盆地熱歷史

盆地熱歷史是指盆地形成、演化過程中不同時期的古地溫場和岩石的受熱歷史。

盆地熱歷史研究是一個複雜的地質問題，由於沉積盆地中有機物質的受熱史、自生成岩礦物的變化和礦物的核裂變與其所在盆地的構造發育史及地層的埋藏史密切相關，因此，盆地的熱歷史分析應建立在盆地演化分析的基礎上。目前盆地熱歷史的研究主要採用古溫標、模擬計算以及古溫標和模擬計算相結合的方法。

基本介紹

• 中文名：盆地熱歷史
• 外文名：Thermal history of basin
• 學科：沉積學
• 影響因素：基底熱流密度、沉積物性質
• 研究方法：古溫標法等
• 釋義：古地溫場和岩石的受熱歷史

影響因素

現代油氣成因理論和油氣勘探實踐證明，地溫是控制油氣生成、運移和聚集的重要因素之一。沉積盆地的熱歷史控制著盆地內烴源岩的熱演化以及油氣生成過程、賦存狀態和分布規律。

近20年來，盆地熱史的研究越來越受到地質學家特別是石油地質學家的重視，盆地熱史研究的理論和方法也得到了迅速的發展。

沉積盆地的熱歷史主要取決於兩個方面，一是盆地基底熱流密度的變化，二是盆地內部沉積物的性質及其理藏歷史。次要的因素還包括盆地內發生的吸熱放熱過程、地下水的運動以及岩漿活動等，但它們對盆地熱史的影響在時間和空間上都是有限的。

盆地熱歷史研究方法

盆地熱歷史研究是一個複雜的地質問題，由於沉積盆地中有機物質的受熱史、自生成岩礦物的變化和礦物的核裂變與其所在盆地的構造發育史及地層的埋藏史密切相關，因此，盆地的熱歷史分析應建立在盆地演化分析的基礎上。目前盆地熱歷史的研究主要採用古溫標、模擬計算以及古溫標和模擬計算相結合的方法。

一、古溫標法

地史中的古溫標可分為兩類，即直接古溫標和間接古溫標。在地史中能夠保存的直接古溫標是比較少的，目前比較常用和測試方法比較完善的直接古溫標為礦物流體包裹體。而間接古溫標較多，並可分為兩類，即有機古溫標和無機古溫標。比較常用的有機古溫標主要為鏡質體反射率(Ro)、孢粉體的顏色和螢光性變化、有機地球化學參數，以及牙形石色變指數;而比較常用的無機古溫標主要為自生成岩礦物和磷灰石裂變徑跡。

二、模擬計算法

盆地基底熱流密度的變化受下伏岩石圈構造熱演化的控制，如岩石的拉伸減薄、撓曲作用、軟流圈上隆、岩漿活動、深部變質作用、與熱膨脹和冷卻收縮以及沉積負載有關的地殼均衡調整等。

根據盆地形成的地球動力學機制和熱傳導理論可以建立盆地構造熱演化的地球動力學模型，利用這種模型對盆地的構造沉降和熱傳導過程進行數學模擬，可以獲得盆地的基底熱流史。

由於不同類型盆地形成的地球動力學背景和形成機制不同，描述不同類型沉積盆地構造熱演化的地球動力學模型也不相同。

裂谷盆地是目前研究得最多的一類盆地，已建立了適用於這種盆地的多種地球動力學模型，如McKenzie（1978）的岩石圈瞬時均勻拉張模型、Hellinger等（1983）提出的雙層拉張模型以及為描述裂谷盆地玄武岩岩牆的發育對盆地熱狀態的影響而提出的岩牆侵人模型（Roeden等，1980）等等。

前陸盆地的形成與前陸區岩石圈的撓曲有關，岩石圈的撓曲剛度是描述撓曲變形的重要參數，它是隨深度變化的。在上地殼，岩石呈脆性變形，在下地殼岩石是脆韌性變形，在岩石圈深部則是塑性變形。具體的地球動力學模型有熱彈性流變模型（Karner等，1983）和粘彈性流變模型（Willet等，1985）。

拉分盆地的形成主要與走滑作用有關，可用拉張盆地的模型（Royden，1985）。

由於不同類型盆地的形成機制不同，它所經歷的構造熱演化過程也不相同。在研究盆地熱史時，應建立或使用不同的地球動力學模型。

然而，盆地的演化過程是極其複雜的，即使是同一類型的盆地，其演化特徵也往往有明顯差別。

目前的地球動力學模型都經過了大量的簡化，同時參數的不確定性又給模擬結果帶來了很大的不確定性（Lerche等，1984）。

套用磷灰石裂變徑跡法分析地熱史

由於礦物中含有微量的天然放射性元素，它們進行自發裂變，釋放的能量破壞礦物的晶體結構，在礦物中形成潛徑跡，潛徑跡再經刻蝕即成裂變徑跡。

自然界的鈾主要由兩種同位素U和U組成。U的自發裂變半衰期大約為1×10年，而U的自發裂變半衰期約為U的20倍。因此，U的自發裂變徑跡在裂變徑跡年齡測定中可忽略不計。

U自發裂變釋放的能量，產生的兩個碎片(帶正電荷的輕原子核)射入周圍的物質中，擾亂了礦物晶格上的原子中電子云的分布,引起了帶正電荷離子的相互排斥,使其偏離正常的晶格位置,形成比較穩定的輻射損傷區，即潛伏徑跡。這種潛伏徑跡容易被一定的化學試劑優先溶解，即能用一定的化學試劑對礦物進行刻蝕，讓徑跡顯露出來。在磷灰石中，這種徑跡一般長10～20μm,可用普通光學顯微鏡進行觀察。

礦物在熱作用下，為受到輻射損傷的晶格提供了能量，促使被移位的原子返回到它原來的位置，從而修復輻射損傷。巨觀上表征為礦物中裂變徑跡長度縮短和裂變徑跡面積密度減小。這種由於加熱作用而使裂變徑跡逐漸衰減乃至消失的現象叫退火作用。裂變徑跡退火後的徑跡長度（密度）與退火前的徑跡長度（密度）的比率稱為退火率。裂變徑跡是隨加熱溫度和時間的增加而消退的。

由於磷灰石普遍存在於地殼的各種岩石中，而磷灰石礦物中含有微量的鈾，在地質歷史中，裂變徑跡不斷產生，又在地質熱事件中受熱而發生不同程度的退火，這樣裂變徑跡便記錄下了岩石所經歷的地質熱事件。

因此，對磷灰石裂變徑跡的分析，不僅能提供岩石的有關年齡數據，而且能有效地揭示樣品所在地層在地史演化中經歷的熱歷史信息。這就是裂變徑跡分析套用於地質熱歷史分析的依據所在。

自C.W．Naeser在1976年第一次提出可以用裂變徑跡分析來研究沉積盆地的地熱史以後，許多學者用該方法研究了眾多盆地，如加利福尼亞的SanJoaquin盆地、GreenRiver盆地、Powder盆地和澳大利亞的Otway盆地，都取得了良好的效果。

鋯石和榍石也是地殼岩石中常見的碎屑成分，也可用作裂變徑跡分析，它們的裂變徑跡退火溫度比磷灰石高，其徑跡全部消失（完全退火）所要求的溫度約為200～300℃。一般認為在加熱時間超過1Ma時，鋯石退火溫度為160～250℃。

磷灰石裂變徑跡分析主要有裂變徑跡的表觀年齡、單顆粒年齡分布、封閉徑跡平均長度、封閉徑跡長度分布、裂變徑跡面積密度等特徵參數法。