裂谷盆地构造-热演化模拟中几个问题的讨论

裂谷盆地的构造-热演化模拟是在岩石圈尺度计算裂谷盆地形成演化过程中的热历史和沉降史.拉张模型实现了构造和热的完美结合,在描述裂谷盆地沉降和热流演化方面取得了很大的成功.本文使用二维运动学模型,通过有限元方法,在拉格朗日坐标系下进行拉张背景下的构造热演化模拟,探讨了拉张模型中初始地壳、岩石圈厚度、软流圈对流、模型上边界对构造热演化的影响,以及载水和载沉积物两种情况下盆地侧翼抬升的差异.     

早二叠世-中三叠世四川盆地热演化及其动力学机制

四川盆地位于扬子板块西缘,是我国重要的含油气盆地之一.早二叠世-中三叠世是盆地发育及热演化的重要时期,其间经历了区域岩石圈拉张和峨眉山玄武岩活动两个重要构造热事件.本文采用地球动力学模型,分别模拟研究了区域岩石圈拉张和峨眉山玄武岩对盆地热演化的影响.研究结果表明,该时期岩石圈在拉张作用下温度场基本上处于增温状态,盆地基底热流也随时间整体呈增加趋势.但由于拉张系数较小,岩石圈的减薄量有限,受到的热扰动也不大.岩石圈拉张造成盆地基底热流升高约20%,最大基底古热流出现在早三叠世,约60～62mWm-2.地幔柱模型显示,地幔柱活动对岩石圈热状态具有很大的影响,其影响主要集中在地幔柱头上方（内带）,而四川盆地所处的外带及以外地区受到的影响很小.部分喷发到盆地地表的岩浆对盆地烃源岩热演化会有剧烈的影响,但影响时间和范围均有限.因此,早二叠世-中三叠世四川盆地热演化主要受区域岩石圈拉张控制,并在川西南局部地区又叠加了峨眉山玄武岩的热效应.     

渤海湾盆地新生代拉张中心迁移的热-流变机制

在区域拉张应力作用下,岩石圈拉张减薄,减薄的中心地带成为拉张中心,渤海湾盆地新生代期间拉张中心具有自西向东、自南向北的迁移规律.为了探究渤海湾盆地新生代期间拉张中心的迁移与岩石圈热-流变结构的关系,本文在构造-热演化模拟的基础上,对渤海湾盆地各坳陷新生代岩石圈热-流变结构进行了计算.结果表明：渤海湾盆地新生代岩石圈拉张中心的迁移主要受岩石圈流变强度的非均匀性所控制.拉张中心开始位于岩石圈强度最低的济阳坳陷,拉张及伴随的的热冷却过程使得济阳坳陷岩石圈强度增大,并且超过了渤中坳陷岩石圈强度,因此,沙四段时期,拉张中心迁移到了渤中坳陷;沙三段时期,拉张中心迁移到了黄骅以及辽东湾坳陷.这是由于拉张速度较慢时(对于约90 km厚度的岩石圈而言,如果初始地壳厚度>34 km,拉张速度0.5 cm·a^-1),拉张初期会造成岩石圈强度的降低,但随着拉张的持续进行,岩石圈整体强度反而增加.孔店组时期,在岩石圈强度较大的冀中及临清坳陷形成拉张中心可能是叠加了其他地质因素(如前期构造、断裂活动、远程应力等)的影响.东营组时期,在岩石圈强度较大的渤中坳陷形成拉张中心,这可能是该时期...     

叠合盆地构造热演化模拟方法研究——以江汉盆地为例

基于地球动力学的构造-热演化方法是沉积盆地热史研究的重要方法之一.本文以江汉盆地宜随大剖面为例,采用平衡剖面方法对叠合盆地复杂、漫长的演化历史进行构造恢复,采用多期有限拉张-挤压应变速率法进行古热流反演,最后得到盆地的古地温场.由此,建立了构造恢复—盆地基底热流反演—岩石圈尺度温度结构—沉积盆地尺度温度结构的多期伸展、挤压模型的热模拟方法流程,实现了岩石圈尺度的热模拟与盆地尺度的热模拟相结合.     

