CN110618456A - 一种沉积盆地多期活动断裂定年的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了沉积盆地多期活动断裂定年的一种方法。针对沉积盆地内部难以获得断裂核部样品、前新生代多期断裂活动时间难以测定的技术缺陷，本发明基于断裂破碎带同断裂期裂缝胶结物的U‑Pb LA‑ICPMS测年，结合地震断裂解析推断的断裂活动时期、构造成岩作用分析裂缝发育世代、裂缝胶结物的流体包裹体测温与埋藏史恢复限定的裂缝时间上限，形成适用于沉积盆地多期断裂定年综合研究的集成方法，为沉积盆地深部前新生代多期活动断裂的年代学研究提供了方法。
Description
技术领域
本发明属于构造地质与油气勘探开发的评价技术领域。更具体地，涉及沉积盆地多期活动断裂定年的一种方法。
背景技术
断裂在自然界广泛发育，与地球构造演变、地震机制、油气与矿产分布等关系密切，并在地震预测、油气勘探开发、矿产开采、水文与路桥工程、废料处理等工程应用中备受关注，是地球科学与工程应用研究的热点与难点。断裂活动时期是断裂研究的重要内容，K-Ar、40Ar-39Ar、Rb-Sr、U-Th、裂变径迹等热年代学方法已在断裂带研究中得到应用，但精度低，而且主要集中在露头区，沉积盆地内部极少获得断裂带定年的测试样品。近期发展的碳酸盐岩U-Pb定年方法技术取得很大进展，高精度的U系列测年主要应用于地震和新构造研究，但只提供了一个可靠但相对年轻的新生代年龄。通过进一步的技术提高，U-Pb碳酸盐岩定年被应用于碳酸盐岩胶结物和断层岩的年代测定、同断裂期方解石及同期构造变形(Roberts and Walker,2016；Pisapia et al.,2018；Nuriel et al.,2019；MacDonald etal.,2019)。这为流体活动和新生代断层活动的直接定年提供了一种可能的方法，但由于U浓度较低(<10ppm)，在技术上针对古老多期活动的断裂定年仍存是挑战。沉积盆地内部更是难能获得多期断层核的岩心资料，缺乏对多期断层活动的直接年龄测定。
沉积盆地中，目前多根据地震剖面断裂断开的层位进行、生长地层等进行断裂活动时期的判识。由于多期活动断裂的叠加作用，早期的断裂行迹往往被淹没，断裂初始活动时间往往难以判断，尤其是走滑断裂与小位移断裂。同时，由于地震资料的分辨率较低、地震资料品质差等原因，地震剖面不能满足判识断裂初始活动时间的需求。流体包裹体测温技术结合古地温恢复技术，广泛应用于沉积盆地的油气成藏时间研究，并取得很多进展。但由于难以判识流体活动与断裂形成时间的关系，该技术尚未应用到限定断裂的形成时间。
总之，沉积盆地深部断裂核部缺少测试样品，同时受现有方法技术的适用条件限制，缺少对前新生代多期活动断裂的早期活动进行定年的方法。
发明内容
针对以上技术缺陷，以及难以获得沉积盆地内部断裂核部样品，提出基于断裂破碎带碳酸盐岩胶结物U-Pb LA-ICPMS测年，结合地震断裂解析、裂缝构造成岩作用、裂缝胶结物流体包裹体测温与埋藏史恢复方法技术，提供一种前新生代断裂多期活动综合定年的方法。
本发明的目的在于提供一种沉积盆地深部多期活动断裂定年的方法。
本发明的另一目的是提供所述沉积盆地深部多期活动断裂定年方法的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
(1)开展地震断裂解析，通过地震断穿与终止的层位结合区域构造背景，初步判识多期活动断裂活动的可能期次(图1)。
