沧县隆起北部地温场特征及其主控因素分析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.031

摘要/Abstract

摘要：

沧县隆起北部地区地热资源丰富,但关于地热田的形成机制与主控因素仍存在争议。通过收集区域地质资料和井温资料,并结合热传导正演模拟,系统地分析了研究区内地温梯度横向与垂向的特征、不同地质条件下地温场的分布规律,并正演了两条实测地热剖面,分析了研究区内地温场分布的主控因素。研究表明,横向上地温梯度在凸起区相对较高,凹陷区相对较低,与基岩起伏具有良好的对应关系,并且垂向上地温梯度的变化可分为两段,在浅部沉积盖层较高,以热传导为主,下部的寒武系、奥陶系和蓟县系储层地温梯度较低,以热对流为主。同时,区内地温场的分布主要受基岩埋深所控制,局部地区受到地下热水沿断层上涌所影响。通过研究,将为今后的地热开发选址提供重要依据。

关键词: 沧县隆起, 地热资源, 地温梯度, 热模拟, 地温场

Abstract:

The northern part of Cangxian uplift is rich in geothermal resources, but the formation mechanism and major controlling factors of geothermal fields are still controversial. Based on the compilation of regional geological and well-temperature data, and integrated with forward modeling of heat conduction, we systematically analyze the horizontal and vertical temperature gradient characteristics in the study area, and the distribution patterns of geothermal field under different geological conditions. We then forward-model two measured geothermal profiles to analyze the major controlling factors of local thermal field distribution. The results show that the horizontal geothermal gradient is relatively high in the salient area, but relatively low in the depression area, which corresponds well with the bedrock undulation. The vertical geothermal gradient can be divided into two sections: the shallow sedimentary caprock is higher and of mainly heat conduction, whilst the lower thermal reservoir is lower in the Cambrian, Ordovician and Jixian reservoirs, and mainly of thermal convection. Meanwhile, the local thermal field distribution is mainly controlled by the bedrock burial depth, and (in some places) is also affected by the upwelling of underground hot-water along faults. This study provides an important basis for future selection of geothermal development sites.

Key words: Cangxian uplift, geothermal resource, geothermal gradient, thermal modeling, temperature field

中图分类号:

P314

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图/表 11

图1 渤海湾盆地构造单元图(a)(据文献[15]修改)和沧县隆起构造分区图(b)(据文献 [7-8,16]修改)

Fig.1 Structure unit division diagram of the Bohai basin (a) (modified from reference [15]) and simplified geologic map of the study area (b) (modified from reference [7-8,16])

图2 沧县隆起北部构造剖面演化图(剖面位置A-A'位置见图1(b))

Fig.2 Structural profile evolution diagram for the northern part of Cangxian uplift (profile location shown in Fig.1(b))

表1 沧县隆起北部典型11口地热钻孔和试油温度钻孔地温梯度数据

Table 1 Geothermal gradient data of typical 11 geothermal boreholes and oil testing temperature boreholes in the northern part of Cangxian uplift

井名	构造位置	研究深度 /m	热储层位	G_盖/ (℃·km^-1)	资料来源
津热1井	双窑凸起	200~1 068	Nm	40	文献[20]
王3	双窑凸起	200~1 034	Nm	56.6
WR-2	双窑凸起	1 200~1 450	O	24.3
津4井	小韩庄凸起	2 000~2 100	O	36
增4井	小韩庄凸起	200~1 800	Nm	42.4
工大1井	双窑凸起	2 300	O	37.8	文献[11]
胜1井	大城凸起	2 224	∈	30.5	文献[15]
葛5井	大城凸起	3 249	Jxw	31.8
葛8井	大城凸起	2 777	∈	31.9
马90井	大城凸起	250~600	Nm	41.1
马95	大城凸起	1 980~2 020	∈	21.8
平均值				35.9

图3 沧县隆起北部地温梯度分布图

Fig.3 Geothermal gradient distribution in the northern part of Cangxian uplift

图4 白塘口凹陷WR63井(a)和潘庄凸起WR73井(b)温度—地温梯度—深度曲线图(测温曲线引用自文献[22,23])

Fig.4 Geothermal gradient-temperature-depth profile of WR63 (a) and WR73 (b) within the Cangxian uplift

图5 地温数值模拟模型

Fig.5 Numerical simulation model of ground temperature

图6 不同围岩热导率下的地温场分布模拟结果图

Fig.6 Simulation results of geothermal field distribution under different wallrock thermal conductivity

图7 不同基岩埋深下的地温场分布模拟结果图

Fig.7 Simulation results of geothermal field distribution under different bedrock depths

表2 地温场模拟所用热导率数据

Table 2 Thermal conductivity data for geothermal field simulation

地层年代	新生界 (E+N)	中生界 (Mz)	上古生界 (C-P)	下古生界 ($\epsilon$,O)	中、上元古界(Pt₂₊₃)
热导率/ (W/(m·K))	1.72	2.04	3.26	3.26	5.17

图8 大城凸起—小韩庄凸起地热地质剖面模拟图(剖面位置A-A'位置见图1(b)) 1.模拟的1 000 m温度曲线/℃;2.实测的1 000 m温度曲线/℃;3.断层;4.新近系与第四系;5.古近系;6.石炭-二叠系;7.古生界;8.新元古界;9.中生界;10.模拟的地温分布曲线/℃

Fig.8 Geothermal profile simulation map of the Dacheng and Xiaohanzhuang salients (profile A-A' location shown in Fig.1(b))

图9 大城凸起—兴济凸起地热地质剖面模拟图(剖面位置B-B'位置见图1(b)) 1.模拟的1 000 m温度曲线/℃;2.实测的1 000 m温度曲线/℃;3.断层;4.新近系与第四系;5.古近系;6.石炭—二叠系;7.古生界;8.震旦系;9.中生界;10.模拟的地温分布曲线/℃

Fig.9 Geothermal profile simulation map of the Dacheng and Xingji salients (profile B-B' location shown in Fig.1(b))

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