海洋科学  2018, Vol. 42 Issue (4): 89-100   PDF    
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20170321001

文章信息

姜龙杰, 孙志鹏, 翟世奎, 刘新宇, 尤丽, 曹佳琪, 张爱滨, 毕东杰, 张婉. 2018.
JIANG Long-jie, SUN Zhi-peng, ZHAI Shi-kui, LIU Xin-yu, YOU Li, CAO Jia-qi, ZHANG Ai-bin, BI Dong-jie, ZHANG Wan. 2018.
琼东南盆地深水区钻井岩屑稀土元素地球化学特征及其对沉积物源和环境的指示
The sedimentary environment and provenance analysis based on geochemical characteristics of rare-earth elements in deep-water well core of the Qiongdongnan Basin
海洋科学, 42(4): 89-100
Marina Sciences, 42(4): 89-100.
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20170321001

文章历史

收稿日期:2017-03-21
修回日期:2017-08-13
琼东南盆地深水区钻井岩屑稀土元素地球化学特征及其对沉积物源和环境的指示
姜龙杰1, 孙志鹏2, 翟世奎1, 刘新宇2, 尤丽2, 曹佳琪1, 张爱滨1, 毕东杰1, 张婉1     
1. 中国海洋大学 海底科学与探测技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266100;
2. 中国海洋石油集团有限公司湛江分公司, 广东 湛江 524057
摘要:对琼东南盆地深水区YL19A钻井岩屑样品进行了稀土元素(REE)地球化学特征分析, 旨在研究琼东南盆地深水区的沉积物源及古环境变化。钻井岩屑样品的球粒陨石标准化REE配分模式总体呈轻稀土(LREE)富集、重稀土(HREE)亏损的右倾式, 但在各时代地层之间表现出一定的差异。崖城组和陵水组岩屑呈明显的Eu正异常, 而梅山组、三亚组和黄流组岩屑呈Eu的弱负异常, 指示了沉积环境和沉积物源上的变化。在早渐新世时期, 研究区物源以来自周边凸起的火山碎屑和陆源碎屑为主, 沉积环境为海陆过渡相; 自渐新世晚期开始, 随着琼东南盆地全区发生海侵, 研究区水深逐渐加大, 沉积环境由海陆过渡相变为浅海相, 物源变为远源陆源物质, 并具有红河与海南岛多物源混合的特征, 红河沉积物对物源的贡献相对较大, 基性火山物质对物源的贡献减弱。YL19A钻井岩屑的REE地球化学特征在距今30、28.5、25.5和23.8 Ma等地层界面处均发生明显的突变, 对区域性构造运动事件有明显的响应。
关键词稀土元素特征    物源与环境指示    构造事件记录    琼东南盆地深水区    
The sedimentary environment and provenance analysis based on geochemical characteristics of rare-earth elements in deep-water well core of the Qiongdongnan Basin
JIANG Long-jie1, SUN Zhi-peng2, ZHAI Shi-kui1, LIU Xin-yu2, YOU Li2, CAO Jia-qi1, ZHANG Ai-bin1, BI Dong-jie1, ZHANG Wan1     
1. Key Laboratory of Submarine Geosciences and Prospection of Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China;
2. Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd., Zhanjiang 524057, China
Abstract: The geochemical characteristics of rare-earth elements (REE) in samples collected from the deep-water well core YL19A of the Qiongdongnan Basin were analyzed to reveal the changes in sedimentary source and paleoenvironment. The chondrite-normalized REE partitioning patterns in the core samples exhibit the relative enrichment of light rare earth elements and a stable content of heavy rare earth elements on the whole. However, there are differences between the different formations. The samples of the Yacheng and Lingshui formations exhibit significant positive Eu anomaly, and the samples of Meishan, Sanya, and Huangliu formations exhibit weak negative Eu anomaly. This indicates the changes of sedimentary source and paleoenvironment. The provenance in the study region mainly resulted from the volcanic materials and terrigenous debris of the peripheral uplift areas, and the sedimentary environment was continental-marine transitional environment in the early Oligocene. Since the late Oligocene, with the Qiongdongnan Basin transgressions, the sea level increased gradually. The sedimentary environment transformed from continental-marine transition into shallow marine environment, and the provenance expanded from the proximal to the distal realm, exhibiting a characteristic of multi-source sedimentation. The provenance was from the Red River and the Hainan Island, and the sediment coming from the Red River contributed more to the provenance. The basic volcanic materials in provenance decreased. In the strata of well YL19A, 30, 28.5, 25.5, and 23.8 Ma, the REE geochemical characteristics have undergone significant saltations, reflecting the impact of tectonic movements.
Key words: rare-earth elements    sedimentary source and environment    tectonic events record    the deepwater area of the Qiongdongnan Basin    

