四川盆地西北部二叠系辉绿岩断层破碎带热液锆石特征及地质意义

刘小洪, 陈珺朗, 冯明友*, 卓宜茜, 王委委, 尚俊鑫

四川盆地西北部二叠系辉绿岩断层破碎带热液锆石特征及地质意义

刘小洪1, 2, 陈珺朗1, 冯明友1*, 卓宜茜1, 王委委1, 尚俊鑫1

(1. 西南石油大学 地球科学与技术学院, 四川 成都 610500; 2. 天然气地质四川省重点实验室, 四川 成都 610500)

四川盆地西北部广元地区二叠系碳酸盐岩地层被辉绿岩岩脉沿断层侵入并发育断层破碎带。为明确广元地区杨家岩剖面中二叠统辉绿岩岩脉断层破碎带中热液锆石特征, 探讨与锆石形成有关的热液活动性质、来源及时限, 本文利用薄片观察、扫描电镜+阴极发光分析、LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年以及荧光分析等技术方法和手段开展综合研究。结果表明: 热液锆石主要产出于辉绿岩脉断层泥质–角砾状充填物中, 具典型热液锆石形态、结构及微量元素特征; 锆石206Pb/238U表面年龄为110～114 Ma, 加权平均年龄为112.0±0.9 Ma,说明燕山Ⅲ幕(早白垩世末期)构造运动及流体活动已影响到龙门山北段的川西北地区。携带SiO2等物质、具较高温度的深部热液流体与烃类流体混合沿断层带进入二叠系, 除在断层破碎带中与Zr4+结合形成热液锆石外, 还形成部分次生溶孔; 对于封闭性较好的区域, 因压力释放及温度降低, 过饱和SiO2迅速晶出并充填孔隙及裂缝, 使岩石孔隙度急剧降低; 晚期方解石的沉淀进一步降低岩石的储集空间, 严重影响储层储集性能。流体充填是造成川西北部广元地区火山岩侵入体断层破碎带火山岩及围岩致密化的重要原因。

四川盆地; 二叠系; 辉绿岩; 断层破碎带; 热液锆石

0 引 言

断层带通常由一系列复杂的断层面和两侧破碎岩块及破裂面组成(Davis and Reynolds, 1996)。其中, 断层破碎带由受断层相关的破裂作用影响的岩体组成, 其层面及继承性组构多被保存(Blanpied et al., 1992; Faulkner et al., 2011)。在断层破碎带或断裂带内可见地震活动过程中断层面作用的产物——断层泥、断层角砾或假玄武质玻璃, 它们的形成与断裂发展过程和造山带构造演化过程关系紧密, 代表了特殊的构造或古地震事件, 对它们年代的确定可为造山带古地震或古断裂的早期活动提供直接证据(Sherlock and Hetzel, 2001; 刘建民和董树文, 2001; 刘建民等, 2004)。此外, 火山岩断层破碎带渗透性多因大范围破裂作用而增强, 明确火山岩断层破碎带时空转换及渗透性结构对探讨地壳流体流动至关重要(Sibson, 1977, 1987; Curewitz and Karson, 1997; Nara et al., 2011; Mitchell and Faulkner, 2012)。

