渤海湾盆地中—新生代岩石圈热结构与热-流变学演化

文章主要利用中—新生代热史、地壳分层结构以及流变学参数,模拟计算渤海湾盆地中—新生代岩石圈热结构和热-流变结构演化特征。结果表明,盆地由三叠纪—侏罗纪时期的"冷幔热壳"型岩石圈热结构转变为白垩纪至今的"热幔冷壳"型岩石圈热结构。从济阳坳陷岩石圈热-流变结构演化特征来看,中生代早期上地壳上部、中地壳上部及上地幔顶部表现为厚的脆性层;早白垩世初期中地壳上部及上地幔顶部的脆性层完全转变为韧性层;晚白垩世开始,中地壳上部出现薄层的脆性层;古近纪早期中地壳上部脆性层变薄变浅;现今则除了发育上地壳上部、中地壳上部脆性层外,上地幔顶部开始在浅部发育薄的脆性层。中—新生代岩石圈总强度演化表明在早白垩世晚期和古近纪早期经历了两期减弱,中生代早期岩石圈总强度远大于中侏罗世之后的岩石圈总强度。岩石圈热-流变结构和强度演化与华北克拉通破坏过程中岩石圈厚度的变化具有良好的对应关系,从侧面反映太平洋板块俯冲和回撤导致华北克拉通东部破坏的地球动力学过程。因此,岩石圈热-流变结构可以为盆地形成、大陆边缘和造山带等的动力学演化过程研究提供科学依据。     

塔里木盆地岩石圈热-流变学结构和新生代热体制

塔里木盆地是我国特大型沉积盆地,也是“西气东输”工程的重要战略基地。利用盆地区大量的地温及岩石热物性参数并结合地热学知识分析了塔里木盆地的现代地温场、热演化和岩石圈热-流变学结构,并进一步讨论了地热场和岩石圈性质对成盆、成烃和成藏的意义。研究结果表明塔里木盆地现今平均大地热流为45mW/m2,平均地温梯度为18~20℃/km;整体上具有低温冷盆的特征。地温场的展布具有明显的横向差异,不同构造单元的地温场特征相差较大:坳陷部位具有较低的地温,隆起区具有较高的地热特征。热演化模拟表明盆地自成盆以来经历了从震旦纪—奥陶纪高热流(“热”盆)、志留纪—晚古生代热衰减(“热”盆向“冷”盆过渡)、中生代稳定的热演化(低热流“冷”盆阶段)、新生代岩石圈挠曲热演化等阶段。“热”岩石圈厚度为205~230km,有效弹性厚度(Te)达66±7km,脆-韧性转换深度为25~28km,岩石圈总强度为1.6×1013~7.8×1013N/m。盆地区的岩石圈表现为地温低、强度高的刚性块体,具有整体变形特征。受印度-欧亚大陆碰撞的远程效应影响,塔里木盆地作为刚性块体进行应力传递,盆地周边产生强烈变形,表现山脉的急剧隆升和盆地边缘的快速挠曲沉降。这一动力学过程造成地层内部流体趋于流向山前隆起带,并对油气成藏和分布具有重要的控制作用。     

渤海湾盆地中、新生代岩石圈热结构研究

本文以浅部沉积盆地热历史恢复结果为基础,结合地热学的有关理论计算得到渤海湾盆地中生代以来不同地质时期壳幔热流配分及莫霍面温度。结果显示,渤海湾盆地在早白垩世晚期和古近纪中晚期达到两次地幔热流与地表热流之比高峰,其两期地幔热流占地表热流比例都超过65%。莫霍面温度在早白垩世晚期、古近纪中晚期及新近纪早期(仅在临清坳陷、沧县隆起和冀中坳陷)出现3次高峰,其温度分别为900～1100℃、820～900℃和770～810℃。本文的研究不仅揭示出白垩纪是渤海湾盆地岩石圈热结构的重要转型期,即由三叠纪和侏罗纪的"冷幔热壳"型转变为白垩纪以来的"热幔冷壳"型的岩石圈热结构,还揭示出渤海湾盆地在早白垩世晚期和古近纪中晚期发生两期强烈的构造裂陷作用。因此,本文的研究可以为中国东部大陆岩石圈地球动力学的研究提供地热学参数。     

