陕西关中盆地地热资源及壳幔温度结构的地球物理分析

陕西关中盆地地下热水资源丰富,是中国典型的隐伏型中、低温地热资源分布区。为研究关中盆地中、低温地热系统形成机理,认识深部热源条件,利用地球物理方法分析了该区壳幔温度结构。结果表明:计算得到的居里面平均深度为25.0 km,莫霍面平均深度为36.6 km,地壳平均地温梯度为22.60 ℃·km^-1,咸礼断阶、西安凹陷、固市凹陷地壳地温梯度高于平均值,是地热地质条件较好的构造分区。咸阳、西安之下,上地幔存在向南下倾的高温带,咸阳北侧约175 km深度是一个温度大于1 500 ℃的高温区; 其上,莫霍面、居里面上隆,形成高温基底,加热沉积地层中的地下水。富平、渭南之间,上地幔存在“下沉”低温区,低温区北、南两侧约175 km深度分别对应温度大于1 450 ℃的高温区; 高温区之上,莫霍面、居里面上隆,形成聚热中心,为地表地热资源提供稳定热源条件。总体上,关中盆地新生代潜水受莫霍面、居里面上隆带入的地幔热量传导加热,热物质随莫霍面、居里面向上抬升,是盆地中、低温地热田的深部热源。上地幔流变边界层控制研究区重要的构造活动,此边界层受周缘构造带不同动力作用,在重力均衡调整过程中,导致深大断裂活动,进而引起地壳深、浅部水体沿断裂带热对流,形成带状分布热泉。     

一维热演化问题的解析解法及其动态模拟

盆地古地热场演化动态模拟是盆地油气成藏动态模拟的重要组成部分,而一维热演化模拟又是二维、三维热演化模拟的基础。本文研究并给出了非齐次边界条件、非齐次方程的一维热演化问题的解析解。利用该方法原理,可以对各种复杂条件下的地热演化过程进行模拟。例如,根据地表温度和软流圈温度,可以模拟出任意时刻、任意深度的热流值;又当地表温度和基底热流都时间的延续而改变时,可以模拟出任意时刻、任意深度的温度。通过模拟结果,还可以清楚地观察到放射性生热对温度、地温梯度、热流值的扰动以及它们之间的相互关系。     

EASY%R_o法在滨北地区热演化史中的应用

EASY%Ro动力学模拟方法,适合模拟中高热演化程度的盆地模型.为考察松辽盆地滨北地区热演化历史,采用EASY%Ro动力学模拟方法,恢复了该地区的古地温场,结合现今地温场特征,分析了烃源岩热演化历史.结果表明:滨北地区白垩纪古地温梯度高于现今地温梯度,古地温梯度在晚白垩世为4.3~5.8℃/(100m),第三纪以来降低到3.2~3.6℃/(100m);最高古地温是在白垩系末期,有机质热演化在白垩纪末期达到最高峰.自第三系开始的持续抬升剥蚀(白垩纪末至早渐新世为长期沉积间断)和大地热流值衰减降温,致使热演化作用过程“冷冻”,生烃作用停止.     

从裂陷期到裂后期被动陆缘盆地构造-热事件

构造-热事件是盆地在发育过程中构造活动与盆地热演化发生相互作用的地质事件。含油气盆地构造-热事件研究对揭示盆地成盆过程及油气生烃、排烃、运移和聚集等具有重要意义。通过研究世界范围内典型被动陆缘盆地裂陷期—裂后期热演化及其热机制,分析对比南海南、北陆缘盆地构造-热模拟研究成果,总结了被动陆缘盆地裂陷期—裂后期热演化的普遍规律及其可能热机制。结果表明:被动陆缘盆地裂陷期热演化与裂陷过程具有良好的相关性,盆地热流随裂陷作用过程逐渐增大,在裂陷末期达到最大值,其动力学机制主要与岩石圈伸展作用有关;裂后期盆地热演化整体为热衰减过程,但受盆地所处构造位置及周围板块构造活动影响,裂后期热衰减变化幅度减缓甚至再次经历加热过程;珠江口盆地深水区现今高热流特征主要与岩石圈强烈减薄和晚中新世以来的东沙运动有关;被动陆缘盆地构造-热事件未来进一步研究应不断尝试建立新的构造-热模型,以构造为导向探究成盆深部动力过程,揭示构造-热机制。     

地热学岩石圈厚度计算方法综述

地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用,可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法,探讨了这种方法的参数选取和影响因素,并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明:地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响;地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出地表热流较低(42mW·m^-2)时,岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著,岩石圈地幔生热率变化0.02μW·m^-3,地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40km,岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·(m·K)^-1,地热学岩石圈厚度变化15km;地表热流为60mW·m^-2时,岩石圈地幔生热率每变化0.02μW·m^-3,地热学岩石圈厚度变化3km,岩石圈地幔热导率每变化0.2W·(m·K)^-1,地热学岩石圈厚度变化5km;地表热流增高1mW·m^-2,地热学岩石圈厚度约增加3km;地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异,其差异取决于流变边界层的厚度。     

