(U-Th)/He年龄约束下的塔里木盆地早古生代构造-热演化

塔里木盆地早古生代碳酸盐岩沉积时期的热历史由于缺乏有效的古温标进行热史恢复,一直是困扰该区下古生界烃源岩演化研究的难题.磷灰石和锆石的(U-Th)/He热定年技术是近年来用于沉积盆地热史研究的新技术,可以用来揭示地层的构造抬升和热历史.本文利用塔里木盆地典型井中古生界层系的古温标来恢复古生代的热史.这些井在海西期长期隆升、遭受强烈的剥蚀、后期埋藏深度较小,因而古生界层系中的古温标可以保留原始热信息,从而反映古生代的温度状况.本文通过对这些钻井样品进行磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄测试,并结合磷灰石裂变径迹和等效镜质体反射率等古温标,综合模拟计算了塔里木盆地不同构造单元的KQ1和T1井早古生代的构造-热演化历史.模拟结果表明,塔里木盆地塔东北和巴楚隆起区古生代热演化存在差异.巴楚隆起区T1井在寒武纪末期的古地温梯度仅为28～30℃/km,奥陶纪的地温梯度增高至30～33℃/km之间,志留-泥盆纪地温梯度为31～34℃/km;塔东北的KQ1井区奥陶纪的地温梯度可达35℃/km,志留-泥盆纪地温梯度为32～35℃/km.因此,(U-Th)/He年龄结合其他古温标综合模拟的方法可以很好地揭示沉积盆地的热历史,特别是该方法为塔里木盆地早古生代的热史恢复提供了新的途径.     

(U-Th)/He年龄在沉积盆地构造—热演化研究中的应用——以塔里木盆地KQ1井为例

(U-Th)/He热定年技术是近年来用于沉积盆地热史研究的新技术,目前主要是利用磷灰石和锆石的He年龄来揭示地层的构造抬升和热历史.本文依据塔里木盆地钻井样品的实测磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄数据,初步得出了该地区磷灰石(U-Th)/He年龄的封闭温度为85℃,并建立了深度/温度－年龄演化模式;锆石则未达到其较高的封闭温度.综合利用本次实测的He年龄数据结合磷灰石裂变径迹和等效镜质组反射率等古温标,模拟计算了塔里木盆地孔雀1井（KQ1）自奥陶纪末期以来的热历史.模拟结果表明,孔雀1井区奥陶纪末期的地温梯度可达35.5℃/km,志留纪—泥盆纪时期的地温梯度为33.3～34.5℃/km,白垩纪末期地温梯度27.6℃/km左右.因此,(U-Th)/He年龄结合其他古温标综合模拟的方法可以很好地揭示沉积盆地的热历史.特别是该技术为缺乏常规古温标的塔里木盆地下古生界碳酸盐岩层系所经受热史的恢复提供了新的方法.     

中扬子江汉平原簰洲湾地区中、新生代构造-热演化史

本文综合运用磷灰石-锆石裂变径迹和（U-Th）/He、镜质体反射率及盆地模拟等手段,深入细致地探讨了中扬子江汉平原簰洲湾地区中、新生代构造-热史演化过程.研究结果表明,研究区中-新生代大规模构造抬升剥蚀、地层冷却事件始于早白垩世（140-130 Ma）;大规模抬升冷却过程主要发生在早白垩世中后期至晚白垩世.研究区虽然可能存在一定厚度的晚白垩世-古近纪地层沉积,总体沉积规模相对较小.综合分析认为,区内应该存在较大厚度的中侏罗统或/和上侏罗统乃至早白垩世地层的沉积;而现今残存中生代中、上侏罗统地层相对较薄,主要是由于后期持续构造抬升剥蚀造成的,估计总剥蚀厚度约4300 m左右.区内中生代地层在早白垩世达到最大古地温,而不是在古近纪沉积末期;上三叠统地层最大古地温在170~190℃之间.热史分析结果表明,区内古生代古热流相对稳定,平均热流在53.64 mW·m^-2;早侏罗世末期古热流开始降低,在早白垩世初期古热流约为48.38 mW·m^-2.     