渤海盆地新生代构造演化特征

在渤海盆地8个主要凹陷各选取一口井,对每口井构造沉降史特征进行分析,结果表明渤海盆地的构造沉降特征各凹陷不统一,南部和北部先沉降,再逐渐向中部迁移,最后以中部沉降为主,沉降中心明显由周缘向盆地中心迁移,反映构造活动的阶段性和地区差异性。在辽东湾选取了一条地质剖面对其做平衡剖面分析,并结合构造沉降史分析,表明渤海盆地的新生代构造演化分为以下3个阶段:a.断陷期,孔店组—沙四段沉积时期为断陷早期,沙三段沉积时期为强烈断陷期;b.断拗期,沙二段—沙一段沉积时期为断拗早期,东三段—东二段沉积时期为强烈断拗期;c.坳陷期(东一段沉积时期—第四纪)。     

辽河盆地东部凹陷热历史及构造—热演化特征

根据辽河盆地东部凹陷大地热流测量和镜质体反射率数据,恢复了该区的热历史,结果表明:东部凹陷热流呈现古热流高现今热流低的变化特征,沙河街组三段沉积期到东营组沉积期(距今43～25Ma)盆地热流为66～82mWm2,现今热流值为47～70mWm2。构造沉降史分析显示,盆地经历了早期的裂谷阶段(距今43～25Ma)和后期的热沉降阶段,裂谷阶段包含了两个裂谷亚旋回。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。     

南黄海盆地地层生热率及岩石圈热结构

岩石圈热结构的研究不仅可以了解岩石圈深部动力学演化机制,也是含油气区油气资源评价的重要组成部分.由于南黄海盆地生热率数据的匮乏,阻碍了岩石圈热结构的研究进展.本文通过GR（伽马值）-A（岩石生热率）的经验关系,计算了南黄海盆地沉积地层的生热率;在大地热流、地层生热率、南北向贯穿盆地的二维多道地震剖面及OBS2013地壳速度结构剖面的约束下,建立了南黄海盆地地壳生热模型,计算了盆地的岩石圈热结构.岩石圈热结构计算结果表明：（1）南黄海盆地北部坳陷、中部隆起及南部坳陷3个次级单元的平均莫霍面温度依次为602.2±15.25℃、592.7±2.56℃、650.6±20.24℃;（2）平均热岩石圈厚度依次为99.7±2.20 km、101.7±0.51 km、88.2±2.49 km;(3)壳幔热流比分别为0.76±0.02、0.88±0.01、0.71±0.15,具有“冷壳热幔”的特征.研究结果表明,南黄海盆地现今具有与全球新生代拉张构造区相似的较高热流,处于构造活动区向构造稳定区转换的过渡阶段.此外,现今南黄海盆地3个次级单元展现的不同岩石圈热结构特征,可能与印支期至早燕山期扬子块体与华北...     

青海共和盆地岩石圈热-流变结构及地热意义

地球深度热状况是深部地球动力学和岩石圈活动性研究的重要内容, 岩石圈热结构和热-流变结构可以很好地揭示岩石圈范围内的热状况。近年来, 在青海共和盆地钻探揭露了深部高温干热岩体, 关于其热源机制尚未有定论。本文以青海共和盆地为研究对象, 分析壳内温度分布和流变强度, 探讨壳内低速体的地质属性。结果表明, 共和盆地的地壳流变结构从上而下分为脆性和韧性两层, 韧性层又包括中地壳和下地壳两层韧性层, 在上地壳尺度均表现为脆性破裂为主, 并逐渐过渡为韧性流变; 恰卜恰地区在脆性破裂的上地壳延伸至中下地壳时, 破裂沿一系列滑脱面发生韧性滑动, 局部地段形成壳内熔融, 为恰卜恰地区提供了额外的热源, 使其大地热流值(109.6 mW/m2)显著高于贵德地区(77.6 mW/m2)。这一认识为共和盆地壳内低速体存在提供了新的佐证, 也为区内干热岩热源分析以及高温地热资源探测开发提供了科学依据。     

