准噶尔盆地热史恢复及其对早—中二叠世时期盆地构造属性的约束

大地热流是盆地动力学成因及构造演化过程的客观反映,不同时代、不同动力学背景形成的盆地,大地热流差异极大,因此盆地构造—热演化研究不仅能够揭示盆地不同演化阶段的地温场特点,而且能够有效地约束盆地在特定地质演化历史时期的动力学机制和构造属性。本文针对准噶尔盆地深层多期复杂热史的特点,在盆地现今地温场研究的基础上,采用镜质体反射率和裂变径迹等古温标,结合古地温梯度法和古热流法定量恢复了准噶尔盆地二叠纪以来的热历史,进而分析了早—中二叠世期间盆地构造属性。研究表明,准噶尔盆地从早二叠世开始呈现出热流持续降低的热流演化特征,二叠纪期间,盆地热流值很高,多数钻井的古热流在75~85m W/m~2之间,少数钻井揭示的古热流更高,超过了100mW/m~2;中—新生代,热流持续、逐渐降低,直至现今的42.5mW/m~2。早—中二叠世,盆地的最高热流地区在中央坳陷和南部坳陷。以早—中二叠世期间高古热流为切入点,结合区域地质、地球物理和地球化学等资料,论证了准噶尔盆地早—中二叠世期间的裂谷构造属性。这一认识不仅是重新认识准噶尔地区晚古生代碰撞造山和陆内盆山体制转换的基础,而且对于准噶尔盆地深层石炭系、二叠系烃源岩油气进一步勘探具有重要意义。     

云南大地热流及其大地构造意义

本文在云南大量钻孔地温测量和岩石熱导事测定基础上.得到基本上能覆盖全区,高质量的大地热流数据29个,在地形起伏较大的地区对测定热流值进行了地形校正,按地质特点分出:1)腾冲地洼区高热流区,平均值为93.6mW/m~2;2)滇西地洼区中热流区,平均值为59.2mW/m~2;3)川滇地洼系昆明地洼区高热流区,热流平均值为85.4mW/m~2;4)巴颜额拉地洼区丽江-洱源区,平均热流为80mW/m~2;5)滇东南地洼区低热流区.热流值变化在37-70mW/m~2.其中半数在50mw/m~2以下.总起来看云南地区平均热流值较高,热流数据离散度大,这与本区地质特点相一致.     

燕山中部大地热流及岩石圈热结构特征——以承德市七家- 茅荆坝地热田为例

燕山中部地区地热资源丰富,地热地质条件较好,但该地区大地热流测量工作较少,岩石圈热结构研究尚未开展,制约了该地区的地热地质研究与资源勘探开发。本文以该地区的七家-茅荆坝地热田为典型区,结合地温测井、取样测试、数据收集与分析,初步查明燕山中部大地热流特征及浅部-深部岩层热物性特征,填补了大地热流值测量空白区,在此基础上建立了研究区热结构概念模型,估算其深部地温分布。研究得出燕山中部大地热流值变化较大,平均约57 mW/m~2,与周边温泉水温存在较好的相关关系。其中七家-茅荆坝地热田大地热流值较高,为74.9 mW/m~2。通过深部地温分布计算得出七家—茅荆坝地区居里面埋深为21.5～22.8 km,莫霍面温度约815℃,分析结果与前人研究成果较为一致,验证了本文所建立岩石圈热结构模型的准确性。     

