隆起与拗陷地区地温场的特点

在研究地表热流和5公里深度内区域地温场时,考虑构造形态对地温场的影响是十分重要的。本文采用有限差分法,通过对几组不同导热系数比值和盖层厚度模型的数学模拟,讨论了隆起和拗陷地区地温场的特点,以及岩石导热性变化对地温场影响的程度,为研究一些特殊构造部位局部热异常带形成的原因提供了理论根据。     

华北东部中生代热体制转换及其构造意义

华北东部新生代沉积中心区受新生代快速沉积的影响, 前新生代地层于现今处于最高古地温, 前期的古地温信息已不复存在, 但新生代沉积厚度较小的相对隆起区或古-中生代残留盆地中, 前第三纪不同构造层内的镜质体反射率(R_o)古温标数据所记录中生代古地温信息未被晚期热事件所叠加覆盖, 从而使得前新生代的古地温信息得以保存. 根据华北东部盆地古、中生代构造层中镜质体反射率恢复的古地温梯度和古热流结果表明: 华北东部中生代中晚期(J₃-K₁)相对于中生代早期和现今具较高的古地温梯度(40~55℃/km)和古地表热流(>80 mW/m²). 中生代中晚期较高的古热流意味着该时期的“热”岩石圈厚度只有50~55 km, 较中生代早期“热”岩石圈厚度(135~148 km)显著减薄. 华北东部中生代中期地表热流变更发生在~110 Ma, 它所对应的深部构造-热过程应发生在中侏罗世(~160 Ma).     

雄安新区现今地温场特征及成因机制

雄安新区位于渤海湾盆地冀中坳陷内,区内主要包含有牛驼镇凸起、容城凸起、高阳低凸起等次级构造单元.通过分析该区最近实测的8口钻井测温曲线和108块岩石热导率实测数据并结合前人的研究成果,对雄安新区内部地温梯度、大地热流分布规律等进行了分析.结果表明雄安新区内部不同构造单元地层的地温梯度在垂向上可划分为两段：上部沉积盖层段,地温梯度值在25.2~58.9℃·km^-1之间;下部白云岩段地温梯度较低,主要在5℃·km^-1附近.同时地温梯度在平面上具有明显的区域性特征,牛驼镇凸起地温梯度值最高,范围为46.5~58.9℃·km^-1;容城凸起区地温梯度次之,范围在32.0~40.9℃·km^-1之间;凹陷及低凸起区地温梯度较低,唯一的实测值显示为25.2℃·km^-1.通过搜集的热流值绘制的热流图也显示出凸起区热流值高,凹陷区热流值相对较低的特点.雄安新区较高的现今地温场特征与其处于弧后拉张的构造背景相关.同时,基岩地层凹凸相间的格局、砂泥质盖层直接覆盖在碳酸盐地层之上的地层组合、热储层段内的地下水对流作用、断裂的发育等共同造成了雄安新区较高的现今地温场特征.     

南华北盆地群地温场研究

本文根据在南华北地区收集到的13口井的系统测温资料,结合该地区已公开发表的地热资料,对南华北盆地群的地温梯度分布特征进行了研究;同时依据前人的热导率资料,对南华北盆地群的大地热流分布特征进行了研究.分析结果表明,南华北盆地群现今地温梯度变化范围一般为13.0～39.9℃/km之间,平均25.3℃/km.大地热流值在30～89.6 mW/m2之间,平均热流值为53.7mW/m2.和中国东、西部盆地现今地温相比,整体表现为一温盆.总体而言,坳陷区热流及地温梯度较小,而隆起区相对较高,横向差异明显.地温场平面展布主体为NW—NWW向,与盆地构造格局一致.地温梯度与大地热流的分布受构造格局的控制,新生代构造—热事件决定了盆地群的现今地温场特征.     

塔里木盆地现今地热特征

地温梯度和大地热流是揭示盆地现今热状态的重要参数,它们对理解盆地的构造-热演化过程及油气资源评价等方面均具有重要意义.利用塔里木盆地约470口井的地层测试温度资料和941块岩石热导率数据,本文计算了塔里木盆地38个新的大地热流数据,进而揭示了该盆地现今地热分布特征.研究表明,塔里木盆地现今地温梯度变化范围为17～32 ℃/km,平均为22.6±3.0 ℃/km;大地热流变化范围为26.2～65.4 mW/m²,平均为43.0±8.5 mW/m².与我国其他大中型沉积盆地相比,它表现为低地温、低大地热流的冷盆的热状态,但仍具有与世界上典型克拉通盆地相似的地热背景.整体而言,盆地隆起区地温梯度和热流相对较高,坳陷区地温梯度和热流则偏低.此外,我们还发现塔里木盆地现有的油气田区一般位于高地温梯度区域,这可能与下部热流体的向上运移和聚集有关.影响塔里木盆地现今地热特征的因素包括盆地深部结构、构造演化、岩石热物理性质、盆地基底构造形态和烃类聚集等.     

