查干凹陷現今地溫場研究及其油氣地質意義

鄧已尋，左銀輝，郝情情，李中超，李新軍，高霞，李仁甫，徐深謀

（1.中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083；2.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)科學研究院，河南 濮陽 457001；3.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；4.中國冶金地質總局礦產資源研究院，北京 100025；5.成都理工大學沉積地質研究院，四川 成都 610059）

查干凹陷現今地溫場研究及其油氣地質意義

鄧已尋1，2，左銀輝2，3，郝情情4，李中超2，5，李新軍2，高霞2，李仁甫2，徐深謀2

（1.中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083；2.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)科學研究院，河南 濮陽 457001；3.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；4.中國冶金地質總局礦產資源研究院，北京 100025；5.成都理工大學沉積地質研究院，四川 成都 610059）

查干凹陷是銀-額盆地最具油氣勘探潛力的凹陷，文中應用9口井的測溫資料，計算了查干凹陷的地溫梯度、大地熱流，分析了查干凹陷地溫梯度平面分布特征。研究結果表明：查干凹陷具有穩(wěn)定區(qū)域的中等地溫型地溫場特征，其平均地溫梯度為3.36°C/100 m，平均估算大地熱流為54.04 mW/m2；凹陷地溫梯度的分布呈現毛敦次凸最高，東部次凹次之，西部次凹最低的特征；其分布與基底埋深相關，還與查干凹陷區(qū)巨厚沉積蓋層和凹陷四周凸起之間產生的“熱折射”效應作用有關。另外，查干凹陷烴源巖的成熟度受古地溫影響。研究成果為查干凹陷及銀-額盆地其他凹陷的烴源巖生烴評價提供了地溫資料。

地溫場；地溫梯度；查干凹陷；銀-額盆地

地溫場在油氣生成和盆地演化過程中起著重要的作用,研究盆地的地溫場不僅對油氣勘探具有重要的指導意義，還為盆地的成因動力學和構造熱演化等基礎問題的探討提供科學依據和約束［1-2］?，F今地溫場的研究包括地溫隨深度的變化規(guī)律、地溫梯度及大地熱流的空間分布特征等內容。

查干凹陷自1995年的第一口井——查參1井揭示存在良好的油氣資源潛力以來，至今已鉆探30余口探井，其中有多口井獲得油氣流。已發(fā)現三級石油儲量超過0.4×108t，發(fā)現一個新油田——吉祥油田，證實查干凹陷具有較好的勘探開發(fā)前景。由于鉆井數量少及測溫資料的限制，以前文獻中僅對該區(qū)查參1、巴1和毛1井的現今地溫梯度進行了計算，其地溫梯度分別為3.2，2.5，1.9°C/100 m［3］。但是巴1井和毛1井的測溫資料可能是剛完鉆時測試的，此溫度與地層實際溫度存在一定差異，導致計算的地溫梯度較低，這與查干凹陷所處的區(qū)域構造背景不相符，因此不能真實反映該井的地溫狀態(tài)。

近年來隨著查干凹陷油氣勘探的進展，積累了一些新的地溫資料，文中依據9口井的地溫數據對查干凹陷現今地溫場分布特征進行研究，探討查干凹陷地溫場的分布及其與油氣資源的關系，從而為銀-額盆地其他凹陷的勘探提供指導。

1 地質概況

查干凹陷地處內蒙古自治區(qū)巴彥淖爾盟烏拉特后旗，區(qū)域構造上位于銀-額盆地東部查干德勒蘇坳陷的中部，凹陷西鄰西尼凸起，東以楚干凸起與白云凹陷相隔，西南為木巴圖隆起，東南緊靠狼山。大地構造位置位于塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞和華北4大板塊的結合部位［4］，構造活動復雜。

凹陷呈不規(guī)則的“菱形”展布，是一個西南和西北斷、東北和東南超結構的中、新生代斷陷，北東長60 km，北西寬40 km，勘探面積約2 000 km2，是銀-額盆地中最具勘探潛力的凹陷。根據基底起伏、斷裂系統(tǒng)及構造演化等特征的研究成果，認為查干凹陷具“兩凹一凸”的構造格局，即西部次凹、東部次凹和毛敦次凸，可劃分為9個二級構造單元。

