用演变热动力学分析镜质组反射率梯度与古地温梯度的关系

文章将煤变质热动力学方程演变成有机质演化热动力学方程并用于准确描述古地温、镜质体反射率和岩层绝对年龄三者之间的关系。进而推导出用镜质组反射率梯度计算古地温梯度的数学方程,并用以求解埋深。对于古近系构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为8.28%,对于古生界构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为3.94%,均远大于计算温度时的平均相对误差。研究表明,要想更好地诠释不整合面上、下构造层中镜质体反射率随深度的“跳跃”无法耦合的情况,既要考虑不整合面地层的剥蚀(沉降)–反剥蚀(隆升)的影响,同时还得考虑古地温梯度变化的影响。

地温梯度在塔里木盆地古生界热演化研究中的应用

塔里木盆地古生界烃源岩热史研究,特别是对超深古老烃源岩热演化认识存在较大争议,热演化阶段评价方法一直是困扰烃源岩热史研究的关键问题。调研结果表明,塔里木盆地寒武系古地温梯度变化在2.95~3.6℃/hm之间,按照生烃温度门槛值65℃计算,分别需要上覆地层厚度2203~1806 m,相差397 m,即2.58℃,温度差值较小。因此认为,塔里木盆地寒武系古地温梯度变化较小,可以忽略每期地温梯度取值上的差别,厚度可能是决定温度的主要因素;地层沉积与残留厚度可比较准确地获得,误差主要取决于剥蚀厚度的恢复。通过可靠获取的地层厚度、古地温梯度和剥蚀厚度等参数,以及烃源岩生烃图版,对塔里木盆地寒武系玉尔吐斯组烃源岩热演化阶段进行了评价;界定了关键期环满加尔坳陷的有效烃源岩及其分布,对玉尔吐斯组有效烃源岩及其规模生烃能力进行了预测和划分,并预测和划分了晚期成藏的有利区域。不同阶段有效烃源岩及其规模生烃量是每期成藏富集的关键,利用该方法避免了成熟度判识缺少可靠温标的问题,为塔里木盆地深层—特深层石油勘探和开发以及晚期成藏有利区的选择提供了重要的科学依据。

基于多种估算方法的湖南省现今地温梯度综合确定

湖南省目前地热井多为深度较小(多在500 m以浅)的热对流型,用地热井测温数据求取的地温梯度一般偏大很多。为解决对流型地热测得的地温梯度偏大问题,本文采用地热温标、管道模型及基于生热率的深部地温反推法等地温梯度估算方法,综合确定了湖南省现今的地温梯度。结果显示,湖南省高地温场大致沿中部的白马山岩体、沩山岩体、幕阜山—黄龙山岩体一线和湖南省东南部分布,地温梯度大于3.0℃/100 m;5000 m深度、6000 m深度沩山岩体、热水圩一带的最高温度分别达到了218.69℃、216.70℃和258.99℃、256.60℃。深大断裂与多块体接合部位的构造形态相配合,使湖南省中部构造交汇带处于张开性的构造环境,有利于大气降水的深循环与深部热物质的上侵,是形成湖南省中部高地温场的主要原因。湖南省东南部是西太平洋板块俯冲与回撤的前缘,处于江南造山带与华夏板块的接合带,有利于大气降水的深循环与深部热物质的上侵;同时高放射性生热率的铀矿床、矿点也提供了较高的地壳热量,是形成湖南省东南部高地温场的主要原因。地温梯度及地温场的科学界定,为湖南省下一步寻找高温地热资源指明了方向。

实验室尺度高地温梯度模拟地层的实现方法研究

地热井与周围热储层的传热过程对地热井产热性能研究有重要意义。由于实际工程中在地热井周边布置测点较难,无法获取地热井周围热储层的参数变化,进而为地热热储模拟结果提供验证,故以往大多地热热储模拟仅将地热井作为源项处理,未考虑地热流体和储层的耦合流动换热。实验室条件下的模拟试验方便布置测点,可为热储-井筒耦合流动传热模型提供试验验证,其中如何实现实验室尺度下有温度梯度的模拟地层是试验研究的关键,目前尚未有类似研究。基于传热学基本原理,研究了实验室条件下有较高温度梯度多孔地层的快速实现方法,通过确定模拟热储层和热储盖层几何尺寸、优选填充多孔介质和实现恒定温度的模拟热储层,设计了一套实验室尺度下有高温度梯度的模拟地层系统,通过分层加热与边界动态热补偿方法,较快实现了热储层温度分别为60,65,70°C下模拟地层的线性温度分布,采用有限体积法得到的数值模拟与试验结果的相对误差在±2.5%范围内,二者吻合较好。文章设计搭建的模拟地层系统可为开展地热井筒-热储耦合模拟试验提供条件,进而为开发的地热热储-井筒耦合传热数值软件提供试验验证。

