岩石热导率校正对大地热流计算值的影响——以渤海湾盆地冀中坳陷为例

岩石热导率是计算大地热流的基础热物性参数,热导率的选取和校正是正确评估热流的基础。当前在冀中坳陷乃至渤海湾盆地的大地热流计算中,多以受季节性气温变化和地下水活动等因素影响较小的古近系和新近系砂泥质岩层作为大地热流的计算层位,岩石热导率也多参考区域内已有定值,而忽略了热导率对水饱和度、温度和压力的依赖性。笔者等从岩石热导率的温压校正和饱水校正角度出发,计算并比较了不同校正方法对热流值的影响。主要认识如下：(1)岩石热导率作为1个受多因素综合影响的热物性参数,其大小与岩性和矿物组分密切相关,同时通常与孔隙率呈负相关,而与密度呈正相关;(2)热导率高温实验结果显示,冀中坳陷砂岩样品热导率总体上随温度的升高而降低,在30～130℃的温度区间热导率降低了6.8%～11.3%,热导率下降率具有随热导率的降低而减小的趋势;由于砂岩和泥岩具有相对较浅的埋深和较低的原位温压条件,温压对热导率的正负效应可以在一定程度上相互抵消,对于热导率小于2 W/(m·K)的样品,温压对其的影响较小。(3)饱水校正后的冀中坳陷JZ03井和JZ04井古近系—新近系砂泥岩热导率的平均偏差分别高达43.0%、47.5%;(4...     

二连盆地白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷岩石热导率测试与分析

岩石热导率是地热理论和应用研究中十分重要的参数,对于地热资源评估、大地热流分析、深部热状态及岩石圈热结构等相关研究提供了基础数据支撑。本文从二连盆地白音查干凹陷和乌利亚斯太凹陷采集了98块基本覆盖白垩系各地层的钻井岩芯样品,在实验室条件下对它们进行了岩石热导率测试,并收集了前人对31个样品的测试结果,进而结合孔隙度、钻孔实测温度和深度数据,对实验室条件下的测试数据进行了饱水校正和温压校正。测试样品包括泥岩、砂岩、砾岩、片岩和玄武岩,孔隙度在2%~20%之间,采样深度在117.8~3159.5m范围内,对应的温度和压力范围分别为13.5~118.6℃、2.89~77.41MPa。实测结果表明5种不同岩性岩石样品的热导率变化范围为0.89~4.91W/(m·K)。经过饱水和温压校正后,泥岩、砂岩、砾岩、页岩和玄武岩的平均热导率分别为2.08±0.36W/(m·K)、2.28±0.50W/(m·K)、2.53±0.44W/(m·K)、4.16±0.76W/(m·K)、1.33±0.09W/(m·K)。5种岩性中片岩平均热导率值最大,玄武岩平均热导率值最小,沉积岩介于两者之间,总体上具有随深度增大而增加的趋势。饱水、温度和压力校正后的热导率比干样热导率高。结合研究区内各个地层砂岩和泥岩所占比计算得到白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷白垩系地层热导率分别为2.00W/(m·K)和2.17W/(m·K)。结合钻孔测温数据,计算得到二连盆地大地热流值介于74~85mW/m^2,明显高于中国大陆地区平均热流值61.5mW/m^2。本文的研究成果对二连盆地以及华北北缘的地热资源,深部热状态和岩石圈结构都有意义。     

河间潜山地热资源开发方案数值模拟

古潜山地热资源具备岩溶孔隙发育程度高、热储面积厚度大、地热水储量大的优点。冀中坳陷内古潜山分布密集且地热资源丰富, 河间潜山位于冀中坳陷饶阳凹陷中东部, 具有良好的地热地质条件, 开发潜力巨大。本文基于河间潜山及其周缘地区测井资料、岩石热物性并进行了计算, 发现其地温梯度为29.8 ℃/km到44.5 ℃/km之间, 平均值为40.7 ℃/km。大地热流值介于64.8~80.6 mW/m2之间, 平均值为 73.4 mW/m2。通过水热耦合模拟方法模拟选定的地热资源有利区的温度变化, 结果发现河间潜山合理的开采井距为800 m, 合理开采量为60 L/s, 回灌温度为35 ℃, 总可开采量为6.32×1016 J, 单年可开采量为 6.32×1014 J, 可供暖面积为1.22×106 m2, 对于冀中坳陷潜山地热资源的开发利用具有一定的指导意义。     

