張富有
(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院,河南 鄭州 450006)
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南陽盆地地溫梯度與大地?zé)崃髦堤卣?/p>
張富有
(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院,河南 鄭州 450006)
地溫梯度和大地?zé)崃髦堤卣魇茄芯颗璧氐責(zé)岬刭|(zhì)特征的重要參數(shù)。本文通過對南陽盆地6眼淺層測溫井及8眼地?zé)峋M(jìn)行實地溫度測量,分析研究了南陽盆地淺層地溫場特征和地溫梯度。分析結(jié)果表明南陽盆地淺層地溫梯度為3.4℃/100m,恒溫帶深度為30m,恒溫帶溫度為16.6℃,地?zé)峋販靥荻绕骄禐?.4℃/100m。同時對地?zé)峋畮r石熱導(dǎo)率進(jìn)行了測試,測試結(jié)果表明南陽盆地巖石導(dǎo)熱率值平均值2.623W/mK,從而計算出地?zé)崽锲骄蟮責(zé)崃髦禐?3.0 mW/m2(1.51 HFU),略高于地球表面平均熱流量(1.2~1.4 HFU)。在可及深度內(nèi)(以3 000 m深度為準(zhǔn)),不具有高溫地?zé)豳Y源形成的條件,屬低溫(25℃~90℃)地?zé)豳Y源。
地溫梯度;大地?zé)崃鳎缓銣貛?;熱?dǎo)率;南陽盆地
南陽盆地位于秦嶺緯向構(gòu)造帶與華夏類型構(gòu)造反接復(fù)合部位,是燕山構(gòu)造運動晚期形成的以古近系為主的中、新生代陸相斷陷盆地。南陽盆地三面環(huán)山,向南開口,面積約1.7×104km2[1]。盆地的基底巖石為太古代太華雜巖,沉積蓋層主要有中—晚元古代官道口群、欒川群、汝陽群和洛峪群。盆地沉積層在中部較厚,最厚超過6 000 m,向盆地邊緣漸薄。南陽盆地內(nèi)呈兩隆(師崗、新野凸起、唐河低凸起)、三凹(南陽、泌陽、襄棗斷陷)基本構(gòu)造格架[2]。
南陽盆地地?zé)豳Y源豐富,有著良好的開發(fā)前景,但目前對該區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)研究程度較低,對地?zé)岬刭|(zhì)特征,尤其是相關(guān)地?zé)岬刭|(zhì)參數(shù)尚無精確測試,地?zé)豳Y源計算基本是以參考經(jīng)驗值作為參考依據(jù)。本文依托河南省地質(zhì)勘查基金項目,對南陽盆地恒溫帶深度、恒溫帶溫度、地溫梯度、熱儲溫度、巖石熱導(dǎo)率、大地?zé)崃髁康葏?shù)進(jìn)行了詳細(xì)測試和計算,試圖對南陽盆地地?zé)豳Y源的開發(fā)利用和相關(guān)研究提供可靠依據(jù)。
為了初步查明研究區(qū)的淺層地溫場特征、恒溫帶深度及溫度,2010年4月選擇南陽盆地具有代表性的6眼民井(井深50~200 m)進(jìn)行水溫實地測量,根據(jù)5 m之間不同深度的水溫實測數(shù)據(jù),運用相關(guān)分析方法,計算得出鄧州市、新野縣、唐河縣普查區(qū)內(nèi)淺層地溫梯度平均為3.4℃/100m,恒溫帶深度為30 m,恒溫帶溫度為16.6℃。
井溫資料作為物探測井工作的一部分,可以真實反映地?zé)峋牡販靥荻?,指?dǎo)區(qū)域地?zé)豳Y源的開發(fā)利用。2010年在南陽盆地集中選取了部分地?zé)峋M(jìn)行了溫度測量工作,共測試7口地?zé)峋?,這些地?zé)峋冀?jīng)過了較長的靜井時問,溫度剖面基本達(dá)到平衡(表1)。本次測溫采用重慶探礦儀器廠生產(chǎn)JGS-1智能測井系統(tǒng)測得井溫曲線,探頭為W422井溫流體電阻率組合探頭,測量分辨率為0.1℃,數(shù)據(jù)記錄間隔為0.01 m,測量速度為5.0~6.0 m/min。
表1 地?zé)峋疁囟葴y試結(jié)果
圖1 南陽盆地地?zé)峋恢脠D
圖1反映了上述地?zé)峋目臻g分布,它們分別位于南陽盆地內(nèi)部不同的次級構(gòu)造單元,能夠較好的反映出區(qū)域溫度分布狀況,可以用于分析本區(qū)地溫場特征。
圖2 地?zé)峋疁囟茸兓€