山东省地温梯度分布特征研究

在充分搜集山东省区域地质、构造地质、地热地质及地热遥感解译资料等基础上,开展了山东省地温场现状调查、1∶50万地热遥感解译和测温工作,根据收集资料程度,提出计算地温梯度的方法,计算了整个研究区地温梯度;评价了各个地热区地温梯度的分布规律,并从大地构造、基岩起伏、岩浆活动、地层岩性、断裂构造、地下水活动等方面分析了影响地温场分布的因素,讨论了浅部地温场与深部构造的关系,总结了研究区各区地温梯度的分布特征。

关中地区地温梯度分布规律及其影响因素研究

随着国家“碳达峰”、“碳中和”双碳目标的确立,地热资源的开发利用具有重要意义。陕西关中地区是我国地热资源比较丰富的地区之一,具有良好的地质条件、地热特征和巨大的开发潜力。为最大限度提高关中地区地热资源开发及利用,对地层深度分别为2000 m、2500 m、3000 m的地温梯度分布情况进行科学分析,系统性研究关中地区地温梯度分布规律及其影响因素。结果可知:(1)地温梯度水平变化规律为:随着地层深度的增加地温梯度值逐渐在降低,但整体趋势不变,呈现盆地四周地温梯度值低,盆地中央值高的趋势,渭北岩溶热储区地温梯度值低,中部砂岩热储区和固市断凹东部和中间一带相对较高。(2)地温梯度垂直变化规律为:关中盆地各构造单元的地温梯度均随深度增大而逐渐减小,且减小幅度也逐渐减小,最终趋于稳定。从构造单元来看,宝鸡凸起三口地热井每百米增温在1.08℃~2.48℃,西安凹陷三口地热井每百米增温在1.89℃~3.35℃,咸礼凸起三口地热井每百米增温在2.25℃~3.23℃,临蓝凸起三口地热井每百米增温在1.10℃~2.58℃,固市凹陷三口地热井每百米增温在1.87℃~3.40℃。(3)影响关中地区地温场的主要因素为地质改造和岩性。研究成果为关中地区地热资源的开发提供了科学依据,同时也为今后该地区的地质研究工作提供了参考。

塔里木盆地北缘库车前陆盆地地温梯度分布特征

结合塔里木库车前陆盆地的 10 9口井的地温数据 ,给出了库车盆地的地温场分布特征 .库车盆地各构造单元的平均地温梯度值为 18～ 2 8℃ km ,与我国其他大、中型沉积盆地相比 ,仍然偏低 .库车前陆盆地整体上是属于低温冷盆 ,山前带部位 ,依奇克里克、克拉苏和大宛齐等构造分区是低温冷盆中的高地温梯度带 ;从山前带由北向南 ,地温梯度逐渐降低 .在盆地的南部 ,地温梯度又存在明显差异 .总体上 ,地温梯度随深度的增加而降低 ,趋于一致 ,但在不同地质构造条件下其变化的速率不同 .在此基础上 ,进一步探讨地温梯度与盆地形成和构造演化的关系以及油气勘探意义 .