淮北煤田现今地温场特征及大地热流分布

淮北煤田的高温热害问题愈发突出,但目前对该区系统的地温场特征及大地热流分布研究非常稀少.在系统分析淮北煤田大量地面钻孔井温测井数据和井下巷道围岩温度测试数据的基础上,结合72块岩石样品的热导率测试结果,全面阐述了该区现今地温梯度和大地热流的分布特征.研究表明:淮北煤田现今地温梯度众值介于1.80~2.80 ℃/100 m之间,平均地温梯度为2.42 ℃/100 m;大地热流值变化范围为39.52~74.12 mW/m2,平均热流值为55.72 mW/m2,地温梯度和热流值均低于同处华北板块的其他盆地以及南部的淮南煤田;大地热流受地温梯度控制明显,两者分布较为相似,整体表现为南高北低、西高东低的特点.结果表明,区内现今地温场和热流分布主要受区域地质背景和区内构造格局的控制.      

柴达木盆地英东地区大地热流及影响因素

英雄岭构造带是柴达木盆地油气最为富集的地区之一,地温场对油气成藏过程有重要影响,也是油田开发工程实施的重要参考.利用试油静温数据,结合激光扫描法开展岩心热导率及放射性生热测试,对研究区地温场进行了研究.英东地区地温梯度为31.8～35.3℃/km,平均为33.6℃/km,新近系热导率为1.8～2.4W/m/K,平均为2.07W/m/K,大地热流值为65～74mW/m²,平均为69mW/m².热流呈“西高东低”特征,昆北、南翼山及一里坪等地热流值超过65mW/m²,而阿尔金山前、冷湖构造带及涩北等地较低,咸水泉和冷湖等地普遍低于50mW/m².新近系实测平均生热率为2.84μW/m³,对热流的贡献约20%.研究区具有“热壳温幔”特征,其影响因素包括地壳放射性生热、蚀源区高U中酸性侵入岩、印度板块汇聚引起的构造热及热岩石圈厚度较薄等.     

福建省西部大地热流值

根据福建省西部53个钻孔的实测地温数据和300多块岩石样品的实测热导率数据,计算了29个大地热流值,说明福建西部热流的平均值为74mW/m²,相当于中新生代活动区的热流值。     

基于居里面深度对中国东北部大地热流的研究

大地热流值是表征地球热状态的重要参数,也是进行深部地温预测和评价一个地区地热资源的最基本数据。受钻孔测温的影响,盆地外的无钻孔测温地区缺少实测的大地热流值。目前的热流分布图都是依据相邻盆地的实测值进行插值绘制的,无钻孔区热流值可信度较低。由于岩石居里点与温度密切相关,可以通过居里面深度来研究地表热流值。本文依据东北地区现有的居里面深度分布图,结合实测的岩石热导率、岩石生热率数据和相应的地壳分层状况,计算了东北地区的大地热流值,重新绘制了中国东北地区精细的大地热流分布图。东北地区整体大地热流处于42.5~95 mW/m 2 之间,热流高值位于五大连池及敦化 密山断裂带海龙—牡丹江一带,松辽盆地内部、小兴安岭和长春 延吉缝合带也有局部的高热流值。热流高值与居里面隆起区域有较高的一致性,即居里面隆起处热流较高,而坳陷区热流较低。本次研究填补了中国东部地区热流实测值空白,为该区深部地温预测和地热资源评价提供了更加准确的参数。     

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。     

雄安新区D01井岩溶热储下伏太古界中热流测定研究

【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少。2018年以来,在雄安新区牛驼镇地热田实施了D01深部地热参数井,揭穿了高于庄组岩溶热储,并揭露太古界厚度达1723.67m,给该地区岩溶热储下伏太古界的热流测定研究提供了条件。【研究方法】本文基于近稳态钻孔测温及岩心热导率测试,对D01井太古界进行了热流测定及分析。【研究结果】结果表明：D01井太古界呈显著的传导型地温特征,地温梯度为18.3℃/km,相比于新近系地温梯度48.6℃/km偏低。测得25块D01井太古界片麻岩岩心样品的热导率平均值为（2.41±0.40）W/(K·m)。根据钻孔测温数据及热导率测试,计算出D01井太古界2300～2700m深度的热流值为（44.1±7.0）mW/m²。同时,估算了D01井新近系400～800m深度段的热流值为84.6mW/m²,较太古界高出40.5mW/m²。【结论】分析认为D01井新近系较太古界高出热流主要为高孔渗岩溶白云岩层中地下水侧向热对流作用以及牛东断裂地下水垂向热对流作用共同所致。研究结果对前人提出的地下水运移聚热模式及导热断裂聚热模式提供了数据支撑,对雄安新区深部地热资源成因机制和太古界地温场研究具有重要意义。     