渤海湾盆地冀中坳陷现今地热特征

渤海湾盆地冀中坳陷是我国最典型的潜山油气藏富集区.本文借助117口钻井地层测温资料和45块实测岩石热导率数据系统研究了冀中坳陷现今地温梯度、大地热流、热岩石圈厚度、岩石圈热结构等地热特征参数.研究表明,冀中坳陷0~3000m统一深度现今地温梯度为20.8~41.0℃·km-1,平均值为31.6℃·km-1,比未校正值减小1~3℃·km-1;现今大地热流介于48.7~79.7mW·m-2,平均值为59.2mW·m-2.平面上,冀中坳陷现今地温梯度和热流由西向东(从盆地边缘向内部)逐渐增大,并且凸起区地温梯度和热流相对较高,而凹陷区则偏低,与基底地形起伏具有很好的对应关系.同时,冀中坳陷腹部高热流凸起区广泛分布地热田.冀中坳陷现今热岩石圈厚度为98~109km,其岩石圈热结构为一典型的"冷壳热幔"型.本研究不仅对冀中坳陷油气勘探与地热能开发具有重要的指导意义,而且为深部岩石圈研究(华北克拉通破坏科学问题)提供了新依据.     

塔里木盆地巴楚隆起区构造-热演化历史研究

巴楚隆起是塔里木盆地重要勘探地区之一,其构造-热演化史制约着该区烃的生成、运移及聚集.本文在恢复巴楚地区4条地震解释剖面沉积埋藏史的基础上,通过求解热传导方程,计算了它们的构造-热演化历史.计算过程中首先利用"回剥"法,确定莫霍面处的热流值,再利用地壳重力均衡原理,求得各时期的莫霍面埋深,最终确定盆地基底热流和地表热流.结果表明,该地区构造-热演化可以划分为7个阶段,其中三叠纪热演化阶段地温梯度及地表热流达到最高值,分别为32 ℃/km和73.6 mW/m²,而现今地温梯度及地表热流值最低,分别为20 ℃/km和46.4 mW/m².计算得出的现今地表热流密度值略大于实测值,分析认为主要由于中新世以来,巴楚隆起区侧向热扩散加快了地表热流的衰减所致.最后在模拟基础上,探讨了生热率、热导率对盆地热演化的影响.     

藏北地区钻孔大地热流值测量

本文利用藏北地区三口天然气水合物钻孔测温数据,在分析样品热导率测试结果基础上,计算了藏北地区的热流值.对于样品热导率值,首先根据样品孔隙度对实验室测试结果进行了饱水校正,计算热流时采用的是对应井段的岩石热导率饱水校正值的厚度加权平均值.地温梯度以三口钻孔48 h的测温数据为基础,回归三口井的地温梯度,计算时去除了浅部受地表温度和冻土带对温度影响的数值.A钻孔地温梯度分为200~438 m和438~882 m两段回归,分段热流的加权平均值作为钻孔热流值,计算结果为42.7 mW·m^-2; B钻孔和C钻孔回归地温梯度时未分段,热流计算结果分别为58.3 mW·m^-2、70 mW·m^-2.综合分析认为,岩石圈断裂、地幔上涌、碰撞造山过程中的剪切生热等因素可能造成了班公湖—怒江缝合带以南热流值较高,而北部羌塘地块热流值相对较低.     

中国南方现今地热特征

根据中国南方地温梯度和大地热流的数据各418个,编制了中国南方地温梯度图和中国南方大地热流图,研究了中国南方现今地温梯度分布特征和大地热流分布特征.结果显示,中国南方地温梯度介于782～1625℃/km,平均241℃/km;大地热流变化于22～220 mW/m2之间,平均值为642 mW/m2.东南沿海和滇西南地区为高地温梯度分布区,扬子地块为中－低温地温梯度区.地温梯度不仅与区域热构造背景有关,还显著地受地下水热活动、断裂以及地层热导率影响.中国南方大地热流东部、西南部高,中部低,且异常高值点主要沿板块边界缝合带、深大断裂活动带分布.大地热流与区域构造运动、最后一次热事件发生的时间、岩石圈拉张程度、地壳厚度、壳内高导层埋深等因素具有明显的相关性.     