(2)岩心与薄片观察分析，断裂破碎带构造成岩作用研究，进行裂缝胶结物成岩序列的划分(图2)，判识裂缝胶结物的世代与裂缝的相对期次。
(3)进行同断裂期裂缝碳酸盐岩胶结物的判识，选取同断裂期裂缝碳酸盐岩胶结物样品进行取样与送样。
(4)裂缝碳酸盐岩胶结物U-Pb LA-ICPMS测年，获得胶结物形成的年龄(图3)，结合地球化学资料初步判别同断裂期胶结物形成的年龄值。由于碳酸盐岩胶结沉淀往往发生在断裂活动及其埋藏的初期，沉积盆地中同断裂期构造裂缝的碳酸盐岩胶结物U-Pb LA-ICPMS测年数值大致代表了断裂活动的时期，或略晚于断裂的形成时间。
(5)裂缝碳酸盐岩胶结物流体包裹体测试分析，获得包裹体均一温度的分布(图4)，判别同断裂期的胶结物流体活动时代(图5)。基于裂缝碳酸盐岩胶结中流体活动不早于胶结沉淀，流体包裹体形成时间可能用于限定断裂活动的上限时间。很多流体活动与断裂活动期不一致，需要结合多种资料甄别。
(6)进行埋藏史与古地温史恢复(图5)，分析主要构造活动时期，对比U-Pb LA-ICPMS测年数值、流体活动时间，确定断裂活动的多期年龄。
(7)结合相关资料验证，调整与确定适合不同研究区的多期活动断裂定年的方法，并开展相关年代学的应用。
本发明克服了沉积盆地深层断裂核部难以获得资料，单一方法难以进行断裂多期活动定年的缺陷，实现前新生代多期活动断裂的定年，为断裂构造演化与相关地质评价提供了年代学基础。
本发明适用于有一定地震勘探程度的沉积盆地，也可用于前新生代多期活动的露头区断裂带。
附图说明
图1地震剖面解释(断裂解释揭示断裂可能活动时间在晚奥陶世、石炭-二叠纪、白垩纪-古近纪)
图2裂缝相对期次(薄片显示可能存在多期裂缝，F1、F2与F3分别代表第一期、第二期与第三期裂缝)
图3裂缝胶结物U-Pb LA-ICPMS测年(揭示大约460Ma与290Ma的胶结物沉淀年龄)
图4裂缝胶结物流体包裹体均一温度直方图(包裹体均一温度揭示2期主要流体活动，还可能有少量较高温度流体活动期)
图5断裂-流体活动期与埋藏史曲线综合图示(综合分析断裂活动在中奥陶世、早二叠世与古近纪早期)
具体实施方式
以下结合具体实例(图1-5)进一步说明本发明，但实例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的方法和设备为本技术领域常规方法和设备。
(1)在有一定地震与钻井资料的沉积盆地，选取研究的断裂带，建立地震解释工区，加载数据。
(2)典型地震剖面解释(图1)，通过断裂断穿与截止的层位判断断裂活动的时间。实例走滑断层可能活动时间在晚奥陶世、石炭-二叠纪、古近纪早期，但不能完全根据断裂截止的层位进行判识。
(3)进行断裂破碎带的判识，选取断裂破碎带岩心与薄片观察分析。开展破碎带裂缝构造成岩作用研究，进行胶结物成岩序列的划分，判别裂缝相对活动期次(图2)。
(4)进行同断裂期裂缝胶结物的判识，选取不同世代裂缝胶结物样品。由于盆地内部断裂核部缺乏资料，同断裂期的裂缝及其胶结物的选取需要仔细甄别。不确定时尽量获取多世代的胶结物样品。
