日本海盆地弧后扩张期间构造-热演化数值模拟研究

日本海弧后系统几乎保留了完整的大陆-海洋弧后系统, 这为研究完整的大陆-海洋弧后系统提供了一个难得的机会.本文基于拉张模型, 对日本海盆地的5条OBS(ocean bottom seismographs)剖面进行构造-热演化模拟研究, 揭示盆地不同地区拉张强度及热演化的时空差异性.研究结果表明: 日本海弧后扩张时期总的拉张系数介于1.71~3.59, 其中北部的日本盆地拉张系数较大, 而东南部的大和盆地拉张系数相对较小.盆地基底热流只经历过一次热流高峰, 且达到峰值的时期有所不同.盆地东南部达到热流峰值(101~118 mW·m^-2)时期较早(约18.2~17.6Ma), 盆地北部达到热流峰值(123~137 mW·m^-2)的时期较晚(约13.8~12.5Ma).日本海弧后扩张可能是由于俯冲板块脱水导致其上覆岩石圈处于湿而热的状态, 使其强度明显弱于周围岩石圈进而促使弧后扩张的开始.太平洋板块与菲律宾海板块两者共同作用可能是造成日本海晚渐新世以来南北演化差异的动力学机制.

     

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％．     

渤海湾盆地新生代拉张中心迁移的热-流变机制

在区域拉张应力作用下, 岩石圈拉张减薄, 减薄的中心地带成为拉张中心, 渤海湾盆地新生代期间拉张中心具有自西向东、自南向北的迁移规律.为了探究渤海湾盆地新生代期间拉张中心的迁移与岩石圈热-流变结构的关系, 本文在构造-热演化模拟的基础上, 对渤海湾盆地各坳陷新生代岩石圈热-流变结构进行了计算.结果表明: 渤海湾盆地新生代岩石圈拉张中心的迁移主要受岩石圈流变强度的非均匀性所控制.拉张中心开始位于岩石圈强度最低的济阳坳陷, 拉张及伴随的的热冷却过程使得济阳坳陷岩石圈强度增大, 并且超过了渤中坳陷岩石圈强度, 因此, 沙四段时期, 拉张中心迁移到了渤中坳陷; 沙三段时期, 拉张中心迁移到了黄骅以及辽东湾坳陷.这是由于拉张速度较慢时(对于约90 km厚度的岩石圈而言, 如果初始地壳厚度＞34 km, 拉张速度0.5 cm·a^-1), 拉张初期会造成岩石圈强度的降低, 但随着拉张的持续进行, 岩石圈整体强度反而增加.孔店组时期, 在岩石圈强度较大的冀中及临清坳陷形成拉张中心可能是叠加了其他地质因素(如前期构造、断裂活动、远程应力等)的影响.东营组时期, 在岩石圈强度较大的渤中坳陷形成拉张中心, 这可能是该时期岩石圈强度同时受到了郯庐断裂带的活动或小规模的地幔对流的影响, 导致其实际强度比模拟计算的强度更低, 因而使得应变集中在渤中以及辽东湾坳陷.

     

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.     

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...     

辽河盆地新生代多期构造热演化模拟

针对辽河盆地新生代拉张多期性的特点,提出一种适用于多期拉张盆地构造热演化模拟的纯剪切模型．该模型考虑了多期拉张的继承性、横向不均匀性以及拉张速率的可变性。通过几种拉张速率模式的对比,指出拉张速率模式的选择对模拟年轻盆地热演化过程具有重要意义．最后,利用该模型模拟研究了辽河盆地新生代的构造热演化历史．     

辽河盆地新生代多期构造热演化模拟

针对辽河盆地新生代拉张多期性的特点,提出一种适用于多期拉张盆地构造热演化模拟的纯剪切模型．该模型考虑了多期拉张的继承性、横向不均匀性以及拉张速率的可变性。通过几种拉张速率模式的对比,指出拉张速率模式的选择对模拟年轻盆地热演化过程具有重要意义．最后,利用该模型模拟研究了辽河盆地新生代的构造热演化历史．     

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.     

