南华北地区古地热史模拟

根据南华北地区的实际地质条件和古温标数据状况，采用中国科学院地质研究所与中国科学院计算中心合作开发的“油气盆地热历史及构造热演化模拟系统”，对开封坳陷2口井和周口坳陷5口井进行了热史恢复。合肥坳陷和信阳坳陷由于缺乏古温标资料，未进行热史恢复。

1.开封坳陷的地热史模拟

（1）开封坳陷的地热史模拟

在古温标法中，热史反演是建立在埋藏史基础上的；而在构造热演化法中，沉降史是对模型参数的基本数据进行标定。此外当地层存在剥蚀时，可以通过古温标确定剥蚀厚度，进而重建地史，所以热史恢复过程中包含着地史恢复。根据地层分层资料和岩石物性资料，采用地史模拟器对邓5井和济参1井的地史进行了恢复，包括沉积埋藏史和沉降史（图5-27，图5-28）。邓5井地层在135～105Ma（早白垩世）和55～30Ma（古近纪）经历了两次快速沉降过程，在105～30Ma处于抬升剥蚀阶段。济参1井的情况类似，但在早白垩世的沉降量不大。

图5-27 邓5井地史恢复

A—地层埋藏史；B—盆地沉降史；C—沉积剥蚀速率；D—现今孔隙度分布

（2）开封坳陷的地热史模拟

根据邓5井和济参1井的镜质体反射率数据，采用热史反演模拟器进行了热史恢复。结果表明，开封坳陷的最高古热流78.1mW/m²出现在105Ma（早白垩世）左右（图5-29），自早白垩世以来所经历的是一个热流逐渐降低的过程，现今平均大地热流值为52.2mW/m²。

图5-28 济参1井地史恢复图

A—地层埋藏史；B—盆地沉降史；C—沉积剥蚀速率；D—现今孔隙度分布

图5-29 开封坳陷古热流随时间变化趋势

根据恢复的地史和热史资料，用地温史模拟器对邓5井和济参1井的地层温度史和样品温度史进行了恢复（图5-30，图5-31）。模拟结果证实，这两口井的地层温度和R_o样品温度在早白垩世和古近纪经历过两次大的升温过程。

开封坳陷的地史恢复和热史恢复的结果均表明：开封坳陷在早白垩世和古近纪各经历了一次快速沉降，反映了该地区早白垩世和古近纪先后发生的两次裂陷作用。

图5-30 邓5井的地温史恢复图

A—地层地温史；B—样品地温史

2.周口坳陷的地热史模拟

（1）周口坳陷的地热史模拟

根据周19井、南6井和南9井地层分层资料和岩石物性资料，采用地史模拟器对地史（包括沉积埋藏史和沉降史）进行了恢复，其结果见图5-32至图5-34。

图5-31 济参1井的地温史恢复图

A—地层地温史；B—样品地温史

图5-32 周19井地史恢复图

A—地层埋藏史；B—盆地沉降史；C—沉积剥蚀速率；D—现今孔隙度分布

图5-33 南6井地史恢复图

A—地层埋藏史；B—盆地沉降史；C—沉积剥蚀速率；D—现今孔隙度分布

图5-34 南9井地史恢复图

A—地层埋藏史；B—盆地沉降史；C—沉积剥蚀速率；D—现今孔隙度分布

这3口井所代表的构造演化史各不相同。周19井地层在古近纪经历了一次快速沉降过程；南6井在三叠纪末经历了一次快速沉降过程，此后一直处于抬升接受剥蚀的阶段，到古近纪又经历了一次快速沉降过程；南9井则是在早白垩世和古近纪各经历了一次快速沉降过程。

（2）周口坳陷的地热史模拟

根据收集到的周19井、南6井、南9井、周参7井和周参11井的数据，采用R_o热史模拟器进行了热史恢复。结果表明，周19井所恢复的最高古热流64.5mW/m²出现在47Ma左右（古近纪）。自白垩纪到古近纪所经历的是一个热流逐渐升高的过程（图5-35）。南6井所能恢复的最高古热流67.2mW/m²出现在220Ma左右（三叠纪末），此后热流持续降低（图5-36）。南9井所恢复的最高热流83.4mW/m²出现在105Ma左右（早白垩世），此后热流呈下降的趋势（图5-37）。

图5-35 周19井古热流随时间变化趋势

图5-36 南6井古热流随时间变化趋势

根据所恢复的地史和热史资料，采用地温史模拟器对周19井、南6井和南9井等井的地层温度史和样品温度史进行了恢复，结果见图5-38至图5-40。显然，周19井的地层温度和R_o样品温度在古近纪经历了较大的升降过程，南6井在三叠纪末经历了一次较大的升温过程，南9井的主要升温过程则是发生在早白垩世。

图5-37 南9井古热流随时间变化趋势

图5-38 周19井的地温史恢复图

A—地层地温史；B—样品地温史

图5-39 南6井的地温史恢复图

A—地层地温史；B—样品地温史

图5-40 南9井的地温史恢复图

A—地层地温史；B—样品地温史

对周参7井的R_o热史反演结果表明，周参7井所能恢复的最高古热流93mW/m²出现在136Ma左右（早白垩世），此后随地层的抬升，热流呈逐渐降低的趋势（图5-41）。对周参10井的镜质体反射率热史反演结果表明，周参10井所能恢复的最高古热流出现在117Ma左右（早白垩世），热流值为100mW/m²，此后随地层的抬升，热流逐渐降低（图5-42）。

图5-41 周参7井古热流随时间变化趋势

图5-42 周参10井古热流随时间变化趋势

（3）周口坳陷的构造－热演化特征

周口坳陷的地史恢复和热史恢复结果表明，周口坳陷各地区构造演化史不尽相同，但中生代以来均发生过3次构造－热事件。

三叠纪末，华北板块与扬子板块之间发生了强大的陆－陆碰撞造山作用，导致该区构造变形强烈，局部地温场升高，南6井古热流升高到67.2mW/m²。

早白垩世，在华北深部岩石圈伸展减薄的背景下，郯庐断裂带走滑运动达到高潮，该区剪切拉张裂陷作用强烈，导致地温场普遍升高，南9井古热流因此达到了83.4mW/m²，周参7井古热流达到了93mW/m²，而周参10井古热流达到了100mW/m²。

古近纪，在华北深部岩石圈伸展减薄的背景下，以及印度板块和太平洋板块的联合作用下，研究区内先存在的NWW向断裂作左行剪切平移运动，而郯庐断裂系的夏邑－涡阳－麻城断裂作右行剪切运动，伸展裂陷作用再度广泛发生，地温场再次升高，周19井古热流达到64.5mW/m²。