松遼盆地巖石熱導(dǎo)率柱及古地溫場(chǎng)分布特征

唐博寧，邱楠生,*，朱傳慶，常 健，李 瀟，黃 越，楊俊生，付秀麗

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；3.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

隨著傳統(tǒng)化石能源被不斷消耗且不可再生，地?zé)豳Y源、頁(yè)巖油等新興能源正得到越來(lái)越多的關(guān)注。松遼盆地同時(shí)兼有這兩種重要的資源。松遼盆地基底之上沉積了巨厚的白堊系地層，最大厚度超過(guò)8 km，其中上白堊統(tǒng)嫩江組、姚家組、青山口組和下白堊統(tǒng)泉頭組等地層是傳導(dǎo)水熱型地?zé)豳Y源的熱儲(chǔ)層，深部的下白堊統(tǒng)營(yíng)城組、沙河子組和火石嶺組等地層是干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用的潛在靶區(qū)[1-5]；以青山口組地層為主的“古龍頁(yè)巖”是中國(guó)目前頁(yè)巖油勘探開發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)[6-9]。理解盆地經(jīng)歷的熱史過(guò)程對(duì)現(xiàn)今地溫場(chǎng)的形成和頁(yè)巖油的成熟演化具有重要的作用，恢復(fù)盆地關(guān)鍵時(shí)期的古地溫有助于進(jìn)一步了解盆地?zé)狍w制演化過(guò)程。上述研究中的一個(gè)重要熱物性參數(shù)為巖石熱導(dǎo)率。巖石熱導(dǎo)率表征巖石的傳熱效率，被直接應(yīng)用在計(jì)算大地?zé)崃鱗10-13]、推算深部溫度[12,14]、地?zé)衢_發(fā)模擬[15]等地?zé)嵯嚓P(guān)工作中，也是進(jìn)行盆地模擬包括重建古溫度史和生烴史的必備參數(shù)[16-17]。

為了恢復(fù)松遼盆地古地溫場(chǎng)，獲取精確可靠的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)是進(jìn)行模擬的前提。目前一些盆地模擬工作中熱導(dǎo)率并未受到重視，許多學(xué)者在研究時(shí)往往直接采用模擬器提供的默認(rèn)參數(shù)值[16]。不同地區(qū)熱導(dǎo)率存在差異，即使巖性相同熱導(dǎo)率也可能不同，如塔里木盆地、四川盆地和渤海灣盆地冀中坳陷砂巖的平均熱導(dǎo)率分別為2.51、3.06和1.80 W/(m·K)，因構(gòu)造環(huán)境不同，巖石組成結(jié)構(gòu)不同，使熱導(dǎo)率產(chǎn)生差異[18-19]。因此，默認(rèn)的參數(shù)值不能代表研究區(qū)的實(shí)際熱導(dǎo)率。某些地區(qū)已進(jìn)行過(guò)熱導(dǎo)率的測(cè)試，但是未被用于盆地模擬分析中，而主要是作為計(jì)算大地?zé)崃鞯鹊膮?shù)，沒(méi)有充分利用實(shí)測(cè)熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)。不管是進(jìn)行現(xiàn)今溫度場(chǎng)的計(jì)算還是古地溫場(chǎng)的重建，熱導(dǎo)率的差異都將顯著影響計(jì)算結(jié)果，在盆地模擬分析時(shí)，還會(huì)進(jìn)一步影響烴源巖熱成熟過(guò)程的確定[16-17,20]。因此，在進(jìn)行盆地分析時(shí)，將巖石熱導(dǎo)率測(cè)試作為一項(xiàng)前期基本工作具有重要意義，可為后續(xù)深入研究提供精度保障。