圖1 查干凹陷構造劃分及井位

前人已對中國西北中生代斷陷盆地的現今地溫場做了大量工作［5-11］，總體表現為中溫型地溫場特征。但銀-額盆地的地溫場研究相對薄弱，勘探程度相對較高的查干凹陷，近10 a也沒有開展這方面的研究。隨著勘探深度加大，該區(qū)現今地溫場的研究勢在必行。

2 地溫數據分類及地溫梯度計算方法

目前收集到的溫度數據主要有2種：靜溫和流溫。前者通常是在完井后，關井數天或長期關井后試油時將儀器下放至接近油層射井段，進行溫度測量獲得的數據。由于關井時間長，井溫可以認為已與地層溫度達到平衡，是研究地溫場特征的主要依據之一。后者主要包括測井測溫數據，也是地溫場研究的主要數據之一。但由于測井測溫一般都在剛完鉆時就進行測溫，其測試的溫度數據與實際地層溫度存在一定差異。這是由于在鉆探過程中鉆頭的摩擦生熱和鉆井液的循環(huán)，破壞了鉆孔及其附近的地溫狀況。鉆頭摩擦生熱僅限于鉆頭所接觸部位，在時間上是短暫的，去熱效應一般為被鉆井液循環(huán)所抵消。鉆井液循環(huán)在整個鉆進過程中連續(xù)發(fā)生，直至鉆探完成和井液循環(huán)停止后才終止，隨后鉆探產生的熱效應開始逐漸消失，井溫開始恢復。

鉆井結束后井溫變化可分為3段，上段瞬時井溫比原始地溫高，下段比原始地溫低。在某些情況下，如果鉆頭摩擦發(fā)熱量很大，不能為井液循環(huán)抵消，則井底井液溫度可能會比原始地溫高。在上下兩段之間有一過渡帶，此處井液溫度和圍巖地溫相平衡，稱為中性點或中性段（O′點）（見圖2）。圖中：1-A線為停鉆后不久的測溫曲線；2-B線為停鉆一段時間的測溫曲線，隨停鉆時間的增加，測溫曲線向箭頭所指方向變化，箭頭指向是地溫恢復的方向；3-C線為原始地溫曲線。

圖2 停鉆后井液溫度恢復曲線示意

文中根據不同的溫度數據，采用了不同的地溫梯度計算方法。對于靜溫數據，利用公式（1）計算得到地溫梯度；對于流溫數據（測井測溫），則要尋找中性O′點的溫度及深度，再利用公式（1）計算得到地溫梯度。

式中：G為地溫梯度，°C/100 m；T為地層溫度，°C；T0為地表溫度，°C，取查干凹陷年平均溫度，約9°C；Z為地層深度，m。

3 地溫場特征

3.1 單井地溫梯度

本次共收集到9口井的溫度數據，其中巴1、查參1和意2井為測井測溫（見圖3）。毛1井位于烏力吉斷鼻構造帶，于1997年5月3日開鉆，同年6月29日完鉆，7月13日完井，先后共進行了7次井溫測試，由于井溫受鉆井時的鉆頭摩擦升熱及鉆井液的溫度影響，一般在完井后較長一段時間測試的溫度才能代表真實的地層溫度。從恢復的地溫梯度看，1997年進行了4次測溫，地溫梯度為3.05°C/100 m；而1998年測試的3次井溫，恢復的地溫梯度為3.64°C/100 m，明顯比1997年測試的地溫梯度高。由于該井關井時間近1 a，地層的溫度基本恢復到鉆前狀態(tài)，因此1998年測試的數據基本能反映該井真實的地溫梯度（見圖3a）。

