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研究方向

地热学

论文题目

白音查干凹陷岩石圈热结构及电性结构综合研究

中文摘要

白音查干凹陷位于二连盆地西部，是一个中生代含油气盆地，地处中亚造山带东段，介于华北克拉通和西伯利亚克拉通之间，记录保存了丰富的大陆构造演化信息。中、新生代以来，二连盆地东部经历了大规模的岩石圈构造运动和板内岩浆活动，在锡林郭勒盟发育一系列第四纪火山群，其深部很可能存在隐伏的构造热活动异常，但是学者们通过区内零星大地热流点数据判定二连盆地现今的热背景是个“冷盆”，显然是不可靠的，无疑与其火山活动所反映的构造特征是相悖的。

本文以地热学和地电学理论作为研究的学术思路，对白音查干凹陷钻孔编号为Xi24、Xi30和Xi3-76等3口钻孔进行了稳态系统测温工作，测量长度共计5050 m，测定主要沉积地层的岩石热导率样品41块和放射性生热率测试样品21块，并在测温处完成大地电磁测深数据点2个。结合研究区内的大地热流、地温场和电性分布特征，对现今岩石圈构造特征进行了综合分析和解释，同时把温度和电导率两个代表不同岩石物性特征的参数关联起来，探讨了二者在区域构造特征方面的内在关系，为后续油气、固体矿产资源以及干热岩地热资源靶区选定提供约束。具体研究成果如下：

1. 基于连续稳态的钻孔测温数据，得到白音查干凹陷现今地温梯度范围是36.6-45.4 ℃ km^-1，平均地温梯度是40.4 ℃ km^-1。研究区内主要沉积地层赛汉塔拉组、都红木组、腾格尔组和阿尔善组的地层热导率分别是1.15 W m^-1 K^-1、2.13   W m^-1 K^-1、1.99 W m^-1 K^-1和 2.17   W m^-1 K^-1；其放射性生热率范围是0.52-7.86 μW m^-3，平均生热率是2.92   μW m^-3。研究区内浅部地温数据受到气候变暖且浅部受地下水下降流作用的双重作用，随后在删除了受气候影响和地下水流作用的地温剖面数据后，对地温剖面数据分段进行线性回归分析得到早白垩世都红木组和腾格尔组的地温梯度范围在40.4-42.1 ℃ km^-1，计算得到研究区内的大地热流范围是80.8-89.7   mW m^-2，平均值84.9 ± 3.4 mW m^-2，明显高于我国大陆地区的大地热流平均值60.4 ± 12.3 mW   m^-2。Xi3-76钻孔在都红木组砂岩段的Pe数是0.16，垂向热传递主要是受传导控制，研究区底部的背景大地热流是84.8 mW m^-2，与实测结果是一致的。本文首次在白音查干凹陷公布高精度的大地热流数据，为研究二连盆地西部的构造热背景提供了新的约束条件。

2. 鉴于研究区处于高热流背景的特征，本文首次提出构建引入岩浆侵入体的二维岩石圈概念模型，对研究区开展二维数值热模拟研究。假定岩浆侵入体的生热率值分别为5、10、15、20和25   μW m^-3，计算了侵入体埋深在20 km、30   km、40 km、50 km和60   km的地表热流响应，结合研究区周边的地质、地球物理以及岩石地球化学等方面的现有成果，拾取符合现今地质背景的岩石圈热结构模型分别是侵入体在40 km和50   km。研究表明，研究区内的壳幔热流配分比例是1.1-1.6，地幔热流贡献是33.9-42.1 mW m^-2，地表热流贡献是86.5-88.3 mW m^-2，莫霍面温度范围是882-909 ℃，热岩石圈厚度在74-96 km，平均厚度约85 km，岩石圈上地幔较稳定的克拉通地块发生强烈减薄，厚度约43 km。研究认为岩石圈减薄的动力学机制很可能是来自深部地幔的热对流作用。

3. 基于岩石圈热结构模型，利用实验室获得的电导岩石学研究成果，获取了白音查干凹陷岩石圈层的电导率-深度剖面，以此指导大地电磁测深的反演解释。岩石圈热结构和电性结构综合分析：1）上地壳（5-18   km），温度范围在180-463 ℃，电导率在10^-4-10^-2   S m^-1，且电导率随深度增大呈下降趋势，明显高于估算的电导率10^-9-10^-5   S m^-1，推断是上地壳内的杂质导电导致电导率升高；2）中下地壳（18-42 km），温度范围在463-909 ℃，电导率在10^-4-10^-2   S m^-1，与估算结果一致，其中片麻岩在608 ℃处发生脱水电导率急剧上升可能是二连盆地中下地壳内广泛发育高导异常的主要原因；3）岩石圈上地幔-软流圈（42 km-100 km），温度范围在909-1300 ℃，电导率在10^-2-0.1 S m^-1，与估算结果一致，推断是硫化物（矿物）或者是部分熔融（<2%）亦或是含水（0.01wt%-1wt%）的硅酸盐熔体引起的高导异常。此外，文中归纳了大地电磁测深法在国内外几大火山区的应用进展，并利用上地幔电导率与温度的关系以及岩石圈内硅酸盐熔体不同含水量引起的电导率随温度的变化关系，初步估算了长白山天池和阿尔山火山区的莫霍面以下的温度以及长白山天池火山区的高温岩浆房温度。

答

辩

安

排

答辩时间

       2020年     03月     20日   上午√     9:00开始

答辩地点

视频答辩

答辩秘书

陈美娟

手机号码

工作单位

西安交通大学

答辩评委

评委人数

姓名

职称/是否博导

工作单位

1

顾兆林

教授      是

西安交通大学

答辩主席

2

李旭祥

教授      是

西安交通大学

3

钱会

教授      是

长安大学

4

孙有斌

教授      是

中国科学院地球环境研究所

5

左银辉

教授      是

成都理工大学

6

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7

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