碎屑岩物源分析在地质研究中具有非常重要的作用.但因风化、搬运等因素的影响，母岩从岩石到最终沉积物常会缺失重要信息^[1]，沉积过程中的磨蚀、分选等地质作用也会对砂岩岩石组分和重矿物类型产生影响^[2-3]，同时受到各种物源研究方法本身的制约^[4-7]，导致重建物源难度较大^[1].

近年来在东海陆架盆地发现了大型油气田，椒江凹陷已成为东海陆架盆地的一个主要油气潜力区.由于海域钻孔密度低，椒江凹陷的4口钻井中只有1口井获得了岩心样品，因此依据岩石及岩屑成分分析、重矿物比值等平面变化趋势的物源研究方法在该区受到极大的制约，使得对本区物源缺乏深入认识，制约了油气勘探.本次研究在该区首次引入了碎屑锆石UPb同位素测年及锆石阴极发光图像等分析方法，结合该区的重矿物、岩屑成分等数据，对椒江凹陷明月峰组的物源进行综合研究并得出了新的认识.

1 地质背景

椒江凹陷为东海陆架盆地的一部分(图 1)，是一个中、新生代弧后裂陷盆地^[8].凹陷结构呈东断西超^[9-10]，经历了古新世断陷、始新世拗陷及新近纪区域沉降3个演化阶段^[11].椒江凹陷在古新世发育了月桂峰组湖相沉积、灵峰组及明月峰组海相和海陆过渡相沉积^[9-11].该区有W4、W6、W10、JH36共4口钻井(图 1)，以W6井钻遇地层较全，只有该井在明月峰组取得了岩心、壁心样品, 可以进行物源研究中的岩石薄片镜下鉴定和精确的岩石成分研究.

在研究区南部的丽水凹陷已有许多物源方面研究成果，包括单颗粒锆石、锆石微量元素^[12]、沉积岩微量元素^[13-14]、重矿物和岩屑组成^[15]等，这些研究中仅有少部分涉及椒江凹陷，未能给出椒江凹陷有效地的物源信息.

2 岩石主要组分物源分析 2.1 砂岩岩屑组分分析

椒江凹陷4口井中仅有W6井在明月峰组取得岩石薄片样品41个.W6井位于椒江凹陷东缘(图 1)，钻遇古新统灵峰组上段、明月峰组下段及明月峰组上段(图 2).明月峰组下段主要为扇三角洲浅海相，明月峰组上段主要为三角洲相^[9].经分析，W6井明月峰组地层中的岩屑主要为火山岩岩屑(约占岩屑颗粒总量的70%，各岩屑颗粒含量均指各岩屑颗粒占总岩屑颗粒的百分数，下同)和变质岩岩屑(约占岩屑颗粒总量的22%)，仅少量沉积岩岩屑(约占岩屑颗粒总量的8%)(图 3).火山岩岩屑中大部分为酸性火山岩及凝灰岩形成的岩屑，碱性岩屑颗粒约为总量的1%~2%且基本分布在明月峰组下段.酸性火山岩岩屑由花岗岩块、微晶或隐晶质喷出岩岩屑组成，微晶或隐晶质喷出岩岩屑在单偏光下为单一颗粒，在正交偏光镜下可见颗粒内部由微小的长石或石英晶体组成(如图 4a、4b、4e、4f中1所示)，约占岩石颗粒总量的8%；花岗岩块主要由多个长石或石英颗粒组成.凝灰质火山岩岩屑在单偏光镜下呈砖红色、在正交偏光下不透光(如图 4c、4d中2所示).明月峰组下段凝灰质岩屑颗粒含量较高且稳定在4%左右，主要呈团块状分布(如图 4e中2所示)，明月峰组上段样品中凝灰质岩屑颗粒含量总体较少，主要分布于大颗粒的缝隙中(如图 4c中2所示).变质岩岩屑主要为石英岩、变质泥岩及极少量板岩.石英岩岩屑由多个消光位不同的石英颗粒组成且呈缝合线状接触(如图 4c、4d中3所示)，该类岩屑在明月峰组上段、下段地层中均普遍发育，但明月峰组下段地层中变质岩岩屑颗粒含量较高，占砂岩颗粒总量的4%~11%，均值为7.2%；在明月峰组上段地层中变质岩岩屑颗粒含量总体较低，均值为3.7%(图 3).沉积岩岩屑在明月峰组下段地层中分布稳定，颗粒含量均值为2.6%，在明组月峰组上段地层中颗粒含量均值为1.7%(图 3)，主要为泥岩岩屑，在镜下呈暗黑色，不透光(如图 4g中3所示).

