盆地?zé)崾贩椒皯?yīng)用(20089)

1、匯報(bào)人：2004.11沉積盆地?zé)嵫莼费芯糠椒ㄟM(jìn)展及其應(yīng)用1一、盆地?zé)嵫莼费芯糠椒ㄟM(jìn)展二、盆地?zé)嵫莼费芯考捌鋺?yīng)用進(jìn)展三、盆地?zé)嵫莼费芯堪l(fā)展方向 2 一、沉積盆地?zé)釀?dòng)力場(chǎng)研究方法及進(jìn)展（一）、沉積盆地現(xiàn)今熱動(dòng)力場(chǎng)研究方法及地?zé)衢_發(fā)利用 （1）大地?zé)崃餮芯?（2）深部熱結(jié)構(gòu)研究 （3）地?zé)衢_發(fā)利用（二）、沉積盆地古熱動(dòng)力演化研究方法 （1）、地球動(dòng)力學(xué)模型法 1、伸展盆地 2、其它類型盆地 （2）、古溫標(biāo)法 1、鏡質(zhì)體反射率法 1）Barker法 2）EASY法 3）Suggate法 2、包裹體法 3、裂變徑跡法（磷灰石、鋯石及模擬） 4、粘土礦物轉(zhuǎn)變法 （3）、地球動(dòng)力學(xué)法與地球化學(xué)法的結(jié)

2、合3Kilauea火 山 夏威夷一、沉積盆地?zé)嵫莼费芯糠椒斑M(jìn)展4Mt Mayon in the Albayprovince of the Phillippines erupted in 19995Fumaroles, Phillppines67 全球地?zé)釄?chǎng)分布及不同類型沉積盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)特征 一）、全球地?zé)釄?chǎng)分布大地?zé)崃飨抵傅乇砟硢挝幻娣e上，單位時(shí)間內(nèi)，以熱傳導(dǎo)方式由地球內(nèi)部傳輸至地表，爾后散發(fā)于太空中的熱量。根據(jù)傅立葉定律，熱流q在數(shù)值上等于地溫梯度與巖石熱導(dǎo)率之積，即 q=-k(dT/dH) (mW/m2)式中dT/dH為地溫梯度(/km)；k為巖石熱導(dǎo)率w/(m)。式中負(fù)號(hào)表示熱流向

3、上，由高溫處流向低溫處，與地溫梯度方向相反。 全球已有的熱流測(cè)量資料顯示，所有大的海嶺，西太平洋的邊緣海、阿爾卑斯以及科迪勒拉山脈都是高熱流區(qū)；所有的地盾、地臺(tái)及最古老的海洋地區(qū)都是低熱流區(qū)。 表3-1 不同構(gòu)造區(qū)熱流的平均值 (據(jù)Lee and Uyeda,1965) 地質(zhì)構(gòu)造區(qū) 平均大地?zé)崃鱩W/m2 測(cè)定的數(shù)目前寒武紀(jì)地盾 38.52 26前寒武紀(jì)以來(lái)的穩(wěn)定區(qū)* 55.27 16具古生代造山運(yùn)動(dòng)的地區(qū) 51.50 21具中生代或新生代造山運(yùn)動(dòng)的地區(qū) 80.39 19新生代火山活動(dòng)區(qū) 90.43 11 海洋盆地 53.59 273 海洋山脊 76.20 338 海洋槽地 41.45 21*

4、注不包括澳大利亞 (新生代火山活動(dòng))。8不同類型盆地?zé)崃髦捣植祭瓘埮璧財(cái)D壓盆地走滑盆地基 底9 不同類型沉積盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng) 沉積盆地作為地球表面與造山帶并列的一種構(gòu)造單元，其形成演化也受著地球內(nèi)部動(dòng)力的控制，不同構(gòu)造背景下形成的盆地具有明顯不同的地溫梯度及大地?zé)崃髦?表3-2)穩(wěn)定地臺(tái)區(qū)上的克拉通盆地、被動(dòng)大陸邊緣盆地、前陸盆地、弧前盆地都屬于現(xiàn)今地溫梯度及大地?zé)崃髦递^低的盆地?；『笈璧?、大洋裂谷和大陸裂谷及一些走滑盆地現(xiàn)今地溫梯度及大地?zé)崃髦刀驾^高，屬于高溫型盆地。裂谷盆地前 陸 盆 地弧 后 盆 地克拉通內(nèi)部盆地被動(dòng)邊緣盆地走 滑 盆 地10 我國(guó)沉積盆地地溫梯度特征 a. 東部及西南部盆

5、地地溫梯度明顯高于西北部盆地 b. 東部盆地的地溫梯多在3 - 40C/100 m，最高可達(dá) 60C/100 m；東南沿海區(qū)盆地的地溫梯度為2.5 - 3.5 0C/100 m；西部盆地為“南高北低”：西藏及云南西 部盆地為2.5 - 3 0C/100 m，最高可達(dá)5 - 7 0C/100 m； 柴達(dá)木及河西走廊地區(qū)為2.5 - 3 0C/100 m；塔里木盆 地、準(zhǔn)噶爾盆地多在1 .5 - 2.5 0C/100 m。 c . 一般沿盆地構(gòu)造呈閉合型分布，盆地構(gòu)造中部高部 位常有相對(duì)高溫區(qū)。11(一)沉積盆地現(xiàn)今熱動(dòng)力場(chǎng)研究方法及地?zé)衢_發(fā)利用（1）大地?zé)崃骷吧畈繜峤Y(jié)構(gòu)研究 1現(xiàn)今地層測(cè)溫 目前

