松遼盆地北部中低地溫場(chǎng)形成機(jī)制探討

劉晨璞，鐘鑫，朱煥來(lái)

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠，黑龍江大慶 163700；2.大慶油田有限責(zé)任公司采氣分公司，黑龍江大慶 163712；3.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318）

松遼盆地北部中低地溫場(chǎng)形成機(jī)制探討

劉晨璞1，鐘鑫2，朱煥來(lái)3

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠，黑龍江大慶 163700；2.大慶油田有限責(zé)任公司采氣分公司，黑龍江大慶 163712；3.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318）

松遼盆地是典型的裂谷型盆地，是地幔物質(zhì)上涌的產(chǎn)物，在地質(zhì)歷史事件中，受中、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，火山活動(dòng)貫穿整個(gè)沉積建造過(guò)程，巖漿巖分布廣泛，為盆地形成地溫場(chǎng)創(chuàng)造了有利條件。本文通過(guò)大量油氣勘探資料研究認(rèn)為，松遼盆地北部形成中低地溫場(chǎng)主要有三個(gè)熱源，兩個(gè)有利條件。三個(gè)熱源：主要為地幔物質(zhì)的熱動(dòng)力引起了莫霍面隆起，縮短了深部熱流向上傳導(dǎo)的路徑和時(shí)間，供應(yīng)了盆地內(nèi)主要的熱能；次要是地殼內(nèi)分布的巖漿體釋放了大量的熱能；再次由局部基底花崗巖中的放射性元素衰變產(chǎn)生。兩個(gè)有利條件為廣泛分布的基底斷裂是深部熱能快速向上傳導(dǎo)的主要通道和兩套全盆地分布的泥質(zhì)巖蓋層為熱能的保存起到了良好的保護(hù)作用。

裂谷型盆地；地幔；莫霍面；地溫場(chǎng)；花崗巖；地?zé)崮?/p>

松遼盆地是疊置于古生代基底上的大型中、新生代裂谷型盆地，是地幔物質(zhì)上涌的產(chǎn)物，在地質(zhì)歷史事件中，受中、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，火山活動(dòng)貫穿整個(gè)沉積建造過(guò)程，巖漿巖分布廣泛，為盆地形成中低地溫場(chǎng)創(chuàng)造了有利條件。盆地面積26×104km2，共劃分6各一級(jí)構(gòu)造單元，32個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。它們組成了盆地地質(zhì)構(gòu)造的基本格架[1]。松遼盆地北部主要是指盆地位于黑龍江省部分，面積約12×104km2。

眾所周知，地殼、地幔和地核組成了人類所居住的地球，地殼的深度一般為33km，一般情況下常溫層以下的地內(nèi)溫度是隨深度的增加而有規(guī)律地增加。然而，不同的地區(qū)變化情況有所不同，一般平均向下加深33m溫度升高1℃。據(jù)推測(cè)地核的溫度可達(dá)到2 000～5 000℃，因此，可以說(shuō)地球是一個(gè)龐大的熱庫(kù)，地?zé)崮苁亲盍畠r(jià)的能源之一。

前人對(duì)沉積盆地內(nèi)的地?zé)崮軣嵩囱芯空J(rèn)為盆地內(nèi)的熱能主要來(lái)自地幔熱流、巖漿體散發(fā)供熱，放射性元素衰變生熱，粘土礦物脫水生熱以及斷層兩盤相對(duì)位移摩擦生熱等形式[2]，我國(guó)著名地?zé)釋W(xué)家汪集旸院士曾對(duì)盆地內(nèi)地?zé)崮苓M(jìn)行過(guò)分析研究認(rèn)為，地幔熱流占到總熱流值的62.7%[3-5]。筆者應(yīng)用油氣勘探資料對(duì)松遼盆地地?zé)崮艿臒嵩催M(jìn)行研究后，認(rèn)為松遼盆地中低地溫場(chǎng)的形成熱源主要為地幔供熱，其次是巖漿體釋放的熱，第三為放射性元素衰變生成的熱等三種形式。

