“新质生产力”背景下地壳波动学术思想的传承与创新——评金之钧等的论文《沉积盆地波动过程分析:研究现状与展望》

从地球系统科学的角度来看,波动作为地球不同圈层结构运动的基本形式之一,涵盖了沉积盆地演化及其资源成藏过程。围绕沉积盆地的波动性,金之钧教授及其团队在过去30年间取得了丰硕的理论和实践成果,并于2024年1月在《地学前缘》发表了题为《沉积盆地波动过程分析:研究现状与展望》的综述文章(DOI:10.13745/j.esf.sf.2024.1.30)。该文系统地概述了盆地波动过程分析的基本内涵,全面梳理了相关研究内容;深入剖析了盆地波动过程对油气形成与富集的控制作用,充分揭示了其在石油地质领域的重要科学价值;前瞻性地指明了盆地波动研究的未来发展方向,为圈层相互作用与油气成藏综合研究提供了新思路。

中国海域沉积盆地咸水层二氧化碳地质封存潜力

二氧化碳地质封存是二氧化碳捕集利用封存(CCUS)技术的关键环节,海域二氧化碳地质封存是将工业碳排放源或油气开发过程中捕集的二氧化碳,以超临界态注入到海底咸水层、废弃或开发中油气藏等地质体中,实现与大气长期隔离的过程。因远离人类居住地且有海水覆盖、具有“安全性高、环境风险小”特点,海域二氧化碳地质封存受到欧美等国家和地区的高度重视。本文在分析我国海域沉积盆地基本地质条件基础上,采用创新的模型体积法评价了我国海域沉积盆地咸水层二氧化碳地质封存潜力。研究表明,我国海域沉积盆地新生界厚度大,地壳稳定性较好,具有中低地温场特征,发育多套储碳-封盖组合,构造地层圈闭多,二氧化碳地质封存条件优越、咸水层封存潜力巨大。这将为我国海洋地质碳封存区带评价和目标区优选提供依据,对我国沿海省市碳达峰碳中和路径规划和离岸碳封存示范工程预研究具有重要意义。

二维饱和沉积盆地地震动响应非线性分析

沉积盆地对地震动具有明显的放大效应。利用ABAQUS软件及二次开发平台,编写了基于Davidenkov骨架曲线的VUMAT子程序,对饱和沉积盆地进行了非线性反应模拟。建立不同基岩面坡度的二维T型沉积盆地,输入4条不同频谱特性及幅值的近断层地震波,研究不同盆地基岩面坡度、饱和介质特性、地震波强度等因素对沉积盆地非线性反应规律的影响。研究结果表明,地震波作用可造成饱和沉积盆地发生局部液化,地震波强度越大,液化区分布范围越广,地表处出现了永久塑性变形;地震波强度的增大导致地表土层发生液化的时间提前,且下层土的液化会减弱地震波的传播速度,导致上层地表土发生液化的时间延后;盆地内地表最不利位置随着基岩面坡度的增大逐渐向中心处移动,不同工况下速度峰值放大系数为1.18~3.33。

基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟

为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。

浙东沿海典型沉积盆地CO_(2)地质封存潜力与试点意义分析——以长河盆地为例

碳捕集利用和封存(CCUS)技术是实现全球碳中和不可或缺的技术,开展CO_(2)地质封存(CCS)工作有助于实现碳中和的目标。中国东部沿海发达城市分布众多发电厂、炼化厂等CO_(2)大排放源,对CO_(2)封存需求较高。为缓解地区CO_(2)排放压力,挖掘东部沿海地区周围具有封存潜力的中小型沉积盆地,在搜集区域地质资料的基础上,选取浙江省杭州湾南岸的长河盆地作为研究对象,计算盆地封存潜力,并分析中小盆地封存试点意义。根据沉积盆地CO_(2)地质储存潜力评价方法,计算盆地咸水层CO_(2)地质封存潜力,评价结果表明,长河盆地具有较好的咸水层CO_(2)地质封存潜力。盆地最具封存潜力的是古近系长河组二段(Ech^(2))中的第一砂岩层和长河组一段(Ech^(1))中的砂砾岩层,预期理论封存量为4.84亿t,有效封存量可以达到1 162.61万t。研究结果表明,开展中小沉积盆地CO_(2)地质封存工程试点,可在一定程度上缓解沿海地区和企业碳排放压力,为海域碳封存积累技术和经验。