6、井下測(cè)溫儀器常用的有二類：一類為最高水銀溫度計(jì)，另一類為電阻溫度計(jì)。 在油田的勘探開發(fā)中，鉆孔有勘探井、參數(shù)井、開采井、注水井等多種類型。由于鉆井過(guò)程破壞了地溫的原始狀況，井下溫度的恢復(fù)需要一定的時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)，井液溫度越接近于原始巖層溫度。人們把井孔溫度經(jīng)恢復(fù)達(dá)到平衡以后進(jìn)行的井溫測(cè)量稱之為穩(wěn)態(tài)測(cè)量。穩(wěn)態(tài)測(cè)量的資料最為可貴，它對(duì)于原始溫度場(chǎng)的評(píng)定和進(jìn)行大地?zé)崃髦档挠?jì)算是不可缺少的。 2熱導(dǎo)率 用以表明巖石導(dǎo)熱能力的系數(shù)稱巖石熱導(dǎo)率。不同的巖石由于其礦物組合與結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度、孔隙率以及飽水含油氣等方面的不同，其傳熱能力也可以有顯著的不同。即使是同一類巖石，由于其結(jié)構(gòu)和所含雜質(zhì)的差異，其熱導(dǎo)率也

7、常有差別，并在一定的范圍內(nèi)變化。因此，在沉積盆地地?zé)嵫芯恐行枰獙?duì)鉆井巖樣進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)定。熱導(dǎo)率測(cè)定可以視測(cè)試樣品的不同，選用穩(wěn)定平板熱導(dǎo)儀、非穩(wěn)態(tài)環(huán)形熱源熱導(dǎo)儀、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱探針及QTM型快速熱導(dǎo)儀等不同的方法來(lái)測(cè)定。對(duì)于缺少巖芯樣品的鉆井，可應(yīng)用測(cè)井資料來(lái)確定巖石熱導(dǎo)率。3大地?zé)崃?大地?zé)崃魇且粋€(gè)綜合的參數(shù)，是地球內(nèi)熱在地表直接測(cè)得的唯一物理量。它比其它單項(xiàng)地?zé)豳Y料(溫度、地溫梯度)更能反映一個(gè)地區(qū)地?zé)釄?chǎng)的基本特點(diǎn)。按一維穩(wěn)態(tài)傳導(dǎo)公式即可計(jì)算熱流值 q=-KdT/dH)或q=-KG 式中q為熱流(mW/m2)；k為巖石熱導(dǎo)率w/m；T為溫度()；H為對(duì)應(yīng)于T的深度(km);dT/dH即地溫梯度

8、G(/km)。 熱流值確定的關(guān)鍵是求取真實(shí)的地溫梯度和熱導(dǎo)率值。地溫梯度值的求取，首先要保證測(cè)溫井段是在穩(wěn)態(tài)下測(cè)量的，其次得到的地溫梯度必須是傳導(dǎo)型的。確定地溫梯度的方法有二：一是利用一些鉆井系統(tǒng)測(cè)溫確定，這是最準(zhǔn)確的；二是按地質(zhì)條件相似的地區(qū)或油田區(qū)，對(duì)井底溫度或油層溫度與深度的關(guān)系作統(tǒng)計(jì)，求出該區(qū)或油田區(qū)的平均值，或某一層段的平均值。 熱導(dǎo)率(k)K=D(d1/k1+d2/k2+d3/k3+.+dn/kn)- 式中k1,k2,k3.kn為各巖類的平均熱導(dǎo)率，d1,d2,d3.dn為各巖類的累積厚度，D=d1+d2+d3+.dn。124、巖石放射性生熱率A 可根據(jù)U(PPm)、Th(ppm)

9、和K(%)的濃度用下式求得： A(W/m3)=(9.51CU+2.56Ck+3.48CTh)10-5 其中(g/cm3)是巖石密度。只要測(cè)定了不同巖石的放射性生熱率，就可計(jì)算盆地各層段的平均生熱率。5、深部熱結(jié)構(gòu) 雖然在地殼淺部測(cè)量的大地?zé)崃魇堑厍騼?nèi)部最為直接的顯示，并能給出發(fā)生于地球內(nèi)部的各種作用過(guò)程之間能量平衡的深部信息。但是，熱流測(cè)試的大量實(shí)踐表明，一個(gè)地區(qū)在地表所觀測(cè)到的熱流值的變化范圍很大。地表熱流值的變化除受淺部的地質(zhì)或環(huán)境因素影響外，更有其深部根源。 地表大地?zé)崃鲗?shí)際上由兩部分組成：一部分源于地殼淺部放射性元素(U、Th、40k)衰變所產(chǎn)生的熱量，這部分熱流稱為地殼熱流；另一部分

10、來(lái)自于地殼深處及上地慢的熱量，稱為深部熱流。就某一地區(qū)或構(gòu)造單元而言，地殼熱流部分可因放射性元素含量的變化而有所差別，但深部熱流一般比較穩(wěn)定。同構(gòu)造單元深部熱流變化很大，因此深部熱流普遍被認(rèn)為是更能從本質(zhì)上表征一個(gè)地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)性的重要物理量。 一個(gè)地區(qū)深部熱流值的確定關(guān)鍵在于從地表所觀測(cè)到的總熱流量中，扣除掉由地殼淺部放射性元素富集層所提供的那部分熱量或地殼熱流。首先要給出一地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)模型，并確定出各巖層段放射性生熱率之后可采用“剝層”法逐層計(jì)算各層段所提供的熱量，從而得出各層段底部的熱流值。 地殼深部溫度計(jì)算通常采用一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)公式：TZ=T0+qH/k-AH2/2k進(jìn)行，式中：TZ為深

11、度Z處的溫度；To為各計(jì)算層段的表面溫度(地表即為恒溫帶溫度)；q為各層段的地表熱流(最上層取地表熱流值)；H為各層段厚度；k為巖石熱導(dǎo)率；A為巖石生熱率。 13 世界地?zé)豳Y源的分布狀況將全球地?zé)釒У姆植紕澐譃榘寰壍責(zé)釒Ш桶鍍?nèi)地?zé)釒纱箢悾?1.板緣地?zé)釒侵秆匕鍓K邊界分布的地?zé)釒?。此類地?zé)釒c火山活動(dòng)或巖漿熱源有關(guān)，呈狹長(zhǎng)的帶狀分布，是高溫地?zé)豳Y源的主要分布地區(qū)，溫度一般都大于150，多數(shù)高達(dá)200300。 2.板內(nèi)地?zé)釒侵阜植荚诎鍓K內(nèi)部的隆起地區(qū)或沉降區(qū)的地?zé)釒?。一般與火山無(wú)關(guān)，主要靠斷裂或基底巖石的熱傳導(dǎo)而獲得熱流。而沉降區(qū)的地?zé)釒в殖Ｅc石油、天然氣以及鹽水、鹵水相共存。多屬中低溫地?zé)?/p>

