郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造_热演化特征
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第30卷第4期2020年12月安徽地质Geology of AnhuiDec.2020Vol.30No.4文章编号:1005-6157(2020)04-郯庐断裂带(安徽段)周缘盆地页岩气资源成因与勘探前景李双应1,谢伟1,赵丽丽2,魏星1,李敏1,胡博1,杨栋栋1,李红1张玲玲3,朱义坤3,章中九4,周琛龙4,孙贵5,丁海5(1.合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009;2.安徽省公益性地质调查管理中心,安徽合肥230001;3.安徽省勘查技术院,安徽合肥230041;4.安徽省地质矿产勘查局325地质队,安徽淮北235000;5.安徽省煤田地质局勘查研究院,安徽合肥230088)收稿日期:2020-8-3基金项目:本文为安徽省公益性地质调查项目(2015-g -24)的成果,同时也得到国家自然科学基金项目(41772098)以及中国地质调查局项目(12120113094300)的资助作者简介:李双应(1956—),男,安徽桐城人,教授,博士生导师,目前主要从事沉积学、地层学和页岩气地质学研究。
摘要:沿郯庐断裂带(安徽段)及其两侧中、新生代盆地发育,主要有潜山-望江盆地、合肥盆地、蒿沟-固镇盆地和来安-天长盆地。
通过野外地质调查和剖面测量,地球物理、钻探和地球化学等方法,对盆地的页岩气资源进行潜力评价。
初步查明这些盆地属于叠合盆地,即中—新生代陆相盆地叠加在古生代海相盆地之上。
中—新生代盆地经历了坳陷-断陷-坳陷阶段。
郯庐断裂带(安徽段)周缘盆地页岩气总资源量为3.711×1012m 3,有利远景区包括望江凹陷,合肥盆地的晓天-舒城凹陷、定远凹陷和颖上凹陷,来安-天长盆地的滁州凹陷。
深湖相泥岩和海相(泥)灰岩是最主要的烃源岩层位,主要包括中—新生代的黑石渡组、朱巷组、阜宁组、戴南组,以及古生代的凤台组、杨柳岗组、栖霞组、孤峰组、大隆组和三叠纪的南陵湖组等。
沿郯庐断裂带和晓天-磨子潭断裂发育的断陷盆地和下伏的古生代原型盆地具有更大的勘探潜力。
中国第四条地震带—郯庐断裂带最近一个时期,我们这里被地震的消息闹得人心惶惶,各种小道消息传得是沸沸扬扬!偶也忍不住到网上搜索了有关方面的知识,特发于此,一是让自己和朋友们了解世界著名的地理学家李四光先生预测的也是先生最为担心的中国第四条地震带——郯庐地震带,二是学习些地震防范救护知识,从心理等方面做些准备,从而避免不必要的惶恐。
一、江苏省地震带图郯庐断裂带是东亚大陆上的一系列北北东向巨型断裂系中的一条主干断裂带,泛指北起黑龙江,南止长江边,总体上呈北东走向,纵贯中国大陆东部的巨型渠断裂。
在我国境内延伸2400多公里,切穿中国东部不同大地构造单元,规模宏伟,结构复杂。
是地壳断块差异运动的接合带,是地球物理场平常带和深源岩浆活动带。
它形成于中元古代。
经历了多期构造。
它不仅是一条“长寿”的以剪切运动为主的深断裂带,而且是一条近期仍继承着新构造运动方式,以右旋逆推为主的活断裂带,同时也是一条具有明显分段、活动程度不等的地震活动带。
北段(肇兴—沈阳):它发育于吉黑断拗,由两条走向30-40。
东的主断袭组成,宽5-20公里,为一中、新生代地堑型断裂带,带内充填4000-5000米厚的火山岩、火山碎屑岩夹煤系地层。
基底刚度较软,结构也较简单,有史记载只发生过5.8级地震。
南段(宿迁—广济):依次发育在扬子断块与华北淮阳断褶的交界处,其介质相对较软,结构比较简单,构造应力量级不高,地震活动强度也不大,其地震活动水平较北段略高一些。
中段(沈阳—宿迁):呈北北东向穿切由太古代结晶基底组成的华北断块区,主要由四条大致平行的主断裂组成,这四条主断裂在鲁中沂、沐河谷地构成了20-40公里的“两堑夹一垒”的构造,称为沂沐深断裂带。
这一段是结构复杂、新活动强、基底介质刚度较高的地区。
历史上1668年莒县一郯城8.5级大震就发生于该段。
研究表明,郯庐断裂带处在强烈挤压并兼有右旋扭动的断裂段。
由于它遭受的正应力大,剪切应力也大,易于积累大地震的能量,而难于以中、小地震的形式来释放,故该段地震强度大,频度低。
基于地震各向异性分析郯庐断裂带中段深部构造特征苗庆杰;石玉燕;曲均浩;崔鑫;李铂【期刊名称】《内陆地震》【年(卷),期】2013(000)004【摘要】利用郯庐断裂带中段附近10个宽频带台站的远震波形资料,基于上地幔地震各向异性来分析郯庐断裂带中段深部构造特征。
本研究得到,郯庐断裂带中段深部平均快波偏振方向为93.8°,即郯庐断裂带中段深部主张应变(张应力)方向,对照 GPS 资料和地震资料的研究表明,郯庐断裂带中段地壳和深部上地幔的形变存在总体的一致性,即郯庐断裂带中段岩石层的形变具有统一特征,地壳与深部上地幔处于相似的应力应变状态中。