四川盆地西北部(川西北)广元地区杨家岩剖面是国内外学者研究四川盆地西部二叠系–三叠系碳酸盐岩地层层序格架、沉积相、白云岩储层及二叠纪–三叠纪转换期(PTB)火山事件的重点剖面。钟怡江(2009)、何江等(2015)、梁宁等(2016)、王欣欣(2017)曾相继就该剖面中二叠统茅口组–栖霞组、上二叠统吴家坪组–大隆组、下三叠统飞仙关组层序划分、沉积微相及储层发育特征等进行过较为细致的分析。杨家岩剖面茅口组中部(茅二段–茅三段)发育了近200 m厚沿断层侵入的辉绿岩岩脉, 推测其与上扬子西缘大规模的峨眉山玄武岩同期同源, 但相关深入研究较少。与峨眉山地幔柱有关的岩浆活动对四川盆地西部晚二叠世–早三叠世的沉积过程产生了深远影响, 同时还可能影响区域生物环境及油气成藏(张招崇, 2009; 朱传庆等, 2010; 张廷山等, 2011; 李宏博和朱江, 2013; 何冰辉, 2016; 刘冉等, 2021)。近年来, 峨眉山大火山岩省(ELIP)活跃期的岩浆及后期热液对栖霞组、茅口组碳酸盐岩早期和晚期白云岩化作用的影响亦受到了广泛关注, 部分学者认为该期热液对碳酸盐岩储层起到有效提升作用(董翼昕, 2020; 黎霆等, 2021)。此外, 广元地区岩脉及后期热液流体与峨眉山玄武岩喷发时间及来源的关系, 直接影响对川西北地区碳酸盐岩储层成因机理的剖析。

热液锆石研究为多期热液活动对构造–沉积格局及储层影响提供依据(谢磊等, 2006)。本研究以出露于杨家岩剖面茅口组中部的辉绿岩岩脉为主要研究对象, 在野外产状、岩石学及矿物学特征研究基础上, 对其断层破碎带中热液锆石U-Pb年龄开展研究, 并结合区域埋藏史及围岩流体包裹体特征, 综合分析与锆石形成有关的热液活动性质、来源及时限, 探讨该期构造或热液事件对围岩的影响因素, 以期为川西北地区多期热液流体对火山岩或碳酸盐岩储层的改造效应提供部分支撑。

1 地质概况

川西北地区处于上扬子准地台北部边缘3个次级构造带的交会部位(图1a), 该区构造–沉积演化与扬子板块北缘及南秦岭洋的活动密切相关。从大地构造划分来看, 研究区属上扬子准地台北缘的龙门山山前断褶构造带北段和米仓山台缘断褶带西段。龙门山山前断褶带属于上扬子准地台向外围槽区过渡的台缘断褶带, 呈NE向展布, 大致以安县–江油间NW向隐伏深断裂为界将其分为南段和北段, 广元地区属龙门山山前断褶带北段。区内断褶构造长期活动频繁, 中二叠统栖霞组、茅口组及上二叠统吴家坪组为该区天然气的主要产层, 下二叠统梁山组及中二叠统龙潭组为煤矿主要产层。

石炭纪末期, 四川盆地发生云南运动, 在其形成的准平原化地貌背景之上, 依次沉积了下二叠统梁山组海陆过渡相含煤泥页岩、中二叠统栖霞组和茅口组以泥晶灰岩、生物灰岩及白云岩为主的海相碳酸盐岩。中二叠统茅口组沉积末期, 发生了影响区域构造格局的东吴运动, 爆发了峨眉地裂运动, 除近源堆积了巨厚的峨眉山玄武岩, 还在川西南大邑–眉山等周边沉积了富含火山碎屑物质的宣威组碎屑岩; 而川西北广元–旺苍一带因地壳的均衡作用, 发生差异性拉张沉降事件, 形成拉张性海槽区, 即广旺海槽(王兴志等, 2021)。东吴抬升运动之后的海陆交互相–滨岸沼泽含煤建造及浅海碳酸盐岩–硅质岩建造, 主要沉积了龙潭组黏土质页岩及煤层、吴家坪组海相富含燧石团块(或条带)石灰岩夹少量凝灰岩, 较深水区还沉积了深色硅质灰岩(何江等, 2015)。受东吴运动影响, 盆地内茅口组受到不同程度的剥蚀, 茅四段仅在川西南成都、乐山及川东丰都等地保留较全。

