沉积盆地热体制研究的基本原理和进展

沉积盆地动态热体制研究可以分别在盆地和岩石圈两种尺度上进行，其目的是盆地热历史的重建或恢复。在盆地尺度下，热历史是通过地层中古温标（直接或间接的）反演而获得的；在岩石圈尺度下，则是通过盆地构造热演化模拟正演而获得的。古温标的动力学模型和盆地数学模型是正、反演过程的基础。本文综述了镜质体反射率、磷灰石裂变径迹和蒙脱石－伊利石转化三种主要古地温计的动力学模型和不同类型盆地成因模型的发展概况，勾画了盆地热历史重建正、反演方法程序的基本框架，并就几个相关问题提出了意见。最后介绍了新近开发出的油气盆地热历史及构造热演化模拟系统。     

沉积盆地热史恢复的一种优化方法

沉积盆地的热史恢复可在岩石圈和盆地两个尺度上进行。在盆地尺度上可利用地层中的镜质体反射率、磷灰石裂变径迹、氢指数、矿物或流体包裹体等各种古温标来反演地层热历史和盆地热流史。利用古温标进行热史恢复可分为正演和反演两种途径 ,在实际工作中通常采用正演的方法进行计算 (Ｊ .Ｊ .Ｓｗｅｅｎｅｙ和Ａ .Ｋ .Ｂｕｒｎｈａｍ ,1990 ;Ｉ.Ｒ .Ｄｕｄｄｙｅｔａｌ.,1991;胡圣标等 ,1998,1999)。本文提出的正反演相结合最优化方法则首先建立反映古温标计算值与实测值差异的目标函数 ,然后以现今大地热流 (或地温梯度 )与地表温度为初始条…     

沉积盆地热历史研究方法的基本原理与进展

沉积盆地的热历史研究对盆地的动力学研究和油气成藏研究都具有重要的意义,已经成为当前盆地分析的一个热点及前沿领域。沉积盆地的热历史研究包括岩石圈尺度上的构造热演化法和盆地尺度上的古温标法,而两者都经历了从定性到半定量再到定量的发展过程。文章综述了目前沉积盆地热历史研究方法的基本原理和进展。构造热演化法按照不同的动力学机制将盆地划分成不同的类型:伸展盆地、前陆挠曲盆地、克拉通盆地、走滑拉分盆地。不同类型盆地的定量模型彼此各不相同。古温标方法的种类繁多,但各种方法都拥有自身的特点。文章综述了镜质体反射率、沥青反射率及镜状体反射率、裂变径迹、(U-Th)/He定年方法、有机质自由基浓度、岩石热声发射等古温标方法。利用古温标法进行热史反演,主要通过随机演化法、古地温梯度法、古热流法3种基本方法。此外,采用多种古温标耦合同步反演可以极大程度上提高反演结果的质量。因为单纯使用构造热演化法或古温标法存在较大的不确定性和多解性,所以利用计算机软件将二者结合使用成了沉积盆地热历史研究的趋势。     

基于返揭法的东营凹陷古地热场三维动态模拟

返揭法是利用沉积盆地的大地构造背景、地壳结构、基底热流和沉积层物性参数来确定盆地内各地层的热流及地下温度场分布的一种方法。将基于这一方法研发的软件与基于角点网格建立的三维构造-地层格架模型耦合起来,以东营凹陷的实际数据为例进行了热史反演和古地热场重构,计算并显示了该凹陷在各演化时期的温度和热流三维分布状态。盆地基底古热流是实现盆地地热场模拟的基础边界参数条件,与其他方法相比,返揭法的优点是在计算盆地基底古热流时,可以避开因为构造-岩浆热事件造成的局部古大地热流值异常,而直接采用较稳定的地幔热流值来反演求解。该方法原理简单、计算量较小,只要将该模拟模块与附加地热场模拟模块集成起来,便可完整地实现复杂盆地的古地热场演化模拟。     

沉积盆地热史模拟方法及其在山东沾化凹陷中的应用

本文根据区内钻井测温和镜质体反射率(Ro%)资料,采用岩石圈和盆地尺度相结合的分段线性热演化模型,提出了对沉积盆地热史模拟的方法.山东沾化凹陷的研究表明该方法可以将岩石圈尺度与盆地尺度、正演技术与反演技术有机结合起来,且可由作为古地温标的镜质体反射率(Ro)数据来约束模拟结果,对持续沉降型的沉积盆地较为适用.     

