陆内沉积盆地的相变和热沉降

通过建立一个构造沉降模型来解释在某些陆内沉积盆地中所观测到的晚期加速沉降。该机制同时考虑了早期热岩石层的热收缩效应以及在压力和温度变化时发生的壳下层相变效应。文中计算出当岩石层底界的温度发生突变时的沉降量。该结果表明:(1)现存的活化相变势必造成沉积盆地的沉降;(2)由于相变延迟效应的影响,大约在20Ma后,沉降加速;(3)沉降持续的时间限度可在100—150Ma。沉降的晚期阶段,相变是主导机制。本文还叙述了该模型在密执安(Micihgan)盆地的应用。当模型考虑了海平面变化的影响后,计算的沉积史与实测记录吻合得很好。     

一种基于温度历史和瞬态地温场模拟的剥露历史反演方法

根据低温热年代学数据,提取岩石从深部剥露到地表的信息,对理解诸多地质问题(如造山带演化、地表过程及其相互作用等)具有重要意义.本文提出一种基于岩石温度历史(可利用古温标、热年代计等方法制约),并考虑剥露过程对地温场扰动的剥露历史反演计算方法.基于假定的与真实数据的正反演模拟和参数敏感性分析表明:热扩散率的变化对剥蚀量计算影响不大,在常规岩石热扩散率变化范围内(20～35km2/Ma),总剥蚀量变化小于10%;传统计算方法低估了剥蚀总量,对于现今地温梯度小于20℃/km、冷却速率大于2～3℃/Ma,或现今地温梯度大于30℃/km、冷却速率大于5～10℃/Ma的地区,需要考虑热平流对剥蚀量计算的影响;匀速冷却的热历史指示剥蚀速率持续减小,而非匀速剥蚀.本文将该方法应用到龙门山南段和四川盆地,反演计算显示龙门山南段15Ma以来的剥蚀总量为8km,四川盆地中部80Ma以来剥蚀总量约为3km、东部约5km.     

地震波传播的三维伪谱和高阶有限差分混合方法并行模拟

基于交错网格伪谱法和高阶精度有限差分方法,发展了模拟非均匀介质地震波传播的三维伪谱和有限差分混合算法.该方法在两个水平方向利用交错网格伪谱算子计算空间微分,保留了该方法高效、高精度的优势,在垂直方向采用交错网格高阶精度有限差分算子实现空间微分计算．利用有限差分方法的局部性特征,将三维计算区域在垂直方向上划分为一系列子区域,并分配给不同的处理器,实现了在并行计算机集群上的三维并行计算．通过模拟算例,与离散波数法比较,检验了该算法的精度．为了检验该方法的实用性,在64个处理器上,对三维沉积盆地模型进行了67108864个网格点的并行计算,模拟的波场主频率为1.25Hz,讨论了沉积盆地深度对三维沉积盆地地面运动的影响．      

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.     

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.     

采用有限元等效体力方法数值分析火山区岩浆压力变形源——以长白山火山为例

火山区岩浆压力变形源的反演计算采用解析方法存在难以考虑地形的限制,采用传统有限元方法则存在网格依赖和计算量大的问题,反演过程中每一次正演由于岩浆房位置和大小变化都需要重新生成一次网格,耗费巨大的计算量和网格生成时间.为了克服上述问题,首次在长白山火山区使用"有限元等效体力"方法考虑地形影响反演地下岩浆压力变形源,计算岩浆应力扰动对周边断层稳定性的影响.在火山区地下压力变形源引起的地表形变计算中,地表地形影响不可忽略.埋深越浅,地表最大径向位移u_r所在的位置越靠近岩浆囊中心.当坡度达到30°时,最大垂向位移u_z所在位置不再位于岩浆囊正上方.椭球状岩浆囊压力源可以较好地模拟长白山火山地区2002—2003年间的GPS和水准测量.岩浆房扰动应力场和区域构造应力场的叠加有可能造成天池西部近EW向,天池北部以NW-NNW向为主的现今应力方向.岩浆房压力源引起的库仑应力变化有利于天池火山口NW向震群在空间上主要分布于火山口的西南和东北部.     