前人已針對(duì)松遼盆地的熱史開展了相關(guān)研究，研究方法眾多，包括磷灰石[21-25]和鋯石[26-28]裂變徑跡、鏡質(zhì)體反射率(Rran)[29-31]、流體包裹體[32]、元素地球化學(xué)[33]、黏土礦物[34]等。前人研究表明，松遼盆地在白堊紀(jì)晚期?古近紀(jì)早期(明水組末期)達(dá)到最大古地溫后發(fā)生了顯著的抬升冷卻事件。前人研究多以一些單井為主，缺少對(duì)盆地關(guān)鍵時(shí)期平面溫度場(chǎng)的整體分析。鏡質(zhì)體反射率(Rran)是溫度與時(shí)間的函數(shù)，能夠記錄地層經(jīng)歷的最大古地溫，表征有機(jī)質(zhì)的熱成熟度，是進(jìn)行盆地?zé)釟v史恢復(fù)的重要約束[12,35]。

筆者研究目的是重建松遼盆地關(guān)鍵時(shí)期的古地溫場(chǎng)，首先采集大量的巖石樣品進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)試，搜集和整合前人數(shù)據(jù)建立精確的地層熱導(dǎo)率柱；結(jié)合前人取得的熱史演化認(rèn)識(shí)，以大面積覆蓋松遼盆地北部的Rran數(shù)據(jù)為約束，重建松遼盆地北部多口鉆井的埋藏史?熱史，繪制最大古地溫時(shí)期松遼盆地北部的古地溫分布。與前人恢復(fù)的單井熱史相比，因采用了精確的熱導(dǎo)率參數(shù)，并結(jié)合前人已有認(rèn)識(shí)，模擬精度更好，以期為地?zé)豳Y源形成和頁(yè)巖油成熟度研究提供理論支撐。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地是一個(gè)大型中?新生代陸相沉積盆地，面積約為26萬(wàn)km2，內(nèi)部可進(jìn)一步分為中央坳陷區(qū)、北部?jī)A沒(méi)區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)和西部斜坡區(qū)(圖1)。從侏羅紀(jì)到早白堊世，位于松遼盆地西北的蒙古?鄂霍茨克洋和東部的古太平洋的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得盆地開始進(jìn)入形成與演化時(shí)期，主要分為3個(gè)階段：伸展斷陷階段、沉降坳陷階段和構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段[36-40]。

圖1 松遼盆地構(gòu)造單元Fig.1 Tectonic units of the Songliao Basin

盆地基底主要為石炭系、二疊系、三疊系和上侏羅統(tǒng)的花崗巖、變質(zhì)巖和火山碎屑巖。斷陷地層由下至上為下白堊統(tǒng)火石嶺組(K1h)、沙河子組(K1sh)、營(yíng)城組(K1y)和登婁庫(kù)組(K1d)，巖性包括基性巖、中性巖、流紋巖、火山碎屑巖、安山巖、玄武巖、砂泥巖、頁(yè)巖、礫巖等；坳陷地層由下至上為下白堊統(tǒng)泉頭組(K1q)、上白堊統(tǒng)青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)、嫩江組(K2n)，巖性發(fā)育有砂巖、粉砂巖、泥巖、頁(yè)巖、礫巖，局部可見(jiàn)火成巖；反轉(zhuǎn)地層主要為上白堊統(tǒng)四方臺(tái)組(K2s)、明水組(K2m)以及古近系伊安組(Ey)、新近系大安組(Nd)和泰康組(Nt)地層，巖性有砂巖、粉砂巖、泥巖、礫巖，受抬升剝蝕影響，沉積厚度和分布區(qū)域有限。