特约主编致读者

地热与石油是共存于沉积盆地的两种资源。油田地热是地热学的一门重要分支学科,它主要涉及含油气盆地的今、古地温状况,盆地热历史及其与油气形成的关系。近年来,油田地热的研究也拓展到油气区地热资源的勘查和地热能的开发利用等方面。以“油田地热”为主题专辑的19篇论文分为两部分内容：一是与油气勘探密切相关的沉积盆地热体制研究成果,主要包括含油气盆地的地热特征、深部热结构和热流变结构、盆地热历史重建等方面的成果;二是油区地热资源的勘查与利用方面的研究成果,分析了我国油气区地热资源的勘查、开发和利用现状及发展趋势。本专辑的出版能使读者对中国油田地热研究的进展和发展趋势有进一步的了解。 沉积盆地的热体制研究包括现今地温分布特征、热历史、深部岩石圈热结构和热流变结构等方面的研究。我国系统的油田地热研究始于20世纪80年代初,经过各部门广大科研人员近30年的不懈努力,在我国大陆地区获得了高质量的大地热流数据1 246个,完成了新版的热流数据汇编,基本廓清了我国主要沉积盆地大地热流背景。盆地热演化是盆地动力学研究的重要内容,也是含油气盆地沉积岩层内的有机质成熟并向烃类转化过程中的关键因素之一。盆地热历史研究近年来的主要进展体现在热史重建方法方面,即在低温热年代学古温标方法和前陆盆地构造热演化模型中有重要的进展,本专辑的9篇论文展示了这方面的成果。利用多种古温标耦合反演方法重建热历史不仅克服了单一古温标的缺陷并可进行相互补充和验证,同时也提高了研究结果的精度和可信度,从而使得定量恢复古老盆地复杂热历史得以实现。而前陆盆地构造热演化模型的建立,则是实现了构造与热的较好结合,拓展了盆地动力学模型用于恢复热历史的范围。同时,地球深部热状况是深部地球动力学和岩石圈活动性研究的重要内容,明确岩石圈热流变结构纵横向及时间上的变化特征有助于解释盆地形成、大陆边缘和造山带等的动力学过程,进而反映岩石圈的地球动力学特性。本专辑的4篇论文展示了典型盆地的热结构、热流变结构的成果,并在岩石圈热结构、热岩石圈厚度、热流变结构的演化研究中取得了新认识,为地质历史时期深部动力学研究提供了重要的参数。 沉积盆地的油田分布区往往也是地热资源广泛分布的地区。我国主要油气区蕴藏着丰富的中低温地热资源。科学开发、利用地热资源对于缓解雾霾与大气治理具有积极作用。近年来,国内在油区地热资源的开发利用方面的研究工作也开展得如火如荼。对含油气盆地的地热资源潜力进行评价是地热开发利用的基础。本专辑5篇地热资源方面的论文包含了地热单元分类分级评价体系、地热系统类型划分和三个实际地区的研究实例。为了更好地分析地热资源的分布特征和富集规律、评价资源潜力并优选有利勘探开发目标,提出了从全球构造到地热藏的地热单元分类分级评价的思路并将地热单元由大到小划分为地热域、地热区、地热带、地热系统和地热藏等5个级别。此外,提出了地热系统的概念模式和功能单元,并结合地质构造背景和热源类型将地热系统划分为隆起山地岩浆活动型、隆起山地非岩浆活动型、沉积盆地岩浆活动型和沉积盆地非岩浆活动型地热系统四类。总体上,我国油田区地热资源的开发利用研究方面刚刚起步,但油田区具有丰富的地热资源,且油田地质资料丰富,可利用的废弃井数量大,油田区地热能利用市场非常广阔。 本专辑的作者大都是中青年的“热二代”和“热三代”,既有来自高校和中国科学院各研究所的研究人员,也有来自油田和地热研究院的专家,他们是我国目前油田地热研究的中坚力量。感谢诸位专家学者的热烈响应和积极参与！让我们共同为中国油田地热研究的繁荣而努力！ 最后,感谢本专辑的所有作者、审稿人、编辑部人员为本专辑出版付出的辛勤劳动。     

