自然演化碎屑锆石裂变径迹长度影响因素分析

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2024.004

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (2): 169 -180. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.004

陈鸿 ¹ ^, ²(

), 蔡长娥 ¹ ^, ²(

), 罗开通 ¹ ^, ², 雷超 ¹ ^, ², 尚文亮 ¹ ^, ²

^1.重庆科技大学复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室, 重庆 401331
^2.重庆科技大学石油与天然气工程学院, 重庆 401331

收稿日期:2023-07-28 修回日期:2023-12-27 出版日期:2024-02-10
通讯作者: 蔡长娥 E-mail:981801204@qq.com;ccecai@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(41802154);重庆科技大学研究生科技创新计划项目(YKJCX2220108)

Influence Factors of the Fission-track Length in Detrital Zircon Obtained from Natural Borehole Samples

Hong CHEN ¹ ^, ²( ), Chang’e CAI ¹ ^, ²( ), Kaitong LUO ¹ ^, ², Chao LEI ¹ ^, ², Wenliang SHANG ¹ ^, ²

^1.Chongqing Key Labrotary of Complex Oil and Gas Exploration and Development, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China
^2.School of Petroleum Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China

Received:2023-07-28 Revised:2023-12-27 Online:2024-02-10 Published:2024-03-05
Contact: Chang’e CAI E-mail:981801204@qq.com;ccecai@163.com
About author:CHEN Hong, Master student, research areas include low temperature thermochronology and tectonic geology. E-mail: 981801204@qq.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(41802154);The Science and Technology Innovation Fund for Postgraduates of Chongqing University of Science and Technology(YKJCX2220108)

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锆石裂变径迹长度是锆石裂变径迹热年代学研究的一个重要参数。基于不同热背景的沉积盆地样品实测数据，分析锆石裂变径迹的退火行为，探讨锆石裂变径迹长度的影响因素。研究表明，Sk1井样品的裂变径迹长度和径迹与结晶C轴夹角之间具有一定的负相关性，即夹角愈小，径迹长度愈长；反之，夹角愈大，径迹长度愈短。Sk1井样品径迹与结晶C轴夹角主要分布在10°~70°，整体分布较随机；而Ku1井样品多分布于高角度（60°~90°），整体分布不随机。Sk1井锆石裂变径迹在沉积盆地开始退火温度为220 ℃，深层样品的平均径迹长度为5.02~5.55 μm；Ku1井锆石裂变径迹在沉积盆地开始退火温度为170 ℃，深层样品的平均径迹长度为8.06~8.31 μm，高温热背景下Sk1井的锆石裂变径迹开始受到沉积盆地影响的温度高于Ku1井。研究认为锆石裂变径迹在不同热背景下的开始退火温度和退火行为产生的差异是由盆地不同的增温速率导致的。Sk1井的中浅层样品平均径迹长度范围为5.85~8.36 μm，Ku1井中浅层样品平均径迹长度为9.21~10.05 μm。2口井中浅层样品的最小年龄大于地层年龄，表明未受到沉积盆地的影响，缩短的径迹长度是受到母源区热事件的影响。对锆石裂变径迹的退火行为和径迹长度影响因素的分析对于油气成藏过程以及烃源岩的热演化史研究具有指导意义。

关键词: 碎屑锆石裂变径迹, 退火行为, 径迹与结晶C轴夹角, 增温速率, 母源区热事件

Zircon fission-track length is an essential parameter for studying annealing behavior. Based on measured data from sedimentary basin samples with different thermal backgrounds, this study investigated the annealing behavior of zircon fission tracks and discussed the factors influencing the fission-track length. The results show that the fission track of the Sk1 sample has a negative correlation with the angle to the C-axis on the fission track; specifically, a smaller angle corresponds to a longer track length, while a larger angle results in a shorter track length. The angle to the C-axis on the fission-track of the Sk1 sample was mainly distributed at 10°~70°, and the overall distribution was relatively random. The Ku1 samples were primarily distributed at high angles (60°~90°), and the overall distribution was not random. The initial annealing temperature of zircon fissions track in the sedimentary basin of Sk1 is 220 °C, and the average track length of deep samples is 5.02~5.55 μm. The initial annealing temperature of the zircon fission track in the sedimentary basin of Ku1 is 170 °C, and the average track length of deep samples is 8.06~8.31 μm. Under a high temperature and thermal background, the temperature at which the zircon fission track of Well Sk1 was affected by the sedimentary basin was higher than that of Well Ku1. The difference in initial annealing temperature and annealing behavior of zircon fission tracks with different thermal backgrounds is attributed to variations in the heating rate. The average track length of the middle and shallow samples in well Sk1 is 5.85~8.36μm; the average track length in the Ku1 well is 9.21~10.05 μm. The minimum age of shallow samples in both wells exceeded the formation age, indicating that they were not affected by the sedimentary basin. Instead, the shortened track length was affected by thermal events in the source.