12、資源，一般小于150，多界于50100之間。 世界四個(gè)大的地?zé)釒Ф佳刂鍓K邊緣分布 環(huán)太平洋地?zé)釒В何挥跉W亞、印度洋、美洲等板塊與太平洋板塊邊緣 大西洋中脊地?zé)釒В何挥诿乐?、歐亞、非洲等板塊邊緣 紅海亞丁灣東非裂谷地?zé)釒В何挥诜侵薨鍓K邊緣 地中海喜馬拉雅地?zé)釒В簽闅W亞、非洲、印度洋等大陸板塊碰撞的縫合帶。 14國(guó)外地?zé)豳Y源開發(fā)利用的現(xiàn)狀 對(duì)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用分為地?zé)岚l(fā)電和直接利用兩種，前者是由熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿拈g接利用，后者則不通過(guò)能量的轉(zhuǎn)換而直接利用水或蒸汽的熱能。 根據(jù)不同溫度對(duì)地?zé)豳Y源分為三個(gè)級(jí)別： 高溫地?zé)?150 中溫地?zé)?90150 低溫地?zé)?2590 不同溫度地?zé)崴挠猛?表7-1

13、 溫度（0C） 地 熱 利 用 種 類 180 高濃縮液脫水、氨冷凍、蒸煮紙漿高溫地?zé)豳Y源 170 生產(chǎn)重水、干燥硅藻土 160 干燥魚類和木材 150 地?zé)岚l(fā)電 140 干燥農(nóng)產(chǎn)品、制造罐頭中溫地?zé)豳Y源 130 食糖脫水、制鹽蒸干與結(jié)晶 120 蒸餾水、鹽溶液脫水和濃縮 110 干燥和養(yǎng)護(hù)輕型水泥制板 100 干燥有機(jī)材料、谷物、海藻、飼料、蔬菜、洗羊毛 90 烘干儲(chǔ)存魚、強(qiáng)力除冰雪 80 住宅、采暖和溫室 70 冷凍低限低溫地?zé)豳Y源 60 動(dòng)物科學(xué)管理、溫室及暖床、動(dòng)物孵化 50 種植蘑菇、礦泉浴療 40 土壤發(fā)酵 30 游泳池、除冰雪 20 養(yǎng)魚、養(yǎng)育水浮蓮15一、 地?zé)岚l(fā)電 菲律賓，裝

14、機(jī)容量?jī)H次于美國(guó)而躍居世界第二位。16西藏羊八井地?zé)犭娬?7 淺層地下400500米深，地下熱水的最高溫度為172。幾年來(lái)，地質(zhì)隊(duì)進(jìn)行了大量的鉆探工作，獲得平均井口熱水溫度超過(guò)145。 該電站自發(fā)電以來(lái)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，供應(yīng)了拉薩地區(qū)用電量的50左右。以拉薩現(xiàn)有水電、油電和地?zé)犭娙愲娬緦?duì)比，每千瓦小時(shí)價(jià)格（按1990年不變價(jià)格）為：水電0.08元；油電0.58元；地?zé)犭?.12元。由于高寒氣候，水電年運(yùn)行不超過(guò)3000小時(shí)。因此，地?zé)犭娫诓啬系貐^(qū)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。18 直接利用直接利用的對(duì)象主要是中低溫地?zé)豳Y源：（一） 采暖 冰島是首先利用地?zé)岵膳膰?guó)家。該國(guó)地處北緯65度，幾乎全年都需要取暖。由

15、于有得天獨(dú)厚的地?zé)豳Y源，首都雷克雅未克已實(shí)現(xiàn)全部地?zé)峁┡?，全?guó)人口的70%享用了地?zé)峁┡膬?yōu)越條件，是一個(gè)基本上“地?zé)峄钡膰?guó)家。其供暖的熱水溫度為86。國(guó)外凡擁有地?zé)豳Y源的國(guó)家基本上都能達(dá)到，如日本、新西蘭等國(guó)家，加上具有節(jié)約燃料、簡(jiǎn)化設(shè)備和清潔環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，故地?zé)嵊糜诓膳顬閺V泛。（二） 種植和養(yǎng)殖 用地?zé)釥I(yíng)造溫度環(huán)境，種植反季節(jié)性的作物和異地養(yǎng)殖魚類和畜禽等，在地?zé)崂梅矫嬲加邢喈?dāng)大的比例，先行的國(guó)家有冰島、美國(guó)、日本、新西蘭等，利用地?zé)釡厥曳N植蔬菜、水果和花卉，解決高寒地帶蔬菜、水果的供應(yīng)和淡季供鮮問(wèn)題。 冰島近年來(lái)溫室面積已超過(guò)11104m2，種植大量的番茄、黃瓜和生菜，溫室內(nèi)還種植香

16、蕉、葡萄、橘子等，有的溫室并栽培鮮花。在首都雷克雅末克近郊還建有地?zé)嵊^賞植物園。冰島用于溫室的地下熱水總量，一年價(jià)值大約相當(dāng)2104t石油。 新西蘭的托魯阿市華卡瑞瓦的森林研究所，除2.2104m2的辦公室和住宅用地?zé)岵膳┧?，還建有地?zé)崦缙?，利用地?zé)崤嘤龢涿绾凸?，培植樹苗的土壤消毒也用地?zé)崽幚恚⒗玫責(zé)嵩耘嗄⒐?。美?guó)在俄勒岡州的科瓦列斯附近，進(jìn)行地?zé)峒訙赝寥赖奶镩g試驗(yàn)，成果說(shuō)明土壤加溫后谷物增產(chǎn)45%，番茄增產(chǎn)50%，大豆增產(chǎn)66%，種植谷物的質(zhì)量均有所提高。 目前，世界對(duì)新鮮種植物如高質(zhì)量蔬菜、水果和花卉等的需求量在日益增長(zhǎng)。水產(chǎn)品更顯出不能滿足市場(chǎng)要求的趨勢(shì)。過(guò)去，水產(chǎn)品主要依靠江