1 上地幔熱力流是盆地形成中低地溫場(chǎng)的主要熱源

松遼盆地位于中朝板塊和西伯利亞板塊構(gòu)造演化帶內(nèi)，兩個(gè)板塊由于受不同構(gòu)造期次、不同規(guī)模的俯沖、碰撞，使得海西末期興蒙海槽閉合，褶皺造山形成統(tǒng)一的歐亞大陸。盆地深部結(jié)構(gòu)位于亞洲東部上地幔隆起帶的中段，從而造成莫霍面隆起，地殼變薄。那么來(lái)自于上地幔的地幔熱通過(guò)地殼巖石源源不斷地向地面?zhèn)鲗?dǎo)，在相同的時(shí)間內(nèi)地殼薄的地方向上傳導(dǎo)的熱流值較地殼厚的地方要大。圖1是應(yīng)用重力資料計(jì)算出的松遼盆地莫霍面深度分布圖，從圖中可以看出，松遼盆地莫霍面的埋深介于29～33km之間，最淺處位于盆地中央的大慶長(zhǎng)垣一帶，呈環(huán)狀分布。在區(qū)域背景資料上，地球內(nèi)莫霍面的平均埋深為33km[6]，相比之下，松遼盆地的地殼厚度是陸內(nèi)盆地中較薄的盆地之一。圖中顯示了地幔隆起造成莫霍面變薄的部位為盆地的中央?yún)^(qū)域，該處應(yīng)該就是地溫場(chǎng)相對(duì)較高的區(qū)域了。從應(yīng)用油田探井資料計(jì)算出的松遼盆地地溫梯度分布圖上也認(rèn)證了這點(diǎn)（圖2）。松遼盆地北部平均地溫梯度為3.8℃/100m，最大可達(dá)5.0℃/100m；高值區(qū)主要分布在大慶長(zhǎng)垣和長(zhǎng)春嶺背斜帶內(nèi)，正是莫霍面最薄部位。另外，從吉林大學(xué)韓湘君博士對(duì)東北地區(qū)大地?zé)崃髦担ù蟮責(zé)崃髦凳侵冈趩挝粫r(shí)間內(nèi)由地下深處垂直向上傳導(dǎo)通過(guò)單位地球表面散發(fā)的熱量）統(tǒng)計(jì)結(jié)果也驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論，東北地區(qū)熱流值變化范圍為30～94mW/m2，平均熱流值變化范圍為61.5mW/m2，而松遼盆地的大地?zé)崃髦底兓秶?0～90mW/m2，平均熱流值是70mW/m2，高于其它地區(qū)[7]。

圖1 松遼盆地莫霍面深度等值線圖Fig.1moho-discontinuity depth contourmap of the Songliao basin

圖2 松遼盆地地溫梯度等值線圖Fig.2 Geothermal gradient contourmap of the Songliao basin

2 地殼內(nèi)的巖漿體是盆地形成中低地溫場(chǎng)的次要熱源

一般情況在板塊的邊界或板塊內(nèi)的斷塊之間，由于發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，板塊的俯沖、碰撞、或張裂，會(huì)使地殼內(nèi)巖石重熔或深部的熱物質(zhì)上涌，形成了熔融巖漿。這些高溫?zé)嵛镔|(zhì)就會(huì)在地應(yīng)力的作用下涌向地殼較薄的地方并沿著深斷裂、拉張的裂縫上升，并以熔巖的形式噴發(fā)或溢出地面，有的侵入到地殼內(nèi)的巖石中滯留下來(lái)，形成低速層并不斷散發(fā)出其自身的熱能[8]。

通過(guò)對(duì)滿洲里至綏芬河3條航磁剖面的解譯認(rèn)為，對(duì)應(yīng)松遼盆地深部地殼內(nèi)存在一個(gè)密度為2.45×103kg/m3的低密度體（圖3），其厚度約為2～5km，距地殼頂面埋深為18～20km。解釋結(jié)果為地幔流沿深斷裂上涌滯留在地殼中的巖漿體。

圖4為葛肖虹等[9]公布的對(duì)滿洲里-綏芬河地殼內(nèi)部低速層解釋剖面圖，從圖中可以看出，在距地殼頂部15～25km深處發(fā)育許多逆沖推覆斷裂帶，而地殼內(nèi)的低速層就發(fā)育于斷裂帶附近，這種情況說(shuō)明地殼內(nèi)存在富含鹵素、堿金屬、氫、碳（甲烷、CO、CO2）等流體的塑性層，由此產(chǎn)生眾多的逆沖推覆斷裂帶[10,11]。該低速層的地質(zhì)屬性應(yīng)該是火山噴發(fā)侵入的巖漿房[12,13]。同時(shí)隨地幔上隆，一些超基性巖漿底辟到花崗巖與玄武巖層中，以后又由于地幔流體的入侵，使得超基性巖發(fā)生廣泛的蛇紋石化，這種地幔流體在地球物理學(xué)上表現(xiàn)為低速和高導(dǎo)的特征[14]。這些都表明該低速層不但有可能是良好的局部熱源，而且可以為地幔熱量向上傳遞創(chuàng)造良好的條件。

