盆地构造热体制与盆地模拟

物
质
成熟度
运移及圈闭
改造与保持
油气位置 资源量
然后根据实地盆地原型并 列迭加的分析模式
TSM 盆地系统工作流程
开目的展从盆整地体到局部 N i GT
Tectonic setting Time Thermal regime
P A a
B
Subsidence Sedimentation Stress
q c /q m（q s）
1.37(50)
？2.34(90)
东部: 冷壳热幔
＝qc/q m (q s)
中国~5大000m陆地区岩~250石0m圈热结<10构00m特征
Lithospheric
dTehfoermramtioanl structure of the continental Chin澳a 大an利d亚ge板ot块herms
东热西冷 南热北冷
中国大陆及邻近海域沉积盆地热体制
岩石圈热结构
q s= q c+ q m
qs≈2.5×1020cal/年
相当火山、地震、水 热活动所释放能量的 100倍
q s- 地表热流 q c- 地壳热流 q m- 地幔热流
“热” 地壳
“冷” 地幔 “温”
西北部: 冷壳冷幔
西南部: 热壳冷幔
地壳热流与地幔热流比值（地表热流）
大陆边缘和大陆内不同的演化可区分为两大沉积 盆地序列。
陆内 挤榨前渊 走滑盆地 拉张断陷 陆内拗陷
因此，了解大陆形变及其与深部物 质运动方式，有助于建立大陆成盆 序列的构造-热体制，正确把握沉积 盆地油气形成分布的系统边界条件 预测油气成藏规律。
盆地沉降体制变化的深部 根源—— 陆缘热对流效应
含油气盆地分析讲义
盆地构造热体制与盆地模拟
何登发 中国地质大学（北京）
2010.11
前言
地热学是一门研究地球内热的科学，具有强大的生命力 地热学可划分为理论地热学与应用地热学两大部分 理论地热学主要研究全球热场分布、岩石圈热结构、地壳
上地幔热状态、地幔对流、地幔热柱、地球各圈层之间的 热交换和热相互作用、以至地球热历史、热演化等诸多基 础理论问题 应用地热学主要研究地热资源的分布、形成机理以及开发 利用问题；研究油（气）区地温-古地温及盆地热历史热 演化；研究矿区地温分布及深部地温预测、矿山地温类型 划分及矿井热害防治的地质-工程措施；研究根据钻孔地 温测量数据反演过去几个世纪以来的古气温变化，从而为 全球气候变化提供地热学证据
特征 热冷缩迁移 岩石圈增厚 上壳弹性挠曲
热热热扰胀缩潜———扭拉挠冲动伸曲挤
分布 离散陆内或陆缘 油气 源岩层薄范围广 埋藏转化慢 侧向运移 继承隆起
特特特征征征热热热平物冷蠕流质缩动抽上迁侧动涌移向下先岩岩潜后石石张圈圈岩挤减增石薄厚层调整
上壳弹上上性壳地壳挠平壳构曲移脆造错性载位张荷裂挠曲
分分分布布布陆离离造缘散散山转陆陆带换内内前边或沿界会陆聚缘挤陆榨内缘冲块弧断体后带扭前动缩边沿合界陆内
热对流对立统一的运动形式表征为 板块大地构造离散-会聚环境和位置 变化及其引起的盆地沉降，反映出 洋陆岩石圈组成与地幔对流相互作 用形成盆地的构造-热体制。
大陆边缘和大陆内不同演化可区分为两大沉积盆 地序列。
陆缘 离散拗陷 弧后盆地 前陆盆地
洋壳拆沉，陆壳边缘碰撞融合， 地温场向正常岩石圈过渡
洋壳阻地滞幔向物洋质迁向移洋，迁地移幔，物热质冷热却上沉涌降扩张
Golden summit
Chung & Jahn (1995) Geology, 23: 889-892
Emeishan basalts
Minimum uplift = >1000 m Duration of uplift < 3 Ma
峨眉山玄武岩 对盆地热状态影响的地热学记录
峨眉山玄武岩出露面积5.0 ×105 km2.徐 义刚等(2007)将峨眉山玄武岩分成内带、 中带、外带三个岩区。岩层西厚东薄的 总体趋势早已为地质学家所注意.如在云 南宾川上仓（中带），玄武岩层厚达 5000m，而往东至贵州境内，玄武岩的 厚度仅为几十至几百米。
二、盆地动态模拟
1. TSM盆地模拟资源评价观念 2. TSM盆地模拟基本方法 3. TSM盆地模拟资源评价实例应用 4. 问题探讨
TSM 盆地系统工作流程
N
Tectonic setting
Subsidence