%This study uses teleseismic waveform data recorded in 10 broad-band seismic sta-tions around the middle part of Tancheng-Luj iang fault zone,analyzing the characteristics of deep structures under the middle part of Tancheng-Luj iang fault zone based on the seismic anisotropy of the upper mantle.In the study,the fast-wave direction is 93.8°,which is the main tensional strain(tensile stress)of deep under the middle part of Tancheng-Luj iang fault zone,compared with the GPS data and the study of seismic data ,showing that the deforma-tion of the crust and upper mantle under the middle part of Tancheng-Lujiang fault zone is consistent,lithosphere deformation under the middle part of Tancheng-Lujiang fault zone has characteristics of unification,the crust and upper mantle is in a similar state of stress and strain.【总页数】8页(P328-335)【作者】苗庆杰;石玉燕;曲均浩;崔鑫;李铂【作者单位】中国科学技术大学,安徽合肥 230026; 山东省地震局,山东济南250014;山东省地震局,山东济南 250014;山东省地震局,山东济南 250014;山东省地震局,山东济南 250014;山东省地震局,山东济南 250014【正文语种】中文【中图分类】P315.2【相关文献】1.郯庐断裂带中南段重磁特征与深部构造 [J], 霍光辉;王海芹;王仁祥;王红梅2.三维构造应力场分析在胶东招远-平度断裂带中段深部金矿探查中的应用 [J], 韩淑琴;邓军;杨立强;王建平3.基于地应力实测数据分析郯庐断裂带中段滑动趋势 [J], 刘卓岩;王成虎;徐鑫;慎乃齐;贾晋4.地震勘探技术在郯庐断裂带桐城段深部构造特征研究中的应用 [J], 熊强青;陈耀;李云峰;袁兴赋;喻兵良;谭静;陈杰;郭南舟;李旭东5.藏南仲巴地体中段构造变形特征及构造演化分析 [J], 刘峰; 周峰; 刘强; 向树元因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
郯庐断裂带对鲁西隆升过程的影响:磷灰石裂变径迹证据许立青;李三忠;郭玲莉;索艳慧;曹现志;戴黎明;王鹏程;惠格格【摘要】郯庐断裂带(TLFZ)是一条贯穿华北的NNE向巨型断裂带.新生代以来,在郯庐断裂带的两侧及其内部发生了显著的伸展构造变形,形成了泰安-莱芜-蒙阴NW向断陷盆地群,并使鲁西块体发生了急剧的陆内伸展隆升.本文在前人研究的基础上,分别在鲁西沂山、徂徕山和蒙山三处进行了大量的样品采集,总计完成了25个样品的测试,获得了一系列新的磷灰石裂变径迹(AFT)年代学结果.结合前人已发表的裂变径迹结果,对鲁西地区新生代与伸展变形有关的剥露-隆升作用的时空分布特征、隆升剥露模式及隆升幅度进行分析,并揭示郯庐断裂带在鲁西新生代热隆升过程中的影响.主要认识有:1)新生代以来,鲁西主要经历了始新世-早渐新世和新近纪以来两期快速剥露-隆升阶段.2)始新世-早渐新世主要表现为幕式差异性快速剥露-隆升,鲁西南受NW向断层控制形成向北、向东的掀斜抬升作用,鲁西北受NE向断裂控制,形成向北、向西的掀斜抬升作用.新近纪以来,进入相对低速区域性剥露-隆升阶段.3)AFT模拟显示,与始新世-早渐新世的幕式快速剥露-隆升相比,中新世以来,鲁西剥露-隆升速率相对减小,但剥蚀量剥露-抬升量较大.故鲁西整体抬升于中新世以来.4)结合前人研究成果,新生代以来,鲁西宏观上受郯庐断裂带伸展活动影响,越靠近郯庐断裂带剥蚀量越大,局部受NW或NE向断裂控制.【期刊名称】《岩石学报》【年(卷),期】2016(032)004【总页数】18页(P1153-1170)【关键词】磷灰石裂变径迹;新生代;剥露-隆升;鲁西地块;郯庐断裂带【作者】许立青;李三忠;郭玲莉;索艳慧;曹现志;戴黎明;王鹏程;惠格格【作者单位】海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100;海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100;海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100;海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100;海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100;海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100;海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100;海底科学与探测技术教育部重点实验室,青岛266100;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100【正文语种】中文【中图分类】P542;P597.3鲁西是傲立于中国东部地区的独立块体,三面为华北平原区所围限(图1左下图),其突兀于华北平原的独特地貌吸引了大批地质学家的关注。
郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特性李清河;熊振;张元生;毕雪梅;范小平;金淑梅【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】1页(P67)【作者】李清河;熊振;张元生;毕雪梅;范小平;金淑梅【作者单位】江苏省地震局,南京210014;江苏省地震局,南京210014;中国地震局兰州地震研究所,兰州730000;江苏省地震局,南京210014;江苏省地震局,南京210014;江苏省地震局,南京210014【正文语种】中文郯庐断裂带鲁苏皖段主要是沂沭断裂带,该段自东向西分布着5条断裂。
该段及邻区在大地构造平置上跨越中朝断块、扬子断块和秦岭-大别褶皱带3个一级构造单元,是多个构造单元的交汇部平。
本文采用多震相地震走时成像法,获得了该带及附近地壳上地幔三维速度结构。
分析了该带南北方向和东西两侧速度结构特点。
(1)浅部0~2 km深,自北向南可分为5段,即35.5°N以北,在郯庐带属于安丘段,该段速度较高;34.7°~35.5°N,在郯庐带为莒县—郯城段,速度低;33.3°~34.7°N,在郯庐带为郯城—泗洪段,速度较低;32.3°~33.3°N,在郯庐带为泗洪—定远段,速度也较低;32.3°N以南,速度最高。
如果粗略分,可分为3段,即35.5°N以北,速度居中,32.3°~35.5°N时,速度相对较低,32.3°N以南,速度较高。
与此3段的浅部地质基本相符。
郯庐断裂带沂沭段分别有安丘段、莒县—郯城段,新沂—泗洪段3个破裂单元,反映了断裂的不同活动水平。
本层速度结构的分段与地质学家给出的不同破裂段大体相同。
从构造区域来看,本区下扬子断块速度低些,胶辽断块速度高,中朝断块区内的鲁西断块、徐淮断块速度居中,苏鲁断块中的超高压变质岩带速度较低。
(2)上中地壳,2~5 km深度,大约在33°N以南,速度较高,33°~35°N时速度居中,在35°N以北,速度较低,可以大体看出其分段性,断裂带内部也可看到有速度差异,西部高于东部。
邱楠生,苏向光,李兆影等.郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征.地球物理学报,2007,50(5):1497~1507Qiu N S ,Su X G ,Li Z Y ,et al .The Cenozoic tectono -thermal evolution of depressions along both sides of mid -segment of Tancheng -Lujian g Fault Zone ,East China .Chinese J .G eophys .(in Chinese ),2007,50(5):1497~1507郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征邱楠生1,2,苏向光1,2,李兆影1,2,张 杰1,2,柳忠泉3,李 政3,张林晔31中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 1022492中国石油大学(北京)盆地与油藏研究中心,北京 1022493中石化胜利油田有限公司地质研究院,东营 257062摘 要 郯庐断裂带两侧分布众多的坳陷,其构造-热演化历史对于这些含油气坳陷的油气成藏起到重要的作用.本文利用镜质组反射率和磷灰石裂变径迹古温标模拟计算了郯庐断裂带中段两侧6个坳陷120口单井的热演化历史,在此基础上得到各坳陷新生代的地温梯度演化特征.总体上,郯庐断裂两侧坳陷的古地温梯度在新生代是逐渐降低的,在古近纪较高而新近纪仅比目前的地温梯度略高;结合构造沉降史的恢复结果,认为其反映了研究区由断陷向坳陷转化的构造演化特征.根据各坳陷古地温梯度的演化模拟结果,距离郯庐断裂带不同位置的坳陷其古热场特征存在差异.位于断裂带内的辽河盆地、渤中和昌潍坳陷古热场较高(第三纪初期的地温梯度达到57~59℃ km ),且辽河盆地和昌潍坳陷在第三纪地温梯度一直处于较高的状况,而渤中坳陷新近纪时期的较低地温梯度是由于其大的构造沉降所致.远离郯庐断裂带的冀中和临清坳陷的古热场及其演化程度均是较低的,第三纪初期的地温梯度分别为53℃ km 和50℃ km .由此推测郯庐断裂带在第三纪以来的活动性对其两侧地区热场的影响较大.郯庐断裂带两侧坳陷地温场的差异在宏观上受控于郯庐断裂的演化,在局部地区受控坳(盆)断裂等构造的影响.关键词 郯庐断裂带,构造-热演化,镜质组反射率,磷灰石裂变径迹文章编号 0001-5733(2007)05-1497-11中图分类号 P314收稿日期 2007-01-05,2007-06-26收修定稿基金项目 教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET -05-0109),国家“973”项目(2005CB422102),中国石油化工股份有限公司“十五”重点项目(P03007)和教育部创新团队(IR T0658)联合资助.