北京平原区粉质粘土热导率影响因素实验研究

岩土体热导率是热物理性质重要参数之一,不仅仅决定着浅层地温场的展布形态,而且也是整个热泵功率计算的核心,是影响地源热泵工程投资和运行能耗的关键因素.本文通过一系列实验,对粉质粘土的热导率与含水量、密度、孔隙比进行研究和统计,从实验研究结果来看,粉质粘土热导率随着含水量的增大而增大,可以用对数关系和乘幂关系进行拟合,相关系数较好,由于样品物质成分和微观结构差异影响着传热方式组合,难以用统一的拟合方程表示同一地区热导率与含水量等因素变化规律.在含水率不变的情况下随着孔隙比的增大而热导率逐渐减小,随密度的增加而热导率增大的规律趋势明显.粉质粘土热导率随含水量的变化可分为3个阶段,含水量在0～5％,热导率随之增加急剧,含水量5％～20％时,热导率随之增加较快,含水量大于20％时,热导率随之增加缓慢并趋于稳定.     

郯庐断裂带是热异常带吗:来自断裂带南段热流的约束

郯庐断裂带是东亚最重要的断裂之一,在构造地质、岩石矿物、地震分布等领域得到了广泛的关注,然而少有针对郯庐断裂带地热学的研究.本文作者对郯庐断裂带南段7口钻井进行了系统测温,采用光学扫描法测试了6口钻井的142块岩心和13块露头样品的热导率,获得了6个高质量的热流数据.结合已发表的热流和地震剖面资料,我们获得了郯庐断裂带南段的岩石圈结构.研究表明,郯庐断裂带南段现今地温梯度从南到北有增大的趋势,介于21.8~30.3℃·km^-1.大地热流值介于44.0~81.7 mW·m^-2,平均61.4±10.8 mW·m^-2,表现为正常大地热流的特征,并非热异常带.最大热流值出现在庐枞盆地的大陆科学钻探井ZK03处,上地壳浅部极高的生热层很可能是高热流的主要因素.沿郯庐断裂南段地震带浅源地震发震带的底界和350℃等温面耦合较好,指示了深部结构的差异.     

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.     

南黄海中部隆起一个新的大地热流值：CSDP-2井热流测量结果

大地热流值,是岩石圈、地壳和盆地等各种尺度的构造演化和地球动力学研究的重要参数.南黄海是东亚大陆边缘的重要组成部分,但与东海陆架、冲绳海槽、渤海湾盆地等的大地热流研究相比,其研究程度较低,只有10个大地热流测点且大部分位于南部坳陷,不能很好地表征南黄海的大地热流特征.系统和准确的地温和热导率测量,是获得可靠大地热流值的基础.南黄海中部隆起之上的大陆架科学钻探CSDP-2井,全取心钻进2843.18 m, 2016年先后5次系统测温,给了我们一个绝佳的系统研究其大地热流的机会.对井中295块沉积物或沉积岩进行了热导率测量,并进行了温度压力等校正.根据热导率的垂向分布特征将全井分为6个井段,地温梯度分别为31.86、24.38、23.54、18.09、18.21和20.18℃·km^-1,平均23.46℃·km^-1,热导率则分别为1.776、2.765、3.182、3.623、4.184和2.825 W·(m·K)^-1,大地热流分别为56.5、67.4、74.9、65.5、76.2和57.0 mW·m^-2...     

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 .     

南海北部琼东南盆地岩石热物性特征

岩石热物性是盆地模拟和预测深部温度时不可或缺的参数。琼东南盆地是当前我国海洋油气资源勘探开发的重点区 块，揭示该盆地的热状态和烃源岩热演化历史均离不开真实可靠的岩石热物性参数。前人虽然对南海北部地区的岩石热物 性开展过相关研究，仍存在实测数据偏少、代表性不足和相互矛盾等问题，亟需新增一批新的实测数据来弥补该区基础地 热参数的不足。文章对采自琼东南盆地19口钻孔的32块岩心样品开展了热导率、生热率以及密度和孔隙度等物性参数测 试，揭示了它们的空间展布特征、相互关系及其主控因素，建立了琼东南盆地新生界地层平均热导率和生热率，据此估算 出盆地沉积物的放射性生热贡献约占地表热流的33%。这些实测的岩石热物性参数为南海北部海域沉积盆地的盆地模拟和 地热相关研究提供了坚实的基础数据。     