晚喜山期以来四川盆地构造-热演化模拟

四川盆地位于扬子板块西缘,是我国重要的含油气盆地之一.25 Ma以来的晚喜山期是四川盆地构造-热演化的重要时期,此时,盆地大部分区域受到挤压处于隆升剥蚀的构造动力学环境.本文采用有限元数值模拟方法,基于二维瞬态热传导(含平流项)的基本方程,并引入修正的Airy均衡理论模型,通过覆盖全盆地的八条剖面模拟研究了晚喜山期以来四川盆地的构造-热演化特征,且利用现今大地热流对模拟结果进行了有效约束.模拟结果显示在晚喜山期(~25 Ma)川中地区地表热流较高,为60~64 mW/m2;川西南地区次之,为60~62 mW/m2;川东北地区最低,为50~54 mW/m2.该期基底热流,也是川中隆起区热流高,川东北强烈剥蚀区热流低.热流的空间分布特征揭示了四川盆地深部动力学机制.四川盆地晚喜山期以来,抬升剥蚀作用降低了其地表热流和基底热流,其降低幅度与对应的剥蚀速率相关,即剥蚀速率越大,这种降低作用越明显.     

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．     

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.

     

华北渤海湾盆地大震的构造特征

渤海湾盆地是地震活动强烈的地区，记载有7级以上大地震6次。前人对几次大震的具体构造条件已做过大量研究。笔者基于已有的工作，通过对盆地构造发育早第三纪断陷和晚第三纪以来拗陷两个阶段的不同构造后性和区域地震构造格局的分析，以及大震区构造的剖析，综合研究了大震的构造特征。其中最根本的是，盆地发育的断陷阶段因北西—南东向水平拉张作用，于地壳上部形成了由北北东—北东向太行山山前断裂带等大型拆离断裂拉张滑脱控制的伸展断裂系统；拗陷阶段受北东东—南西西向水平挤压，正发育着一套地壳共轭剪切破裂系统。前者与地震关系不大，后者对地震孕育和发生有着重要的控制作用。     

Mechanisms of Cenozoic deformation in the Bohai Basin, Northeast China: Physical modelling and discussions

The Bohai Basin is a petroliferous Cenozoic basin in northeast China (Fig. 1(a)) and has apparent geo- metrical and kinematic similarities with the other Meso-Cenozoic extensional basins located along the eastern margin of the Eurasian Plate[1,2]. Its architec- ture and Cenozoic stratigraphy have been well under- stood from several decades of petroleum exploration. Previous studies have suggested that the Bohai Basinis a typical extensional basin and has two tectonic evolution phases, rift…     

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.     

A detailed receiver function image of the sedimentary structure in the Bohai Bay Basin

If the site at which receiver functions are constructed is filled by sediments, then the waveforms from these receiver functions are dominantly controlled by the sedimentary structures within the first few seconds after the direct P arrival. Based on this observation, waveform data collected at 44 temporary seismic stations have been used to image the sedimentary structure of the Bohai Bay Basin, a major continental petroliferous basin in Eastern China. An adapted hybrid global waveform inversion method was applied to the receiver functions to extract structural information beneath each of the stations. The derived S-velocity structure provides for the first time, a basin-scale seismic image of detailed sedimentary stratification. The sedimentary cover of the basin is about 2-12 km thick, consisting of Cenozoic, Mesozoic, and Paleozoic strata from top to bottom. The structural features presented in the S-velocity image coincide quite well with the depression-uplift type of tectonic system in the Bohai Bay Basin. The reconstructed morphology of the sedimentary layers provides seismological evidence for the two-stage evolution of the intracontinental basin that were caused by an intensive tectonic regime transition in late Mesozoic immediately following the lithospheric reforming of the Eastern China continent.     

Seismic tomography of the crust and upper mantle in the Bohai Bay Basin and its adjacent regions

In the Bohai Bay Basin and its adjacent regions(112°―124°E,34°―42°N),there exists abundant gas-petroleum while modern inter-plate seismic activity is robust.Although the tectonic structure of this region is very complicated,plenty of geological,geophysical and geochemical data and results are obtained through previous researches.On the basis of absorbing previous results,especially various kinds of geological and geophysical results,we collect and process the arrival time of P-wave phases of local events and tele-seismic events recorded by the station within this region from 1978 to 2004,build the responding initial model,and image the velocity structure of the crust and upper mantle of this region via tomography.The perturbation images of various depths and velocity profiles imply that the velocity structure of the crust and upper mantle in the Bohai Bay Basin and its adjacent regions is mainly influenced by the surface tectonic units,and is characterized by "Stripped along east-west,and zoned along south-north";some large-scaled faults penetrate Moho and lithosphere,and provide the channels for the basic lava or hot mass upwelling from the mantle.