辽河盆地东部凹陷大地热流

第17卷第2期2000年　12月
中国科学院研究生院学报
Journal of Graduate School,Academia Sinica
Vol.17　No.2
Dec.2000辽河盆地东部凹陷大地热流
王永新　胡圣标　汪集＊
(中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029)
吴铁生　王延山　冯殿生
(辽河油田管理局石油勘探开发研究院,盘锦124010)
摘　要　辽河盆地是一个中、新生代断陷盆地,具有“三凹三凸”的构造格局.依据12口系统测温井数据和47块岩石热导率测试结果,计算了东部凹陷12个高质量的大地热流数据.东部凹陷地温梯度变化于10～50℃/km之间,岩石热导率变化于0.819～2.914 W/m·K之间,平均1.667W/m·K,热流值变化于45.7～70.0×10-3W/m2之间,平均为
56.1(±6.98)×10-3W/m2.热流分布的格局是古潜山带和斜坡带高于洼陷区.
关键词　钻井地温梯度,热导率,大地热流,辽河盆地东部凹陷
辽河盆地是一个勘探程度较高的中、新生代含油气盆地.前人对盆地的大地热流曾做过许多工作,但大多集中在西部凹陷,东部凹陷的热流数据比较匮乏[1,2,3],这给东部凹陷的构造-热演化研究和油气资源潜力评价带来诸多不便.为弥补这一缺憾,我们系统采集并分析了东部凹陷115口井温数据,从中选取12口代表传导型地温特点的系统测温井来计算热流,并测试了47块岩石热导率(中科院地质与地球物理研究所岩石热物性实验室,张容燕,2000),收集了14个岩石热导率数据(中科院地质所岩石热物性实验室,张容燕,1995),在此基础上,获得了12个高质量的实测大地热流数据.
1　地质背景和测点位置
辽河盆地位于华北板块的东部,东临辽东褶皱带,西接燕山沉陷带,它是一个在前中生代基底基础上发育起来的中、新生代断陷盆地,新生代沉积厚度超过10000m.它的演化经历了三个阶段:早期古新世断陷阶段、始新世—渐新世的沉陷阶段和晚第三纪至今的坳陷阶段.盆地呈“三凹三凸”的构造格局,包括东部凹陷、西部凹陷、大民屯凹陷及中央凸起、东部凸起和西部凸起等构造单元.
东部凹陷为一北东走向的狭长洼陷,长轴约130公里,而短轴平均只有25公里.由南向北依次发育了二界沟洼陷、驾掌寺洼陷、黄于热洼陷、于家房子洼陷、界东洼陷、牛居洼陷、长滩洼陷等负向构造单元以及荣兴屯构造带、大平房—桃园构造带、黄于热构造带、新开—董家岗斜坡带、大湾
收稿日期:2000-10-15
基金项目:中国科学院重点资助项目(KZ951-A1-401)
＊汪集,中国科学院院士
作者简介:王永新,男,1973年11月生,1999级博士生
超覆带、三界泡潜山带、牛居—青龙台构造带、茨榆坨高垒带等正向构造单元.
东部凹陷下第三系、上第三系和第四系都很发育,主要为湖泊相、河流相和三角洲相砂、泥岩沉积体,中间偶夹几层薄层火山岩.
图1显示了东部凹陷内热流测点的地理分布和地质背景,其中海12井位于二界沟洼陷,荣7和荣21井位于荣兴屯构造带,桃6井位于桃园构造带,开1、开2和董6井位于新开—董家岗斜坡带,界3井位于三界泡潜山带,龙24井位于青龙台构造带,牛3、牛11和牛59井位于牛居洼陷.从地理位置来看,这12口井分布较分散,既有位于洼陷区内的,又有位于潜山带和斜坡带的,基本上能反映整个东部凹陷的热流概貌
.
图1　辽河盆地东部凹陷热流测点分布图
图内测点编号对应表2中的热流测点序号Fig .1　Distribution of w ells used to calculate heat flow in
the Eastern Subdepression of Liaohe Bas in
2　井温和岩石热导率
本次研究共取得了115口井的温度数据,从统计资料来看,有的受地下水活动强烈干扰,井温
数据变化大,不适于进行热流计算;有的因测温时静井时间较短,井温没有恢复到地层的温度,因而不能代表稳态平衡温度,故也不适于进行热流计算.经过筛选,选取12口符合热流计算要求的代表传导型地温特征的钻井来进行热流计算(图2).由于东部凹陷馆陶组和明化镇组地下水活动强烈,对区域地温干扰十分明显[2].东营组以下的地温梯度虽然仍在不同程度上受到地下水活动的影响,但和上第三系以上的地层相比已有了质的不同,影响大为减弱或已接近正常.为消除局部地下水活动的影响,我们尽量选用远离浅部馆陶组和明化镇组两个主要含水层段的深处测温井段,因此主要采用东营组以下的地层的地温梯度来进行热流计算,并利用线性回归法求取相应层段的地温梯度.