下扬子中生代构造-热事件及其对海相烃源岩生烃的影响

温度是控制烃源岩有机质生烃的主要因素,构造-热事件下的高温作用对烃源岩的增熟和生烃历程具有显著影响.通过地质分析和磷灰石、锆石裂变径迹、磷灰石U-Th/He低温热年代学数据、火山岩年龄数据分析认为,下扬子中生代存在印支期(T_3-J_2),燕山期(J_3-K_1)构造-热事件,沉积盆地达到最高古热流的时间大约为130~110Ma.古温标镜质体反射率热史反演结果揭示句容地区最高地表古热流达到~94mW·m~(-2),泰兴地区为~78mW·m~(-2),热事件的强度由西至东减弱.基于EASY%Ro模型的生烃史正演结果揭示:寒武系烃源岩在常州地区主生气期为早二叠世晚期至晚三叠世末,在句容、泰兴地区主生气期为晚三叠世-早白垩世.由于T_3-J_(1-2)前陆盆地沉积和早白垩世岩浆活动热事件的双重作用,海相烃源岩有机质在早白垩世末达到最高古地温.虽然K_2-E期间在句容、泰兴和常州部分地区具有一定的沉降幅度,甚至使得部分地区海相烃源岩的埋深超过早期的埋深,但由于K_2以来大地热流降低,海相烃源层地层温度却低于早期的地温,有机质未能普遍进一步增熟生烃,即这些地区不存在大面积的二次生烃.     

鄂西渝东方斗山-石柱褶皱带中新生代隆升剥蚀过程及构造意义

利用磷灰石与锆石(U-Th)/He年龄与磷灰石裂变径迹(AFT)、镜质组反射率(Ro)一起模拟了鄂西渝东方斗山-石柱褶皱带侏罗纪以来的构造-热演化特征.结果表明:在约130 Ma(晚侏罗世-早白垩世)研究区达到最高古地温,此后为持续抬升冷却过程.磷灰石裂变径迹与Ro表明自晚侏罗世以来不整合面剥蚀厚度可达3500m.结合...     

塔里木柯坪塔格地区构造抬升的新证据——来自(U-Th)/He年龄的约束

柯坪塔格地区位于西南天山与塔里木盆地之间, 是塔里木地台的一部分, 其构造隆升与天山和塔里木盆地的演化密切相关. 本文首次将(U-Th)/He热定年技术应用于该地区构造抬升的研究, 对该区震旦系露头样品的磷灰石和锆石的(U-Th)/He进行了年龄测定和热史模拟, 结果表明柯坪塔格地区主要经历了4期构造抬升事件, 导致震旦系抬升至地表, 其中磷灰石(U-Th)/He年龄揭示了晚白垩世和中新世两期的构造抬升事件. 在早石炭世, 震旦系温度达到最大, 介于133~150°C之间, 结合沉积埋藏史得到当时的最大埋深是3400~3900 m. 在渐新世-中新世, 受印度-欧亚板块碰撞远程效应的影响, 柯坪塔格地区沿柯坪塔格-沙井子断裂向巴楚隆起上逆冲, 地层快速抬升遭受剥蚀. 在15~10 Ma时, 柯坪塔格地区震旦系已抬升至地表. 自早石炭世至今, 柯坪塔格地区总剥蚀量达6170 m. 柯坪塔格地区自中生代以来的构造-热演化史与塔里木盆地北缘是一致的, 但与天山及处于塔里木盆地内部的巴楚隆起的构造抬升过程存在差异. 中新世以后, 受喜山运动远程效应影响, 柯坪塔格和天山才同处于抬升状态; 而巴楚隆起在古近纪早期仍处于抬升剥蚀状态, 与柯坪塔格地区接受沉积相反. 本文利用(U-Th)/He热定年技术成功地揭示了柯坪塔格地区自震旦纪以来的构造-热演化史, 这些结果有利于人们对这一地区构造抬升的正确认识. 同时, 本研究对塔里木盆地的油气勘探及天山地区的构造研究具有指导意义.     

锆石He扩散模型与中国典型克拉通盆地古老层系热史重建

沉积盆地古老层系已成为我国油气勘探的重要领域,但由于缺乏有效古温标,其热史研究一直很薄弱.本文在系统综述锆石He扩散动力学模型及差异性基础上,探讨了锆石(U-Th)/He热定年技术在我国克拉通盆地古老层系热史恢复中的适用性.目前常用的锆石He扩散动力学模型包括简单模型、锆石辐射损伤积累和退火模型及扇形线性模型.基于不同...     