2 样品采集与分析方法

杨家岩剖面位于广元市朝天区西北乡乌木沱煤矿矿权区。区内寒武系–三叠系发育完整, 露头出露良好(图1b、c)。本研究样品主要采自杨家岩剖面侵入于茅口组碳酸盐岩地层中的辉绿岩岩脉及其断层破碎带, 共采集18个样品磨制成薄片, 利用西南石油大学油气地质与勘探实验教学中心Olympus BX53M透反射偏光显微镜完成鉴定工作; 并挑选不同位置5个样品(4个辉绿岩样品和1个断层破碎带样品)开展岩石地球化学分析和锆石分选。岩石样品的破碎和锆石分选均由河北省廊坊区域地质调查研究所实验室完成, 其中4个辉绿岩样品均未挑选出数量足够且特征明显的锆石。岩石地球化学分析测试工作由澳实分析检测(ALS Minerals-ALS Chemex) (广州)有限公司完成, 主量元素测定采用MEXRF26d化验分析法, 即用偏硼酸锂熔融、X荧光光谱分析, 共测试14种氧化物含量(其中Cr2O3<0.01%未列出)及烧失量, 检测范围为0.01%～100%, RSD=0.1%～1%,其中部分样品含有S, 按30%灼烧分解SO3被CaO吸收, 计入加和; 微量元素测定采用ME-ICP61化验分析法, 用四酸消解, 等离子光谱分析检测; 稀土元素测定采用ME-MS81化验分析法, 用硼酸锂熔融, 等离子质谱仪定量分析。

图1 峨眉山大火山岩省分布(a; 据訾建威等, 2008; He et al, 2010)、地质简图(b)及地质剖面图(c)

对断层破碎带中样品进行年代学分析。锆石制靶、阴极发光以及LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。在双目镜下挑选出晶形较好、无明显裂隙、无包裹体且透明度较好的具有代表性的锆石, 将其粘在环氧树脂上制成样品靶, 然后磨光抛光至颗粒中心暴露。先在透射光和反射光下对样品进行照相, 然后在扫描电子显微镜下通过阴极发光(CL)图像对锆石的晶体形态和内部结构特征进行详细研究, 以选择合适的点进行分析。用德国Microlas公司的Geolas200M激光剥蚀系统与Agilent 7500a ICP-MS联机进行测定, 激光束直径为24 μm, 频率为10 Hz, 剥蚀深度为20～40 μm, 锆石年龄测定采用国际标准锆石GJ-1、91500作外标, 元素含量采用NIST610为外标,29Si为内标。详细的实验原理及流程参考袁洪林等(2003)。年龄计算及谐和图用Isoplot(ver.3)程序完成, 普通Pb由实测204Pb校正, 同位素比值和单个年龄误差为1σ相对误差, 由于样品较为年轻,207Pb测定结果误差较大, 因此采用206Pb/238U年龄, 其加权平均误差为1σ。包裹体测温采用德国THMSG600型冷热台, 测温范围为−196～600 ℃, 温度精度为0.1 ℃,加热和冷冻速率为0.1～150 ℃/min。

3 结 果

3.1 岩石学及矿物学特征

根据野外踏勘结果, 中二叠统茅口组岩性以薄–中层灰色含生物灰岩及含燧石团块泥晶灰岩为主, 成层性好(图2a); 岩脉宽约30～50 m, 与茅口组(茅二段–茅三段)呈断层–平行不整合接触; 岩脉以辉绿岩为主, 新鲜面呈灰黑色, 具细粒结构、斑状结构, 块状构造, 偶见气孔–杏仁构造(围岩断层接触面附近)(图2a); 岩石局部因断层影响破碎明显, 并因风化而成褐黄色, 同时发育大量裂隙, 被后期方解石充填(图2b); 局部可见辉绿岩被断层贯穿, 断面平直, 宽度约为40 cm, 其间被褐红色泥状–角砾状破碎物质及黑色沥青充填(图2c、d), 具有明显的断裂岩特征(郑勇等, 2017), 该破碎带也是本研究热液锆石的主要产出部位。热液锆石主要产出于岩体中部原辉绿岩因断层发生破碎、固结成岩后的构造角砾岩中, 角砾岩厚度薄, 主要呈褐红色, 原岩泥化及角砾化明显, 因钙质组分含量高而略显白色, 可见黑色沥青充填, 两侧为遭受不同程度断层影响的辉绿岩(图2c、d)。