松辽盆地上古生界烃源岩特征及有效性分析

松辽盆地石炭系—二叠系烃源岩经历了较为复杂的构造演化,不同地区烃源岩的埋藏史、热演化史及生烃史不相同。通过对收集的资料和采集的上古生界烃源岩样品进行地球化学分析,探讨了松辽盆地不同地区石炭系—二叠系烃源岩演化特征及其有效性。结果表明：松辽盆地上古生界烃源岩有机质丰度低,有机质类型较差（主要为Ⅲ型和Ⅱ2型）,现今热演化程度高（已达到成熟和过成熟阶段）,后期生烃潜力有限,但不代表地质历史时期生烃贡献小;肇源、长岭地区上古生界烃源岩为后期深埋藏型,存在二次生烃,为上古生界有效烃源岩主要分布区,对天然气资源有贡献;杜尔伯特地区由于受周边侵入岩烘烤、后期浅埋深等因素的影响,古地温远高于现今地温,不能发生二次生烃,烃源岩基本无效。因此,松辽盆地肇源、长岭地区为上古生界烃源岩有利生气区。     

四川盆地原油裂解气的有利地温场分布及其演化特征

为了确定四川盆地原油裂解气的有利分布区,利用镜质体反射率古温标重建了四川盆地的热演化史,分析了四川盆地下三叠统飞仙关组原油裂解的有利地温场分布范围及其演化特征。结果表明:四川盆地各构造单元自三叠纪以来的热流演化是不一致的,川东北地区热流在地质历史时期最低,川中地区热流也较低,而川西北和川西地区热流演化最高,这种差异与青藏高原隆升及峨眉山玄武岩地幔柱有关; 四川盆地在二叠纪时期热流明显高于其他时期,但高热流持续时间较短,这主要受岩浆侵入的影响; 四川盆地飞仙关组原油裂解气的有利地温分布区是不断变化的,侏罗纪末期其几乎遍及整个四川盆地,白垩纪末期其范围缩小,古近纪末期其收缩至川西和川中部分地区,现今范围则最小,主要分布在川西部分地区; 控制原油裂解气分布区的主要因素是古地温场,尤其是地温最高时期的地温场,而与现今地温场的关系并不密切。     

酒西盆地原油溶解气中稀有气体同位素特征研究

对酒西盆地青西坳陷青西油田和南部隆起鸭儿峡油田8个原油样品进行了稀有气体测试分析,探讨了原油中氦的来源问题.青西油田4口井和鸭儿峡油田527井、702井原油3He/4He (Rc)为10-8量级,推测其原油中稀有气体是壳源放射性成因的,同时也说明与青西油田和鸭儿峡油田527井、702井有关的推覆断层的切割深度限于地壳范围内.鸭儿峡油田501井、114井原油样品3He/4He (Rc)达10-7量级,说明有少量幔源氦的混入,而与这两口井有关的推覆断层的切割深度可能已达地幔.酒西盆地大地热流值较低,平均50.9mWm-2(6),表明其大地构造活动性较我国东部盆地弱.     

苏北盆地金湖凹陷三垛组剥蚀厚度恢复及意义

综合利用声波时差法和基于镜质体反射率的Easy%R.模拟法,对苏北盆地金湖凹陷三垛组剥蚀厚度进行了恢复.结果表明,金湖凹陷三垛组较大的剥蚀量及新近系盐城组和第四系东台组沉积地层厚度欠补偿,即"古大于今"的埋藏史是造成该区隆起带和外斜坡区"浅熟"的根本原因."古大于今"的埋藏史,加上古地温梯度大于现今地温梯度,使得阜宁组烃源岩在三垛组沉积末期达到最大热演化程度并大量生烃.在对三垛组地层剥蚀厚度恢复的基础上,恢复了在三垛组沉积末期的主要输导层的古构造和阜宁组烃源岩的生烃状况,对油气运聚单元进行了划分和评价.     

