东濮凹陷现今地温场及地热资源潜力_涂诗棋.pdf

断块油气田2023年1月摘要地热资源潜力评价需要精确的现今地温场进行约束。为了更好地明确东濮凹陷地热资源潜力，文中以已有地温场研究成果为基础，利用一维稳态热传导方程计算得到深度03 000 m和05 000 m的地温，获取了这2个深度段的地温梯度分布，并指出了东濮凹陷地热勘探有利区。研究结果表明：东濮凹陷深度03 000 m地温梯度为16.855.7/km，平均值为33.2 C/km；深度05 000 m地温梯度为16.054.8/km，平均值为32.3 C/km。同时，研究区具有隆起带地温梯度较高、凹陷区地温梯度相对较低的特征。东濮凹陷具有丰富的地热资源。其中：深度3 000 m处赋存了以中低温型为主的地热资源；深度3 0005 000 m主要赋存了中高温型地热资源。文中还指出了3类地热勘探有利区：深度3 000 m处，位于中央隆起带的徐集断凸为类勘探有利区，桥口断凸和文留断凸评价为类勘探有利区；深度5 000 m处，地层温度普遍偏高，中央隆起带南部、西部斜坡带中部以及西部次凹区西南部为类勘探有利区，中央隆起带中部桥口断凸评价为类勘探有利区。关键词地热资源潜力；地温梯度；现今地温场；地热勘探有利区；东濮凹陷中图分类号：TE02文献标志码：A引用格式：涂诗棋，左银辉，周勇水，等.东濮凹陷现今地温场及地热资源潜力J.断块油气田，2023，30（1）：100106.TU Shiqi，ZUO Yinhui，ZHOU Yongshui，et al.Present geothermal field and geothermal resource potential of the Dongpu SagJ.Fault-BlockOil&Gas Field，2023，30（1）：100106.Present geothermal field and geothermal resource potential of the Dongpu SagTU Shiqi1,ZUO Yinhui1,ZHOU Yongshui2,ZHANG Chao1(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Zhongyuan Oilfield,SINOPEC,Puyang 457001,China)Abstract:The evaluation of geothermal resource potential needs to be constrained by the accurate current geothermal field.In order tobetterclarifythegeothermalresourcepotentialofDongpuSag,inthispapertheone-dimensionalsteady-stateheatconductionequationisused to calculate the temperatures of 03,000 m and 05,000 m based on the existing geothermal field research results,the geothermalgradient distribution of 03,000 m and 05,000 m are obtained,and which points out the favorable areas for geothermal exploration inDongpu Sag.The results show that the geothermal gradient at 03,000 m in the Dongpu Sag is 16.855.7/km,with an average value of33.2/km;the geothermal gradient of 05,000 m is 16.054.8/km,with an average value of 32.3/km.The study area is characterizedbyhighgeothermalgradientinthe upliftarea andrelativelylowin the sag area.Dongpu Sag is rich in geothermalresources,ofwhich thegeothermal resources dominated by mediumlow temperature exist at 3,000 m,and there are mainly mediumhigh