塔里木盆地巴楚隆起区构造-热演化历史研究

巴楚隆起是塔里木盆地重要勘探地区之一,其构造-热演化史制约着该区烃的生成、运移及聚集.本文在恢复巴楚地区4条地震解释剖面沉积埋藏史的基础上,通过求解热传导方程,计算了它们的构造-热演化历史.计算过程中首先利用"回剥"法,确定莫霍面处的热流值,再利用地壳重力均衡原理,求得各时期的莫霍面埋深,最终确定盆地基底热流和地表热流.结果表明,该地区构造-热演化可以划分为7个阶段,其中三叠纪热演化阶段地温梯度及地表热流达到最高值,分别为32 ℃/km和73.6 mW/m²,而现今地温梯度及地表热流值最低,分别为20 ℃/km和46.4 mW/m².计算得出的现今地表热流密度值略大于实测值,分析认为主要由于中新世以来,巴楚隆起区侧向热扩散加快了地表热流的衰减所致.最后在模拟基础上,探讨了生热率、热导率对盆地热演化的影响.     

抚顺盆地构造演化动力学研究

研究表明，抚顺盆地基底的裂陷作用并非一种短暂的“瞬间拉张”过程，而是由弱渐强且在古城子组沉积期达到极点，随后迅速减弱并停止；拗陷作用也非裂陷后才发生的，两者基本上同时开始；拗陷作用一开始就具有较高的速率，直至西露天组沉积期才逐步减弱，并延续到耿家街组沉积期．抚顺盆地的构造演化经历了６个阶段：慢速裂陷和快速拗陷→加速裂陷和快速拗陷→快速裂陷和快速拗陷→减速裂陷和快速拗陷→裂陷终止和减速拗陷→慢速拗陷和拗陷终止．构造演化的结果形成了很具特色的 “下断上拗”结构．这种二元结构的形成，可能起因于区域构造应力场转变造成裂陷作用中断，而拗陷作用仍在继续．采用同沉积构造格架分析、基底沉降史反揭和热衰减模拟相结合的方法，计算出“上拗”部分所需的巨大沉积空间，４０％来自于下伏沉积物的压实，６０％来自于盆地基底的长期低速拗陷．拗陷作用的终止，可能是渐新世初期新一轮深部热事件及其伴随的巨厚辉绿岩床侵入，导致岩石圈热衰减和重力均衡调整的逆转．     

沉积盆地动态模拟的有关理论及应用

沉积盆地的动态模拟在近20年内取得了很大的进展,它目前已成为地球动力学和构造物理学中受到相当重视的一个研究领域。本文说明了盆地动态模拟的内容及它与传统的盆地分析的关系。对于模拟盆地的沉降史和热历史这两个方面,本文介绍了它们的有关理论,并列举了在研究不同类型盆地中的应用。文内还具体阐述了目前用宋模拟沉积盆地沉降过程的五种理论模型,即均衡-挠曲模型、热模型、拉张模型、相变模型及分层弹性-粘弹性模型。本文最后对当前盆地动态模拟工作中需进一步研究的一些问题提出了看法。     

渤海唐山地区的地下热结构及地表热流分布的数值模拟

本文采用空间有限元和时间有限差分法模拟了渤中盆地区域的演化历史和地下热结构,并分别计算了渤中上地幔的热隆起与浅部的沉积层对渤中盆地内部温度场的影响。文中得到的计算结果较好地解释了渤中盆地地区热流正异常的观测事实,据此,对渤中盆地在形成过程中产生的热应力与地震孕震力源的关系也进行了一些探讨     

塔里木盆地现今地热特征

地温梯度和大地热流是揭示盆地现今热状态的重要参数,它们对理解盆地的构造-热演化过程及油气资源评价等方面均具有重要意义.利用塔里木盆地约470口井的地层测试温度资料和941块岩石热导率数据,本文计算了塔里木盆地38个新的大地热流数据,进而揭示了该盆地现今地热分布特征.研究表明,塔里木盆地现今地温梯度变化范围为17～32 ℃/km,平均为22.6±3.0 ℃/km;大地热流变化范围为26.2～65.4 mW/m²,平均为43.0±8.5 mW/m².与我国其他大中型沉积盆地相比,它表现为低地温、低大地热流的冷盆的热状态,但仍具有与世界上典型克拉通盆地相似的地热背景.整体而言,盆地隆起区地温梯度和热流相对较高,坳陷区地温梯度和热流则偏低.此外,我们还发现塔里木盆地现有的油气田区一般位于高地温梯度区域,这可能与下部热流体的向上运移和聚集有关.影响塔里木盆地现今地热特征的因素包括盆地深部结构、构造演化、岩石热物理性质、盆地基底构造形态和烃类聚集等.     