17、河湖海，而人工養(yǎng)殖供給量?jī)H占5%，近年來(lái)人工養(yǎng)殖已達(dá)到28%。目前世界養(yǎng)殖業(yè)正以每年8%的速率遞增。地?zé)嵊糜诜N植和養(yǎng)殖業(yè)的潛力是很大的。 19人行道供暖202122（三） 旅游觀光洗浴 旅游觀光是人民生活質(zhì)量提高的象征，也是社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益雙豐收的一門產(chǎn)業(yè)，利用地?zé)衢_辟旅游觀光事業(yè)是許多國(guó)家國(guó)民收入的一項(xiàng)重要來(lái)源，被譽(yù)為“無(wú)煙工業(yè)”。日本在利用地?zé)豳Y源發(fā)展旅游業(yè)和綜合利用方面比較先進(jìn)。 在日本鹿兒島南面的屋久島上，建了一個(gè)“鹿兒島國(guó)際飯店”，總建筑面積23840km2，設(shè)有客房204間，宴會(huì)廳12間，會(huì)議室4間，室內(nèi)游泳池兩個(gè)，室外游泳池兩個(gè)，于1971年9月開業(yè)以來(lái)，平均每年接待旅游者16

18、萬(wàn)人?；旧鲜菨M負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。該飯店的主要特點(diǎn)是全部能源都來(lái)自地?zé)?。?jì)有蒸汽井4口，深度70400m,井徑65mm，每小時(shí)的總產(chǎn)量為：蒸汽12噸、熱水1噸。壓力2.454.9巴，溫度128151。利用這一優(yōu)越的自然條件，飯店的電源（100千瓦發(fā)電機(jī)）、取暖、制冷、洗浴以及熱水供應(yīng)等都是來(lái)自地?zé)?，組成了一個(gè)完整的地?zé)崽菁?jí)綜合利用系統(tǒng)。其成本之低、生意之興隆，可以想象到其經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，日本每年在國(guó)內(nèi)溫泉旅游約1.5億人次，以每個(gè)游客消費(fèi)1000元人民幣計(jì)算，其全年總消費(fèi)為1500億元人民幣，為國(guó)家創(chuàng)造了大量的收入。 （四） 工業(yè) 主要用于輕工業(yè)和加工工業(yè)，如新西蘭的造紙、美國(guó)的蔬

19、菜加工等，還有不少國(guó)家從地?zé)崴刑崛∮杏迷?。但從統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，冰島、新西蘭、日本和美國(guó)等八個(gè)國(guó)家直接利用地?zé)豳Y源的功率分配為：空調(diào)1305MW，農(nóng)業(yè)5570MW，工業(yè)235MW，其中工業(yè)所占用的地?zé)峁β首钌?，只?.3%。 國(guó)內(nèi)利用：羊八井發(fā)電、北京、天津、西安等地2324冰島 193225冰島95用地?zé)峁┡?6二、沉積盆地?zé)嵫莼费芯糠椒斑M(jìn)展（1）、地球動(dòng)力學(xué)模型法 1、伸展盆地 2、其它類型盆地 （2）、古溫標(biāo)法 1、鏡質(zhì)體反射率法 1）Barker法 2）EASY法 3）Suggate法 2、包裹體法 3、裂變徑跡法 4、粘土礦物轉(zhuǎn)變法（3）、地球動(dòng)力學(xué)法與地球化學(xué)法的結(jié)合27 盆地

20、熱史研究方法考慮因素研究?jī)?nèi)容研究方法盆地成因類型地溫場(chǎng)熱源熱成因機(jī)制地溫場(chǎng)特征 熱導(dǎo)率 地溫梯度 大地?zé)崃髦档厍騽?dòng)力學(xué)模型法古溫標(biāo)法結(jié)合法 熱流史地溫史有機(jī)質(zhì) 演化史28熱史重建（1） 地球動(dòng)力學(xué)模型法 1）原理： 對(duì)于熱成因型盆地（裂谷盆地），熱演化特征直接決 定了盆地的形成發(fā)育過(guò)程。因而在巖石圈尺度下，通 過(guò)正演盆地的發(fā)育過(guò)程（構(gòu)造格架）而獲得熱演化史。 2）特點(diǎn)： 大尺度，反映盆地總體規(guī)律，一般精度較低。 3）缺陷： 沒(méi)有考慮沉積物中的古溫標(biāo)，不能反映局部熱狀況。 4）模型：如 Mckenzie 的均勻伸展模型。29 （2）均勻伸展模型 該模型由McKenzie于1978年提出（圖2-3

21、）。該模型認(rèn)為裂谷型沉積盆地是由于大陸巖石圈的伸展作用而形成的。在巖石圈伸展變薄的情況下，灼熱的軟流圈物質(zhì)上涌，地溫梯度升高；之后異常地幔或軟流圈向著熱平衡方向衰減，巖石圈冷卻收縮，地殼進(jìn)一步沉降并充填沉積；最后巖石圈達(dá)到熱平衡狀態(tài)，地殼趨于穩(wěn)定。30（1） McKenzie法古熱流Q的計(jì)算公式為:Q=kTm /yL1+2/ sin( / )(1-e-t/ K-熱擴(kuò)散系數(shù) Tm-軟流圈溫度 yL-巖石圈初始厚度 -拉張系數(shù) = yL2/ 2k 為巖石圈的熱時(shí)間常數(shù) t-為時(shí)間任一深度及時(shí)間的溫度T(y,t)= Tm (1- y / yL )+ 2/ / sin( / ) Tm exp (- 2

22、k t/ yL 2 ) sin( y/ yL )31表21巖石圈伸展模式模式參考文獻(xiàn)作者主動(dòng)裂谷地幔上涌機(jī)制（1）重力擴(kuò)張Housman England 1986,Neugebauer 1978,Bott1981（2）底辟作用Woidt Neugebauer 1981.被動(dòng)裂谷模型：純剪切模型（1）均勻伸展McKenzie 1978（2）均勻伸展有地幔對(duì)流Buck 1986,stecklor 1985（3）不連續(xù)非均勻伸展Hellinger and Sclater 1983,Royden and Keen 1980（4）連續(xù)非均勻伸展Rowley and Sahagian 1980：簡(jiǎn)單剪切模