稀土元素(REE)具有十分相似的地球化学性质及很强的稳定性, 其组成及分布模式受风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩及变质作用影响很小, 主要受控于母岩, 因而对揭示沉积物的物质来源及源区特征等具有重要意义[1-3]。REE地球化学方法在分析琼东南盆地的沉积物源及古环境方面已被广泛应用, 并取得了较好认识[4-8], 但目前的研究主要集中在浅水区, 对于深水区则相对薄弱, 缺乏系统的地球化学研究, 影响了深水区油气资源勘探的深入开展。为此, 本文选取大体位于琼东南盆地中心的深水YL19A钻井, 对岩屑样品进行了系统的REE地球化学特征分析, 并结合粒度与重矿物资料, 探讨了琼东南盆地深水区渐新世至中新世时期的沉积物源及古环境演变, 旨在为该区域油气资源勘探提供科学依据。

1 地质概况

琼东南盆地位于南海北部陆缘, 为新生代陆缘拉张性盆地。盆地西以1号断层与莺歌海盆地分界, 东以神狐暗沙隆起与珠江口盆地相接, 南靠永乐隆起。盆地基底是华南大陆向海域的延伸, 基岩主要由古生代变质岩和火山碎屑岩组成, 并发育有大量中生代花岗岩侵入体[9-10]。琼东南盆地内断裂发育, 构造格局复杂, 可划分为北部坳陷带、北部隆起带、中央坳陷带和南部隆起带4个一级构造单元[11], 其中深水区是指2号断裂以南的区域, 包括中央坳陷和南部隆起带。琼东南盆地在新生代主要经历了裂陷和坳陷两个构造演化阶段[12-13]:在古近纪裂陷期, 盆地接受了始新统陆相湖盆充填、崖城组海陆过渡相充填和陵水组滨浅海相充填; 在新近纪坳陷期, 盆地接受了从浅海相到深海相的连续沉积充填。

根据琼东南盆地的演化过程及地理位置, 从渐新世至今, 其潜在的远源物源区有红河、海南岛和珠江。红河为越南北部最大的河流, 流入北部湾, 雨季时径流量高达9 500 m3/s, 年输沙量1.3×109 t, 并在莺歌海-琼东南盆地结合部发育有巨型的红河海底扇[14]。已有研究[15]表明, 红河是上新世时期琼东南盆地中央峡谷的主要物源, 有源于红河的沉积物通过中央峡谷进入琼东南盆地。海南岛地形为中间高凸的山地, 其河流系统呈辐射状分布, 3条主要河流中的万泉河直接流入琼东南盆地, 而陡峭的地形和频繁的暴雨共同导致了其径流量在雨季呈千倍增加。因此, 海南岛是琼东南盆地的另一可能物源地。珠江流入南海北部, 沿岸流和季风流可以将源于珠江的沉积物长距离运移至南海[16]。然而, 在琼东南盆地和珠江口盆地之间的构造高地(如神狐隆起)在一定程度上阻挡了潮流的搬运作用[17], 使得珠江的沉积物可能大多注入到了珠江口盆地。因此, 珠江对琼东南盆地的物源贡献相对于红河和海南岛而言可能微不足道。虽然有研究表明越南中部对盆地物源也有着一定的贡献[18], 但由于钻井和地化资料的缺乏, 无法从稀土元素角度对越南中部的物源特征及其演化进行判别, 有待进一步研究。

2 材料和方法

YL19A钻井位于琼东南盆地深水区北礁凹陷西北部(图 1), 水深1 695.4 m, 井深5 237 m, 钻至下渐新统崖城组地层。

图 1 琼东南盆地构造单元划分及深水钻井位置图 Fig. 1 The geo-tectonic map of the Qiongdongnan Basin and drilling location