渤海湾盆地中原地区古地温梯度恢复研究

渤海湾盆地中新生代具有叠合盆地多期叠加演化的特点,不同地质时期地温场的恢复具有多解性和不确定性。应用包裹体测温、磷灰石裂变径迹分析、Barker温度函数法、EASY%Ro模拟等方法,通过不同构造单元的最高古地温的恢复,进行不同地质时期的地温梯度恢复。研究表明:(1)包裹体测温、磷灰石裂变径迹分析、Barker温度函数等方法仅适用于欠补偿沉积区古地温及古地温梯度恢复;(2)Barker法计算的地温梯度偏高;(3)而EASY%Ro热史模拟方法是补偿-近补偿沉积区古地温梯度恢复的有效方法;(4)三叠纪、侏罗—白垩纪、古近纪是影响上古生界烃源岩演化的关键时期,地温梯度分别为3.3℃/100 m、4.5℃/100 m和4.0℃/100 m。

沉积盆地地温梯度研究中应注意的问题

沉积盆地的地温场特征是油气勘探研究的重要内容之一。油气勘探工作者习惯于采用地温梯度而不是大地热流来描述沉积盆地的热状态,但是,地温梯度与计算井段密切相关,离开计算井段去谈地温梯度高低,很容易引起误解,尤其是在测温井段较短或测温深度较浅时,测温数据不能直接用于计算沉积盆地的地温梯度,否则,会得出错误的结论。然而,在实际研究工作中,这一点经常被忽视。为此,本文提出了"规一化"地温梯度的概念和计算方法,并以实例说明沉积盆地地温场研究中,采用"规一化"地温梯度来描述盆地热状态平面分布特征的必要性。

用镜质体反射率法确定吐鲁番-哈密盆地的古地温梯度和估算地层剥蚀厚度

使用镜质体反射率法，首次系统地对吐鲁番－哈密盆地进行了古地温梯度的求取和剥蚀厚度的恢复。在此方法使用中应注意：①选择各地区标准Ｒｏ－深度曲线；②建立本区的镜煤反射率与最大埋藏温度的回归方程；③判断地层补偿和温度补偿状况；④与包体测温等其他热指标相对比。计算出在侏罗纪末期燕山运动期间，台北凹陷西部和托克逊凹陷古地温梯度平均为２．９℃／１００ｍ，台北凹陷中部为３．３℃／１００ｍ，台北凹陷东部和哈密凹陷介于４．５～４．９℃／１００ｍ。盆地中部广大地区地层为补偿和超补偿状态，盆地两边山前带现仍处在欠补偿状态。

华北盆地济源凹陷古地温梯度的研究——磷灰石裂变径迹的应用

济源凹陷是勘探的前沿地区,许多油气基础地质问题(如古地温)需要解决。由于它的中生代和第三纪具有不同性质的构造和沉积发育史,可能导致古地温和油气地质的差异性。作者通过对中生界和第三系岩心和岩屑样品的磷灰石裂变径迹测定和模拟等工作,认为济源凹陷中生代和第三纪的古地温梯度分别为2.9℃/100m和3.1℃/100m,阐明了该凹陷自中生代以来经历了两次热事件,且与该地区大地构造活动的性质变化一致,也说明磷灰石裂变径迹恢复古地温是可信的。

准噶尔盆地北部燕山中期古地温梯度恢复

运用磷灰石裂变径迹（AFT）法和镜质体反射率（Ro）法恢复了准噶尔盆地北部燕山中期的古地温梯度。研究结果显示,磷灰石裂变径迹（AFT）恢复的古地温梯度分布在3.5~3.9℃/hm;镜质体反射率（Ro）恢复的古地温梯度接近4.0℃/hm;平均接近3.7℃/hm,明显高于2.3℃/hm的现今地温梯度。准噶尔盆地北部燕山中期较高古地温场背景不仅对烃源岩热演化研究具有重要意义,同时也指示了准噶尔盆地北部存在一次燕山中期构造热事件。

华北平原新生界盖层地温梯度图及其简要说明

本文报道新编比例尺为1:1500000的华北平原新生界盖层地温梯度图。该图以近4000口钻井的温度资料和对地温场控制因素的分析为基础,并结合地温场数学模拟计算结果编制而成。圈定全区地温梯度G>4℃/100m及大地热流q>62mw/m^2的局部地热异常区44片,总面积为25000km^2,为地热能勘探、开发远景规划提供了重要的科学依据。