2 熱導(dǎo)率樣品及測(cè)試

2.1 研究區(qū)以往熱導(dǎo)率研究

熱導(dǎo)率是進(jìn)行熱史重建的必備參數(shù)。首先對(duì)以往的熱導(dǎo)率工作進(jìn)行梳理，再將前人數(shù)據(jù)與筆者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整合，以期構(gòu)建起更充實(shí)的數(shù)據(jù)源進(jìn)行熱史重建。在20世紀(jì)80年代松遼盆地的熱導(dǎo)率測(cè)試已經(jīng)開始，吳乾蕃等[41-42]測(cè)試了松遼盆地以砂、泥巖為主的67塊巖心熱導(dǎo)率，平均熱導(dǎo)率為1.78 W/(m·K)，作為研究地溫場(chǎng)和大地?zé)崃鞯膮?shù)。大陸科學(xué)鉆探松科2井是熱導(dǎo)率測(cè)試的熱點(diǎn)對(duì)象，眾多文獻(xiàn)中均有基于松科2井熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析，研究目的眾多，如利用測(cè)井資料估算熱導(dǎo)率[43]、分析熱導(dǎo)率影響因素[44]、地?zé)嵯到y(tǒng)控?zé)崮Ｊ絒5]、大地?zé)崃骱蜕畈繜峤Y(jié)構(gòu)[45]以及重建近期地表溫度史[46]等。為了研究松遼盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)特征及其影響因素，以中央坳陷區(qū)為主的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)被廣泛獲取[2,47-48]。中央坳陷區(qū)內(nèi)部的徐家圍子地區(qū)通過(guò)實(shí)測(cè)熱導(dǎo)率研究了現(xiàn)今地溫場(chǎng)和天然氣的關(guān)系[49]。徐家圍子也是重要的干熱巖靶區(qū)，眾多的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)用于干熱巖相關(guān)研究[50]。前人還測(cè)試了30～3 000 m的花崗巖、流紋巖、砂巖、泥巖樣品熱導(dǎo)率，研究松遼盆地?zé)釋?dǎo)率的各向異性[51]?？梢园l(fā)現(xiàn)，熱導(dǎo)率以往主要用于地?zé)豳Y源相關(guān)研究中，是現(xiàn)今地溫場(chǎng)中必不可少的參數(shù)，但沒(méi)有將研究區(qū)實(shí)測(cè)熱導(dǎo)率直接用于盆地相關(guān)的模擬分析中，在熱史重建中應(yīng)用仍然較少。

2.2 測(cè)試樣品

為了獲取更為精確的古地溫場(chǎng)模擬結(jié)果，本次將補(bǔ)充盆地的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)。此次研究共測(cè)試了松遼盆地北部共269塊巖石熱導(dǎo)率，其中包括76口鉆井262塊巖心樣品和7塊野外露頭樣品，樣品在北部?jī)A沒(méi)區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西部斜坡區(qū)和中央坳陷區(qū)均有分布，但主要集中在中央坳陷區(qū)(圖2)。采樣地層包括基底、白堊系沙河子組至嫩江組以及新近系地層，涵蓋了松遼盆地已揭露的主要巖性，包括砂巖、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、頁(yè)巖、礫巖等沉積巖，輝長(zhǎng)巖、花崗巖、正長(zhǎng)巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖、流紋巖等火成巖，以及片麻巖、板巖、千枚巖、石英巖等變質(zhì)巖。巖心取樣深度在60～5 400 m。

圖2 松遼盆地?zé)釋?dǎo)率樣品位置及單井埋藏史?熱史位置Fig.2 Sampling locations for thermal conductivity determination and locations of individual wells for burial and thermal histories reconstruction in the Songliao Basin

2.3 測(cè)試方法

所有樣品的熱導(dǎo)率測(cè)試均在中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。測(cè)試儀器為Hot Disk熱常數(shù)分析儀，該儀器采用方法為瞬態(tài)平面熱源法，原理為溫度傳感探頭與樣品接觸時(shí)因樣品熱導(dǎo)率差異使探頭上產(chǎn)生不同的電壓變化，記錄一定時(shí)間內(nèi)的電壓變化即可用來(lái)計(jì)算熱導(dǎo)率[18]。此次測(cè)試的樣品均為干燥樣品(干樣)，在室溫、正常大氣壓條件下進(jìn)行。

2.4 校正方法

真實(shí)地下的原位熱導(dǎo)率與干樣熱導(dǎo)率的環(huán)境不同，受孔隙介質(zhì)、孔隙飽和度、溫度、壓力等影響。為了獲取真實(shí)有效的地層熱導(dǎo)率，需要對(duì)干樣熱導(dǎo)率值進(jìn)行相關(guān)校正，包括研究區(qū)域地層的位置、深度、孔隙率、飽和度、溫度、壓力、礦物組分等方面。前人已經(jīng)提出了眾多校正經(jīng)驗(yàn)公式，下面主要介紹常用的飽水、溫度和壓力校正公式。