(5)选取具有相关资质与经验的实验室，开展不同世代裂缝胶结物U-Pb LA-ICPMS测年，获得胶结物形成的年龄(图3)。由于碳酸盐岩U-Pb含量低，可能需要采用大量的样品测试。由于碳酸盐岩胶结沉淀往往发生在断裂活动及其埋藏的初期，沉积盆地中同断裂期构造裂缝的碳酸盐岩胶结物U-Pb LA-ICPMS测年数值大致代表了断裂活动的时期，或略晚于断裂的形成时间。但可能混有多期流体活动形成的胶结物年龄，需要进行结果的仔细分析。同时，是否同期胶结物的判别，可以结合地球化学测试分析。实例结合地球化学资料初步判别同断裂期裂缝的胶结物沉淀年龄460Ma、290Ma分别代表了两期裂缝与断裂活动期。
(6)进行不同期次裂缝胶结物的流体包裹体测试，获得包裹体均一温度的分布(图4)。基于裂缝碳酸盐岩胶结中流体活动不早于胶结沉淀，流体包裹体形成时间可能用于限定断裂活动的上限时间。很多流体活动与断裂活动期不一致，需要结合多种资料甄别。实例分析，裂缝胶结物包裹体均一温度揭示2期主要流体活动。同时，还可能有少量较高温度流体活动期。
(7)进行埋藏史与古地温史恢复(图5)，编制埋藏史曲线图，标注胶结物年龄、流体包裹体温度对应时间，对比分析不同时期的流体活动、胶结沉淀与断裂活动时间关系。流体包裹体温度对应时间略晚于460Ma、290Ma两期裂缝活动期，但为检测到古近纪断裂活动期的U-Pb年龄与流体包裹体。
(8)综合分析断裂活动的时间。综合分析断裂活动在中奥陶世、早二叠世与古近纪早期。图5表明前二期断裂活动伴随流体活动与方解石胶结沉淀，断裂活动期的流体包裹体与方解石胶结同步。其中大约460Ma的断裂活动早于地震剖面显示的晚奥陶世，可能是早期的活动较小，地震资料表现不明显。裂缝胶结物解释的290Ma的断裂活动略早于流体包裹体温度对应的时间，可能表明胶结沉淀后还有大量的流体活动。虽然未能检测到新生代的胶结物年龄值，新近纪以来的流体活动明显晚于地震剖面揭示的古近纪断裂活动，存在较长时间的裂缝开启。因此可见流体活动与断裂活动期、断裂期胶结很可能不一致，不能简单用裂缝流体包裹体均一温度推断裂缝与断裂活动的时间。
(9)进行适合本地区的断裂定年方法的综合分析，以便进一步提高断裂定年的精度。
(10)结合相关资料与方法进行断裂活动期的验证与断裂年代学研究方法的推广应用。
本发明的具体实施过程中还可以采取其他方法研究进行对比与验证，以及进行地球化学测试以区分不同世代胶结物。前新生代多期断裂定年的方法为沉积盆地断裂与流体演化研究提供了年代学基础。
Claims (5)
1.一种沉积盆地多期活动断裂定年的方法，其特征在于：所述方法包括以下关键步骤：
(1)裂缝胶结物构造成岩序列的划分，同断裂期裂缝碳酸盐岩胶结物的判识；
(2)井下前新生代多期裂缝碳酸盐岩胶结物U-Pb LA-ICPMS测年；
(3)裂缝碳酸盐岩胶结物流体包裹体均一温度限定断裂活动的上限时间；
(4)基于U-Pb LA-ICPMS测年，结合地震解析、埋藏史与古地温史、流体活动时间，综合确定多期断裂的时间。
2.根据权利要求1所述沉积盆地多期活动断裂定年的一种方法，其特征在于：所述步骤(2)通过井下多期裂缝碳酸盐岩胶结物U-Pb LA-ICPMS测年方法。
3.根据权利要求1所述沉积盆地多期活动断裂定年的一种方法，其特征在于：所述步骤(4)提供的一种集成的方法技术。
4.根据权利要求1所述沉积盆地多期活动断裂定年的一种方法，其特征在于：所述步骤(1)判别同断裂活动期的裂缝及其胶结物。
5.根据权利要求1所述沉积盆地多期活动断裂定年的一种方法，其特征在于：主要适用于叠合盆地多期活动的碳酸盐岩断裂破碎带与裂缝带，也适用于有相关资料的露头区。
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