为进行热流计算,共采集了47块岩石样品进行热导率测试(桃6、　荣7、　龙24、　牛59、　海12和荣21井),并收集了14个东部凹陷的岩石热导率数据(大15和黄80井),统一汇编在表1
2000年 王永新等:辽河盆地东部凹陷大地热流 12月
中.所测试的样品,既有碎屑岩类也有火山岩类,基本上包含了东部凹陷沉积盖层的主要岩石类型.从统计结果来看,沉积盖层的岩石热导率变化于0.819～2.914W /m ·K 之间,平均1.667W /m ·K ,具体来看,泥岩热导率介于0.819～2.914W /m ·K 之间,平均1.485W /m ·K ,砂岩热导率介于1.026～2.914W /m ·K 之间,平均为1.779W /m ·K .无论是泥岩还是砂岩,岩石热导率只和岩石类型与深度有关,砂岩的热导率随深度增加而增大,泥岩随深度的增加略有增大,但趋势不如砂岩明显.当埋深超过2000m 后,泥岩热导率基本上位于1.6～1.8W /m ·K 之间.由于受采样条件的限制,无法对所需计算热流井的热导率进行系统测试,考虑到各井之间相同岩性、深度的岩石热导率相差不大,为了减少计算误差,对所有热导率样品进行了时代和岩性的分类,并按计算热流井段的岩性采用加权平均值的方法求取相应层段的平均热导率
.
图2　辽河盆地东部凹陷热流计算井钻井深度-温度剖面图
Fig .2　Relationship between depth and temperature of w ells used to calculate heat flow
in the Eastern Subdepression of Liaohe Basin
3　热流值计算及分布特征
大地热流是指地球内热经传导方式单位时间、单位面积内向地球表面流过的热量.它是可以直接测量出的、表征区域地热状态的综合性热参数,在数值上等于反映地热特点的地温梯度与反映
岩石传热能力的热导率的乘积[4],因此,一个高质量热流数据的获得,直接取决于这两个物理参数的获取和测定[5].
依据上述地温梯度和岩石热导率的求取方法,分别计算了12口井的大地热流值,计算结果见表2.第17卷 中国科学院研究生院学报 第2期
表1　辽河盆地东部凹陷实测岩石热导率数据表
Table1　Thermal conductivity of rock in the Eastern Subdepression of Liaobe Bas in
序　号井　号采样深度
(m)岩　性
热导率
(W/m·K)
1
2 3桃6
2886火山岩1.565
3090.2中-粗砂岩1.707
3093中砂岩1.682
4 5 6 7
8 9 10 11 12 13荣7
1514.2细-中砂岩1.297
1545.17粉砂岩2.188
1651.6粉砂质泥岩1.520
1657泥岩1.572
1686粉砂质泥岩1.341
1695粗砂岩1.771
1700含砾粗砂岩1.687
1704砾岩1.578
1710粉砂岩1.591
1760细砂岩1.209
14 15 16 17
18 19 20 21 22龙24
1575中-细砂岩1.081
1588泥岩1.497
1598细砂岩1.215
1610中-粗砂岩1.487
1614粉砂质泥岩1.109
1622泥岩1.403
1636粗砂岩1.026
1715.5粉砂质泥岩1.416
1750细砂岩1.497
23 24 25 26 27
28 29 30 31 32 33牛59
2499粉砂质泥岩1.703
2504砂泥互层1.760
2505.5粉砂岩1.973
2554泥质粉砂岩1.921
2558炭质页岩0.237
2561粗砂岩2.914
2565.5粉砂岩2.297
2569粗砂岩2.381
2578泥质粉砂岩2.071
2584粉砂岩2.060
2932火山岩1.890
34 35
36 37 38 39海12
2065泥质粉砂岩1.811
2942粗砂岩1.577
2943.5细砂岩1.884
3259粗砂岩2.294
3442细砂岩2.552
3509中-粗砂岩2.081
40 41 42
43 44 45 46 47荣21
1699泥质粉砂岩1.051
2774粉砂岩1.873
2780粗砂岩1.382
2998细砂岩1.823
3099细砂岩2.196
3105.5泥质粉砂岩1.581
3341泥岩1.342
3351泥岩1.478
2000年 王永新等:辽河盆地东部凹陷大地热流 12月
序　号井　号采样深度
(m)
岩　性
热导率
(W/m·K)
48 49 50
51 52 53 54 55大15
1262泥岩1.463
1828泥岩1.626
2236.9泥岩1.437
2797泥岩1.667
3117泥岩1.773
3592.8泥岩1.626
3789泥岩1.925
4214泥岩1.809
56 57
58 59 60 61黄80
1580砂岩1.184
2187砂岩1.532
2290砂岩1.900
2459砂岩1.615
2509砂岩1.909
2632砂岩1.924
表2　辽河盆地东部凹陷实测大地热流数据表
Table2　Heat flow data in the Eastern Subdepression of Liaohe Basin
序
号井　号大地坐标
深度范围
(m)
地温梯度
G±SD
℃/km
相关
系数
热导率
加权平均
W/m·K
实测
热流
mW/m2
1海122141179345200871600～360030.65±0.580.9991.489945.7
2荣212142210245195231050～300037.45±0.660.9991.462654.8
3牛11214942194597281750～275030.81±0.680.9991.518846.8
4龙242148391345822131450～210039.50±1.400.9991.590162.8
5牛32149672345920002750～303330.78±1.220.9601.60849.5
6牛592148897145862952200～320043.73±2.710.9951.30657.1
7荣72142190545150522025～232536.40±0.330.9951.30660.2
8开12143765645475031725～210736.00±0.001.0001.632158.8
9桃62143268045346532854～330043.20±0.880.9991.620770.0
10开22143907645493971100～150035.67±1.280.9991.551655.3
11董62144514345552491200～170038.51±1.210.9991.551659.8
12界32146427745621961100～144133.00±2.420.9961.567551.7
从计算结果可以看出,东部凹陷热流值介于45.7～70.0m W/m2之间,平均为56.1(±6.98) mW/m2,与中国大陆平均热流值相一致.二界沟洼陷的海12井和牛居-长滩洼陷的牛11井、牛3井的热流值最小,均小于50mW/m2,其次为潜山带和斜坡带的界3、开2、开1和董6井,而桃6井最大,为70.0mW/m2.