temperaturegeothermalresourcesin3,0005,000m.Threetypesoffavorableareasforgeothermalexplorationarepointedoutinthepaper.At3,000m,the Xuji fault convexity located in the central uplift area is a type exploration area,and the Qiaokou fault convexity and Wenliu faultconvexity are evaluated as type exploration areas;at5,000 m,the stratigraphic temperature is generally high,and the southern part ofthe central uplift area,the central of the western slope zone and the southwestern part of the western sub-concave area are typeexplorationareasandtheQiaokoufaultconvexityinthemiddleofthecentralupliftareaisevaluatedastype explorationarea.Key words:geothermal resource potential;geothermal gradient;present geothermal field;favorable area for geothermal exploration;Dongpu sag东濮凹陷现今地温场及地热资源潜力涂诗棋1，左银辉1，周勇水2，张超1（1.成都理工大学油气藏地质与开发工程国家重点实验室，四川 成都610059；2.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 濮阳457001）基金项目：国家自然科学基金项目“银额盆地构造热历史与岩石圈热构造演化及其对生烃的控制”（41972144）0引言近年来，低碳经济已成为世界经济发展的大方向、大趋势12。2020年9月，中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论时，提出了“中国二氧化碳收稿日期：20220511；改回日期：20221101。第一作者：涂诗棋，女，1998年生，在读硕士研究生，主要从事地热资源评价方面的研究。E-mail：。通信作者：左银辉，男，1980年生，教授，博士生导师，主要从事地热地质与石油地质等方面的研究。E-mail：。doi:10.6056/dkyqt202301014断块油气田FAULT-BLOCK OIL GAS FIELD第30卷第1期第30卷第1期排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的“双碳”目标，更凸显出我国对清洁能源开发的紧迫性34。地热能（简称地热）作为一种可持续、可再生的清洁能源56，可以为实现“双碳”目标和建立绿色低碳循环发展经济体系提供重要保障7，而且我国地热资源丰富，较传统能源及风能、太阳能更具优势8。地热开发利用首先需要明确地热资源潜力，而对现今地温场的研究是重要的基础工作之一914。已有研究明确了东濮凹陷地层岩石的热导率、地温梯度和大地热流分布等特征1516：东濮凹陷的地温梯度在26.136.2/km，平均值为32.0/km；大地热流为53.373.8mW/m2，平均值为65.6 mW/m216。但是，已有研究未能明确同一深度的温度及地温梯度分布特征，制约了对地热异常带或勘探相对有利区的分析判别。为此，本文利用一维稳态热传导方程计算得到东濮凹陷深度03 000 m和05 000 m的地温和地温梯度，进而研究得到东濮凹陷的地温及地温梯度横向和纵向分布特征，揭示了东濮凹陷的地热异常带，并指出了地热资源勘探有利区。1地质概况东濮凹陷是位于渤海湾盆地西南部的一个次级构造单元，北窄南宽，呈箕状构造，长约145 km，面积约5 300 km2。东濮凹陷为新生代断陷盆地，北部与临清坳陷相隔，南部与中牟凹陷相连，东部与鲁西隆起相接，西面与内黄隆起相邻1718。受伸展断裂的影响，东濮凹陷内部构造呈NNE向带状分布，表现出“两洼一隆一斜坡”的基本构造格局；从东往西划分为兰聊断裂带、东部次凹、中央隆起带、西部次凹、西部斜坡带5个二级构造单元，以及高平集斜坡、观城洼陷、三春集断凸等多个次一级构造区块1920。东濮凹陷的基底由古生界的碳酸盐岩和中生界的碎屑岩构成。