盆地热史模拟
鄂尔多斯盆地渭北隆起奥陶系构造_热演化史恢复
第８ ８卷 第１ １期２ ０ １ ４年１ １月 地 质 学 报 ＡＣＴＡ ＧＥＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ Ｖｏｌ．８８ Ｎｏ．１１Ｎｏｖ． ２ ０ １ ４注：本文为国家自然科学基金项目（编号４１３７２１２８）、西北大学大陆动力学国家重点实验室（编号ＢＪ０８１３３－１）、国家重大专项（编号２０１１ＺＸ０５００５－００４－００７ＨＺ）和中国地质调查局科研项目（编号１２１２０１１３０４０３００－０１）资助的成果。
收稿日期：２０１４－０７－２９；改回日期：２０１４－０９－２５；责任编辑：周健。
作者简介：任战利，男，１９６１年生。
博士后，西北大学教授、博士生导师，主要从事盆地热史与油气成藏及油气评价研究工作。
通讯地址：７１００６９，陕西省西安市太白北路２２９号，西北大学地质学系；Ｅｍａｉｌ：ｒｅｎｚｈａｎｌ＠ｎｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
鄂尔多斯盆地渭北隆起奥陶系构造－热演化史恢复任战利１，２），崔军平１，２），李进步３），王继平３），郭科２），王维２），田涛２），李浩２），曹展鹏２），杨鹏２）１）西北大学大陆动力学国家重点实验室，西安，７１００６９；２）西北大学地质学系，西安，７１００６９； ３）苏里格气田研究中心，西安，７１００１８内容提要：鄂尔多斯盆地渭北隆起区构造位置独特，演化历史复杂。
该区下古生界奥陶系碳酸盐岩有机质丰度较高，是寻找天然气的有利地区。
奥陶系碳酸盐岩由于缺乏有效的古温标，热演化程度的确定及热演化历史的恢复一直是研究的难题。
本文利用渭北隆起奥陶系碳酸盐岩大量的沥青反射率测试资料，结合上覆晚古生代、中生代地层的镜质组反射率资料及磷灰石和锆石裂变径迹等古温标，恢复了渭北隆起的构造热－演化史。
研究结果表明古生界奥陶系热演化程度具有北高南低的特点。
奥陶系等效镜质组反射率普遍大于２．００％，处于过成熟干气阶段。
磷灰石裂变径迹资料表明渭北隆起抬升冷却具有南早北晚的特点。
南部奥陶系—下二叠统抬升早，约为１０２～１０７Ｍａ，北部自６５Ｍａ以来抬升，主要抬升时期为４０Ｍａ以来。
[实用参考]盆地热史模拟
![[实用参考]盆地热史模拟](https://img.taocdn.com/s3/m/5ac9afc99b89680203d8257a.png)
陆地和海洋各地质构造单元热流平均值
大地构造单元
测点数
大
前寒武纪地盾
214
陆 前寒武纪后非造山区
96
地
古生代造山区
88
区 中—新生代造山区
159
海
洋盆
638
洋
大洋中脊
1065
地
海沟
78
区
大陆边缘
642
HFU
0.980.24 1.490.41 1.430.40 1.760.58 1.270.53 1.901.48 1.160.70 1.800.93
t
z 2
(3- 6)
式中，T为古地温，℃；z为以岩石圈底 界为原点，直至地表的垂直坐标，cm； t为以拉张发生时间为零算起直至今天 的时间坐标，s；χ为岩石圈的热扩散率， cm2/s，可取为0.008。
上述热流方程的边界条件为：
T 0 当z h
T T1
当z 0
(3- 7)
式中，h为从地表至岩石圈底界的深度，
