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.     

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.     

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.     

酒泉盆地群热演化史恢复及其对比研究

酒泉盆地群是由两期不同性质、不同世代盆地叠加而成的 .晚侏罗纪-早白垩世为拉张断陷盆地 ,第三纪以来为挤压坳陷盆地 .酒泉盆地群现今地温梯度及大地热流值都较低 ,地温梯度主要在 2 51- 3 0 0℃ /1 0 0m之间 ,大地热流值在 50- 57mW /m2 之间 .酒泉盆地群中生代晚期为拉张断陷 ,古地温梯度高 ,可达 3 75- 4 50℃ /1 0 0m ,新生代以来地温梯度逐渐降低 ,而花海盆地、酒西盆地石北凹陷沉降幅度小 ,古地温高于今地温 .下白垩统烃源岩热演化程度受古地温控制 .主生烃期仅有一次 ,为早白垩世晚期 .酒西盆地青西凹陷、酒东盆地营尔凹陷在新生代以来大幅度沉降 ,下白垩统烃源岩热演化程度受现今地温控制 .主生烃期有两次 ,一次为早白垩世晚期 ,另一次为晚第三纪以来 ,且以晚第三纪以来为主 .不同盆地及同一盆地不同构造单元由于构造热演化史的不同 ,主生烃期及油气勘探前景明显不同 .     

辽河盆地东部凹陷现今地温场及热历史的研究

依据10口系统测温井数据和61块岩石热导率测试结果，计算了辽河盆地东部凹陷10个 高质量的大地热流数据，并在此基础上，利用镜质体反射率（Ro）资料对该区的热历史 进行了恢复. 结果表明：东部凹陷下第三系平均地温梯度为36.5℃/km，岩石平均热导率为1 .667W/(m·K)，热流密度变化于49.5～70.0mW/m2之间，平均为58.0mW/m2；东部凹陷热 流呈现古热流高现今热流低的变化特征，从沙三期到东营期，古热流值是逐渐增大的，到东 营期末达到最大值，晚第三纪至现今表现为持续冷却；构造沉降史分析显示，盆地经历了早 期的裂谷阶段（43～25Ma）和后期的热沉降阶段. 盆地现今较低的大地热流和较高的古热流 及典型的裂谷型构造沉降样式为东部凹陷的构造-热演化提供了重要认识.     

鄂尔多斯盆地构造热演化史及其成藏成矿意义

地层测温、热导率、生热率测试资料研究表明鄂尔多斯盆地现今平均地温梯度为2.93℃/100m,平均大地热流值为61.78mW/m2,属于中温型盆地.现今地温梯度、大地热流值具有东高西低的分布特征.在伊盟隆起东胜铀矿区直罗组砂岩生热率明显变高,高于泥岩的生热率,反映存在金属铀异常.在对盆地现今地温场研究的基础上,应用多种古地温研究手段恢复了盆地中生代晚期的古地温及古地温梯度,根据中生代晚期古地温梯度异常及火成岩活动年龄测试结果确定了中生代晚期早白垩世存在一次构造热事件.以建立的热史模型为约束条件,应用盆地模拟软件进行了热史模拟,重新恢复了鄂尔多斯盆地不同构造单元的构造热演化史.鄂尔多斯盆地构造热演化史对油气、煤、金属铀矿的形成、演化、成藏(矿)有重要的控制作用,特别是中生代构造热事件.无论是下古生界气源岩还是上古生界气源岩,天然气大规模生成期均在中生代晚期的早白垩世.三叠系延长统主要生油期也是在早白垩世.对于石炭—二叠系、三叠系及侏罗系的煤化过程而言,煤的最高热演化程度也是在早白垩世达到的.早白垩世也是金属铀矿重要的成矿期.     

伊洛瓦底盆地热-沉降史模拟及构造-热演化特征

本文首先运用EASY% Ro反演法对伊洛瓦底盆地由北向南进行了热史的恢复,北部钦敦凹陷的平均古地温梯度为13.0~15.0 ℃/km,中部沙林凹陷的平均古地温梯度为18.0~22.0 ℃/km,南部三角洲凹陷的平均古地温梯度为33.0~37.0 ℃/km.从模拟结果可以看出,盆地由北向南地温梯度逐渐升高,生烃门限的深度由深变浅.然后模拟了盆地的构造沉降史.模拟结果表明,盆地具有幕式构造沉降特征,这反映了伊洛瓦底盆地可能处于弧间或弧后的构造背景.伊洛瓦底盆地北部和南部具有不同幕次的构造沉降史,北部在早始新世时期（53~51 Ma）经历了一幕拉伸过程,然后进入了热沉降期,并伴随局部的快速隆升;南部则经历了两幕拉张过程,分别是在早始新世时期（53~51 Ma）和中中新世时期（21~13 Ma）.盆地的这种南北构造沉降的差异很可能是造成盆地地温梯度北低南高的原因.     

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.     

