为14 m/Ma;在29.77～29.40 Ma之间，沉积速率平均值为90 m/ Ma;在29.40～28.75 Ma之间，沉积速率平均值为97 m/Ma。

测井综合剖面显示，A井钻遇东二段下部，至少发育有4期三角洲，这是该井该段沉积速率大的主要原因;而B井所钻遇的东二段，当时的沉积物质应来自“中央凸起”，物质来源相对不丰沛，这可能是其沉积速率低的主要原因。

上述沉积速率分析给我们以下启示:①同一层位在不同沉积区的沉积速率差异可以很大;②同一口井不同井段的沉积速率并非相近;③砂岩的沉积速率未必大于泥岩的沉积速率;④研究沉积演化时不能假定沉积速率是稳定的［5-7］。

1.4.5 盆地埋藏史分析

利用B井地层厚度和地层年代及其他参数，获得了该井地层埋藏史图(图6)，从而为该井区成藏分析提供了更为准确的依据。

图6 经古地磁年代校正的辽西凹陷北端B井地层埋藏史图

1.4.6 湖平面变化规律研究

湖平面相对变化最可靠的地层标志是层序中的上超和顶超沉积边界。利用湖平面相对变化的持续时间和变化幅度，可以得到湖平面相对升降周期的曲线(图7)，但进一步经古地磁时间校正后的湖平面变化曲线更为准确(图8)。

图7 未经古地磁时间校正的辽西凸起中部A构造湖平面变化曲线

图8 经古地磁时间校正的辽西凸起中部A构造湖平面变化曲线

2地质意义

(1)可以满足渤海海域精细勘探、高效开发的需要

渤海海域渐新统从沙二段到东一段是一个完整的湖进湖退序列［8］，其中东营组尤其是东二段普遍发育三角洲沉积，是渤海探区的一套重要含油层系，而精细的地层格架是科学实施隐蔽油气藏等精细勘探和高效开发的基础和前提。磁性地层研究与生物地层学、旋回地层学相结合，可以建立地区性高分辨率极性时间表，大大提高了该地区地层对比的精度和尺度，满足了精细地层格架的需要。

(2)能够成为盆地演化、古地理格局恢复的新依据

层序界面的暴露和淹没会导致磁性矿物的富集和(或)矿物相的转变，而不同体系域水体深浅的变化趋势也会导致氧化—还原环境和充填速率的规律性变化，地层剖面的磁化率对此均有一定的反映。通过磁性测量，建立不同层序位置、不同沉积环境的磁化率模式，进而建立新的沉积环境替代性指标，为精准恢复岩相古地理提供了新的技术手段。

(3)可以提供准确的油气成藏时限

传统成藏时限的确定主要是依据构造演化史、圈闭形成史与烃源岩生排烃史作推断，能较为准确地提供盆地或区带尺度成藏事件的时限，但难以定量解决单个油气藏成藏时限。研究表明，烃类流体聚集与磁性矿物生成、变化密切相关，剩磁分量平均方向统计特征与同一大地构造单元古地磁背景相结合能够识别出与烃类流体运聚作用相关剩磁分量，据此计算的古地磁极位置及古地磁极性年代表所确定的剩磁分量的形成时代可提供准确的油气成藏时限。

3结束语

古地磁测年法是一种精细的测年技术，可为建立精细年代地层格架提供新的技术手段，据此建立的渤海海域渐新统古地磁年代地层柱为渤海探区下一步勘探打下了很好的基础。基于测定的古地磁磁化率和剩余磁性，对研究区东营组的地质定年、湖平面变化等进行了分析与校正，获取了准确的沉积速率、湖平面变化曲线和地层埋藏史，从而为该区油气勘探研究提供了新的地质依据。本次研究基本上建立起了渤海海域渐新统古地磁柱，而且也摸索出了一套深入研究这一地质问题的基本思路。今后有必要继续拓展研究，以建立渤海海域整个新生界完整的古地磁年代系统为目标，以便更好地满足该区的精细勘探需求。

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［8］侯贵廷，钱祥麟，宋新民．渤海湾盆地形成机制研究［J］．北京大学学报:自然科学版，1998，34:503-509．收稿日期:2012-07-17改回日期:2012-09-18

(编辑:周雯雯)

A paleomagnetic column of Oligocene chronostratigraphy and its geological significance in Bohai water

Li Jianping Liu Shilei Gong Yingjie Dai Liming
(Bohai Oilfield Exploration and Development Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452)

In Bohai water，the geological ages of Oligocene top，base and its internal units can only be referred to some global geochronologic charts for their lack of the measured data．Therefore，palaeomagnetic dating was used to determine these geological ages，and their correlation with Global Palaomagnetic Time Scale was established，resulting in the most complete paleomagnetic column of Oligocene chronostratigraphy in Bohai water for the first time．Based on this paleomagnetic column，some important works can be done in Bohai water，including calculating the Oligocene sedimentation rate，calibrating the curves of lake-level change and analyzing the burial history，which will provide new geological evidences for hydrocarbon exploration in Bohai water．

Bohaiwater;Oligocene;palaeomagnetism; chronostratigraphic column;sedimentation rate;lakelevel change curve;burial history;geological significance

李建平，男，教授级高级工程师，主要研究方向为地层、沉积学与石油地质。地址:天津市塘沽区609信箱(邮编:300452)。E-mail:lijp@cnooc．com．cn。