江西省中新生代沉积盆地CO_(2)地质储存潜力及适宜性评价

在当前碳达峰、碳中和背景下,CO_(2)地质储存被认为是降碳减排、减缓温室效应最直接、最有效的办法。笔者聚焦江西省CO_(2)减排需求,以江西省内发育的9个重点中新生代沉积盆地为研究对象。采用碳封存领导人论坛(CSLF)提出的方法,计算得出江西省中新生代沉积盆地CO_(2)有效储存量为18226.3×10^(6) t,束缚气储存机理有效储存量为16869×10^(6) t,溶解气储存机理有效储存量为1357.3×10^(6) t。构建了以地质安全性、储存规模、社会经济性为核心,涵盖19项评价指标的CO_(2)地质储存潜力适宜性综合评价指标体系,并引入变异系数法–综合评价模型,客观地评价江西省中新生代CO_(2)地质储存潜力及其适宜性。评价结果显示,江西省CO_(2)地质储存适宜性优先顺序分别为:鄱阳盆地、清江盆地、信江盆地、抚州盆地、赣州盆地、锦江盆地、吉泰盆地、版石盆地和会昌盆地。其中,鄱阳盆地、清江盆地储存潜力分别达到适宜、较适宜等级。

广东省沉积盆地型地热资源分布及其特征研究

广东省地热资源类型按其分布地貌结构特征及热传递主要方式划分为隆起山地型与沉积盆地型两种。隆起山地型地热资源现状显示广泛而分散,局部集中,沉积盆地型地热资源多分布于沿海地带。通过对广东省沉积盆地型地热资源分布现状、热储埋藏条件及水文地质特征进行阐述及分析,查明沉积盆地型地热资源在广东的分布及特征。研究结果表明:广东沉积盆地型地热资源主要分布于湛江市雷州半岛沉积盆地型地热田、茂名市茂名沉积盆地型地热田、汕头市澄海沉积盆地型地热田、潮州浮洋沉积盆地型地热田及潮州东凤沉积盆地型地热田5处地方,地热流体温度多为35.0℃~50.0℃,属低温地热资源,且均为孔隙型层状热储。沉积盆地型地热资源以热传导为主要传热方式,同时也存在热的对流传递。研究结论为了解广东省地热资源情况提供基础认识,也为研究盆地型地热资源热储成因及传热机制提供方向。

沉积盆地中低温地热田地热资源评价方法研究

地热资源作为一种清洁能源,可为供暖提供稳定可靠的热源,在地热资源开采初期,因对地热资源开发利用研究程度不足,导致地热资源处于过量开采,热储压力水头快速下降,随着研究认识的提高,地热流体回灌成为地热资源开采的必要手段之一,而针对沉积盆地中低温地热田回灌条件下地热资源评价方法不一,计算结果差异性很大。本次结合工程实例,对几种方法进行综合对比研究,分析潜在因素,选定最适宜沉积盆地中低温地热田地热资源评价方法,为今后科学规划开采地热资源提供技术依据。

数值模拟在沉积盆地褶皱冲断构造变形研究中的应用与发展

数值模拟是一种利用电子计算机,通过数值计算和图像显示的方法,研究工程问题、物理问题乃至自然界各类问题的方法。随着高性能计算的不断发展,数值模拟方法在沉积盆地构造变形研究中的应用不断扩大,学术界和工业界将数值模拟方法广泛应用于盆地构造变形特征与变形机制的定量研究,取得了丰硕的成果。本文在系统分析前人数值模拟成果的基础上,阐述了有限元、有限差分、边界元和离散元四种常用数值模拟实验方法的特征和应用。同时,本文对近年来数值模拟方法在沉积盆地褶皱冲断构造变形中的研究进展进行了分类总结,重点介绍这一方法在构造特征与变形机制研究中取得的成果,为数值模拟方法在盆地构造变形领域应用的不断扩大和深入提供参考。最后,本文对数值模拟技术在目前应用中面临的问题和未来的发展方向提出了一些看法和建议。