3 基底花崗巖中放射性元素衰變是盆地形成中低地溫場(chǎng)的局部熱源

本文對(duì)盆地基底巖性分布研究主要是依據(jù)油田鉆遇基底的探井、地震資料和重磁資料進(jìn)行綜合解釋預(yù)測(cè)出了其分布情況（圖5）。其巖性主要為泥質(zhì)板巖、千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r等變質(zhì)巖，其次為片巖、片麻巖和中酸性侵入巖。從圖5中可以看出，基底花崗巖廣泛分布，分布區(qū)主要靠近基底斷裂。從朱煥來(lái)教授對(duì)松遼盆地基底各巖性產(chǎn)熱率分析中可以看出，花崗巖在所有基底巖性中放射性元素含量是最高的，其產(chǎn)熱率也是所有巖石中最大的（表1）。因此，盆地中分布的花崗巖衰變放熱可以為盆地提供局部熱能。

圖3 滿洲里-綏芬河地殼結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.3 The earth's crust structure section ofmanzhouli-Suifenhe

圖4 滿洲里-綏芬河地殼頂部低速層解釋剖面圖Fig.4 Low-velocity layer interpretation section for the top of the earth's crust in themanzhouli-Suifenhe

圖5 松遼盆地基底花崗巖分布圖Fig.5 Basal granite distribution of the Songliao basin

4 深大斷裂和基底斷裂是深部熱能向上傳導(dǎo)的主要通道

根據(jù)斷裂分類，一般將斷穿巖石圈達(dá)到軟流圈的斷裂叫巖石圈斷裂，斷穿地殼達(dá)到莫霍面的斷裂叫地殼斷裂，斷穿地殼上部花崗巖層達(dá)到康氏面的斷裂叫基底斷裂，斷穿沉積巖蓋層達(dá)到變質(zhì)基底頂面的斷裂叫蓋層斷裂[15]。這四類斷裂從橫交錯(cuò)構(gòu)成了連通上地幔熱源的斷裂網(wǎng)，這些大斷裂在形成的過(guò)程中常常又伴隨有巖漿侵入活動(dòng)，而這些斷裂帶正好可以成為深部地?zé)崮芟蚺璧爻练e巖層內(nèi)傳導(dǎo)的良好通道[16]。

松遼盆地基底斷裂和地殼斷裂非常發(fā)育，一般以北北東向?yàn)橹?，它們控制著盆地的形成和發(fā)展。根據(jù)油田勘探資料研究成果得知，松遼盆地共發(fā)育3條巖石圈斷裂，皆為北北東向展布。它們是盆地西部邊界的嫩江斷裂、盆地中央的孫吳-雙遼斷裂，盆地東部的依蘭-伊通斷裂。

殼斷裂主要有3條，2條是北北東走向的依安-鎮(zhèn)賚殼斷裂和綏棱-肇東殼斷裂，北西西向的濱洲殼斷裂。

延伸較大的基底斷裂主要有北北東向的海倫-肇洲斷裂，北西西向的坦途-第二松花江斷裂、扎賚特旗-肇源斷裂、富裕-綏化斷裂、依安-海倫斷裂等。

這些斷距大、延伸長(zhǎng)的巖石圈斷裂和殼斷裂是地幔物質(zhì)及熱流上升至盆地內(nèi)部的的主要通道。而眾多的北北東向和北西西向基底斷裂將盆地基底切割成一系列不同形狀塊體，并派生了一些次級(jí)小斷層、小裂隙，為下部熱流向上涌入沉積巖層內(nèi)創(chuàng)造了良好的條件。

表1 各類巖石放射性元素含量及生熱率統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of radioactive elements content and heat production rate for the different kinds of rocks