南海北部陆缘热流变化特征及其影响因素分析

热流调查和构造热演化数值模拟是油气地热研究不可或缺的重要内容。沉积盆地在其演化过程中往往叠加了特殊构造事件。通过热流调查和构造热演化数值计算可以更好地约束这些特殊过程,重建更为真实的构造热演化历史。该文通过对南海北部琼东南盆地和珠江口盆地中段热流变化特征分析和构造热演化数值模拟,探讨了影响其热流变化的主要因素。结果表明,琼东南盆地可分3个热流分区:北部陆架与上陆坡区(50~70mW/m~2)、中央坳陷带深水区(70~85mW/m~2)和盆地东部深水区高热流带(85mW/m~2);珠江口盆地中段从陆架往海盆方向热流呈阶梯式抬高,西江凹陷平均热流为55mW/m~2,番禺低隆起为58mW/m~2,白云凹陷为70mW/m~2,下陆坡区为85mW/m~2;陆坡区高热流不仅与岩石圈强烈减薄相关,而且还受到岩石圈破裂时引起的深部热物质上涌的影响,后者对现今陆坡区还有约20mW/m~2的热流贡献;琼东南盆地东部高热流值则主要受到晚中新世以来的岩体侵位热事件的影响,岩体侵入热事件对现今热流值贡献可达10~25mW/m~2。分析表明,在南海深水盆地开展构造热演化数值计算时,需要考虑沉积过程、海底扩张以及岩浆活动等影响因素。     

青海省贵德盆地大地热流研究

贵德盆地位于青藏高原东北缘,地热资源丰富,勘查发现其西部山区的扎仓寺热田赋存可供发电的干热岩地热能,但是整个盆地内的大地热流研究仍为空白,制约该区域地热资源的研究评价及开发利用。采集扎仓寺热田16块岩心样品进行了热导率测试,通过温度的校正,获得了扎仓寺热田的原地热导率值。利用钻孔(ZR1)的测温资料和热导率数据,根据热传导定理采用2种方法分别计算传导层段及有对流影响层段的热流值,获得厚度加权平均热流值为79.5mW/m2,高于全球大陆地区平均热流值[(65±1.6)mW/m2]和中国大陆地区平均热流值[(61±15.5)mW/m2],为高热流值,反映了该区域新生代构造活动较为强烈。本研究工作为继续探索该热田的形成演化和地球动力学过程及地热资源评价提供了地热参数。     

南海北康盆地热流分布特征及其构造控制因素探讨

热流是天然气水合物储量估算和油气资源评价的基础数据。南海实测热流数据虽然多,但分布不均。为深入认识北康盆地的热流特征,本文首先利用北康盆地获得的实测热流数据和前人研究成果,绘制了北康盆地热流分布图;根据热流和地温梯度变化特征,重点讨论了北康盆地热流异常区的成因机制,并根据区域地质构造背景,对北康盆地热流分布主要的控制因素进行了简要分析。数据统计结果表明:北康盆地热流变化范围为43.0~115.0mW/m~2,平均为76.8±21.7 mW/m~2;地温梯度变化范围为49.0~133.1℃/km,平均地温梯度为82.2±22.4℃/km。热流整体偏高,具有西高东低,南部高、东南部热流最低的热流特征,且在盆地西北部具有明显的热流异常。分析认为:(1)热流异常区中B区是由于海底高导层埋深影响,A区和C区是由海底流体渗漏区的地下水循环导致热流异常,推测A区为补给区,C区为排泄区;(2)北康盆地热流分布明显受构造作用的控制。西北部及南部受廷贾断裂控制,而东南部为古俯冲带及古洋陆过渡带,西高东低的热流分布特征还与盆地经历的3次快速沉降作用有关,但北康盆地拉张的构造背景引起整体热流值偏高。这对北康盆地油气和天然气水合物的研究均有重要意义。     

贝加尔裂谷构造发育的主控因素探讨：来自物理模拟的启示

贝加尔裂谷位于全球最大的大陆板块中心，远离任何活跃板块边界，却是地球上现今构造活动最为活跃和复杂的地区之一，其形成演化的主控因素是地球科学界广泛讨论的问题之一并一直存在争议。文章通过物理实验模拟手段，研究了裂谷区在局部拉张背景下，岩石圈形变过程。贝加尔裂谷区位于较强的西伯利亚克拉通与较弱的萨彦—贝加尔造山带结合部位。克拉通一侧下地壳强度大，壳幔机械耦合程度高，实验结果显示，当区域遭受局部拉张时，应力易在克拉通一侧聚集，最先于克拉通与造山带薄弱缝合处的靠近克拉通边缘一侧发育深大断裂。随着岩石圈不断伸展，应力向造山带一侧传递，断裂也随之向造山带一侧发生迁移，呈现雁列式排列。古老克拉通相比于年轻造山带下地壳流变性质差异，决定了贝加尔裂谷窄且深凹陷的发育特征及发育结构的不对称性。     