沉积盆地深埋型岩溶热储地震探测数据采集参数优选——以雄安新区牛驼镇地热田为例

深层非均质性碳酸盐岩储层已经成为我国深部地热资源规模勘探的重要对象,地震探测技术在勘探开发中必不可少,但存在深部能量衰减严重、数据采集噪声发育、构造隆起区基底内幕成像困难等问题。为获取高品质深部地震勘探资料,在华北冀中平原典型地区开展了大量可控震源激发参数和检波器接收参数试验。在野外试验数据的基础上,通过对不同激发参数和接收参数获得的原始单炮记录进行定性分析,同时从频段能量、道集间频率、信噪比等方面进行定量分析,研究可控震源台数、扫描频率、扫描长度、震动次数、驱动幅度和检波器组合方式等参数的选择对地震资料质量的影响。结果表明适用于冀中平原地区深埋型岩溶热储二维地震勘探野外施工参数为:28 t可控震源4台震动4~6次,驱动幅度75%,非线性扫描(斜坡长度−3),扫描频率6~84 Hz,扫描长度12 s。按此参数施工获得原始单炮记录和数据处理剖面的质量较以往有了大幅提高,能够较为清晰地划分牛驼镇凸起构造区深部蓟县系高于庄组底界面。此次优选的地震采集参数对沉积型盆地深部地震勘探有一定的借鉴和指导意义。

沉积盆地动力学与盆地成藏(矿)系统

以沉积盆地动力学与盆地成藏(矿)系统为主线,梳理和归纳了笔者在此方面理论研究的部分认识和观点。在地球科学研究和应用的3大领域(科学研究、物质需求、生存环境)中,沉积盆地均处于极为重要的地位。其中展布面积大、发育时间长的大中型盆地(如含油气盆地)意义更为重要。沉积盆地是地史上地壳或岩石圈较长时间相对沉降、沉积物在其中不断充填过程中的一种负向地壳构造。将沉积盆地动力学定义为:直接控制和明显影响盆地沉降和沉积充填的地球内、外动力地质作用有机耦合的统一动力学系统和演化过程;属地球动力学大系统的重要组成部分。根据盆地沉降动力的不同,将盆地成因划分为热力、应力、重力和复合成因4种类型。从厘定和揭示盆地沉降、沉积和堆积中心的分布位置、演变规律及其相互关系入手,剔去非沉降作用产生的沉积效应,有可能揭示沉降作用特征和其与沉积、堆积中心的时空演变关联及原因。活动性强、深部作用活跃、后期改造强烈是中国沉积盆地的重要特点,这由中国大陆的特性所决定。根据后期改造的主要地质作用及改造形式的不同,将改造盆地划分为8种类型。剔去后期改造的影响,系统恢复原始盆地面貌,为深刻认识和揭示盆地演化改造过程和油气成藏、定位及分布的重要基础。根据改造盆地的地质实际和笔者的研究实践,探讨和提出了改造盆地研究和油气评价的思路及程式;从绝对时间和相对时限两方面,具体厘定了中国盆地油气晚期超晚期成藏定位的时限。探讨了深部作用对油气富集的影响、油气逸散及其地质效应等问题。含油气盆地动力学研究系统可划分为成盆、成藏和评价3大次系统。在盆地演化和改造过程中,各次系统及子系统之间联系密切、相互作用。倡导沉积盆地研究遵循"整体、动态、综合"的总则。世界已探明的砂岩型铀矿床逾82%与已生产的油气田或煤田同盆共存。这4种主要能源矿产同盆共存富集存在普遍,但其富集成矿区分布却有明显的分区性,其中尤以中东亚地区典型。在中东亚能源矿产成矿域诸盆地中,多种能源矿产赋存和分布的特点为:空间分布复杂有序、各含(储)矿层位及地区联系密切、成藏(矿)定位时期相同或相近、赋存环境和成藏(矿)作用有机相关;铀成矿过程和主成矿期与区域动力学环境演变有明显地响应关系,并与所在盆地油气的成藏定位时期基本一致;表明其间有着密切的内在联系和统一的地球动力学背景。沉积盆地集多种有机和无机、金属与非金属矿产以及水资源等共存于一盆,是诸多沉积矿产同盆成生、赋存的基本单元和成藏(矿)的巨型复杂系统,称之为沉积盆地成藏(矿)系统。该系统中各种沉积矿产的成藏(矿)不是孤立存在和单独出现;其形成和分布有机关联、相互作用、彼此影响,内在联系形式多样;有其自身的成矿特点和成藏(矿)环境,应将其作为一种独立的成矿系统与其他成矿系统相并列和区别。本文讨论了小型含油气盆地的类型和其油气赋存条件、成熟盆地再研究的必要性和指导思想,适于中国西部大陆动力学研究的(稳定陆)块、盆(地)、带(各类构造活动带)系统动力学等。地球和盆地均属非常复杂的巨系统,运用整体和系统的学术思想,研究地学等复杂性科学是一个有效途径。在复杂系统研究中,各子系统的相互作用最为重要,同时要重视研究思想和方法论的嬗变,揭示研究对象的个性特征。

