Open Journal of Nature Science
Vol.04 No.01(2016), Article ID:16968,18 pages
10.12677/OJNS.2016.41009

Basement Lithology Characteristics and Forming Age of Bongor Basin Chad

Mingyu Zhang1, Bairong Song2, Zhibin Tian1, Naidan Zhang3, Yuhua Shi2, Qi Wang1

1CNPC Greatwall Drilling Company, Panjin Liaoning

2PetroChina Liaohe Oilfield Company, Panjin Liaoning

3Yangtze University, Wuhan Hubei

Received: Feb. 1st, 2016; accepted: Feb. 20th, 2016; published: Feb. 23rd, 2016

Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

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ABSTRACT

The basement of the Bongor basin Chad is formed by a set of crystalline basement rocks before the Early Cambrian, which is rich in oil and gas. Therefore, it is more important to study the type of basement rocks and the formation age of the basin. This paper is mainly based on the core observation and description, by identification of rock slice, single grain zircon U-Pb isotope determination, Chad Bongor basin’s basement lithology of identification and delineation, and the formation and evolution of era were analyzed. The results show that the lithology is composed of metamorphic rocks and magmatic rocks, which are composed of 14 kinds of 2 sub categories; Single Zircon dating was concentrated in the age of 550 - 600 Ma, the age of metamorphic rocks was mainly con- centrated in 616 ± 6 - 526.5 ± 2.7 Ma, the oldest old rock age was 1006 ± 12 - 946 ± 5 Ma, metamorphic age was 553 ± 19 - 464 ± 5 Ma, the age of magmatic rock was mainly concentrated in 621 ± 16 - 525.3 ± 2.5 Ma. Because of the difference of the rock type, nature and the age of formation, the transformation of the geological function and the development of the reservoir are different in the later stage.

Keywords: Chad Bongor Basin, Basement, Metamorphic Rocks, Magmatic Rocks, Zircon, U-Pb Age

乍得Bongor盆地基底岩性特征及形成时代

张明瑜1,宋柏荣2,田志彬1,张乃丹3,施玉华2,王奇1

1中油长城钻探工程有限公司,辽宁 盘锦

2中油辽河油田分公司,辽宁 盘锦

3长江大学,湖北 武汉

收稿日期:2016年2月1日;录用日期:2016年2月20日;发布日期:2016年2月23日

摘 要

乍得Bongor盆地基底为早寒武世之前形成的一套结晶基岩,该套岩石富含油气,因此,对盆地基底岩石类型及形成时代的研究越显重要。本文主要以岩心观察、描述为基础,采用岩石薄片鉴定、单颗粒锆石U-Pb同位素测定等方法,对乍得Bongor盆地基底岩性进行鉴定和划分,并对其形成和演化时代进行分析。结果认为:岩性为由变质岩和岩浆岩组成的杂岩体,岩性包括2大类14个亚类;单锆石测年年龄集中在550~600 Ma,变质岩原岩年龄主要集中在616 ± 6~526.5 ± 2.7 Ma,最老的原岩年龄1006 ± 12~946 ± 5 Ma,变质年龄在553 ± 19~464 ± 5 Ma,岩浆岩的年龄主要集中在621 ± 16~525.3 ± 2.5 Ma。由于岩石类型、性质及形成时代的差异,造成后期地质作用改造和储层的发育程度不同。

关键词 :乍得Bongor盆地,基底,变质岩,岩浆岩,锆石,U-Pb年龄

1. 引言

乍得Bongor盆地位于西非裂谷和中非裂谷交汇部位。盆地盖层由中-新生带陆相地层组成,是一套巨厚的湖湘、河流相及冲积扇碎屑岩沉积,地层厚度最大达10 km。盆地基底认为是前寒武系结晶基岩,但相关的岩石学和年代学研究报道较少[1] 。盆地北部斜坡带沉积盖层含丰富油气资源,很多学者进行了油气成藏的深入研究[2] -[4] ,发现了一系列油田并进行了两期产能建设。2013年以来,在盆地基底也发现了潜山油气藏,但目前缺少基底岩石形成时代、岩性、演化及成藏特征深入认识。本文主要以岩心观察、描述为基础,采用岩石薄片鉴定、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试技术,首次对盆地北部斜坡带基底岩石岩性及年龄详细研究,为进一步研究潜山油藏特征奠定基础。