辽河盆地东部凹陷热历史及构造—热演化特征

根据辽河盆地东部凹陷大地热流测量和镜质体反射率数据,恢复了该区的热历史,结果表明:东部凹陷热流呈现古热流高现今热流低的变化特征,沙河街组三段沉积期到东营组沉积期(距今43～25Ma)盆地热流为66～82mWm²,现今热流值为47～70mWm²。构造沉降史分析显示,盆地经历了早期的裂谷阶段(距今43～25Ma)和后期的热沉降阶段,裂谷阶段包含了两个裂谷亚旋回。盆地现今较低的大地热流和较高的古热流及典型的裂谷型构造沉降样式为东部凹陷的构造—热演化提供了重要认识。     

江汉盆地钻井地温测量和大地热流分布

盆地的稳态温度是分析地温场和大地热流的基础,是盆地构造热演化的必要前提。本文根据最新获得的9口钻井的稳态温度数据和124块岩石热导率,结合已有资料对江汉盆地地温梯度和大地热流进行了系统分析。结果显示江汉盆地热流41.9～60.9 mW/m~2,平均52.3mW/m~2,盆地总体表现为较低的大地热流,反映了中新生代以来构造活动逐渐减弱,盆地不断冷却的结果;从盆地内热流分布看,热流分布南高北低,反映了江汉盆地构造活动的不均一性。     

利用磷灰石裂变径迹研究塔里木盆地中部地区的热历史

利用磷灰石裂变径迹反演计算了塔里木中部地区3口井志留纪以来的热历史。研究认为,塔中地区志留纪以来的大地热流变化不大,为56～62mW/m²。志留纪、泥盆纪大地热流较低,约为58mW/m²;石炭纪大地热流略有增高,二叠纪时大地热流可能达到62mW/m²;中生代期间,大地热流逐渐降低,中生代末约为57mW/m²;新生代期间,大地热流略有增高,现今大地热流约为60mW/m²。塔中地区的热历史与其构造演化史密切相关。     

准噶尔盆地南缘下组合现今温压场特征及其控制因素

准噶尔盆地南缘下组合储层是近年来油气勘探的热点,目前南缘下组合储层多处于高温高压条件,但是温压发育特征及成因机理尚不明确。本文基于大量油田钻井实测温度和压力数据,对该区现今地温梯度及温度、压力分布特征进行了系统研究,探讨了温压场分布的控制因素。研究表明,准噶尔盆地南缘地区现今地温梯度普遍在13.2℃/km~23.7℃/km之间,平均为18.2℃/km,地温梯度高值分布于齐古断褶带中部和阜康断裂带西部。大地热流介于26.4 mW/m²~46.0 mW/m2,平均值为36.1 mW/m²,属于准噶尔盆地内地温梯度及热流较低的地区,这主要受到盆地基底格局的控制。南缘西段卡因迪克地区压力系数以常压为主,位于四棵树凹陷的高探1井、独山1井和西湖1井下组合地层在6000 m左右开始发育强超压。南缘东段下组合层系均发育弱超压或强超压,自西向东压力系数逐渐增高。根据声波时差—有效应力关系反映南缘地区下组合地层除不均衡压实作用外,还存在横向构造挤压及有机质生烃的超压机制,喜马拉雅期较强的横向构造挤压是盆地南缘下组合发育异常高压的重要因素之一,有机质生烃是西山窑组—三工河组超压层形成的主要原因。     

