周立夫　周曉峰　許文郢

[摘要]通過廣泛收集研究低溫年代學(xué)的重要工具之一的磷灰石裂變徑跡的文獻(xiàn)資料，本文歸納整理并簡(jiǎn)要論述利用3種地表剝蝕量恢復(fù)方法如用古溫標(biāo)鏡質(zhì)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(shí)差法等恢復(fù)地表的剝蝕量的原理及操作步驟，并對(duì)隆升剝蝕對(duì)油氣成藏和保存的影響做了簡(jiǎn)要的闡述。

[關(guān)鍵詞]地表剝蝕恢復(fù) 影響

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

長(zhǎng)期以來地層剝蝕厚度的恢復(fù)是沉積盆地沉降史熱史重建的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是定量揭示區(qū)域上構(gòu)造變形強(qiáng)度差異的方法之一。特別是喜山期至今強(qiáng)烈的地表抬升剝蝕作用對(duì)區(qū)域構(gòu)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(fù)方法有：

1古地溫梯度法

鏡質(zhì)體反射率（Ro）是測(cè)定有機(jī)質(zhì)的一種顯微組分鏡質(zhì)體發(fā)射光能力的數(shù)值，是一種廣泛應(yīng)用的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)，也是記錄地層古地溫的有效標(biāo)志。它的大小是由埋藏的溫度和時(shí)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(jīng)歷的最大古地溫。

當(dāng)Ro隨深度的分布存在間斷的跳躍時(shí)，只有在這種間斷并非斷層錯(cuò)動(dòng)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(jīng)歷了更高的古地溫，才能利用Ro值估算剝蝕厚度。將Ro數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成古地溫的動(dòng)力學(xué)模型有很多，目前被廣泛應(yīng)用的是Burham和Sweeney的平行化學(xué)反應(yīng)模型，Barker的古地溫經(jīng)驗(yàn)公式和Karweil圖解等。對(duì)一口井或一套地層在垂直方向上進(jìn)行系統(tǒng)采樣，通過上述轉(zhuǎn)化獲得古地溫梯度曲線后，與該地層的現(xiàn)代地溫梯度曲線進(jìn)行比較，如果在淺層無地溫異常，將冷卻溫度（現(xiàn)代地表的古溫度值減去地層在達(dá)到最大古溫度時(shí)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?zé)崮甏鷮W(xué)磷灰石裂變徑跡（AFT）分析作為一種地質(zhì)定年的手段在20世紀(jì)60年代初首先被提出。它具有較低的封閉溫度（60-120℃）和對(duì)淺部地殼（小于10km）巖石運(yùn)動(dòng)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(chǎn)生的徑跡數(shù)量、長(zhǎng)度分布及裂變徑跡年齡的特征，進(jìn)而挖掘其中蘊(yùn)含的地質(zhì)信息。磷灰石裂變徑跡分析不僅可以作為古溫標(biāo)，根據(jù)裂變徑跡的密度隨溫度升高而降低的關(guān)系推算出古地溫得到古地溫梯度求剝蝕量，而且可記錄達(dá)到最大古地溫（封閉溫度）的地質(zhì)時(shí)間，而且可利用徑跡長(zhǎng)度分布的數(shù)據(jù)與溫度變化的關(guān)系，通過不同的退火模型進(jìn)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(shí)間變化的快慢以及幅度的過程。

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

3聲波時(shí)差法

在正常壓實(shí)情況下，泥巖壓實(shí)與上覆的巖層靜巖壓力或埋深有關(guān)，在成巖溶蝕作用不強(qiáng)和構(gòu)造裂縫不甚發(fā)育的巖石地層中，孔隙度是泥巖壓實(shí)程度的真實(shí)度量，威利時(shí)間方程表明聲波時(shí)差的大小直接反映孔隙度的大小。泥巖的壓實(shí)過程不可逆轉(zhuǎn)，即永遠(yuǎn)保留最大壓實(shí)程度的狀態(tài)。當(dāng)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(shí)，將不整合面以下的泥巖壓實(shí)趨勢(shì)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(yīng)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(shí)間—深度關(guān)系。利用牟中海（2000）改進(jìn)的的泥頁巖聲波時(shí)差—深度之間的簡(jiǎn)單指數(shù)模型，即T=（To-c）exp（-bX）+c，其中，T為地層聲波時(shí)差值；T0為地表聲波時(shí)差值；X為巖石埋深。在深度無窮大時(shí)，即X→∞，T=c，巖石不可再被壓實(shí)，孔隙度為0，相當(dāng)于聲波在巖石基質(zhì)中的傳播時(shí)間；在地表X=0處，聲波在地表的傳播時(shí)間基本上為一常數(shù)，一般取值600～650 us/m。以深度為縱坐標(biāo)，聲波時(shí)差的對(duì)數(shù)值為橫坐標(biāo)，將提取的數(shù)據(jù)處理擬合，將不整合以下泥巖的壓實(shí)的壓實(shí)趨勢(shì)線上延至與△t0線相交處即為古地表，古地表與現(xiàn)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(dòng)力場(chǎng)條件和地層水性質(zhì)發(fā)生變化，強(qiáng)的水動(dòng)力條件會(huì)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(qū)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(dòng)，對(duì)保存不利。抬升過程中還伴有地下溫壓場(chǎng)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(dǎo)致節(jié)理裂縫的廣泛發(fā)育，一定程度上能改善油氣的運(yùn)移條件和儲(chǔ)層的孔滲性，但當(dāng)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(huì)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?dú)?、二氧化碳具有更?qiáng)的吸附性而置換甲烷而導(dǎo)致天然氣向游離態(tài)轉(zhuǎn)化，使得油氣藏的圈閉保存條件遭受破壞。此外，當(dāng)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。

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