明月峰组下段岩屑颗粒含量明显比明月峰组上段要高(图 3)，显示明月峰组上段具有较高的成分成熟度.从岩屑组成看，W6井明月峰组上段的火山岩岩屑颗粒绝对含量明显低于下段，这种变化主要是由凝灰质岩屑的颗粒含量变化所引起(见图 4)，由于凝灰质岩屑稳定性差，指示明月峰组下段属近距离搬运沉积物.明月峰组下段岩石中多含砾石, 分选较差，表明明月峰组下段的结构成熟度相对明月峰组上段也是比较低的.综合上述，W6井在明月峰组下段沉积期比明月峰组上段沉积期更接近物源区.

2.2 砂岩骨架颗粒分析

砂岩碎屑颗粒的发育模式受到板块构造背景控制下的物源区的影响^[5].Dickinson和Suczek^[5]据此提出了经验性物源判别三角图QtFL、QmFLt及QpLvLs, 其中Qt为全部石英; Qm为单晶石英；Qp为多晶石英；F为单晶长石颗粒；L为不稳定多晶岩屑，包括火山岩岩屑、沉积岩岩屑及变质岩岩屑；Lt为全部多晶岩屑；Lv为火山岩及变质火山岩岩屑；Ls为沉积岩及变质沉积岩岩屑^[5]，通过该图可以确定物源区形成时的构造背景.本次研究根据Dickinson图解的方法分别统计了W6井明月峰组下段26个和上段15个岩心薄片样品中的单晶石英、多晶石英、长石及岩屑含量(颗粒含量均以颗粒数统计，下同)，并将统计结果在三角图解中投值(图 5).

明月峰组下段样品在图 5a中集中分布在再旋回造山带范围内；在图 5b中主要集中在再旋回区的切割弧和过渡弧边界线附近；在图 5c中大部分数据点分布在岛弧成因物源范围内.明月峰组上段样品在图 5a中绝大多数散布在再旋回造山带及切割弧范围内；在图 5b中数据点主要在过渡弧范围内，有4个数据点分别分布在切割弧及混合区范围内；在图 5c中大部分数据点都分布在岛弧成因物源范围内.

根据前人的研究，Qm-F-Lt三角图(图 5b)能更多地反映物源区信息，而Qp-Lv-Ls三角图(图 5c)则能有效区分来自再旋回造山带和岩浆弧的物源^[4].W6井明月峰组样品在这2种三角图中的数据投点表明，虽然明月峰组上段和下段的物源都是形成于岛弧环境(包括切割弧、过渡弧、完整岩浆弧)，但在Qm-F-Lt三角图中(图 5b)，两段地层的物源区还是有明显差别，明月峰组下段物源区为过渡弧切割弧，明月峰组上段物源区主要为过渡弧.在岛弧的剥蚀过程中，单晶石英颗粒含量会逐渐增加，由完整岩浆弧经过渡弧向切割弧演变^[16]；但在W6井中明月峰组上段地层与下段地层相比，单晶石英颗粒含量没有明显变化，这种由过渡弧切割弧向过渡弧物源区变化、单晶石英颗粒含量无明显变化的演变方式与岛弧一般的演化模式不相符，指示明月峰组下段与上段的物源区可能发生了改变，二者可能不是来自于同一个物源区.