作者简介 邱楠生,男,1968年生,教授,1994年于中国科学院地质研究所获构造地质学博士学位,主要从事沉积盆地构造-热演化和油气成藏机理方面的教学和科研工作.E -mail :qiuns h @cup .edu .cnThe Cenozoic tectono -thermal evolution of depressions along both sidesof mid -segment of Tancheng -Lujiang Fault Zone ,East Chi naQIU Nan -Sheng 1,2,SU Xiang -Guang 1,2,LI Zhao -Ying 1,2,ZHANG Jie 1,2,LIU Zhong -Quan 3,LI Zheng 3,ZHANG Lin -Ye 31Sta te Key Lab o ra to ry o f Pet ro leu m Re so u rc e an d Pr os p ectin g ,Ch ina Uni ver sit y of Pet ro leu m ,Beij ing 102249,Ch ina 2Res ear ch C ente r f or Bas in a nd Res er voi r ,Ch ina Uni ver sit y of Pet ro leu m ,Beiji ng 102249,Ch ina 3Ins titut e o f G eol og ical Res ear ch ,Sh en gli Oil C omp an y Ltd .,SIN OPEC ,Do ng ying 257062,Ch inaA bstract There are many depressions along the both sides of the Tanc heng -Lujiang (Tanlu )Fault zone ,and their tectono -thermal evolution histories pla yed an important role in the hydrocarbon generation and accumulationwithin the depressions .The thermal gradient evolution histories of 120wells during the Cenozoic time in six depressions ,which located along the middle part of Tancheng -Lujiang Fault Zone ,were modeled by using the vitrinite reflectance and apatite fission track data in this paper .Based on these modeling results ,the第50卷第5期2007年9月地 球 物 理 学 报C HINESE JOURNAL OF GE OPHYSICSVol .50,No .5Sep .,2007characteristics of thermal evolution of the Jiyang,Changwei,Linqing,Jizhong,Bozhong and Huanghua depression were analyzed.Generally,the ther mal gradients of the different depressions decreased during the Cenozoic time. There had higher thermal gradients at Paleogene,but it only a little higher at Neogene than that of present-day's.The modeling results of thermal history and the tectonic subsidence history rec onstruction fits well with the evolution sta ges of rift-subsidence basin to down-warped basin.The thermal gradients are different in six depressions and decreases with the increasing distance to the Tanlu fault zone.There have higher ther mal gradients in the depressions within the Tanlu Fault zone,such as Liaohe basin,B ozhong and Changwei depression,with the gradient up to57~59℃km at the early Paleogene,and it maintained a higher level during the whole Cenozoic time in Changwei depression and Liaohe basin.The relative lo wer gradient in the Bozhong depression was resulted from large amount of tectonic subsidence