中国东西部典型盆地中—新生代热体制对比

沉积盆地的热体制和热历史是盆地动力学和油气成藏研究的重要内容,中国东西部盆地受不同构造背景和动力学机制影响,热体制存在明显差异。文中从盆地的热历史、热岩石圈厚度和岩石圈热结构3个方面对渤海湾和塔里木这两个中国东西部典型盆地中—新生代的热体制进行了分析,表明东西部盆地在中—新生代时期的热体制存在较大差异。中—新生代时期渤海湾盆地经历了早白垩世—晚白垩世早期(K1—K12)和始新世—渐新世(E2—E3)两期热流高峰,而塔里木盆地热流值是逐渐降低的过程;渤海湾盆地的热岩石圈厚度在中—新生代经历了早白垩世晚期和古近纪中—晚期两次快速的减薄高峰,减薄高峰时期岩石圈厚度仅为43~55km;而塔里木盆地则经历了中生代缓慢增厚—古近纪以来快速增厚的过程。由地幔热流与地表热流比值确定的岩石圈热结构揭示出渤海湾盆地经历了三叠—侏罗纪的"冷幔热壳"型和白垩纪以后的"热幔冷壳"型;塔里木盆地则由"热幔冷壳"型在新近纪末期转变为"冷幔热壳"岩石圈热结构。深部岩石圈的热结构和热状态的这种差异与岩石圈热-流变结构和岩石圈变形特征密切相关,通过对沉积盆地中—新生代时期的热历史和岩石圈热结构演化的研究,可以揭示沉积盆地深部的热状态,为中—新生代以来的成盆动力学机制研究提供有科学意义的参考。     

南海北部深水区新生代热演化史

在构造沉降史恢复的基础上确定拉张期次,再采用非瞬时非均匀多期拉张纯剪切模型恢复南海北部深水区新生代热流史,结果表明：始新世以来,南海北部深水区存在多期热流升高的加热事件。裂谷阶段盆地基底热流幕式升高,裂后阶段也并非完全处于热衰减期。琼东南盆地新生代存在56.5～32 Ma、32～16 Ma和5.3 Ma以来3期加热事件,珠江口盆地存在56.5～32 Ma和32～23.3 Ma两期加热事件。琼东南盆地深水区基底热流始新世末为56～62 mW/m2; 早中新世末上升到60～64 mW/m2; 上新世末在深断陷区最高达75mW/m2。珠江口盆地深水区基底热流始新世末升高到60 mW/m2; 渐新世末升高到70 mW/m2。深水区新生代裂谷阶段多期拉张决定了基底热流幕式升高的多期加热事件,琼东南盆地晚期加热事件与红河走滑断裂在10～5 Ma时由左旋走滑转变为右旋走滑拉张有关。     

Meso‐Cenozoic thermal structure of the lithosphere in the Bohai Bay Basin,eastern North China Craton