裂变径迹法原理及其在盆地分析中的应用

裂变径迹法对于研究盆地热史有着不可替代的作用,它可以通过对于年龄和温度的确定,将地热的发展史揭露出来。从裂变径迹的发展历史入手,分析裂变径迹的成因和退火产生的影响。由于裂变径迹具有温度和长度双重特征,就可以对于盆地热史或盆地边缘山体隆升情况进行具体恢复。因此通过具体实例,说明裂变径迹法在盆地热史分析以及如何研究盆地热发展史和成矿、断裂的作用。概述了磷灰石裂变径迹的加强机制研究,建立标准,多方法结合,自动化技术发展趋势。     

中国油田地热研究的进展和发展趋势

油田地热是地热学的一门重要分支学科,而沉积盆地的热历史则是油田地热学研究的核心内容。油田地热主要研究含油气盆地的今、古地温状况,盆地热历史及其与油气形成的关系。地热与石油是共存于沉积盆地的两种资源。近年来,油田地热的研究还拓展到油气区地热资源的勘查和地热能的开发利用等方面。文中对近年来我国含油气盆地的地热特征、深部热结构和热-流变结构、盆地热历史重建的研究现状和存在问题进行了综述,探讨了我国油气区地热资源的勘查、开发和利用现状及发展趋势,以期对中国油田地热研究的进展和发展趋势有进一步的了解。     

热水沉积成矿盆地的热状态及热演化分析与研究思路--热水沉积成矿盆地分析与研究之四

根据对秦岭泥盆纪沉积盆地的构造成盆 -后期构造变形特征研究 ,秦岭造山带泥盆纪热水沉积成矿盆地中构造 -热流体地质事件可初步厘定如下 :1中泥盆世伸展构造成盆 -热水同生沉积成矿事件 (D1)。2晚泥盆世 -石炭纪伸展变形 -深源热流体叠加事件 (D2 )。3印支期挤压收缩变形 -热改造事件 (D3 )。 4燕山期逆冲推覆构造改造 -深源热流体叠加及脆性变形事件 (D4 )。 5喜玛拉雅山期脆性变形 (D5)。从盆地热状态及热演化研究角度看 ,盆地内充填地层体中有机质及矿物可以记录热状态及热演化历史 ,利用盆地内充填地层体中有机质及矿物温度计可以反演盆地内充填地层体形成时盆地热状态和盆地底部热流。认为热水沉积成矿盆地热状态及热演化主要研究方法有主要矿物流体包裹体测温、镜质体反射率 (R0 )法、氧同位素地质温度计法等。     

从“构造热事件”分析阜新盆地多能源矿产共存成藏

阜新盆地煤、煤层气、石油、致密砂岩气、地热等多种能源矿产的分布和成藏受到盆地构造热演化的控制。纵向上，煤和煤层气主要集中在盆地上部地层，石油和致密砂岩气主要集中在盆地中部地层，地热主要集中在盆地底部地层。平面上，石油位于盆地中部和中南部，致密砂岩气位于盆地中部的东梁构造带，煤炭全盆地均有分布，主要可采煤层位于盆地中部，煤层气位于盆地中部，地热位于盆地中部的东梁构造带。盆地构造热演化与能源矿产的时空配置表明，盆地的构造热演化控制了盆地能源矿产的成藏，煤是多能源矿产重要的物质来源，盆地多能源矿产成藏顺序依次为：煤→石油→致密砂岩气→煤层气→地热。综合以上特征，阜新盆地多能源矿产的联合勘探开发应以东梁构造带、清河门—艾友构造带、王营—刘家构造带为主要勘探区域进行。     