YL19A钻井岩性柱状图如图 2所示, 自上而下取样地层分别依次为上中新统黄流组(厚约110.9 m)、中中新统梅山组(厚约212.1 m)、下中新统三亚组(厚约369.0 m)、上渐新统陵水组(厚约705.6 m)和下渐新统崖城组(厚约1209.4 m)。岩性描述如下:

图 2 YL19A钻井岩性柱状图(修改自中海油湛江分公司资料) Fig. 2 Core profile of Well YL19A(modified from the foundation drawing provided by Zhanjiang Branch of CNOOC)

上中新统黄流组(2 630~2 740.9 m):主要为浅灰色-灰色泥岩, 较致密, 块状-易碎, 含钙, 部分可见白垩质, 微量白云石。

中中新统梅山组(2 740.9~2 953 m):主要为灰色-浅灰色泥岩、泥灰岩, 较致密, 块状-易碎, 含钙, 夹杂少量褐灰色粉砂岩。

下中新统三亚组(2 953~3 322 m):三亚组一段主要为浅灰色-中灰色泥岩, 中等硬度, 含钙。二段为灰色泥岩夹灰白色薄层灰岩, 泥岩整体块状-次团块状, 中等-强钙质胶结, 部分泥灰质; 灰岩部分呈黄色侵染, 较易碎, 棱角状, 部分可见白垩质, 微量白云石。

上渐新统陵水组(3 322~4 027.6 m):陵水组均为浅灰色-中灰色泥岩, 质均, 含钙, 见灰岩碎片, 易碎。

下渐新统崖城组(4 027.6~5 237m):崖城组一段为中灰色泥岩、粉砂岩、松散石英砂岩与透镜状灰岩互层。二段为灰色泥岩、黄灰色泥岩与灰白色砂岩互层。砂岩主要为细砂岩, 少量粉砂岩, 含砾石, 石英含量高, 分选较差, 次棱状-次圆状。泥岩坚硬易碎, 见高岭土化。三段为灰白色细砂岩与灰色泥岩及泥灰岩互层。

本文根据地层特征采用非等间距取样, 自钻井2 630 m处开始取样, 在钻井2 630~4 070 m层段, 每隔10 m采取一个样品。由于北礁凹陷崖城组发育海陆过渡相煤系烃源岩, 为油气勘探目标层, 故在钻井4 080~5 237 m层段加密取样, 除个别层段外, 每隔3 m采取一个样品。全井岩心共采取岩屑样品411个。根据对钻井岩屑样品的观察, 挑选了128个具代表性的样品进行REE地球化学分析。

样品的前期处理和上机测试工作均在中国海洋大学“海底科学与探测技术教育部重点实验室”完成。主要流程如下:将经过洗油处理(洗油处理流程见文献[19])的岩屑样品放于60℃烘箱内, 恒温烘干12 h。将烘干后的样品用玛瑙研钵研磨至200目以下, 烘干后保存于干燥器中。精确称取40 mg样品放于消解罐中, 并在消解罐中加入1.5 mL HF和0.5 mL HNO3, 将处理好的样品放于180℃电热板上恒温加热12 h, 直至样品完全消解, 后敞开消解罐蒸酸至近干。在蒸干后的样品中加入1 mL HNO3和1 mL H2O密闭回溶12 h至样品完全溶解, 待所有样品完全冷却之后用高纯H2O定容至80 g, 在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS, DRCⅡ型)上进行分析测试。每个样品测试3次, 样品测试结果根据标样(GBW07315)进行校正, 精度由空白样及平行样控制, 测试元素的相对偏差均小于5%。测试过程中加入20×10–12的Rh内标溶液检测仪器的稳定性。

3 结果与讨论 3.1 REE含量及其变化

YL19A钻井各组地层岩屑样品中REE含量随深度变化如图 3所示。可以看出, 就整个钻井而言, 稀土元素总量m(∑REE)变化较大, 介于76.78~300.55 μg/g, 平均值为199.96μg/g; 轻稀土元素(m(∑LREE), La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu)含量介于66.44~274.57 μg/g, 平均值为180.94 μg/g; 重稀土元素(m(∑HREE), Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)含量较低, 介于9.47~28.51 μg/g, 平均值为19.02 μg/g, 三者随井深的变化特征相似。

