基于返揭法的东营凹陷古地热场三维动态模拟

返揭法是利用沉积盆地的大地构造背景、地壳结构、基底热流和沉积层物性参数来确定盆地内各地层的热流及地下温度场分布的一种方法。将基于这一方法研发的软件与基于角点网格建立的三维构造-地层格架模型耦合起来,以东营凹陷的实际数据为例进行了热史反演和古地热场重构,计算并显示了该凹陷在各演化时期的温度和热流三维分布状态。盆地基底古热流是实现盆地地热场模拟的基础边界参数条件,与其他方法相比,返揭法的优点是在计算盆地基底古热流时,可以避开因为构造-岩浆热事件造成的局部古大地热流值异常,而直接采用较稳定的地幔热流值来反演求解。该方法原理简单、计算量较小,只要将该模拟模块与附加地热场模拟模块集成起来,便可完整地实现复杂盆地的古地热场演化模拟。     

济阳坳陷地幔热流和深部温度

济阳坳陷深部地热状况对于分析岩石圈深部结构特征、探索该盆地形成和演化的地球动力学过程具有重要意义.依据济阳坳陷最新的钻探资料和深部地球物理探测结果, 按沉积盖层、上、中、下地壳4层结构, 建立了分别代表该区凹陷部位和凸起及斜坡带上的2种地壳结构模型.通过多道能谱分析, 测试了区内4 3块岩心样品的放射性元素U、Th、40K含量, 统计得出了济阳坳陷沉积盖层的平均生热率为(1.40±0.26) μW/m3.在研究大地热流分布的基础上, 结合济阳坳陷地壳各岩层放射性生热率, 采用“剥层”法, 从地表开始, 由浅到深逐步扣除各层段所提供的热量, 得到了济阳坳陷的地幔热流.并且采用相似的方法, 利用一维稳态热传导方程, 分析了地壳上地幔顶部的温度状况.结果表明, 济阳坳陷的地幔热流约为38.4~39.2 mW/m2, 占整个地表总热流量的5 8%;地幔顶部温度约为602~636℃.与世界上其他各类地质构造单元相比, 济阳坳陷无论是地幔热流值或其与地表热流之比值都是比较高的, 其深部地热状态具有介于稳定地区和构造活动区之间的特点.      

渤海盆地现今岩石圈热结构及新生代构造-热演化史

依据236口井共2 706组的静温数据以及25口井的系统测温数据,分析计算了渤海盆地地温梯度及大地热流;建立地壳分层结构模型,利用回剥法计算现今地幔热流、深部温度以及岩石圈厚度;在此基础上,利用地球动力学方法恢复本区热流演化史。结果表明：渤海盆地背景地温梯度为322 ℃/km,热流值为648 mW/m2;盆地现今热岩石圈厚度在61~69 km之间,地幔热流占地表热流的比例在60%左右,属于“热幔冷壳”型岩石圈热结构,盆地地壳底部或莫霍面温度变动在548~749 ℃之间;热流演化的特征与盆地的构造演化背景吻合,新生代以来盆地经历了3期岩石圈减薄并加热的过程,在东营组沉积末期热流达到最高(70~83 mW/m2）,这期间盆地内产出多期碱性玄武岩,表明盆地经历了波及地幔的裂谷过程,随后进入热沉降期,热流逐渐降低,盆地向坳陷型转变。     

碳酸盐岩团簇同位素约束下的川东地区二叠系热演化

有效古温标的缺乏制约了碳酸盐岩层系热史的研究,团簇同位素作为一种新兴古温标,对碳酸盐岩层系热史重建具有重要意义。四川盆地二叠系是天然气勘探开发的重点层系,本文通过对川东地区二叠系碳酸盐岩样品进行团簇同位素测试,联合镜质组反射率重建了二叠纪以来的热史,在此基础上明确了二叠系烃源岩的热演化,并讨论了峨眉山地幔柱对川东热体制的影响。川东地区碳酸盐岩的团簇同位素温度在101. 7~178. 7℃,利用交换/扩散模型进行热史模拟认为：川东地区晚白垩世古温度最高,最高古温度在213~225℃,古地温梯度在23~33 ℃/km;川东地区二叠纪古热流最高,最高古热流约为55~70 mW/m 2,二叠纪之后热流逐渐降低至现今大地热流。烃源岩热演化分析认为：川东地区二叠系烃源岩热演化具有阶段性,热演化受控于构造运动,受印支期运动和燕山 喜马拉雅期运动影响存在两期热演化停滞,晚白垩世达到最高古温度后停止生烃,现今处于生气阶段。川东地区二叠纪热流值和烃源岩热演化主要受到地壳拉张减薄作用的影响,受峨眉山地幔柱的影响较小且具有局限性。     

