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.     

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.     

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％．     

渤海湾盆地构造成因观点剖析

目前有关渤海湾盆地构造形成机制的解释主要有两种：伸展＋走滑观点和伸展＋拉分观点。这些观点从现有的断层成因模式或应力分析原理出发,强调多种应力方式或多期构造应力场的作用,动力学机制的解释比较复杂。研究表明,盆地边界几何条件（包括裂陷边界几何形态,边界断层的剖面几何形态及性质）和裂陷伸展方向是决定裂陷盆地伸展构造形成特征的关键因素,而砂箱模拟介研究裂陷盆地构造形成过程和机制的重要方法。     

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.     

济阳坳陷第三系构造层序及其演化

以构造层序学、层序地层学理论为指导，建立了济阳坳陷第三系构造层序体系，细致分析了每个构造层序的识别标志、层序地层学特征及构造特征，首次提出济阳坳陷下第三系构造层序经历了孔店构造层序转型期、沙河街断陷发展期、东营末期构造反转期三个演化阶段，深化了济阳坳陷构造演化规律研究，为断陷盆地研究的深入提供了新的思路。     

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.     

燕山典型盆地充填序列及迁移特征: 对中生代构造转折的响应

燕山地区中生代典型盆地充填序列可以划归为4个阶段, 反映了岩石圈从挠曲(T₃)、挠曲并伴随弱的裂陷(J₁₊₂)、构造转换(J₃)到裂陷(K)为主的区域构造演化. 除第一阶段外, 其他3个阶段均是以火山岩或火山碎屑岩的发育开始, 以厚层粗碎屑岩或砾岩的产出结束, 反映了盆地构造演化的旋回性, 各阶段盆地应力体制具有较为规律的从张性到压性的变化, 但并非单一的裂陷(谷)旋回机制所能解释. 根据充填序列、古流配置和沉积体系重塑原型盆地, 结果表明在晚侏罗世燕山地区主要盆地走向和控盆构造线方向已发生了从EW向到NE向的明显变化, 但盆地群却呈东西向带状分布特征, 直到早白垩世区域控盆构造线方向才转为NNE向.     

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.     

渤海新生代盆地浅部构造迁移特征及其深部动力学机制探讨

渤海湾盆地的海域部分与渤海湾盆地其他部分一样,新生代为断陷-拗陷盆地.中渐新世以来,渤海湾盆地的沉积沉降中心迁移至渤海海域,并且拗陷期出现普遍的加速沉降现象.综合分析渤海各坳陷新生代构造样式和断裂时空展布特征,表明断裂发育总体受伸展控制,只是在中渐新世后受走滑影响.选取基本垂直渤海构造走向的6条大剖面,进行伸展量估算,并在剖面上选取虚拟井计算沉积沉降速率,结果表明,在断陷阶段,孔店组-沙四段沉积期,各坳陷沉积沉降速率较低且相差不大,发育多个沉积沉降中心;至沙三段沉积期沉积沉降速率达到最快,东营组沉积期沉积沉降速率变慢,但沉积沉降中心已从四周逐步迁移至渤中坳陷;拗陷阶段,以渤中坳陷为中心,出现的强烈沉积沉降,明显高于正常拗陷阶段沉积沉降速率.结合最新的深部探测资料,认为渤海新生代盆地的断裂展布,受中生代末先存的构造格局影响;断陷盆地的形成,则是太平洋板块俯冲的持续后退和印藏碰撞远程效应持续东进共同作用的结果;中渐新世以来的加速沉降现象,则是太平洋俯冲板片前缘向东迁移引起的岩石圈迅速冷却的最直接表现.     

渤海盆地热历史及构造-热演化特征

渤海盆地大地热流测量和利用磷灰石裂变径迹及镜质体反射率数据进行的盆地热史恢复结果表明：盆地现今热流值为５０-７５ｍＷ／ｍ２,背景热流值达６３．６ｍＷ／ｍ２,而早第三纪砂河街组和东营组沉积时（２５-５０Ｍａ）盆地古热流值为７０-９０ｍＷ／ｍ２．盆地构造沉降史分析显示,盆地（含辽东湾地区和渤海地区）经历了早期的裂谷阶段（２５一扣Ｍａ）和后期的热沉降阶段（２５-０Ｍａ）,其中早期的裂谷阶段包含了两个裂谷亚旋回．渤海盆地内的后期热沉降叠加了１２Ｍａ以来由高密度地幔及岩石圈冷却诱发的快速均衡沉降．渤海盆地现今较低的大地热流值和较高的古热流及典型的裂谷型构造沉降样式等支持了渤海盆地板内裂谷盆地的大地构造属性并为渤海盆地构造一热演化提供了重要认识．     