Thermal structure of the lithosphere studies the partition of crustal and mantle heat flow of the continental area and is of significant importance to understand various energy‐related geodynamic processes. The study addresses the spatial distribution of the Meso‐Cenozoic mantle heat flow and Moho temperatures in the region of the Bohai Bay Basin based on the thermal history of the sedimentary basin, radioactive heat production rate and thickness of crustal layering. The results show that the ratio of the mantle and surface heat flow (q_m/q_s) experienced two peaks in the late period of the Early Cretaceous (q_m/q_s ~ 68%) and the Middle to Late Palaeogene (q_m/q_s ~ 75%), respectively. Based on the q_m/q_s ratio, the lithosphere of the Bohai Bay Basin transformed its thermal structure during the Meso‐Cenozoic, from the ‘cold mantle but hot crust’ stage in the Triassic–Jurassic to the ‘hot mantle but cold crust’ stage in the Cretaceous and Cenozoic. The Moho temperatures (T_m) during the Meso‐Cenozoic were also calculated by using the equation of one‐dimensional heat conduction, and the result shows that there exist three T_m peaks occurring in the late period of the Early Cretaceous (930–1080 °C), the Middle‐Late Palaeogene (820–890 °C) and the Early Neogene (770–810 °C). The q_m/q_s ratio began to exceed 50%, and the Moho temperature started to go over 700 °C from the Cretaceous to the present day, which revealed that the activity of the upper mantle in the eastern North China Craton (NCC) increased significantly accompanied by the strong crustal movement in the Cretaceous. The thermal structure revealed the Cretaceous to be a revolutionary period during the evolution of the Bohai Bay Basin, and this paper may provide some thermal evidence for the studies of the geodynamic evolution during the destruction of the NCC. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Present Geothermal Fields of the Dongpu Sag in the Bohai Bay Basin

The Dongpu sag is located in the south of the Bohai Bay basin, China, and has abundant oil and gas reserves. To date, there has been no systematic documentation of its geothermal fields. This study measured the rock thermal conductivity of 324 cores from 47 wells, and calculated rock thermal conductivity for different formations. The geothermal gradient and terrestrial heat flow were calculated for 192 wells on basis of 892 formation-testing data from 523 wells. The results show that the Dongpu sag is characterized by a medium-temperature geothermal field between stable and active tectonic areas, with an average geothermal gradient of 32.0°C/km and terrestrial heat flow of 65.6 mW/m2. The geothermal fields in the Dongpu sag is significantly controlled by the Changyuan, Yellow River, and Lanliao basement faults. They developed in the Paleogene and the Dongying movement occurred at the Dongying Formation depositional period. The geothermal fields distribution has a similar characteristic to the tectonic framework of the Dongpu sag, namely two subsags, one uplift, one steep slope and one gentle slope. The oil and gas distribution is closely associated with the present geothermal fields. The work may provide constraints for reconstructing the thermal history and modeling source rock maturation evolution in the Dongpu sag.     

Structures of the Bohai Petroliferous Area, Bohai Bay Basin

This paper, for the first time, deals with a more systematic study of the structures in the Bohaipetroliferous area that covers nearly one third of the Bohai Bay basin. The study mainly involves the effects of preexisting basement faults on the basin formation, the characteristics of basin geometry and kinetics, the modelling of the tectonic-thermal history, the polycyclicity and heterogeneity in the structural evolution and the natural seismic tomographic images of the crust and upper mantle. The authors analyze the features of the dynamic evolution of the basin in the paper and point out that the basin in the Bohai petroliferous area is an extensional pull-apart basin.     

渤海湾地区中生代地层剥蚀量及中、新生代构造演化研究

本文首先利用地震层速度法、镜质组反射率法、声波时差法、地质外推法、磷灰石裂变径迹法等确定渤海湾盆地区中生界三叠系、侏罗系、白垩系的剥蚀量,恢复了其原始地层厚度,分析了中生代不同时期地层的分布状态,盆地性质和展部特点。认为渤海湾盆地区,三叠系沉积时期为大型内陆盆地,末期抬升遭受剥蚀。侏罗系和白垩系沉积时期为北西向展布的扭张型小盆地。进入新生代后,形成了一个受NNE、NE向断层控制的半地堑式复合盆地,叠置于中生代盆地之上。不同时代的地层由于不同的叠合方式形成了中坳新坳、中坳新隆、中隆新坳、中隆新隆4种叠合单元类型,不同类型的叠合单元经历了不同的沉降史,具有不同的石油地质意义。     