3 重矿物物源分析

砂岩中的许多重矿物之间存在着严格的共生关系并能够提供一定的物源信息^[3]，但根据杨香华等^[17]对丽水凹陷物源的研究结果，对于发育多个方向物源的丽水凹陷，在井少的情况下重矿物能提供的物源信息较少.本次研究重新分析了椒江凹陷明月峰组所有的27个重矿样品，这些样品全部分布在W4、W6井，W10及JH36井因火成岩发育造成岩屑混杂而没有取得合格样品.W6井明月峰组下段15个样品的重矿物平均颗粒含量(重矿物颗粒含量为矿物颗粒数占总颗粒的百分数，下同)为锆石57.7%、金红石16.1%、石榴石14.8%、赤褐铁矿5.9%、磁铁矿2.3%、电气石2.0%.明月峰组上段(10个样品)主要重矿物组合为锆石49.4%、磁铁矿20.2%、金红石12.2%、赤褐铁矿9.4%、石榴石4.7%、电气石3.3%.与明月峰组下段相比，W6井明月峰组上段磁铁矿颗粒含量显著增加，石榴石颗粒含量明显降低，锆石颗粒含量略有降低.石榴石在变质岩中广泛分布^[18]，磁铁矿分布于各种岩浆岩和变质岩中^[19]，W6井明月峰组上段石榴石颗粒含量的明显降低指示其物源区中变质岩贡献量有所减小，磁铁矿颗粒含量的变化未能有效指示物源的变化.

W4井明月峰组下段(1个样品，仅供参考)的重矿物含量为黄铁矿95.0%、蚀变矿物2.0%、钛铁矿0.7%、赤褐铁矿0.6%、锆石0.4%、白钛石0.2%、石榴石0.2%.明月峰组上段(1个样品，仅供参考)的重矿物颗粒含量为黄铁矿88.5%、钛铁矿3.8%、石榴石2.6%、磁铁矿1.2%、磷灰石1.0%、锆石0.6%、白钛石0.5%.由于椒江凹陷西北部及南部无钻孔资料，丽水凹陷灵峰1井的重矿数据可作为参考，该井明月峰组下段样品的重矿物平均颗粒含量为黄铁矿60.3%、菱铁矿39.2%、黑云母0.3%.明月峰组上段样品的重矿物平均颗粒含量为菱铁矿49.4%、黄铁矿34.1%、锆石9.9%及其他矿物.综合W4井、灵峰1井及文献[17]对丽水凹陷重矿的研究结果，椒江凹陷W4井及灵峰1井明月峰组上段、下段中含铁重矿物较多, 锆石颗粒含量较低, 含极少量的磷灰石，这种重矿组合与浙闽隆起区富含铁质矿物、含极少量磷灰石这一特征相符合，推测W4井的物源可能源自西部的浙闽隆起区.

综上所述，推测W6井明月峰组下段可能有较多的变质岩贡献，W4井明月峰组物源可能来自浙闽隆起区.

4 锆石物源分析 4.1 样品制备及测试

利用碎屑锆石进行物源研究已经成为一项成熟且有效的技术^[20].本次测试在椒江凹陷W6井明月峰组上段和下段各取到1个样品(图 2)，在W4井明月峰组上段取得1个样品，上述样品质量为2 kg；在JH36井、W10井的明月峰组下段由于砂岩不发育未取到足够质量的锆石样品，为了补充凹陷中、西部样品不足，借用了丽水凹陷NP114井明月峰组下段的锆石样品分析结果作为参考.锆石阴极发光图像由JSM6510扫描电子显微镜、Gatan阴极荧光探头测试完成，锆石UPb同位素定年工作在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，测试分析流程参见文献[21]，同位素数据处理采用ICPMSDataCal(7.2) 软件进行，年龄计算及协和图应用ISOPLOT(3.7) 软件进行处理及成图^[22]，每个样品按标准^[22-23]选取了60颗锆石进行同位素定年测试.

4.2 锆石形貌特征

W6井明月峰组下段发育2种类型锆石.第1类锆石占大多数，呈浅粉色，透明；以自形为主，少量为半自形；晶体颗粒较小，长轴约0.05~0.15 mm(图 8)；晶内气液包体普遍发育，个别晶体内可见黑色固相包体；表面常见凹坑，少见铁染，无明显磨蚀痕迹.第2类锆石数量较少，呈玫瑰色，透明，金刚光泽; 自形半自形; 颗粒较小，长轴约0.08~0.16 mm.