飽水校正通常采用如下幾何平均數(shù)公式[52]：

在進(jìn)行溫度校正時(shí)，需要考慮熱導(dǎo)率隨溫度變化時(shí)，會(huì)因?yàn)楸旧韼r性和礦物組分的差異導(dǎo)致其發(fā)生不同變化，熱導(dǎo)率可能增大也可能減小，需要根據(jù)具體巖性和組分進(jìn)行分析[16,53]。前人根據(jù)不同巖性在不同溫度條件下的熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果，總結(jié)出多個(gè)熱導(dǎo)率隨溫度變化的經(jīng)驗(yàn)公式[54]，常用的兩個(gè)校正公式[53,55]如下，它們已被廣泛用于溫度場(chǎng)和熱體制研究[45-46,56]：

壓力校正采用下式[57]，目前較為常用：

3 熱導(dǎo)率結(jié)果分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果顯示，熱導(dǎo)率總體介于0.58～3.94 W/(m·K)，平均為(1.79±0.65) W/(m·K)，與前人測(cè)試結(jié)果接近[42]。不同巖性熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1(測(cè)試數(shù)量小于3的巖性未在表中列出)。其中千枚巖和凝灰?guī)r的平均熱導(dǎo)率最大，分別為2.65和2.61 W/(m·K)?？勺鳛闊醿?chǔ)巖性的砂巖、粉砂巖平均熱導(dǎo)率接近，分別為2.03和1.99 W/(m·K)。然后是泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，平均熱導(dǎo)率分別是1.64和1.54 W/(m·K)，對(duì)比砂巖、粉砂巖，含有泥質(zhì)會(huì)使得熱導(dǎo)率降低?？勺鳛闊醿?chǔ)蓋層的泥巖平均熱導(dǎo)率為1.39 W/(m·K)，較低的熱導(dǎo)率可阻隔熱散失。泥質(zhì)砂巖的熱導(dǎo)率為1.25 W/(m·K)，顯著低于砂巖，通過(guò)巖心觀察發(fā)現(xiàn)，泥質(zhì)砂巖成巖較松散，不夠致密。作為松遼盆地古龍頁(yè)巖油目的層的頁(yè)巖平均熱導(dǎo)率最低，為1.15 W/(m·K)，此次采集的頁(yè)巖多為黑色頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)含量高，使得熱導(dǎo)率顯著降低。正長(zhǎng)巖、安山巖、流紋巖、花崗巖、輝長(zhǎng)巖、石英巖的平均熱導(dǎo)率分別為3.27、2.98、2.25、3.39、2.69和3.31 W/(m·K)，因?yàn)闇y(cè)試數(shù)量較少，結(jié)果可能具有偶然性，但也顯示出火成巖的熱導(dǎo)率總體較高。

表1 松遼盆地不同巖性熱導(dǎo)率測(cè)試統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of tested thermal conductivity of varying lithologies in the Songliao Basin

3.2 隨深度變化

將本次研究獲取的熱導(dǎo)率和前人數(shù)據(jù)整合后得到熱導(dǎo)率隨深度分布特征(圖3)。總體上，熱導(dǎo)率隨著深度的增加呈逐漸增大的趨勢(shì)，3 000 m以淺熱導(dǎo)率隨深度增大的速率大于3 000 m以深。3 000 m以淺松遼盆地地層主要為泉頭組及以上的坳陷發(fā)育地層，巖性以砂泥巖為主，受壓實(shí)作用影響明顯，隨著深度的增加，孔隙率減小，巖石逐漸致密，導(dǎo)致熱導(dǎo)率增大；3 000～6 000 m地層主要是火石嶺組至登婁庫(kù)組的斷陷發(fā)育地層，該層段沉積巖已經(jīng)歷了較為充分的壓實(shí)，可繼續(xù)壓實(shí)程度降低，同時(shí)還有大量的火成巖，使得熱導(dǎo)率隨深度增加的速率減緩；在6 000 m以深達(dá)到盆地基底，巖性轉(zhuǎn)變?yōu)橐曰◢弾r、變質(zhì)巖和火山碎屑巖為主，巖性的變化導(dǎo)致熱導(dǎo)率出現(xiàn)降低。

