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徐胜-Tectonophysics:中国西北地区新疆境内前陆盆地的幔源氦
发表日期: 2016-12-29 来源:
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  陆地环境中天然气体的3He/4He比值(R)变化范围很大:从地壳放射性元素铀和钍衰变而产生的典型放射性成因的0.01 ~ 0.05 Ra(其中Ra是大气中3He/4He的比值,为1.4×10-6),到地幔起源的8 Ra。因此,R值是一个非常有效的指标,能够定性和定量地识别地壳和地幔来源挥发组分之间的平衡变化。已有研究表明,幔源氦主要与新生代岩浆/火山活动密切相关,也可能受控于伸展性构造活动。但是,自从1997Kennedy等首次提出圣安德烈斯断裂带附近相对较高的3He/4He比值以来,在构造挤压和非火山活动区也发现了一些幔源氦。这些幔源氦被认为主要是通过深大断裂带从地幔运移而来的。 

  过去的30年间,天然气3He/4He比值在中国得到了广泛的调查与研究。例如,沿中国东部海岸带分布的沉积盆地,由于出现较大范围的新生代岩浆活动和大规模伸展构造运动,使得R/Ra值普遍较高(>1)。另一方面,中国中部地区地质构造稳定的沉积盆地(如四川盆地、鄂尔多斯盆地),其R/Ra值具有典型的地壳放射性成因氦组分。而中国西北地区沉积盆地的3He/4He比值介于中国东部和中部地区之间。尽管西北地区大部分天然气的R/Ra值(<0.1)接近于典型的地壳放射性成因氦,但是也有部分样品的R/Ra值高达0.3,这可能归因于幔源组分的混入。最近十年来,随着新疆境内石油天然气勘探事业的迅速发展,大量的石油/天然气井投入生产,可以提供更多的气体样品,并已经观测到较高的3He/4He比值,证实了沉积盆地中幔源氦的贡献。然而,这些研究并没有揭示幔源氦是如何出现在挤压性构造背景以及与此相伴随的沉积盆地周边构造带所形成的巨厚地壳的非火山区内。为此,我中心客座研究员、甘肃省油气资源研究重点实验室学术委员徐胜博士与国内同行合作,对我国西北地区新疆境内的塔里木、准噶尔、吐鲁番-哈密和三塘湖等四大沉积盆地数百口油气井气体样品的3He/4He比值的区域分布特征进行了综合调查与分析研究,结果显示,这些地区天然气的3He/4He比值与区域构造活动关系密切。 

  塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番-哈密盆地和三塘湖盆地烃类天然气样品的3He/4He比值为大气值的0.01 ~ 0.6倍。二元混合模式计算结果表明,大约有0 ~ 7%的氦来源于地幔。这些幔源氦主要分布在与沉积盆地周边的天山、昆仑山和扎伊尔-哈拉阿拉特等造山带构造密切相关的前陆盆地内,而且向沉积盆地中心逐渐变低。这种空间分布特征表明,幔源氦有可能直接来源于侵位于中-下地壳的幔源地质流体,或者来源于位于岩石圈或岩石圈地幔的小规模熔融,并运移进入了造山带根部的主要围限断层内,但没有明显地进入到沉积盆地中。当向上运移接近前陆盆地的近地表气藏时,幔源氦明显的受到地壳中放射性成因氦的稀释。前陆盆地内缺乏现代岩浆活动或者伸展构造运动,但幔源氦的存在清楚地表明,沉积盆地的边界断层在幔源组分从地幔到地表的脱气过程中起到了重要的输导作用。 

  这些研究结果最近发表在《Tectonophysics》上:Xu, S., Zheng, G.D., Zheng, J.J., Zhou, S.X. and Shi, P.L. 2017: Mantle-derived helium in foreland basins in Xinjiang, Northwest China. Tectonophysics 694, 319-331. 

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