贵州主要沉积盆地类型及其成矿作用

贵州沉积矿产丰富,沉积作用多样,沉积成矿条件复杂。本文在系统分析总结贵州省矿产赋矿层位和含矿建造的基础上,以板块构造学说为指导,对贵州省的沉积盆地进行分类,并探讨各类沉积盆地与成矿的关系,这些成果对于开展贵州矿产成矿规律研究、实施新一轮找矿突破战略行动等有指导意义。

中国含铀沉积盆地类型与铀成矿特征

文章根据盆地形成的地球动力学构造环境、盆地所处大地构造位置及其基底结构,将中国含铀沉积盆地划分为裂谷型盆地、前陆盆地、挤压挠曲盆地、山间盆地和走滑拉分盆地等5种类型。在分析各类型含铀沉积盆地地质特征的基础上,总结了各类型含铀沉积盆地的铀成矿特征;提出裂谷型盆地、前陆盆地以及山间盆地等3类中-新生代沉积盆地是我国地浸砂岩型铀矿找矿最有利的沉积盆地,也是今后我国地浸砂岩型铀矿的主要找矿方向;挤压挠曲盆地的铀矿找矿在我国已经取得重要进展,其找矿前景十分广阔;走滑拉分盆地的地浸砂岩型铀矿成矿条件相对较弱,但因其常常叠加热液改造成矿作用,其找矿前景还是值得探索的。

冀北中生代火山沉积盆地锂异常成因初探——以森吉图盆地为例

冀北地区中生代火山盆地中存在多处锂的超常富集,其中的森吉图盆地主要富锂层位为下白垩统九佛堂组,岩性为页岩、粉砂岩等富含黏土矿物的岩石组合,受沉积层位控制明显。通过REE、Sr、Ga、B、Cu/Zn、Ce_(anom)等微量元素参数进行物源及沉积环境判别认为,锂主要源自下伏地层下白垩统张家口组和大北沟组富锂的火山沉积岩,在白垩纪暖湿气候条件下,经风化淋滤和热液萃取后在还原闭塞的淡水湖相盆地中富集最终形成锂异常。研究成果对沉积型锂矿床的资源潜力预测有指导意义。

基于有限断层动力学模型的逆断层—三维层状沉积盆地地震动模拟

近断层效应使得沉积盆地对地震动放大效应更为复杂。本文针对逆断层发震下三维层状沉积盆地地震反应,基于波动谱元法,采用有限断层动力学模型,模拟断层动力破裂、地壳层地震波传播和层状沉积盆地对地震波散射全过程。在此基础上,对比分析了层状和均质沉积盆地对近断层地震动放大效应的影响,讨论了不同断层倾角下层状沉积盆地地震动加速度特性。结果表明:层状沉积盆地PGA空间分布与均质沉积盆地存在较大差异,由于近断层效应和盆地效应,层状沉积盆地地表局部范围竖向PGA大于水平向PGA;90°断层倾角下层状沉积盆地地表地震动放大范围与60°断层倾角结果明显不同,主要集中在盆地中心区域和断层附近,且幅值远小于60°断层倾角下结果;沿断层走向,盆地内地表地震动加速度峰值对应时刻较盆地外延后。

庆祝中国地质学会成立100周年《地层-沉积盆地-油气地质》专辑序

1922年2月3日,中国地质学会在北京成立。从此,中国地质科技工作者在自己的组织——中国地质学会的团结带领下,积极投身到科技救国、民族振兴的伟业中。能源矿产是国家资源安全和经济发展的命脉,中国经济腾飞,离不开能源矿产的有力支撑和保障。新中国成立之初,百废待兴,开发矿业就成了党中央最关心的大事。我国石油地质学家在中西部油气勘探实践的基础上创立了陆相生油理论,发现了大庆、胜利和渤海湾等一系列油田,为我国经济建设做出了重大历史贡献。