從毛1井不同時間的測試溫度數據變化情況可以看出，鉆井液對地層溫度的影響是十分明顯的，因此，對于剛完鉆就進行測井測溫的巴1井和意2井，不能簡單利用溫度數據回歸獲取地溫梯度，而應通過識別中性點來計算地溫梯度。巴1井和意2井的測溫曲線分別在1 000 m和450 m左右出現拐點，推測為中性點（見圖3b，3c），利用中性點對應的溫度和深度，計算得到巴1井、意2井的地溫梯度分別為3.80°C/100 m和3.20°C/100 m。

圖3 查干凹陷單井測試溫度與深度關系

查參1井進行了2次測溫，同一深度測試的溫度相差超過30°C，可能是測井儀器故障所致，而第2次測溫基本能代表地層實際溫度，計算得到該井的地溫梯度為3.24°C/100 m（見圖3d）。

其他井大多為靜溫數據，可以利用公式（1）進行計算，得到的地溫梯度近似代表該井的實際地溫梯度，其現今地溫梯度在3.05～3.80℃/100 m，平均地溫梯度為3.36℃/100 m（見表1）。

表1 查干凹陷地溫梯度和估算大地熱流計算結果

3.2 估算大地熱流

由于盆地內沉積層的壓實作用不同，不同層位的熱導率不同，其地溫梯度也不同，通常表現為隨深度增大而減小，因此，地溫梯度不是表征盆地熱狀態(tài)的理想參數。地表熱流為地溫梯度與熱導率的乘積，相對而言是一個更能表達盆地熱狀態(tài)的綜合參數，是標志區(qū)域基本地熱特征的熱量參數。參考海拉爾盆地烏爾遜凹陷的巖石熱導率［9］，估算了查干凹陷的大地熱流（見表1），查干凹陷大地熱流在49.11～61.18 mW/m2，平均為54.04 mW/m2。

3.3 地溫梯度分布

依據以上9口井的地溫梯度，結合鉆井、錄井、巖性、構造分區(qū)及地震解釋結果等，編制了查干凹陷現今地溫梯度平面分布圖（見圖4）。圖中反映出毛敦次凸地溫梯度最高，其次是東部次凹，西部次凹最低。西部次凹內部，烏力吉斷鼻構造帶和中央構造帶等構造高部位地溫梯度較高，洼陷帶較低。這反映其地溫梯度的分布主要受凸凹相間的構造格局控制，與基底埋深相關，并受凹陷區(qū)巨厚沉積蓋層和凹陷四周凸起之間產生的“熱折射”效應影響，結果在凸起區(qū)形成地溫梯度高值區(qū)，而凹陷區(qū)形成地溫梯度低值區(qū)，整體上反映出區(qū)域構造的輪廓。

圖4 查干凹陷現今地溫梯度分布

4 討論

4.1 查干凹陷現今地溫場性質

查干凹陷現今地溫梯度在3.05～3.80℃/100 m，平均3.36℃/100 m，比全球平均地溫梯度3.00℃/100 m高，也比中國西北部其他盆地高，如酒泉盆地群現今地溫梯度在2.51～3.00°C/100 m，酒西盆地地溫梯度平均為2.86°C/100 m，吐哈盆地地溫梯度2～3℃/100 m［5］。但比東北部盆地低，如松遼盆地的現今地溫梯度平均為3.70°C/100 m。查干凹陷的地溫梯度表現為中溫型地溫場性質，其地溫梯度隨深度的變化而變化，與巖石熱導率呈負相關關系，不能準確反映凹陷的熱狀態(tài)，而大地熱流能夠客觀地反映一個地區(qū)的熱狀態(tài)。從估算的大地熱流值看，查干凹陷平均為54.04 mW/m2，這與元古代克拉通盆地的平均值（55±17）mW/m2［12］相當，也與中國大陸中、西部地區(qū)諸多盆地或構造穩(wěn)定區(qū)相當，如四川盆地（53 mW/m2）和南陽地區(qū)（55 mW/m2）［13］，因此查干凹陷具有構造穩(wěn)定區(qū)的熱狀態(tài)。根據以上研究，可以確定查干凹陷現今地溫場整體表現為構造穩(wěn)定區(qū)的中溫型地溫場特征。