2. 岩石学特征及年代样品选取

目前在乍得Bongor盆地北部斜坡带,约有80口井钻遇盆地基底,分别分布在Baobab、Lanea、Mimosa 和Raphia四个潜山带,其中有8口井在基底不同潜山带进行了取心(图1)。岩心观察、描述和鉴定认为,岩性为变质岩和岩浆岩两大类,14个亚类(表1图2)。变质岩主要为变粒岩、眼球状、条带状混合岩和混合花岗岩等(图2(a)~(c)、图2(g)),岩石变质特征明显,混合岩由基体和脉体两部分组成,基体为深色变粒岩、片麻岩,脉体为粉红色花岗质脉;混合花岗岩具有穿孔、交代残余结构等;变粒岩局部残留岩浆岩半自形粒状结构,具有正变质特征。岩浆岩主要为二长花岗岩、二长岩、正长岩(图2(d)~(f)),岩石具半自形粒状结构,矿物结晶较好。潜山带由于钻探程度较低,井巨较大,岩浆岩和变质岩分布规律还缺少规律性认识,Raphia潜山岩性分布特点见图3,总体来说岩性以区域变质的片麻岩和混合岩化形成的混合片麻岩和混合花岗岩为主,不同部位有典型的岩浆成因的二长花岗岩、二长岩和闪长岩分布。定年样品在8口钻井取心井中获得,选取了不同岩性进行分析(表2),有些岩性如闪长岩,钻井取心中没

Figure 1. Outline structure of Bongor basin Chad

图1. 乍得Bongor盆地构造略图

Table 1. Rock types and characteristics of Bongor basin Chad

表1. 乍得Bongor盆地潜山岩石类型及特征

Figure 2. Rock types and macro, microcosmic characteristics

图2. 岩石类型及宏、微观特征

有获得,旋转井壁取心由于研祥过小,没有进行测年。

3. 分析方法

乍得Bongor盆地潜山岩石为古老的结晶基底,在测年方法上采用了激光探针等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析技术。激光探针等离子体质谱分析是一种发展时间不长,但很有应用前景的分析方法。

Figure 3. Lithology distributing characteristic of Raphia buried-hill

图3. Raphia潜山带岩性分布特点

Table 2. Dating sampling position in north slope of Bongor basin Chad

表2. 乍得Bongor盆地北部斜坡带定年样品采样位置

激光进样技术与等离子体质谱技术相结合,能够进行固体样品的微区微量元素和同位素的分析,具有灵敏度高、简便、快速的特点。由于它能够测定同位素比值,因而在矿物同位素组成特征的研究和同位素测年的应用上有着广阔的发展前景。该方法被许多学者及专家采用[5] -[8] 。

在各取样点进行样品选取,每件样品重量5 Kg左右,将样品送到了河北地质局廊坊实验室进行锆石分离,首先是将样品破碎,粉碎粒度的原则是以不破坏所含锆石的晶体形态为标准,通常碎到80目[9] ,随后经过摇床、淘洗及电磁分选分离出锆石,而后在双目镜下挑出具有代表性的锆石颗粒,镶嵌在环氧树脂中并抛光至锆石颗粒的一半,然后进行锆石的光学、阴极发光(CL)显微图像及LA-ICP-MS分析。其中,投射光、反射光照相在西北大学大陆动力学国家重点实验室Nikon显微镜下完成;CL图像分析在该实验室的Gatan阴极发光MonoCL3+及Quanta 400 FEG热场发射环境扫描电子显微镜下完成;锆石微区U-Pb年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室最新引进的Hewlett packard公司最新一代带有Shield Torch的Agilient 7500a ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex102 Excimer激光器(工作物质ArF,波长193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas 200 M光学系统的联机上进行。激光束斑直径为30 μm,激光剥蚀样品的深度为20~40 μm,详细分析步骤和数据处理方法参见文献 [10] 。

4. 测试结果

4.1. 锆石形貌及内部结构特征

锆石的阴极发光图像是揭示锆石的形貌和内部结构的最有效手段。通过锆石的阴极发光图像,可以对锆石的成因类型进行较有效的判断。不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型,如:岩浆锆石具有典型的振荡环带或扇形分带结构;变质锆石具有其特征的内部结构,主要有无分带、弱分带、云雾状分带、扇形分带等 [11] 。因此,对锆石进行显微结构研究,可以为锆石U-Pb年龄的合理解释提供有效的依据。

测试锆石多为浅黄色至无色、透明,长柱状自行体。阴极发光图像特征总结起来主要有三种类型:① 具有岩浆锆石典型的振荡环带结构(图4(a));② 具有振荡环带结构同时又有增生边(图4(b));③ 具有核边结构,核部应为原岩锆石的残留,边部为岩石结晶形成(图4(c))。

4.2. 样品测年

本次研究共选取了18件样品进行年代分析,分析结果见表3。下面分别选取18件样品中的3件岩浆岩和4件变质岩样品进行详细年代分析叙述。

4.2.1. 变质岩测年

岩心观察和微观鉴定具有明显变质特征的岩石,选取了不同类型进行年代分析。对基体和脉体界限明显的条带状混合岩,选取了角闪斜长变粒岩基体(ZD-1)和花岗质脉体(ZD-2)分别测年;对混合程度较高

