地表剝蝕量的恢復及其影響

周立夫　周曉峰　許文郢

[摘要]通過廣泛收集研究低溫年代學的重要工具之一的磷灰石裂變徑跡的文獻資料，本文歸納整理并簡要論述利用3種地表剝蝕量恢復方法如用古溫標鏡質體反射率（Ro）等得到的古地溫梯度法，磷灰石裂變徑跡法和聲波時差法等恢復地表的剝蝕量的原理及操作步驟，并對隆升剝蝕對油氣成藏和保存的影響做了簡要的闡述。

[關鍵詞]地表剝蝕恢復 影響

[中圖分類號] P315 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-321-1

長期以來地層剝蝕厚度的恢復是沉積盆地沉降史熱史重建的重點和難點，也是定量揭示區(qū)域上構造變形強度差異的方法之一。特別是喜山期至今強烈的地表抬升剝蝕作用對區(qū)域構造的改造，和油氣藏的破壞和烴源巖的演化有著重要的影響。目前較為常見有效的恢復方法有：

1古地溫梯度法

鏡質體反射率（Ro）是測定有機質的一種顯微組分鏡質體發(fā)射光能力的數值，是一種廣泛應用的有機質成熟度指標，也是記錄地層古地溫的有效標志。它的大小是由埋藏的溫度和時間控制的，其中溫度起決定作用，由于它的不可逆性，它記錄的是地層所經歷的最大古地溫。

當Ro隨深度的分布存在間斷的跳躍時，只有在這種間斷并非斷層錯動和淺層熱流異常的情況下，而是地層抬升剝蝕所引起的情況下，這種間斷分布才表明剝蝕面下伏地層較上覆地層經歷了更高的古地溫，才能利用Ro值估算剝蝕厚度。將Ro數據轉換成古地溫的動力學模型有很多，目前被廣泛應用的是Burham和Sweeney的平行化學反應模型，Barker的古地溫經驗公式和Karweil圖解等。對一口井或一套地層在垂直方向上進行系統(tǒng)采樣，通過上述轉化獲得古地溫梯度曲線后，與該地層的現代地溫梯度曲線進行比較，如果在淺層無地溫異常，將冷卻溫度（現代地表的古溫度值減去地層在達到最大古溫度時的地表溫度值）除以古地溫梯度則可求得地層的剝量。

2磷灰石裂變徑跡法

低溫熱年代學磷灰石裂變徑跡（AFT）分析作為一種地質定年的手段在20世紀60年代初首先被提出。它具有較低的封閉溫度（60-120℃）和對淺部地殼（小于10km）巖石運動的敏感性，主要是建立在研究磷灰石所含的U238自發(fā)裂變產生的徑跡數量、長度分布及裂變徑跡年齡的特征，進而挖掘其中蘊含的地質信息。磷灰石裂變徑跡分析不僅可以作為古溫標，根據裂變徑跡的密度隨溫度升高而降低的關系推算出古地溫得到古地溫梯度求剝蝕量，而且可記錄達到最大古地溫（封閉溫度）的地質時間，而且可利用徑跡長度分布的數據與溫度變化的關系，通過不同的退火模型進行熱史反演模擬，直觀的反映處于部分退火帶剝蝕隆升過程中的溫度隨著時間變化的快慢以及幅度的過程。

具體做法是采集某個地點附近野外露頭中巖性樣品做磷灰石裂變徑跡測試，利用單顆樣品的裂變徑跡長度分布與溫度變化之間的關系，并根據多元退火模型如指數模型、扇形模型等進行裂變徑跡樣品的熱史反演模擬，即獲得最可能的溫度-時間曲線（T-t path）。然后選出達到最大古地溫至今的抬升過程段，依據最佳路徑曲線的斜率算出不同地質時期的溫度隨時間的變化率，進而分別根據古地溫梯度定量的轉換成剝蝕速率，累加可得到總的隆升幅度。

3聲波時差法

在正常壓實情況下，泥巖壓實與上覆的巖層靜巖壓力或埋深有關，在成巖溶蝕作用不強和構造裂縫不甚發(fā)育的巖石地層中，孔隙度是泥巖壓實程度的真實度量，威利時間方程表明聲波時差的大小直接反映孔隙度的大小。泥巖的壓實過程不可逆轉，即永遠保留最大壓實程度的狀態(tài)。當剝蝕面以上后期沉積地層厚度小于或等于前期被剝蝕地層厚度時，將不整合面以下的泥巖壓實趨勢線上延至古地表處，古地表與不整合面之間的距離即為地層剝蝕厚度。它的應用依賴于正確確定地下沉積層的孔隙度—深度和聲波傳播時間—深度關系。利用牟中海（2000）改進的的泥頁巖聲波時差—深度之間的簡單指數模型，即T=（To-c）exp（-bX）+c，其中，T為地層聲波時差值；T0為地表聲波時差值；X為巖石埋深。在深度無窮大時，即X→∞，T=c，巖石不可再被壓實，孔隙度為0，相當于聲波在巖石基質中的傳播時間；在地表X=0處，聲波在地表的傳播時間基本上為一常數，一般取值600～650 us/m。以深度為縱坐標，聲波時差的對數值為橫坐標，將提取的數據處理擬合，將不整合以下泥巖的壓實的壓實趨勢線上延至與△t0線相交處即為古地表，古地表與現代地表之間的距離即為剝蝕厚度。

4地層抬升剝蝕的影響

巖層在隆升剝蝕過程中埋深變淺，地下水動力場條件和地層水性質發(fā)生變化，強的水動力條件會使得油氣藏空間形態(tài)改變，油（氣）界面位置變化甚至油氣被驅出圈閉。研究表明深部地層水環(huán)境一般為滲透水交替緩慢和停滯區(qū)，水型以氯化鈣型為主，向上逐漸過渡為氯化鎂型，最后變成重碳酸鈉型或硫酸鈉型，地下水較為活動，對保存不利。抬升過程中還伴有地下溫壓場的變化，溫度逐漸向地表溫度降低，避免烴源巖層中的油氣由于溫度過高而被裂解破壞；壓力降低，脆性巖石由于圍壓的釋放導致節(jié)理裂縫的廣泛發(fā)育，一定程度上能改善油氣的運移條件和儲層的孔滲性，但當開啟的斷裂系統(tǒng)與地表溝通后，一方面游離態(tài)的油氣會逸散，吸附態(tài)的油氣由于降壓解吸變?yōu)橛坞x態(tài)向上散失，另一方面氮氣、二氧化碳具有更強的吸附性而置換甲烷而導致天然氣向游離態(tài)轉化，使得油氣藏的圈閉保存條件遭受破壞。此外，當油氣藏的蓋層特別是頂板遭受剝蝕或某些地區(qū)的地層傾角變大后，油氣沒有上覆的封閉作用減弱而向上散失。

參考文獻

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