联合多种资料确定华北岩石圈三维热-流变结构:对裂陷形成的意义

中生代以来,华北克拉通岩石圈发生了显著破坏和变形,变形的一个显著特征是广泛存在的拉张构造和华北东部的岩石圈减薄,而岩石圈的热-流变结构是控制这些动力过程的主要因素之一.文章基于地球物理学-岩石物理学方法,综合利用多种资料构建华北地区现今岩石圈三维热-流变结构模型,进而探讨其与拉张构造和裂陷形成的关系.结果表明,西部岩石圈较厚、莫霍面温度低(T_(Moho)600℃),岩石圈强度和幔-壳强度比(S_m/S_c1)均较高.西部窄裂陷的变形方式符合这种地幔强度为主导的局部集中变形.华北东部岩石圈表现为大范围减薄(岩石圈厚度80～110km),但其强度并未整体降低,在局部地区(如渤海湾盆地和河淮盆地)表现出较高的强度(10×10~(12)Pam).东部的大部分地区岩石圈表现为较高T_(Moho)(600～750℃)和低S_m/S_c(1),这与东部现今岩石圈大范围的分布式拉张构造不符.结合古地热及岩石学等研究结果,构建华北克拉通演化历史上的岩石圈热-流变结构,推断东部裂陷形成初期曾具有显著薄弱的岩石圈,其变形方式为以地壳强度为主导的区域性弥散拉张变形,并进而演化形成广泛的宽裂陷.但后期岩石圈冷却增生使强度明显增加,导致现今岩石圈的热-流变状态与经历的拉张构造演化过程的不一致.     

渤海湾盆地新生代以来构造-热演化模拟研究

渤海湾盆地是华北最大的新生代裂谷盆地,具有最完整的新生代地层记录,是研究盆地演化的理想区域.本文基于二维多期拉张模型,对渤海湾盆地内9条地震解释剖面进行新生代构造-热演化模拟,以揭示盆地拉张强度及热演化的时空差异性,为探讨盆地演化的地球动力学机制提供依据.研究结果表明:渤海湾盆地各坳陷新生代期间的总拉张系数为1.28～2.39,渤中坳陷和辽东湾坳陷的总拉张系数最大,而辽河坳陷和临清坳陷的拉张系数最小.盆地基底热流在古近纪中、晚期达到峰值71～100mW·m-2,之后逐渐降低至现今.盆地西部热流峰期出现的时间早于东部.由盆地拉张系数和基底热流的研究结果得出,渤海湾盆地新生代的拉张有着自西向东,自南向北的迁移,与沉积、沉降中心的迁移方向一致.太平洋板片新生代期间的幕式向东后撤可能是造成渤海湾盆地幕式拉张及拉张中心向东迁移的主要动力学机制.     

莺歌海盆地构造热演化模拟研究

根据实测资料计算,莺歌海盆地平均大地热流为 ８４．１ｍＷ／ｍ~２．通过对莺歌海盆地构造热演化模拟研究,揭示了盆地在新生代的热演化特征：新生代３期拉张使盆地逐步升温, ５．２ Ｍａ以来盆地达到历史最高温时期,目前处于热流下降期;在新生代,基底热流始终在 ５０～７０ ｍＷ／ｍ~２之间,表明 ３期拉张并未引起盆地异常高热流,这与盆地尺度及拉张特征有关;盆地地表热流主要受基底热流控制,沉积物放射性生热仅占不足 ２０％．     

渤海湾盆地济阳坳陷新生代裂后不整合、加速沉降事件及其成因浅析

为了考察渤海湾盆地济阳坳陷新生代裂后不整合及加速沉降事件并探讨其成因机制，利用悬臂梁模型和二维挠曲回剥模型的正反演模拟，对济阳坳陷2条NS向剖面新生代的构造演化进行了重建.正演计算表明，要反映14 Ma的盆地结构，需要叠加断陷阶段及裂后不整合时期发生的构造抬升事件，叠加的构造抬升量在坳陷东北部比西南部大；反演计算表明，要恢复到14 Ma的盆地结构，按照断层估算的拉张系数产生的热沉降不足以恢复当时的古水深，如果要通过人为增加构造沉降以恢复到14 Ma的古水深，那么坳陷东北部比西南部需要更大的沉降量.结果说明，济阳坳陷在新生代发育时，除了水平伸展产生的岩石圈被动减薄外，可能还叠加了垂向因素引起的岩石圈主动减薄；14 Ma以来发生的裂后加速沉降有从坳陷东北部向西南部推进的趋势.分析表明除了水平伸展诱发软流圈热扰动及随后快速热衰减外，岩石圈拆层作用、岩石圈地幔交代作用等主动因素，也会产生裂后不整合及加速沉降事件.     