(a) 振荡环带结构(ZD-14) (b) 振荡环带及增生边结构(ZD-17) (c) 核边结构(ZD-7)

Figure 4. Cathodoluminescence image characters of Zircon

图4. 锆石的阴极发光图像特征

Table 3. Single-grained Zircon LA-ICP-MS in situ dating results of Bongor basin Chad basement buried-hill

表3. 乍得Bongor盆地潜山岩石单颗粒锆石LA-ICP-MS原位测年结果

的的眼球状混合岩和混合花岗岩选取岩体整体进行年代分析。分析结果如下:

样品ZD-1 (图2(a)暗色基体–角闪斜长变粒岩)和样品ZD-2,锆石CL图像都具有明显的岩浆振荡环带结构,锆石的U-Th-Pb同位素分析结(表4表5),Th/U比值大于0.4,具有典型岩浆成因锆石的特点 [11] 。因研究区岩石年龄小于1100 Ma,故定年结果采用206Pb/238U进行年龄 [12] [13] 研究。

样品ZD-1同位素U-Pb谐和图(图5),30个测点沿不一致线分布,说明岩石形成后经历过热或变质作用改造,导致了Pb的丢失,上交点年龄(630 ± 49) Ma,靠近不一致线上交点的谐和年龄(553 ± 19) Ma可代表该岩体的形成年龄。由于变质改造未达到同位素的再平衡,所以,没能获得可靠变质年龄。

ZD-2(图2(a)浅色脉体–花岗质),U-Pb谐和图见图6,所有测点沿不一致线分布,靠近不一致线上交点的谐和年龄(553 ± 19 Ma)可代表该岩体的形成年龄。结合岩性分析该岩性为花岗质新生脉体,因此,测得年龄可以代表区域混合岩化的时间。

样品ZD-17(眼球状混合岩)和样品ZD-7(混合花岗岩),锆石CL图像见图4(b)、图4(c),样品ZD-17具有震荡环带和增生边,样品ZD-7具有核边结构。锆石的U-Th-Pb同位素分析结(表6表7)。

样品ZD-17眼球状混合岩,锆石虽然具有明显的岩浆振荡环带结构,但是稀土元素含量和配分曲线形式发生明显变化(图7),轻稀土在配分曲线对数坐标100处明显分上下两批,发生了稀土元的再分配,U-Pb谐和图上(图8),所有测点沿不一致线分布,说明岩石形成后经历过热或变质作用改造,并导致了Pb的丢失。其中上交点年龄为629 ± 27 Ma,靠近上交点的谐和年龄为616 ± 6 Ma,应代表该岩体的形成

Table 4. LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis result of ZD -1’ s samples

表4. ZD-1样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

Table 5. LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis result of ZD-2’s samples

表5. ZD-2样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

Figure 5. ZD-1 zircon U-Pb concordant diagram

图5. ZD-1锆石U-Pb谐和图

Figure 6. ZD-2 zircon U-Pb concordant diagram

图6. ZD-2锆石U-Pb谐和图

Figure 7. ZD-17Chondrule standard graphic illustration of rare earth elements in zircon

图7. ZD-17锆石稀土元素球粒陨石标准化图解

年龄。由于变质改造未达到同位素的再平衡,所以,没能获得可靠变质年龄。

样品ZD-7碱长混合花岗岩锆石显示明显的核边结构,核部应为原岩锆石的残留,边部为岩浆结晶成因。同位素分析结果见表7,定年结果形成两条不一致曲线(图9)。核部20个测点不一致曲线与谐和线的交点年龄为(1085 ± 20) Ma,靠近上交点的最大谐和年龄为(1006 ± 12) Ma;边部14个测点不一致线的上交点年龄为(618 ± 26) Ma,靠近上交点的最大谐和年龄为(559.5 ± 9) Ma。表明,该岩体形成于559.5 ± 9 Ma,是由1006 ± 12 Ma的岩石部分熔融形成。

4.2.2. 岩浆岩测年

岩心观察和微观鉴定具有典型岩浆结构的岩浆成因的二长花岗岩、二长岩和正长岩分别选取了样品进行年代分析。而闪长岩取心未见,但井壁中较多,由于样品小,无法进行年代分析。

样品ZD-12二长花岗岩锆石具有明显的岩浆振荡环带结构,同位素分析结果见表8,U-Pb谐和图(图10),所有测点构成一条不一致线,其中上交点年龄为(593 ± 19) Ma,靠近上交点的最大谐和年龄为(607.3 ± 11) Ma,应代表该岩体的形成年龄。

