大陆裂谷盆地演化的流体驱动力动态研究

摘要

本项研究是应用连续压实作用、变密度地下水流动和热传导/对流交换等的二维有限元模型,定量反映大陆裂谷初始断陷和挠曲坳陷阶段的流体动力学。分析过程中为了确定地质上相关的盆地沉降和基底热流的边界条件,也结合了两个阶段裂谷下岩石圈热演化的伸展/冷却地球动力模型。在确定盆地演化期主要的流体驱动力(压实、密度和地形)方面,通过该模型获得的动态研究能反映渗透性和地下水位结构的控制作用。动态分析中考虑了许多代表性拉张地区的水文状态和岩石性质。假定裂谷盆地的沉降和基底热流能用地球动力模型表示,则在盆地演化期大陆裂谷内形成两个独立的地下水流动系统。裂陷初始(伸展)阶段,沉降受断块运动控制,在渗透性冲积扇沉积内形成地形驱动的地下水流动系统。位于盆地中心的低渗透性湖相沉积以压实驱动的地下水流动为主。在这里,由于两种环境间存在着相对较大的渗透性差,压实的湖相沉积使孔隙流体横向上从盆地中心集中流向冲积扇沉积。由传导热交换形成的热异常局限在盆地格架断层附近的冲积扇相带内。在盆地演化的热冷却(挠曲)阶段,横向上沉积了广泛的超覆相层系。在渗透性冲积扇沉积内以密度驱动的地下水流动为主,而在湖相和超覆相层系内继承了压实驱动的流体流动。超覆相层系内发育的渗透性含水层,引起流体远距离输导到盆地边缘。在盆地演化的两个阶段,湖相和冲积扇沉积之间地下水流速分别在10^(-5)～10^(-1)m/a之间变化。在某些大陆裂谷系,如安哥拉白垩纪裂谷盆地,冲积扇沉积内所观察到的矿化作用支持了本项研究的一些发现。