中国东、西部两类盆地岩石圈热-流变学结构

根据中国东部苏北盆地、渤海湾盆地济阳拗陷和西部塔里木盆地岩石圈热－流 变学结构研究结果,分析了两种类型盆地岩石圈热－流变学结构特征与构造演化的关系． 结果表明岩石圈热－流变学结构特征直接反映了岩石圈的地球动力学特性．在不同的地 球动力学环境下,盆地成因类型和构造演化差异性与岩石圈热－流变学结构所反映的地 球动力学特性的差异性密切相关．     

中国东、西部两类盆地岩石圈热-流变学结构

根据中国东部苏北盆地、渤海湾盆地济阳拗陷和西部塔里木盆地岩石圈热－流 变学结构研究结果,分析了两种类型盆地岩石圈热－流变学结构特征与构造演化的关系． 结果表明岩石圈热－流变学结构特征直接反映了岩石圈的地球动力学特性．在不同的地 球动力学环境下,盆地成因类型和构造演化差异性与岩石圈热－流变学结构所反映的地 球动力学特性的差异性密切相关．     

江汉盆地构造模式和演化及其与中强地震关系研究

本文通过对江汉盆地地震物探的剖析,结合该地区大地构造环境特点,指出盆地主要有三个发展阶段组成:前陆盆地阶段(中三叠-晚侏罗纪),主要受秦岭大别逆冲推覆,前缘挠曲形成前陆盆地,同期形成NW向和NEE-EW向两组断裂,从而奠定了盆地棋盘格网构造体系;断陷盆地阶段(白垩纪-老第三纪),断裂由原逆冲或逆走滑转变为正断性质,且控制盆地沉积中心,同时盆地发生顺时针旋转,岩浆活动强烈;新第三纪以来盆地阶段,盆地以坳陷为主,整体下降,表现为断裂对盆地沉积控制明显减弱,岩浆活动停止. 根据石油物探剖面建立了盆地的构造格架,即盆地内两组断裂及其形成的狭窄低凸起/地垒条带将盆地分为4个NNW向展布和3个NEE向展布凹陷带. 盆地地壳结构和小震分布及震源机制解显示地震集中在沉降最大的潜江-沔阳凹陷带附近,震源深度优势分布在15 km左右,即盆地基底附近.     

准噶尔地区磁场解释及区域构造特征

根据准噶尔盆地及周围山区航空磁测结果,发现了5个沉积盖层厚度大于12km的拗陷,其中3个的盖层厚度可达18km,从而提高了盆地的油气远景评价。盆地内为隆拗相间的格局。 盆地内有一范围比盆地略小的以前寒武系为基底的稳定地块--准噶尔地块,它以断裂为边界。 盆地中部的北西西向长条状正异常,推断是由发育在下古生代裂陷槽中以基性为主的基性超基性杂岩体引起的。     

南黄海北部盆地中、新生代构造热演化史模拟研究

盆地深部地球动力学过程控制和影响着浅部的构造热演化过程,针对南黄海北部中、新生界断陷盆地,将地球动力学模拟技术与传统古温标法相结合,对研究区中、新生代伸展断陷期演化以来的构造热演化史进行了研究.对基于改进McKenzie模型的数值模拟的原理、方法和过程进行了探讨,包括理论与计算构造沉降趋势拟合、伸展系数计算与误差校正、模拟参数定义及一维模拟结果的三维初步应用等方面.研究表明,南黄海北部盆地中生代以来伴随裂陷拉张过程其古热流整体呈现升高趋势,至晚白垩世末到古新世期间最高可达80 mW·m~(-2),古地温梯度最高可达49℃/km,部分单井构造沉降史模拟结果显示多期拉张特征,裂后期热流持续降低,至渐新世末到中新世热流约为65 mW·m~(-2),与现今热流值相当.利用一维数值模拟获取的相应参数及热史恢复结果,对盆地的古地温场进行了三维模拟恢复,取得了较好的应用效果,研究方法和成果对于盆地构造演化、油气资源评价及成藏模拟等均有重要意义.     