during the Neogene.However,the ther mal gradients and their evolution in the Jizhong and Linqing depression,which far a way from Tanlu Fault zone,was lower with53℃km and50℃km respectively at the early Paleogene.The above results sho w that the activity of Tanlu Fault zone at Cenozoic played an important r ole in the thermal fields of these depressions.The different thermal fields of the depressions along the both sides of mid-segment of the Tanlu Fault zone were macrocontrolled by the evolution of Tanlu Fault and partly controlled by the depression-controlling faults at the same time.Keywords Tancheng-Lujiang Fault Zone,T ec tono-thermal evolution,Vitr inite r eflectance,Apatite fission track1 引 言 郯庐断裂带是郯城—庐江断裂带的简称,它是亚洲东部最重要的深大断裂之一,也是中国东部一条重要的中新生代岩浆活动带、成矿带,其形成和演化对我国东部中生代以来的沉积岩相古地理、岩浆活动、变质作用以及矿产资源的形成与分布都具有明显的控制作用.尽管关于其活动和演化机制问题目前仍有不同的观点,但来自地震、地球物理场和地热场等资料均证实了郯庐断裂的发生、发展及位移变化的动力学机制主要与东亚中新生代区域构造有关[1~4].郯庐断裂带南起长江北岸湖北广济,经安徽庐江、江苏宿迁、山东郯城、渤海,过沈阳后分为西支的依兰—伊通断裂带和东支的密山—抚顺断裂带,总体呈缓S状的北北东向延伸.本文所指的郯庐断裂中段系指其山东段经渤海至辽河盆地这一段.其两侧分布着众多的中新生代沉积盆地(坳陷),由北至南依次为辽河盆地、渤中坳陷、黄骅坳陷、冀中坳陷、济阳坳陷、昌潍坳陷、北黄海盆地、龙口盆地、胶莱盆地和鲁西南盆地,其中辽河盆地、渤中坳陷和昌潍坳陷就处于断裂带上(图1).郯庐断裂的活动对其两侧盆地(坳陷)的形成演化及其盆地内部流体矿产的成因有重要影响.由于郯庐断裂活动对上述地区的影响和作用强度不一,导致了各盆地(坳陷)的成藏成矿效应存在差异[5,6];特别是热场及其演化作为决定烃源岩成烃的关键要素,由断裂活动导致的热场存在差异,因而其对盆地内的烃源岩成烃演化和油气成藏过程也存在差异的影响[7~9].油气勘探实践也证实了上述各坳陷油气分布规律上的差别.关于郯庐断裂带活动对邻区地温场的影响,前人已进行了初步的研究[10,11];对郯庐断裂两侧坳陷的热体制主要是侧重现今地温状况的研究,得到了一些地区的地温分布和大地热流特征[12~17];地温分布、大地热流和岩石圈热结构等研究结果[18~25]都表示出郯庐断裂带及邻区与中国中西部地区的明显差异.但对热历史研究大都仅局限于各个坳陷的独立研究[26~35],缺乏系统的分析.本文利用镜质组反射率和磷灰石裂变径迹古温标模拟计算了郯庐断裂带中段两侧6个坳陷(济阳、昌潍、临清、黄骅、冀中和渤中坳陷)120口单井的热演化历史,在此基础上得到各坳陷的地温演化历史并进行系统的分析,研究郯庐断裂带中段两侧坳陷热演化及其差异性.研究成果不仅为郯庐断裂两侧坳陷的构造、沉积演化及郯庐断裂演化研究提供了地温数据,更可为各坳陷烃源岩的成烃演化研究提供重要的依据.2 地质地热背景 新生代时期,中国东部大陆地区受西太平洋板块构造演化的影响发育了大量的裂谷型盆地.其中1498地球物理学报(Chinese J.Geophys.)50卷 ①郯庐断裂Tancheng-Lujiang Fault;②沧东断裂Cangdong Fault;③兰聊断裂Lanliao Fault;④太行山东断裂Eas tern Taihangshan Fault;⑤柏各庄大断裂Bogezhuang Fault图1 研究区坳陷分布热史模拟研究井位分布黑点为磷灰石裂变径迹测试井,圆点为镜质组反射率模拟井点.Fig.1 Sketch map of depress ions and locations of thermal modeling wells in the study areaThe black circles are the modeling wells wit h apatite fission track data,and the circl es have the vitirnite reflectance data.的渤海湾盆地就是典型的大陆内部裂陷-坳陷盆地.在古近纪时期为半地堑或地堑裂陷,新近纪时期转变为坳陷.断陷期间充填了巨厚的湖相为主的古近系沉积,凹陷区沉积厚度最大超过8000m.根据前人的研究,断陷期的构造演化分为4幕,依次是晚白垩世末期至古近纪初(74~53Ma)断陷初始发育、近东西向的侧向伸展(53~48Ma)、强烈断陷(48~37Ma)和侧向挤压及隆起(37~24.6Ma),并由此形成了孔店组、沙四段、沙三段—沙二下亚段和沙二上亚段—东营组4个亚构造层[36].