地球科学研究中的几个问题

作者根据自己多年对国内外地球科学科技情报研究，及所掌握的信息资料，对以下几个问题进行简略介绍，供同行参考．1．地幔柱构造的提出及其意义；2．地幔喷流柱和地热流对岩石圈的影响；3．绿岩带的大地构造性质；4．地球动力学演化模型及地球层图结构；5．前寒武纪成矿作用与地壳演化。     

我国中西部盆地深层-超深层烃源岩热演化研究

我国中西部盆地深层、超深层油气相态、分布深度和油气贫富差异大,盆地温度场是制约油气成藏及烃源岩成熟演化的关键要素。本文以塔里木盆地和四川盆地寒武系为研究对象,系统解析盆地古、今温度场特征,明确寒武系烃源岩热演化及其差异性,探讨热演化对油气生成及油气相态的控制作用。结果表明,塔里木盆地和四川盆地现今平均热流为(42.5±7.6)和(53.8±7.6) mW/m²,反映了“冷盆”和“温盆”特征。塔里木盆地热流自早寒武世以来呈下降趋势,早二叠世受岩浆活动的影响,出现短暂的峰值。四川盆地寒武纪至早二叠世为稳定低热流,早二叠世末受峨眉山地幔柱热效应的深刻影响,热流快速上升,晚二叠世以来热流下降。由于四川盆地的热状况一直高于塔里木盆地,同时受二叠纪岩浆活动的差异影响,盆地寒武系烃源岩成熟演化、油气生成和相态存在差异。塔里木盆地寒武系烃源岩的热演化具有3种类型：(1)古生代迅速成熟演化定型;(2)早古生代快速演化-后期持续演化型;(3)早古生代和中生代快速演化型。四川盆地寒武系烃源岩的热演化具有3种类型：(1)持续演化型;(2)加里东期热演化停滞-中生代持续演化型;(3)加里东...     

北萨哈林盆地的热演化特征与影响因素

北萨哈林盆地作为俄罗斯远东地区最大的含油气盆地,其热流分布和演化过程对油气勘探有重要意义。本文通过单井和区域热流分析,恢复了北萨哈林盆地和鄂霍茨克海域各时期热流值的分布范围;对沉积盆地热演化各期次进行数值模拟,改进了简单沉降模型,使其适用于弧后拉分盆地;利用EASY%Ro 方法对热演化过程进行恢复,并与理论计算的热流值进行对比分析。研究表明,北萨哈林盆地各时期热流分布极为不均,热演化可以分成两个阶段：1） 古近纪,盆地内陆和海域具有各自的热流中心,其热演化过程相对独立;2） 晚渐新世后,盆地受弧后拉张和断裂剪切的共同作用,热流范围发生改变,构造拼合带成为新的热流中心。本文认为岩浆活动强弱和沉降速率差异是造成该现象的内因和外因。     

地球科学研究中的几个问题

作者根据自己多年对国内外地球科学科技情报研究，及所掌握的信息资料，对以下几个问题进行简略介绍，供同行能参考。１．地幔柱构造的提出及其意义；２．地幔喷流柱和地热流对岩石圈的影响；３．绿岩带的大地构造性质；４．地球动力学演化模型及地球层圈结构；５．前寒武纪成矿作用与地壳演化。     