圖2反映了地?zé)峋疁囟入S深度變化的曲線,由曲線可以看出,自恒溫帶深度以下,地?zé)峋疁仉S深度的增加而增大,說明測井溫度曲線能夠真實反映地溫場變化,是傳導(dǎo)型地溫場的重要特征,上述數(shù)據(jù)可為南陽盆地地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供可靠依據(jù)。
熱儲溫度是指深部熱儲層的溫度。確定熱儲溫度的方法有直接測量法和計算法兩種。直接測量法是在鉆孔揭露或穿透熱儲時,用井溫儀在井中直接測量熱儲層的溫度。計算法有三種,其中地球化學(xué)溫標(biāo)法應(yīng)用最為廣泛。地球化學(xué)溫標(biāo)法也有多種計算公式,其中,只有鉀鎂溫標(biāo)適用于中低溫?zé)崴到y(tǒng)。
鉀鎂溫標(biāo)計算公式如下:
式中:t為熱儲溫度(℃);K為鉀離子含量(mg/L);Mg為鎂離子含量(mg/L)。
根據(jù)對勘查區(qū)7眼地?zé)峋|(zhì)分析結(jié)果,結(jié)合鉀鎂溫標(biāo)公式,計算結(jié)果見表2。
表2 鉀鎂溫標(biāo)計算結(jié)果
該結(jié)果與實際出水水溫差別較大,推測原因是鉀鎂溫標(biāo)法適用于同一含水層的水溫計算,而計算混合地下水水溫的計算結(jié)果不準(zhǔn)確。
為了解深部地?zé)岙惓T诘乇淼姆从?,本次工作對重點調(diào)查區(qū)內(nèi)機(jī)民井進(jìn)行水溫統(tǒng)一調(diào)查。采用GPS進(jìn)行井位測定,調(diào)查機(jī)民井井深、井位、水溫。通過地面調(diào)查,重點調(diào)查區(qū)內(nèi)157個淺層水調(diào)查井點,平均水溫16.8℃,根據(jù)恒溫帶溫度,取16.6℃為高低溫分界線,高于此溫度即為高溫區(qū)。本區(qū)淺層水的高溫區(qū)主要分布在鄧州至新野及施庵至泌陽之間,面積較大。其展布特征與基底構(gòu)造及地下水活動有關(guān)。在157個調(diào)查點中,大于16.6℃的井點為77個,約占總數(shù)的49%;小于16.6℃的井點80個。
淺層熱儲溫度分布的特點為基底斷裂構(gòu)造越發(fā)育,溫度越高,異常越明顯,如在鄧州市附近。
依照大地?zé)崃髦涤嬎阋螅仨氝x取測井中的測溫井段的巖石進(jìn)行熱導(dǎo)率測試,因試驗條件限制,我們采集了7塊具有代表性的巖芯樣品進(jìn)行了巖石熱導(dǎo)率測試。測試儀器使用德國產(chǎn)TCS熱導(dǎo)率測試儀,儀器測量范圍為0.2~25 w/(mK),測量精度為3%,熱導(dǎo)率變化范圍在2.066~3.279 W/mK,熱儲含水層平均熱導(dǎo)率為2.623 W/mK(已做巖石熱導(dǎo)率的飽水校正)。測試結(jié)果見表3。
表3 南陽盆地巖石熱導(dǎo)率
大地?zé)崃髁渴堑責(zé)釄鲎钪匾谋碚?,也是反映一個地區(qū)地溫場基本特征的綜合參數(shù),是地球內(nèi)熱在地表可直接測得的唯一物理量。熱流量是由巖石導(dǎo)熱率和垂直地溫梯度的乘積計算而來,即:
q=λG
式中:q為大地?zé)崃髦?,mW/m2;λ為巖石熱導(dǎo)率,W/mK;G為地溫梯度,℃/100m。
南陽盆地巖石導(dǎo)熱率值取熱導(dǎo)率
測試平均值2.623 W/mK,地溫梯度取用盆地內(nèi)地?zé)峋販靥荻绕骄?.4℃/100m。計算地?zé)崽锲骄蟮責(zé)崃髦禐?3.0 mW/m2,即1.51 HFU,略高于地球表面平均熱流量(1.2~1.4 HFU)。依據(jù)大地?zé)崃髦到y(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行的構(gòu)造分區(qū),南陽盆地位于華北—東北構(gòu)造區(qū)[3],平均熱流值為59~63 mw/m2,與全國平均值相接近,屬正常地?zé)釁^(qū)域,在可及深度內(nèi)(以3 000 m深度為準(zhǔn)),不具有高溫地?zé)豳Y源形成的條件,屬低溫(25℃~90℃)地?zé)豳Y源。
南陽盆地陸相主要為古近系到新近系沉積,地層較為松散,熱導(dǎo)率值較小,從而導(dǎo)致新生代盆地區(qū)域地溫梯度較大。南陽盆地淺層地溫梯度為3.4℃/100m,恒溫帶深度為30 m,恒溫帶溫度為16.6℃,地?zé)峋販靥荻绕骄禐?.4℃/100m,沉陷中心及斷裂附近地溫梯度較高,可達(dá)2.9~3.9℃/100m。南陽盆地巖石導(dǎo)熱率值取熱導(dǎo)率平均值為2.623 W/mK,地?zé)崽锲骄蟮責(zé)崃髦禐?3.0 mW/m2(1.51 HFU),略高于地球表面平均熱流量(1.2~1.4 HFU)。在可及深度內(nèi)(以3 000 m深度為準(zhǔn)),不具有高溫地?zé)豳Y源形成的條件,屬低溫(25℃~90℃)地?zé)豳Y源。