新近纪时期,太平洋板块向欧亚大陆俯冲带后退,渤海湾盆地由拉张构造环境转为挤压环境.可以说,渤海湾盆地的坳陷发育阶段,在热沉降与挤压复合作用下,断陷消亡,转化为统一的沉积盆地.坳陷期盆地的演化进一步分为馆陶组沉积时期的热沉降阶段和明化镇组沉积以后的加速沉降阶段.盆地内充填了巨厚的以平原相-河流相为主的新近系地层,沉积厚度1000~2500m,最大厚度在渤中坳陷为5000m.随着地质时代的变新,渤海湾盆地第三纪的沉积中心明显地向海域方向迁移.在孔店组沉积时期的沉降中心位于昌潍坳陷、随后是济阳坳陷的东营凹陷(Es4)、渤中坳陷的黄河口凹陷(Es2-3)和渤中凹陷(N~Q).渤中凹陷是渤海湾盆地中时代最新的沉积凹陷,新近系厚度一般超过4000m,而其他凹陷的新近系厚度一般小于2000m[37].由于盆地形成、演化过程中,各地区构造活动存在差异,受构造背景的控制,各构造单元地温梯度特点有所不同.钻井实测温度的统计结果表明,辽河盆地的地温梯度最高,1499 5期邱楠生等:郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征平均为43.7℃km[28,38],昌潍坳陷次之,平均为42.0℃km;济阳坳陷的地温梯度平均为36.5℃km,冀中坳陷平均为32.4℃km[39],黄骅坳陷平均为33.7℃km[39],临清坳陷平均为29.0℃km;渤中坳陷平均为33.0℃km[13].由此可见,地温梯度的高低与它们所处的构造位置有关:位于郯庐断裂带内的地区现今地温梯度均较高(但渤中坳陷例外,其原因见本文随后的论述中);远离郯庐断裂带的地区,其地温梯度较低.那么,在新生代的演化过程中,其古地温的分布是否也具有这样的特征?郯庐断裂在第三纪时期的活动对其两侧坳陷的热场影响是否存在?下面就从各坳陷古地温及构造-热演化的恢复来探索这个问题.3 热历史模拟3.1 热史模拟参数本研究采用古温标方法进行热史模拟.关于沉积盆地热史恢复方法和原理我们在文献[40,41]中已有叙述,在此不再重复.在热历史模拟计算中需要的参数包括古温标数据和基础地质数据.本文利用磷灰石裂变径迹(长度和年龄)和镜质组反射率这两种古温标进行热历史恢复的研究.部分磷灰石裂变径迹数据在文献[40]中已列出,镜质组反射率数据则来自研究坳陷所在的各油田部门.由于引用了大量的镜质组反射率数据,在此也不一一列出.在本文的模拟计算中,裂变径迹模拟热历史采用扇形模型[42],镜质组反射率模拟热历史采用EASY%R o模型[43].本文利用线性热史演化模型并采用了古地温梯度法进行热史模拟.当古温标(R o、磷灰石裂变径迹)的模拟计算值和实测值吻合最好时,就认为假定的热史路径是正确的,也即得到了该井的热史模拟结果.热史模拟的基础基本参数包括地层岩性参数、现今地表温度、地温梯度和大地热流值等数据及地层分层数据.岩性参数主要包括各岩性的热导率、生热率、密度、压实系数、初始孔隙度等.岩石热物性数据采用前人的数据[39],压实系数和初始孔隙度等数据则用各坳陷的实际数据,利用Sclater和Christie (1980)的方法[44]进行回归得到初始孔隙度和压实系数.现今地温数据和地层分层采用钻孔实际测量值,各地层底界年龄分别为:平原组(Q)2.0Ma,明化镇组(Nm)5.1Ma,馆陶组(Ng)24.6Ma,东营组(Ed) 32.6Ma,沙一段(Es1)36Ma,沙二段(Es2)38Ma,沙三段(Es3)43Ma,沙四段(Es4)50.5Ma,孔一段(Ek1) 52Ma,孔二段(Ek2)54.9Ma,孔三段(Ek3)-65Ma.模拟过程中研究区地表气温设定为15℃,并设地史上的地表气温不变.3.2 热历史模拟结果如前所述,郯庐断裂带中段包括众多的盆地或坳陷,由于资料的限制,本文研究的坳陷包括渤中、黄骅、冀中、济阳、昌潍、临清等坳陷(图1),而对其他盆地则主要依据前人的研究成果进行对比分析.结合沉积埋藏史恢复对济阳、昌潍、黄骅、临清、冀中和渤中等坳陷的单井热历史进行了模拟计算.图1表示出了模拟井位的分布情况.埋藏史及其准确恢复是热历史模拟的基础和关键.本研究利用回剥技术和压实校正进行地层沉积埋藏史的恢复.研究区由于受东营组沉积末期构造运动的影响,东营组顶部普遍存在不整合.对于这种有剥蚀作用存在的情况,根据古温标可以准确恢复其剥蚀量,由此得到的埋藏史的准确性可以得到保证.在所研究的坳陷中,东营组沉积末期构造运动所造成的剥蚀量在昌潍坳陷最大,可达1000m以上[33].而在其他坳陷的剥蚀厚度不一,但一般小于600m.济阳坳陷70口井的模拟结果已在前期的论文中阐述,其古地温梯度在第三纪时期是逐渐降低的,但在东营、沾化、惠民和车镇凹陷演化存在差异[40].3.2.1 昌潍坳陷昌潍坳陷位于郯庐断裂带上,根据以往的研究,沙河街构造运动在本区引起的剥蚀量较大[33].根据镜质组反射率数据和磷灰石裂变径迹参数模拟计算了昌4、17、23、64、67井、央5井和侯1井的热演化历史.根据上述7口井的模拟结果,昌潍坳陷新生代的地温梯度随盆地的演化是逐渐降低的,但降低缓慢.孔店组沉积时期平均为57~58℃km,沙河街末期为47℃km;东营组至馆陶组沉积末期地温梯度降低很少,为43℃km,现今的平均地温梯度仍可达42℃km(图2a).3.2.2 临清坳陷临清坳陷的热史前人已进行了一定的研究,模拟结果均认为古地温高于今地温[34,45,46].