Absence of a regional surface thermal high in the Baikal rift; new insights from detailed contouring of heat flow anomalies

Heat flow in active tectonic zones as the Baikal rift is a crucial parameter for evaluating deep anomalous structures and lithosphere evolution. Based on the interpretation of the existing datasets, the Baikal rift has been characterized in the past by either high heat flow, or moderately elevated heat flow, or even lacking a surface heat flow anomaly. We made an attempt to better constrain the geothermal picture by a detailed offshore contouring survey of known anomalies, and to estimate the importance of observed heat flow anomalies within the regional surface heat output. A total of about 200 new and close-spaced heat flow measurements were obtained in several selected study areas in the North Baikal Basin. With an outrigged and a violin-bow designed thermoprobe of 2–3-m length, both the sediment temperature and thermal conductivity were measured. The new data show at all investigated sites that the large heat flow highs are limited to local heat flow anomalies. The maximum measured heat flow reaches values of 300–35000 mW/m², but the extent of the anomalies is not larger than 2 to 4 km in diameter. Aside of these local anomalies, heat flow variations are restricted to near background values of 50–70 mW/m², except in the uplifted Academician zone. The extent of the local anomalies excludes a conductive source, and therefore heat transport by fluids must be considered. In a conceptual model where all bottom floor heat flow anomalies are the result of upflowing fluids along a conduit, an extra heat output of 20 MW (including advection) is estimated for all known anomalies in the North Baikal Basin. Relative to a basal heat flow of 55–65 mW/m², these estimations suggest an extra heat output in the northern Lake Baikal of only 5%, corresponding to a regional heat flow increase of 3 mW/m². The source of this heat can be fully attributed to a regional heat redistribution by topographically driven ground water flow. Thus, the surface heat flow is not expected to bear a signal of deeper lithospheric thermal anomalies that can be separated from heat flow typical for orogenically altered crust (40–70 mW/m²). The new insights on the geothermal signature in the Baikal rift once more show that continental rifting is not by default characterized by high heat flow.     

Apatite in the mantle: implications for metasomatic processes and high heat production in Phanerozoic mantle

The abundance of apatite in Phanerozoic mantle may be greatly underestimated. This study shows that apatite has a widespread occurrence in Phanerozoic lithospheric mantle and can be divided into two geochemically distinct types using halogen content, presence or absence of structural CO₂, Sr and trace element (especially U, Th, and light rare earth) ratios and abundances, and association with either metasomatised mantle wall-rock peridotites (Apatite A) or high-pressure magmatic crystallisation products (Apatite B). Apatite A is inferred to result from metasomatism by CO₂- and H₂O-rich fluids derived from a primitive mantle source region, while Apatite B compositions are consistent with crystallisation from magmas within the carbonate–silicate compositional spectrum.

The presence of significant apatite in the lithospheric mantle is important not only for the geochemical budget but also for assessing heat production and heat flow in the mantle. The measured U and Th contents of mantle apatite average 60 and 200 ppm, respectively and 0.5% apatite would dominate heat production. Metasomatised mantle may also contain amphibole and mica with K₂O and clinopyroxene with detectable U and Th. In lithospheric mantle with a thickness of 70 km, this abundance of apatite would result in mantle heat flow contribution of about 12 mW/m², a significant proportion of the total “normal” mantle heat flow of about 18 mW/m².     

广东惠州石坝—黄沙洞地区岩石放射性生热率特征研究

岩石的放射性生热是地热资源的重要热源之一,为研究广东惠州石坝—黄沙洞地区岩石放射性生热率特征,本文系统采集了石坝—黄沙洞地区不同岩性的样品,测定其密度及产热元素含量,对花岗岩样品进行锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年。结果表明：研究区内不同岩性中花岗岩的放射性生热率最高（均值5.81 µW/m³）,但是变化范围较大（2.83 µW/m³～9.07 µW/m³）;U、Th对生热率的贡献基本相等,K的贡献一般低于10%,部分沉积地层样品可达20%;花岗岩的生热率与时间关系密切,在～150 Ma具有明显峰值。初步结论认为：研究区内岩性对岩石生热率具有显著影响,花岗岩的生热率最高;花岗岩的生热率受岩体形成时的区域岩浆事件影响,在～150 Ma形成的花岗岩具有最高的生热率,有利于干热岩的勘查开发。     

