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.     

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.     

天水地区地壳结构热分布与热应力特征初步研究

地壳内热活动及其产生的热应力作用是地震孕育发生的重要因素之一. 不同特征的地壳结构对热分布及其热应力有特殊的影响. 在含有莫霍面局部上隆、中下地壳的深大断裂、中地壳低速高导体和中上地壳断裂的典型孕震地壳结构模型中，深部热扰动作用下产生的热应力作用会明显上移至中上地壳，对上层脆性地壳的破裂——强地震的发生有直接影响. 这一结果对理解深部热流体在地震孕育和发生过程中的作用，以及浅层流体前兆的产生机理具有指导意义.      

利用地下流体氦同位素比值估算大陆壳幔热流比例

地下流体中的氦同位素 3He来自地幔的排气作用 ,4He则是铀、钍衰变的产物 .由于铀、钍元素在大陆地壳中富集 ,4He通量与地壳热流呈正相关关系 ;同时 3He通量与地幔热流之间呈正相关 .所以地下流体的氦同位素比值 （3He / 4 He）与大陆壳幔热流比值 （qc/qm）呈反相关关系 .根据欧亚大陆和加拿大地盾的地下流体氦同位素比值数据和相应的壳幔热流比值数据 ,统计出 qc/ qm 与 3He / 4 He之间的回归关系 :qc/ qm =0 81 5- 0 30 0ln（3He / 4 He） ;此处 3He/ 4 He的单位是RA（大气的 3He/ 4 He比值 ） .有了地表热流值和壳幔热流比值即可得到地壳热流和地幔热流 .利用该公式以及热流值估算了中国主要盆地的壳幔热流值 ;根据这些数值得出的热岩石圈厚度和地壳平均生热率结果与地震学研究成果一致 .氦同位素比值是区分大陆热流中地壳热流值和地幔热流值的有用参数 .     

松辽盆地深部地质特征及其盆地动力学演化

对松辽盆地深反射地震资料的分析表明 ,该盆地地壳不仅具有层圈结构 ,而且具有明显的块断构造 ,这些块断的边界是深部热流体的网络通道。以深反射地震资料研究为基础 ,结合区域地震层析成像、火山岩地球化学等对壳幔相互作用的研究成果 ,通过地壳层圈与块断结构、构造变形史以及盆地构造与深部构造之间的关系研究 ,认为松辽盆地的形成过程是 :库拉 -太平洋板块向欧亚大陆之下俯冲作用导致的地幔隆起促使地壳拆沉减薄、地壳“三明治”结构形成 ,同时导致上地壳伸展沉降及其后期的热沉降。正因如此 ,盆地整体凹陷与地幔凸起成镜像关系 ,而断陷与拆离带凸起成偏镜像关系。强烈的壳幔作用是形成松辽盆地大规模沉降的动力学基础 ,也是盆地油气 (包括无机物质 )富集的重要原因     

南海三维热岩石圈结构及地表构造响应

为系统了解南海海底热流特征和岩石圈热结构与地表构造的关系,本文首先以最新海底热流为约束,采用三维数值模拟方法计算得到整个南海的"热"岩石圈底部边界(底界)的埋深,然后开展详细分析壳、幔热流贡献以及岩石圈热结构与地表不同构造单元之间的对应关系.结果显示南海岩石圈底部边界埋深为30～100 km,最浅埋深集中分布在南海海盆水深大于3000 m的区域(如南海西北次海盆、西南次海盆和东部次海盆西侧),以及南海北部陆缘中部、莺歌海盆地、中建南盆地和南薇西盆地,体现了南海深部结构对地表不同构造单元的控制作用;靠近海盆东侧的马尼拉海沟具有较低的海底热流,对应岩石圈底界埋藏也较深,可能与南海和古南海洋壳俯冲有关;吕宋岛弧(119°E—122°E和13°N—17°N)表现出较高的海底热流,同时具有较浅的热岩石圈底界埋深,可能与南海板块和菲律宾海板块双向俯冲有关.     