地幔对流及其对地壳表层拉张盆地的影响

回顾近十年来在地幔对流方面的最新研究进展,阐述了板块俯冲后在地幔中的演化特征,以及地幔上升流即地幔柱的驱动机制和地质效应。特别介绍了地幔柱对地壳表层拉张盆地形成和充填过程的影响。进一步探讨了地幔柱活动在济阳坳陷的地质表现及其引发的火山岩浆活动、碎屑充填特征。认为盆地演化的阶段性间接反映了地幔对流的阶段性。     

中国北方主要天然气盆地构造热演化特征

中国北方主要天然气盆地包括地洼型华北盆地、柴达木盆地、塔里木盆地和残留地台型鄂尔多斯盆地。华北盆地构造热演化史可以划分为四个阶段，鄂尔多斯盆地构造热演化史包括两个阶段四个发展期，柴达木盆地构造热演化过程分五个阶段，塔里木盆地则经历了四个阶段的构造热演化历程。中国北方主要天然气盆地的构造热演化具有如下共同特点：多阶段性，多旋回性，地热场结构多层性和地热场展布与构造分区一致性。自太古代至今，中国北方主要天然气盆地构造热演化的总体规律是：高（温）热（场）前地槽穹隆阶段→高热地槽阶段→低热地台阶段→高热地洼阶段。地幔热场、地幔蠕动流和地壳厚度是决定大陆地壳构造热演比性质的三大主体因素。     

伸展盆地地表热流值的模拟计算—以渤海湾盆地济阳坳陷为例

伸展盆地的大地热流值可以认为是由地幔热流，地壳内部和盆地沉积物生热效应以及岩石圈和沉积物导热性质等多个因素综合叠加的结果。本文根据传热学理论，分析了纯剪切模式条件下伸展盆地内的地表热流值贡献的分布规律及其与伸展因子的理想关系，认为深部热源的能量，伸展因子大小，地壳浅层的生热性质以及盆地构造位置是控制盆地热流高低和展布的关键因素。结合沉积地层的导热性质，放射性元素的生热效应，岩浆区的现今地表热流分布，得到了与正演模拟相接近的结果，验证了该方法思路的有效性。同时对该地区幕式伸展裂陷过程中的地表热流值变化趋势进行了模拟，认为在不同的伸展裂陷幕地表热流值表现为阶段式的升高，在末期达到最大值。     

攀西古裂谷地区深部热流

在实测地表大地热流、岩石放射性元素含量以及生热率的基础上,作者计算了攀西古裂谷地区的深部热流值(q_r)及地壳上部放射性元素富集层厚度(D),即分别为38.4mw/m~2和15.7km。与世界上其它地区相比,本区具有较高的深部热流值和较大的D值。笔者进一步阐明,较大的D值是攀西古裂谷地区地壳分异程度差在地热上的反映,而较高的q_r值表明本区来自地壳深处上地幔的热量比较大,这与攀西古裂谷地区的整个地质发展历史相一致。     

南海西南次海盆扩张期热液循环与洋壳增生的数值模拟

洋壳厚度受多方面因素的影响，前人大多关注地幔温度、地幔源成分等岩石圈深部因素，很少关注岩石圈浅层的热液循环对洋壳厚度的影响。利用基于有限元的数值模拟手段，对扩张期不同背景(洋中脊、拆离断层)、不同扩张速率的热液循环与洋壳增生的关系进行研究。结果表明：洋壳增生达到稳定前，热液循环导致理论洋壳厚度发生阶段性减薄，减薄量随时间改变，并且推迟了上地幔中熔融体出现的时间；当洋壳增生达到稳定后，热液循环下产生的理论洋壳厚度反而比无热液循环的更厚。结合洋壳增生过程中对流热通量的变化分析，在洋壳增生前期的上地幔温度低，驱动热液循环的热源小，产生的对流热通量相对较小且不稳定，热液循环缓慢冷却上地幔顶部的温度，进而推迟上地幔初始熔融的时间，减弱上地幔的熔融，并造成一定时间阶段内的生成理论洋壳比正常理论洋壳厚度更薄；当洋壳增生达到稳定后，对流热通量达到最大并稳定，热液循环持续快速的冷却上地幔顶部温度，导致上地幔深部的热向上地幔顶部补给，反而增大了上地幔顶部的温度和熔融量，进而增大了理论洋壳厚度。随着扩张速率的增大，理论洋壳厚度增大，对流热通量增大，热液循环导致的洋壳阶段性减薄的最大减薄量也增大，阶段性减薄的时间缩短。结合南海西南次海盆的洋壳结构特征分析：两条横跨南海西南次海盆的地震剖面显示，海盆内存在异常薄的洋壳区域，并且两条地震剖面的最薄洋壳厚度相差0. 85 km,推测海盆内异常薄洋壳和不同扩张时期的最薄洋壳厚度差异受到扩张期热液循环阶段性减薄洋壳作用的影响。     

