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IP屬地：湖北 上傳時間：2022-02-20 格式：PPT 頁數(shù)：30 大小：292KB 積分：30 舉報 版權(quán)申訴

1、主講：杜振川主講：杜振川研究生課程第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?沉積盆地的熱歷史主要取決于兩個方面：一是盆地基底熱流密度的變化；而盆地基底熱流密度的變化，受下伏巖石圈構(gòu)造熱演化的控制，如巖石圈的拉伸減薄、軟流圈上隆、巖漿活動、深部變質(zhì)以及與沉積負載有關(guān)的地殼均衡調(diào)整等。 二是盆地內(nèi)部沉積物的性質(zhì)及埋藏歷史及其地下水的運動等。 顯然，盆地的形成機制不同，所經(jīng)歷的熱演化過程也不同。第二篇第二篇 分析原理分析原理第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第一節(jié) 基本概念和術(shù)語基本概念和術(shù)語 第二篇第二篇 分析原理分析原理成熟度：是指有機質(zhì)熱成熟作用的程度指標(biāo)，是以有機質(zhì)各組分在熱降解作用

2、過程中，其化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)所發(fā)生的變化。熱傳遞：由溫差引起的能量轉(zhuǎn)換。熱導(dǎo)率：可定義為單位長度內(nèi)溫度的變化。熱傳導(dǎo)：是在一個物體內(nèi)熱量從高溫區(qū)到低溫區(qū)的傳遞。熱對流：通過物體內(nèi)部各部分之間的相對運動來實現(xiàn)熱量的傳遞。熱輻射：是熱量以電磁輻射的形式從加熱物體向外輻射的傳遞機制。第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建 沉積盆地的熱史重建是一項十分復(fù)雜的工作，這一方面是由于沉積盆地是一個動態(tài)的演化系統(tǒng)，而熱流在這一系統(tǒng)內(nèi)的傳遞是一個持續(xù)發(fā)生的過程；另一方面則是由于缺乏能夠直接指示古溫度的定量指數(shù)。盡管如此，人們還是提出了一系列估算古地溫的方法或

3、概念。第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建沉積盆地估算古地溫的方法 1) 有機質(zhì)成熟度指數(shù)：包括光學(xué)指數(shù)(鏡質(zhì)體反射率、孢粉顏色指數(shù)、干酪根熱變指數(shù)、牙形石色變指數(shù)等)和化學(xué)指數(shù)(熱解分析的最高熱解峰值、生物標(biāo)志化合物指標(biāo)、干酪根電子順磁共振等)。2) 成巖過程中自生礦物的變化；3) 流體包裹體；4) 基于特殊化學(xué)反應(yīng)的地質(zhì)溫度計，如穩(wěn)定同位素平衡、SiONaKCa溫度計等； 5) 裂變徑跡分析； 6) 利用U系、RbSr、KAr、UThHe等各種放射性同位素體系的不同封閉溫度而進行的各種同位素分析方法。第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?/p>

4、 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建在沉積盆地的熱史重建中，一般是從綜合、定量的角度來進行模擬。 根據(jù)模擬的途徑，盆地的熱史重建可分為兩類： 一類為反演方法，利用鏡質(zhì)體反射率、裂變徑跡分析數(shù)據(jù)等來反推古地溫； 另一類是正演方法，它借助于計算機技術(shù)，模擬盆地演化過程中的熱史，其結(jié)果可應(yīng)用于地質(zhì)作用的模擬及油氣生成的預(yù)測。 第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 鏡質(zhì)體反射率(Ro)是衡量有機質(zhì)熱演化程度的指標(biāo)之一，是目前最重要的成熟度指標(biāo)。 鏡質(zhì)體反射率值的大小受該鏡質(zhì)體所經(jīng)歷的溫度和時間的控

5、制，又因其具有不可逆性，因此成為反演盆地?zé)崾纷畛Ｓ玫闹笜?biāo)之一。第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 鏡質(zhì)體反射率，隨溫度的升高，反應(yīng)時間的延長，鏡質(zhì)體逐漸降解演化，顏色變深，反射率增加。 因此，對于已知地質(zhì)時代的沉積巖，測定出其中所含鏡質(zhì)體的反射率后，就可以推算其所經(jīng)受的最高古地溫。第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 1）鏡質(zhì)體反射率反演法的原理和流程）鏡質(zhì)體反射率反演法的原理和流程 鏡質(zhì)體反射率反演法

6、的基本原理 第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 1）鏡質(zhì)體反射率反演法的原理和流程）鏡質(zhì)體反射率反演法的原理和流程 利用實測的境質(zhì)體反射率值，反演出盆地大地?zé)崃髅芏鹊淖兓?，然后根?jù)大地?zé)崃髅芏鹊淖兓?，結(jié)合地層的埋藏史和沉積物的熱導(dǎo)率，正演出盆地所經(jīng)歷的地溫史。第六章 沉積盆地?zé)崾贩治龀练e盆地?zé)崾贩治?第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 比較常用的計算模型可以分為三類： 最大溫度模型： 這一模

