古热岩石圈厚度的确定方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地热学与地球物理技术领域，尤其涉及一种古热岩石圈厚度的确定方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 地球由浅到深可划分为地壳、地幔和地核三部分。岩石圈是指地球浅部相对于软 流圈而言坚硬的岩石圈层，为地震高波速带。岩石圈主要包括地壳的全部和上地幔的顶部， 由花岗质岩、玄武质岩和超基性岩组成。在地质专业领域，根据不同的物理化学性质或参 数，人们又赋予岩石圈不同的称谓和意义，如地震学岩石圈、化学岩石圈、热岩石圈等。
[0003] 本发明涉及到的热岩石圈是指软流圈上部以热传导方式进行热传递的岩石圈层。 如图1所示，热岩石圈与下伏软流圈具有不同的热传递方式，在热岩石圈内部以热传导为 主，而下伏软流圈以热对流为主。热岩石圈厚度（即热岩石圈底界）是很重要的一个地质 参数，指的是地球浅部一维热传导地温线与地幔绝热线相交的深度。研究表明，热岩石圈厚 度是随着地质历史的演化而不断变化的。目前，有学者提出了现今热岩石圈厚度的计算方 法，并成功地应用于我国华北地区。
[0004] 但是，目前关于古热岩石圈厚度及演化的相关研究还很少，对于古热岩石圈厚度 的恢复问题，目前尚未提出有效的解决方案。恢复古热岩石圈厚度及演化史不仅能正确认 识地球深部地温场变化规律，为区域地质勘探、地热田开发、火山及地震活动提供指导与预 测，而且可有效地揭示克拉通盆地岩石圈减薄与增厚过程，从而为研究地球动力学演化机 制开拓新思路。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种古热岩石圈厚度的确定方法及装置，以至解决现有技术中无法 确定古热岩石圈厚度及演化的问题。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种古热岩石圈厚度的确定方法，包括：获取研究 区中各构造层的岩石热导率和岩石生热率；利用地层回剥技术构建所述研究区在预设地质 时期的古构造层模型，并根据所述古构造层模型确定各构造层厚度；根据镜质体反射率实 测值，模拟获得所述研究区的各构造层的古地表热流值；根据所述古地表热流值、所述岩石 生热率和所述构造层厚度计算各构造层的顶界热流值；根据各构造层的所述顶界热流值、 所述构造层厚度、所述岩石热导率和所述岩石生热率，确定地球浅部一维热传导地温线；确 定所述地球浅部一维热传导地温线与地幔绝热线相交的深度，作为古热岩石圈的厚度。
[0007] 在一个实施例中，根据所述古构造层模型确定各构造层厚度，包括：根据所述古构 造层模型读取地层厚度；对于未经历过构造抬升剥蚀的地区，将读取的所述地层厚度作为 所述构造层厚度；对于经历过构造抬升剥蚀的地区，采用古地温梯度法计算剥蚀量，将所述 地层厚度与所述剥蚀量的和作为所述构造层厚度。
[0008] 在一个实施例中，采用古地温梯度法计算剥蚀量，包括：采用以下公式计算所述剥 蚀量：ΔΖ= (Tu-T(j)/(dT/dZ)，其中，ΔΖ表示剥蚀量，Tu表示不整合面处的古温度，T。表示 古地表温度，dT/dZ表示古地温拟合直线的斜率，即古地温梯度。
[0009] 在一个实施例中，根据镜质体反射率实测值，模拟获得所述研究区的各构造层的 古地表热流值，包括：构建所述研究区的钻孔沉积埋藏史；输入所述镜质体反射率实测值； 调试古地表热流，使得镜质体反射率模拟值与所述镜质体反射率实测值不断接近，当两者 最接近时，确定对应的古地表热流为该构造层的古地表热流值。
[0010] 在一个实施例中，根据所述古地表热流值、所述岩石生热率和所述构造层 厚度计算各构造层的顶界热流值，包括：采用以下公式计算构造层的顶界热流值： ^产=? _ΣΖμ44，其中，i表示构造层层数，見"表示第i构造层的顶界热流值，表示第i 构造层的古地表热流值，Zii表示第i-1构造层厚度，Aii表示第i-1构造层的岩石生热率。
[0011] 在一个实施例中，根据各构造层的所述顶界热流值、所述构造层厚度、所述岩石热 导率和所述岩石生热率，确定地球浅部一维热传导地温线，包括：采用以下公式计算所述地 球浅部一维热传导地温线：
[0012] Jf=:护(4xZ/)/(2xig，其中，i表示构造层层数，#表示第i 构造层顶界热流值，Zi表示第i构造层厚度，T产表示第i构造层上界面的温度，T，表示第i构造层下界面的温度，4表示第i构造层的岩石生热率，Ki表示第i构造层的岩石热导 率。
[0013] 在一个实施例中，确定所述地球浅部一维热传导地温线与地幔绝热线相交的深 度，作为古热岩石圈的厚度，包括：采用以下公式计算所述地幔绝热线：!"= 1300+0. 3Z，其 中，Z表示深度，1"表示深度Z处的温度；计算T，= 时对应的深度，作为所述古热岩石圈 的厚度。
[0014] 在一个实施例中，利用热导率自动测试仪测试得到所述岩石热导率。
[0015] 在一个实施例中，采用以下公式计算所述岩石生热率：
[0016]A1= 0· 01P(9. 52Cu+2. 56CTh+3. 48CK)，其中，Ai表示第i构造层的岩石生热率，P 表示岩石密度，Cu表示岩石中铀的含量，CTh表示岩石中钍的含量，C1(表示岩石中钾的含量。
[0017] 根据本发明的另一个方面，提供了一种古热岩石圈厚度的确定装置，包括：第一获 取单元，用于获取研究区中各构造层的岩石热导率和岩石生热率；构建单元，用于利用地层 回剥技术构建所述研究区在预设地质时期的古构造层模型；第一确定单元，用于根据所述 古构造层模型确定各构造层厚度；第二获取单元，用于根据镜质体反射率实测值，模拟获得 所述研究区的各构造层的古地表热流值；计算单元，用于根据所述古地表热流值、所述岩石 生热率和所述构造层厚度计算各构造层的顶界热流值；第二确定单元，用于根据各构造层 的所述顶界热流值、所述构造层厚度、所述岩石热导率和所述岩石生热率，确定地球浅部一 维热传导地温线；第三确定单元，用于确定所述地球浅部一维热传导地温线与地幔绝热线 相交的深度，作为古热岩石圈的厚度。
[0018] 通过本发明的古热岩石圈厚度的确定方法及装置，可以得到古地表热流和古地层 厚度，进而可以计算得到古热岩石圈的厚度，解决了现有技术中无法确定古热岩石圈厚度 及演化的问题。
【附图说明】
[0019] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
[0020] 图1是热岩石圈底界确定示意图；
[0021] 图2是本发明实施例的古热岩石圈厚度的确定方法的流程图；
[0022] 图3是本发明实施例的利用古温标方法恢复剥蚀量的示意图；
[0023]图4是本发明实施例的古热岩石圈厚度的确定装置的结构框图；
[0024] 图5A是本发明实施例的研究区沉积埋藏史示意图；
[0025] 图5B是本发明实施例的研究区的预测与实测Ro值拟合示意图；
[0026] 图5C是本发明实施例的研究区的地表热流演化史示意图；
[0027] 图6是本发明实施例的不同时期地层构造分层示意图；