南祁连盆地哈拉湖坳陷青徳地2井三叠系天然气水合物储层特征及其意义

哈拉湖地区目前基本属于地质空白区,有关天然气水合物形成及分布的研究较少,尤其针对该地区天然气水合物储层研究与认识较为有限。青徳地2井(QH-2)位于南祁连盆地哈拉湖坳陷西部,为坳陷内首口天然气水合物调查深井,钻遇第四系、新近系-古近系和三叠系。以青徳地2井三叠系主要储集岩层段岩心为研究对象,通过岩石薄片观察以及孔隙度、渗透率、密度、铸体薄片等物性测试,结合测井资料开展哈拉湖坳陷储层特征研究,结果表明: 青德地2井三叠系储层分布较广,厚度巨大,但储集性能整体较差,绝大部分属非常规储集层,且整体裂隙较不发育,较难形成类似木里地区固结岩层中的裂隙型水合物及孔隙型水合物,而该区冻土层下存在厚层第四系松散沉积物及裂隙相对发育的古近系-新近系,可为天然气水合物形成提供良好的储集空间。     

淮南煤田现今地温场特征

在系统分析淮南煤田大量地面钻孔井温测井数据和井下巷道围岩温度测试数据的基础上,结合58块岩石样品的热导率测试结果,全面阐述了该区现今地温梯度和大地热流的分布特征。研究表明,淮南煤田现今地温梯度的众值介于2.50~3.50℃/hm之间,平均地温梯度为2.9℃/hm;大地热流值变化范围为31.87~83.9 m W/m2,平均热流值为63.69 m W/m2,地温梯度和热流值区均高于淮北煤田;大地热流受地温梯度控制明显,其变化特征和地温梯度分布较为相似,整体表现为中东部高,西部其次,东南部最小的特征。分析揭示,区内现今地温场和热流分布主要受区域地质背景和区内构造格局的控制。     

阿坝-简阳地学剖面深部温度及热结构

在青藏高原东部到四川盆地这两个构造单元进行了稳态钻孔温度测量和岩石热导率测试,确定了相应钻孔的大地热流数据.应用这些可靠的热流数据,对横穿这两个构造单元的阿坝-简阳地学断面进行了2-D温度场研究,获得其深部热结构的认识.模拟结果显示,松潘-甘孜地块地表为高热流区域,达到80～110 mW/m2,四川盆地地表为中低热流区...     

鲁东招远地热田地热通量及地热成因研究

鲁东地热区在地质构造单元上位于沂沭断裂带昌邑—大店断裂以东,地热资源丰富。本文采集了鲁东地热区招远地热田内一眼2000m深地热井（DRZK01）中的40块岩芯样品进行岩石热导率、岩石生热率测试及分析,结合测温资料及收集资料对该区地热通量构成及分层热流进行了分析研究;采集区内典型地热流体样品进行水化学分析并采用合适的地热温标估算了该区热储温度;综合研究成果建立了该区地热成因概念模型。研究结果显示,该区岩石热导率数值较高,测量值在2.8~5.7W/（m·K）之间,普遍高于上地壳平均热导率,地温梯度较高,为31.8℃/km;利用热导率和地温梯度计算的地热通量102mW/m2中热传导分量为（73.2±6.18）mW/m2,对流分量为（28.76±6.18）mW/m2,其中热传导分量中地壳热流为22.5mW/m2,地幔热流为（50.74±6.18）mW/m2,二者比值为1:1.98～1:2.52,为“热幔冷壳”型热结构。石英温标计算热储平均温度为128.6℃,热循环深度约3634m。研究结果丰富了该区地热系统理论并为该区地热资源开发利用提供一定的理论支撑。     

孔隙岩石热导率的饱水试验研究

在华北地区的大地热流测量工作中,计算热流值所用的热导率数据,往往是在实验室中经风干(少部分为烘干)的岩芯样品上测定的。对于低孔隙率的或致密的岩石,不致引起显著的误差;对高孔隙率的碎屑沉积岩层,孔隙饱水或含水对热导率的影响有专门研究必要。大多数岩石都具有孔隙及原生或次生裂隙,即使形似致密的结晶岩类,也有一定程度的裂隙孔隙度。砂岩、泥岩、页岩等岩石的孔隙度有时可高达20—30%,对这些孔隙岩石而言,干试样热导率k_1与饱水试样热导率k_2之间存在程度不同的差值,且k_2>k_1;因为孔隙充填质—水比空气的热导     