圖3 松遼盆地?zé)釋?dǎo)率隨深度變化Fig.3 Depth-varying thermal conductivity of the Songliao Basin

3.3 松遼盆地北部熱導(dǎo)率柱

近年來(lái)，盆地模擬中熱導(dǎo)率逐漸受到重視，在大范圍地區(qū)中它不單單是一個(gè)恒定的值，而是一個(gè)可以隨著空間、時(shí)間變化的值[16-17,58]。為了獲取真實(shí)有效的熱導(dǎo)率，實(shí)測(cè)是最直接的方法，但有時(shí)目標(biāo)地層不具備采樣條件，在無(wú)法進(jìn)行實(shí)測(cè)的情況下，還可以通過(guò)估算獲取熱導(dǎo)率值：當(dāng)有地球物理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)時(shí)，可以通過(guò)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行推算[58-59]；當(dāng)巖石礦物組分已知時(shí)，可以通過(guò)礦物組合進(jìn)行估算[18]。上述數(shù)據(jù)都缺失時(shí)，則可查閱研究區(qū)的巖石熱導(dǎo)率柱，巖石熱導(dǎo)率柱包含了樣品的層位、巖性，可為模擬研究提供重要參考。

大尺度研究中難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有區(qū)域熱導(dǎo)率測(cè)試，因此需要具有代表性的地層熱導(dǎo)率參考，即建立巖石熱導(dǎo)率柱。充足的數(shù)據(jù)量是保證巖石熱導(dǎo)率柱真實(shí)、可靠、適用廣的前提，因此，將本次研究獲取的熱導(dǎo)率與前人測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一整編。由于松遼盆地面積廣，內(nèi)部呈現(xiàn)出凹凸相間的構(gòu)造格局，同一地層即使巖性相同，深度也差異較大，經(jīng)歷的溫壓條件和地層孔隙率不同。因此，僅建立干樣熱導(dǎo)率柱，在參考使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際地層位置利用公式進(jìn)行校正。

由于中央坳陷區(qū)與其他構(gòu)造單元地層結(jié)構(gòu)差異顯著，同時(shí)其他構(gòu)造單元的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)較少，在此只建立松遼盆地中央坳陷區(qū)的熱導(dǎo)率柱(表2)。地層包括盆地基底和上部所有白堊系地層，全面涉及到松遼盆地10 km深度內(nèi)主體地層中各種巖性的熱導(dǎo)率。針對(duì)每個(gè)地層計(jì)算了平均熱導(dǎo)率，包括調(diào)和平均值和算術(shù)平均值兩種類型。調(diào)和平均值是根據(jù)鉆井巖心柱狀圖記錄的每個(gè)地層每個(gè)巖性的厚度進(jìn)行計(jì)算，因此，厚度大的巖性其熱導(dǎo)率對(duì)結(jié)果影響較大。深部地層因?yàn)槿鄙賻r心記錄只給出了算術(shù)平均值。調(diào)和平均值和算術(shù)平均值在上部的嫩江組、姚家組和青山口組非常接近，而在深部的泉頭組和登婁庫(kù)組差異較大。主要原因是地層中泥巖占比較大，其熱導(dǎo)率對(duì)調(diào)和平均值有著顯著影響。在上部地層泥巖熱導(dǎo)率和其他巖性接近，而在深部地層泥巖熱導(dǎo)率低于其他巖性，因而使得深部整體地層的熱導(dǎo)率降低。而再往深部泥巖占比降低，差異將會(huì)縮小。

表2 松遼盆地中央坳陷熱導(dǎo)率柱Table 2 Thermal conductivity column of rocks in the central depression in the Songliao Basin

