9-热史分析

通过大量的研究表明，蒙脱石转变成伊利石具有一
定的埋藏深度和范围，蒙脱石-伊利石系列矿物可用作标 定沉积岩成岩作用程度和古地温的比较好的指标。 日本学者青柳宏一（Aoyaji）（1979）和风间利荣 （Kazama）（1980）等通过对日本新生代盆地粘土矿物 和沸石类矿物成岩的分带研究，标定了自生矿物分带的 温度，并据此推测盆地的古地温和地层剥蚀厚度。
镜质体反射率的测定
1）样品的制备
如果是煤样品，可直接粉碎、胶结成型和抛光。 如果是岩石样品，有两种方法，一种是将岩石样品直接做成 光片（岩石中有机质含量较高）；另一种是将岩石样品进行酸处 理，使有机质浓缩，制成干酪根，再用树胶粘结和抛光（岩石中
有机质含量较低）。
2）测定 仪器：显微光度计 方法：采用统计平均，由于镜质体随热演化程度增高，其光 学异性增强，因此，统计测量点数对高成熟有机质要多。采用国 际和国内标准。
Anderson等（1991）将盆地视为巨大的天然热-化学反应 器，这一反应器中最活跃的是热流体与岩石中有机物质和金属 化合物的相互作用。目前大量的研究实例已证明大多数层控低 温热液矿床都与盆地中活动热流体有关。热流体的长距离运移 和在地层中的循环是层控低温热液矿床形成的主导因素。因此， 通过盆地的古地温场研究，探讨成矿热流体的活动和驱动机制、 确定矿产形成的古温度窗，对指导层控低温热液矿床的勘探是 很有意义的。 对内生矿床来说，可以服务于推测隐伏岩体。
泉等不同形式向地表传递和散失的热。一般将热源分为三种，
第四节
1) 大地热流测量
基本方法
现今地热场研究方法
通过钻井的井温测量获得地温梯度；对地层岩石的热 导率进行测量，然后应用大地热流与地温梯度和岩石热导 率的关系： Q =- K*dt/dz
计算大地热流。
在地表使用热流计直接测量大地热流，然后根据地震
影响。它反映了地球内部的实际热流量。它主要由两部分热流 构成，一部分是地壳放射性元素衰变产生的热贡献，另一部分 为深部热流的贡献。 地温场与大地热流是密切相关的，高的大地热流区具有高 的地温场。
2. 古地热场研究
利用各种地质温度计方法或计算机模拟恢复 某一地质时期盆地的古地温状况。对于一个特定 盆地来说，可以以地层等时界面进行恢复，也可 以以等深界面进行恢复。
或结构中，使蒙脱石最终转变为伊利石或绿泥石族矿物。
沸石类矿物 属含水的架状硅酸盐矿物，晶格比较松弛。沸 石矿物可以由火山玻璃蚀变而成，也可以化学沉淀方式形成于
盐、碱湖相中。也可通过碱质溶液交代铝硅酸盐矿物的方式形
成。 在碱性环境的沉积成岩过程中，凝灰质沉积物首先形成斜 发沸石。随着埋深增加和温度升高，斜发沸石转变为方沸石或 片沸石，继而转变为浊沸石或钠长石。
在沉积盆地中主要研究两类自生矿物：
粘土矿物和沸石类矿物 这两类自生矿物在沉积盆地中 广泛分布,它们的成岩演化与热作用密切相关。
粘土矿物 属含水硅酸盐矿物，其晶体结构主要为层状。一
些富含水粘土矿物，例如：蒙脱石在深埋藏成岩作用中，分阶 段脱去层间水，同时，阳离子K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等进入层间
南海北部湾盆地涠西南凹陷湾-2井粘土矿物相对含量的纵向变化
3）利用牙形石色变指数（CAI）测定古地温 牙形石色变指数的基本概念：
牙形石 是一种形体还不清楚的海相动物的硬质微体 化石，广泛分布于寒武纪至三叠纪海相地层中，在海相
碳酸盐岩地层中尤为丰富。
牙形石色变指数CAI（Color Alteration Index）是 在双目实体显微镜下，根据牙形石的颜色色度标定的颜 色变化指数。
1） 确定沉积盆地中有机质热演化的温度区间
有机质是沉积盆地中对热最敏感的物质.有机质在 热作用下,其物质组成和结构都将发生明显变化.一方 面，有机质裂解脱氢作用形成石油和天然气；另一方 面，有机质聚合增碳作用形成沥青化。在不同的温度
作用下，有机质脱氢和增碳作用的强度是不同的。因
此，通过对盆地的古地热场研究，可以确定有机质成
和受热时间的一种模式。在这个模式中，有机变质程度用有机变质 标尺（LOM）标定，受热时间取有效受热时间（Teff），即温度不低 于最高古地温15℃范围内的受热时间。并建立了有机变质标尺 （LOM）与镜质体反射率等成熟度指标的关系。