23、型（5）不對(duì)稱伸展Coward 1986,Wemicke 1985與碰撞板塊邊界有關(guān)的模型（1）碰撞谷Sengor Burke and Dewey 1978 巖石圈伸展模式 32熱史參數(shù)熱史模型多采用地球熱力學(xué)與地球化學(xué)相結(jié)合的方法。用到的參數(shù)主要有現(xiàn)今地表溫度、古地表溫度、今地溫梯度、古地溫梯度、巖石熱導(dǎo)率、R。一深度曲線等等。 1古今地表溫度 盆地模擬中的地表溫度，嚴(yán)格地講是地表恒溫帶的溫度。恒溫帶是地球內(nèi)熱與外熱達(dá)到平衡的地帶。由于盆地所處的古地理位置及其古氣候特征的不同而有所差別。因此，古氣候研究對(duì)于確定古地表溫度十分重要。 2地溫梯度 盆地模擬中，地溫梯度分今地溫梯度和古地溫梯度，二

24、者根據(jù)模擬重點(diǎn)內(nèi)容的不同可分別作為已知參數(shù)輸入；也可以只輸入今地溫梯度，用于計(jì)算今熱流，古地溫梯度由軟件根據(jù)古熱流和古熱導(dǎo)率來(lái)求取。 今地溫梯度一般是按模擬井點(diǎn)的不同地層輸入的。因此，應(yīng)盡量給出不同層位的地溫梯度值。通過(guò)計(jì)算測(cè)溫井的地溫梯度值，結(jié)合基底起伏情況，可以勾畫出區(qū)域上的地溫梯度分布圖。 3巖石熱導(dǎo)率 有的軟件系統(tǒng)要求給出不同層位的實(shí)測(cè)巖石熱導(dǎo)率，直接用于計(jì)算今熱流；也有的軟件系統(tǒng)只要求給出實(shí)測(cè)的孔隙流體熱導(dǎo)率和巖石骨架熱導(dǎo)率。 4 R。一深度曲線鏡質(zhì)組反射率（R。）是表征烴源巖成熟度的有效參數(shù)，也是檢驗(yàn)地球熱力學(xué)法正確性的標(biāo)準(zhǔn)之一；同時(shí)，R。與有機(jī)質(zhì)產(chǎn)烴率的關(guān)系最為直接，因此，盆地模

25、擬中熱史模塊。要求使用標(biāo)準(zhǔn)井的實(shí)測(cè)R。一深度曲線。332其它類型盆地 克拉通盆地其成因主要有地殼伸展、熱衰減、克拉通邊緣的構(gòu)造負(fù)荷、板內(nèi)應(yīng)力、欠補(bǔ)償質(zhì)量等。在地殼伸展熱沉降方面與弧后盆地及大陸裂谷盆地相似。克拉通盆地往往表現(xiàn)出階段性沉降的特點(diǎn)，熱沉降僅適用于盆地發(fā)展的某些階段。 前陸盆地形成的主要控制因素為逆沖帶的構(gòu)造負(fù)荷、盆地沉積物負(fù)荷以及在造山過(guò)程中形成的地殼內(nèi)部水平擠壓力。前陸盆地的具體模型有Karner等(1983)提出的熱彈性流變模型及 Willett等(1985)年提出的粘彈性流變學(xué)模型。熱彈性模型可以解釋撓曲與熱史之間的關(guān)系，而粘彈性流變學(xué)模型則能夠解釋巖石圈抗剛度隨加載作用時(shí)間

26、的變化關(guān)系。 在走滑盆地中，熱力學(xué)和沉降模型沒(méi)有很好地建立起來(lái)，這主要是由于它們的構(gòu)造歷史復(fù)雜，在與巖石圈變薄有關(guān)的盆地中，由于伸展過(guò)程中熱流通過(guò)盆地周邊的側(cè)向損失，統(tǒng)一的均勻伸展模型在應(yīng)用中要作一定的修改。其它盆地形成于與地幔無(wú)關(guān)的薄皮伸展帶，這些盆地溫度低且缺乏發(fā)育良好的伸展期后熱沉降。 34熱史重建（2）. 古溫標(biāo)法 1）原理： 沉積地層中的古溫標(biāo)如：Ro、礦物包裹體、磷灰石裂 變徑跡、粘土礦物轉(zhuǎn)換率等記錄了其本身在地質(zhì)歷史 時(shí)期的受熱史，因而通過(guò)反演其形成過(guò)程并與現(xiàn)今溫 標(biāo)值一致而重建熱史。 2）特點(diǎn)： 小尺度，反映古溫標(biāo)樣品處局部熱狀況，有較高精度。 3）缺陷： 如果不考慮盆地形成過(guò)

27、程，多解性。有些只反映所承 受的最大溫度。 35(1)、古溫標(biāo)法 1.鏡質(zhì)體反射率法 現(xiàn)今應(yīng)用的模型主要有以下6類：Price(1983)、Barker 和Pawlewicz(1986)僅將鏡質(zhì)體反射率作為溫度的函數(shù)模型；Hood(1975) 和Bostick(1978) 和Barker(1989)將時(shí)間結(jié)合進(jìn)去作為經(jīng)驗(yàn)性的方法模型；Antia (1986) 和Wood(1988)將鏡質(zhì)體反射率作為單一活化能的阿侖尼斯一級(jí)化學(xué)反應(yīng)模型；Lerche(1984) 和(1980)將鏡質(zhì)體反射率作為阿侖尼斯-級(jí)化學(xué)反應(yīng)模型，具有單-活化能，但活化能是溫度的函度；Larter(1988)將鏡質(zhì)體反射率