渤海及其邻区地壳热结构和热应力场的研究

本文利用地热和地壳分层结构资料及有限元方法,计算了渤海及其邻区三维地壳热结构,及其横向不均匀性引起的热应力场.结果表明,该区域大部分地区浅部地壳和深部地壳的横向温度分布有明显不同,但热流的横向分布大体不变;在唐山周围地区有一条地壳热结构的剧烈变化带.在唐山周围地区、华北平原及渤海湾和渤海中部.热应力有不同的分布特点.本文用这些结果,对渤海及其邻区地震活动的分布特征进行了解释.      

华北不同构造块体地壳结构及其对比研究

华北古大陆块体经多期构造运动的改造使地壳构造具有明显的分块特征. 利用华北地区近30条、共约两万公里的深地震测深资料及成果,进一步研究华北各次级块体内部地壳细结构,对比分析各块体的结构差异. 根据不同的地壳结构特征,华北地壳可分为三大类：西部鄂尔多斯盆地地壳结构简单,基底结构完整,为稳定古大陆地壳;华北中部隆起区太行山及北部阴山、燕山隆起区地壳结构相对简单,中部地壳和下地壳局部区域轻微速度逆转,可能与该区域地壳增厚隆升的壳内介质解耦形变有关;华北东部裂陷盆地地壳结构复杂, 基底下陷、破碎,壳内介质松散、速度低,Moho上隆、地壳减薄,横向结构差异明显,显示了新生地壳构造特征. 在此基础上,综合研究、探讨了华北地壳分块构造以及与之相关的动力学演化.     

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.     

准噶尔盆地大地热流特征与岩石圈热结构

沉积盆地现今大地热流和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.作者系统分析了准噶尔盆地2000年以来新增的102口钻孔的系统测井温度和400余口钻孔的试油温度资料,采用光学扫描法测试了15口钻孔共187块代表性岩石热导率,首次建立了准噶尔盆地岩石热导率柱,新增了11个高质量的(A类)大地热流数据,分析了准噶尔盆地大地热流分布特征,并揭示了其岩石圈热结构.研究表明,准噶尔盆地现今地温梯度介于 11.6~27.6℃/km,平均21.3±3.7℃/km,大地热流介于23.4~56.1 mW/m²,平均42.5±7.4 mW/m²,表现为低地温梯度、低大地热流的"冷"盆特征.准噶尔盆地大地热流与地温梯度分布规律基本一致,主要受控于基底的构造形态,东部隆起最高,陆梁隆起次之,乌伦古坳陷、中央坳陷和西部隆起较低,北天山山前坳陷最低.准噶尔盆地地壳热流介于18.8~26.0 mW/m²,地幔热流介于16.5~23.7 mW/m²,壳幔热流比值介于0.79~1.58,属于典型的"冷壳冷幔"型热结构.准噶尔盆地地幔热流值与莫霍面起伏一致,隆起区地幔热流高,坳陷区地幔热流低.     

鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示

基于二维稳态热传导方程,利用有限元数值模拟方法,选取东西向横穿鄂尔多斯盆地地质与地球物理解释大剖面进行了深部温度场数值模拟研究,得到了华北克拉通西部的鄂尔多斯盆地下伏岩石圈热结构特征.地幔热流变化范围:21.2~24.5mW·m-2,体现为东高西低特征.壳幔热流比(Qc/Qm)介于1.51~1.84之间,为"热壳冷幔".与华北东部地幔热流对比表明,西部的鄂尔多斯盆地相对处于稳定的深部动力学环境.在岩石圈热结构研究基础上,对克拉通地震岩石圈与热岩石圈厚度差异进行了对比,研究表明:鄂尔多斯盆地西部地震岩石圈与热岩石圈厚度差异约达140km,而东部的汾渭地堑,渤海湾盆地二者差异逐渐减小.华北克拉通自西向东,地震岩石圈厚度与热岩石圈厚度差异不断减小,意味着华北克拉通岩石圈下部的软流圈地幔黏性系数自西向东逐渐降低,本文从地热学角度可能印证了太平洋俯冲脱水作用对华北克拉通的影响.     

