【摘要】：密西西比紀晚期至賓夕法尼亞紀是全球構造、氣候、冰川活動與海平面升降發(fā)生顯著變化的重要演化階段。地處美國堪薩斯州西南部的雨果頓灣位于北美克拉通內部,在石炭紀淺水陸架碳酸鹽巖主導沉積背景下,于密西西比紀晚期與賓夕法尼亞紀早期發(fā)育了切斯特(Chester)與莫羅(Morrow)兩套與勞倫大陸東部阿巴拉契亞造山運動高潮期及中西部古落基山系隆升運動等時的碎屑巖沉積體系。其時空展布特點,使其成為梳理兩次區(qū)域性構造運動演化對中央大陸沉積充填影響的重要研究對象,同樣相關研究可以檢驗Gehrels等2011年提出的密西西比紀從東部阿巴拉契亞造山帶到西部大峽谷的跨大陸沉積物搬運模式的準確性及在中央大陸的表現(xiàn)形式。與此同時,研究區(qū)沉積體孤立存在,宏觀物源與區(qū)域地層對比是油氣勘探亟待解決的問題。本文以碎屑鋯石地質年代學與熱年代學為基本技術手段,在對美國中部雨果頓灣密西西比系切斯特統(tǒng)與賓夕法尼亞系莫羅統(tǒng)兩套碎屑巖體系沉積學刻畫基礎上,使用2017顆碎屑鋯石U-Pb定年,刻畫研究區(qū)兩套碎屑巖的年代學特征。基于對北美基巖年齡與構造事件的認識,選取阿巴拉契亞前陸盆地沉積巖對潛在物源區(qū)阿巴拉契亞造山帶進行年代學表征,建立雨果頓灣碎屑巖與東部物源區(qū)的聯(lián)系。總結前密西西比紀碎屑巖年代學數(shù)據(jù),探討先存沉積巖作為雨果頓灣碎屑巖主要物源的可能性。通過對位于潛在搬運途徑上沉積體新數(shù)據(jù)獲取(阿科瑪陸架741顆碎屑鋯石)以及前人年代學數(shù)據(jù)總結,在區(qū)域上論證長距離搬運體系存在的可能性�；谒樾间喪挲g區(qū)域與年代對比,結合古落基山系構造演化,建立與中西部物源區(qū)聯(lián)系。通過對應古落基山系基巖結晶年齡的碎屑鋯石進行(U-Th)/He雙重定年,約束古落基山系隆升時間,從而建立研究區(qū)密西西比紀與賓系法尼亞紀物源體系及演化模式。最后探討基于物源體系通過地質年代學進行區(qū)域地層對比的方法及相關思路對我國珠江口盆地物源分析的啟示。地震與測井解釋及巖心觀察分析發(fā)現(xiàn)雨果頓灣切斯特下切谷充填體系呈現(xiàn)河流與潮汐雙重影響特征,解釋為潮控河口系統(tǒng),而莫羅統(tǒng)砂體以河流相沉積為主。兩套體系沉積充填后都經(jīng)歷了后期廣泛的抬升剝蝕與改造作用,使兩者均以孤立沉積體形式存在,難以確定其物質來源。對兩套體系富砂巖相層段進行系統(tǒng)取樣及碎屑鋯石地質年代學分析,結果呈現(xiàn)差異明顯的年代學組成特征。其中,切斯特砂巖呈現(xiàn)典型的格林威爾期(900-1300Ma)(Greenville)與塔康-阿科迪亞造山期(Taconic-Acadia)(350-500Ma)的雙峰型特征;莫羅砂巖對應中央大陸亞瓦佩-馬扎察爾年齡省(1600-1800 Ma)(Yavapai-Mazatzal Province)與中央大陸花崗巖-流紋巖省(1300-1550 Ma)(Midcontinent Granite-Rhyolite Province)成分含量顯著上升�；诒泵澜Y晶基底及構造運動特征,切斯特雙峰型年齡分布指向東部阿巴拉契亞造山帶,且得到物源區(qū)前陸盆地沉積巖碎屑鋯石年代學數(shù)據(jù)驗證。對中央大陸中東部前石炭紀沉積砂巖體地質年代學數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)作為其重要組成部分的太古代(2500Ma)碎屑鋯石在切斯特樣品中缺失,排除了沉積巖再循環(huán)作為雨果頓灣切斯特沉積體重要物源的可能性。位于潛在搬運途徑的伊利諾伊盆地(Illinois Basin)與新測試獲取的阿科瑪陸架(Arkoma Shelf)數(shù)據(jù)顯示均在密西西比紀呈現(xiàn)出類似的雙峰型年齡特征。阿巴拉契亞前陸盆地-伊利諾伊盆地-阿科瑪陸架-雨果頓灣密西西比紀等時的雙峰型年代學特征支持了自東向西的沉積物搬運模式。結合西部大峽谷年代學特征,表明切斯特碎屑巖沉積為跨大陸沉積物搬運體系在中央大陸的組成部分。雨果頓灣與西部大峽谷早晚石炭紀年齡譜圖的演化與中西部古落基山系(Ancestral Rocky Mountains)不同分支結晶基底組成自東向西變化相一致,呈現(xiàn)出賓夕法尼亞紀來自古落基山系的物源特征。對具有古落基山系基巖結晶年齡(1300-1550 Ma,1600-1800Ma)的碎屑鋯石進行雙重定年,表明其隆升大致發(fā)生在密西西比紀與賓夕法尼亞紀之交(~326Ma)并開始深刻影響中央大陸的沉積作用�；谟旯D灣及相關區(qū)域碎屑鋯石地質-熱年代學分析,結合區(qū)域地質背景,建立了以雨果頓灣為代表的中央大陸地區(qū)石炭紀物源體系及演化模式。密西西比紀晚期克拉通內地形平坦開闊,廣泛的淺海陸架碳酸鹽沉積占據(jù)主導地位。東部岡瓦納大陸與勞倫大陸正面碰撞,阿巴拉契亞造山運動進入高潮,快速隆升、剝蝕產(chǎn)生的大量沉積物,通過跨大陸河流體系,自東向西搬運,為雨果頓灣下切谷提供了物質來源。賓夕法尼亞紀初期,在中央大陸中西部,古落基山系隆起,阻礙了來自東部的沉積物搬運并提供了中央大陸基底碎屑物�；谠撃Ｊ脚c研究區(qū)數(shù)據(jù)集合,通過碎屑鋯石地質年代學有效區(qū)分了金斯勒與列克星敦兩個油田主力產(chǎn)層的地層歸屬。雨果頓灣物源分析為我國珠江口盆地古近系物源分析中物源區(qū)年代學特征刻畫提供了新的思路。借鑒雨果頓灣物源分析中通過特定沉積體(前陸盆地沉積巖)表征阿巴拉契亞造山帶年代學特征的思路,結合實際地質情況,本文選用現(xiàn)代河流沉積物表征珠江口盆地區(qū)域物源區(qū)—華南地區(qū)不同區(qū)塊年代學特征,碎屑鋯石年齡譜圖對比基底年代組成表明現(xiàn)代河流沉積物碎屑鋯石能較好地體現(xiàn)區(qū)域物源的非均質性。雨果頓灣物源分析中通過早晚石炭紀地層中碎屑鋯石的縱向年代變化,雨果頓灣與大峽谷橫向區(qū)域變化,約束古落基山系物源效應的思路,本文通過縱向對比珠江口盆地古近系文昌組-恩平組-珠海組碎屑鋯石組成,橫向對比華南地區(qū)河流體系與珠江口盆地古近系碎屑鋯石年齡譜圖,約束出白堊紀110-125Ma的巖漿運動發(fā)生于珠江口盆地,是珠江口盆地基底燕山期火成巖有別于東南沿海燕山期火成巖的識別特征�；谖镌纯坍嫷南嚓P物源分析得出珠江口盆地文昌組與盆地南部恩平組物源主要來自盆地基底隆起,華南地區(qū)的盆外區(qū)域物源影響了盆地北部恩平組沉積以及盆地大部珠海組沉積。
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P618.13
【圖文】：