有机质变质标尺 (LOM) 与其它有机质成 熟度指标的关系
据Hood等1975
资料或地层岩石组成确定地层热导率，计算地温梯度。
古地温场研究的基本方法
目前，沉积盆地古地温恢复主要应用地质温度计。 低温地质温度计主要有以下五种： ① ② ③ ④ ⑤ 镜质体反射率(Ro)； 自生成岩矿物； 矿物流体包裹体； 磷灰石裂变径迹； 牙形石色变指数。
各种方法相互对比，相互验证与相互补充是完善沉积盆 地古地温研究的必经之路。
1、利用镜质体反射率恢复古地温 镜质体反射率的基本概念： 镜质体 是高等植物木质素经生物化学降解、凝胶
化作用而形成的凝胶体再经煤化作用形成的一种有机显
微组分。镜质体是煤的主要组成成分,也是沉积物中分 散有机质的主要成分.普遍存在于晚古生代以后的地层 中. 镜质体反射率 即在显微镜下测定的镜质体表面反
3. 计算机定量模拟研究 不同类型盆地的古地温场演化模拟。 盆地演化过程中最高古地温变化模拟。 由此，我们可以看出应用计算机定量模拟分 析主要是解决盆地的热演化史问题。
4. 应用研究
1) 在煤、油气勘探中的应用
2）在金属矿产勘察中的应用
3）在地质学中的应用
第三节
基本概念
大地热流（Q）是指地球内部单位时间内向地球表面单位
为什麽牙形石色变指数可作为推算古地温的参数？
1）具有演化快，并随温度增加其颜色发生规律性变化 的特点，其不同的颜色与一定的温度和有效持续时间是对应 的，即，颜色热变与温度和受热时间成函数关系。 2）通过牙形石的加热实验表明，牙形石的颜色变化具 有不可逆性。 这主要是因为牙形石的微细孔隙中含有有机质，有机质 随温度作用而发生碳化作用，使其颜色随受热温度和时间的 增加而相应的由原色（浅黄）变成褐色，以至黑色；在高温 条件下，由于其中的固定碳挥发，牙形石腿色成乳白色及透 明无色。
影响镜质体反射率的因素
1）温度、时间和压力 2）有机质聚集的沉积环境条件 3）镜质体类型 4）在热演化过程中受液态烃类污染 5）地层中的异常高温、高压 6）光片的抛光质量 另外，在对岩石中分散有机质进行测定时，一定要注意 异地再循环镜质体。
镜质体反射率随深度的增大而增大
古地温推算方法：
早期的Karwell图解法
第二节
1
2
研究内容
现今地热场研究
古地热场研究
3
4
计算机定量模拟研究
应用研究
1.现今地热场研究
今地热场研究 包括两个方面: 即地温场和大地热流。
在地球内部温度随深度的变化而变化。在正常情况下，由
地球表面向深部温度是逐渐增高的，地温的增高率即为地温梯 度。能够实际地反映地球内部的地热状态。
大地热流是地温梯度和岩石热导率的函数，它不受深度的
日本新生代盆地泥质沉积物中粘土矿物、沸石类矿物和氧 化硅系列矿物成岩转变时所需的温度和最大埋藏深度
蒙脱石/伊-蒙混层 温度为102℃； 伊-蒙混层/伊利石 温度为137 ℃； 火山玻璃/斜发沸石 温度为56 ℃； 斜发沸石/方沸石或片沸 石 温度为116℃； 方沸石/浊沸石 温度为138 ℃； 非晶质氧化硅/方英石 温度为45℃； 方英石/低温石英 温度为69℃；
面积上传递的热量，是地球内部热释放的主要形式，其单位
为mW/m2 或HFU，1HFU=1微卡/平方厘米· 1HFU=41.86 度, mW/m2． 岩石热导率（K）是表示岩石导热性能的大小，即沿热 流传递的方向单位厚度上温度降低摄氏1度时单位时间内通过 单位面积的热量。单位为瓦／米· 度（W/mk). 地温梯度（G）是指沿地下等温面的法线向地球中心方 向单位距离上温度所增加数值，以℃/100m或℃/km表示。
该图解是最早建立的并广泛应用的理论图解。
Karwell（1955）通过对煤的模拟实验得到有机质成熟度、
温度和受热时间的关系。后经Bostic（1971）和
Teichmuller（1971）用镜质体反射率指标校正后得到广 泛的应用。
Karwil有机质成熟度、温度和受热时间关系图
Hood法：Hood等（1975）提出的反映有机变质程度与温度
其它方法
TTI拟合计算法
Royden，Middleton和Falvey拟合计算法