根据莘参1井的磷灰石裂变径迹退火带的分析,其退火带深度范围在2427~4000m,比东营凹陷的磷灰石裂变径迹退火带(2000~3400m)深,说明该区第三纪经历的温度比东营凹陷的低.但这些研究几乎都是给出(裂变径迹或镜质组反射率)样品的温度路径(即温度演化历史),而没有给出地质历史时期的地温梯度1500地球物理学报(Chinese J.Geophys.)50卷 图2 各坳陷古地温梯度模拟结果虚线为总体趋势线.(a)昌潍坳陷;(b)临清坳陷;(c)黄骅坳陷;(d)冀中坳陷;(e)渤中坳陷.Fig.2 The thermal gradients evolution of single well in the different depressionsThe das hed l ine is the average thermal gradient value of the modeling res ults.(a)Changwei Depression;(b)Linqing Depres sion;(c)Huanghua Depress ion;(d)Jizhong Depression;(e)Bozhong Depression.状况或古温度状况;特别是没有给出沉积埋藏史,更是无法得到研究层系(如烃源岩)的古温度状况和演化历史.本文模拟计算了德1、德3、德6、沈参1和禹参2等井的古地温梯度演化情况.其中,德3井和德6井是结合了磷灰石裂变径迹数据和镜质组反射率数据联合进行反演.可以看出临清坳陷平均地温梯度的演化特征(图2b):孔店组沉积时期为50~42℃km,沙河街末期地温梯度降低至34℃km左右,但在东营末期地温梯度有一增高的现象(35℃km),这可能与东营末期的这次抬升剥蚀有关;馆陶组沉积末期降至32℃km,现今为30℃km.3.3.3 黄骅坳陷利用镜质组反射率模拟计算了港深32、港深33、港深48、歧南2等井的热演化历史.古地温梯度的演化与济阳坳陷类似,也是随地质历史的演化逐渐降低的,但现今的地温梯度低于济阳坳陷.孔店组沉积时期为57~55℃km,沙河街末期46℃km左右,东营末期降低至43℃km,馆陶组沉积末期降至36~34℃km,现今为32℃km(图2c).3.3.4 冀中坳陷利用镜质组反射率数据模拟计算了曹5、楚21、29井、高33、35、38、41、46井、固5、皇2、留425、489井、宁3、强21、22、25、27、30、35、38、39、47、48井、桐28、西柳6、11井、兴9等共27口井的热演化历史.虽然各井模拟的结果比较分散,但总体而言冀中坳陷古地温梯度是逐渐降低的,孔店组沉积时期在48~45℃km,沙河街组沉积时期在45~38℃km,东营组沉积末期地温梯度降到35℃km左右,馆陶组沉积末期地温梯度降至32.5℃km左右,此后逐渐降低至现今的32℃km左右(图2d).3.3.5 渤中坳陷渤中坳陷位于郯庐断裂带内,其热史前人已进行了研究,结果表明在25Ma前经历了较高的热流演化阶段(70~90mW m2),此后逐渐降低[32].本文1501 5期邱楠生等:郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征依据镜质组反射率数据模拟了渤中凹陷和黄河口凹陷的7口井的热历史.热史模拟结果显示古地温梯度在孔店组沉积时期为56~50℃ km ,沙河街组沉积时期为50~40℃ km ,东营组沉积末期地温梯度降到37.5℃ km 左右,馆陶组沉积末期地温梯度降至34℃ km 左右,此后逐渐降低至现今的33℃ km 左右(图2e ).3.3.6 其他坳陷郯庐断裂带中段两侧还有辽河盆地、胶莱盆地和北黄海盆地等.辽河盆地也是位于郯庐断裂带内,以往利用古温标的研究认为其古热流比现今热流高,随地质历史的演化是逐渐降低的[28~30],利用地球动力学模型所进行的研究结果也相同[26,27].位于郯庐断裂带东侧的盆地,其热史的研究极少.胶莱盆地为一中生代沉积盆地,第三纪以来由于构造强烈活动而抬升遭受剥蚀;北黄海盆地也是发育在隆起背景上的中新生代残留盆地,其热史还缺乏研究.由于本文主要是针对新生代的构造-热演化,因此对这两个盆地未进行探讨.表1 各坳陷新近纪时期的构造沉降量对比Table 1 The tectonic subsidence of different depressions during the Cenzoic time坳陷新近纪构造沉降量(m )馆陶组沉积时期的沉降量(m )明化镇以后的构造沉降量(m )典型井渤中坳陷渤中凹陷1500950550BZ6-1-1黄骅坳陷歧口凹陷800270530歧2井冀中坳陷饶阳凹陷700400300宁3济阳坳陷东营凹陷45040050东营昌潍坳陷潍北凹陷600450150央5临清坳陷东部凹陷600450150沈参14 构造沉降分析 本文采用Falvey 和Middleton (1981)的模型[47]模拟构造沉降量在地质历史时期的变化.压实采用Sclater 和Christie (1980)的模型[44].在主要坳陷典型井构造沉降量模拟的基础上,我们比较了济阳、昌潍、黄骅、临清、冀中和渤中坳陷的构造沉降史(图3).(1)各坳陷构造沉降史的恢复显示了各坳陷由断陷向坳陷演化的特征.尽管各坳陷的总构造沉降量差别不大,但各坳陷的构造沉降历史存在很大的差别.(2)古近纪孔店组和沙四段沉积时期除渤中坳陷外总体上构造沉降量较大,各坳陷的构造沉降史有差别.