岩石圈流变性对拉张盆地构造热演化历史的影响

采用粘弹性动力学模型模拟研究了岩石圈流变性对拉张盆地构造热演化的影响. 模拟研究发现,盆地的构造热演化特征与盆、缘岩石圈强度对比相关,盆地岩石圈强度相对外缘岩石圈强度越弱,盆地沉降量越大,且在拉张结束与热沉降之间出现较大的基底抬升、热流持续高值;无论是初始岩石圈力学厚度、泊松比,还是下伏流体软流圈的负密度差,都是影响盆地构造热演化历史的因素;同时,拉张前断层的存在也是影响盆地基底形态的重要因素,其存在不仅会产生较大的基底落差,还会加深盆地中心的沉降.     

江汉盆地热流史、沉积构造演化与热事件

江汉盆地是我国前新生代海相油气勘探的重要领域之一,为研究海相烃源岩的热演化史提供地热学参数,以镜质体反射率(Ro)为古温标进行热史反演,获得了盆地的热流史.印支运动以前,盆地基底热流为50～55mW/m2;晚印支－早燕山期,热流整体升高;不同构造单元达到最高古热流的时间不同,潜北断裂以北,157Ma左右达到最高古热流（～72 mW/m2）,潜北断裂以南,43 Ma左右达到最高古热流（71～76 mW/m2）;晚喜山期,热流迅速降低,盆地快速冷却.盆地热流史和沉积构造演化、岩浆活动热事件的耦合关系表现为:印支运动以前,海相盆地稳定建造阶段为统一的低热流背景,岩浆活动微弱;晚印支－早燕山期,构造活动性增强产生深部热搅动,热流整体升高;中燕山期挤压改造变形阶段热流值的高低受控于岩浆活动热事件的分区表现,盆地基底热流表现为北降南升;晚燕山－早喜山期,陆相伸展盆地建造与叠加改造阶段,岩浆活动热事件的区域特征决定热背景分区;晚喜山期,盆地萎缩,为热流值降低的冷却过程.     

塔里木克拉通形成以来的背景热史研究

塔里木盆地是一个典型大型叠合盆地,发育在太古代-早中元古代的结晶基底之上,具有稳定克拉通性质.现今地表热流为43mW·m^-2,平均地温梯度为21℃·km-1,莫霍面温度为550℃,较低的热流背景值指示塔里木盆地经历了一个长期冷却加厚的过程.然而对于这样一个长期冷却过程,之前的研究都只停留在显生宙阶段,并未获得塔里木显生宙以前的热史.本文以塔里木地区已有的地热数据作为约束,依据地幔动力学模型设置底部边界条件,利用正演拟合的方法,反演出塔里木的背景热史,填补了该区域古生代以前热史研究的空白.结果表明,塔里木克拉通自形成以来背景热流不断降低(由85mW·m^-2降至43mW·m^-2),岩石圈持续加厚(由130km加厚到190km),在长时间尺度下,塔里木克拉通总体的热演化模式为长期冷却加厚,这与世界上其他典型克拉通的热演化规律类似.显生宙以来受到短期局部的构造-热事件影响,塔里木克拉通在长期冷却的趋势下叠加了约20～40mW·m^-2的热扰动.     

南海北部陆缘珠江口盆地岩石圈热结构

沉积盆地岩石圈热结构特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的约束条件,对盆地动力学研究和油气资源评价具有重要意义.由于海洋勘探难度大、勘探程度低,相对于大陆地区,边缘海盆地比较缺乏岩石圈热结构方面的研究.本文在收集整理珠江口盆地及邻区大地热流数据的基础上,补充收录了自2003年以来发表的新数据,绘制了研究区最新版的大地热流等值线图;基于中美合作双船地震剖面揭示的深部地壳结构计算了研究区的壳-幔热流、深部温度以及"热"岩石圈厚度.研究表明,珠江口盆地地壳热流介于18.7~28.6 mW·m^-2,地幔热流介于36.9~91.4 mW·m^-2,壳幔热流比值0.23~0.75;由陆架、陆坡至中央海盆,在地壳热流逐渐减小的情况下地表热流逐渐递增,说明地表热流分布主要受深部热作用控制;盆地"热"岩石圈厚度介于34.0~87.2 km,平均65.5 km,反映出显著拉张减薄的特征.     

南海北部珠江口与琼东南盆地构造-热模拟研究

珠江口盆地和琼东南盆地位于南海北部的大陆边缘,本文在此地区选取了13条典型剖面,进行了构造沉降史和热史的模拟,初步探讨了其新生代以来的构造-热演化历史.其研究结果表明:珠江口盆地存在两次热流升高过程,分别为始新世(56.5～32 Ma)和渐新世(32～23.3 Ma).琼东南盆地存在三期加热和两期冷却过程,始新世盆地热...     