共和盆地壳内部分熔融层存在的地球物理证据与干热岩资源区域性热源分析

新生代以来,共和盆地及其周缘造山带无火山、岩浆活动,印支期隐伏花岗岩体岩浆余热与放射性元素衰变生热等难以构成共和盆地干热岩资源的主要热源,而共和盆地又为一高温地热异常盆地.目前已基本探明了共和县恰卜恰与贵德县热水泉干热岩体2处,圈定出干热岩勘查目标靶区16处.区域重力和区域航磁调查、区域天然地震成像、盆地尺度天然地震背景噪声层析成像勘查,以及超高分辨率重力异常、电阻率与Rayleigh波群相速度线性反演结果均表明共和盆地下伏发育有壳内部分熔融层,进而构成地处板内环境、高热流区共和盆地干热岩资源的区域性热源.盆地尺度MT勘查结果表明,共和盆地西盆地壳内部分熔融层埋深15~35 km,东西向长约41 km,南北向宽约34 km,厚度2~12 km.综合分析认为,该部分熔融层熔融程度最高可达4%~7%,15 km深处温度约为574℃,主体位于贵南南山推覆体系与共和准推覆体系深部主拆离滑脱推覆界面之下,兴海大型复合推覆体系主拆离滑脱推覆界面之上.挽近地质时期深构相、多层次、近水平展布的韧性拆离滑脱推覆构造界面的连续动态剪切摩擦生热,可能是部分熔融层形成的主要因素.      

The geothermal formation mechanism in the Gonghe Basin: Discussion and analysis from the geological background

The Gonghe Basin, a Cenozoic down-warped basin, is located in the northeastern part of the Qinghai-Xizang (Tibetan) Plateau, and spread over important nodes of the transfer of multiple blocks in the central orogenic belt in the NWW direction. It is also called “Qin Kun Fork” and “Gonghe Gap”. The basin has a high heat flow value and obvious thermal anomaly. The geothermal resources are mainly hot dry rock and underground hot water. In recent years, the mechanism of geothermal formation within the basin has been controversial. On the basis of understanding the knowledge of predecessors, this paper proposes the geothermal formation mechanism of the “heat source–heat transfer–heat reservoir and caprock–thermal system” of the Gonghe Basin from the perspective of a geological background through data integration-integrated research-expert, discussion-graph, compilation-field verification and other processes: (1) Heat source: geophysical exploration and radioisotope calculations show that the heat source of heat in the basin has both the contribution of mantle and the participation of the earth’s crust, but mainly the contribution of the deep mantle. (2) Heat transfer: The petrological properties of the basin and the exposed structure position of the surface hot springs show that one transfer mode is the material of the mantle source upwells and invades from the bottom, directly injecting heat; the other is that the deep fault conducts the deep heat of the basin to the middle and lower parts of the earth’s crust, then the secondary fracture transfers the heat to the shallow part. (3) Heat reservoir and caprock: First, the convective strip-shaped heat reservoir exposed by the hot springs on the peripheral fault zone of the basin; second, the underlying hot dry rock layered heat reservoir and the upper new generation heat reservoir and caprock in the basin revealed by drilling data. (4) Thermal system: Based on the characteristics of the “heat source-heat transfer-heat reservoir and caprock”, it is preliminarily believed that the Gonghe Basin belongs to the non-magmatic heat source hydrothermal geothermal system (type II2₁) and the dry heat geothermal system (type II2₂). Its favorable structural position and special geological evolutionary history have given birth to a unique environment for the formation of the geothermal system. There may be a cumulative effect of heat accumulation in the eastern part of the basin, which is expected to become a favorable exploration area for hot dry rocks.     