根据室内显微镜下的观察, 辉绿岩脉样品除少数具辉绿结构外(图2e), 均具明显的斑状结构, 斑晶含量在35%～60%之间, 粒径0.5～3 mm, 多呈半自形–自形, 成分主要为基性斜长石、普通辉石及少量橄榄石; 基质含量约40%～65%, 板条状的基性斜长石格架中, 充填粒状辉石、磁铁矿及绿泥石等, 构成间粒–间隐结构(图2f)。在靠近断层面的部位, 岩石中斑晶及基质矿物的破碎、蚀变现象明显, 橄榄石、辉石等暗色矿物普遍蚀变为绿泥石, 并进一步被方解石交代, 同时发育少量气孔, 后被石英、方解石等矿物充填(图2g)。综合野外产状、薄片观察的岩石学及矿物学特征, 杨家岩剖面辉绿岩内部结晶程度好, 边缘结晶程度差, 隐晶质–玻璃质组分高且含少量气孔, 在岩相上属于超浅成侵入相。显微镜下, 构造角砾岩主要由圆化的辉绿岩角砾以及断层泥(黏土矿物)组成, 具部分定向构造, 其间主要被亮晶方解石胶结(图2h); 此外, 局部可见构造角砾及断层泥再破碎角砾, 其大小不一、棱角分明, 先后被石英胶结及方解石交代、充填(图2i、j)。

3.2 地球化学特征

主量元素分析结果(表1)表明, 辉绿岩样品(YJY-L1A、YJY-L4、YJY-L5、YJY-L7)的SiO2含量为49.44%～51.94%, 全碱含量(K2O+Na2O)为3.54%～4.53%, Al2O3含量为13.03%～13.26%, 与洋岛拉斑玄武岩的平均Al2O3含量(13.21%; Clocchiatti et al., 1979)接近; Fe2O3T含量高(13.86%～15.20%)、MgO含量较低(3.44%～4.57%)、TiO2含量高(3.38%～3.87%), 属于高钛玄武质岩石(Zhang and Wang, 2002)。微量、稀土元素分析结果(表1)表明, 所有辉绿岩样品的稀土元素总量(∑REE)均较高, 为257.66～315.40 μg/g。

球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(图3a)表现为轻稀土元素(LREE)富集的右倾型分布模式, (La/Yb)N值为9.63～9.84, LREE富集特征明显, 未见明显的Eu异常(δEu=0.90～0.94), 与洋岛玄武岩(OIB) 配分曲线一致, 样品点均落入峨眉山高钛玄武岩区域。在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图3b)中, 样品呈现与OIB配分曲线相似的趋势, 总体上Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素(LILE)富集, Hf、Nb、Ta等高场强元素(HFSE)略微亏损, Sr元素则出现较明显的负异常, 样品点同样落入峨眉山高钛玄武岩区域。

断层破碎带样品(YJY-L9)除CaO、MgO含量明显较高外, 其余主量元素含量均比辉绿岩低, 同时因其方解石含量较高而具有较高的烧失量; 与辉绿岩具相似的微量及稀土元素分布特征, 但具更明显的Ba、Sr、Ta、Nb以及Ti等负异常。

(a) 杨家岩剖面辉绿岩与二叠系茅口组接触关系; (b) 受断层影响的辉绿岩, 破碎、风化明显, 方解石脉发育; (c)辉绿岩被断层贯穿, 断面平直, 褐红色角砾状–泥状充填物充填; (d) 断层充填物, 角砾化明显, 白色钙质胶结, 见黑色沥青; (e) YJY-L1B, 单偏光, 未明显蚀变的辉绿岩, 橄榄石及钛铁矿先形成, 辉石包裹自形程度较好的斜长石构成辉绿结构; (f) YJY-L3, 单偏光, 具斑状结构、未明显蚀变的辉绿岩, 斑晶主要为斜长石和普通辉石, 基质斜长石杂乱分布, 其间为辉石、磁铁矿、绿泥石等充填, 构成间粒–间隐结构; (g) YJY-L9, 单偏光, 茜素红染色, 岩石被裂缝贯穿, 辉石等暗色矿物被方解石交代, 裂缝被石英、方解石及沥青充填, 见少量气孔被石英充填; (h) YJY-L9, 单偏光, 茜素红染色, 角砾状–泥状断层充填物, 具定向性, 角砾圆化明显, 其间被方解石胶结; (i) YJY-L9, 单偏光, 茜素红染色, 具隐爆特征的辉绿岩角砾, 部分角砾棱角分明, 先被硅质胶结, 后被方解石充填; (j) YJY-L9, 单偏光, 茜素红染色, 方解石交代棱角状角砾, 见角砾间不规则硅质残留。

