渤海湾盆地新生代以来构造-热演化模拟研究

渤海湾盆地是华北最大的新生代裂谷盆地,具有最完整的新生代地层记录,是研究盆地演化的理想区域.本文基于二维多期拉张模型,对渤海湾盆地内9条地震解释剖面进行新生代构造-热演化模拟,以揭示盆地拉张强度及热演化的时空差异性,为探讨盆地演化的地球动力学机制提供依据.研究结果表明：渤海湾盆地各坳陷新生代期间的总拉张系数为1.28~2.39,渤中坳陷和辽东湾坳陷的总拉张系数最大,而辽河坳陷和临清坳陷的拉张系数最小.盆地基底热流在古近纪中、晚期达到峰值71~100 mW·m^-2,之后逐渐降低至现今.盆地西部热流峰期出现的时间早于东部.由盆地拉张系数和基底热流的研究结果得出,渤海湾盆地新生代的拉张有着自西向东,自南向北的迁移,与沉积、沉降中心的迁移方向一致.太平洋板片新生代期间的幕式向东后撤可能是造成渤海湾盆地幕式拉张及拉张中心向东迁移的主要动力学机制.

     

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．     

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．     

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.     

塔里木盆地巴楚隆起区地温演化对成油窗的影响

地温演化在油气成藏过程中起到重要的作用,较快的地温演化速率会加快有机质成熟,降低生油窗的深度,相反则会减缓有机质成熟,增加生油窗的深度.本文利用塔里木盆地巴楚隆起区地震解释剖面及钻探资料,分别对构造断层作用、地下流体、膏盐岩层等三种不同因素地质作用下的地温演化过程进行热模拟,分析了上述因素对地温演化和成油窗的影响.结果...     

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.

     

南海南部边缘沉积盆地构造-热演化历史

南海南部边缘发育众多含油气盆地,具有可观的油气资源潜力.本文采用基于多期有限拉张模型的应变速率方法对南海南部边缘沉积盆地进行了构造-热演化模拟,并与南海北部边缘沉积盆地的构造-热演化历史进行了对比分析.南海南部边缘晚新生代具有明显碰撞挤压、走滑改造的痕迹,而同时期北部边缘以小规模的张性断裂活动为主,由于构造活动背景的不同,造成了南、北边缘沉积盆地构造-热演化历史的差异.     

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％．     

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.     

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.     

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.     

塔里木盆地下古生界烃源岩二次生烃范围研究

塔里木盆地是一个多旋回叠合盆地,下古生界烃源岩具有典型的二次生烃特征.当前关于二次生烃的研究集中在通过热模拟方法认识生烃机理和模式等方面,关于典型盆地二次生烃发生范围、分布规律、影响因素研究相对较少.本文在认识塔里木盆地构造背景和热演化规律的基础上,选取不同构造单元具有代表性的50余口井,利用Basin Mod 1D盆地模拟软件对多口井进行烃源岩成熟史模拟,结合现有的镜质体反射率数据,研究奥陶系和寒武系烃源岩是否存在二次生烃以及二次生烃发生时期和规律.综合分析单井模拟结果发现,奥陶系烃源岩二次生烃发生范围分布在沙雅隆起、卡塔克隆起中部和古城墟隆起西端,寒武系烃源岩二次生烃发生范围分布在沙雅隆起、巴楚隆起和卡塔克隆起中部.不同构造单元二次生烃开始的时间不同.二次生烃生烃史受盆地构造-热演化史控制,且对油气藏形成和分布有一定影响.     