EASY%R_o法在地温梯度恢复中的局限性——以海拉尔盆地乌尔逊凹陷为例

EASY%Ro法是一种寻找能与现今Ro垂向分布达到最佳匹配的古地温梯度的反演热史分析法,涉及到的一个重要环节是有约束条件的最优化计算。基于4种地温梯度约束方式(逐步升高、逐步降低、先降后升、先升后降)的计算发现,EASY%Ro可以得到有差异的地温梯度史结果,又能达到现今相同的Ro分布,即EASY%Ro得到的地温梯度史有一定的不确定性;这种不确定性发生在反演地质时间段的早期。对乌尔逊凹陷4口井4种约束条件得到的地温梯度史结果分析说明,乌尔逊凹陷在大磨拐河组沉积时期的地温梯度值最高,伊敏组至今处于下降过程,大磨拐河组之前的地温梯度无法确定,但不高于大磨拐河组时期。

长白山聚龙泉温泉地温梯度和热流的估算

本项研究在野外完成了长白山聚龙泉温泉的测温测流工作;采集了相应的温泉水样,对水样进行了常规分析,获得了K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_4^(2-)、HCO_3^-、SiO_2等组分结果。选取了4个温泉水样作为计算长白山聚龙泉温泉的热储的基本数据;使用玉髓温标公式初步计算了温泉热储的温度;根据Donaldson的管状模型,热流体的对流传输模型和无量刚的温度参数(由热储温度,地表泉口温度和地表平均气温计算)—涌水流量曲线的方法,参考了Rybach(1987)的一组曲线,估算了热水的循环深度(即热储深度);使用地表温度、热储温度和热储深度,由热传导方程得到了长白山聚龙泉温泉地区的地温梯度,估算了该地区的热流。

地温梯度研究中应该注意的问题

在研究沉积型盆地地下热资源的分布过程中,经常通过对地温梯度的研究来确定地下的热分布情况,而不是研究大地热流的分布,但是在研究地温梯度的过程中,经常将不同深度下计算的地温梯度放到同一平面中进行比较,这样就会给实际的研究造成错误的指导,地温梯度与计算井段的深度是密切相关的,要将地下的情况放到平面上进行分析研究,就必须将不同深度下的地温梯度规一化到同一深度面上讨论,现提出一种解决的办法,即规一化地温梯度的计算方法。

四川盆地东北地区古地温梯度模拟

四川盆地东北地区古地温梯度一直缺乏研究。以普光气田已有的实测反射率数据为依据,应用EasyRo模拟计算方法,研究了该区主要生烃期的古地温梯度。结果表明,对川东北地区主要埋藏与生烃期(三叠纪—早白垩世)进行的成熟度模拟计算,应用古地温梯度为3.0℃/100m的古地温模式计算所得的结果与实测结果非常吻合。进一步提出了该区的简化古地温模式为[3.0℃/100m(>96Ma)—2.8℃/100m(65Ma)—2.2℃/100m(0Ma)]。

孟巴矿地温梯度测定方法及其计算

地温梯度是度量煤矿热害的一个重要指标,是预测煤矿热害、指导煤矿进行降温工作的基础数据。为了准确了解孟巴矿的地热灾害情况,根据调热圈理论采用三线法对孟巴矿进行了稳态测温,提出了利用线性拟合计算地温梯度的方法,得出孟巴矿-260m至-430m水平的地温梯度为4.0732℃/100m。

利用非平衡态温度测井数据估算地温梯度

掌握真实地温梯度对于深入了解易受温压场控制的天然气水合物赋存状态具有重要意义。在南海天然气水合物钻探区获取的地温梯度主要以海底表层的热流探针方式为主,由于海底表层尚未压实,地层物理属性多呈现高渗透性,易受到海底底流影响,导致了部分地温梯度无法推算到较深地层。而另一方面,井下原位温度测量虽然可获取真实的地温梯度,但其经济成本昂贵并且时效性低。为此本研究依据天然气水合物钻探井位单一非平衡态温度测井数据和钻井进程,在前人的数学模型基础上,尝试现场快速恢复地层地温梯度的操作,并利用有限的原位地温梯度进行对比分析。研究结果表明,该方法在一定程度上具有适用性,当测井温度变化率在较均匀层段(例如A-B段),根据测井进程可大致估算具有参考意义的原始地温梯度。但应用该方法时也须谨慎,避免使用测井温度变化率在非均匀的数据段(例如B-c段),因为模型中受到数学条件而忽略的多种不确定因素的权重,在外部参数环境波动较大时有可能增加,从而减弱了模拟过程中时间因子的主要作用量。