济阳坳陷地幔热流和深部温度

济阳坳陷深部地热状况对于分析岩石圈深部结构特征、探索该盆地形成和演化的地球动力学过程具有重要意义.依据济阳坳陷最新的钻探资料和深部地球物理探测结果, 按沉积盖层、上、中、下地壳4层结构, 建立了分别代表该区凹陷部位和凸起及斜坡带上的2种地壳结构模型.通过多道能谱分析, 测试了区内4 3块岩心样品的放射性元素U、Th、40K含量, 统计得出了济阳坳陷沉积盖层的平均生热率为(1.40±0.26) μW/m3.在研究大地热流分布的基础上, 结合济阳坳陷地壳各岩层放射性生热率, 采用“剥层”法, 从地表开始, 由浅到深逐步扣除各层段所提供的热量, 得到了济阳坳陷的地幔热流.并且采用相似的方法, 利用一维稳态热传导方程, 分析了地壳上地幔顶部的温度状况.结果表明, 济阳坳陷的地幔热流约为38.4~39.2 mW/m2, 占整个地表总热流量的5 8%;地幔顶部温度约为602~636℃.与世界上其他各类地质构造单元相比, 济阳坳陷无论是地幔热流值或其与地表热流之比值都是比较高的, 其深部地热状态具有介于稳定地区和构造活动区之间的特点.      

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.     

渤海盆地现今岩石圈热结构及新生代构造-热演化史

依据236口井共2 706组的静温数据以及25口井的系统测温数据,分析计算了渤海盆地地温梯度及大地热流;建立地壳分层结构模型,利用回剥法计算现今地幔热流、深部温度以及岩石圈厚度;在此基础上,利用地球动力学方法恢复本区热流演化史。结果表明：渤海盆地背景地温梯度为322 ℃/km,热流值为648 mW/m2;盆地现今热岩石圈厚度在61~69 km之间,地幔热流占地表热流的比例在60%左右,属于“热幔冷壳”型岩石圈热结构,盆地地壳底部或莫霍面温度变动在548~749 ℃之间;热流演化的特征与盆地的构造演化背景吻合,新生代以来盆地经历了3期岩石圈减薄并加热的过程,在东营组沉积末期热流达到最高(70~83 mW/m2）,这期间盆地内产出多期碱性玄武岩,表明盆地经历了波及地幔的裂谷过程,随后进入热沉降期,热流逐渐降低,盆地向坳陷型转变。     

鲁东招远地热田地热通量及地热成因研究

鲁东地热区在地质构造单元上位于沂沭断裂带昌邑—大店断裂以东,地热资源丰富。本文采集了鲁东地热区招远地热田内一眼2000 m深地热井(DRZK01)中的40块岩芯样品进行岩石热导率、岩石生热率测试及分析,结合测温资料及收集资料对该区地热通量构成及分层热流进行了分析研究;采集区内典型地热流体样品进行水化学分析并采用合适的地热温标估算了该区热储温度;综合研究成果建立了该区地热成因概念模型。研究结果显示,该区岩石热导率数值较高,测量值在2.8～5.7 W/(m·K)之间,普遍高于上地壳平均热导率,地温梯度较高,为31.8℃/km;利用热导率和地温梯度计算的地热通量102 mW/m~2中热传导分量为(73.2±6.18) mW/m~2,对流分量为(28.76±6.18)mW/m~2,其中热传导分量中地壳热流为22.5 mW/m~2,地幔热流为(50.74±6.18) mW/m~2,二者比值为1∶1.98～1∶2.52,为"热幔冷壳"型热结构。石英温标计算热储平均温度为128.6℃,热循环深度约3634 m。研究结果丰富了该区地热系统理论并为该区地热资源开发利用提供一定的理论支撑。     

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。     

浙江省大地热流及其地热资源意义

为深入了解浙江区域地热背景,本文整理了浙江53眼中深层地热井的连续测温资料,并实测、收集相关岩石热导率数据110组,最终筛选并计算了23个新的大地热流值,取值区间在61.7～87.9 mW/m²,平均值73.7 mW/m2,高于全国均值.结果表明,在北东向和北西向深大断裂的控制下,形成了浙东北嘉兴-慈溪-宁波、浙西南遂昌-兰溪-浦江高热流值地热单元和浙中安吉-新昌-温岭低热流值地热单元.上述地热单元的分布与浙江莫霍面、居里面等地壳结构的特征面分布特征基本一致,与浙江大型白垩纪断陷盆地和新生代沉积盆地在空间上吻合度较高,与现代地壳运动和构造活动性密切相关.