圖 1.1 美國大陸晚古生代阿巴拉契亞造山帶、古落基山系、大峽谷、雨果頓灣研究區(qū)（紅色矩形）及阿科瑪陸架野外路線及取樣區(qū)位置（藍色矩形）。其中古落基山系包括：阿馬里洛奇托隆起（圖中 AW=Amarillo-Wichita）、中盆臺地（圖中 CB=Central Basin platform）、弗嶺（圖中 FR=Front Range）、佩德納爾隆起（圖中 Pd=Pedernal）、派尤特隆起（圖中 Pi=Piute肯帕格里（圖中 Un=Uncompahgre）、祖尼-迪法恩斯（ZD=Zuni-Defiance）、內馬哈隆起（ Ne=Nemaha Uplift）。（底圖以及古落基山系位置據(jù) Dickinson and Lawton，2003；Gehrels et a2011；Xie et al., 2016a 修改）。總之，基于碎屑鋯石地質年代學對雨果頓灣石炭紀碳酸鹽沉積背景下兩套切谷充填體系進行物源研究，在區(qū)域上，可以作為紐帶，理清在時間與空間上

中國地質大學博士學位論文 17紀晚期，中央大陸仍然以碳酸鹽巖沉積為主，但克拉通內部盆地中碎屑物的注入開始改變大陸中部的沉積面貌。逐漸頻繁的周期性海平面升降，低位下切與高位充填在伊利諾伊盆地（Illinois Basin）與雨果頓灣（Hugoton Embayment）形成了典型的下切谷充填沉積（Smith and Read, 2000）。到晚石炭賓夕法尼亞紀，海平面變化愈加頻繁，下切谷充填沉積廣泛，成為科羅拉多州與堪薩斯州西南部重要的油氣產(chǎn)層。

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本文編號：2731270