我国东海陆架地区新生代地层的热导率

对东海陆架区的浅表层柱状岩芯样品和多口钻井岩心样品的热导率数据按岩性、深度、年龄和孔隙度进行了统计分析。发现泥岩、粉砂岩和砂岩的热导率有所不同。在3000m以上，泥岩的热导率大于砂岩的热导率；而在3000m以下砂岩的热导率则大于泥岩的热导率。粉砂岩的热导率基本介于泥岩和砂岩之间。岩石的热导率和岩石样品所处的深度密切相关，随着深度的增大热导率数值增大。岩石的年龄影响岩石的热导率。在同等深度的情况下，年龄越老，热导率数值越高，但埋深浅的老地层热导率会小于埋深大的新地层的热导率。孔隙度和含水对岩石样品的热导率有很大的影响，岩石会因孔隙中含水而使热导率有非常大的变化。本文给出了饱和水热导率和干样热导率之差和孔隙度的回归方程。     

两淮煤田煤系地层岩石热导率特征

基于对淮北和淮南煤田煤系地层所测定的127块岩石样品的热导率结果,对测试的岩石热导率结果进行校正,还原 岩石初始压力和温度环境下的热导率,校正结果值略大于实测值。同时结合区内前人的实测数据,全面报道了两淮煤田岩 石热导率参数及其特征,并从多方面分析了影响热导率大小的因素。结果表明：两淮煤田煤系地层岩石热导率变化范围为0.37～ 4.36 W/mK,平均值2.54 W/mK;热导率与岩性、埋藏深度、地层时代和密度等相关密切,砂岩的热导率普遍大于泥岩和 煤,热导率和深度、密度均表现为正相关关系。     

南海北部大陆边缘盆地地热特征与油气富集

本文报道了莺歌海盆地、北部湾盆地共148个新测热导率数据,根据收集的钻井温度数据新增计算65个大地热流数据;结合前人研究成果绘制了南海北部大陆边缘沉积盆地的地温梯度图、大地热流分布图;系统归纳了南海北部大陆边缘油气勘探成果.结果表明,南海北部大陆边缘珠江口盆地、琼东南盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地的平均热流值分别为68.7±11 mW/m²、71.1±13 mW/m²、65.7±8.9 mW/m²、74.7±10 mW/m²,属于典型的“热盆”.热流区域分布特征总体上受大地构造背景控制,随地壳厚度从北向南,由陆架到陆坡区逐渐减薄而增高,水热活动与岩浆活动等是引起局部高热流异常的原因.盆地地温场的差异控制和约束了油气分布富集规律,从研究区油气勘探成果中可以发现,该区域的气田多发育于高热流盆地（凹陷）,而中-低热流盆地（凹陷）则多孕育油田,油气田具有“北油南气”的分布特征.     

含湿孔隙岩石有效热导率的数值分析

本文采用有限元方法研究含湿孔隙岩石的有效热导率,即随机划分网格并指定材料性质,建立三维含湿孔隙岩石的有限元模型,模型的上下表面施加不同的温度,侧面绝热,计算出总热流,然后结合上下表面的温度梯度计算出岩石的有效热导率.考虑到单个随机模型不一定具有代表性,对给定的孔隙率和饱和度均生成了200种矿物、水、空气随机分布的岩石模型,进行Monte Carlo实验和统计分析,统计分析结果与前人实验结果吻合良好.数值分析结果表明,孔隙岩石的有效热导率与岩石的孔隙率、饱和度、固体矿物组分及孔隙的分布情况有关,数值计算的误差随着网格数目的增加而减小.此有限元方法可以用来估算岩石的有效热导率,在已知组分性质的多矿物岩石物性计算方面有广阔应用前景.