图 3 YL19A钻井岩屑中REE含量随井深的变化 Fig. 3 The variations of REE with depth in Well YL19A sediments

根据m(∑REE)、m(∑LREE)和m(m(∑HREE))的变化, 可将钻井划分为3段:

(1) 崖城组三段至二段, 为m(∑REE)与m(∑LREE)低值层段, 平均值分别为167.82 μg/g和151.28 μg/g, 且含量变化较为剧烈, 反映出动荡的沉积环境。

(2) 崖城组一段至陵水组, m(∑REE)与m(∑LREE)波动趋缓, 先是波动式迅速增加, 然后趋于平稳; m(∑REE)与m(∑LREE)平均值分别为230.37 μg/g和208.94 μg/g, 高于上述井段底部的平均值, 表明水深逐渐加大, 但沉积环境变化仍较剧烈。在23.8~23.0 Ma期间, m(∑REE)、m(∑LREE)和m(∑HREE)出现较大波动, m(∑REE)最大值与最小值分别为232.57 μg/g和158.72 μg/g, 如此剧烈的波动应为大规模构造运动所导致的物源与沉积环境变化所致。

(3) 三亚组至黄流组, m(∑REE)与m(∑LREE)变化相对较弱, 虽然在梅山组有小幅度下降, 但总体上含量较高, 平均值分别为212.99 μg/g和193.08 μg/g, 反映出较为稳定的沉积环境。在井深2 805 m处, m(∑REE)、m(∑LREE)和m(∑HREE)骤减, 最小值分别为178.46、162.68和15.78μg/g, 这应是南海新构造期以来构造活动的反映。

3.2 成岩作用和粒度效应对稀土元素含量的影响

已有研究表明, 成岩作用可以改变Ce的异常值, 使其与δEu和m(∑REE)具有较好的相关性[20]。YL19A钻井中δCe-δEu和δCe-m(∑REE)的相关性均很差, 相关系数分别为0.058和0.074, 说明钻井岩屑REE含量及组成受成岩作用影响较小。

沉积物的粒度通常对其化学组成具有一定的控制作用[21]。YL19A钻井沉积物粒度总体较细, 主要由粉砂和黏土组成(图 4)。沉积物粒度与m(∑REE)含量的相关性较差: m(∑REE)与黏土组分相关系数为–0.103, 与粉砂组分相关系数为0.103, 与平均粒径和中值粒径的相关系数分别为0.069和0.036。这表明粒度对YL19A钻井岩屑REE组成影响十分有限。

图 4 YL19A钻井岩屑中粒度含量随井深的变化 Fig. 4 The variations of grain size with depth in Well YL19A sediments

以上特征表明, 钻井岩屑REE含量及组成受成岩作用和粒度效应影响较小, 主要受物源控制, 可以很好的反映物源区的REE地球化学特征。

3.3 标准化REE配分模式及其物源指示

已有研究表明, 源于上地壳的沉积物的球粒陨石标准化REE配分模式为轻稀土富集、重稀土相对平坦、Eu呈负异常等特征, 而来自于下地壳以及更深部的物质, 由于元素分异作用使得Eu呈正异常, 且REE含量较上地壳低[22]

YL19A钻井各地层样品的球粒陨石标准化REE配分模式如图 5所示。所有样品的REE配分模式大体一致, 都呈现LREE富集, HREE亏损的右倾式, 但在各时代地层之间表现出一定的差异。黄流组、梅山组和三亚组绝大部分样品均呈现出Eu的弱负异常, 表明沉积物源主要是源于上地壳酸性岩石的风化产物。崖城组和陵水组样品均表现出不同程度的Eu的正异常, 表明沉积物源中可能有源自深部的基性岩组分。南海在新生代发生海底扩张, 岩浆活动频繁, 早期火山活动以基性或中基性火山喷发为特征[23]。在琼东南盆地陵南低凸起的LS33-1-1钻井[24], 松南凹陷的LS4-2-1钻井、宝岛凹陷的BD20-1-1钻井和BD19-2-2钻井[4]岩屑中, 在渐新世到中新世时期所形成的沉积物均出现明显Eu的正异常, 表明琼东南盆地中西部在该时期的沉积建造中混入了一定数量的基性或中基性的火山喷发(碎屑)物。在中新世, 南海盆地演化进入热沉降期[25], 构造运动及火山活动逐渐减弱, 深部或幔源基性物质对沉积物物源的贡献相应逐渐减小。