由上至下看，上白堊統(tǒng)明水組至青山口組，地層巖性以碎屑沉積巖為主，熱導(dǎo)率較低，主要在2 W/(m·K)以內(nèi)。下白堊統(tǒng)泉頭組至火石嶺組巖性除碎屑沉積巖外，還發(fā)育有火山巖相，尤其是在下部的營(yíng)城組和火石嶺組火山巖有大量發(fā)育，因火山巖熱導(dǎo)率普遍高于沉積巖，使得下白堊統(tǒng)下部地層算術(shù)平均熱導(dǎo)率顯著高于上部登婁庫(kù)組和泉頭組?；滓宰冑|(zhì)巖、火成巖為主，巖性熱導(dǎo)率大，平均熱導(dǎo)率超過(guò)3 W/(m·K)。

總體上，隨著地層由新到老變化，砂泥巖熱導(dǎo)率呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，主要是受壓實(shí)成巖作用影響，下部老地層成巖程度較高，壓實(shí)更為致密，導(dǎo)致熱導(dǎo)率較大。受砂泥巖熱導(dǎo)率的增大趨勢(shì)變化以及下部地層逐漸發(fā)育有火成巖等影響，地層平均熱導(dǎo)率隨地層變老呈明顯增大，在算術(shù)平均值中尤為明顯。熱導(dǎo)率柱能夠直觀地了解地下的傳熱特性，可用于地?zé)峥碧健崾分亟ê陀蜌獬刹氐妊芯恐小?/p>

4 鏡質(zhì)體反射率

鏡質(zhì)體反射率可作為熱史重建的有效約束。此次研究共獲取了松遼盆地北部近3 000個(gè)鏡質(zhì)體反射率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)研究區(qū)的大面積覆蓋。青山口組地層位于沉積層剖面的中間位置，其本身和上覆的姚家組、嫩江組以及下伏的泉頭組地層均可作為熱儲(chǔ)層，同時(shí)青山口組地層還發(fā)育有大面積的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖，是頁(yè)巖油勘探開發(fā)的重點(diǎn)層位。該層具有大量的鏡質(zhì)體反射率(Rran)數(shù)據(jù)，能夠?yàn)闊崾分亟ㄌ峁┏渥愕臄?shù)據(jù)支撐，因此，選取青山口組地層為此次古地溫恢復(fù)的研究層位，結(jié)果可為松遼盆地地?zé)崤c油氣資源的形成與聚集提供有效參考。Rran的分布能夠體現(xiàn)出區(qū)域的熱演化程度，古地溫高的地區(qū)Rran往往較大。青山口組地層Rran平面分布如圖4所示，從中央坳陷區(qū)沉積中心至四周隆起區(qū)Rran呈逐步遞減的趨勢(shì)，在中央坳陷外圍Rran普遍小于0.6%。中央坳陷區(qū)內(nèi)齊家古龍凹陷Rran值最高，中部Rran達(dá)1.6%以上，明顯高于其他地區(qū)；其次是龍虎泡大安階地中心東部和三肇凹陷中部，Rran值達(dá)到1.0%；黑魚泡凹陷和朝陽(yáng)溝階地東側(cè)(賓縣王府凹陷)Rran值達(dá)到0.8%，大慶長(zhǎng)垣和朝陽(yáng)溝階地中部Rran均在0.6%左右。埋藏較深的凹陷區(qū)的Rran值明顯高于凸起區(qū)。

圖4 松遼盆地北部青山口組地層Rran平面分布Fig.4 Contour map showing the Rran of the Qingshankou Formation in the northern Songliao Basin

