两期同裂谷期述评:北福克兰盆地同裂谷期的新年代学信息与沉积环境解释及其对冈瓦纳大陆裂解的启示

《Gondwana Research》:A tale of two syn-rifts: New age information and depositional environment interpretation for the North Falkland Basin syn-rift and implications for the rifting of Gondwana

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月28日 来源:Gondwana Research 8.9

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   摘要福克兰北盆(NFB)裂谷的时机,以及福克兰高原在南方冈瓦纳解体历史中的位置,一直是争论和不确定性的焦点。北盆早期同裂谷沉积填充物完全缺乏直接的地质年代学年龄约束,加剧了这一问题。本研究分析了井数据、早期同裂谷段的岩心、地震解释以及新的锆石U-Pb年龄测定。得出的沉积模型支

  

摘要

福克兰北盆(NFB)裂谷的时机,以及福克兰高原在南方冈瓦纳解体历史中的位置,一直是争论和不确定性的焦点。北盆早期同裂谷沉积填充物完全缺乏直接的地质年代学年龄约束,加剧了这一问题。本研究分析了井数据、早期同裂谷段的岩心、地震解释以及新的锆石U-Pb年龄测定。得出的沉积模型支持了对北盆同裂谷沉积环境和构造环境的修订理解。早期同裂谷地层填充了一系列西北-东南走向的子盆地,这些子盆地共同构成了南福克兰北盆(SNFB)。叠覆的晚期同裂谷不整合地覆盖在下部同裂谷序列之上,并由一系列南北走向的同沉积断层边界盆地所容纳,这些盆地共同构成了中央福克兰北盆(CNFB)。北盆早期同裂谷以短暂性河流-河湖相和火山碎屑期为特征,识别出九种沉积相,归入五种不同的相组合。对14/24-1井岩心中识别出的火山灰凝灰岩进行的分析,得出了175 ± 5 Ma(早至中侏罗世)的新LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定值,对应早期同裂谷的上部。这些结果为北盆早期同裂谷地层提供了首个绝对年龄测定,并表明它们比之前的模型所暗示的要早得多(早13.9–41 Ma)。这表明南福克兰北盆的西北-东南走向盆地是早至中侏罗世冈瓦纳裂谷的结果。这些发现为北盆存在两个不同的同裂谷组合提供了明确证据,其中早至中侏罗世(冈瓦纳)沉积中心和相关断层被后来南北走向的早白垩世子盆地所覆盖。

引言

福克兰群岛及其领海位于南美洲东南约300公里处。这些岛屿被四个中生代陆外沉积盆地所环绕,它们通过不同的变形机制发育。这些盆地包括北福克兰盆地(NFB)、福克兰高原盆地、南福克兰盆地和马德林斯盆地(图1)。福克兰高原与南非、南美洲和东南极洲之间的运动长期以来一直是争论和不确定性的焦点(Adie, 1952, Lohr和Underhill, 2015, Ramos等, 2017, Stanca等, 2019, Eagles和Eisermann, 2020, Stanca等, 2022和2023)。时至今日,该区域的构造历史,特别是福克兰群岛陆外盆地的构造历史,仍不确定。已有几项研究提出了往往相互矛盾的模型,关于北盆同裂谷填充物的构造历史和多期发育(Bransden等, 1999, Richards和Hillier, 2000a, Lohr和Underhill, 2015, Jones等, 2019)。这些先前的解释基于地震数据和有限的年龄信息,通常认为北盆记录了两期具有不同走向的伸展断层活动:与晚侏罗世裂谷相关的西北-东南走向,在南福克兰北盆(SNFB)占主导地位;以及与早白垩世裂谷相关的南北走向,在中央福克兰北盆(CNFB)占主导地位(Lohr和Underhill, 2015)。
在冈瓦纳解体之前,福克兰群岛位于南非南部或东南部(图2),其位置最近已被Stanca等(2019)修订。然而,福克兰群岛在南方冈瓦纳解体前的位置及其演化仍是一个有争议的问题。为了确定福克兰群岛的古位置和取向,提出了不同的模型。这些模型是旋转模型和刚性模型。旋转模型(本研究采用;Adie, 1952, Mitchell等, 1986, Marshall, 1994, Mussett和Taylor, 1994, Curtis和Hyam, 1998, Stone等, 2009, Stanca等, 2019, Stanca等, 2022, Stanca等, 2023, Malone等, 2023)提出这些岛屿是独立微陆块的一部分,最初位于南非以东的旋转位置。刚性模型(Richards等, 1996b, Lawrence等, 1999, Ramos, 2008, Ramos等, 2017, Lovecchio等, 2019, Eagles和Eisermann, 2020)认为福克兰高原最初位于南非以东,不是在旋转位置,而是固定在南美板块上,因此在冈瓦纳解体期间没有发生旋转。
形成北盆的最早裂谷阶段被初步认为是与发育奥特尼夸盆地的相同裂谷阶段相关,该盆地位于南非南海岸(图2)。然而,由于缺乏地质年代学年龄约束,这种联系仍了解不足。
虽然白垩世(早阿普第世至马斯特里赫特世)裂后石油系统已经历了一系列烃类勘探活动(Richards和Hillier, 2000a, Richards和Hillier, 2000b; Farrimond等, 2015; Holmes等, 2015; Dodd等, 2019, Dodd等, 2020),但只有八口井钻遇同裂谷地层(表1; 图3)。其中五口井钻遇早期同裂谷地层(表1; 图3),但本研究之前尚未对这一层位进行过年龄测定。先前的研究和井数据显示,早期和晚期同裂谷沉积主要发生在大陆湖相环境中(Richards和Hillier, 2000a; Lohr和Underhill, 2015; Dodd等, 2019)。然而,与北盆上覆裂后地层相比,其沉积学和沉积历史了解不足(Bunt, 2015, Holmes等, 2015, Dodd等, 2019, Dodd等, 2020, Plenderleith等, 2022)。14/24-1井获得了18.7米穿过同裂谷层位的岩心。
本文介绍了北盆同裂谷的详细分析结果(图1)。利用现有的2D和3D地震数据,绘制了关键同裂谷地层(早期同裂谷顶、晚期同裂谷顶和基底顶),以约束北盆内早期同裂谷和晚期同裂谷层位的分布和地层关系。对14/24-1岩心进行的详细沉积记录和对薄片进行的微相描述,检查了存在的相和相组合范围。重要的是,本研究展示了新的地质年代学分析结果,包括对14/24-1早期同裂谷岩心样本进行的LA-ICP-MS年龄测定。这些分析结果共同支持了对北盆同裂谷年龄和沉积环境的修订理解。
本研究回答了以下问题:
  • (i)
    北盆同裂谷地层的年龄是多少,以及14/24-1井新年龄测定对北盆和更广泛福克兰高原区域地质理解的影响是什么;
  • (ii)
    14/24-1岩心中可以识别出哪些岩石类型;
  • (iii)
    同裂谷沉积期间盆中存在哪些沉积过程和沉积环境;以及
  • (iv)
    新的同裂谷年龄测定和沉积历史对北盆烃类前景有何影响?