7、型認為在有機質(zhì)成熟度達到穩(wěn)定后，增加有效加熱時間并不能增加有機質(zhì)的成熟度，因此該模型只考慮地層經(jīng)歷的最大溫度Tmax 對R0的影響，而沒有考慮加熱時間的影響。 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 最大溫度模型：T max和R0之間具有如下關(guān)系： R0= a exp (b T max)例如Barker等(1986)利用世界上35個地區(qū)600多個有機質(zhì)的平均鏡質(zhì)體反射率Rm及其對應(yīng)的最大溫度Tmax，建立了如下的回歸方程： lnRm0.0078 Tmax一1.2 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉

8、積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 煤的反射光性 光性測定表明，煤的各種顯微組分的反射率顯示不同程度的各向異性，在垂直層理的光片上，光性各向異性最明顯。當(dāng)使用的入射偏光的振動方向與層理平行時，可測得一個最大值，即最大反射率，通常用R max表示。當(dāng)偏光垂直于層理時，可測得最小反射率Rmin 在任意方位上測得的反射率為隨機反射率R0 它代表最大反射率與最小反射率的一個隨機混合。大量隨機反射率的平均值稱為平均隨機反射率( )或平均反射率(Rm)，其數(shù)值等于最大反射率與最小反射率的平均值。0R0R 第二節(jié) 沉積盆地的熱史

9、重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 煤的反射光性 據(jù)Hevia等(1977)的資料，對于象煤這種半透明的，有輕微吸收的光性各向異性物質(zhì)來說，用平面偏光(或非偏光)垂直入射到煤光片上測得的任意方位的反射率，取決于主反射率Ra、Rb、Rc(通常RaRbRc)，煤的光學(xué)主軸方位(煤的物質(zhì)結(jié)構(gòu)方位)和入射光性的振動方向。a、b、c為光率體的三個光學(xué)主軸 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 Lerche的模型設(shè)有

10、n個不同深度的實測鏡質(zhì)體反射率值Romi，其對應(yīng)的埋藏深度為H I 對應(yīng)的地質(zhì)年齡為Ti 其中il，2，n。為了計算鏡質(zhì)體反射率值Lerche根據(jù)化學(xué)動力學(xué)原理建立了一個時間一溫度積分(TimTemPeratureIntegral)，簡稱為TTI式中Tc為臨界溫度(295K)；Td為標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)(Td200 K)；t為鏡質(zhì)體沉積后所經(jīng)歷的時間M a，T(H，t)為鏡質(zhì)體在地史過程中所經(jīng)歷的溫度史，TTI (t)即為鏡質(zhì)體沉積后經(jīng)t時間達到的時間一溫度積分值。 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算

11、模型 Falvey和Middleton的模型Falvey和Middleton的鏡質(zhì)體反射率模型是根據(jù)化學(xué)動力學(xué)原理建立的。他們認為溫度是影響鏡質(zhì)體成熟的主要因家，溫度對成熟度的影響程度可表示為：（1）式中k為在溫度影響下成熟度增長的速度，T為溫度，A和a為常數(shù)。 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 Falvey和Middleton的模型對式(1)積分可得到個成熟度積分值： （2）式中C是式(2)的積分得到的一種成熟度值；Co為t0時刻的成熟度，t為鏡質(zhì)體沉積后經(jīng)歷的時間。 第二節(jié) 沉積盆

12、地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 Falvey和Middleton的模型Falvey和Middleton認為，不同的成熟度指標(biāo)之間應(yīng)具有對應(yīng)關(guān)系，并認為成熟度指標(biāo)C和Ro之間具有如下關(guān)系： （3）于是有： （4） 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建1、鏡質(zhì)體反射率反演法：、鏡質(zhì)體反射率反演法： 2）鏡質(zhì)體反射率的計算模型）鏡質(zhì)體反射率的計算模型 Falvey和Middleton的模型將t0代人式(4)得：（5）（6）C0于是得到Falvey和Middleton的鏡質(zhì)體反射率模型式中A 、a

13、和n為模型的三個參數(shù)。Falvey和Middleton求得A27106Mal ao0680Cl n5635 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建2、孢子顏色和熱變指數(shù)法、孢子顏色和熱變指數(shù)法 隨著沉積物埋藏深度加大，其中所含的孢子、花粉、藻類等有機物在熱演化過程中顏色逐漸加深、熱變指數(shù)增大，且具有不可逆性。因此，根據(jù)孢子的顏色及有機質(zhì)的熱變指數(shù)，也可以反過來求得所經(jīng)受的最高古地溫。 在碳酸鹽巖所含牙形石的埋藏過程中，經(jīng)受地?zé)釡囟扰c時間的作用，也會產(chǎn)生顏色的不可逆變化，因此，采用牙形石色變指數(shù)也可探求古地溫，并可與其他有機質(zhì)成熟度指標(biāo)相對應(yīng)(據(jù)Epstein，1977)。 第二節(jié) 沉積盆