Geothermal model of the earth's crust in the pannonian basin

A geothermal model of the hyperthermal zone of the Pannonian basin is constructed. On the basis of results of seismic measurements along five deep seismic sounding profiles on the territory of the basin and the surrounding areas and also of measurements of heat flow, heat production by radioactive elements and thermal conductivity of rocks, the variation of temperature with depth and maps of Mono-temperatures and heat flux through this surface are calculated and constructed, respectively. It is shown by numerical-model calculations that the heat anomaly of the Pannonian basin indicated by a number of surface measurements is mainly of mantle origin. Inhomogeneities of the heat-flow increase with depth down to the upper mantle and the temperature on the Moho-surface below the hyperthermal zone has values on average 400–500°C more than those in the surrounding areas. Heat flux through the Moho under the Pannonian basin is also higher by about 40–50 mW m⁻². On the basis of the present calculations, it can be suggested that the upper mantle is probably partially molten beneath the annonian basin. As a most reasonable source mechanism of formation of this heat anomaly, the frictional heating arising in areas of induced secondary convection that probably has proceeded also beneath the basin from the Triassic to the Miocene is suggested here.     

大陆地幔交代作用:地台活化的先驱事件?

地幔交代作用已得到幔源岩石地球化学研究的证实,并已广泛地用于解释上地幔的不均一性、地幔地球化学演化和幔源碱性岩浆的成因问题。本文通过分析国内外某些典型地洼区(中国滇西、华北;西德莱茵地堑;东非裂谷;澳大利亚东部;法国中央地块)幔源岩石的微量元素和Sr、Nd、Pb同位素资料,发现这些地洼区在地台阶段向地洼阶段转化过程中,上地幔化学结构由亏损状态向富集状态转化。上地幔的化学结构的这种转化主要由地幔交代作用所造成。同位素体系计时结果表明地幔交代作用是导致地台活化的先驱事件。地幔交代作用不仅改变了上地幔的化学结构,而且导致交代地幔热流升高、密度减小、体积膨大、固相线下降。所有这些效应加剧了地幔的蠕动和向地壳的热量释放,并产生地台的活化。     

海拉尔盆地地温分布及控制因素研究

根据大量钻孔测温资料和实测热导率资料分析了海拉尔盆地地温分布状况,现今地温梯度变化在2.50℃/100m至4.0℃/100m之间,平均为3.0℃/100m,现今大地热值为42.15~63.86 mWm^-2,平均约为55.00mWm^-2,明显较松辽盆地低,表明海拉尔盆地是一个中温盆地。海拉尔盆地大磨拐河组底面和南屯组底面地温分布具有南高北低的特点。现今地温对油气生成有重要的控制作用,南部凹陷南屯组热演化程度高,普遍处于成熟生油阶段,南屯组是海拉尔盆地的主力生油层位,南部凹陷是海拉尔盆地主要找油区。海拉尔盆地与松辽盆地壳幔结构存在显著的差异。海拉尔盆地现今地温场主要受地壳厚度、基底结构、基底埋深及盆地构造等因素的控制。     