图 5 YL19A钻井各地层REE球粒陨石标准化配分模式 Fig. 5 Chondrite-normalized REE partioning patterns in the core samples of Well YL19A 图中不同颜色表示不同样品, 共128个样品 different color in the picture represents different samples, a total of 128 core samples

YL19A钻井岩屑各地层样品平均值的北美页岩(NASC)标准化REE配分模式如图 6a所示。各组地层样品的REE配分模式较为相似, 各组地层大部分REE较NASC平均丰度略有富集, LREE较HREE富集更为明显, 并有明显的Eu正异常和Tm正异常, 自崖城组至黄流组Eu的正异常逐渐减小, Tm的正异常逐渐增加。将YL19A钻井岩屑样品的REE NASC标准化数据与其他端元进行对比(图 6b)可以看出, 除Eu外, 全井段沉积物的REE配分模式与上地壳(UCC)和陆源物质的配分曲线大体平行, 而与深海沉积物、大洋玄武岩、火山源及生物源相差较远。这表明YL19A钻井自早渐新世以来沉积物源主要是来自上地壳的陆源风化产物。

图 6 YL19A钻井岩屑与其他端元沉积物的NASC标准化模式图 Fig. 6 NASC-normalized REE partioning patterns of Well YL19A and comparison of various end-members a.为钻井各组样品NASC标准化; b.为钻井与其他端元沉积物NASC标准化 a. mean NASC-normalized REE partioning patterns of Well YL19A; b. mean NASC-normalized REE partioning patterns of various end-members and Well19A

将YL19A钻井岩屑样品的REE球粒陨石标准化曲线与红河、珠江和UCC等端元对比(图 7)可以看出, YL19A钻井全井段的REE配分模式曲线与UCC、海南岛花岗岩、红河及珠江等沉积物较为相似, 与大洋玄武岩及深海沉积物相差较大, 同样表明钻井所在研究区物源以来自周边大陆的陆源碎屑为主。从崖城组到黄流组, 样品的Eu由正异常逐渐演变为弱负异常, 但δEu都高于上述区域, 表明在渐新世到中新世时期, 物源中基性火山物质的比例虽逐渐减小, 但对物源仍有一定贡献。上述特征表明, 研究区沉积物应主要来自于周边大陆及隆起的风化产物, 并可能存在海南岛及红河多物源混合的沉积特征, 但在新近纪早期有一定数量的基性火山物质混入。

图 7 YL19A钻井岩屑与代表性端元沉积物REE球粒陨石标准化配分模式 Fig. 7 Chondrite-normalized REE partitioning patterns of Well YL19A and various end-members
3.4 物源判别

在YL19A钻井岩屑样品的m(La)/m(Yb)-m (∑REE)物源判别图(图 8)上, 崖城组到黄流组样品的平均值均落在沉积岩、花岗岩与碱性玄武岩三者的交汇区域, 说明研究区从渐新世至中新世沉积物源为沉积岩、花岗岩与碱性玄武岩三者风化产物的混合, 混合沉积物来自琼东南盆地周边大陆广泛分布的花岗岩和沉积岩以及新生代南海海底扩张所引发的火山活动所产生的基性火山碎屑。图 7中YL19A钻井中部分地层样品的Eu正异常应是基性火山物质混入的反映。总体来看, YL19A岩屑样品与UCC、红河和海南岛花岗岩聚在一起, 与深海沉积物及大洋玄武岩相距较远, 说明研究区沉积物源是以陆源为主。与上述区域相比, YL19A钻井各地层样品更接近沉积岩、花岗岩与碱性玄武岩三者的交汇区, 这表明研究区物源具有陆源物质和基性火山物质混合的特点。