渤海湾盆地新生代构造变形机制: 物理模拟和讨论

渤海湾盆地是中国东北部新生代含油气盆地, 并与欧亚板块东缘一些中-新生代盆地之间存在着显著的几何学与运动学相似性, 但其形成机制至今仍存很大争议. 作者以位于渤海湾盆地中部的黄骅坳陷为原形, 设计了4组不同伸展方向的平面砂箱模型. 实验结果表明, 只有南-北向伸展模型与实际构造之间具有良好的相似性, 同时这一模型表明裂陷盆地中断层走向的复杂变化并不一定就是复杂运动学机制或多期变形的结果. 通过实验结果与实际构造的对比分析, 以及根据黄骅坳陷与渤海湾盆地之间高度的构造相似性特征, 作者提出: 渤海湾盆地是由南-北向伸展作用而形成, 盆地北北东向边界断裂的走滑变形是南-北向伸展作用的结果, 在南-北向伸展过程中起侧向转换作用. 同时根据渤海湾盆地与欧亚板块东缘一些中-新生代盆地之间显著的几何学与运动学相似性, 研究认为: (1) “南-北向伸展模式”可为渤海湾盆地以及欧亚板块东缘一些相邻盆地的形成提供较好的运动学机制解释; (2) 南-北向伸展作用可能是太平洋-库拉板块之间近东-西向扩张洋脊俯冲所形成的“板片窗”的效应. 这一“板片窗”效应同时可以合理解释欧亚板块东缘盆地初始裂陷时代自东向西逐渐变新的趋势以及盆地从裂陷逐渐转化为热沉降状态的现象.     

裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演

裂陷盆地基底的起伏表现为非光滑的几何形态,传统的重力反演结果并不能很好地反映这种特点.此外,大多数情况下,重力观测面并不位于盆地上界面,应为单独的起伏观测面,盆地应为上界面和基底组成的双界面模式.基于此,本文研究了起伏观测面上裂陷盆地基底双界面模式二维重力反演方法.研究中假设沉积盆地的沉积层与基底的密度差随深度按双曲线规律变化.将沉积盆地的沉积层剖分成相邻的垂直柱体,其水平尺寸是已知的,顶面与沉积层上界面重合,底面深度代表基底的深度,即为要反演的参数.反演中引入全变差函数作为盆地模型的约束,使得反演结果呈现非光滑形态,符合裂陷盆地基底特征.为减小反演多解性,引入已知深度点作为约束.建立由重力数据拟合、已知深度约束及全变差函数组成的目标函数,采用非线性共轭梯度算法使目标函数最小化.模型试算结果表明该方法可反演裂陷盆地基底起伏,并通过调整正则化参数的值可反演坳陷盆地基底起伏.将该反演方法用于珠江口盆地惠州凹陷和运城-临汾裂陷盆地实际资料处理,其结果较好地反映了裂陷盆地基底起伏特征,为研究盆地构造、油气勘探等提供重要参考.     

大兴安岭西盆地群域构造与地球物理场综述

中国东北地区大兴安岭西侧盆地群包括漠河盆地、根河盆地、拉布达林盆地、海拉尔盆地和二连盆地等,蕴藏着丰富的中、新生代油气资源.为研究该盆地群域古生代、中新生代构造演化,综合建立盆地群域地球动力学模型,补充东北亚构造演化理论,本文综述该盆地群域受控的区域构造与深部构造背景、盆地群构造特征与性质、主要控盆断裂特征、盆地群油气条件比较以及盆地群域已完成并取得重要结果的地球物理工作.归纳已有主要认识和研究结果:(1)对大兴安岭西侧的盆地群起构造控制作用的构造带包括蒙古—鄂霍茨克洋缝合带、西拉木伦河缝合带、黑河—贺根山缝合带、塔原—喜桂图缝合带、西太平洋板块俯冲带,以及额尔古纳—呼伦断裂和得尔布干断裂.(2)二连盆地、海拉尔盆地和漠河盆地的盆地构造轴向与蒙古—鄂霍茨克洋缝合带走向相关;而且三个盆地内的一级构造单元走向(隆起、坳陷和推覆带)也具有这类特点.(3)几个地学断面的综合地球物理研究表明,大兴安岭西侧盆地群岩石圈地幔厚度自北向南变厚,南部盆地基底与华北地台基底表现类似;盆地群基底电性结构因受到软流圈热物质作用可能在继续演化.(4)在盆地沉积地层方面,漠河盆地的下部是侏罗系陆相煤系地层,上部是白垩系火山岩地层;海拉尔盆地由下侏罗统的铜钵庙组、南屯组,上侏罗统的大磨拐河组和下白垩统的伊敏组共同组成扎赉诺尔群,厚约3000m;二连盆地中生代地层中,中下侏罗统主要为含煤建造,上侏罗统为火山岩建造,下白垩统主要为含油建造和含煤建造,上白垩统为砂砾岩建造.(5)盆地群整体勘探程度较低.基于上述研究结果,需要进一步研究的科学问题包括:由本研究区的地球物理、构造地质、石油地质等多学科的综合研究,解决研究区受控的区域构造应力场所包括的因素及其作用,以及在岩石圈尺度上三维空间的地球物理场表征;深部构造对盆地群域构造的作用;从晚古生代到中新生代研究区构造演化特点及其依据;从北至南约1650km长的盆地群域构造差异与依据;盆地群(域)油气条件与毗邻的松辽盆地在构造成因上的差异.     

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.