化学动力学模拟法 Lerche拟合计算法 以上这些方法在《沉积盆地古地温测定方法及其应用》 一书中有比较系统的介绍。
2. 利用沉积自生矿物推测古地温
沉积自生矿物 是指沉积物在成岩过程中由沉积物自身转 化形成的新矿物。
主要内容
第一节
第二节
研究意义
研究内容
第三节
第四节 第五节
基本概念
基本方法 实例介绍
第一节
研究意义
盆地热和热历史分析是盆地分析中的一个重要内容，它不仅 是研究盆地形成和演化过程中，不同时期的古地温场和岩石的受 热历史的一个有效手段，而且它可以为研究盆地成因、形成和演 化的深部过程提供重要信息。大量的研究成果已经表明它对油、 气的生成和聚集，以及对层控矿床的形成具有重要的意义。 主要表现在以下几个方面： 1） 确定沉积盆地中有机质热演化的温度区间 2） 确定沉积盆地中成岩作用的温度区间 3） 了解盆地中有机质的热演化过程 4） 了解盆地形成的深部作用过程 5） 指导煤、油气勘探 6） 指导金属矿产勘探
我国也广泛开展了自生矿物成岩变化的研究，主要 配合油气勘探，着重研究了含油气盆地中自生矿物的组合 特征、成岩变化规律及其与油气的关系，取的了比较好的 效果（王行信、ຫໍສະໝຸດ Baidu国强，1980，闵育顺，1975，1983）。
松辽盆地白垩系粘土矿物纵向演化阶段与有机质 演变的关系（据王行信、辛国强，1980）
射光强度与入射光强度的比率，通常在煤光片中用油浸
物镜下测得的反射率(Ro)表示。最常用的参数主要有:镜
质体最大反射率(Romax )和镜质体平均反射率(Rom)
镜质体反射率的两个重要特性： 1）镜质体反射率是其达到最高温度时以及该温度所持续 时间的函数，高的温度和短的持续时间，低的温度和长的持 续时间可形成相同的镜质体反射率。 2）具有不可逆性。 根据这两个重要特性，地层中的镜质体反射率变化具有 下列规律： 1）镜质体反射率随地层埋藏深度的增加而增加； 2）在相同温度作用下，老地层中的镜质体反射率要高于 新地层中的镜质体反射率； 3）在特殊热源体附近，镜质体反射率由热源向外逐渐降 低； 4）即使地层由深部抬升到浅部，但镜质体反射率则保持 不变。
地温（T）是指地球内部某一深度处的温度-单位为℃。 地温场 是一种物理场，是地温能量存在的空间和赋存 的基本形式。
古地温 是地球内部过去某一地质时期在某一深度的温
度。 古地温场 是指过去某一地质时期的地温场，它们都是 用来表示过去某一地质时期岩石的受热状态。 热源 地球内部通过岩石的热传导以及岩浆、火山和温 即幔源热、放射性元素产生的热与岩浆热。
熟度温度区间，从而判断盆地油气勘探潜力。
干酪根成因的烃类演化（据Durand，1980；Brooks
等，1981）
原岩中不同类型有机质的演化途径（据Brooks等,1981）
2） 确定沉积盆地中成岩作用的温度区间
温度控制着沉积物中矿物的相互转化和新生矿物的形 成。例如：随着温度的升高蒙脱石向伊利石转化；次生硫 化矿物的形成；矿物的次生加大和重结晶引起孔隙度减少 和溶蚀引起次生孔隙形成等。
5、指导油气勘探
盆地热和热历史研究在油气勘探中是最为成熟的。因为，
油气的生成和消亡与有机质所受的热演化历史密切相关。地层 中有机质大量生成生物气的温度区间为20-60℃左右，石油生成 温度在50-180℃左右，湿气和干气生成温度在160-250℃左右， 一般温度大于250℃为油气生成下限。
6. 指导金属矿产勘探
3） 了解盆地中有机质的热演化过程
沉积盆地的演化和盆地中沉积物的聚集经历了漫长的 地质时期，通过热历史研究可以了解盆地中有机质的热演 化过程。例如：在一套连续沉积的地层中，盆地的热演化 是连续的，整过热演化过程受盆地沉降速率的控制；在不 连续沉积的地层中，盆地的热演化是不连续的，整个热演 化过程受盆地的沉积间断和抬升剥蚀的控制。
4、了解盆地形成的深部作用过程
盆地的形成演化，特别是裂陷盆地的形成演化与地壳深部 的热活动密切相关。因此，盆地中构造—热体制研究是解释盆 地形成演化的一个非常重要的方面。例如：裂陷盆地具有高的 古地温场，前陆盆地具有较低的古地热场，经研究发现这主要 与地壳深部地幔的活动有关。在地幔隆升部位由于热扩溶作用 易于形成裂陷环境。