图 8 YL19A钻井岩屑样品m(La)/m(Yb)-m(∑REE)物源判别图 Fig. 8 m(La)/m(Yb)-m(∑REE) for provenance discrimination of Well YL19A sediments

在岩屑样品的m(Hf)-m(La)/m(Th)物源判别图(图 9)上, 崖城组至梅山组样品平均值均投在长英质、基性岩混合物源区, 黄流组样品平均值投在长英质物源区。结合图 7图 8可知, 从崖城组到黄流组, 基性组分对物源的影响逐渐减弱, 研究区物源从有基性火山物质参与的多源混合型转变为以长英质物源为主的相对单一型。

图 9 YL19A钻井岩屑样品m(Hf)-m(La)/m(Th)物源判别图 Fig. 9 m(Hf)-m(La)/m(Th) for provenance discrimination of Well YL19A sediments

在岩屑样品的δEu-(m(La)/m(Yb))N物源判别图(图 10)上, 陵水组至黄流组样品更靠近于红河沉积物, 而崖城组大多数样品距海南岛和红河沉积物都较远, 说明在早渐新世时期红河与海南岛物源对研究区贡献甚微。而在晚渐新世之后, 相比于海南岛, 红河沉积物对研究区物源的贡献更大。这是由于渐新世早期研究区为海陆过渡环境, 主要接受周边凸起的近源沉积物, 红河与海南岛的沉积物并没有输送至研究区。从渐新世晚期开始, 随着琼东南盆地全区发生海侵, 研究区变为浅海环境, 开始接受来自红河与海南岛的沉积物, 而红河沉积物对物源贡献相对较大原因可能是南海在中新世时期相对海平面大幅度下降[11], 造成了莺歌海盆地沉积可容空间的减少, 并随着临高低隆起的区域性构造反转, 使得莺歌海盆地沉积中心由南部迁移到北部[33], 这两点共同造成了沉积在莺歌海盆地中的红河沉积物通过中央峡谷二次运移到琼东南盆地的中西部区域。

图 10 YL19A钻井岩屑样品δEu-(m(La)/m(Yb))N物源判别图 Fig. 10 δEu-(m(La)/m(Yb))N for provenance discrimination of sediments of Well YL19A
3.5 构造及沉积环境分析

YL19A钻井岩屑样品REE特征参数及重矿物含量变化如图 11所示。重矿物主要由陆源重矿物(角闪石、绿帘石、云母、石榴子石、磁铁矿和褐铁矿等)和自生矿物(黄铁矿、白云石、菱铁矿和绿泥石)组成。众所周知, 沉积岩(物)中的黄铁矿一般形成于深水厌(缺)氧环境, 白云石反映的是极浅水的强蒸发环境, 海绿石反映的是沉积缓慢的还原性浅海环境, 菱铁矿通常是低氧环境下生物作用的产物, 在沉积盆地中出现代表的是海相或湖相的低氧环境。

图 11 YL19A钻井岩屑样品REE特征参数及重矿物随井深变化图 Fig. 11 The variations of REE characteristics parameters and heavy mineral with depth in sediments of Well YL19A

在崖三段至崖二段形成时期, 陆源重矿物含量为全井段最高, 说明物源中有较多的陆源碎屑组分; m(∑REE)与m(∑LREE)在全井段最低且REE配分模式有明显的Eu正异常, 表明有大量火山碎屑物混入。白云石含量较高, 钙质超微化石和有孔虫在该层段也极少甚至缺失, 这些都表明当时水深极浅。琼东南盆地崖城组形成于裂陷晚期, 当时古湖消亡, 大规模海侵即将开始, 普遍存在海陆过渡相沉积环境[4], 不利于钙质超微化石和有孔虫化石的保存。以上特征表明, 在早渐新世早期(29.9Ma之前)研究区为海陆过渡相环境, 物源以来自周边凸起的陆源碎屑和火山物质为主。