表1 主量(%)、微量及稀土(μg/g)元素分析结果

注: δCe=2CeN/(LaN+PrN); δEu=2EuN/(SmN+GdN); N为球粒陨石标准化, 标准化值据Boynton, 1984。

球粒陨石标准化值据Boynton, 1984; 原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989; 底图据Zhang and Wang, 2002, 阴影部分为典型峨眉山高钛玄武岩。

3.3 热液锆石特征及U-Pb年龄

断层破碎带样品中的锆石呈无色–淡黄色、粒状–短柱状, 长度为30～60 μm, 长宽比为1∶1～2∶1, 具自形且完好的晶形; 锆石中多见固态及液态包裹体; 在CL图像中锆石呈灰白色–暗灰色, 大部分颗粒显示内部模糊无分带、外部弱分带或模糊分带的结构特征, 且内部多见晶棱圆化现象(图4a)。锆石Th含量为11.2～452 µg/g、平均值为177 µg/g; U含量为67.8～863 µg/g, 平均值为482 µg/g; Th/U值为0.07～0.98, 平均值为0.41; 大部分(60%以上)锆石的Th/U值介于0.1～0.4之间, Pb含量相对较高(表2), 显示出热液锆石的微量元素特征(吴元保和郑永飞, 2004; 毕诗健等, 2008)。

剔除继承性锆石以及个别不谐和年龄数据后, 锆石的206Pb/238U年龄数据点集中分布在谐和线及其附近,206Pb/238U表面年龄在110～114 Ma之间(表2), 加权平均年龄为112.0±0.9 Ma (MSWD=0.37,=11; 图4b、c), 明显晚于邻区辉绿岩的结晶年龄(表3), 代表了热液锆石的形成年龄。

(a) 红色为不谐和年龄; 黄色为谐和年龄; S. 固态包裹体; L. 液态包裹体。

表2 LA-ICP-MS热液锆石U-Pb年龄测定结果

续表2:

表3 龙门山北段辉绿岩年龄统计

注: 由序号1至6, 采样区离杨家岩剖面距离由近至远, 离峨眉山喷发中心越近。

4 讨 论

4.1 辉绿岩形成时代

本研究在对广元地区杨家岩剖面辉绿岩脉详细的野外地质考察基础上, 采集了剖面中不同位置、不同产状的岩样完成锆石单矿物挑选, 以期通过锆石U-Pb年龄测试获得有关该岩体形成年龄的可靠信息。但可能由于岩石本身SiO2不饱和、侵入深度浅及冷凝结晶时间短等问题(宫江华等, 2020), 除部分继承性锆石外, 并未获取到典型岩浆锆石颗粒及有效年龄信息。前人曾针对川西北地区辉绿岩岩脉的出露地层及形成年龄开展过研究(图1a, 表3)。例如, 沈淑鑫等(2018)在距杨家岩剖面西南直线距离约70 km的四川龙门山北段唐王寨–仰天窝向斜麻柳村侵入于中泥盆统的辉绿岩斜锆石中测得了261.1±1.8 Ma的岩体形成年龄, 杨家岩剖面辉绿岩与该套辉绿岩处于同一构造单元中, 二者在岩石地球化学特征上与高钛型峨眉山玄武岩具高度一致性(大部分样品TiO2>3%、Ti/Y>500, 类似的微量元素和稀土元素配分模式等; 沈淑鑫等, 2018), 表明二者均是峨眉山玄武质岩浆活动同时期的产物。