在一定的温度梯度下，反映岩石传热能力的 热导率主要取决于岩石自身的热学性质。 不同类型的岩石，因其矿物组成、结构特 征相异，其传热能力必然不同。即使是同 一类型、具有相同名称的岩石，也会因各 类矿物含量的不同和结构、胶结类型与程 度等的差异而呈现出不同的热导率值。沉 积岩一般都含有一定量的水，特别是处于 成岩初期的沉积物含水更多，由于水的热 导率很低，所以同一岩性中疏松、胶结差 的岩石，其热导率要比成岩程度高的低。
盆地热史模拟
地热在沉积物的成岩演化过程中起着 重要的作用，各种岩石化学变化和矿物转 化都以环境的温度为重要条件。在油气的 生成过程中，地热作用是决定性因素，并 且对于油气的保存和破坏，地热也是具有 普遍意义的控制条件（世界上绝大多数石油 储量分布在45—75mW／m2之间），因此， 热史研究是成油母质生烃研究的先导与前 提，并为后续生、排、聚烃量的模拟计算 提供温度场和必要的地质参数。
{阿什卡]TemisFlow盆地模拟软件介绍(2013)
![{阿什卡]TemisFlow盆地模拟软件介绍(2013)](https://img.taocdn.com/s3/m/299308543b3567ec102d8ae7.png)
二、软件特色
5、高效的盆地建模技术
构造图 剥蚀厚度图 古水深图 „
+
现今盆地几何形态描述 地质历史事件描述
编辑沉积相图
• • • •
图形 常数 公式 ...
Copyright 2013.Essca Group
+86 10 5823 6996 | ess@ |
immature kerogen
a3 Mature kerogen
k4
x4 Late gas
生物气模拟解决方案 (Schneider 2011) 成功应用于Barnett 页岩 and Posedonia 页岩 (Behar & Jarvie 2011)
Copyright 2013.Essca Group
有限元法
TemisFlow
有限体积法
运算时间：1小时36分钟 TemisFlow一次 模拟耗时： 计算机硬件：8G内存，2.4GHz主频，双核（并行运算） 盆地模型：2000km2，T-T8，网格总数241362，网格大小468m×468m 模拟内容：应用达西流法模拟烃类的生排运聚过程
Copyright 2013.Essca Group +86 10 5823 6996 | ess@ |
• 一个准确的和已经证实的反应方案，能够预测早期或者晚期天然气生成。 • 更加准确地描述天然气组分和气体湿度
a1 Early gas
ai.xi = HC potential
k1 k2 k3
a2 Bitumen
x1 HC x2 HC x3 HC
Oil and Condensate gas source Dry gas source
② 热导率随温度化：
磷灰石裂变径迹退火模型及其在热史模拟中的应用
磷灰石裂变径迹退火模型及其在热史模拟中的应用摘要：介绍了国内外裂变径迹退火模型及在热史模拟研究中的进展，认为应用裂变径迹年龄和裂变径迹长度分布来反演地质体的构造热历史，应该结合具体的地质情况来定量模拟，这是提高磷灰石裂变径迹资料模拟热史精度的有效途径。
关键词：裂变径迹；退火模型;热演化史;成因算法磷灰石裂变径迹法是20世纪60年代开始兴起的一种新的同位素年代学方法，主要应用于矿床研究方面。
自80年代中期开始应用裂变径迹来研究沉积盆地、造山带等构造热演化史以来，该方法得到了广泛的应用，取得了一批重要的科研成果，磷灰石裂变径迹法已发展成为盆地、造山带构造热演化史研究的一种重要方法[1~5]。
磷灰石裂变径迹退火模型是盆地、造山带热史模拟分析的基础，而退火模型研究的深入程度是应用磷灰石裂变径迹资料进行盆地热史定量化研究的关键。