珠江口盆地白云凹陷新生代构造-热演化模拟

珠江口盆地是我国海洋油气勘探的重点区域,白云凹陷是珠江口盆地内最大新生代凹陷,具有齐全的新生代地层及丰富的钻井地震资料,是构造-热演化模拟研究的理想区域.本文基于多期次非瞬时伸展模型,选取白云凹陷6条地震解释剖面进行新生代构造-热演化模拟,以揭示白云凹陷热演化的时空差异性,为探讨珠江口盆地演化机制及深部动力学过程提供依据.模拟结果表明:白云凹陷经历了两期拉张过程,第一期(47.8~33.9 Ma)拉张自始新世发生,凹陷中心及白云西洼拉张强度高,基底古热流快速上升,最高达到~80 mW·m^-2;第二期(23~13.8 Ma)拉张发生于中新世,此次拉张在白云凹陷南部更强烈,白云凹陷基底主体在13.8 Ma达到最高古热流~100 mW·m^-2,此后基底热流值一直缓慢下降,逐渐接近稳态.白云凹陷拉张强度总体呈现西高东低,中间高、边缘低,北部一期高,南部二期高.第一期拉张主要受裂陷期强烈的裂谷作用控制,而伸展作用重启和高速层引起的“下地壳流”的共同作用可能是造成第二期拉张(裂后异常沉降)的主要动力学机制.     

辽河盆地新生代多期构造热演化模拟

针对辽河盆地新生代拉张多期性的特点,提出一种适用于多期拉张盆地构造热演化模拟的纯剪切模型．该模型考虑了多期拉张的继承性、横向不均匀性以及拉张速率的可变性。通过几种拉张速率模式的对比,指出拉张速率模式的选择对模拟年轻盆地热演化过程具有重要意义．最后,利用该模型模拟研究了辽河盆地新生代的构造热演化历史．     

塔里木盆地岩石层热结构特征

在大地热流密度分布的基础上，研究了塔里木盆地中库尔勒－若羌和阿克苏－叶城两条剖面岩石层热结构特征．由岩石层Ｐ波速度分布转换成生热率剖面，用二维数值模型获得了岩石层热结构和热状态特征．结果表明，塔里木盆地壳幔边界温度的高低与其埋深密切相关．居里等温面深度大，地幔热流密度较低．岩石层厚度变化与其新生代期间挠曲过程密切相关．在岩石层温度分布基础上，确定了深部脆－韧性过渡带深度和岩石层屈服强度，表明塔里木盆地岩石层相对较冷，且具有刚性的地球动力学特征．     

Thermal-rheological structure of lithosphere beneath the northern flank of Tarim Basin, western China: Implications for geodynamics

Based on the data of geo-temperature and thermophysical parameters of rocks in the Kuqa Depression and the Tabei Uplift, northern flank of the Tarim Basin, in terms of the analytical solution of 1-D heat transfer equation, the thermal structure of the lithosphere under this region is determined. Our results show that the average surface heat flow of the northern flank of the Tarim Basin is 45 mW/m2, and the mantle heat flow is between 20 and 23 mW/m2; the temperature at crust-mantle boundary (Moho) ranges from 514℃ to 603℃ and the thermal lithosphere where the heat conduction dominates is 138-182 km thick. Furthermore, in combination with the P wave velocity structure resulting from the deep seismic sounding profile across this region and rheological modeling, we have studied the local composition of the lithosphere and its rheological profile, as well as the strength distribution. We find that the rheological stratification of the lithosphere in this region is apparent. The lowermost of the lower crust is ductile; however,the uppermost of the mantle and the upper and middle parts of the crust are both brittle layers,which is typically the so-called sandwich-like structure. Lithospheric strength is also characterized by the lateral variation, and the uplift region is stronger than the depression region. The lithospheric strength of the northem flank of the Tarim Basin decreases gradually from south to north; the Kuqa Depression has the lowest strength and the south of the Tabei Uplift is strongest.The total lithospheric strength of this region is 4.77× 1012-5.03 × 1013 N/m under extension, and 6.5 × 1012-9.4× 1013 N/m under compression. The lithospheric brittle-ductile transition depth is between 20 km and 33 km. In conclusion, the lithosphere of the northern flank of the Tarim Basin is relatively cold with higher strength, so it behaves rigidly and deforms as a whole, which is also supported by the seismic activity in this region. This rigidity of the Tarim lithosphere makes it little deform interior, but only into flexure under the sedimentation and tectonic loading associated with the rapid uplift of the Tianshan at its northern margin during the Indian-Eurasian continental collision following the Late Eocene. Finally, the influences of factors, such as heat flow, temperature,crustal thickness, and especially basin sediment thickness, on the lithospheric strength are discussed here.     