鄂尔多斯盆地中-新生代岩石圈厚度演化——来自地热学的证据

盆地热历史可以为揭示深部动力学过程提供时间和空间上的连续信息. 本文利用镜质体反射率古温标模拟了鄂尔多斯盆地从东到西7口典型井的热历史, 并在此基础上计算了盆地中生代晚期、古近纪初期以及现今的"热"岩石圈厚度. 结果显示, 鄂尔多斯盆地在早白垩世末期经历了一次热流高峰, 热流值为73~78 mW/m², 此后的热流值一直降低至今,现今的平均值61.8 mW/m²; 早白垩世末期盆地"热"岩石圈厚度也经历了一次减薄高峰, 平均"热"岩石圈厚度为65 km左右, 此后逐渐增厚至现今的125 km左右. 鄂尔多斯盆地现今"热"岩石圈厚度中等, 早古生代200 km的厚岩石圈已不存在; 早白垩世末期是其地质发展历史的一个重大变革期, 此时"热"岩石圈厚度发生减薄, 深部构造活动强烈导致浅部盆地抬升剥蚀剧烈, 周缘岩浆活动强烈, 多种能源矿产形成, 这与华北克拉通东部构造转折的时间以及华北克拉通破坏的高峰时限具有一致性.     

塔里木盆地冷盆热改造的地震学证据

塔里木盆地是我国最大的沉积盆地,对我国油气战略选区具有较大的意义.自震旦系成盆以来,塔里木盆地表现为一个低温的冷盆.在覆盖全盆的20条地震长剖面上,识别出83处特殊的地震反射结构,其特征为同相轴向上凸起呈尖角状,形态为直立或近直立,故名地震反射尖角直立结构.共识别出四种基本类型的地震反射尖角直立结构,平缓型、正常型、巨幅型、刺穿型,两个形态基本一致的基本型紧邻而组合为双相位型,两个或多个不同类型、不同形态的集中于某处则构成复合型.平缓型、正常型、巨幅型、刺穿型依次反映了变形增强的序列,理想状态下该反射结构由深至浅存在从刺穿型至平缓型的渐变序列,故基本类型的划分只是反映某处地震反射尖角直立结构的整体形态特点.地震反射尖角直立结构部位可能发育火成岩,与盆内钻遇火成岩钻井平面分布具有较高的相关度.地幔物质上涌至岩石圈,巨大的上拱能量造成了地层的变形,叠加构造因素的改造,地震反射尖角直立结构正是这一系列作用于地震反射上的响应.地震反射尖角直立结构是"热上涌"作用的产物.有机质的成熟、油气藏的形成和破坏与盆地热作用关系密切,对照塔里木盆地已有的油气田与"尖角直立"地震反射结构的平面分布,发现二者具有较高的相关性.地震反射尖角直立结构所反映的"热上涌"现象,促进了塔里木盆地"冷盆"背景下丰富油气资源的形成.     

Thermal structure about southwest sub-basin of South China Sea

There are some factors, such as the topographic relief, sedimentary thickness and thermal conductivity, magmatic activity and thermal cooling, influencing the seafloor heat flow and the evolution of lithosphere structure in southwest sub-basin (SWSB), South China Sea. On the base of the geological structure characteristic of SWSB this paper will discuss some other factors including thermal anomaly area, dike produced by magma intrusion and lithosphere relief, by modeling and calculating. Calculating results indicate partial areas where temperature is higher than vicinity in the lithosphere, which we call thermal anomaly here containing thermal anomaly area and dike in this paper, could decrease heat flow below, increase above, and gradually increase to two sides; heat flow in upwelling parts of lithosphere is usually higher than sinking parts, and in the middle is of a gradual transition.     

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.     

岩浆对热泉型金矿化作用的热影响

岩浆的余热为热泉型金矿化作用浅成热液循环系统提供热源,促使热液迁移循环并改变热液性质和状态。使近岩浆热液达到超临界的高温,为热泉型金矿化作用提供热力学条件。本文根据腾冲－梁河地热系统的特点及岩浆活动的一般特征,模拟计算了岩浆余热在热泉型金矿化作用中的演化过程。     

共和盆地恰卜恰地热区现今地热特征

恰卜恰地热区位于青海共和盆地的东北部,是我国重要的具有干热岩地热资源勘探开发潜力的地区之一.自2013年起,不同的研究者针对该区开展了大量地球物理探测工作,然而现今地热场的研究相对较少.本文基于4口干热岩钻孔的稳态测温资料和81块岩芯样品的热导率测试数据,计算了研究区4个大地热流值.研究结果表明：研究区基底花岗岩层现今地温梯度为39.0~45.2℃·km^-1,平均值为41.3℃·km^-1,大地热流值介于93.3~111.0 mW·m^-2之间,平均值为102.2 mW·m^-2,与我国主要的克拉通型盆地（如柴达木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地）和新生代裂谷型盆地（如渤海湾盆地）相比,该区属于青藏高原高热流背景下的局部异常高地温梯度和高大地热流区.分析认为,研究区高地热异常可能暗示共和盆地浅部（20 km以浅）存在局部异常热源体（岩浆囊）.     