准噶尔盆地热流及地温场特征

利用准噶尔盆地 1 96口井的温度资料及 90块岩石样品热导率的测定 ,计算了 35个大地热流数据 ,编制了盆地不同深度现今地温等值线图 .研究结果表明 ,准噶尔盆地现今为低地温、低大地热流的冷盆 ,盆地的现今地温梯度平均为 2 1 2℃ /km ,大地热流密度平均为42 3mW/m2 .热流的分布表现为隆起高、坳陷低的特征 .影响地温场的主要因素包括盆地的深部结构、盆地演化、盆地基底构造形态、地下水活动和沉积层的放射性生热等 .     

Modeling of a deep-seated geothermal system near Tianjin, China

A geothermal field is located in deep-seated basement aquifers in the northeastern part of the North China Plain near Tianjin, China. Carbonate rocks of Ordovician and Middle and Upper Proterozoic age on the Cangxian Uplift are capable of yielding 960 to 4200 m3/d of 57 degrees C to 96 degrees C water to wells from a depth of more than 1000 m. A three-dimensional nonisothermal numerical model was used to simulate and predict the spatial and temporal evolution of pressure and temperature in the geothermal system. The density of the geothermal water, which appears in the governing equations, can be expressed as a linear function of pressure, temperature, and total dissolved solids. A term describing the exchange of heat between water and rock is incorporated in the governing heat transport equation. Conductive heat flow from surrounding formations can be considered among the boundary conditions. Recent data of geothermal water production from the system were used for a first calibration of the numerical model. The calibrated model was used to predict the future changes in pressure and temperature of the geothermal water caused by two pumping schemes. The modeling results indicate that both pressure and temperature have a tendency to decrease with time and pumping. The current withdrawal rates and a pumping period of five months followed by a shut-off period of seven months are helpful in minimizing the degradation of the geothermal resource potential in the area.     

Mathematical simulation of geotemperature and heat flow patterns

Geotemperature and heat flow patterns in a large-scale Meso-Cenozoic basin such as the North China Basin are strongly affected by the relief of the basement, and controlled by the contrast of thermal conductivity between basement rock and sedimentary cover. Usually, heat flow observed at the surface of a basement uplift is greater than that of a basement depression. Calculation revealed, that the ratio of the former and the latter is determined by the uplifted height (H) of the bed-rock roof of the basement and the thickness (h) of the sedimentary cover. The relief of the basement also disturbs the geotemperature and, hence, the heat flow patterns at shallow depth. Consequently, the more or less “uniform” one dimensional heat flow from the deep interior of the Earth becomes two dimensional at shallow depth with great lateral and vertical variations. The extent of the disturbed zone is also controlled by the contrast of the thermal conductivity between basement rock and sedimentary cover as well as the uplifted heigh (H) of the bed-rock roof of the basement. Numerical computation demonstrated that the disturbed depth (Ze) is usually about 3–6 times of the uplifted height (H) of a basement uplift.     

川东南焦石坝页岩气区现今地温场特征

四川盆地是我国重要的含油气区,关于盆地现今地温场的工作,前人已经做过一些研究.而对于近年来页岩气勘探取得突破性进展的川东南焦石坝地区,现今地温场的研究工作甚少.本文基于川东南高陡褶皱带焦石坝页岩气区新增的3口钻井的稳态测温数据和118块岩石样品热导率数据,计算了研究区的地温梯度和大地热流值.结合前人的研究成果,编制了研究区大地热流等值线图.结果表明,焦石坝页岩气区地温梯度介于24~34℃/km,大地热流值介于60~70mW·m~(-2)之间,与川中古隆起相似,属于地温高异常区.地温高异常缘于隆起区相对高的岩石热导率引起的浅部热流的重新分配.其次,与位于研究区东侧边界的齐岳山大断裂在燕山和喜山期的构造引起的热液活动有关.焦石坝页岩气区地温高异常对页岩气的解吸附速率具有促进作用,对提高采收率具有一定意义.     