孔店组时期构造沉降量最大的是昌潍坳陷,其次是济阳坳陷、黄骅和临清坳陷、渤中坳陷最小.这与前述的沉降中心迁移基本一致.沙三段至东营组沉积早期的构造沉降量相对平稳.①渤中坳陷Bozhong Depress ion ;②昌潍坳陷Changwei Depress ion ;③临清坳陷Linqing Depress ion ;④济阳坳陷Ji yang Depress ion ;⑤黄骅坳陷Huanghua Depres sion图3 研究区主要坳陷构造沉降演化对比D 是构造沉降量Fig .3 The tectonic subs id ence evolu tion of d ifferent depress ionsD is the tectonic subsidence .(3)东营末期的构造抬升量在各坳陷有差别,总体上有从南往北减小的趋势(由昌潍、临清、济阳、黄骅、渤中、冀中坳陷逐渐减小).昌潍坳陷的构造抬升剥蚀量最大,达800m 以上(央5井);冀中坳陷仅为200~300m 左右.(4)新近纪以来,构造沉降量在各坳陷差别较大(表1).从北往南,构造沉降量逐渐减小,渤中坳陷最大达1500m ,依次是黄骅坳陷歧口凹陷800m ,济阳坳陷东营凹陷450m ,昌潍坳陷潍北凹陷600m ,1502地球物理学报(Chinese J .Geophys .)50卷 临清坳陷600m .特别是在明化镇时期以来,各坳陷的差别更大.渤中坳陷在馆陶组沉积期间的构造沉降量最大,为950m .而在明化镇以后的时间内,济阳坳陷沉降了不到100m ,黄骅坳陷则沉降了530m 左右,渤中坳陷的渤中凹陷更是沉降了550m .这种晚近时期的持续下沉一方面将导致现今地温梯度的降低,另一方面也会对古近系烃源岩的演化造成较大的影响.昌潍坳陷在东营构造运动造成的抬升量最大,导致了最终的沉降量最小.5 结论与讨论5.1 结 论依据上述各坳陷的古地温梯度模拟结果,可以综合分析郯庐断裂两侧坳陷之间古热场演化的特征.图4是综合了辽河盆地、渤中坳陷、黄骅坳陷、冀中坳陷、济阳坳陷、昌潍坳陷、临清坳陷等地区平均古地温梯度的演化状况,可以看出第三纪以来郯庐断裂两侧坳陷的古热场演化有以下特征:①辽河盆地L iaohe Basi n [26~30];②昌潍坳陷Chang wei D epress ion ;③渤中坳陷Bozhong Depress ion ;④济阳坳陷J iyang Depres sion ;⑤黄骅坳陷Huanghua Depres sion ;⑥冀中坳陷J izhong Depres sion ;⑦临清坳陷L inqing Depres sion图4 郯庐断裂两侧不同坳陷古地温梯度演化对比Fig .4 The thermal gradien ts evolution of different depressions on both sides of mid -segment of T anchen g -Lujiang Fault Zone(1)各坳陷的古地温梯度在古近纪时期是较高的,而在新近纪时期较目前的地温梯度略高,总体的演化趋势是逐渐降低的.这反映了这些地区由断陷向坳陷的构造演化特征.(2)各坳陷的古热场与郯庐断裂带的距离密切相关:位于断裂带内的辽河和昌潍坳陷古热场较高,且在第三纪一直处于较高的地温梯度状况;远离郯庐断裂带的冀中和临清坳陷的古地温梯度及其演化程度均是较低的.总体上,古热场由高到低依次是辽河盆地、昌潍坳陷、渤中坳陷、济阳坳陷、黄骅坳陷、冀中坳陷和临清坳陷.古热场的这种演化特征,是否可以推测郯庐断裂在新生代的活动性对两侧地区热场的影响?由于郯庐断裂带两侧坳陷的地温演化差异导致了目前各坳陷的地温分布存在差异.盆地构造沉降史的研究可以获取盆地演化的地球动力学信息,是盆地构造-热演化研究的重要内容.热历史模拟结果和构造沉降所揭示的坳陷演化过程具有很好的对应关系.通过构造沉降史的模拟,可以清楚地反映出各坳陷在新生代均经历了从断陷向坳陷转化的特征.因此,坳陷的地温演化与构造演化是密切相关的.总体上,渤海湾盆地的构造演化对其热演化有决定性的作用,特别是其岩石圈的多期拉张使得第三纪的裂谷盆地具有高的古热状况[48].郯庐断裂带两侧坳陷的现今地热分布特征的差异性及靠近郯庐断裂带一侧的坳陷具有较高的热演化历史,可以为郯庐断裂带对两侧地区的热演化影响提供有力的佐证.结合沉积埋藏史的恢复,可以得到目的层系的温度变化情况,为烃源岩演化和油气成藏模拟提供方便.5.2 讨 论研究区新生代时期地温梯度演化不仅在各坳陷之间存在差异,在坳陷内部也存在差异.可以说郯庐断裂带两侧坳陷地温场的差异在宏观上受控于郯庐断裂的演化,在局部地区受控坳(盆)断裂等构造活动的影响.从上述郯庐断裂两侧各坳陷的古热场演化情况初步来看,郯庐断裂在第三纪时期的活动对盆地的地热场有重要的影响.根据古热场的演化状况,是否可以初步推断郯庐断裂的活动对其两侧坳陷的热演化之影响与距离断裂带的远近有关?当然,古热场的高低不仅仅受到郯庐断裂带活动的影响,还与各坳陷的构造演化(构造沉降演化)及控制各坳陷发育和演化的一些断裂有密切的关系.正是这些次一级断裂(与郯庐断裂带相比)与郯庐断裂带的共同作用,使得各坳陷内部的古热场也存在差异.典型的如济阳坳陷内各个凹陷的古热场及其演化的差异性[41],冀中坳陷北部的廊固凹陷和南部饶阳凹陷的古地温差异.从冀中坳陷古地温梯度演化模拟结果1503 5期邱楠生等:郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征。