Key words: Detrital zircon fission track, Annealing behavior, Angle to the C-axis on fission track, Heating rate, Pre-depositional thermal history

中图分类号:

P597.3

图1 渤海湾盆地和塔里木盆地主要构造单元（a）及采样井位（b）分布图

Fig. 1 The main structural units （a） and sampling wells （b） location distribution maps of Bohai Bay Basin and Tarim Basin

图2 镜下锆石裂变径迹示意图

Fig. 2 The Zircon Fission Track （ZFT） diagram under the microscope

表1 Sk1井和 Ku1井样品详细信息及锆石裂变径迹长度测试结果

Table 1 Detailed information of samples from well Sk1 and well Ku1 and test results of zircon fission track length

样品	地层	埋深/m	N_all/条	L_all/µm	N₆₀/条	L₆₀/µm	±1σ/µm	温度/℃
Sk1-02	Es₃	2 888	54	8.35	7	8.86	0.61	107
Sk1-04	Es₄	3 738	6	7.07	2	7.02	0.57	134
Sk1-05	Es₄	3 805	17	7.10	3	7.94	0.33	135
Sk1-07	Es₄	4 011	45	7.56	7	7.82	0.21	142
Sk1-12	Ek₁	4 514	20	7.78	3	7.37	0.29	159
Sk1-20	Ek₁	5 303	64	7.58	9	6.21	0.18	184
Sk1-23	Ek₁	5 608	9	7.36	3	6.93	0.84	193
Sk1-25	Ek₁	5 799	19	6.31	4	6.33	0.33	201
Sk1-27	Ek₁	6 006	61	7.10	12	6.94	0.18	206
Sk1-29	Ek₂	6 186	17	5.88	5	5.96	0.58	214
Sk1-30	Ek₂	6 311	19	5.84	5	5.71	0.28	216
Sk1-32	Ek₂	6 547	47	5.93	12	5.23	0.18	225
Sk1-34	Ek₂	6 705	49	6.22	10	5.33	0.21	230
Sk1-35	Ek₂	6 811	26	5.81	9	5.02	0.21	233
Sk1-37	Ek₂	7 014	42	5.50	11	5.54	0.22	239
Ku1-05	Q₁x	215	29	10.03	23	10.03	0.52	15
Ku1-09	Q₁x	632	15	9.52	9	9.13	0.34	24
Ku1-16	N₂k	1 351	2	8.92	2	8.92	0.22	42
Ku1-36	N₂k	3 414	6	9.06	3	8.78	0.53	87
Ku1-40	N₁k	3 913	3	8.38	2	8.97	0.66	101
Ku1-01	E₃s	5 758	20	8.82	16	8.81	0.27	142
Ku1-02	E₃s	5 952	16	9.28	9	9.53	0.41	146
Ku1-63	K₁	6 251	21	9.82	16	10.04	0.33	153
Ku1-67	K₁	6 533	13	9.53	6	9.22	0.32	161
Ku1-68	K₁	6 687	8	8.32	4	8.05	0.71	164
Ku1-69	K₁	6 846	4	8.07	3	8.92	1.27	167

表1 Sk1井和 Ku1井样品详细信息及锆石裂变径迹长度测试结果

Table 1 Detailed information of samples from well Sk1 and well Ku1 and test results of zircon fission track length

样品	地层	埋深/m	N_all/条	L_all/µm	N₆₀/条	L₆₀/µm	±1σ/µm	温度/℃
Sk1-02	Es₃	2 888	54	8.35	7	8.86	0.61	107
Sk1-04	Es₄	3 738	6	7.07	2	7.02	0.57	134
Sk1-05	Es₄	3 805	17	7.10	3	7.94	0.33	135
Sk1-07	Es₄	4 011	45	7.56	7	7.82	0.21	142
Sk1-12	Ek₁	4 514	20	7.78	3	7.37	0.29	159
Sk1-20	Ek₁	5 303	64	7.58	9	6.21	0.18	184
Sk1-23	Ek₁	5 608	9	7.36	3	6.93	0.84	193
Sk1-25	Ek₁	5 799	19	6.31	4	6.33	0.33	201
Sk1-27	Ek₁	6 006	61	7.10	12	6.94	0.18	206
Sk1-29	Ek₂	6 186	17	5.88	5	5.96	0.58	214
Sk1-30	Ek₂	6 311	19	5.84	5	5.71	0.28	216
Sk1-32	Ek₂	6 547	47	5.93	12	5.23	0.18	225
Sk1-34	Ek₂	6 705	49	6.22	10	5.33	0.21	230
Sk1-35	Ek₂	6 811	26	5.81	9	5.02	0.21	233
Sk1-37	Ek₂	7 014	42	5.50	11	5.54	0.22	239
Ku1-05	Q₁x	215	29	10.03	23	10.03	0.52	15
Ku1-09	Q₁x	632	15	9.52	9	9.13	0.34	24
Ku1-16	N₂k	1 351	2	8.92	2	8.92	0.22	42
Ku1-36	N₂k	3 414	6	9.06	3	8.78	0.53	87
Ku1-40	N₁k	3 913	3	8.38	2	8.97	0.66	101
Ku1-01	E₃s	5 758	20	8.82	16	8.81	0.27	142
Ku1-02	E₃s	5 952	16	9.28	9	9.53	0.41	146
Ku1-63	K₁	6 251	21	9.82	16	10.04	0.33	153
Ku1-67	K₁	6 533	13	9.53	6	9.22	0.32	161
Ku1-68	K₁	6 687	8	8.32	4	8.05	0.71	164
Ku1-69	K₁	6 846	4	8.07	3	8.92	1.27	167