5 全盆地廣泛分布的兩套泥質(zhì)巖是保存熱能的良好蓋層

根據(jù)盆地沉積體系與充填演化研究得出，在白堊紀(jì)的青山口組、姚家組和嫩江組沉積時(shí)期是盆地湖泊發(fā)展的鼎盛時(shí)期，此時(shí)盆地已發(fā)育成為統(tǒng)一的大型坳陷型湖盆。其中青山口組一段和嫩江組的（一、二段）早期盆地發(fā)生了兩次大范圍、大規(guī)模湖侵，進(jìn)入了大型湖盆的演化階段，沉積了一套以大型湖泊-三角洲體系為特征的泥巖沉積建造。青一段和嫩二、三段的沉積都是處在深湖和半深湖背景下的基準(zhǔn)面下降使三角洲向湖泊推進(jìn)的結(jié)果。松遼盆地兩套全盆地穩(wěn)定分布的兩套厚層泥質(zhì)巖蓋層就是在這種地質(zhì)時(shí)期形成的，其平均厚度都超過(guò)了100m，其導(dǎo)熱率平均為0.99～1.16 W/mk，而松遼盆地砂巖平均導(dǎo)熱率為0.91～2.38 W/mk。這兩套致密、低滲透的厚層泥巖從地?zé)釋W(xué)角度上講，是非常好的區(qū)域隔水層，同時(shí)由于其導(dǎo)熱率低又是阻止地?zé)崮芟蛏仙⑹У牧己帽Ｗo(hù)層，對(duì)地?zé)崮芟蛏蟼鞑ド⑹Ь哂幸欢ǖ淖璧K作用，為地?zé)崮艿谋４婺芷鸬搅己玫谋Ｗo(hù)作用。

6 結(jié)論

（1）松遼盆地是典型的裂谷型盆地，是地幔物質(zhì)上涌的產(chǎn)物。受中、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，由于中朝板塊和歐亞板塊的碰撞使得上地幔隆起，地幔上拱，地殼受到地應(yīng)力拉張作用使其厚度變薄。此處成為地殼深部的熱流或熱液上升的良好渠道，從而增加了地幔熱流涌入盆地的熱量。

（2）盆地內(nèi)深大斷裂附近廣泛分布著來(lái)自地慢的高溫巖漿巖，這些沿?cái)嗔褞姲l(fā)上來(lái)的熾熱巖體賦于沉積物之內(nèi)釋放了大量的熱能，是盆地形成中低地溫場(chǎng)的次要熱源。

（3）盆地基底大面積分布著富含放射性元素的花崗巖，這些元素在衰變過(guò)程中，產(chǎn)生和釋放了一定量的熱能，對(duì)盆地地溫場(chǎng)的形成起到了加熱的作用，是盆地形成中低地溫場(chǎng)的局部熱源。

（4）松遼盆地發(fā)育有巖石圈斷裂、殼斷裂、基底斷裂，這些斷裂縱橫交錯(cuò)構(gòu)成連了通上地幔熱源的斷裂網(wǎng)，是深部熱能快速向上傳導(dǎo)的主要通道。

（5）松遼盆地青一段和嫩一、二段兩次大范圍湖侵期形成的兩套全盆地分布的泥質(zhì)巖蓋層為盆地內(nèi)熱能的保存起到了良好的保護(hù)作用。

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Research on the formationmechanism for themedium-low geothermal field in the north of Songliao basin

LIU Chen-pu1,ZHONG Xin2,ZHU Huan-lai3
（1.No.3 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co.Ltd.，Daqing 163700，China；2.Gas Production Company of Daqing Oilfield Co.Ltd.Daqing 163712，China;3.College of the Geosciences，Northeast Petroleum University，Dqing 163318，China）

Songliao basin is a typical riftogenic basin formed bymantle upwelling.There is frequent volcanic activity in geological history resault in themagmatic rocks widely distribution,and created the conditions for themedium-low geothermal field in the basin.In this paper,through a large number of oil and gas exploration data research,it is suggested that there are three heat sources and two advantages in the formation of themedium-low geothermal field.The fiest heat source is frommantlematerial which caused themoho uplift that shorten the path and time for the deep heat flow upward transmission;the secondary heat source is from heat energy released by themagmatic bodies distributing in the earth's crust;the third is the local heat source producing by the radioactive decay in basal granite.The two advantages widely distributing basement faults are themain channel for deep heat transmission rapid upward and the distribution of the two sets argillaceous caprock of whole basin is a good protection for heat preservation.

riftogenic basin；mantle；Moho-discontinuity；geothermal field；ganite；geothermal energy

P314

A

1672－4135（2016）04－0316-05

2016-08-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“我國(guó)東部沉積盆地深部高溫地?zé)嵯到y(tǒng)形成機(jī)制-以大慶徐家圍子地區(qū)為例”（41302210）

劉晨璞（1990-），女，碩士，工程師，主要從事油氣勘探、多種資源勘探工作，E-mail：zhongyq@petrochina.com.cn。