5 單井埋藏史?熱史

重建單井埋藏史?熱史首先需要根據(jù)鉆孔各地層的埋深和剝蝕量建立起埋藏史。松遼盆地在嫩江組末期和明水組末期存在兩期重要的剝蝕過(guò)程[23,31]，剝蝕量較大不可忽視，需要先進(jìn)行剝蝕量恢復(fù)。通過(guò)對(duì)比參考前人恢復(fù)的剝蝕量[21,31,60-61]，并利用前人裂變徑跡數(shù)據(jù)使用裂變徑跡法恢復(fù)部分區(qū)域的剝蝕量，確定了研究區(qū)的埋藏史，構(gòu)建起熱史模擬的地質(zhì)框架。然后以建立起的熱導(dǎo)率柱為基礎(chǔ)，根據(jù)單井的位置埋深等情況進(jìn)行巖性熱導(dǎo)率校正，依據(jù)鉆孔揭露的各個(gè)地層的巖性比例計(jì)算調(diào)和平均值，作為地層平均熱導(dǎo)率。通過(guò)預(yù)設(shè)古熱流演化條件，利用EASY%Ro模型[62]進(jìn)行熱史模擬，得到模擬的Rran分布，將模擬Rran與實(shí)測(cè)Rran進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)不斷調(diào)試古熱流模型，以達(dá)到Rran最佳擬合曲線，完成熱史重建。選取均勻覆蓋松遼盆地北部的80口鉆井(位置如圖2所示)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，結(jié)果能夠有效反映出該地區(qū)整體熱史演化過(guò)程。

選取松遼盆地內(nèi)中央坳陷區(qū)龍虎泡大安階地的LHPDA1井、齊家古龍凹陷的QJGL1井、大慶長(zhǎng)垣的DQ1井、三肇凹陷的SZ1井作為典型井位進(jìn)行埋藏史?熱史介紹，如圖5所示?？傮w上，從泉頭組時(shí)期開始，盆地進(jìn)入熱沉降坳陷發(fā)育階段，地層埋深逐漸增大，溫度逐漸升高。在嫩江組末期發(fā)生了一次明顯的抬升冷卻事件，形成T03不整合面，該事件在低溫?zé)崮陮W(xué)上有相應(yīng)顯示[23,63]。之后在明水組末期發(fā)生顯著構(gòu)造反轉(zhuǎn)，形成T02不整合面，前人眾多的熱史反演均反映了該事件[21-23,25,27,32,63]。各構(gòu)造單元均在明水組末期達(dá)到最大古地溫，LHPDA1井和QJGL1井青山口組地層最大古地溫達(dá)到150℃以上，DQ1井和SZ1井最大古地溫分別為128和141℃，此時(shí)它們對(duì)應(yīng)的古地溫梯度分別為70、56、52和58℃/km。自明水組末期以后溫度總體呈降低趨勢(shì)，LHPDA1井、QJGL1井、DQ1井和SZ1井的現(xiàn)今地溫分別為90、114、81和95℃，降低幅度明顯，對(duì)應(yīng)現(xiàn)今地溫梯度分別為43、49、49和44℃/km，除大慶長(zhǎng)垣外均發(fā)生較大程度的降低。其中齊家古龍凹陷地區(qū)雖然梯度降低較大，但仍是地溫梯度高值區(qū)。大慶長(zhǎng)垣地區(qū)雖然古地溫梯度較小，但由于后期降低幅度較小，現(xiàn)今地溫梯度較高。

圖5 不同構(gòu)造單元地?zé)峋穆癫厥?熱史Fig.5 Burial and thermal histories of representative wells in various tectonic units of the Songliao Basin

6 明水組末期古地溫場(chǎng)分布特征

明水組末期是盆地構(gòu)造熱演化的關(guān)鍵時(shí)期，該時(shí)期地層達(dá)到最大古地溫，以80口單井的埋藏史?熱史結(jié)果為基礎(chǔ)，繪制了松遼盆地北部青山口組最大古地溫平面分布圖(圖6)。古地溫分布與Rran平面分布具有一定的相似性，齊家古龍凹陷和龍虎泡大安階地中心東部古溫度最大，達(dá)到160℃以上，其次是三肇凹陷，古地溫達(dá)到140℃，中央坳陷主體古地溫均在120℃以上，從中央坳陷區(qū)中心往四周溫度顯著降低。