地热系统的概念与传热机制综述

地热能作为一种安全、稳定、成本低廉的清洁能源近年来备受推崇.地热系统是开展地热资源成因研究的基本单元,国际上按地质环境和热量的传递方式可将其分为热传导和热对流两大类型,据此进一步细分为沉积盆地型、地压型、干热岩型、岩浆侵入型、深循环型等5个亚类.本文回顾了地热系统的概念及发展史,并讨论了地热系统主控因素以及两大类型地热系统的传热机制.     

张掖盆地地热资源地质特征分析与研究

在野外实地调查张掖盆地地热资源的基础上,对研究区地热田特征、热储特征、热储温度以及温度场特征进行了分析和研究。研究结果表明:张掖盆地属张扭性盆地,有利地热运移和富集,属中低温地热资源;地热田热储为新近系及白垩系砂岩、砂砾岩、含砾砂岩等,厚度为536 m;经钾镁地热温标估算,热储温度60℃;盖层为新近系上新统疏勒河组泥岩、泥质砂岩层;热源来自地壳深部的热传导。通过对研究区地热田特征、热储特征、热储温度以及温度场特征的分析和研究,可以为当地政府进一步研究、勘探及开发地热资源提供依据。     

GIS支持下的盆地古构造再造——以松辽盆地北部古中央隆起带为例

再造地质历史时期盆地的古格局构造对于盆地构造演化史研究和油气运移路径模拟具有重要意义.将地理信息系统与盆地分析方法融合开展了松辽盆地北部古中央隆起带古构造演化史研究, 阐述了在GIS支持下开展盆地古构造演化研究的原理和方法, 再造了古中央隆起带的古构造格局, 简要分析了古中央隆起带的古构造演化史.分析表明, 古中央隆起带于火石岭—营城期开始发育, 登楼库期定型, 泉头期开始萎缩, 姚家期末停止发育, 从油气主运移期与构造形成期的配套关系考虑, 古中央隆起带是深层天然气聚集的有利场所.      

叠合盆地深层构造—热演化研究方法:以四川盆地为例

与简单盆地和叠合盆地中-浅层相比,叠合盆地深层往往缺乏镜质体反射率等传统古温标,海相碳酸盐岩层次往往缺乏磷灰石、锆石等重矿物而无法开展裂变径迹和（U-Th）/He分析,而且经历了多期复杂热史,古温标早期热记录被后期构造-热事件叠加改造,因此单一古温标和单一的热史恢复模式难以满足叠合盆地深层构造-热演化研究。本文从沉积盆地构造-热演化基本研究方法入手,着重介绍了发展迅速的多种显微组分荧光分析（FAMM）和二元同位素技术。针对叠合盆地深层多期复杂热史恢复的难点,以四川盆地为例总结了开展叠合盆地深层构造-热演化研究的思路和工作方法。叠合盆地深层构造-热演化研究应坚持今古地温场并举、盆地热演化与区域构造演化相结合、地质-地球物理-地球化学三位一体的总体工作思路,多温标耦合,正、反演结合,既考虑岩石圈热演化的动力学规律,又考虑该演化过程对盆地基底沉降、地层发育、古温标热演化程度的影响,只有这样才能保证叠合盆地深层构造-热演化研究结果的可靠性。     