北京平原区西北部大地热流与深部地温分布特征

北京平原区蕴藏着丰富的中-低温水热型地热资源,其西北部分布着小汤山地热田和京西北地热田,两大地热田以南口—孙河断裂带为界.地热田及其外围地区基础的地热地质研究工作较少.为给地热学研究和地热资源精细勘探提供科学依据,本文基于前人23眼钻孔的温度测量数据以及近期完成的548件热导率和100件放射性生热率实测数据,研究了区域大地热流和0~4 km深部地温特征.结果表明：（1）研究区现今地温梯度为11.31~94.89℃·km^-1,平均值为31.79℃·km^-1;岩石热导率为0.895~5.111 W·（m·K）^-1,放射性生热率为0.257~2.305 μW·m^-3,大地热流为48.1~99.1 mW·m^-2,平均值为68.3 mW·m^-2,热流的分布受基底形态和断裂构造控制.研究区东部南口—孙河断裂带两侧小汤山和郑各庄地区为高热流异常区,中部马池口地区也存在局部高热流异常区.（2）在南口—孙河断裂带的不同位置,不同深度地层温度差异明显,体现出区域现今地温场不只受控于该活动断裂,更是多期次构造事件复合叠加的结果.（3）南口—孙河断裂带南侧存在两处有意义的较高地温异常区,分别为郑各庄异常区和马池口异常区,其中马池口异常区是未来地热开发利用有一定潜力的地区.     

两淮煤田大地热流分布及其构造控制

基于127块煤系地层岩石样品的热导率测定结果,并结合59个井田内可靠的系统测温数据,计算得出两淮煤田的大地热流值,并编制大地热流分布图,其结果表明:两淮煤田大地热流值变化范围为29.7~83.9mW·m-2,平均值为58.3mW·m-2,和其他沉积盆地存在一定的差异,且淮南煤田大地热流值(63.7mW·m-2)远大于淮北煤田(55.2mW·m-2).综合分析得出,两淮煤田大地热流与其他盆地的差异以及淮南煤田热流值高于淮北煤田的现象为构造演化和区域地质背景的控制结果;而研究区内热流的分布不均主要是由于受地质构造对地温场的影响所致,推覆构造上下盘现今热流值的差异尤为突出.     

查干凹陷大地热流

查干凹陷是银根-额济纳旗盆地最具勘探潜力的凹陷, 但是查干凹陷及整个银根-额济纳旗盆地的大地热流研究仍为空白, 严重制约该盆地的油气资源的评价. 本文通过测试19口井107块岩芯的岩石热导率和岩石热导率原位校正, 利用协和平均公式计算得到查干凹陷各地层的岩石热导率大小; 并利用9口井的温度数据, 结合岩石热导率数据对查干凹陷的地温梯度和大地热流进行了计算. 研究结果表明查干凹陷具有构造稳定区和构造活动区之间的中温型地温场特征, 其平均地温梯度和大地热流分别为33.6℃/km, 74.5 mW/m². 本文的研究成果为查干凹陷及银根-额济纳旗盆地油气资源评价提供地热参数.     

Geothermal studies in China

Geothermal studies have been conducted in China continuously since the end of the 1950's with renewed activity since 1970. Three areas of research are defined: (1) fundamental theoretical research on geothermics, including subsurface temperatures, terrestrial heat flow and geothermal modeling; (2) exploration for geothermal resources and exploitation of geothermal energy; and (3) geothermal studies in mines.Regional geothermal studies have been conducted recently in North China and more than 2000 values of subsurface temperature have been obtained. Temperatures at a depth of 300 m generally range from 20 to 25°C with geothermal gradients from 20 to 40°C/km. These values are regarded as an average for the region with anomalies related to geological factors.To date, 22 reliable heat flow data from 17 sites have been obtained in North China and the data have been categorized according to fault block tectonics. The average heat flow value at 16 sites in the north is 1.3 HFU, varying from 0.7 to 1.8 HFU. It is apparent that the North China fault block is characterized by a relatively high heat flow with wide variations in magnitude compared to the mean value for similar tectonic units in other parts of the world. It is suggested that although the North China fault block can be traced back to the Archaean, the tectonic activity has been strengthening since the Mesozoic resulting in so-called “reactivation of platform” with large-scale faulting and magmatism.Geothermal resources in China are extensive; more than 2000 hot springs have been found and there are other manifestations including geysers, hydrothermal explosions, hydrothermal steam, fumaroles, high-temperature fountains, boiling springs, pools of boiling mud, etc. In addition, there are many Meso-Cenozoic sedimentary basins with widespread aquifers containing geothermal water resources in abundance. The extensive exploration and exploitation of these geothermal resources began early in the 1970's. Since then several experimental power stations using thermal water have been set up in Fengshun (Fungshun),