在古生代加里东运动的作用下，东濮凹陷地层抬升遭受剥蚀，缺失上奥陶统、志留系、泥盆系以及下石炭统；在中生代燕山运动的作用下，东濮凹陷发育了大量的NNE向断裂，控制了古近系和新近系的沉积厚度及平面分布特征21；在新生代喜山运动控制下，东濮凹陷新生界沉积了约9 000 m厚的地层，自下而上分别为沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组以及平原组（见图1，图据文献2223修改）。东濮凹陷发育多套热储，主要分布在明化镇组、馆陶组、东营组和奥陶系。其中：明化镇组、馆陶组及东营组均为层状砂岩类孔隙热储24，奥陶系发育的溶隙裂隙具有较好的碳酸盐岩热储22，25。图1东濮凹陷地层柱状图Fig.1Stratigraphic column of the Dongpu Sag2研究方法和参数2.1研究方法利用一维稳态热传导方程（式（1）计算得到东濮凹陷深度3 000 m和5 000 m的地温，并分别计算得到03 000 m和05 000 m深度段的地温梯度。Tz=T0+qzK-Az22K（1）式中：z为深度，m；Tz为深度z处的地温，；T0为恒温带涂诗棋，等.东濮凹陷现今地温场及地热资源潜力101断块油气田2023年1月的温度，；q为地表大地热流，mW/m2；K为热导率，W/（mK）；A为岩石生热率，W/m3。2.2基本参数研究所需主要参数包括岩石热导率和生热率。岩石热导率参考团队前期的研究16。由于东濮凹陷缺少生热率数据，故参考邻近的济阳坳陷的新生代沉积盖层的平均生热率（1.43 W/m326）。恒温带温度采用当地年平均温度（15）。3研究结果根据东濮凹陷的大地热流数据，计算得到了76口井不同深度的地温和不同深度段的地温梯度（见表1）。云1徐16新濮15新12文85文82文75文38文258文236文215文200文196文191文110文109卫83卫77卫70卫43卫42卫325卫323卫321卫319卫315100.2115.595.8120.2116.871.8150.2131.692.297.581.8119.4128.6118.6131.6111.0127.9102.0101.6158.3131.683.092.5118.7154.5120.827.832.926.334.433.418.344.538.325.126.821.634.237.334.038.331.537.028.528.247.238.322.025.234.045.934.622.033.030.738.227.832.127.844.442.727.031.723.526.723.143.431.532.232.416.036.928.918.233.528.722.933.931.639.028.632.928.645.343.527.832.624.327.623.944.232.433.133.316.837.729.819.034.429.4卫313卫312卫305卫1轻5轻67轻64轻63桥53桥50桥15前8前2濮深8濮深3濮80濮67濮63濮61濮47濮31濮129马58马56马5马4933.132.434.731.939.133.824.144.736.028.436.340.523.635.027.020.429.149.231.649.239.319.930.535.241.331.332.2马3331.5马2233.9马1131.0刘938.3刘332.9刘2223.3刘1943.8刘1335.1刘1227.5刘1035.4胡9239.6胡8222.8胡7434.2胡7126.2胡6819.7胡5628.2胡4648.3春古430.7春1648.3春1238.5白5519.2白5329.8白1534.3唐440.530.428.633.727.135.334.219.145.439.125.927.722.435.038.134.839.132.237.929.229.148.139.122.826.034.846.835.5153.3178.7146.1186.5181.2106.2236.5205.5139.9148.7122.5185.2200.5184.1205.5171.7199.5156.8155.5250.0205.5124.6140.5184.1243.6187.6113.5111.4118.4110.0131.6115.686.8148.1122.299.5123.2135.785.4119.495.675.9101.6161.6109.1161.6132.074.4105.9119.8138.1108.2175.4171.9183.6169.6205.5178.9130.9233.1189.9152.1191.5212.4128.6185.2145.5113.2155.5255.5168.0255.5206.8110.7163.2186.0216.5166.583.1115.9109.1131.2100.3113.0100.3149.8144.798.0112.187.597.286.4146.8111.4113.5114.265.0127.5103.771.6117.5102.7124.7179.5168.0205.2153.4174.7153.7235.9227.7149.4173.0132.0148.1130.1230.9171.9175.4176.594.5198.7159.0105.5182.0157.93 