The composition of back-arc basin lower crust and upper mantle in the Mariana Trough: A first report

Abstract The Mariana Trough is an active back-arc basin, with the rift propagating northward ahead of spreading. The northern part of the Trough is now rifting, with extension accommodated by combined stretching and igneous intrusion. Deep structural graben are found in a region of low heat flow, and we interpret these to manifest a low-angle normal fault system that defines the extension axis between 19°45' and 21°10'N. A single dredge haul from the deepest (∼5.5 km deep) of these graben recovered a heterogeneous suite of volcanic and plutonic crustal rocks and upper mantle peridotites, providing the first report of the deeper levels of back-arc basin lithosphere. Several lines of evidence indicate that these rocks are similar to typical back-arc basin lithosphere and are not fragments of rifted older arc lithosphere. Hornblende yielded an ⁴⁰Ar/³⁹Ar age of 1.8 ± 0.6 Ma, which is interpreted to approximate the time of crust formation. Harzburgite spinels have moderate Cr# (<40) and coexisting compositions of clinopyroxene (CPX) and plagioclase (PLAB) fall in the field of mid-ocean ridge basalt (MORB) gabbros. Crustal rocks include felsic rocks (70-80% SiO₂) and plutonic rocks that are rich in amphibole. Chemical compositions of crustal rocks show little evidence for a 'subduction component', and radiogenic isotopic compositions correspond to that expected for back-arc basin crust of the Mariana Trough. These data indicate that mechanical extension in this part of the Mariana Trough involves lithosphere that originally formed magmatically. These unique exposures of back-arc basin lithosphere call for careful study using ROVs and manned submersibles, and consideration as an ocean drilling program (ODP) drilling site.     

珠江口盆地大地热流特征及其与热岩石圈厚度的关系

沉积盆地现今热流特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的必要约束条件,其总体变化趋势与热岩石圈厚度密切相关.本文根据新收集的珠江口盆地19口钻井温度数据,新增计算了19个大地热流数据,其中12个数据位于深水区（水深大于300 m）,丰富了该盆地深水区钻井地热数据.结合前人研究成果,绘制了该盆地的大地热流图,并分析了其热流分布特征.在此基础上通过求解一维热传导方程,计算得到36口井位处的热岩石圈厚度,量化了盆地大地热流与热岩石圈厚度间的关系.结果显示,珠江口盆地大地热流值介于24.2~121.0 mW·m^-2,平均71.8±13.6 mW·m^-2,新增盆地深水区钻井平均热流值高达84.5±4.4 mW·m^-2.大地热流分布整体上从陆架区到陆坡区升高,而热岩石圈厚度整体分布趋势与大地热流相反.大地热流与热岩石圈厚度间存在良好的指数相关性.     

沉积盆地形成的张性模式

在过去的十余年中，对沉积盆地的成因已取得了很大进展，并提出了许多定性和定量的模型。本文旨在对张性盆地进行讨论，并简要分析影响盆地发展的主要因素和导致岩石圈内部张应力的力源。本文对三种主要模型进行了详细讨论，即纯剪切模型，简单剪切模型和纯剪切－简单剪切联合模型。所有模型虽都建立在对不同盆地的研究基础之上，但它们都揭示出盆地的发展主要受岩石圈内部热动力学过程和沉积物负载作用的控制。其它因素，如拆离面的     

青藏高原现代地壳运动与活动断裂带关系的模拟实验

本文以GPS观测、大地热流测量、较高精度地形数据、全球板块相对运动的REVEL模型为基础，建立了以青藏高原现代构造活动为主要研究对象的东亚地区构造形变场有限元模型.数值模拟结果显示，青藏高原内部和周边地区走滑断裂带的活动对东亚地区地壳运动速率和方向有较大的影响，特别是对青藏高原物质向东南方向运动有显著影响；不同构造块体岩石圈强度的差异直接影响了川滇菱形地块边界断层错动性质.在考虑青藏高原地形附加重力作用和周边板块汇聚作用对现今大型断裂带运动特征控制作用的同时，岩石圈之下的橄榄岩软流圈至转换带物质对流对岩石圈的拖曳力也是必须考虑的底部边界条件.     