南海南部礼乐盆地构造热演化研究

礼乐盆地位于南海海域南部,是一个形成于中新生代的叠合盆地,长期以来缺乏构造热演化方面研究。本文在认识礼乐盆地构造演化的基础上,选用盆地内地震测线(L2剖面),应用二维横向不均匀拉张模型对礼乐盆地构造热演化史进行了模拟研究。模拟结果揭示了盆地在新生代的构造热演化特征:(1)盆地经历了两次连续的拉张过程,第一期拉张幅度较小,拉张系数在1.05左右,第二次拉张程度较第一次拉张强烈,深水地区拉张系数达到1.3;(2)礼乐盆地两次拉张使得盆地逐步升温,第二次拉张结束时达到历史最高温时期,之后热流持续下降;(3)盆地不同构造部位热流史具有差异性,其中深水区经历的古热流最高,达75mW/m2,礼乐滩最低,仅为63mW/m2。     

柴北缘西大滩矿区煤系沉降-埋藏史研究

虽然沉降-埋藏史模拟技术在油气地质研究中被广泛使用,但是却很少用于煤田地质研究。随着高产高效矿井和深部煤炭资源开采的展开,对煤田地质研究的要求也越来越高。迫切需要把沉降-埋藏史模拟等新技术引入到煤田地质研究中。以柴达木盆地北缘西大滩矿区的研究为例,根据煤田地质和沉降、埋藏史模拟技术的特点．介绍了用于煤盆地构造演化研究的沉降-埋藏史模拟技术方法,并对西大滩矿区侏罗纪煤系的沉降-埋藏史模拟结果进行了分析。认为研究区的构造演化可划分为中生代阶段（J1-J3）和新生代阶段（E—N）,其间被白垩纪时期的盆地抬升剥蚀所分开。实例研究表明,沉降史和埋藏史模拟技术为盆地构造演化研究提供了定量或半定量的技术手段。     

Integrative assessment of hydrological, ecological, and economic systems for water resources management at river basin scale

This study presents a basin-scale integrative hydrological, ecological, and economic (HEE) modeling system, aimed at evaluating the impact of resources management, especially agricultural water resources management, on the sustainability of regional water resources. The hydrological model in the modeling system was adapted from SWAT, the Soil and Water Assessment Tool, to simulate the water balance in terms of soil moisture, evapotranspiration, and streamflow. An ecological model was integrated into the hydrological model to compute the ecosystem production of biomass production and yield for different land use types. The economic model estimated the monetary values of crop production and water productivity over irrigated areas. The modeling system was primarily integrated and run on a Windows platform and was able to produce simulation results at daily time steps with a spatial resolution of hydrological response unit (HRU). The modeling system was then calibrated over the period from 1983 to 1991 for the upper and middle parts of the Yellow River basin, China. Calibration results showed that the efficiencies of the modeling system in simulating monthly streamflow over 5 hydrological stations were from 0.54 to 0.68 with an average of 0.64, indicating an acceptable calibration. Preliminary simulation results from 1986 to 1995 revealed that water use in the study region has largely reduced the streamflow in many parts of the area except for that in the riverhead. Spatial distribution of biomass production, and crop yield showed a strong impact of irrigation on agricultural production. Water productivity over irrigated cropland ranged from 1 to 1640 USD/(ha·mm⁻¹), indicating a wide variation of the production conditions within the study region and a great potential in promoting water use efficiency in low water productivity areas. Generally, simulation results from this study indicated that the modeling system was capable of tracking the temporal and spatial variability of pertinent water balance variables, ecosystem dynamics, and regional economy, and provided a useful simulation tool in evaluating long-term water resources management strategies in a basin scale.     

南沙西部海区构造沉降与古热流

盆地的构造沉降和热流演化具有密切的联系。分析南沙西部海区万安、曾母盆地岩石圈结构现今特征认为,该区可应用多幕拉伸的纯剪切裂谷盆地模型恢复盆地热流历史。通过计算机技术的动态模拟,表明该区盆地演化过程中存在多个快速沉降期;其古热流总体上由低到高变化,但在不同的演化阶段表现不同,有升高也有降低,同时也反映了构造运动对热流变化的影响。该研究成果为深入研究盆地的沉积物充填演化和油气的生成过程提供了条件。