圖6 松遼盆地北部青山口組地層明水組末期古地溫分布Fig.6 Contour map of paleo-geothermal field in the Qingshankou Formation in the late stage of Mingshui Formation in the northern Songliao Basin

古地溫場(chǎng)的分布與古埋深、古地溫梯度緊密相關(guān)，在明水組末期之前，盆地以持續(xù)沉降為主要發(fā)育特征，隨著古埋深增大，溫度逐漸增高。凹陷區(qū)古埋藏深度大，同時(shí)對(duì)應(yīng)的古地溫梯度也大，造成古地溫較高。在明水組末期時(shí)古埋深最深，達(dá)到最大古地溫。較高的古地溫促進(jìn)了松遼盆地頁(yè)巖層的發(fā)育，使頁(yè)巖具有較高的熱成熟度，利于頁(yè)巖油氣成藏。在明水組末期后受太平洋板塊運(yùn)動(dòng)影響，中國(guó)東北地區(qū)受到強(qiáng)烈擠壓作用，使得盆地內(nèi)發(fā)生顯著抬升冷卻事件[23,27]，造成古近系和新近系地層沉積殘留有限。從明水組末期至今，松遼盆地溫度總體呈降低趨勢(shì)，但不同構(gòu)造單元地溫梯度降低幅度不同，在降幅較小的地區(qū)形成了現(xiàn)今高溫地?zé)嵊欣麉^(qū)。

7 結(jié)論

a.松遼盆地?zé)釋?dǎo)率介于0.58～3.94 W/(m·K)，平均為1.79 W/(m·K)?？勺鳛闊醿?chǔ)的砂巖、粉砂巖熱導(dǎo)率分別為2.03和1.99 W/(m·K)，可作為熱儲(chǔ)蓋層的泥巖和頁(yè)巖油開發(fā)目的層的頁(yè)巖熱導(dǎo)率分別為1.39 和1.15 W/(m·K)?？v向上，熱導(dǎo)率隨深度增加逐漸增大。

b.基于大量實(shí)測(cè)熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)和整編前人數(shù)據(jù)建立起松遼盆地地層巖石熱導(dǎo)率柱，隨著地層由新到老變化，地層平均熱導(dǎo)率逐漸增大，與砂泥巖壓實(shí)成巖作用和深部發(fā)育火山巖相等密切相關(guān)；熱導(dǎo)率柱可為地?zé)釄?chǎng)研究和盆地模擬提供有效參考。

c.松遼盆地北部在明水組末期達(dá)到最大古地溫，溫度最高主要在齊家古龍凹陷地區(qū)，超過(guò)160℃，此時(shí)盆地古地溫梯度介于50～70℃/km；之后溫度和地溫梯度均發(fā)生了不同程度的降低。

d.松遼盆地經(jīng)歷的最大古地溫明顯高于現(xiàn)今地溫，較高的古地溫可促進(jìn)頁(yè)巖油的成熟演化，后期幅度較小的降溫過(guò)程將有助于現(xiàn)今地?zé)豳Y源的形成。明確松遼盆地古地溫場(chǎng)演化特征有助于理解盆地資源的形成演化過(guò)程，為成藏機(jī)理研究提供有效支撐。

符號(hào)注釋：

K為校正后熱導(dǎo)率，W/(m·K)；KM為基質(zhì)熱導(dǎo)率，W/(m·K)；Kc為孔隙介質(zhì)熱導(dǎo)率，W/(m·K)；KP為壓力校正后的熱導(dǎo)率，W/(m·K)；KR為室溫下測(cè)試的熱導(dǎo)率，W/(m·K)；K0為0℃時(shí)熱導(dǎo)率，W/(m·K)；KT為溫度校正后熱導(dǎo)率，W/(m·K)；K15為室溫15℃下測(cè)試的熱導(dǎo)率，W/(m·K)；K25為室溫25℃下測(cè)試的熱導(dǎo)率，W/(m·K)；p為原位壓強(qiáng)，MPa；t為原位溫度，℃；φ為孔隙率，%。