Material
L
i GT Time
Thermal regime
P A a
汪集旸，2010
主要内容
一．构造－热体制 二．盆地动态模拟
叶茂
应用地热学
能源地热学
油田地热学
矿山地热学
气候变化地热学
理论地热学
根深
深部背景
目前国际上地学界的热点研究问题地幔热柱就是 这方面很好的例证。徐义刚和他的研究组多年来 从事这方面的研究并取得重大成果，峨眉山玄武 岩已被确认为一个地幔热柱。
B
Sedimentation Stress
Maturity Migration
A
Style
Maintenance
Q
建立大盆3地地T构是造各与种原油型气沉4聚S降集-沉的积系统4 M联系
环境实体并列迭加作的用组合 响应
全
球 体 制 阶 段
构 造 背景
时
代
热体 制
原 型
迭加 并列
盆地
沉降作用 沉积作用 应力条件 构造样式
Material Maturity Migration
L
地A 质作用
Style
Maintenance
Q
（S）-油3盆气T地--区带--4圈S 闭
4M
响全 应（环M分境）级预测未作知用：
响应
球
沉降作用 物
质
体
关系之间 制
阶
的模 拟实 段
构 造 处境
时合理估算代 油气原型资并 迭源列 加 量盆（地评估沉应投积力 作条资用件风险成运）移熟及圈度闭 热正确体预测制 油气位 置（回报独经特 风济格效益改）造与保持
St按ress 原型并密度列迭加约束物，的质运组变用合化多的，体模油积块特气组征 合的“ε矢/埋m量藏史”模拟和 不，物展同可原布质以型规的在律地分质，动M布i作取gr态ati决用和on 沉多于 St降时yle 空过组程地模合中质量程与满度作、演足规用模化生S –条、油件储气因 关。、响转态素系盖应相。化的物互M是响质之关应一间系M系过个a的in统ten复动程an的ce杂。
北半球“冷”
q = 74±1.8 mW/m2
南半球“热”
q = 99.3±2.1 mW/m2
地球热场分布不均匀
海半球 “热”
94.1±1.9 mW/m2
陆半球 “冷”
79.3±2.0 mW/m2
中国大陆及邻区热流测点分布 (截止2000年)
中国大陆地区大地热流图
东高西低 南高北低
盆地热体制（Thermal Regime）
Morgan’s plume concept (1972)
16 examples
Griffith & Campbell (1990) Zhao (2001) EPSL
Global distribution of Large Igneous Provinces (LIPs)
Coffin & Eldholm (1992)
洋壳滋生消亡 陆壳裂解碰撞
●洋中脊地幔
散热，缘壳变
冷增厚，挠曲
下拗。
●弧后陆蠕散
受阻，缘壳变
热减薄，扩张
沉降。
●陆陆碰蠕动
●陆内薄弱带上涌，陆壳升温减薄，融引合张，断造陷山。构
●热地幔侧向迁移，陆壳冷缩增厚，造挠载曲荷拗，陷挠。曲
沉降。
据原型构造－热体制分类：
陆缘以板块边界特征反映地幔热对流的
陆缘原型序列
油气位置 资源量
验。
（ 油气响应） Response
大量物理实验和化学测试对
Material
这油个气物体质积形V成就油是气原的型过的程结已
构经。有了它基在本并的列知迭识加。中还受
Maturity
应但力从配系置统和论不出同发样油式气的物影 响质变要化素，必引须起装油到气一组个合有及 其边响界应的的容变器化（。V ）内才 构成系统。
地壳、上地幔热状态
Continental crust Downwelling
Subduction zone
Plate migration
South Pacific
Upper Lower
Super hot plume Super cold plume
Mantle
Upwelling
Convection
陆内以大陆形变反映热覆盖地幔蠕流的
陆内原型序列
盆地沉降体制变化的深部 根源—— 大陆热覆盖效应
●陆内缩合热下潜， 挤榨构造负荷，挠 曲沉降。 ●大陆排斥热抽动， 块体走滑拉分、断 陷下拗。
●陆内补偿热迁移， 沉积载荷，下挠沉 降。
陆壳挤榨排斥 地幔物质蠕动
根椐面力和体力作用关系盆地原型的构造—热边界可以归纳为基本的：