在井深4 500~4 400 m层段(形成时代30.4~ 29.9 Ma), 陆源重矿物含量骤增, m(∑REE)与m(∑LREE)骤减, Eu的正异常明显。且在此之后到28.4 Ma, 陆源重矿物含量减少, m(∑REE)与m(∑LREE)增加, δEu降低。表明在30 Ma左右, 研究区发生了构造运动并伴随有火山活动, 导致大量基性火山物质加入沉积物中。南海ODP1148站岩屑样品地球化学特征在30 Ma也存在明显的突变[35], 南海海盆在经历白垩-早第三纪初期的拉张[36]后, 在30 Ma时出现了新的洋壳。到28.4 Ma期间, 陆源重矿物和白云石含量较崖三段和二段减少, 黄铁矿含量增加, 说明水深增大, 沉积环境过渡为滨浅海环境。在陵水-乐东凹陷周边发育的滨岸平原-滨海体系和扇三角洲体系[4]证实了这些依据重矿物和地球化学特征所做的推论。总体而言, 在早渐新世晚期研究区为滨浅海环境, 物源主要为周边凸起的陆源碎屑, 但仍有基性火山物质的影响。

在井深4 100~4 000 m层段(形成时代28.8~ 28.4 Ma), 陆源重矿物含量骤增, m(∑REE)与m(∑LREE)骤减, 在井深3 750~3 650 m层段(形成时代26~25 Ma)也出现了REE特征参数的突变, 反映了构造运动的影响。南海ODP1148站和LS33A钻井样品的微量和REE特征在28.4 Ma和25.5 Ma处均发生了明显的突变[8, 36]。其中, 在28.5 Ma时南海西北海盆停止扩张[37], 南海扩张作用在中央海盆开始, 到25 Ma时南海扩张轴发生跳跃, 由原来EW向转为NEE-SWW向, 南海西南海盆开始打开[38]。在28.4 Ma之后, 陆源重矿物含量保持低值, 黄铁矿含量较高, REE特征参数也较为稳定, 有孔虫和钙质超微化石的丰度、分异度也逐渐升高, 反映出沉积环境已由滨浅海变为浅海相环境。且自渐新世晚期, 受南海海底扩张的影响, 琼东南盆地全区发生海侵[4], 研究区周边的凸起逐渐没于水下, 物源区由近源向远源不断扩大。由上推测, 从渐新世晚期到中新世, 研究区沉积环境为较为稳定的浅海环境, 物源变为以远源陆源物质为主。

在井深3 500~3 400 m层段(形成时代23.8~ 23.3 Ma), 白云石和菱铁矿含量为全井段最高, REE特征参数出现明显的异常。南海北部和珠江口盆地在23.8Ma出现了一次大规模的构造运动——白云运动, 使得珠江口盆地及ODP1148站位区在渐新统-中新统界限上下沉积速率、地球化学特征等参数均出现明显的异常[35]。YL19A钻井在23.8Ma所出现的异常表明白云运动已影响到了琼东南盆地深水区的中南部地区。

4 结论

1) YL19A钻井岩屑样品的m(∑REE)变化较大, m(∑REE)、m(∑LREE)和m(∑HREE)随地层由老到新呈波动式增加的趋势。岩屑样品的球粒陨石标准化REE配分模式总体呈现轻稀土(LREE)富集, 重稀土(HREE)亏损的右倾式, 但在各时代地层之间表现出一定的差异。崖城组和陵水组岩屑呈现明显的Eu正异常, 而梅山组、三亚组和黄流组岩屑呈现Eu的弱负异常。

2) 在早渐新世时期, 研究区物源以来自周边凸起的火山碎屑和陆源碎屑为主, 沉积环境为海陆过渡相环境; 自渐新世晚期开始, 随着琼东南盆地全区发生海侵, 研究区水深逐渐增大, 沉积环境由海陆过渡相变为浅海相, 物源演变为以远源陆源物质为主, 并具有红河与海南岛多物源混合的特征, 红河沉积物对物源贡献相对较大, 基性火山物质的对物源的贡献减弱。

3) 钻井岩屑的REE地球化学特征在距今30、28.5、25.5和23.8 Ma等地层界面处均发生明显的突变, 表明沉积环境及物源均发生了明显的变化, 反映了构造运动的影响。在南海的构造演化过程中, 南海新洋壳出现(30 MaBP)、西北海盆停止扩张(28.5 MaBP)、西南海盆打开(25 MaBP)和白云运动(23.8 MaBP)等构造事件均在钻井岩屑的REE地球化学特征上都有着良好的记录。

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