1裂变径迹退火原理及影响因素1.1退火原理裂变径迹法在盆地热演化史应用的原理是，磷灰石中所含U238裂变时产生的碎片在磷灰石中会形成裂变径迹，矿物中的径迹都具有随温度的增高，而径迹密度减少、长度变短直至完全消失的特性。
磷灰石矿物中新生成的裂变径迹的长度为14~18 µm,平均长度16 µm，呈狭窄的高斯分布，但如果母岩在地质时期受热，径迹长度会缩短，径迹密度也会随之减小。
由于磷灰石中的U238自晶体形成后就以恒定的速度不断的自发裂变，观测到的裂变径迹产生的时间有早有晚，且经历了热史的不同阶段，因而径迹的长度分布包含了温度随时间变化的重要信息[6]。
Naeser(1979)划分了在连续沉积，且目前正处在最大埋藏地温状况下磷灰石裂变径迹年龄-深度(或温度)上3个不同的带，从浅到深依次为：①未退火带，地层尚未受到退火作用，其年龄反映物源的时代，大于或等于地层年龄；②部分退火带，地层已受到退火作用，其年龄逐渐减小，小于地层年龄；③完全退火带，起年龄等于零，地层达到完全退火。
沉积盆地热演化史研究方法
沉积盆地热演化史研究方法盆地热演化史研究方法很多，主要有地球动力学模型法及古温标法两类。
一、地球动力学模型法地球动力学模型法是通过对盆地形成和发展过程中岩石圈构造（伸展、减薄、均衡调整、挠曲形变等）及相应热效应的模拟（盆地定量模型），获得岩石圈热演化史（温度和热流的时空变化）。
不同类型的盆地，具有不同的热史模型，根据已知或假定的初始边界条件，通过调整模型参数，使得模型计算结果与实际观测的盆地构造沉降史相拟合，从而确定盆地底部热流史；进而结合盆地埋藏史，恢复盆地内地层的热演化历史。
不同类型的盆地由于其形成的地球动力学背景和成因机制的差异，导致盆地演化过程的不同。
因而描述其构造热演化过程的数学模型也是不同的，P．A．Allen和J．R．Allen（1990）在其论著中对岩石圈伸展作用形成的盆地、挠曲盆地及与走滑变形有关的盆地的热史模型都作过详细地论述。
（一）伸展盆地伸展盆地是目前研究较广泛、研究程度较高的盆地类型，裂谷、拗陷、拗拉槽和被动大陆边缘是其基本样式。
在地壳和岩石圈伸展、减薄作用下形成，其主要的构造热作用过程包括：岩石圈的伸展减薄、地幔侵位、与热膨胀和冷却收缩以及沉积负载相关的均衡调整。
裂谷是地壳中的拉张区，现代裂谷具有负的重力异常、高热流值和火山活动等特征，表明在深部存在某种热异常。
裂谷分主动裂谷与被动裂谷两种类型。
1978年McKenzie研究了被动裂谷或机械伸展模型的定量结论后，提出了瞬时均匀伸展模型。
该模型假定地壳和岩石圈的伸展量是相同的（即均匀伸展）；伸展作用是对称的，不发生固体岩块的旋转作用。
因此，这是纯剪切状态。
构造沉降主要取决于伸展量、伸展系数（β）以及初期地壳与岩石圈的厚度比值。
该模型可概括如下：①拉张盆地的总沉降量由两部分组成：其一是由初始断层控制的沉降，称为初始沉降，它取决于地壳的初始厚度及伸展系数β；其二是岩石圈等温面向着拉张前的位置松驰，从而引起的热沉降，热沉降只取决于伸展量的大小；②模拟结果表明，断层控制的沉降是瞬时性的，而热沉降的速率随时间呈指数减小，这是由于热流随时间减小的结果。
[稀缺课程] 盆地模拟技术及其应用
![[稀缺课程] 盆地模拟技术及其应用](https://img.taocdn.com/s3/m/fb0959092af90242a895e529.png)
100 0
声波时差（µs/m）
1000
2000
1000
100 0
1000
2000
3000 4000