Thermal-rheological structure of the lithosphere beneath Jiyang Depression: Its implications for geodynamics

Thermal regime of the lithosphere is the scenario of the lithospheric thermal evolution, and the thermo-mechanical state of lithosphere definitively controls its deformation style and mechanism. Better understanding of the lithospheric deep thermal-rheo- logical structure of sedimentary basin will shed light on the formation and evolution dynamic process of the basin. Surface tectonics is the response of the deep structure, and is controlled by the lithospheric ther-mal-rheological properties.…     

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.     

华南陆缘高热流区的壳幔温度结构与动力学背景

华南陆缘是我国重要的矿产、地热资源区.晚中生代以来,在太平洋板块西向俯冲,地幔热对流活动共同作用下,该区出现多期岩浆-热事件和大规模爆发式成矿作用.在前人研究基础上,本文利用地表热流观测资料、地震剪切波资料、重力位球谐系数,计算了壳-幔温度结构,分析了动力学背景.计算结果表明：华南陆缘东南沿海地带,地壳10 km以浅温度达200℃以上,居里点温度475℃,莫霍面平均温度550℃.地壳浅层较热,花岗岩中放射性元素衰变放热是地壳浅层地下水热活动的重要热源,但地壳总体温度不高,为"冷壳热幔"型热结构.地幔中,90 km深度,温度950~1250℃;120 km深度,温度1050~1400℃;150 km深度,温度1200~1450℃;220 km深度,温度1500~1700℃."热"岩石圈底界深度在110~150 km之间,西深东浅.岩石圈内,地幔应力场为挤压-伸展相间格局;岩石圈之下,地幔应力场为一个以南昌为中心、长轴NE-SW向的椭圆.分析认为,晚中生代以来,太平洋板块的西向俯冲,导致华南陆缘在区域性SE向地幔对流背景上叠加局域性不稳定热扰动,在175~85Ma期间,上地幔物质向上流动,形成不同的岩浆活动高峰期.同时,岩石圈地幔受俯冲洋壳流体的影响,含水量高,黏度小,在地幔流切向应力场作用下,岩石圈底界由西向东"波浪"状减薄.现今岩石圈之下仍具备地幔小尺度热对流温度条件,但除地表浅层外,地壳整体温度不高,岩石圈构造稳定.     

中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构

依据地震波速得到的上地幔温度和气象台站记录的地表温度为约束,结合地表热流和热导率观测数据,利用有限元方法计算了中国大陆及邻区岩石圈三维热结构.基于此温度结果和GPS观测得到的应变率数据,以滑动摩擦、脆性破裂和蠕变三种强度机制为约束,计算得到了中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构.结果显示:弱强度和低等效黏滞性系数的下地壳在中国大陆及邻区普遍存在,并且下地壳的流变强度和等效黏滞性系数比上地壳和岩石圈地幔一般要低1~2个数量级;中国大陆范围内青藏高原存在着厚度最大、强度最低的下地壳;青藏高原的岩石圈强度和等效黏滞性系数比华北、华南和印度板块的都要低;岩石圈流变结构的横向分布特征与重力梯度带和地形过渡带比较一致.     