样品ZD-14二长岩锆石具有明显的岩浆振荡环带结构,同位素分析结果见表9,U-Pb谐和图(图11) 13

Figure 8. ZD-17 zircon U-Pb concordant diagram

图8. ZD-17锆石U-Pb谐和图

Figure 9. ZD-7 zircon U-Pb concordant diagram

图9. ZD-7 U-Pb谐和图

Table 6. LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis result of ZD-17’s samples

表6. ZD-17样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

Table 7. LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis result of ZD-7’s samples

表7. ZD-7样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

Table 8. LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis result of ZD-12’s samples

表8. ZD-12样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

个测点在谐和曲线上形成一个年龄聚集区,其加权平均值为544.4 ± 3.0 Ma,代表岩体的形成年龄。

样品ZD-10正长岩锆石具有明显的岩浆振荡环带结构、特征的岩浆锆石的稀土元素配分形式,同位素分析结果见表10,U-Pb谐和图(图12),所有测点在谐和曲线上形成年龄聚集区,其加权平均值525.3±2.5Ma,应为岩体的形成年龄。

Figure 10. ZD-12 zircon U-Pb concordant diagram

图10. ZD-12 U-Pb谐和图

Figure 11. ZD-14 zircon U-Pb concordant diagram of monzonlite and Zircon 206Pb/238U ages weighted average chart

图11. ZD-14二长岩锆石U-Pb谐和图和锆石206Pb/238U年龄加权平均图

Figure 12. ZD-10 zircon U-Pb concordant diagram and zircon 206Pb/238U age weighted average chart

图12. ZD-10锆石U-Pb协和图和锆石206Pb/238U年龄加权平均图

Table 9. LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis result of ZD-14’s samples

表9. ZD-14样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

5. 测年结果分析

从岩心观察和岩石薄片鉴定看,岩石除了具有典型岩浆结晶成因形成的岩浆岩外,部分岩石还具有变质结晶、注入交代等特征,因此,形成了区域变质岩和混合岩。变质岩和岩浆岩分离出来的锆石阴极发光均显示明显的振荡环带结构、增生边和核边结构,同时锆石Th/U在3件岩浆岩样品中均大于0.4;在3件变质岩和1件混合岩脉体中,Th/U其中3件样品大于0.4,仅1件(ZD-7)锆石33个点中Th/U大于0.4的14个点,小于0.1的6个点,在0.1~0.4之间的13个点。大量研究表明,不同成因的锆石具有不同的Th、U含量和Th/U比值[12] 。岩浆岩锆石的Th、U含量较高,Th/U比值一般大于0.4;变质岩锆石的Th、U含量较低,Th/U比值一般小于0.1 [13] [14] 。结合岩矿鉴定、锆石CL图像及Th/U分析,本区变质岩具有正变质特征,认为Bongor盆地的变质岩是早期的岩浆岩在后期的岩浆活动中,由于高温高压及热液作用下发生变质结晶、混合岩化作用形成的,由于变质改造未达到同位素的再平衡,所以,没能获得可靠的区域变质年龄,变质岩的测年结果显示岩体的形成年龄(即母岩年龄),但新生脉体(ZD-2)获得了混合岩化的年龄,应为岩石高级变质年龄。岩浆岩的年代分析认为二长花岗岩为早期形成,二长岩和正长岩为晚期同时形成,并二者为年龄相近,为岩浆结晶分异作用的结果。变质岩与岩浆岩混合在一起形成现今的杂岩体基底。

6. 结论

1) 基底潜山为由变质岩和岩浆岩组成的杂岩体,岩性分为2大类14个亚类。变质岩主要为区域变质的变粒岩类、片麻岩类、角闪质岩类,混合岩化形成的混合岩化变质岩类、注入混合岩类、混合片麻岩类、混合花岗岩类,动力变质形成的角砾岩类、压碎岩类、糜棱岩类;岩浆岩主要为闪长岩类、正长岩类和花岗岩类。

Table 10. LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis result of ZD-10’s samples

表10. ZD-10样品LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

2) 潜山岩石主要形成于新元古代,年龄集中在500~600 Ma,最老的原岩年龄1006 ± 12~946 ± 5 Ma,形成于中元古代末期和新元古代早期。变质岩原岩年龄主要集中在616 ± 6~526.5 ± 2.7 Ma,变质年龄在553 ± 19~464 ± 5 Ma。为新元古带末期到寒武纪早期;岩浆岩的年龄主要集中在621 ± 16~525.3 ± 2.5 Ma,从年代学特征看,二长花岗岩与二长岩和正长岩不是同期结晶分异造成,而是早期形成;二长岩和正长岩为结晶分异形成(时代接近),晚于二长花岗岩。

基金项目

中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目“乍得Bongor盆地花岗岩潜山成藏条件分析与有利目标评价”(2013D-902)。

文章引用

张明瑜,宋柏荣,田志彬,张乃丹,施玉华,王 奇. 乍得Bongor盆地基底岩性特征及形成时代
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