000 m05 000 m03 000 m 05 000 m03 000 m 05 000 m03 000 m5 000 m3 000 m 5 000 m3 000 m 5 000 m井号不同深度段地温梯度/（Ckm-1）井号不同深度段地温梯度/（Ckm-1）井号不同深度段地温梯度/（Ckm-1）不同深度地温/C不同深度地温/C不同深度地温/C表1本文计算的东濮凹陷不同深度的地温及不同深度段的地温梯度Table 1The geotemperature of the different depth and geothermal gradient of different deep section in Dongpu Sag calculated in this paper结果（见表1、图2、图3）显示：东濮凹陷深度3000m处地温在65.0181.1，平均值为113.8（见图2a）；深度03 000 m地温梯度在16.855.7/km，平均值为33.2 C/km（见图3a）；深度5 000 m处地温在94.5288.1，平均值为176.0（见图2b）；深度05 000 m地温梯度在16.054.8/km，平均值为32.3 C/km（见图3b）。由深度3 000，5 000 m处地温分布（见图2）可见，由于存在“热折射”效应，在东濮凹陷中央隆起带的地温较高，且存在多个高温中心。在深度3 000 m处，中央隆起带的徐集断凸最高地温达到165，其次为文留断凸和前梨园洼陷，地温最高达145（见图2a）；在深度5 000 m处，东濮凹陷整体地温较高，绝大部分地区地温高于150，在中央隆起带的桥口断凸的地温最高达到240，其次为文留断凸，地温达到210（见图2b）。102第30卷第1期a东营组b沙四段图2东濮凹陷沉积相及本文计算的地温分布Fig.2The sedimentary facies of Dongpu Sag and geothermal distributioncalculated in this paper东濮凹陷的地温梯度平面特征与构造特征相匹配（见图3），具体表现为中央隆起带和西部、东部斜坡区的地温梯度较高，西部、东部次凹相对较低。其中：中央隆起带的桥口断凸地温梯度最高，深度03 000 m的地温梯度达到36/km，其次为隆起带的徐集断凸和马厂断凸，为35/km；西部、东部次凹出现了地温梯度低值，在长垣东洼陷和南河家洼陷最小，地温梯度仅为31/km。深度05 000 m的地温梯度与深度03000m特征相似：在同一深度段，隆起带比洼陷区地温梯度更高；同一地区不同深度段，深度越大，则地温梯度越小。a03000mb05000m图3本文计算的东濮凹陷地温梯度分布Fig.3The distribution of geothermal gradient in Dongpu Sag calculated inthis paper涂诗棋，等.东濮凹陷现今地温场及地热资源潜力103断块油气田2023年1月4讨论4.1不同方法计算结果对比前人对地温梯度的研究，多根据多口单井不同深度的实测地温计算得到单井的地温梯度，而本文则是根据一维稳态热传导方程计算同一个深度段的地温梯度；前人的研究更易受到岩石热物理性质的影响，而本文研究则采用“凝缩段”厚度，减小了影响。本文将根据前人的研究方法得到的东濮凹陷深度03 000 m实测地温梯度（见图4），与本文的计算结果进行对比分析。图4东濮凹陷深度03 000 m实测地温梯度Fig.4The measured geothermal gradient of 03 000 m in Dongpu Sag对比分析发现，前人研究的地温梯度和本文计算的地温梯度整体展布上具有一致性，均与东濮凹陷“两洼一隆一斜坡”的构造格局相匹配，但本文采用同一深度段计算得到的地温梯度数据间的差异较小，即地温梯度分布更均匀。从区域上来看，与前人研究相比，桥口断凸地温梯度高了23C/km，北部区域地温梯度略有降低，桥口、徐集、马厂等断凸地温梯度明显偏高，达到3335C/km；凹陷地区地温梯度较低，为3133 C/km16。