热史模拟方法与技术

盆地的热演化史模拟有三种可供选择的方法：①返揭法；②镜质体反射率反演法；③地球动力学正演法。前两种属于反演方法，后一种属于正演方法。

1.镜质体反射率反演法

镜质体反射率Ro值是一种有效性较高、易于准确测定而又代价低廉的古温度计，目前已经广泛应用于煤级和岩层分散有机质成熟度的标定。

反演法是根据实测深度-Ro散点数据，拟合出深度-Ro曲线，然后利用Ro-TTI的关系曲线以及温度 TTI的关系，最后计算出热流值和温度。

在常规状况下，某一深度的地层中镜质体反射率（Ro）的大小主要受镜质体所在地层的埋藏史和地温的影响，当地层的埋藏史确定之后，Ro就唯一受地温的影响。如果仅考虑盆地内热传导这一最主要的传热方式，地温只取决于盆地热流密度及其沉积物的热导率；当已知沉积物热导率，则盆地热流密度即热流的变化唯一确定了盆地地温的变化。因此，可以根据古热流模型、古地温模型和Ro模型，利用实测的Ro数据反演求取盆地大地热流密度的变化；然后根据盆地热流密度的变化，求得盆地所经历的地温史。

2.动态返揭法

返揭法的基本流程是：首先分析大地构造背景，估计地幔热流，再根据经验公式求出盆地底面埋藏深度，然后由返揭法计算盆地基底热流以及盆地内部温度。将返揭法应用于三维多尺度角点网格数据模型，计算出盆地内部各点在各个历史时期的温度并进行动态显示。

盆地正常地热场的演化，实际上就是正常地热流在盆地中的传递和再分配。Blackwell （1971）提出热结构一词来表征大陆区壳幔热流的构成，汪集旸（1986）进一步认为，热结构还应包括壳内不同层的热流构成，同时还必须考虑地壳深部温度等重要参数。模拟采用的计算公式（李星，2009）为：

利用这一原理可知，盆地基地热流qb为：

式中，A下、A中、A底分别为下地壳、中地壳以及盆地变质基底的放射性生热率。H下、H中、H底分别为下地壳、中地壳以及盆地变质基底的厚度。qm为地幔热流值。

借鉴松辽盆地98个莫霍面深度（HM）资料，得到如下经验公式（吴冲龙等，1991）：

式中，HM为莫霍面埋藏深度；Hb为盆地底面埋藏深度，相当于沉积盖层总厚度。利用这个经验公式，代入该盆地各处各阶段的沉积盖层总厚度（需经压实矫正和剥蚀量恢复），便可以估算出各演化阶段的莫霍面埋深，并恢复其空间形态。

综上可知：

这样，通过盆地基地热流qb、盆地的物性参数及大地构造参数，利用一维稳态热传导方程，即可以确定盆地内各地层的热流及地下温度场。

3.差分法

差分法是基于构造演化分析而建立的一种盆地地热场模拟方法。这是一种正演模拟方法，可以模拟正常地热场和异常地热场的演化。系统采用非等间距差分算法，以解决盆地地热场模拟中的多尺度问题；通过交替算法、道格拉斯（Douglas）算法解决大线性方程组求解问题，以实现大数据量、真三维、非均质、非稳态、多尺度盆地地热场动态模拟。

所依据的三维热传导方程：

采用Douglas差分格式，其中在x、y、z三个不同方向的计算公式如下。

1）x方向

2）y方向

给定不同期的热流，解上述差分方程，可以获得不同时期的各层的热演化史。