渭河盆地岩石圈热结构与地热田热源机理

岩石圈热结构是盆地现今地温场研究的重要延伸和扩展,是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要窗口,更是地热田热源机理研究的核心问题.本次工作,在系统分析渭河盆地现今地温场和水动力系统基础上,编制了渭河盆地大地热流分布等值线图;通过实测生热率等热物性参数,利用一维稳态热传导方程计算了研究区岩石圈热结构,并分析了渭河盆地岩石圈热结构特征和地热田热源机理.结果表明,渭河盆地现今大地热流值分布范围为62.5~80.2mW·m-2,平均为70.8±4.8mW·m-2,西部明显高于东部,西安坳陷最高,咸礼凸起次之;渭河断裂并不是控热断裂,其沟通作用引起的水热循环一定程度上影响了浅部热量再分配,对渭河盆地地温场并没有起到明显的控制作用.西安坳陷—咸礼凸起地壳热流介于32.2~37.5mW·m-2之间,平均为34.6mW·m-2;地幔热流分布范围为33.8~38.9mW·m-2,平均为36.0mW·m-2;地壳热流和地幔热流的总体变化趋势一致,西安坳陷高于咸礼凸起,分析认为西安坳陷沉积层厚度大于后者,且沉积层放射性生热率更大,是造成西安坳陷地壳热流高于咸礼凸起的原因,而西安坳陷相比咸礼凸起更高的地幔热流,表明西安坳陷深部活动性强于咸礼凸起.西安坳陷和咸礼凸起地壳/地幔热流比值相近,介于0.93~1.01之间,平均为0.96,"热"岩石圈厚度约为95~101km.渭河盆地岩石圈热结构特征与鄂尔多斯盆地在很大程度上具有相似性,暗示着二者具备相似的深部稳定性,这与渤海湾盆地为代表的中国东部中—新生代主动裂谷盆地岩石圈热结构特征截然不同,表明渭河盆地为被动伸展裂陷.从鄂尔多斯盆地、渭河盆地、山西裂谷到华北盆地,"热"岩石圈厚度的有序变化表明太平洋板块俯冲引起的地幔对流对华北地块深部动力学行为的影响主要发生在太行山以东,而太行山以西的鄂尔多斯盆地和渭河盆地则影响甚微,这种空间差异影响从侧面暗示着华北克拉通破坏过程的有序性.综合分析渭河盆地地质—地球物理资料认为,岩石圈表层伸展破裂、深部重力均衡调整进而引起软流圈被动上涌,其产生的相对高地幔热流的热传导和深大断裂沟通的水体热对流相互叠加作用,共同构成了渭河盆地中—低温地热田的热源机理.     

Why the Sacramento Delta area differs from other parts of the great valley: Numerical modeling of thermal structure and thermal subsidence of forearc basins

Data on present-day heat flow, subsidence history, and paleotemperature for the Sacramento Delta region, California, have been employed to constrain a numerical model of tectonic subsidence and thermal evolution of forearc basins. The model assumes an oceanic basement with an initial thermal profile dependent on its age subjected to refrigeration caused by a subducting slab. Subsidence in the Sacramento Delta region appears to be close to that expected for a forearc basin underlain by normal oceanic lithosphere of age 150 Ma, demonstrating that effects from both the initial thermal profile and the subduction process are necessary and sufficient. Subsidence at the eastern and northern borders of the Sacramento Valley is considerably less, approximating subsidence expected from the dynamics of the subduction zone alone. These results, together with other geophysical data, show that Sacramento Delta lithosphere, being thinner and having undergone deeper subsidence, must differ from lithosphere of the transitional type under other parts of the Sacramento Valley. Thermal modeling allows evaluation of the rheological properties of the lithosphere. Strength diagrams based on our thermal model show that, even under relatively slow deformation (10⁻¹⁷ s⁻¹), the upper part of the delta crystalline crust (down to 20–22 km) can fail in brittle fashion, which is in agreement with deeper earthquake occurrence. Hypocentral depths of earthquakes under the Sacramento Delta region extend to nearly 20 km, whereas, in the Coast Ranges to the west, depths are typically less than 12–15 km. The greater width of the seismogenic zone in this area raises the possibility that, for fault segments of comparable length, earthquakes of somewhat greater magnitude might occur than in the Coast Ranges to the west. The text was submitted by the authors in English.     

兰州-民和断陷盆地地热地质条件分析及热储概念模型

研究了兰州—民和盆地的地热地质条件，认为盆地位于中祁连隆起带的东段，为地壳厚度陡变带部位，发育的NWW向和NNW向深大断裂成为深部热源的上升通道并控制地温分布．导热断裂与低热导率岩层组合容易形成地热异常，形成层状热储和带状热储．均为低温地热资源．提出该断陷盆地的热储概念模型是地壳深部供热—深大断裂导热—低热导率岩层聚热一侧向地下径流补水．     

大洋中脊的形成过程

本文从热传导方程出发,得到了大洋中脊下岩石层温度分布的分析表达式及数值计算结果。结果表明,软流层上涌流动所提供的热源可以使大洋中脊下岩石层逐步融化;岩石层的相对移动速度对大洋中脊岩石层温度场及融化深度影响较大。