章节摘要

冈瓦纳和南大西洋裂谷

福克兰群岛的地质历史反映了冈瓦纳超大陆的发育、其最初解体以及随后的大西洋裂谷。关于福克兰高原与南大西洋扩张相关的深层结构信息稀缺,目前无法准确确定福克兰群岛在冈瓦纳解体前的位置(Stanca等, 2019)。Adie(1952)首次提出这些岛屿可能起源于一个

数据和方法

本研究使用了福克兰群岛政府提供的3D和2D地震反射、井和岩心数据。地震地层解释与现有同裂谷和基底井顶相接。沉积学解释参考了14/24-1的岩心、地球物理井测井和钻井描述,以及地震几何形状和特征。

盆地构造和构造地层学(2D和3D地震解释)

以下部分提供了基于井数据和2D与3D地震数据分析的盆地构造和构造地层序的解释和描述。首先提供描述,然后是两种输出(时间构造图和时间等时线)的综合解释。

讨论

本节讨论了基于地震、井、岩心和薄片数据分析,为北盆同裂谷提出的更新沉积模型。已创建块状图来说明这一更新理解(图17,图18)。还讨论了14/24-1井早期同裂谷岩心新年龄测定对南福克兰北盆裂谷时间及其如何融入冈瓦纳解体的影响。这些新发现可能具有更广泛的影响

结论

本研究将地震绘制、岩心和薄片分析以及锆石年龄数据解释和集成,形成了北盆在侏罗纪裂谷事件(早侏罗世)和白垩纪裂谷事件(早白垩世)期间修订的盆地尺度模型和沉积历史。
为早期同裂谷和晚期同裂谷提出了更新的沉积模型。通过14/24-1井岩心分析识别的关键沉积和火山/火山碎屑相组合,

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应福克兰群岛政府矿产资源部要求提供。这些数据的可用性可能受到限制。

CRediT作者贡献声明

Rory J. Sutton: . Gayle E. Plenderleith: 写作 - 原稿撰写,方法学,调查,形式分析,概念化。 Thomas J.H. Dodd: 概念化,方法学,写作 - 原稿撰写,写作 - 审阅与编辑。 Lorraine P. Field: 调查,资源,写作 - 原稿撰写。 Ian L. Millar: 调查,资源,写作 - 原稿撰写。 Dave J. McCarthy: 写作 - 审阅与编辑,写作 - 原稿撰写。 Thomas A. Randles: 写作 - 审阅与编辑,写作

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的竞争财务利益或个人关系,这些关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

感谢Graeme Eagles提出的富有洞察力且有帮助的审阅意见,这改进了本文。感谢Matthew Horstwood和Simon Tapster对本研究呈现数据进行的富有洞察力且有帮助的审阅。本文经福克兰群岛政府矿产资源部部长和英国地质调查局(UKRI)执行总监许可发表。
Rory J. Sutton|Gayle E. Plenderleith|Thomas J.H. Dodd|Lorraine P. Field|Ian L. Millar|Dave J. McCarthy|Thomas A. Randles
英国地质调查局,莱尔中心,研究大道南,爱丁堡EH14 4AP,英国
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