28、作為平行的阿侖尼斯一級(jí)化學(xué)反應(yīng)模型，其活化能具高斯分布; Sweeney等(1990)提出的Easy%Ro模型 。 以上6類鏡質(zhì)體反射率模型分析中、類模型是經(jīng)驗(yàn)性的，在應(yīng)用于地質(zhì)情況時(shí)，常被用于最大古地溫的粗略估計(jì)。 模型也是經(jīng)驗(yàn)性的，也有局限性，主要是由于單一反應(yīng)不能很好地模擬溫度和加熱速率分布很廣的復(fù)雜反應(yīng)(Braun和Burnhan,1987)。關(guān)于Lerch等(1984)和Armagnac(1989)的方法，將活化能看作是溫度的函數(shù)是不常見的。類模型中Larter(1988)正確地應(yīng)用了活化能分布的化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法，這表明Ro是溫度和時(shí)間的函數(shù)，溫度比時(shí)間更為重要。但他的模型由于僅依靠R

29、o與化學(xué)變化的相關(guān)關(guān)系，因而是有局限性的，化學(xué)變化發(fā)生在生油窗范圍內(nèi)，Ro值在0.51.3%范圍內(nèi)。類模型Easy%Ro法是最為精確地預(yù)測(cè)Ro的方法，在中等到高成熟度時(shí)更為準(zhǔn)確。但在成熟度較低時(shí)(Ro%0.9%)，Easy%Ro法對(duì)Ro可能估計(jì)過(guò)高。而Middleton(1982)和Issler(1984)的模型更為準(zhǔn)確。 36Sweeney J.J.和Burnham A.K.(1990)將Easy%Ro法與Hood(1975)、Middleton(1982)和Bostick(1978)方法作了對(duì)比， Easy%Ro法曲線的斜率最低，Ro值也對(duì)應(yīng)更低的溫度值。例如對(duì)于10Ma加熱時(shí)間，由Eas

30、y%R法計(jì)算反射率為0.7%對(duì)應(yīng)的溫度為110；Hood(1975)法相對(duì)應(yīng)的溫度為100，Middleton(1982)和Bostick(1978)方法對(duì)應(yīng)的溫度約為130。 同樣對(duì)于10Ma加熱時(shí)間，Easy%Ro法預(yù)測(cè)Ro在1.3%和2.0%時(shí)分別對(duì)應(yīng)的溫度為162和189，而其它三種方法達(dá)到此Ro值，對(duì)應(yīng)的溫度大約分別在180和210。 37鏡質(zhì)體反射率Ro法熱史重建 1）時(shí)間 溫度函數(shù)（Ro TTI 模型） 2） Barker和Pawlewicz法 Barker和Pawlewicz利用世界上35個(gè)地區(qū)600多個(gè)腐殖型有機(jī)質(zhì)的平均鏡質(zhì)體反射率Rm及其對(duì)應(yīng)的最大溫度Tmax，建立的回歸方

31、程ln(Rm)=0.0078(Tmax)-1.2，用來(lái)估算最大溫度，此回歸方程相關(guān)系數(shù)r=0.7,表明Rm與Tmax具有十分密切的相關(guān)性。地質(zhì)研究表明，有機(jī)質(zhì)成熟度在經(jīng)歷大約1Ma-10Ma的時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定，在有機(jī)質(zhì)成熟度達(dá)到穩(wěn)定后，增加有效加熱時(shí)間并不能增加有機(jī)質(zhì)的成熟度。而他們研究的盆地體系大約90%在小于最大古地溫15以內(nèi)的范圍內(nèi)，經(jīng)歷了大于106年的時(shí)間，因而足以使有機(jī)質(zhì)熱成熟度達(dá)到穩(wěn)定。因此可用Rm確定最大古地溫。 Ro是其經(jīng)歷的最高溫度的單一函數(shù)，加熱時(shí)間可以不考慮。公式： ln(Rm)=0.0078(Tmax)-1.2 Ro = a * exp*（b*Tmax） 383）. Ea

32、sy%Ro模型法 Sweeney等(1990)提出的Easy%Ro模型，將鏡質(zhì)體反射率作為一系列平行的阿侖尼斯一級(jí)反應(yīng)，用活化能的一個(gè)分布模擬鏡質(zhì)體的所有反應(yīng)，包括脫水、CO2、CH4及更大分子量烴類的裂解。Easy%Ro法可應(yīng)用于Ro在0.34.5%的范圍內(nèi)，加熱速率從實(shí)驗(yàn)室條件下(1/周)、巖漿侵入(1/天)到各種地質(zhì)環(huán)境(10/100年1/百萬(wàn)年)。 Ro %=exp(-1.6+3.7F) F=1-w/w0，F(xiàn)為已發(fā)生反應(yīng)物的百分含量 ，w0為反應(yīng)物的初始濃度，F(xiàn)可將時(shí)間-溫度歷史劃分為一系列等溫的或不變的加熱速率段來(lái)計(jì)算。 Easy%法強(qiáng)調(diào)溫度的作用,認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)速率和溫度是指數(shù)關(guān)系而

33、與時(shí)間是線性關(guān)系.394）.Suggate,R.P(1998)制作了R0.H.G關(guān)系圖版: 1).R0不是很精確的熱指標(biāo),其變化趨勢(shì)更為重要. 2).R0在0.7-1.0及其以上增加快,上下梯度不同,其與成熟前、成熟后的化學(xué)反應(yīng)不同有關(guān)。 3).半對(duì)數(shù)坐標(biāo)使R0-H曲線在0.7-1.0產(chǎn)生的彎曲不明顯,R0-H關(guān)系變?yōu)橹本€. 4). R0-H關(guān)系與最大埋深時(shí)的古地溫梯度有關(guān) 5). R0.H.G關(guān)系圖版可估算地溫梯度、最大埋深（剝蝕量）。40 1.選擇盆地中一口具有豐富的RO資料的典型探井為對(duì)象，通過(guò)壓實(shí)效正和剝蝕厚度計(jì)算恢復(fù)單井地層的埋藏史 2.假設(shè)已古地溫梯度隨地質(zhì)年代變化的模式,結(jié)合埋藏