此外, 在距离杨家岩剖面1 km直线距离内的上二叠统吴家坪组还发育两层(5 cm和30 cm)火山凝灰岩, 张晗等(2020)根据LA-ICP-MS锆石U-Pb定年法测出谐和年龄为260.1±2.8 Ma, 并指出凝灰岩的形成与峨眉山大火成岩省酸性火山活动(峨眉山火山序列最顶部)有关。综合上述研究认为, 杨家岩剖面侵入于茅口组灰岩地层中的辉绿岩岩脉与吴家坪组凝灰岩对应于峨眉山大火山岩省旋回中的上部高Ti、顶部酸性部分(张晗等, 2020), 辉绿岩形成年龄与峨眉山玄武岩大规模喷发年龄一致。

4.2 锆石成因及热液来源

本研究锆石产出的断层破碎带原岩为侵入于茅口组中的辉绿岩脉, 二者具有一致的微量、稀土元素分布特征, 且破碎带样品中具更明显的Ba、Sr、Ta、Nb等负异常, 显示出热流体对原岩的改造作用。

吴元保和郑永飞(2004)研究认为, 岩浆锆石的Th/U值一般大于0.4, 变质锆石的Th/U值一般小于0.1。本研究样品中大部分(60%以上)锆石的Th/U值介于0.1～0.4之间, 与岩浆锆石、变质锆石均不相符。由于锆石U、Th含量影响因素众多, 在各类型锆石中的变化范围均较大, 不能仅根据锆石的Th/U值来区分锆石类型(Hoskin, 2005); 且环带或非环带锆石晶体都可被认为是热液成因, 形态学亦不构成其关键判识标准。因此, 判断热液锆石的最佳方法为: ①是否出现在低SiO2含量岩石、热液石英或碳酸盐岩中; ②有无其他热液矿物或流体包裹体、热液矿物包裹体的存在; ③可参考一些地球化学指标, 如普通Pb含量等(吴元保和郑永飞, 2004; Schaltegger, 2007; 毕诗健等, 2008; 俞军真等, 2020)。

反应式ZrO2+SiO2→ZrSiO4大致可描述锆石的形成过程, 即流体中ZrO2及SiO2同时过饱和是锆石结晶的必要条件(罗照华等, 2006)。本研究锆石赋存岩石中的大部分矿物为后期沿断层进入并沉淀结晶的石英及方解石, 按锆石产出类型划分属于脉体中结晶的锆石(吴元保和郑永飞, 2004; 俞军真等, 2020)。脉体中结晶的锆石有充分的流体物质来源和较好的自由生长环境, 通常具有规则的外形, 少有残留核以及无分带到明显的面状分带或振荡分带特征。虽然本研究未进一步测试锆石的稀土元素含量, 但据其明显与流体活动过程相关的脉体产出特征、包裹体丰富(图4a)、较高的普通Pb含量等(吴元保和郑永飞, 2004; Schaltegger, 2007;毕诗健等, 2008; 俞军真等, 2020), 将其划分为热液锆石。

广元地区杨家岩剖面辉绿岩及茅口组围岩中常见以杏仁体、晶洞充填物以及脉体形式产出的晶粒大小不等的石英(图5a～c), 其断层破碎带构造角砾岩中也见二次破碎(具隐爆特征)的角砾被石英充填的现象(图2i、j)。热液锆石的形成极大可能与深部含硅热液流体沿断层破碎带的注入有关, 此时, 流体中存在足够的SiO2, 具备形成锆石的能力(罗照华等, 2006); 而热液体系的减压扩容、流体的沸腾和去气作用等使狭小的空间中引发局部的隐爆, 导致充填物的再次角砾化及石英的沉淀(唐菊兴, 1995; Feng et al., 2019)。根据显微镜下薄片详细观察, 辉绿岩局部发育的晶洞边缘依次发育微晶石英、纤维状玉髓及细–中晶石英(图5b), 而原生流体包裹体欠发育, 暗示相对封闭体系及中、低温热液条件下高浓度SiO2快速沉淀(刘小洪等, 2021)。