从大地热流值与所处的构造位置来看,基底埋藏较深的洼陷中心部位的热流值要小于古潜山带或斜坡带的热流值.这是由于洼陷区沉积厚度大,碎屑岩类较发育,而碎屑岩的热导率值相对较低,因此对来自地壳深部的热流起着一定的屏蔽作用,使热流在侧向上向两侧热导率相对较高的斜坡带或潜山带部位汇聚,产生热流再分配,从而导致凹陷的洼陷中心带的热流普遍低于两侧斜坡带或潜山隆起区.
此外,沉积作用也会导致地表热流偏低,其减小量取决于沉积物的热导率、沉积速率和沉积作用的持续时间,沉积速率愈大,热流减小愈显著.牛居-长滩洼陷、驾掌寺地区和二界沟洼陷是东部凹陷早第三纪的沉降-沉积中心,沉积了巨厚的砂泥岩地层,快速沉积及较低的热导率导致这些第17卷 中国科学院研究生院学报 第2期
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洼陷的热流值也偏低.
4　结论
(1)东部凹陷馆陶组和明化镇组地下水活动强烈,对区域地温干扰十分明显.为得到可靠的热流数据,应选用远离含水层段的深处测温井段,研究中选取了12口代表传导型地温特征的钻井来计算热流,并利用线性回归法求取了相应层段的地温梯度.
(2)东部凹陷沉积盖层岩石热导率变化于0.819～2.914W/m·K之间,平均1.667W/m·K,其中泥岩热导率介于0.819～2.049W/m·K之间,平均1.495W/m·K,砂岩热导率介于1.026～
2.914之间,平均为1.779W/m·K.
(3)所计算的12个高质量的热流值变化于45.7～70.0mW/m2之间,平均为56.1(±6.98) mW/m2.热流分布的格局是古潜山带和斜坡带高于洼陷区.
参　考　文　献
1　Wang Jiyang,Wang Jian,Xiong Liangping,Zhang Juming.Analysis of Factors Affecting Heat Flow Density Determination in the Liaohe Bas in,North China.Tectonophysics,1985,121:63～78
2　汪集,汪缉安,王永玲,张忠义.下辽河盆地大地热流.地质科学,1986,(1):16～29
3　何丽娟.辽河盆地新生代多期构造热演化模拟.地球物理学报,1999,42(1):62～68
4　胡圣标,熊亮萍,汪集等.江西省首批实测大地热流数据报道.科学通报,1992,37(19):1791～1793
5　王社教,胡圣标,李铁军等.准噶尔盆地大地热流.科学通报,2000,45(12):1327～1332
Heat Flow in the Eastern
Su bdepression of Liaohe Basin
Wang Yong xin　Hu Shengbiao　Wang Jiyang
(Institu te of Geol ogy and Geophysics,Chinese Academy of S ciences,Beijing100029)
Wu Tiesheng　Wang Yanshan　Feng Diansheng
(Res earch Institu te of Petroleum E xp loration an d Devel op ment,Liaohe Oilfield Administrative Bureau,Panjin,124010)
A bstract　The Liaohe Basin is a Meso-Cenozoic faulting-depression basin,characterized by tecton-ic framewo rk of“three subdepressions and three uplifts”.Based on temperature measurements in12 w ells and therm al conductivity determinations of47rock samples,12heat flow values w ere calculated for the Eastern Subdepression.The geo thermal g radient ranges from10℃/Km to50℃/Km.The rock thermal conductivity ranges from0.819W/m·k to2.914W/m·k.Ranging from45.7mW/m2 to70.0mW/m2,the mean of these12heat flow values exhibits56.1±6.98mW/m2.The heat flow in the uplift and ramp is g reater than that in the sag.
Key words　Borehole geothermal g radient,Thermal conductivity,Heat flow,Eastern subdepres-sion of Liaohe Basin。