伽师强震群的深部动力学条件

根据天山造山带及其两侧的塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈二维速度结构、二维密度结构、二维电性结构、壳幔过渡带的详细结构以及大地热流和震源深度的分布，再结合对新疆西北部的蛇绿岩带、高压变质带和岩浆岩分布的综合分析，建立了天山造山带的地球动力学“层间插入消减”模型。该模型认为，塔里木板块的中上地壳在库尔勒断裂附近向天山造山带的中下地壳层间插入；而下地壳连同岩石圈地幔向天山造山带的上地幔俯冲消减。在天山的西段（哈萨克斯坦境内），费尔干纳地块由北向南插入到南天山之下约180km的深处，在其东段（中国境内），塔里木盆地由南向北插入南天山之下。这两个具有不同方向的下降板片的接触部位为费尔干纳走滑断裂。我国的伽师、喀什、乌恰地震区均落在这两个具有不同俯冲方向板块的结合部位附近，有着特殊的深部构造背景。南、北两大板块的双向挤压必定产生强大的应力，在地震区附近，这种应力的积累与释放具有4个显著的特点：（1）板片的俯冲消减速度约高达每年22mm左右；（2）应力的积累与释放速率加快；（3）应力释放较容易；（4）应力释放较为集中。这4个特点可能是伽师地区在较短的时间内连续发生数次强震的构造因素。     

南海西南次海盆岩石圈结构及其地质意义

南海地区岩石圈资料稀少,阻碍了其形成演化过程的研究.为此,本次研究结合大地热流、空间重力异常、高程、大地水准面和地震数据,在南海西南次海盆反演了两条2.5维岩石圈剖面.本次计算基于三种假设：岩石圈地幔的密度取决于岩石温度;研究区岩石圈处于热稳定状态;研究区处于重力均衡状态.在剖面A-E中,岩石圈底界面从珠江口盆地的105 km迅速抬升到西沙海槽处的50 km,在西沙海槽、西沙-中沙群岛和西南次海盆变化不大,为50~60 km.在剖面F-I中,岩石圈底界面从西沙群岛-中建地块处的88 km向海盆逐渐抬升,在西南次海盆处为46~50 km,到郑和隆起再逐渐变深至64 km.我们比较了西南次海盆岩石圈的冷却模型和热稳定模型,根据冷却模型由水深和热流数据所推断的西南次海盆年龄比实际年龄差很多,说明冷却模型不适用于西南次海盆.通过对比剖面A-E和剖面F-I,说明了剖面A-E经历了更长时间的拉伸,证明南海西南次海盆在形成演化过程中是从北东向南西逐步打开的渐进式扩张.最后,我们综合分析西南次海盆及其大陆边缘的岩石圈结构、减薄陆壳区范围、碳酸盐台地的分布、下地壳韧性流动、流变结构和沉积层特征等多方面资料,认为西南次海盆在形成演化过程中岩石圈地幔首先破裂而地壳后破裂,属于type Ⅱ型非火山型大陆边缘.     

地幔热导率的选取对动力学数值模拟的影响——以岩石圈张裂过程为例

目前存在有多种地幔热导率模型,不同模型在数值和随温压变化的特征上有明显的差异.为探究不同热导率模型对动力学数值模拟结果的影响,本文对不同模型下的岩石圈张裂过程进行模拟研究,探讨地幔热导率对岩石圈热传输、变形和熔融过程的影响及其作用机理.结果显示,不同热导率模型下,岩石圈的变形和熔融特征表现出明显差异.高热导率模型下,岩石圈破裂较晚,形成陆缘较为宽阔,地壳熔融强烈而地幔熔融较弱;低热导率模型下,岩石圈破裂较早,形成陆缘较为狭窄,地幔熔融强烈而地壳熔融较弱.这种差异源于不同地幔热导率下岩石圈和地幔热状态的变化及相应力学性质的改变.高热导率下,热传导的增温效应显著,岩石圈呈现较热的状态,其强度整体较低,壳幔耦合减弱;而低热导率下,热对流的增温效应显著,岩石圈呈较冷的状态,其强度整体较高,壳幔耦合增强.基于模拟结果,本文认为地幔热导率的选取对动力学模拟的结果有着较为显著的影响,相对于随温压的变化,热导率数值的差异对动力学数值模拟的结果影响更大,尤其是对于地幔熔融过程的影响.