Heat transport by groundwater flow during the Baikal rift evolution

A two-dimensional modelling study of sedimentation, fluid flow, and heat flow in the Baikal rift basin undergoing flank uplift and basin subsidence has been performed in order to understand the impact of these processes on the surface heat flow signal. Heat flow anomalies of different scales and magnitudes have been observed at the sediment surface of the lake Baikal basin, and the presence of a hydrothermal vent suggests that fluids play an important role in the regional distribution of heat flow. The BASIN-code applied for this study allows to simulate topographically and compaction-driven hydrodynamical fluid flow and coupled heat transfer.The flank uplift history provides the basis for a regional groundwater circulation towards the central basin area, with predicted Darcy velocities at present-day situation in the basement varying between 1 and 100 cm/year. Within the basin, the presence of aquifers and the pinch-out layering has a major control on the flow field, and compaction-driven flow velocities are strongly altered when combined with topography-driven flow. When velocities in the basement are larger than several centimeters per year, the regional fluid circulation is an effective mechanism of heat redistribution. Heat is brought from the flanks towards the basin area, with largest heat transported at a depth of 1–2 km at both sides. During the flank uplift, heat advection increases, with secondary variation related to the deposition of sedimentary layers. The heat flow is increased over the basin and reduced in the flanks, with a total heat output balance always positive. The extra heat output over the modelled transection is 2–10% of the initial heat output. The maximum computed heat fluxes are smaller than measured in the heat flow anomalies of the lake Baikal basin. Nevertheless, the model suggests that flow in the sedimentary basin combined with a topographically driven heat advection in the surrounding basement is a sufficient mechanism to account for the increased heat flow over the basin and the main features of the heat flow distribution.     

长江下游区域地温场特征及其能源意义

区域地热特征及深部温度估算对于油气勘探和地热能资源评价和开发利用具有重要意义,长江下游地区是我国东部经济社会高度发达的地区,其能源需求大,区域热状态研究能为该区地热资源评价提供关键约束。通过整合长江下游地区已有的温度数据和实测岩石物性参数,勾勒出该区的现今地温场特征,并进一步估算其1 000~5 000 m埋深处的地层温度。研究表明,长江下游地区现今地温梯度为16~41 ℃/km,且以18~25 ℃/km居多,苏北盆地区呈现高地温梯度。大地热流值为48~80 mW/m²,其均值为60 mW/m²,表现为中等的地热状态,有利于油气和地热能形成。此外,长江下游地区深部地温估算表明,1 000 m埋深处的温度范围为30~54 ℃,2 000 m时温度范围为50~95 ℃,3 000 m时温度范围为65~130 ℃,4 000 m时温度范围为80~170 ℃,5 000 m时温度范围为100~210 ℃。区域深部地温的展布趋势呈NE向,高温区域集中在安徽南部和江苏东北部。结合60 ℃和120 ℃等温线的埋深分布及区域地质、地球化学和地热特征,初步探讨了该区油气与地热资源的有利区带及其相应的开发利用类型。     

中上扬子区奉节-观音垱剖面深部温度场及热结构特征

在大地热流密度分布的基础上,本文基于二维稳态热传导方程,根据研究区热导率、生热率等热物理性质参数,对横穿川东北地区、秭归盆地、黄陵穹窿和江汉盆地等几个构造单元的奉节（FJ）-观音垱（GYD）地学剖面进行了温度场数值模拟研究,获得了其深部热结构认识。模拟结果显示,地幔热流自西向东逐渐升高,变化范围约为25.3～34.7 mW/m²。莫霍面温度大约在380 ℃～450 ℃之间变化。热岩石圈厚度自西向东先稍微增厚,后逐渐变薄,变化范围约为115～171 km。江汉盆地中新生代的伸展作用使其地幔热流稍有升高,“热”岩石圈厚度相对较薄（约116 km）,而川东北地区则受到早期的挤压和晚期的抬升剥蚀作用,地幔热流相对较低,其深部“热”岩石圈厚度也相对较厚（约168 km）。     