W6井明月峰组上段也发育2类锆石，第1类锆石约占颗粒总量的97%，为浅粉色，多数晶体透明度较高；晶体粗大，长轴0.03~0.25 mm；自形半自形，其中柱状约85%，次圆粒状约15%；晶体内黑色固相及气液包体常见；多数表面可见凹坑、划痕.第2类锆石约占颗粒总量的3%，玫瑰色，透明度较第1类低；晶体颗粒较小，长轴0.04—0.13 mm；次圆粒状；表面常见磨蚀凹坑，裂纹及铁染少见，个别晶体内可见包体.

W4井明月峰组上段锆石大部分为浅粉色, 个别为玫瑰紫色; 晶体粗大，长轴约0.03~0.35 mm(图 8)；自形半自形占70%，次圆粒状约30%；晶体内黑色固相及气液包体常见；多数表面可见凹坑、划痕; 指示该井明月峰组上段锆石经历了长途搬运和强烈的水动力作用.

椒江凹陷西南方向丽水凹陷的NP114井明月峰组下段锆石样品95%为浅粉色，晶体粗大，自形半自形，晶体内黑色固相及气液包体发育；另外约占颗粒总量5%的锆石呈透明，具金刚光泽，表面常见凹坑.

对比3口井的锆石形貌特征可知，W6井明月峰组下段锆石较小，而W6井明月峰组上段、W4井明月峰组上段、NP114井明月峰组下段的锆石较大，表明二者的成因不同；另外，W6井明月峰组上段锆石常见划痕等搬运痕迹，指示其碎屑颗粒经历了更为强烈的水动力作用，明月峰组上段沉积时期W6井距物源区的距离可能更长.

4.3 锆石成因及年龄特征

本次测试最终取得有效年龄数据的颗粒数n分别为W6井明月峰组上段56颗、W6井明月峰组下段58颗、W4井明月峰组上段51颗.锆石样品中有少数几颗锆石在UPb年龄协和图中的位置偏右，这是因²⁰⁷Pb颗粒含量太少^[24]或者与轻微铅丢失有关^[25].

W6井明月峰组下段锆石年龄主要分布在62~221 Ma(图 6b)，其中占总颗粒数67.0%的锆石年龄呈正态分布于183~209 Ma，峰值为195 Ma；5.0%的锆石年龄分布在212~221 Ma；占总颗粒数10.0%的锆石年龄分布在106~121 Ma，峰值为118 Ma；2颗年龄为463 Ma和1920 Ma，其余锆石年龄孤立分布.

W6井明月峰组上段锆石年龄均小于200 Ma，其中占总颗粒数88.0%的锆石年龄近正态分布在103~141 Ma(图 6a)，峰值为116 Ma; 5.0%分布在165~185 Ma，3.6%分布在85~90 Ma; 其余1颗锆石年龄为197 Ma.

W4井明月峰组上段45颗锆石年龄分布在98~122 Ma(图 6c)，峰值为106 Ma，另外几颗年龄分布在159~219 Ma和774 Ma、219~159 Ma.

NP114井明月峰组下段锆石年龄集中分布于101~131 Ma，峰值为111 Ma；另外几颗岩浆成因锆石年龄零星分布在85~97 Ma，另有几颗锆石年龄为1 740、1 765、2 489 Ma(图 6d).

分析3口井的锆石年龄分布特征，W6井明月峰组下段锆石年龄集中在195 Ma，而其他3个层段，即W6井明月峰组上段、W4井明月峰组上段及NP114井明月峰组下段锆石年龄均集中在106~116 Ma(图 6).

变质作用往往导致变质锆石的Th/U(质量比, 下同)值要比原岩小很多^[25-26]，如大别山变质岩中变质锆石的Th/U值介于0.01~0.10之间，而原岩锆石的Th/U值大多介于0.10~1.00之间^[26].根据Wang等^[27]的测试数据，花岗岩的Th/U值介于0.10~3.79之间，中值为0.52；而中基性火成岩的Th/U值介于0.02~6.82之间，中值为0.81.本次对进行测年的锆石样品同时进行了Th/U值测定，结合锆石阴极发光图像分析，可以确定锆石的成因类别.

