用演变热动力学分析镜质组反射率梯度与古地温梯度的关系
A Study on the Relationship between Vitrinite Reflectance Gradient and Paleotemperature Gradient Using Metamorphic Thermodynamics
DOI: 10.12677/OJNS.2024.121012, PDF,    科研立项经费支持
作者: 马青华, 张学梅, 李 东, 梁 磊：西安思源学院能源及化工大数据应用教学研究中心，陕西 西安；郝静远：西安思源学院能源及化工大数据应用教学研究中心，陕西 西安；西安交通大学化工学院，陕西 西安
关键词: 热动力学；古地温梯度；镜质体反射率梯度；埋深；Thermodynamics； Paleotemperature Gradient； Vitrinite Reflectance Gradient； Burial Depth
摘要: 文章将煤变质热动力学方程演变成有机质演化热动力学方程并用于准确描述古地温、镜质体反射率和岩层绝对年龄三者之间的关系。进而推导出用镜质组反射率梯度计算古地温梯度的数学方程，并用以求解埋深。对于古近系构造层，计算埋深与参考埋深的平均相对误差为8.28%，对于古生界构造层，计算埋深与参考埋深的平均相对误差为3.94%，均远大于计算温度时的平均相对误差。研究表明，要想更好地诠释不整合面上、下构造层中镜质体反射率随深度的“跳跃”无法耦合的情况，既要考虑不整合面地层的剥蚀(沉降)–反剥蚀(隆升)的影响，同时还得考虑古地温梯度变化的影响。
Abstract: The article evolves the thermal kinetics equation of coal metamorphism into the thermal kinetics equation of organic matter evolution and uses it to accurately describe the relationship between ancient geothermal temperature, vitrinite reflectance, and absolute age of rock layers. Furthermore, the mathematical equation for calculating the paleogeothermal gradient using the reflectance gradient of vitrinite is derived, and used to solve the burial depth. For the Paleogene tectonic layer, the average relative error between the calculated burial depth and the reference burial depth is 8.28%. For the Paleozoic tectonic layer, the average relative error between the calculated burial depth and the reference burial depth is 3.94%. All are far greater than the average relative error when calculating temperature. Research has shown that in order to better interpret the uncoupling of vitrinite reflectance with depth in the upper and lower structural layers of an unconformity, it is necessary to consider not only the effects of erosion (subsidence) - anti-erosion (uplift) of the unconformity layer, but also the effects of changes in paleogeothermal gradients.
文章引用：马青华, 张学梅, 李东, 梁磊, 郝静远. 用演变热动力学分析镜质组反射率梯度与古地温梯度的关系[J]. 自然科学, 2024, 12(1): 97-105. https://doi.org/10.12677/OJNS.2024.121012

参考文献

[1] Karweil, J. (1955) Die Metamorphose der Kohlen vom Standpunkt der physikalischen Chemie. Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft, 107, 132-139. [Google Scholar] [CrossRef] 
[2] Teichmuller, M. (1989) The Genesis of Coal from the Viewpoint of Coal Petrology. International Journal of Coal Geology, 12, 1-87. [Google Scholar] [CrossRef] 
[3] Hood, A., Gutjahr, C.C.M. and Heacock, R.H. (1975) Organic Metamorphism and the Generation of Petroleum. AAPG Bulletin, 59, 986-996. [Google Scholar] [CrossRef] 
[4] 冉启贵, 胡国艺, 陈发景. 镜质体反射率的热史反演[J]. 石油勘探与开发, 1998(6): 46-49.
[5] 蒋国豪, 胡瑞忠, 方维萱. 镜质体反射率(R0)推算古地温研究进展[J]. 地质地球化学, 2001(1): 40-45.
[6] 胡圣标, 汪集晠, 张容燕. 利用镜质体反射率数据估算地层剥蚀厚度[J]. 石油勘探与开发, 1999(4): 42-45.
[7] 佟彦明, 宋立军, 曾少军, 等. 利用镜质体反射率恢复地层剥蚀厚度的新方法[J]. 古地理学报, 2005, 7(3): 417-424.
[8] 刘东娜, 马美玲. 镜质组反射率在推算古地温和恢复地层剥蚀厚度方面的研究与进展[J]. 太原理工大学学报, 2014, 45(5): 643-648, 665.
[9] 金成林, 周晓峰, 乔诚, 等. 利用古地温标法恢复地层的剥蚀厚度[J]. 勘探开发, 2015(7): 219-220.
[10] 肖贤明, 刘祖发, 刘德汉, 等. 含油、气盆地成烃史恢复新方法: 地质地球化学剖面法[J]. 科学通报, 2000, 45(Z1): 2725-2730.
[11] Wood, D.A. (1988) Relationship between Thermal Maturity Indices Calculated Using Arrhenius Equation and Lopatin Method: Implications for Petroleum Exploration. AAPG Bulletin, 72, 115-134. [Google Scholar] [CrossRef] 
[12] 王玮, 周祖翼, 于鹏. 镜质体反射率与最高温度及其附近温度变化率的关系——几种镜质体反射率计算模型的比较[J]. 地球物理学报, 2005, 48(6): 1375-1383.
[13] 韩永辉. 一种新的古地温梯度计算方法——Yij校正系数法[J]. 地球科学, 1988(1): 109-115.
[14] 吴冲龙, 杨起, 刘刚, 等. 煤变质作用热动力学分析的原理与方法[J]. 煤炭学报, 1997, 22(3): 225-229.
[15] 杨起. 中国煤变质研究[J]. 地球科学, 1989, 14(4): 341-345.
[16] 杨起, 吴冲龙, 汤达祯, 康西栋, 刘大锰. 中国煤变质作用[J]. 地球科学, 1996, 21(3):79-87.
[17] 杨起. 中国煤的叠加变质作用[J]. 地学前缘, 1999, 6(Z1): 1-8.
[18] Dow, W.G. (1977) Kerogen Studies and Geological Interpretations. Journal of Geochemical Exploration, 7, 79-99. [Google Scholar] [CrossRef] 
[19] 张学梅, 李东, 马青华, 郝静远. 煤变质热动力学方程的初步评判[J]. 地球科学前沿, 2021, 11(6): 827-834. [Google Scholar] [CrossRef] 
[20] 张学梅, 李东, 马青华, 郝静远. 温度-时间-煤变质程度的定量计算[J]. 地球科学前沿, 2021, 11(7): 937-946. [Google Scholar] [CrossRef]