新疆西准噶尔哈图岩体地球化学特征及其地质意义

哈图岩体侵位于西准噶尔南部早—中泥盆世海相火山-沉积地层中,主要岩性为二长花岗岩、正长花岗岩及少量碱长花岗岩,是研究西准噶尔晚石炭世构造环境的理想对象。哈图岩体花岗岩中SiO₂含量(质量分数,下同)为72.06%～76.53%,全碱(Na₂O+K₂O)为7.80%～8.57%,CaO为0.20%～1.58%,MgO为0.07%～0.42%,明显具有高Si、富碱、贫Ca、低Mg的特征; 这些花岗岩的Al₂O₃含量为12.55%～14.06%,A/CNK值为1.06～1.15,A/NK值为1.15～1.36,显示其为弱过铝质—强过铝质花岗岩。此外,哈图岩体具有较低的稀土元素总含量((88.14～139.53)×10^-6)和高的轻、重稀土元素比值((La/Yb)_N值为3.04～6.50),在球粒陨石标准化稀土元素配分模式中显示为典型的右倾“V”字形且具有强烈的负Eu异常,表明源区可能有斜长石残留或出现斜长石的分离结晶作用; 在原始地幔标准化微量元素蛛网图中,这些花岗岩明显富集Rb、Th、U、K、Pb等大离子亲石元素,相对富集Zr、Hf,强烈亏损Sr、Ti、P,相对亏损Ba、Nb。以上特征及主量、微量元素特征和图解表明,哈图岩体为典型的弱过铝质—强过铝质A₂型花岗岩,其形成于造山后伸展阶段,是由洋壳和岛弧组成的新生地壳受上涌的幔源物质加热,在浅部低压条件下发生部分熔融,再经分离结晶作用的产物。     

地震与地热的关联性:从预测减灾到取能减灾

地热能决定了地球分层流变、洋陆与盆山的关联成因、成矿成藏和自然灾害链,由此带动地学革命、能源革命和减灾革命。要实现这个宏伟目标,应开展两项重要工作:一是在地球系统动力学和热流体撞击地震成因模式指导下,科学预测地震及其关联灾害;二是在地球内部系统动力学和动态热源思想指导下,梯级综合开发地热能,特别是干热岩地热能低成本大规模持续发电,既能解决能源问题,又能从根本上解决灾害问题和环境问题。简要论述了地震与地热的关联机理,认为地球上没有板块,只有洋陆和盆山,它们由地壳和地幔固态流变物质层流而成,物质非均匀流动产生地震,断层是地震的结果。在热动力驱动地球物质非均匀层流的思想指导下,进一步阐明了地震预测和地热开发的思路和方法,明确指出沿着隐伏的活动韧性剪切带通过超长超导重力热管、U形钻井和U形挖掘进行高效采热,不仅能够解决供暖和电力问题,而且具有减灾减排作用。     

Potential mechanisms of pore-fluid movement from continental lithospheric mantle into upper continental crust

Through integrating the state of the art scientific knowledge in different research fields, some potential mechanisms of large-scale movements of underground pore-fluids such as H2O and CO2 in the continental lithosphere were presented and discussed. The results show that the generation and propagation of porosity waves are important mechanisms to transport mass and heat fluxes from the continental lithospheric mantle into the lower continental crust; the generation and propagation of porosity waves, pore-fluid flow focusing through lower and middle crustal faults, advection of pore-fluids through the lower and middle crust, and whole-crust convection in some particular cases are important mechanisms to transport mass and heat fluxes from the lower into the upper continental crust; heat and mass transport through convective pore-fluid flow is the most effective mechanism of ore body formation and mineralization in hydrothermal systems; due to heat and mass exchange at the interface between the earth surface, hydrosphere and atmosphere, it is very important to consider the hydro-geological effect of the deep earth pore-fluids such as H2O and CO2 on the global warming and climate change in future investigations.     

Environmental Isotopes Study on Geothermal Water in Guanzhong Basin, Shaanxi Province

There exists abundant thermal water recourses in Guanzhong basin, Shaanxi province （northwestern China）. With the deepening of exploitation for thermal aquifer nowadays, the information about the origin and movement of thermal water is limited by using traditional methods. This paper applies environmental isotope techniques to offer direct constraints on the recharge and movement of thermal water and improve the geological and hydrogeological database in Guanzhong Basin. The research on the environmental isotopes shows that the geothermal water of the area is mainly recharged by meteoric water. The temperature of meteoric water which replenishes geothermal water in the study area is -16 ℃. The estimated age of recharging the geothermal water is 13.3-28.2 ka based on the isotope analysis, belonging to the last glacial period in Late Quaternary. The source of replenishment of the geothermal water is thought to have been derived from glacial snow-melt water with an elevation higher than 1 500 m （ASL） in the north side of Qinling Mountain. The isotopic analysis denotes that the geothermal water in the southern Guanzhong basin is the mixture of net thermal water and normal temperature groundwater. Based on calculating the percentage of the mixture, nearly half of cold groundwater had participated the circulating of the geothermal water. However, in the center part of the basin, some artificial factors such as mismanage of pumping are probably the reason for the mixturing. The temperature range of the geothermal reservoirs in the basin is estimated at about 80-121 ℃ based on calculation of both SiO2 geothermometer and thermal water saturation index, which are basically in accordance with the measured temperature of thermal water. Based on the replenishment time and mixture extent with cold water, the thermal water in the studied area can be classified into three parts： mixed thermal water replenished by modern meteoric water; mixed thermal water replenished by both modern and ancient meteoric water, and deep circulating thermal water replenished by ancient meteoric water without mixture.