4.2地热成因模式分析东濮凹陷中央隆起带地壳厚度较小27，利于深部软流圈热物质上涌对地层进行加热；晚期活动性断裂带附近除热传导提供的热源，沿断裂上涌的地下热水的热对流作用也为东濮凹陷地温场提供了良好的热源2425。东濮凹陷周缘的太行山、鲁西隆起山区具有大规模的汇水能力。东濮凹陷西边长垣断裂以及东边兰聊断裂都具有较强的导水能力，大气降水能够通过径流对东濮凹陷地热系统进行水源补给24；而且，东濮凹陷发育的大量基底断裂，既能够作为导热通道，也是有利的导水通道。新近系黏土层是明化镇组、馆陶组的有利盖层，古近系东营组中的泥岩是东营组热储的局部盖层，能有效地阻挡热流的上传，对热储起到保温隔热作用21。结合该地区地热系统要素，对东濮凹陷地热成因模式进行了研究（见图5）。由于东濮凹陷西部太行山和东部的鲁西隆起山区汇水能力较好，大气降水自此沿断裂下渗，对东濮凹陷地温场进行水源补给。从补给、运移过程中，地下水被来自深部的通过有利通道上传的热量进行加热，温度逐渐升高；热水在地下具有较高的势能，在水头差的作用下，沿着断层向浅部运移，加上盖层的隔热作用，使得这些地方形成地热勘探有利区。图5东濮凹陷地热成因模式Fig.5Geothermal genesis model in Dongpu Sag104第30卷第1期4.3地热资源勘探有利区预测我国地热资源非常丰富，前人在研究中将温度高于150 划分为高温地热资源，90150 划分为中温地热资源，低于90 划分为低温地热资源28。结合本文研究的储层温度、东濮凹陷深度3 000 m和5 000 m处发育的主要储层沉积相特征及研究区储层性质对地热潜力进行分析，将本研究区的勘探有利区划分为3类：类定义为研究区内地温高于150，且砂岩热储发育地区；类定义为地温在90150，且砂岩热储发育地区；类定义为温度高于150，但仅局部发育砂岩的地区。从地温、开发潜力等方面考虑，研究区内类勘探有利区具有较高的经济价值，其次为类勘探有利区，类勘探有利区最次。东濮凹陷深度3 000 m处主要分布东营组，沉积相主要为三角洲体系，包括三角洲平原、三角洲前缘以及曲流河三角洲（见图2a），岩性主要由灰白色、浅灰色、浅灰绿色泥页岩夹厚层的粉砂岩、粉细砂岩、细砂岩、杂色砂岩和含砾粗砂岩构成29。深度3 000 m处地温在65.0181.1，平均值为113.8，赋存了以低中温型为主的地热资源。尤其在中央隆起带的徐集断凸，地温很高且发育砂岩型热储，评价为类勘探有利区；其次为桥口断凸和文留断凸，虽地温不及徐集断凸，但其砂岩型热储孔渗较好，评价为类勘探有利区。东濮凹陷深度5 000 m处主要分布沙四段，沉积相主要为三角洲体系（见图2b），发育粉砂岩、粉细砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩和含砾粗砂岩3031。深度5 000 m处地温在94.5288.1，平均值为176.0，赋存了以中高温型为主的地热资源。中央隆起带南部地温高于150，且发育砂岩型热储，评价为类勘探有利区；中央隆起带中部桥口断凸地温较高，但仅局部发育砂岩型热储，评价为类勘探有利区；西部斜坡带中部和西部次凹区西南部评价为类勘探有利区。5结论1）东濮凹陷深度3 000 m处地温在65.0181.1，平均值为113.8；深度03000m地温梯度在16.855.7/km，平均值为33.2C/km；深度5000m处地温在94.5288.1，平均值为176.0；05000m地温梯度在16.054.8/km，平均值为32.3 C/km。东濮凹陷地温梯度的平面特征与构造特征相匹配，具体表现为中央隆起带和西部、东部斜坡区的地温梯度较高，存在多个高温中心，西部、东部次凹的地温梯度相对较低。2）东濮凹陷地热的热源主要为热物质上涌对地层进行的加热，太行山和鲁西隆起山区大气降水提供充足水源，通道为具有导水、导热能力的基底断裂，新近系黏土层和古近纪东营组泥岩为热储的有效盖层。3）东濮凹陷具有丰富的地热资源。其中：深度3000m处赋存了以中低温型为主的地热资源；3 0005 000m主要赋存了中高温型地热资源。根据沉积相和热储温度，把研究区划分为3类勘探有利区：深度3 000 m处位于中央隆起带的徐集断凸为类勘探有利区；深度5 000 m处，地温普遍偏高，中央隆起带南部、西部斜坡带中部以及西部次凹区西南部为类勘探有利区。深度3 000 m处的桥口断凸和文留断凸评价为类勘探有利区。深度5 000 m处中央隆起带中部桥口断凸评价为类勘探有利区。参考文献1MOHSIN M，RASHEED A K，SUN H P.Developing low carboneconomies：an aggregated composite index based on 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