图3 Sk1井样品的锆石裂变径迹（ZFT）长度与埋深关系图

Fig. 3 The relationship between Zircon Fission Track （ZFT） length and buried depth in the well Sk1

图4 Sk1井不同埋深样品裂变径迹条数及长度分布直方图
N为样品中裂变径迹条数

Fig. 4 The number of fission track and length distribution of samples with different buried depths in the well Sk1
N： The number of fission tracks in the sample

图5 Ku1井样品的锆石裂变径迹（ZFT）长度与埋深关系图

Fig. 5 The relationship between Zircon Fission Track （ZFT） length and buried depth in the well Ku1

图6 Ku1-01样品和Ku1-05样品裂变径迹长度分布直方图
N为样品中裂变径迹条数

Fig. 6 The distribution of fission track lengths in the Ku1-01 and Ku1-05
N： The number of fission tracks in the sample

图7 Sk1井和Ku1井样品径迹与C轴夹角的分布直方图

Fig. 7 Histogram of the angle to the C-axis in zircon from the well Sk1 and well Ku1

图8 Sk1井碎屑锆石样品裂变径迹长度与结晶C轴夹角关系图

Fig. 8 Relationship between the confined track lengths and the angles to the C-axis in zircon samples from the well Sk1

图9 不同样品裂变径迹长度分布图
（a） Sk1-32样品；（b） Sk1-34样品；（c） Sk1井锆石裂变径迹（ L ₆₀）与埋深关系；（d） Sk1-35样品；（e） Sk1-37样品； N为样品中裂变径迹条数

Fig. 9 The fission track length distribution histogram of different samples
（a） The samples of Sk1-32；（b） The samples of Sk1-34；（c） The relationship between the mean track length （ L ₆₀） of Zircon Fission Track （ZFT） and buried depth in the well Sk1；（d） The samples of Sk1-35；（e） The samples of Sk1-37； N：The number of fission tracks in the sample

图10 不同样品裂变径迹长度分布图
（a） Ku1-68样品；（b） Ku1井锆石裂变径迹（ L ₆₀）与埋深关系；（c） Ku1-69样品； N为样品中裂变径迹条数

Fig. 10 The fission track length distribution histogram of different samples
（a） The samples of Ku1-68；（b） The relationship between the mean track length （ L ₆₀） of Zircon Fission Track （ZFT） and buried depth in the well Ku1；（c） The samples of Ku1-69； N：The number of fission tracks in the sample

图11 不同采样井样品的锆石裂变径迹（ZFT）最小年龄与温度/埋深关系

Fig. 11 The relationship between the minimum age of Zircon Fission Track （ZFT） and temperature/buried depth from different sampling wells

表2 锆石裂变径迹（ ZFT）的初始径迹长度

Table 2 Initial track length of Zircon Fission Track （ ZFT）

初始径迹长度值/µm	作者与参考文献
11.15	Galbraith等^{［ 26 ］}
11.05	Yamada等^{［ 29 ］}
11.04	Reiners等^{［ 31 ］}
11.63	Yamada等^{［ 11 ］}

表2 锆石裂变径迹（ ZFT）的初始径迹长度

Table 2 Initial track length of Zircon Fission Track （ ZFT）

初始径迹长度值/µm	作者与参考文献
11.15	Galbraith等^{［ 26 ］}
11.05	Yamada等^{［ 29 ］}
11.04	Reiners等^{［ 31 ］}
11.63	Yamada等^{［ 11 ］}

图12 Ku1-05样品和Ku1-09样品裂变径迹长度分布直方图
N为样品中裂变径迹条数

Fig. 12 The fission track length distribution histogram of samples of Ku1-05 and Ku1-09
N： The number of fission tracks in the sample

图13 不同热年代学约束条件的热史演化路径图
（a）利用ZHePRZ、AFTPAZ和AHePRZ得到的热史演化路径；（b）利用AFT和ZFT及（U-Th）/He得到的热史演化路径；1和2表示可能得到的热史演化路径；ZHePRZ：锆石（U-Th）/He部分保留带；AFTPAZ：磷灰石裂变径迹部分退火带；AHePRZ：磷灰石（U-Th）/He部分保留带；ZFTPAZ：锆石裂变径迹部分退火带

Fig. 13 The thermal histories by different thermochronological constraints
（a） The thermal history evolution path is obtained by using ZHePRZ， AFTPAZ， AHePRZ data；（b） The thermal history evolution path is obtained by using apatite and zircon fission track and （U-Th）/He data； 1 and 2 represent possible thermal history evolution paths； ZHePRZ： Zircon（U-Th）/He Partial Reserve Zone； AFTPAZ： Apatite Fission Track Partial Annealing Zone； AHePRZ： Apatite（U-Th）/He Partial Reserve Zone； ZFTPAZ： Zircon Fission Track Partial Annealing Zone

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