34、史算得生油巖經(jīng)歷的古地溫模式 3.根據(jù)古地溫模式通過(guò)Easy Ro模型計(jì)算生油巖的成熟度Ro值 4.用實(shí)測(cè)的Ro值與計(jì)算的Ro值對(duì)比,通過(guò)反復(fù)修改假設(shè)的古地溫模式及反復(fù)計(jì)算Ro值,使計(jì)算的Ro值于實(shí)測(cè)的Ro值一致.最后選定的古地溫模式可代表古地溫梯度的演化. EasyRo方法重建古地溫的步驟 412.流體包裹體法 流體包裹體是成巖礦物結(jié)晶時(shí)所捕獲的部分成礦流體。流體包裹體的成分、相態(tài)、豐度、均一溫度及鹽度等指數(shù)，能夠反映不同成礦階段的地球物理化學(xué)條件。作為一種新手段，流體包裹體研究在石油地質(zhì)方面可應(yīng)用于測(cè)定古溫度和恢復(fù)盆地?zé)釟v史；確定油氣演化程度和形成階段；研究油氣形成時(shí)的物理化學(xué)條件；確定油

35、氣運(yùn)移時(shí)間、方向和通道；研究恢復(fù)埋藏史及確定構(gòu)造形成的時(shí)期和序次等方面。 流體包裹體按成分可分為原生包裹體、次生包裹體、假次生包裹體和變生包裹體四種。流體包裹體應(yīng)用于確定古地溫需要占有三方面的資料：(1)詳細(xì)的巖石學(xué)分析建立包裹體形成的相對(duì)時(shí)間；(2)詳細(xì)分析含有包裹體巖石的埋藏史和構(gòu)造史；(3)分析單個(gè)包裹體的相態(tài)和化學(xué)成分，定義捕獲流體的壓力一體積一溫度(PVT)特性。 應(yīng)用包裹體進(jìn)行研究的三個(gè)假設(shè)條件如下：(1)均一體系；即包裹體形成時(shí)，被捕獲包裹體內(nèi)的物質(zhì)為均勻相；(2)封閉體系，即包裹體形成后，沒(méi)有物質(zhì)進(jìn)入或逸出；(3)等容體系，即包裹體形成后，包裹體的體積沒(méi)有發(fā)生變化。一般認(rèn)為，只

36、有符合這三個(gè)基本前提的包裹體的測(cè)定結(jié)果才是有效和可靠的。423.磷灰石裂變徑跡法 固體礦物裂變徑跡的研究始于50年代末，但利用磷灰石裂變徑跡（Apatite Fison Track簡(jiǎn)稱AFT）研究沉積盆地?zé)嵫莼坟悇t始于80年代。1986年澳大利亞墨爾本大學(xué)的研究人員在大量退火實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首次提出了磷灰石退火的動(dòng)力學(xué)模型平行線模型和扇形線模型。這些模型是利用數(shù)值方法恢復(fù)熱演化史的基礎(chǔ)。 磷灰石裂變徑跡法應(yīng)用于沉積盆地地?zé)崾返难芯渴加诎耸甏?，該方法是建立在磷灰石所含U裂變產(chǎn)生的徑跡在地質(zhì)時(shí)間內(nèi)受溫度作用而發(fā)生退火行為的基礎(chǔ)之上。在1100Ma的時(shí)間內(nèi)，磷灰石裂變徑跡的退火溫度為60150。

37、Gleadow和Green等人在沉積盆地的試驗(yàn)中已模索出裂變徑跡分析的5個(gè)參數(shù)。這5個(gè)參數(shù)對(duì)溫度非常敏感，它們是裂變徑跡長(zhǎng)度、徑跡長(zhǎng)度頻率分布、年齡衰減、單晶粒年齡頻率分布及表觀年齡隨深度的變化。通過(guò)以上5個(gè)參數(shù)的詳細(xì)分析，可以獲得其它方法得不到的熱史信息。43 鋯石裂變徑跡分析人4445（1）利用AFT研究熱史的基本原理 1）AFT形成的穩(wěn)定性和連續(xù)性 穩(wěn)定性：實(shí)驗(yàn)證明，裂變徑跡形成速率與礦物中238U 含量成正比。沉積盆地的形成時(shí)間小于238U的半衰期（6.99l017年），因此可以認(rèn)為在整個(gè)沉積盆地的地質(zhì)歷史時(shí)期，磷灰石中238U的含量是穩(wěn)定的。這就保證了同一巖石樣品中徑跡形成速率是常數(shù)

38、。 連續(xù)性：由于在盆地演化過(guò)程中，磷灰石中的238U一直以相同的速率不斷自發(fā)裂變，因而裂變徑跡也在不斷地形成，即裂變徑跡是隨時(shí)間而不斷形成的。不同的徑跡產(chǎn)生于熱史的不同階段。利用這個(gè)特性能重建較精確的熱史。462）AFT具有退火特性 磷灰石在受熱時(shí)，其受損的晶格從熱能中獲得足夠的能量，并促使被移位的原子返回到原來(lái)的位置，從而使輻射損傷不同程度地愈合，表現(xiàn)為徑跡縮短直至完全消失，這就是退火現(xiàn)象。模擬實(shí)驗(yàn)和鉆井資料研究（Glead等，1983；Naeser,1981）得出，裂變徑跡退火具有以下特征（圖3-7）：（1）在實(shí)驗(yàn)室和地下條件下，退火特征基本一致，都是隨溫度增高，徑跡密度減少，長(zhǎng)度變短，直

39、至完全消失；（2）控制徑跡退火的主要因素是溫度，時(shí)間因素是次要的；（3）退火作用，由開始退火到完全退火，不是在瞬時(shí)發(fā)生的，而是中間有個(gè)過(guò)渡帶，這個(gè)帶叫退火帶。其相應(yīng)的溫度范圍是50125。 綜上所述，磷灰石裂變徑跡形成的穩(wěn)定性和連續(xù)性，徑跡退火受控于溫度的獨(dú)特性，以及磷灰石在沉積盆地中分布的廣泛性，為利用AFT研究熱史提供了保證。圖3-7 奧特韋群樣品的裂變徑跡年齡與井下校正溫度之間的關(guān)系（據(jù)Green等待，1987）47（2） AFT參數(shù)及其熱史意義 應(yīng)用于熱史研究的AFT參數(shù)主要有：裂變徑跡年齡、裂變徑跡平均長(zhǎng)度和裂變徑跡長(zhǎng)度分布。（1）裂變徑跡年齡 徑跡年齡不僅可以記錄礦物的形成時(shí)間，還