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.     

(U-Th)/He技术约束下库车盆地北缘构造热演化——以吐孜2井为例

库车前陆盆地蕴藏着丰富的油气资源,然而盆地中新生代的构造热演化史一直缺乏有效的研究,制约了油气的勘探.本文测试了吐孜2井磷灰石、锆石(U-Th)/He年龄数据,建立了He年龄随现今温度/深度变化的关系,确定该区磷灰石(U-Th)/He体系封闭温度为89℃.综合利用(U-Th)/He及镜质体反射率(Ro)数据模拟恢复了库车盆地吐孜2井中新生代热演化史,结果表明库车盆地吐孜洛克背斜形成起始时间约为5Ma,新生代抬升剥蚀量平均约为670m,平均抬升剥蚀速率为0.133mm/a.根据新生代吐孜洛克背斜的构造演化分析确定了气源断裂活动及圈闭形成的时期,揭示了吐孜洛克背斜天然气成藏时间为5Ma以后,且烃源岩生排烃、断裂活动及圈闭形成的时间具有良好的匹配关系,这是吐孜洛克油气田形成的关键因素之一.本文应用(U-Th)/He技术研究沉积盆地构造热演化史,对库车盆地油气勘探具有重要的意义.     

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.     

张裂型盆地地热参数的垂向变化与琼东南盆地热流分布特征

海洋热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.为深入认识琼东南盆地的地热特征,本文首先利用耦合沉积作用与岩石圈张裂过程的数值模型分析了张裂型盆地主要地热参数的垂向变化特征;并通过钻孔资料的详细分析,获得了琼东南盆地44口钻孔的热流数据;结合海底地热探针获取的热流数据,对琼东南盆地地热特征及其主要影响因素进行了简要分析.结果表明:沉积作用的热披覆效应对表层热流有较明显的抑制作用,由于沉积物生热效应与披覆效应的共同作用,同一钻孔处海底表层热流与钻孔深度3000~4000m处热流或与海底间的平均热流差异很小,可以一起用于分析琼东南盆地的热流分布特征;莺歌海组、乐东组热导率随深度变化小于黄流组及其下地层热导率的变化,钻孔沉积层平均热导率约为1.7 W·(m·K)-1,钻孔地层生热率一般低于2.5μW·m-3,平均生热率为1.34μW·m-3,平均地温梯度主要介于30~45℃/km,热流介于50~99mW·m-2,陆架区热流主要集中于60~70mW·m-2,深水区钻孔具有较高的地温梯度和热流值;从北部陆架与上陆坡区往中央坳陷带,热流值从50~70mW·m-2,增高为65~85mW·m-2,并且往东有升高趋势,在盆地东部宝岛凹陷、长昌凹陷与西沙海槽北部斜坡带构成一条热流值高于85mW·m-2的高热流带.进一步分析认为,琼东南盆地现今热流分布特征是深部热异常、强烈减薄岩石圈的裂后冷却作用、晚期岩浆热事件、地壳与沉积层的生热贡献以及沉积作用的热披覆效应等多种主要因素综合作用的结果.     

渤海湾盆地冀中坳陷现今地热特征

渤海湾盆地冀中坳陷是我国最典型的潜山油气藏富集区.本文借助117口钻井地层测温资料和45块实测岩石热导率数据系统研究了冀中坳陷现今地温梯度、大地热流、热岩石圈厚度、岩石圈热结构等地热特征参数.研究表明,冀中坳陷0~3000m统一深度现今地温梯度为20.8~41.0℃·km-1,平均值为31.6℃·km-1,比未校正值减小1~3℃·km-1;现今大地热流介于48.7~79.7mW·m-2,平均值为59.2mW·m-2.平面上,冀中坳陷现今地温梯度和热流由西向东(从盆地边缘向内部)逐渐增大,并且凸起区地温梯度和热流相对较高,而凹陷区则偏低,与基底地形起伏具有很好的对应关系.同时,冀中坳陷腹部高热流凸起区广泛分布地热田.冀中坳陷现今热岩石圈厚度为98~109km,其岩石圈热结构为一典型的"冷壳热幔"型.本研究不仅对冀中坳陷油气勘探与地热能开发具有重要的指导意义,而且为深部岩石圈研究(华北克拉通破坏科学问题)提供了新依据.     