[1]李國良,蔡佳,甘華軍,等.南陽凹陷邊界斷裂帶砂體反演及預(yù)測[J].巖性油氣藏.2010,22(2):99-102.
[2]史軍超,顧春橋,鄭華杰,等.南襄盆地區(qū)域大剖面采集觀測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程.2009,23(1):41-56.
[3]胡圣標(biāo),何麗娟,汪集旸.中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編(第三版)[J]. 地球物理學(xué)報.2001,44(5):611-626.
Geothermal Gradient and HeatFlow Characteristics of Nanyang Basin
ZHANG Fu-you
(Geological Surveying and Mapping Institute of Henan Province, Zhengzhou 450006, Henan)
Geothermal gradient and heat flow Characteristics are important parameters of study of the geothermal geological characteristics of basin. In this paper, characteristics of shallow geothermal field and geothermal gradient is analysising on temperature measurement of six shallow temperature wells and eight geothermal wells of Nanyang Basin. The analysis showed that the shallow geothermal gradient of Nanyang basin was 3.4℃/ 100m, and the depth of thermostat is 30m, the temperature of thermostat is 16.6℃, while the average geothermal gradient of geothermal wells is 2.4 ℃/100m. The results of thermal conductivity testing on rocks taken from geothermal wells showed that the average thermal conductivity of rocks of the Nanyang Basin is 2.623W/mK, and then estimate the average terrestrial heat flow value 63.0mW/m2(1.51 HFU), slightly higher than the Earth's average surface heat flux (1.2~1.4 HFU). It has not the condition of formating geothermal resources with high temperature in the depth of 3000m,and it is geothermal resources with low temperature(20℃~50℃).
Geothermal gradient;Heat flow;Thermostat;Thermal conductivity a d Nanyang Basin
2016-02-01
“河南省地質(zhì)勘查基金項目”資助,(2009-93-47)
張富有(1982-),男,河南扶溝人,工程師,主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害等研究工作。
P641.5
B
1004-1184(2016)04-0001-02