40、能記錄重大的熱事件（如火山噴發(fā)或巖漿侵入）發(fā)生的時(shí)間。當(dāng)重大熱事件發(fā)生時(shí)，裂變徑跡因受熱而完全消退，待冷卻到其封閉溫度時(shí)（在地質(zhì)歷史中認(rèn)為是短暫的），礦物開始記錄徑跡，顯然此時(shí)計(jì)算出來(lái)的徑跡年齡為熱事件發(fā)生的時(shí)間。若礦物是在這次熱事件中形成的，則又為此礦物的年齡，這是徑跡的真實(shí)年齡。若熱事件活動(dòng)后形成并冷卻的礦物很快又被搬運(yùn)到盆地中，并被沉積埋藏，而且至今尚未進(jìn)入退火帶，則其徑跡年齡代表沉積年齡。如果礦物后期經(jīng)歷過(guò)部分退火（未完全消失），則計(jì)算出的徑跡年齡小于真實(shí)年齡，稱為表觀年齡。表觀年齡隨退火程度的增加而減?。▓D3-8）。 徑跡年齡可通過(guò)下式求出：T=1/ Dln( s/ i D/F I+

41、1) 式中t徑跡年齡，a； s/ i 、分別為238U自發(fā)徑跡和235U誘發(fā)裂變徑跡密度，條/cm2； D/F 、分別為238U的總衰變常數(shù)（1.55110-10 a -1）和238U自發(fā)裂變衰變常數(shù)（6.9910-17 a -1）； 235U的熱效中心裂變的有效截面積（5.810-22 cm2 ）； 中子通量，中子數(shù)/cm2 I235U /238U豐度比（7.267610-3）。 238U自然裂變產(chǎn)生的徑跡稱自發(fā)裂變徑跡； 235U吸收熱中子可引起核裂變，在原子反應(yīng)堆中由熱中子誘發(fā)裂變而產(chǎn)生的徑跡為誘發(fā)裂變徑跡。482）平均裂變徑變長(zhǎng)度 磷灰石裂變徑跡初始形成時(shí)，徑跡平均長(zhǎng)度是一個(gè)十分固定的

42、常數(shù)，約為163 09一旦形成，平均徑跡長(zhǎng)度便隨埋深（溫度）的增加而逐步縮短，溫度低于50時(shí)，平均徑跡長(zhǎng)度還大于14，接近125，則平均徑跡長(zhǎng)度降為零，溫度在110125之間，平均徑跡衰減相當(dāng)急劇，其長(zhǎng)度從8變?yōu)榱?。圖3-8 奧特韋群磷灰石平均圍限裂變徑跡長(zhǎng)度與目前 井下溫度之間的關(guān)系（據(jù)Green等待，1987）493）徑跡長(zhǎng)度分布Gleadow(1986)和Green(1987)對(duì)澳大利亞奧特韋（Otwav）盆地的4口井和露頭樣品研究后認(rèn)為。徑跡長(zhǎng)度分布隨溫度的增力而逐漸變短、變寬。從圖中可見，平均徑跡長(zhǎng)度分布在低溫時(shí)，保持狹窄的對(duì)稱形態(tài)，隨著溫度的增加，分布圖開始變寬，直至溫度在1021

43、10，分布變得十分開闊，呈扁平態(tài)分布。圖3-9 奧特韋群磷灰石的圍限裂變徑跡 長(zhǎng)度分部圖（據(jù)Green等待，1987）505152應(yīng)用磷灰石長(zhǎng)度分布可以確定冷卻發(fā)生的時(shí)間53每個(gè)樣品的古地溫是多少及冷卻何時(shí)發(fā)生的？54磷灰石裂變徑跡法的優(yōu)點(diǎn)有三： (1)確定最大古地溫，古地溫在70120范圍都可以確定. (2)確定從最大古地溫狀況下冷卻的時(shí)間。具體可分三種情況討論：a.地層完全退火后，又很快拾升到小于50的地溫狀況下，記錄的裂變徑跡年齡代表了冷卻的時(shí)間；b.如果冷卻時(shí)間延長(zhǎng)或現(xiàn)今仍在大于50的狀況下，估計(jì)的冷卻年齡偏??；c.如果地層沉積后未完全退火，經(jīng)受的溫度小于110，則可通過(guò)對(duì)長(zhǎng)短徑跡的相

44、對(duì)比例的估算確定冷卻時(shí)間。 (3)確定地層達(dá)到最大古地溫時(shí)的古地溫梯度，在垂直深度圖上，由裂變徑跡法結(jié)合Ro法可確定最大古地溫曲線的斜率，即地溫梯度。 55計(jì)算地層剝蝕厚度 剝蝕厚度E可按以下公式計(jì)算： E=(11010-Ts)/G d 式中Ts是古平均地表溫度；G是古地溫梯度；d是某一具體地區(qū)古部分退火帶底界與現(xiàn)今平均表面的高差。現(xiàn)今平均表面高于古部分退火帶底界d為負(fù)，現(xiàn)今平均表面低于古部分退火帶底界d為正。對(duì)高熱演化程度的地區(qū) 鋯石裂變徑跡退火溫度高于磷灰石，可與磷灰石裂變徑跡分析結(jié)合使用，對(duì)于熱演化程度高的地區(qū)比較適用。56鄂爾多斯盆地各構(gòu)造單元RoH關(guān)系曲線3）后期強(qiáng)烈的抬升剝蝕與冷卻天環(huán)向斜 ；伊陜斜坡 ；晉西撓曲帶 ；渭北隆起；伊盟隆起；西緣逆沖斷裂帶57鄂爾多斯盆地不同構(gòu)造單元各井裂變徑跡年齡與井深關(guān)系圖 鄂爾多斯盆地在約20Ma前發(fā)生了一期快速抬升的冷卻事件（任戰(zhàn)利等，1993、1994、1995、1999）。 地溫梯度減小及地層地溫降低，有助于天然氣出溶成藏。58天深1井現(xiàn)今地溫與古地溫對(duì)比圖2）、古地溫場(chǎng)及演化