沉积盆地构造热演化研究进展：回顾与展望

构造热演化模拟是研究沉积盆地的重要手段之一，其模型依赖于沉积盆地的成因机制.裂谷盆地构造热演化的定量模型在描述盆地沉降和热流演化方面取得了极大的成功，实现了构造和热的完美结合.而前陆盆地的定量模型更多关注的是构造沉降，在构造与热的结合方面尚不够完善.关于克拉通盆地目前还没有很成熟的定量模型，构造热演化研究程度远远低于裂谷盆地和前陆盆地.随着我国陆域海相沉积盆地油气勘探的突破，对海相沉积盆地热体制的研究迫在眉睫.而我国陆域海相沉积盆地，如塔里木和四川盆地，演化历史长且复杂，是古生代海相克拉通与中、新生代前陆盆地组成的叠合盆地.现有的关于沉积盆地构造热演化的单一模式难以适应复杂的构造—热历史.对我国陆域海相大型沉积盆地进行深入全面的动力学分析，发展叠合盆地的构造—热演化模型，建立相应的构造热演化模式及模拟方法技术，将是一项具有开拓意义并极具挑战性的工作.     

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.     

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.     

Geothermal regime and geodynamics of the North Pacific Ocean

The distribution of heat flow in the North Pacific Ocean has been examined, and a map of geothermal and geomagnetic fields for the Bering Sea as it is known today has been made. Reliable data are lacking regarding the time of origin for features of oceanic and continental genesis in the Bering Sea, which is an obstacle to the study of geodynamic processes in the North Pacific. Heat flow data were used to yield numerical estimates for the age of seafloor features in the Bering Sea: the Kamchatka Basin (21 Ma), Shirshov Ridge (95 Ma for the northern part and 33 Ma for the southern), the Aleutian Basin (70 Ma), Vitus Rise (44 Ma), Bowers Ridge (30 Ma), and Bowers Basin (40 Ma). These age estimates are corroborated by combined geological, geophysical, and plate kinematic data. A thermochemical model of global mantle convection has been developed in order to perform a numerical simulation of the thermal process involved in the generation of extended regional features in the North Pacific (the Emperor Fracture Zone, Chinook Trough, etc.). The modeling suggests a plume-tectonic origin for these features, yielding the optimal model for the tectonic evolution of the North Pacific. An integrated geological and geothermal analysis leads to the conclusion that the northern and southern parts of the Shirshov Ridge are different, not only in geologic age, but also in tectonic structure. The northern part is of imbricated-thrust terrane origin, while the southern part is of ensimatic island-arc origin, similar to that of Bowers Ridge. The seafloor of the Aleutian Basin is an outlier of the Upper Cretaceous Kula plate where, in the Vitus Rise area, backarc spreading processes originated during Eocene time. The terminating phase of activity in the Bering Sea began about 21 Ma by spreading in the older seafloor of the Kamchatka Basin. We developed plate-tectonic reconstructions of evolution for the North Pacific for the times 21, 33, 40, and 70 Ma in the hotspot system based on age estimates for the seafloor features derived from heat flow data and modeling of the thermal generation of regional faults, as well as on an analysis of geomagnetic, tectonic, and geological data.     

东海丽水-椒江凹陷构造样式与含油气远景

丽水-椒江凹陷位于东海陆架盆地台北坳陷西部,其沉降过程经历了裂陷期、坳陷期、抬升期及区域沉降期4个阶段。盆地构造样式复杂,具有半地堑-地堑式结构并存、频繁变化等特征,断裂构造发育,主要有铲式、坡坪式、多米诺式、"Y"型、阶梯状、地垒和地堑等断裂构造组合。构造活动有效控制油气圈闭的形成,灵峰构造带(潜山构造带)、丽水西次凹中央反转背斜构造带、丽水西次凹屋脊断块构造带、椒江凹陷中部断块半背斜构造带为该区未来勘探的有利区带。     

南海礼乐盆地新生代构造热演化特征及其影响因素

为深入认识新生代礼乐盆地的热体制特征,利用耦合岩石圈变形、热演化和沉积过程的热力学数值模型,重建了8条骨干剖面的构造热演化史,并对主要构造单元的热体制进行了分析．结果表明：张裂阶段,热流总体上随时间增加,张裂结束时,海底热流一般介于70～80mW·m~(-2),基底浅埋区热流高于邻近凹陷区内热流;裂后阶段,非礁体发育区热流逐渐降低,现今海底热流一般介于65～70mW·m~(-2),局部区域热流因岩体侵位而有所增高,礁体发育区受到礁体与周围海水热交换的影响,海底热流降低或为负值,而基底热流可以达到70mW·m~(-2)左右．进一步分析表明,礼乐盆地新生代热体制主要是在古近纪岩石圈强烈减薄基础上,叠加了晚期岩浆侵位、基底起伏、沉积过程以及海底地形等局部因素影响的结果,礁体发育区热体制还受到礁体与周围海水热交换的影响;盆地凹陷中心区生油门限深度一般介于2000～2500mbsf,门限温度介于90～110℃;礁体发育区生油门限深度明显大于邻近的北1凹陷沉积中心区．