4.3 地质意义

热液锆石年龄(112.02±0.90 Ma)结果指示其形成于早白垩世末期, 结合前人区域构造系统分析结果(董树文等, 2007; 何治亮等, 2011), 该起热事件属于燕山Ⅲ幕构造运动对龙门山地区的影响。四川盆地西部燕山期中酸性岩浆活动强烈, 表现出多期次特点。其中, 燕山Ⅲ幕发生于早白垩世末期–晚白垩世初期, 具体表现为地层间的平行不整合与微角度不整合接触, 其影响范围有限, 在龙门山南段与川南地区表现较为明显(何治亮等, 2011)。本研究断层破碎带中热液锆石的发现, 说明燕山Ⅲ幕构造运动可能已影响到龙门山北段(川西北地区)。此外, 本研究测年结果与刘树根等(2001)指出的龙门山逆冲推覆构造带在距今110±1 Ma左右的构造事件相吻合, 该期构造推覆变形事件引起了较强的岩浆作用和变质作用, 并产生了由北向南递进式的左旋剪切走滑作用。由此看来, 燕山Ⅲ幕推覆挤压构造运动及其伴生流体活动对龙门山北段乃至米仓山一带均有较大影响。

杨家岩剖面辉绿岩为超浅成侵入相(侵入深度小于500 m), 结合埋藏史及热演化史模拟结果, 川西北地区辉绿岩的形成时间与峨眉山玄武岩大规模喷发时间接近, 是峨眉山地幔柱活动的部分产物(图5d、6a)。此外, 白垩纪亦是川西北地区下志留统、下二叠统烃源岩气态烃大量形成的时间(图5d)。对茅口组围岩方解石脉进行流体包裹体研究时, 发现了大量烃类包裹体及含烃气–液两相包裹体(图5c～h), 并获得了60～80 ℃、120～140 ℃、>200 ℃三期流体包裹体均一温度, 以及超过−30 ℃的冰点温度; 此外, 方解石脉中均一温度低的包裹体荧光发光较强, 而均一温度高的包裹体总体荧光发光较弱, 说明烃源岩成熟期释放的气态烃混合了深部热液流体并共同对二叠系储层的孔隙演化及油气保存产生了影响。一方面, 携带SiO2等物质、具较高温度的深部热液流体沿断层带进入二叠系(图6b), 与Zr4+结合形成热液锆石, 热液与含气态烃流体的混合加速了不稳定矿物的溶解, 溶解作用形成的部分次生溶孔在一定程度上改善了储层储集性能, 同时深部热液加速了烃类裂解并于孔洞边缘沉淀出沥青; 另一方面, 在封闭性较好的区域, 由于压力释放及温度降低, 过饱和的SiO2迅速晶出并充填孔隙及裂缝, 使岩石孔隙度急剧降低。随着成岩环境的转变, 晚期方解石的沉淀进一步降低了岩石的储集空间, 从而导致储层致密化明显(图6c)。Bons and Milligen (2001)指出在脆韧性地壳应力场约2～3 kPa及200～350 ℃条件下, 同构造期或构造后期富硅流体可快速运移, 硅质热液溶解度随温度下降快速降低而沉淀, 并优先在脆–韧性转折区等形成石英脉体或充填物, 而后才形成方解石胶结物。然而, 区内火山岩侵入体断层破碎带多因流体充填而导致渗透性明显降低, 这与碳酸盐岩断层破碎带因岩石颗粒旋转和破碎——有利于流体通过断层岩体运移及断层带具有较高的渗透率分区性(Billi et al., 2003)——有较大差异; 且就岩浆作用、深部热液对岩浆岩及二叠系碳酸盐岩的对比作用来看, 深部热液流体对碳酸盐岩围岩的改造可能更明显。

