沉积盆地热演化史研究方法.doc

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。McKenzie（1978）提出了计算初始沉降、热沉 降和地表垂直热传递的数学表达式，奠定了伸展盆地定量模型和模拟研究的理论基础。该模 型已成功地应用于北海盆地和各种大陆架。但是Slater等（198）在有些地区发现：实际 地壳伸展和初始沉降量要比McKenzie。模型预测的小得多，同样热沉降值要比根据McKenzie 模型的伸展系数p预测的值大得多。尽管如此，McKenzie（1978）的均匀伸展模型仍然是 进一步研究更为复杂得多的地壳变形的基本出发点。Jarvis和McKenzie（1980）发现，只要 裂谷作用持续时间小于20Ma，适用一维的均匀伸展模型得到的计算结果与实际观测值非常 接近。但是，许多沉积盆地似乎都经历了一段很长的裂谷期，裂谷期持续时间远远超过20Ma。如巴黎盆地，裂谷期持续时间接近 60Ma。在很长的裂谷发育时期内，可能有大量的横向热量损失，这个问题在McKenzie（1978）的经典模型中未加考虑。 此后又有人根据地壳和壳下岩石圈的伸展量不同，提出了非均匀连续伸展模型（Row一Ley 和Sahagian，1986）。这种模型认为，壳下岩石圈比地壳的伸展范围大，从而导致裂谷翼部上隆。 伸展作用可以是非对称性的，Wernicke（1981，1985）提出了非对称性的伸展模型，该 模型认为岩石圈的伸展作用可以通过一个巨大的贯穿整个岩石圈的低倾角带来实现。这样一 个剪切带可以把伸展作用从一个地区的上地壳中转移到相邻一地区的下地壳或地馒岩石圈 中。尽管Wernicke剪切带模型可以解释在拉伸作用下构造样式的不对称性问题，但对于在 空间上热沉降与断层控制的沉降发生重叠的盆地的形成机制，它却难以解释。 如果裂谷作用持续到伸展量临界值，则出现被动大陆边缘和扩张中心。被动大陆边缘的 特征是发育裂谷期后沉积的向海洋方向加厚的楔形沉积体c这种大规模裂谷期后沉降作用的原因可以是沉积物载荷、深部矿物相变（从辉长岩到榴辉岩相）、韧性下地壳向海洋方向的蠕变流动作用以及岩石因减薄引起的热收缩作用等。 在被动大陆边缘的演化过程中，可能有多种机制在起作用。不过，对于各种机制来说， 岩石圈伸展后随之又发生冷却这个基本模型是分析被动大陆边缘沉降作用的出发点。提出的 均匀伸展模型、软流圈物质的熔离作用(melt segregation）模型及随深度变化的伸展模型对 于大陆边缘裂谷期后的热沉降来说都适用，说明初始裂谷机制对沉降作用的影响随时间逐渐 消失。均匀伸展模型不能说明洋壳形成问题及陆壳向洋壳