14、地的熱史重建沉積盆地的熱史重建2、孢子顏色和熱變指數(shù)法、孢子顏色和熱變指數(shù)法 圖表明隨溫度升高孢子顏色的變化情況，并加注孢子顏色指標(biāo)和熱變指數(shù)。這個方法在北美、西歐及其他地區(qū)已得到廣泛應(yīng)用，并且證明同煤的牌號及鏡質(zhì)組反射率的資料非常吻合。孢子顏色、熱變指數(shù)與溫度的關(guān)系圖 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建3、自生礦物法、自生礦物法 沉積巖中的自生礦物受周圍環(huán)境影響會發(fā)生不同的變化：碳酸鹽類及硫酸鹽類礦物易受化學(xué)因素的作用；而粘土礦物、沸石、二氧化硅三種礦物系列的演變則同溫度、壓力及反應(yīng)時間等物理因素密切相關(guān)，不可逆轉(zhuǎn)。因此，可以應(yīng)用粘土礦物、沸石、二氧化硅這三種礦物系列來研究古地溫。

15、 這些系列礦物轉(zhuǎn)化的溫度范圍如下： 粘土礦物系列：蒙脫石 伊蒙混合層 伊利石； 沸石系列：火山玻璃 斜發(fā)沸石 方沸石和(或)片沸石 濁沸石和(或) 鈉長石；C0104C0104C0137C0137C056C056C0116C0116C0138 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建3、自生礦物法、自生礦物法 二氧化硅系列：非晶質(zhì)二氧化硅 低溫方石英(方英石) 低溫石英。 將沉積巖樣品送實驗室鑒定上述三個系列的自生礦物，綜合分析所含的礦物類別，即可根據(jù)自生礦物系列的轉(zhuǎn)化受古地溫控制且不可逆轉(zhuǎn)的原則，來判斷巖樣在地質(zhì)史上曾經(jīng)受的最高古地溫。C045C045C067C067 第二節(jié) 沉積盆地的

16、熱史重建沉積盆地的熱史重建4、流體包裹體法、流體包裹體法 流體包裹體(Fluid inclusion)是在礦物結(jié)晶生長過程中被包裹在礦物晶體缺陷中的流體，可以有單相、雙相或多相流體包裹體。 流體包體廣泛應(yīng)用于礦床學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)及石油地質(zhì)學(xué)中，可用來研究成巖成礦(包括油、氣)物質(zhì)來源、物理一化學(xué)環(huán)境條件，以及流體的性質(zhì)、經(jīng)歷、水巖反應(yīng)、地殼演化等諸方面的問題。 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建4、流體包裹體法、流體包裹體法 流體包裹體在地質(zhì)研究上最重要的一個應(yīng)用就是確定古地溫。包體測溫方法有均一法、爆裂法和淬火法等。 目前在石油地質(zhì)上最常用的是用均一法來測量包體溫度，稱之為均一

17、溫度(Homogenization temperature)。 在常溫常壓下見到的包裹體往往含氣相與液相兩種流體，在冷熱臺上升溫加熱，在顯微鏡下可見兩相轉(zhuǎn)化為單相流體，這時記錄的溫度即為均一溫度。 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建4、流體包裹體法、流體包裹體法 一般認為均一溫度代表包體形成溫度的下限。但是有些研究表明，均一溫度代表了包體形成過程中經(jīng)歷的最高溫度。如美國著名學(xué)者Barker等。 實際工作中研究發(fā)現(xiàn)，礦物包體記錄了一個復(fù)雜的地?zé)嵫莼瘹v史，沉積巖成巖作用和包體產(chǎn)狀以及二者之間的關(guān)系對解釋包體均一溫度時顯得尤為重要。 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建5、磷灰石裂

18、變徑跡法、磷灰石裂變徑跡法 磷灰石在沉積巖中分布廣，對溫度敏感，裂變徑跡退火的溫度范圍與生油窗基本一致，所標(biāo)定的溫度比較精細，可反映不同地質(zhì)時期古地溫的變化，因而是較為理想的地質(zhì)溫度計。 在自然界中的礦物中都含有一些放射性元素，如鈾、釷等，這些放射性元素的原子核在發(fā)生核裂變時將分裂成兩個質(zhì)量相等的碎片，同時釋放出約200 Me V以上的能量，因此，帶電的兩個高能碎片將向相反的方向發(fā)生運動，當(dāng)這種快速運動的原子核碎片通過礦物晶格時，就產(chǎn)生一個放射性損傷的狹窄痕跡，這就是裂變徑跡。 第二節(jié) 沉積盆地的熱史重建沉積盆地的熱史重建5、磷灰石裂變徑跡法、磷灰石裂變徑跡法 統(tǒng)計磷灰石等礦物中輻照前的自發(fā)裂變徑跡密度與輻照后的誘發(fā)裂變徑跡密度，代入下式即可求得礦物的裂變徑跡年齡。ifsDDInt1ln1 式中： t礦物年齡，a； 鈾的總衰變常數(shù)，1.55X1010a1； U238自發(fā)裂變衰變常數(shù)，6.99X1017a1； IU235/ U238同位素豐度比，7.2676X103； U235的熱中子裂變截面，580X1024cm2；n中子通量； 自發(fā)裂變徑跡密度； 誘發(fā)裂變徑跡密度。 Dfisi 第二節(jié) 沉積盆