北京延庆地区南湾道豁子沟泥石流发育特征

以北京市延庆地区南湾道豁子泥石流沟为研究对象,通过野外泥石流沟精细调查及历史资料统计,详细了解该泥石流发育特征和形成条件,针对流域内松散堆积物补给条件进行重点分析;综合研究该泥石流的动力学特征,进行泥石流危险区预测评价,提出相应的防治措施建议。研究结果表明:该泥石流沟内松散堆积物动储量为18.47×10⁴ m³,分为冲洪积、残坡积、人工堆积和崩滑塌等4种补给来源,其中冲洪积和残坡积所占比重最大;泥石流发展阶段处于衰退期;经动力学分析,洪峰流量值在10年一遇的降雨条件下为52.53 m³/s,20年一遇的降雨条件下为59.25 m³/s,50年一遇的降雨条件下为68.13 m³/s,100年一遇的降雨条件下为74.85 m³/s,对应的一次固体冲出总量分别为0.77×10⁴ m³、0.87×10⁴ m³、1.00×10⁴ m³和1.10×10⁴ m³;属于中型泥石流,最大危险区面积为0.238 3 km²。通过评价分析,该泥石流沟仍存在爆发中型泥石流的可能性,将对下游南湾村以及千沙公路行车和行人的生命财产安全造成威胁。研究成果可为延庆地区该类泥石流单沟预警模型研究和灾害防治提供科学依据。     

金沙江上游特米古滑坡堰塞湖成因与演化

金沙江上游巴塘—中咱河段位于青藏高原东南缘,该河段两岸岸坡发育众多的大型古滑坡,且部分古滑坡曾堵塞金沙江形成了堰塞湖,特米大型古滑坡堰塞湖是其中之一。关于特米古滑坡堰塞湖的形成与演化过程目前尚未见有过详细的报道。本文在野外调查的基础上,结合遥感影像解译和年代学测试,对特米古滑坡堰塞湖的地貌和沉积特征进行了详细研究,并对其形成与演化过程进行了分析。研究结果表明,特米古滑坡堰塞湖很可能是由该地区的古地震活动触发大型滑坡并堵塞金沙江形成的,最大湖面面积约为1.42×10⁷ m²,库容蓄水量约为1.46×10⁹ m³。该古堰塞湖的形成时间约为1.8 ka BP,其溃决消亡的时间约为1.4 ka BP,溃决洪峰流量约为55 858 m³/s,该滑坡堰塞湖持续稳定了约400年的时间。     

鲁北平原地下咸水浅层地热能开发利用条件研究

为了解决鲁北平原区农村冬季清洁供暖问题,扩大地下水地源热泵系统的应用规模,以区内广泛发育的咸水体为研究目标,在简述第四纪地层特征的基础上,阐明了第四纪含水砂层与咸水体的分布特征,总结了区内以往开展的4个浅层地热能勘查项目所施工的水文地质勘探孔抽水试验与回灌试验成果。结果表明: 研究区咸水含水层单井涌水量320~475 m³/d,单位涌水量12.76~28.3 m³/(d·m),自然回灌条件下单井回灌量30~56 m³/d,单位回灌量5.85~17.5 m³/(d·m); 单眼开采井可供暖面积为3 481.02 m²,可满足约35户农村住宅的冬季供暖需求; 研究区在进行浅层地热能开发时建议优先选择地下水地源热泵系统,对于供暖/制冷能耗需求较小的农村单户建筑,可选择地埋管地源热泵系统进行分散式供暖/制冷。