华北板块南缘原型沉积盆地类型与构造演化

华北板块南缘原型沉积盆地类型受构造演化控制,古生代—中三叠世华北与扬子两大板块由“开”到“合”,华北板块南缘也从被动大陆边缘(Z—O2)到抬升剥蚀(O3—C1)再到前陆复理石沉积盆地(C2—P2);晚三叠—早侏罗世,两大板块碰撞造山形成著名的中央造山带,与造山藕合形成磨拉石沉积盆地;中侏罗—早白垩世,造山期后造山带内部拆沉的同时,造山带边缘拆离,形成后缘伸展与前缘冲断的复杂构造类型;后期受古太平洋板块(库拉、伊则奈奇板块)和太平洋板块活动控制,形成伸展断陷和坳陷盆地。不同时期原型盆地类型不同,对于油气勘探原则具有重要意义。

沉积盆地中深层水热型地热资源评价体系研究与应用

“双碳”背景下,地热资源广受重视,尤其是沉积盆地中深层水热型地热资源。近年来,随着对这类资源重视程度的增加和开发规模增大,项目选择、立项、建设与运行阶段都需要系统的资源评价体系来支撑。针对不同阶段的地热开发情景,提出了一套沉积盆地中深层水热型地热资源的评价体系:项目选择阶段,需要开展大地热流值、区域地温梯度、区域地幔隆起幅度等方面以地质背景为重点的区域评价,确定项目是否建设,明确目标地区地热资源“有没有”;项目立项阶段,需要开展涵盖5类指标的重点评价,权衡地热能否开发,明确地下资源“行不行”;项目建设阶段,需要开展以具体技术参数和经济效益为重点的精细评价,明确各项开发参数,做好地面地下一体化经济评价,明确项目整体效益“好不好”;项目运行阶段,需要开展动态评价,通过热场监测与调整,确保热场更稳、周期更长,明确项目整体效益“优不优”。该评价体系可为相关地热资源评价提供方法参考和应用借鉴。

沉积盆地超压系统演化与深层油气成藏条件

晚期成藏是大中型油气田形成的重要特征 .从晚期成藏的观点出发 ,深层油气藏的形成需要盆地深层发育仍处于有利生、排烃阶段的源岩 ,具有较高孔隙度、渗透率的深部储层 ,以及有利的储层 -盖层能量配置 .在超压盆地中 ,超压对生烃的抑制作用使常压盆地中已过成熟的源岩保持在有利的生、排烃阶段 ,从而为深层油气成藏提供较好的烃源条件 ;超压条件下低有效应力引起的机械压实程度减弱、流体流动性减弱引起的化学胶结作用减缓及有机酸对矿物的溶解作用使深埋超压储层保持较高的孔隙度和渗透率 .然而 ,由于超压引起的地层天然水力破裂和流体穿层运移 ,超压环境深部油气藏的形成和保存需要有效的储层 -盖层能量配置 .

青藏高原古近纪—新近纪隆升与沉积盆地分布耦合

根据在高原及邻区近7年完成的1∶250000地质填图资料,划分出青藏高原及邻区古近系-新近系残留盆地共92个.沉积范围大且序列完整的盆地分布在高原周缘和腹地.在高原的南、北和东缘,沿区域性大断裂带分布许多走滑拉分盆地.古新世—始新世海相地层仅分布在藏南和新疆叶城地区.藏南半深海-深海沉积沿江孜-萨嘎-郭雅拉-桑麦一线分布,其海水东浅西深,西部为活动型,反映新特提斯洋闭合的时间从东向西变新,地壳抬升首先开始于东侧.晚白垩世隆起区主要分布在研究区东北部,高原总体地貌格局为东北高,西南低.古新世—始新世出现了腾冲-班戈、库牙克-格尔木新的隆起带,西昆仑隆起带向东拓展,祁连隆起带加宽,松潘-甘孜隆起区范围向东有所萎缩.渐新世期间,冈底斯和喜马拉雅带掘起,昆仑-阿尔金-祁连的进一步隆起,造成了整个高原的周缘为山系、而腹地为盆的宏观地貌格局.中-上新世期间,冈底斯和喜马拉雅带、喀喇昆仑-西昆仑地区进一步较大幅度隆起;高原从渐新世及其以前的东高西低格局,经历了中新世—上新世全区的不均衡隆升和拗陷,最终在上新世末铸就了西高东低的地貌格局,青藏做为一个统一的高原发生了重大的地貌反转事件.青藏高原新生代的隆升过程以多阶段、不均匀、非等速为特征,具有强烈的时空差异性.