两淮煤田大地热流分布及其构造控制

基于127块煤系地层岩石样品的热导率测定结果,并结合59个井田内可靠的系统测温数据,计算得出两淮煤田的大地热流值,并编制大地热流分布图,其结果表明:两淮煤田大地热流值变化范围为29.7~83.9mW·m-2,平均值为58.3mW·m-2,和其他沉积盆地存在一定的差异,且淮南煤田大地热流值(63.7mW·m-2)远大于淮北煤田(55.2mW·m-2).综合分析得出,两淮煤田大地热流与其他盆地的差异以及淮南煤田热流值高于淮北煤田的现象为构造演化和区域地质背景的控制结果;而研究区内热流的分布不均主要是由于受地质构造对地温场的影响所致,推覆构造上下盘现今热流值的差异尤为突出.     

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.     

沉积速率对渤中坳陷大地热流的影响

盆地内快速剧烈的构造作用可导致热异常,在利用盆地热历史揭示深部动力学过程时,需消除热异常的影响. 本文根据瞬时热传导原理,校正了渤海湾盆地渤中坳陷低热异常,准确地约束了盆地深部动力学状态. 对渤中坳陷内3口典型井进行热流校正结果表明,渤中坳陷古近纪以来快速沉积导致其现今（~60.9 mW·m^-2）未达到热平衡（低热异常）. 校正后的热流值平均约为67.4 mW·m^-2,比现今高5~10 mW·m^-2. 利用校正后的热流值计算得到的渤中坳陷的“热”岩石圈的平均厚度约为70 km,比修正前的厚度（82~100 km）减少了13~28 km.     

北京平原区西北部大地热流与深部地温分布特征

北京平原区蕴藏着丰富的中-低温水热型地热资源,其西北部分布着小汤山地热田和京西北地热田,两大地热田以南口—孙河断裂带为界.地热田及其外围地区基础的地热地质研究工作较少.为给地热学研究和地热资源精细勘探提供科学依据,本文基于前人23眼钻孔的温度测量数据以及近期完成的548件热导率和100件放射性生热率实测数据,研究了区域大地热流和0~4 km深部地温特征.结果表明：（1）研究区现今地温梯度为11.31~94.89℃·km^-1,平均值为31.79℃·km^-1;岩石热导率为0.895~5.111 W·（m·K）^-1,放射性生热率为0.257~2.305 μW·m^-3,大地热流为48.1~99.1 mW·m^-2,平均值为68.3 mW·m^-2,热流的分布受基底形态和断裂构造控制.研究区东部南口—孙河断裂带两侧小汤山和郑各庄地区为高热流异常区,中部马池口地区也存在局部高热流异常区.（2）在南口—孙河断裂带的不同位置,不同深度地层温度差异明显,体现出区域现今地温场不只受控于该活动断裂,更是多期次构造事件复合叠加的结果.（3）南口—孙河断裂带南侧存在两处有意义的较高地温异常区,分别为郑各庄异常区和马池口异常区,其中马池口异常区是未来地热开发利用有一定潜力的地区.     

中天山科克苏河地区隆升剥蚀历史——来自(U-Th)/He年龄的制约

天山是中亚造山带重要组成部分,其中-新生代构造热演化及隆升剥露史研究是认识中亚造山带构造变形过程与机制的关键.本文应用磷灰石(U-Th)/He技术重建中天山南缘科克苏河地区中-新生代构造热演化及隆升剥蚀过程.磷灰石(U-Th)/He数据综合解释及热演化史模拟表明该地区至少存在晚白垩世、早中新世、晚中新世3期快速隆升剥蚀事件,起始时间分别为~90Ma、~13Ma及~5Ma,且这3期隆升剥蚀事件在整个天山地区具有广泛的可对比性.相对于磷灰石裂变径迹,磷灰石(U-Th)/He年龄记录了中天山南缘地质演化史中更新和更近的热信息,即中天山在晚中新世(~5 Ma)快速隆升剥蚀,其剥蚀速率为~0.47mm·a~(-1),剥蚀厚度为~2300m.总体上,中天山科克苏地区隆升剥蚀起始时间从天山造山带向昭苏盆地(由南向北)逐渐变老,表明了中天山南缘隆升剥蚀存在不均一性,并发生了多期揭顶剥蚀事件.