Process（地质作用）
（油气响应）Response
Subsidence
H/t
C%
Material
有原机型质热的体速频成率率制熟及与其 流S并ed体im列ent流at迭ion动加的的过热程动
V
丰度
组成
Ro% Maturity
与力热变作化用，δ迳/相m约流 关束，着 其地变球化化和学密结热度果降保m热解w流/m2 存S生tres在s烃沉过积程ε/m成，岩以实热及导
T
熟度 烃量
Migration
体成中岩孔隙力模场量度演化。
Style
程度、规模
Maintenance
地质作用S–油气响应M关系
Process（地质作用）
（油气响应）Response
Subsidence
H/t
C%
Material
目在运动原先前早载型验排已层结状烃确中速频况模构率率证油，式及与气但还其流的都处体流迭
Lithophile elements
Siderrophile elements
Mid-oceanic ridge
全球热点（Hot Spot）分布
86 64.7 56.2
48.1 42.4 38.7 27.7 10.3 7.2 2.6 1.03 0
夏威夷热点
Hot spot
T. Wilson
(1903-1993)
V Sed认关im势及着加 及 异e为。n有 其 地ta关 孔 常t与倾io关 并 下n 联隙压异 向δ。 迭 流迳/密常 于沉空力m原 关 体流度压 低积间的型 系 势力 孔压 流 变实约场有渗m热体束及实 体 化w流/m，2 T Stre泥ss其约质变束岩化着润ε，/湿m排控烃烃制达环着到热油境导
热胀—拉伸
热缩—挠曲
根椐面力和体力作用关系 特征 热物质上涌 岩石圈减薄 上壳脆性张裂 分布 离散陆内 会聚陆缘弧后 缩合陆内
特征 热冷缩迁移 岩石圈增厚 上壳弹性挠曲 分布 离散陆内或陆缘
油气 源岩层厚近主断 埋藏转化快 垂向运移 块断圈闭
油气 源岩层薄范围广 埋藏转化慢 侧向运移 继承隆起
盆地原型的构造—热边界可以热归缩—纳挠曲为基本的：
Migration Maintenance
地 质 作 用 S -- 油 气 响 应 M 关 系
Process（地质作用）
（油气响应）Response
Subsidence
H/t
速率
C%
Material
频率
Sedimentation
δ/m
迳流
V 丰度 组成
Maturity
制随约油着气地生质、作储、用盖
玄武岩喷发模型
峨眉山玄武岩分布图 （据Yi-Gang Xu, et al. 2008修改）
中国大陆科学钻探(CCSD)地热测量
Q0=75mW/m2
CCSD热导率、 生热率、 热流
只有全面考察大陆和大洋岩石圈在 板块运动中相互约束的表现，才能 正确认识地幔热对流的旋回变化和 板块运动的全过程。
地幔热对流造就的大陆和大洋岩 石圈板块运动，既推动了大陆和 大洋岩石圈相互作用又改变着地 幔自身热对流的过程。
油油油气气气下源源源生岩岩岩上层层迁储厚薄移近范发花主围育式断广断层侧埋埋向藏藏运转转移化化慢快
反垂侧油转向向气构运运析造移移离 基块继冲底断承滑断圈隆脱圈闭起闭
小结
大陆形变是板块会聚环境中断热对流后地幔物质在 陆通内过岩盆石地圈变热格覆结盖构自了身解蠕构动造的热表体现制。的变化对成盆
地质作用的影响和表现，是石油勘探地质必要的 在陆缘会聚环境变化影响下地幔蠕动的大陆形变表
我们近年来的工作表明，峨眉山玄武岩的喷发对 四川盆地二叠纪的热体制有很大影响，而后者又 直接制约着四川盆地海相烃源岩的热演化和油气 生成。
华北克拉通破坏这一重大基础项目中的一系列与 “热”有关的课题，如中生代盆地热体制的转型、 新生代盆地热历史、热演化与油气形成等。
全 球 热 场 分 布
地球热场分布不均匀
基础研究，它要求多学科系统整合。 现为多期挤榨排斥运动形式，产生变格盆地。
盆地通序过列盆的地变系格统结整构合反，映建了立壳系幔统运体动积不、同温构度造、热压体力 制的变变化化的，定成量为数盆值地模系拟统分油析气，动是态满成足藏油的气边勘界探条预件测。
评价和决策的重要方法。
主要Hale Waihona Puke Baidu容
一．构造－热体制 二．盆地动态模拟