柴达木盆地现今大地热流与晚古生代以来构造-热演化

依据钻孔系统稳态测温、静井温度资料与实测热导率数据分析了柴达木盆地地温场分布特征,建立了柴达木盆地热导率柱,新增了17个大地热流数据. 柴达木盆地现今地温梯度介于17.1~38.6 ℃·km-1,平均为28.6±4.6 ℃·km-1,大地热流介于32.9~70.4 mW·m-2,平均 55.1±7.9 mW·m-2. 盆地不同构造单元地温场存在差异,昆北逆冲带、一里坪坳陷属于"高温区",祁南逆冲带属于"中温区",三湖坳陷、德令哈坳陷及欧龙布鲁克隆起属于"低温区",盆地现今地温场分布特征受控于地壳深部结构、盆地构造等因素. 以现今地温场为基础,采用磷灰石、锆石裂变径迹年龄分布特征定性分析与径迹长度分布数据定量模拟相结合,研究了柴达木盆地晚古生代以来的沉积埋藏、抬升剥蚀和热演化史,并结合区域构造背景,对柴达木盆地构造演化过程进行了探讨,研究表明柴达木盆地晚古生代以来经历了六期(254.0—199 Ma,177—148.6 Ma,87—62 Ma,41.1—33.6 Ma,9.6—7.1 Ma,2.9—1.8 Ma)构造运动,六期构造事件与研究区构造演化的动力学背景相吻合. 其中白垩纪末期(87—62 Ma)的构造事件导致了柴达木盆地东部隆升并遭受剥蚀,欧龙布鲁克隆起形成雏形,柴达木盆地北缘在弱挤压环境下形成坳陷盆地; 中新世末的两期构造事件(9.6—7.1 Ma和2.9—1.8 Ma)使柴达木盆地遭受强烈挤压,盆地快速隆升,构造变形强烈,基本形成现今的构造面貌.     

查干凹陷中、新生代构造-热演化史

查干凹陷是中国内蒙古银根-额济纳旗盆地中最具有勘探潜力的凹陷.为了揭示其构造-热演化历史,本文利用35个磷灰石裂变径迹和119个镜质体反射率数据,采用耦合反演的方法恢复了查干凹陷白垩纪以来的热历史.结果显示查干凹陷白垩系具有高的古地温梯度,并且查干凹陷经历了地温梯度快速增加阶段(K1b-K1s),地温梯度高峰阶段(K1y),高地温延续阶段(K2w)和热沉降阶段(Cz)四个构造-热演化阶段.此外,基于热史恢复结果,正演获得查干凹陷高的古地温梯度有利于烃源岩成熟生烃,早白垩世的高古地温梯度控制着该地区的烃源岩有机质的热演化.本文的研究成果可以为下一步油气资源评价和勘探决策提供基础依据.     

济阳坳陷新生代构造－热演化历史研究

沉积盆地的热历史是盆地的构造演化研究和油气资源评价及油气成藏的重要参数.本文利用磷灰石裂变径迹和镜质体反射率古温标模拟计算了济阳坳陷70口单井新生代以来的热演化历史,在此基础上分析了济阳坳陷内东营、沾化、惠民和车镇4个凹陷的地温梯度演化特征.研究结果表明,济阳坳陷新生代以来的古地温梯度是逐渐降低的,但在早第三纪时期下降的幅度较大,而在晚第三纪－第四纪则下降的幅度明显较小;济阳坳陷在孔店组沉积时期的地温梯度为54.0～50.0℃/km之间,沙河街沉积时期为50.0～40.0℃/km,东营组沉积时期为40.0～38.5℃/km,晚第三纪时期为38.5～35.5℃/km,第四纪以来基本未变.坳陷内4个凹陷的古地温梯度演化存在差异,特别是在早第三纪末期的东营构造运动以后,各凹陷的地温梯度演化差异更加明显.在晚第三纪时期,济阳坳陷各凹陷的地温梯度变化均较小,地温梯度的高低依次为东营凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷和车镇凹陷.车镇凹陷的古地温梯度在整个新生代演化历史中均是济阳坳陷最低的.这种地温演化的差异与各凹陷的构造沉降演化史密切相关,同时地温演化差异也导致了各凹陷的烃源岩在生烃门限深度的差异.济阳坳陷的古地温梯度演化特征反映了济阳坳陷由断陷向坳陷的构造演化特征.     

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.

     

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43 mW·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85 mW·m^-2降至43 mW·m^-2）,岩石圈持续加厚（由130 km加厚到190 km）,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20~40 mW·m^-2的热扰动.

     

Wave tectono-sedimentary processes in Tarim basin

Wave analysis of basins is not only important to the crustal undation theory but also significant to petro-leum exploration by providing information such as the unconformity formation, migration and interchanges between uplifts and depressions, the migrations of sedimentary facies, and basin evolutionary stages. Early in the last century, Haarmann (1930, cited in Jacobs[1] and Scheidegger[2]) and Bemmelen (1933, cited in Jacobs[1] and Scheidegger[2]) put forward the theory of crustal undatio…     

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.