W6井明月峰组下段样品测年锆石的Th/U值大多数集中分布在0.40~0.70之间(图 7)，属于岩浆成因锆石.部分锆石的Th/U值小于0.40，甚至接近于0.10(图 7)，这部分锆石应属变质锆石.W6井明月峰组下段锆石阴极发光图像从特征上可分为3类，第1类锆石在数量上占大多数，年龄小于209 Ma，该类锆石的阴极发光图像具有岩浆锆石的典型震荡环带特征(图 8b)，大部分锆石阴极发光图像颜色很浅，近白色.第2类锆石的年龄在212~221 Ma之间，数量较少，阴极发光图像大多数具有震荡环带，少量无分带，部分锆石发育核边结构，偶见很窄的锆石增生边(如图 8b中样品6所示)，预示部分锆石可能经历一定程度变质作用，预测变质作用发生的时间为212 Ma以后.第3类为2颗变质锆石，一颗为463 Ma的锆石，阴极发光图像颜色较深，发育典型震荡环带, 另1颗为1 920 Ma的锆石，面状分带，具变质作用形成的核边结构，锆石核部颜色较深(图 8b).

W6井明月峰组上段样品测年锆石的Th/U值主要集中在0.50~1.40之间(图 7)，锆石的Th/U值大于0.40，应属于岩浆成因锆石.该段样品测年锆石的阴极发光图像均表现出典型岩浆锆石特征(图 8a)，多见岩浆锆石所具有的典型震荡环带，少量见扇形分带，可见早期锆石结晶核，锆石阴极发光图像颜色很浅.

W4井明月峰组上段测年锆石的Th/U值主要集中在0.11~2.37之间，其中Th/U值小于0.40的仅有1颗，其阴极发光图像呈暗黑色，可见1个继承核，为变质锆石.其余锆石的Th/U值均大于0.40，其中大部分属于岩浆成因锆石.W4井明月峰组上段样品测年锆石的阴极发光图像大多数表现出岩浆锆石特征(图 8c)，自形程度较好，震荡环带发育；少部分锆石具有弱变质特征，内部结构见弱分带、面状分带.

NP114井明月峰组下段锆石样品95%为岩浆成因锆石，晶体内黑色固相及气液包体发育，Th/U值主要集中在0.40~2.07之间，阴极发光图像震荡环带发育(图 8d)；该类锆石年龄集中分布于101~131 Ma，峰值为111 Ma；另外几颗岩浆成因锆石零星分布在85~97 Ma.该井中有少量变质成因锆石，约占颗粒总量的5.0%，Th/U值在0.40左右，阴极发光图像具云雾状分带或面状分带，该类锆石年龄分别为1 740、1 765、2 489 Ma.

综合分析，W6井明月峰组下段的碎屑锆石具有与其他层段不同的形貌、年龄、Th/U值及阴极发光图像特征.该地层段的锆石主要为岩浆成因，晶形相对较小，主形成期为183~209 Ma，Th/U值在0.40~0.70之间；同时该段地层发育少量弱变质成因锆石，呈玫瑰色，晶形较小，阴极发光图像多具有震荡环带且发育核边结构.

椒江凹陷W6井明月峰组上段、W4井明月峰组上段及西南部NP114井明月峰组下段的碎屑锆石具有相似特征.这3个层段的锆石中约90%为岩浆成因锆石，晶体粗大，多数表面可见凹坑、划痕；Th/U值主要集中在0.40~2.37之间，阴极发光图像震荡环带发育，年龄主要分布在98~122 Ma范围内.

5 椒江凹陷物源综合分析

根据文献[11, 28]的研究，在明月峰组下段沉积时期，椒江凹陷东部W6井部位主要发育扇三角洲, 物源可能来自东部，在凹陷西部主要发育三角洲，在W4井发育浅海相沉积，在西南部的NP114井发育三角洲前缘相沉积(图 9a).在明月峰组上段沉积时期，在椒江凹陷主要发育浅海三角洲相(图 9b).

综合前述W6井明月峰组的重矿、骨架颗粒、岩屑成分、锆石等分析结果，W6井明月峰组下段地层中锆石成因、锆石形成年龄与另外3个层段(W6井明月峰组上段、W4井明月峰组上段及NP114井明月峰组下段)的锆石特征相差较大，W6井岩屑及重矿均指示明月峰组下段有较多的变质岩贡献，由明月峰组下段到上段是由切割弧转为过渡弧物源区且单晶石英含量减小，这种演变方式指示明月峰组下段与上段的物源区存在较大差异.