4.2 油氣地質意義

國內外研究認為，一些盆地的有效烴源巖分布和油氣生成受現今地溫場的控制，如海拉爾盆地烏爾遜凹陷，另一些盆地現今地溫場對有效烴源巖的控制作用不明顯，如海拉爾盆地貝爾凹陷、呼和湖凹陷［9］。根據查干凹陷鉆井的鏡質體反射率數據與深度的關系，得出查干凹陷的生烴門限深度在1 500 m左右。那么凹陷烴源巖生烴過程是否受現今地溫場的控制？根據平均地溫梯度及平均地表溫度計算得到1 500 m處的地溫是59.40℃，還沒有進入生油窗，可見，查干凹陷烴源巖生烴過程受古地溫場控制，也反映在某一地質歷史時期查干凹陷經歷了巨大的剝蝕或熱事件，并引起局部地區(qū)形成低壓成藏系統(tǒng)。因此，古地溫場的研究，對于認識查干凹陷烴源巖成熟度演化、生排烴史、成藏期次及其特征至關重要，這也是下一步研究的重點。同時，現今地溫場對古地溫場的恢復具有約束作用，是古地溫場研究的一項重要基礎資料。

5 結論

1）查干凹陷現今地溫梯度在 3.05～3.80℃/100 m，平均為3.36℃/100 m，估算大地熱流在49.11～61.18 mW/m2，平均為54.04 mW/m2，具有穩(wěn)定區(qū)中溫型地溫場特征。

2）查干凹陷地溫梯度平面分布整體具有次凸地區(qū)高、次凹地區(qū)低的特征，表現為毛敦次凸最高，東部次凹次之，西部次凹最低。

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（編輯 王淑玉）

Present geothermal fields of Chagan Sag and its oil and gas geological significance

Deng Yixun1，2,Zuo Yinhui2，3,Hao Qingqing4,Li Zhongchao2，5,Li Xinjun2,Gao Xia2,Li Renfu2,Xu Shenmou2
(1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang 457001,China;3.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;4.Research Institute of Mineral Resources,China Metallurgical Geology Bureau,Beijing 100025,China;5.Institue of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059,China)

Chagan Sag has the most potential of oil and gas exploration in Yingen-Ejinaqi Basin.The geothermal gradient distribution map was drawn by calculating the present geothermal gradients of 9 wells and the terrestrial heat flow value was estimated.The results show that Chagan Sag has the characteristics of middle temperature field in the stable area,with an average thermal gradient value of 3.36°C/100 m and an average terrestrial heat flow value of 54.04 mW/m2.The geothermal gradient distribution generally shows the highest value in the Maodun Subsag,the middle value in the eastern subsag and the lowest value in the western subsag.The geothermal gradient distribution is not only associated with the basement depth,but also associated with the thermal refraction effects between the huge sedimentary cover in the sags and the uplifts around the sags.In addition,the maturity of source rock is controlled by paleotemperature.This study can provide the geothermal data for evaluating the hydrocarbon generation of source rock in Chagan Sag and other sags in Yingen-Ejinaqi Basin.

geothermal field;geothermal gradient;Chagan Sag;Yingen-Ejinaqi Basin

中國石化重大科研攻關項目“銀-額盆地查干凹陷油氣富集主控因素研究”（P10001）

TE121.3+1

：A

1005-8907（2012）03-0284-05

2011-08-09；改回日期：2012-03-11。

鄧已尋，男，1971年生，在讀博士研究生，高級工程師，主要從事石油地質勘探研究工作。E-mail：dengyixun@sohu.com。

鄧已尋，左銀輝，郝情情，等.查干凹陷現今地溫場研究及其油氣地質意義［J］.斷塊油氣田，2012，19（3）：284-288. Deng Yixun，Zuo Yinhui，Hao Qingqing，et al.Present geothermal fields of Chagan Sag and its oil and gas geological significance［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（3）：284-288.