南海礼乐盆地新生代构造热演化特征及其影响因素

为深入认识新生代礼乐盆地的热体制特征,利用耦合岩石圈变形、热演化和沉积过程的热力学数值模型,重建了8条骨干剖面的构造热演化史,并对主要构造单元的热体制进行了分析．结果表明：张裂阶段,热流总体上随时间增加,张裂结束时,海底热流一般介于70～80mW·m~(-2),基底浅埋区热流高于邻近凹陷区内热流;裂后阶段,非礁体发育区热流逐渐降低,现今海底热流一般介于65～70mW·m~(-2),局部区域热流因岩体侵位而有所增高,礁体发育区受到礁体与周围海水热交换的影响,海底热流降低或为负值,而基底热流可以达到70mW·m~(-2)左右．进一步分析表明,礼乐盆地新生代热体制主要是在古近纪岩石圈强烈减薄基础上,叠加了晚期岩浆侵位、基底起伏、沉积过程以及海底地形等局部因素影响的结果,礁体发育区热体制还受到礁体与周围海水热交换的影响;盆地凹陷中心区生油门限深度一般介于2000～2500mbsf,门限温度介于90～110℃;礁体发育区生油门限深度明显大于邻近的北1凹陷沉积中心区．     

南海北部深水区盆地热历史及烃源岩热演化研究

南海北部深水区是中国重要的油气潜力区.本文在前人对其现今地温场和正演热史研究的基础上,利用磷灰石(U-Th)/He和镜质体反射率(R_o)数据对根据拉张盆地模型正演获得的热历史进行了进一步约束,并在此基础上对南海北部深水区的烃源岩热演化进行了研究.研究结果表明基于盆地构造演化模型的正演热历史可以作为烃源岩热演化计算的热史基础,而盆地内主力烃源岩热演化计算结果显示:南海北部深水区存在4个生烃中心,即珠江口盆地的白云凹陷和琼东南盆地的乐东凹陷、陵水凹陷和松南凹陷,生烃中心烃源岩有机质现今处于过成熟状态,以生气为主;受盆地基底热流显著升高的影响,32~23.3 Ma时段为南海北部深水区烃源岩快速成熟阶段,琼东南盆地烃源岩有机质现今(2.48 Ma后)还存在一期加速成熟过程,而珠江口盆地则不存在此期快速成熟过程.     

Effects of finite rifting times on the development of sedimentary basins

Most thermo-mechanical models for the development of sedimentary basins have assumed that the rifting responsible for the formation of the basin occurred instantaneously and have examined the post-rift development of the basin. This assumption greatly simplifies the mathematical treatment, but is not in accord with what is found in nature, where 10-to 50-m.y. rifting events commonly accompany the formation of sedimentary basins and continental margins. The effects of a finite rifting time on the development of sedimentary basins are examined using an analytic technique which allows an arbitrary rifting history in both time and space and which considers the effects of both vertical and horizontal heat transfer. This technique allows the thermal structure of the lithosphere to be calculated throughout the rifting event and thus permits the subsidence history and surface heat flow of the developing basin to be traced.The effect of a finite-duration extension event is that heat is lost during rifting increasing the syn-rift subsidence at the expense of the post-rift. Lateral heat flow, which was not included in previous studies of the effect of finite rifting times, has a significant effect on the subsidence history, distribution of sediments and thermal history. In particular, the post-rift subsidence is decreased by more than 25% for a 20-m.y. rifting event and by more than 10–15% for a rifting event as short as 10 m.y. This will significantly decrease the subsidence rates in the post-rift stage and implies that inferences concerning the structure, development and thermal history of the basin derived from using “β-curves” to interpret backstripped subsidence can be greatly in error.Variations in syn-rift sediment accumulation and lithospheric thermal structure at the end of rifting resulting from different rifting histories can interact with other factors, such as the flexural response of the lithosphere to sediment loading, to affect the final width of the basin, the total amount of sediments that accumulate and the basin stratigraphy.