博南1井
3000 4000
声波时差（µs/m）
1000
宝2井
1、地史模拟
当在沉积的厚度小 于剥蚀厚度时，可 以将剥蚀面以下的 正常压实趋势线向 上外推至原始地表 声波时差值。
原始地表至剥蚀面 的距离即为剥蚀厚 度。
1、地史模拟
地层剥蚀厚度的恢复方法：
①砂岩孔隙度法； ②声波时差法； ③古地温法，包括古地温梯度法、包裹体测温法、磷灰石裂变径迹法等； ④沉积波动方程法； ⑤镜质体反射率法，包括Ro-H深度法和同层多点Ro排比法和Ro-TTI法； ⑥沉积速率法，包括沉积速率比值法、沉积速率趋势法； ⑦物质平衡法； ⑧未被剥蚀地层厚度趋势法； ⑨地质年龄差比与残留厚度乘积法。
（1）盆地沉积岩相特征：利用地质、地球物理和钻井资料，开展地震 地层学及层序地层学研究，划分地震相、层序体系域；编制成岩相及岩性 分布图；
（2）烃源岩特征：根据分析化验资料，进行油气源对比，确定有效源 岩层；结合地震相、沉积相分布规律，预测烃源岩区域分布，编制源岩厚 度等值图、有机质丰度等值图、干酪根类型分布图；开展干酪根成烃化学 动力学参数分析化验研究；
目录
讲课提纲
个人简介 盆地的分类 盆地模拟及其特点 盆地模拟方法及研究内容 实例应用分析
三、盆地模拟方法及研究内容
盆地分析
地震解释
参数选取
地层、构造、沉积
成藏条件分析
参数调整
数据加载
地史模拟
热史模拟
生排烃史模拟
不合理
模拟结果分析
第六章盆地热史案例.ppt
盆地数值模拟
移法求流体压力史和油聚集史、 移法求流体压力史和油聚集史、地球热力学法求沿通 道运移的含溶解气的油量等。 道运移的含溶解气的油量等。 1984年美国南卡罗拉那大学地球科学系也研制 （4） 1984年美国南卡罗拉那大学地球科学系也研制 了一维盆地模拟系统， 了一维盆地模拟系统，并提出了用镜质体反射率确定 古热流的方法， 古热流的方法，打破了以往单纯使用地球热力学法的 传统， 传统，之后又相继提出了用其它几种地化资料确定古 热流的方法，扩大了其应用范围。 热流的方法，扩大了其应用范围。 （5） 1987年英国BP石油公司提出了一个关于油气二 1987年英国BP石油公司提出了一个关于油气二 年英国BP 次运移聚集的二维模型。 次运移聚集的二维模型。其特点是将烃类划分为两相 即含饱和水的“石油液” 石油气” ，即含饱和水的“石油液”和“石油气”，“石油液 有含不同的成分； ”有含不同的成分；水动力和浮力的合成作为运移的 动力；考虑地下流体的不同相态， 动力；考虑地下流体的不同相态，流体渗流符合达西 定律；运移损失量与通道孔隙体积有关。 定律；运移损失量与通道孔隙体积有关。
气成藏作用机理和成藏作用过程的认识。 气成藏作用机理和成藏作用过程的认识。而盆地模拟 技术的出现和发展， 技术的出现和发展，使得对含油气盆地或含油气系统 的石油地质过程研究的快速、定量化成为可能。 的石油地质过程研究的快速、定量化成为可能。 盆地模拟是以系统科学理论为指导， 盆地模拟是以系统科学理论为指导，以油气形成 是以系统科学理论为指导 的石油地质机理为建模基础， 的石油地质机理为建模基础，将复杂的石油地质过程 模型化、定量化， 模型化、定量化，从而实现盆地的三维动态分析模拟 的一种方法和手段 方法和手段。 的一种方法和手段。 可以说，作为研究石油地质过程的一种思维， 可以说，作为研究石油地质过程的一种思维，盆 地模拟是一种研究思路和方法； 地模拟是一种研究思路和方法；作为油气勘探的一种 手段或工具，盆地模拟是一种技术。 手段或工具，盆地模拟是一种技术。