南黄海中-新生代裂谷盆地构造-热演化:对成盆机制和烃源岩热演化的指示

基于Advanced McKenzie地球动力学模型和Easy%R_oDL化学动力学模型,建立了南黄海中-新生代（K₁3-Q）裂谷盆地的构造-热演化史,结合盆地深部壳幔结构、梳理周缘中-新生代板块汇聚与离散过程,讨论了该盆地低地热状态成因、成盆机制和烃源岩热演化.盆地地壳伸展系数约为1.22,岩石圈地幔伸展系数约为1.06;由裂陷期（K₁3-E₂）至今,最高热流值仅由约76 mW/m2降低至约66 mW/m2,最高地温梯度仅由约37 ℃/km降低至约30 ℃/km,首次揭示低地热状态贯穿整个裂谷盆地发育阶段.低岩石圈地幔伸展系数、深部非镜像莫霍面分布、盆地发育阶段仅处于弧后远场拉张应力环境,均指示成盆过程中深部伸展上涌强度低,是导致其持续低地热状态的根本原因,深部热应力不是其主要成盆动力来源;依据高地壳伸展系数和控盆拆离断层演化,认为印支-燕山期先存逆冲断裂复活形成壳间拆离体系,并以简单剪切变形方式控制裂谷盆地发育,是其根本成盆机制;南、北部坳陷烃源岩主排烃期为三垛组二段沉积时期,自渐新世构造反转后热演化终止,古埋深和古地温场条件共同控制现今南、北部坳陷相同深度烃源岩热成熟度差异.      

Numerical Analysis and Simulation Experiment of Lithospheric Thermal Structures in the South China Sea and the Western Pacific

The asthenosphere upwelled on a large scale in the western Pacific and South China Sea during the Cenozoic,which formed strong upward throughflow and caused the thermal structure to be changed obviously.The mathematical analysis has demonstrated that the upward throughflow velocity may have varied from 3×1011 to 6×1012 m/s.From the relationship between the lithospheric thickness and the conductive heat flux,the Hthospherie heat flux in the western Pacific should be above 30 mW/m2,which is consistent with the observed data.The huge low-speed zone within the upper mantle of the marginal sea in the western Pacific reflects that the upper mantle melts partially,flows regionally in the regional stress field,forms the upward heat flux at its bottom,and causes the change of the lithospheric thermal structure in the region.The numerical simulation result of the expansion and evolution in the South China Sea has demonstrated that in the early expansion,the upward throughflow velocity was relatively fast,and the effect that it had on the thickness of the lithosphere was relatively great,resulting in the mid-ocean basin expanding rapidly.After the formation of the ocean basin in the South China Sea,the upward throughflow velocity decreased,but the conductive heat flux was relatively high,which is close to the actual situation.Therefore,from the heat transfer point of view,this article discusses how the upward heat flux affects the lithospheric thermal structure in the western Pacific and South China Sea.The conclusions show that the upward heat throughflow at the bottom of the llthospheric mantle resulted in the tectonic deformation at the shallow crust.The intensive uplifts and rifts at the crust led to the continent cracks and the expansion in the South China Sea.     

Petrogenesis of Cenozoic Potassic Volcanic Rocks in the Nangqên Basin

The Nangqên basin is one of the Tertiary pull‐apart basins situated in the east of the Qiangtang block. Similar to the adjacent Dengqên basin and Baxoi basin, there occurred a series of potassic volcanic and sub‐volcanic rocks, ranging from basic, intermediate to intermediate‐acid in lithology. Based on the study of petrology, mineralogy and geochemistry, including REEs, trace elements, isotopic elements and chronology, the authors concluded that the Cenozoic potassic volcanic rocks in the Nangqên basin were formed in the post‐collisional intraplate tectonic settings. The relations between the basic, intermediate and intermediate‐acid rocks are neither differentiation nor evolution, but instead the geochemical variability is mainly attributable to the different partial melting degrees of the mantle sources formed at depths of 50–80 km. The sources of the potassic rocks are enriched metasomatic mantle that has experienced multiple mixing of components mainly derived from the crust. The recycling model can be described as follows: after they had subducted to the mantle wedge, the crust‐derived rocks were metasomatized with the mantle materials. In view of the fact that the ratio of crust‐derived rocks increases by the age of volcanism, it can be concluded that the sources of the potassic rocks moved upwards progressively with time. The underplating of small scattered magmas upwelling from the asthenosphere may have induced partial melting of the sources of the volcanic rocks in some pull‐apart basins in the Hengduanshan area and the intense tectonic movements of large‐scale strike‐slip belts provided conduits for the ascending melts.