(a) 辉绿岩中部石英晶洞及石英脉; (b) 辉绿岩晶洞中充填粒度不等的石英, 正交偏光; (c) 茅口组泥晶灰岩围岩中方解石脉; (d) 区域埋藏史图(河深1井); (e～f) 茅口组围岩方解石脉中流体包裹体, 包裹体温度低, 发光较强, 单偏光/荧光; (g～h) 茅口组围岩中方解石脉流体包裹体, 包裹体温度高, 发光较弱, 单偏光/荧光。

5 结 论

(1) 广元地区杨家岩剖面辉绿岩断层破碎带泥质–角砾状充填物中的锆石具典型热液锆石形态、结构及微量元素特征, 其206Pb/238U表面年龄为110～114 Ma, 加权平均年龄为112.0±0.9 Ma, 指示早白垩世末期燕山Ⅲ幕构造运动及流体活动已明显影响到龙门山北段。

(2) 热液锆石为携带SiO2、具较高温度的深部热液流体与烃类流体混合并沿断层带进入二叠系所致。断层破碎带中虽因酸性流体改造见少量次生溶孔, 但多数石英、沥青及晚期方解石充填孔缝后导致地层致密化严重。

图6 断层破碎带中热液锆石发育及形成模式图

致谢:感谢西北大学罗静兰教授和李红副教授提出宝贵修改意见。

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Characteristics and implications of hydrothermal zircon in a fault damage zone from the Permian diabase vein in Northwestern Sichuan, Southwestern China

LIU Xiaohong1, 2, CHEN Junlang1, FENG Mingyou1*, ZHUO Yiqian1, WANG Weiwei1, SHANG Junxin1

(1. School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China; 2. Sichuan Provincial Key Laboratory of Natural Gas Geology, Chengdu 610500, Sichuan, China)

Hydrothermal zircons within fault damage zones filled with diabase veins in the Lower Permian Maokou Formation have been identified in the Guangyuan area (northwestern Sichuan, Southwestern China). This study elucidates the features, origin, and timing of the zircons in the fault damage zone through a combination of petrographic descriptions, coupled with SEM, cathodoluminescence, fluid inclusion, geochemical, LA-ICP-MS isotopic data of the zircon, and evidence from burial history. The zircons exhibit similar characteristics in terms of type, texture, and trace elements to typical hydrothermal zircons, primarily occurring in the fault gouge and fault breccia. The obtained apparent and weighted mean207Pb/206Pb ages of 110 Ma to 114 Ma and 112.0±0.9 Ma suggest a significant influence of the Yanshanian Episode Ⅲ tectonic movement (Late Early Cretaceous) and fluid events on the Northern Longmen Mountains (NorthwesternSichuan Basin). The study reveals that deep hydrothermal fluid, characterized by high temperature and enriched in SiO2, mixed with hydrocarbon fluid, was injected into the Permian strata along the fault zone. This process led to the formation of hydrothermal zircon containing Zr4+in the fault damage zone, accompanied by the creation of partial secondary dissolved pores. In the sealing areas, supersaturated SiO2precipitated rapidly and filled the pores and fractures due to pressure release and temperature reduction. This resulted in a substantial decrease in porosity, leading to a dramatic reduction in rock reservoir space and, consequently, a significant densification of the reservoir performance.

Sichuan basin; Permian; diabase; fault damage zone; hydrothermal zircon

P588.245; P597.2

A

0379-1726(2023)06-0746-13

10.19700/j.0379-1726.2023.06.009

2021-11-30;

2022-07-10

国家科技重大专项(2016ZX05007004-001)、国家自然科学基金项目(41202109)和四川省创新创业训练项目(S202010615134)联合资助。

刘小洪(1980–), 女, 副教授, 主要从事储层成岩作用研究。E-mail: liuxiaohong_swpu@163.com

冯明友(1981–), 男, 副教授, 主要从事储层地质学研究。E-mail: fmyswpu@163.com