据王长势等^[24]研究，在W6井东部的海礁隆起发育变质岩，而在椒江凹陷西部的闽浙隆起区中北段变质岩发育较少.因此，根据上述沉积相、重矿、骨架颗粒、岩屑成分及锆石特征综合分析，在明月峰组下段沉积期，椒江凹陷中西部的物源主要来自凹陷西部的浙闽隆起区，而凹陷东部W6井部位的物源主要来自凹陷东部变质岩相对发育的海礁隆起；到了明月峰组上段沉积期，无论是椒江凹陷东部还是西部，其主要物源均来自凹陷西部的浙闽隆起区.

6 晚古新世物源变化的成因及其影响

W6井晚古新世明月峰组物源变化是椒江凹陷的构造格局、沉积环境在晚古新世发生变化的结果.从晚白垩纪末到晚古新世明月峰组下段沉积时期，椒江凹陷被周缘隆起区或凸起环绕^[11]，周边的隆起区呈汇聚式向椒江凹陷提供物源.自明月峰组上段沉积期(古新世晚期)开始，受瓯江运动影响，椒江凹陷及其东部的海礁隆起产生整体沉降，而凹陷西部的浙闽隆起区则保持原有稳定的构造形态，因此形成了这一时期的构造格局呈西高东低之势^[8]；在这种背景下，椒江凹陷与其东部的原海礁隆起区域共同接受了滨浅相沉积，椒江凹陷则转变为以西部浙闽隆起区为物源区.

椒江凹陷晚古新世明月峰组物源的变化影响到该区泥岩盖层的形成，可能影响对油气的封盖性能，进而对该区明月峰组上段的油气成藏产生不利影响.在古新世早期到明月峰组下段沉积期间，椒江凹陷与其南部的丽水凹陷发育了湖泊相、局限海相沉积，凹陷东部海礁隆起区的物源供应量有限，因而在凹陷中发育了厚层泥岩，形成了良好的储盖组合^[29]；到明月峰组上段沉积期间, 西部的浙闽隆起区成为主要物源区，处于盆地萎缩期的椒江凹陷发育滨、浅海相，水体较浅且物源供应充足，三角洲相砂岩特别发育, 泥岩盖层不发育(图 2)；较差的泥岩盖层影响到对油气封盖，对明月峰组上段的油气成藏产生不利影响，如丽水凹陷的灵峰1井在明月峰组上段仅见到薄油层(图 1).

7 讨论

关于明月峰组上段、下段中变质岩屑的讨论，从岩屑组成上看变质岩岩屑在明月峰组上段及下段地层中均有分布(图 3)，但从碎屑锆石成因类型看仅在明月峰组下段发现占颗粒总量约5.0%的弱变质锆石，在明月峰组上段未发现变质锆石.形成这种现象的原因可能是锆石本身的封闭温度高，达900 ℃以上^[25]，在变质程度比较低时，岩石中的其他矿物已发生变质作用，但锆石尚未产生变质增生边^[30].因此，明月峰组下段物源区的变质程度可能较高导致部分锆石因变质作用已产生了变质增生边；而明月峰组上段物源区的变质岩变质程度很可能较低未能产生锆石变质增生边.

8 结论

综合分析椒江凹陷钻井中的岩屑组分、轻矿物组分、重矿物组合、碎屑锆石、沉积相等方面资料认为，在明月峰组下段沉积期，椒江凹陷有2个物源区，凹陷东部W6井为近物源，物源主要来自凹陷东部的海礁隆起区，该区属于过渡弧切割弧环境，以183~209 Ma的酸性侵入岩占绝对优势，也有少量212~221 Ma形成的火成岩经历了变质作用形成的变质岩贡献；在椒江凹陷中西部，其物源主要来自于西部的浙闽隆起区.在明月峰组上段沉积期，椒江凹陷东部及其中西部的物源主要来自于凹陷西部的浙闽隆起区，以107~116 Ma之间形成的酸性喷出岩、侵入岩为主.

椒江凹陷东部在晚古新世其物源区由东部转为西部物源，物源方向的改变导致明月峰组上段未形成厚层泥岩盖层，对该区明月峰组上段的油气成藏有不利影响.