现今塔里木克拉通岩石圈厚度分析及机制探讨

塔里木盆地是青藏高原周边稳定的克拉通陆块,在印度板块与欧亚板块碰撞过程中一直保持稳定,盆地内部没有发生强烈的变形,其地壳热状态也同样保持稳定,地温梯度没有明显的变化,以热力学为基础的岩石圈热学厚度约为250km左右,该厚度是热稳态岩石圈的厚度。而最新的地震热学方法的研究成果表明塔里木盆地的岩石圈厚度仅为150km左右,这表明塔里木盆地岩石圈的热结构可能并不是处于稳态状态,其底部正在或已经发生了减薄。本文利用构造热演化方法对塔里木岩石圈减薄的热演化过程进行了定量分析,探讨了塔里木盆地岩石圈减薄可能的三种机制：印度板块与欧亚板块碰撞后青藏高原岩石圈底部的软流圈较塔里木盆地岩石圈底部的软流圈的温度要高,青藏高原的软流圈地幔向塔里木盆地岩石圈底部侵入形成的热扰动使得塔里木盆地岩石圈底部的温度升高;塔里木岩石圈与其下流动的软流圈的摩擦剪切生热导致其岩石圈地幔底部温度升高,使得岩石圈底部发生热侵蚀,从而使得与软流圈接触的岩石圈地幔不断地加入到软流圈地幔;在塔里木盆地岩石圈的下部,青藏高原的岩石圈在该处发生了拆沉,从而诱发的软流圈地幔对流,上升的软流圈地幔流使得岩石圈地幔的温度升高而熔融,成为软流圈地幔。     

渤海湾盆地应用增强型地热系统（EGS）的地质分析

全球地下3～ 10 km普遍分布的高温低渗岩体中蕴藏着巨大的热能,利用增强型地热系统(EGS)技术可以实现这部分热能的开发.本文通过对近年增强型地热系统的研究进展和经验的综述,结合区域地质分析和有限元模拟,探讨了渤海湾盆地应用增强型地热系统开发的可行性.我国渤海湾盆地处于岩石圈减薄区,区域大地热流值高,地热资源丰富;基于该区的岩石圈热状态、基底构造形态对渤海湾盆地典型剖面地下10 km内的地温场进行了有限元模拟,结果表明,在基底凹陷区埋深5 km处地温可达150 ～180℃,地温等温线随基底起伏而变化.相比美国、欧洲现有的EGS开发地区,渤海湾盆地具有相似的地温条件和地质条件,适于开发增强型地热系统.通过分区块的资源概算,得出渤海湾盆地陆上部分的增强型地热系统可及资源量可达3775GWe,具有广阔的开发前景.     

塔里木盆地与天山山脉晚新生代盆山耦合机制

根据塔里木盆地北缘地质构造几何学和运动学资料、油气勘探地震剖面、人工地震测深、地震层析成像以及地热资料,提出了塔里木盆地、准噶尔盆地岩石圈地幔在天山岩石圈之下碰撞并发生拆沉的盆山耦合机制的概念模型。由于印藏碰撞,青藏高原的北部前缘岩石圈地幔与塔里木盆地岩石圈地幔形成V字形碰撞结构,推动塔里木地块的高强度岩石圈向北运动并俯冲到天山岩石圈之下,以水平俯冲作用在中天山北缘岩石圈之下与准噶尔盆地向南俯冲的岩石圈地幔碰撞,并发生后剥拆离。塔里木岩石圈俯冲的过程中,形成库车再生前陆盆地和再生前陆冲断带以及再生天山山脉。冲断量约为塔里木俯冲量的20％。这一盆山耦合模型可以解释盆地构造、盆地沉降、山脉隆升、岩石圈深部构造和热特征。