松辽盆地构造热演化及地热资源定量评价研究——以杜蒙地区为例
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摘要
松辽盆地是我国重要的含油气盆地，它形成演化的大地构造背景和特殊热构造特征，决定了松辽盆地不仅具有丰富的油气资源，而且赋存极具开发远景的地热资源。因此，研究盆地构造热演化特征及热效应、地热资源形成机理及综合定量评价，对综合开发利用盆地资源(油气和地热)具有十分重要的意义。
本文通过对松辽盆地及杜蒙地区的盆地热结构、盆地构造热演化、热源成因及形成的大地构造条件、热储成因模式、地下热水动力学模拟、单井产能与资源量模拟计算、井口温度计算及综合评价研究，获得如下认识：
松辽盆地构造热演化分四个阶段，即高温热窿张裂阶段、高温裂陷阶段、低温拗陷阶段和低温萎缩褶皱阶段。盆地构造热演化力源机制数值模拟研究表明：早、中侏罗世至晚侏罗世晚期，盆地演化主要是太平洋块体向北西方向以低角度快速俯冲和西伯利亚块体向东南俯冲共同作用的结果，同时也与地幔内部热力、重力、相变力以及地球自转及公转速度变化效应和上覆块体绝对运动的作用有关；早白垩世早期至早白垩世中期，来自东部太平洋块体俯冲作用的减弱，而这一时期影响盆地演化的主要力源是地幔内部热力、重力、相变力以及地球自转及公转速度变化效应和来自西伯利亚块体俯冲作用；进入早白垩世晚期至晚白垩世早期，由于双重俯冲带中西侧俯冲作用带基本停止活动，而本区地幔热能的快速衰减则控制盆地的构造热演化；晚白垩世晚期以后，太平洋块体活动加强和地幔热运动是影响盆地演化的主要动力。
松辽盆地杜蒙地区地壳热结构：莫霍面埋藏深度为29-33km；居里面埋藏深度在18-24km之间，平面上以杜401井向东南区域呈半环带状逐渐变深的形态，整体的趋势为西北高东南低；并在杜蒙地区的基底分布有大面积的华力西和燕山期花岗岩。
应用盆地地温模拟技术计算了杜蒙区块现今大地热流值及地温值分布，计算结果表明：2000m、1500m、1000m埋深状况下地温分布分别为80～91℃、63～70℃和42～48℃；地温梯度和大地热流值分别为3.8～4.4℃／m和62～65 mW／m~2。这些计算结果均表明，杜蒙区块属于松辽盆地地温场高值区，而小林克与新店一带属于区内高值区，可见杜蒙地区具有较好的地温条件，是地热资源形成的有利地区。对历史时期古热流及古地温的模拟结果显示，盆地的热演化过程经历了两个高热流期，分别为泉头-青山口组沉积时期和第三纪开始时期，其热流值分别是88 mW／m~2和76 mW／m~2，这与该地区的盆地发育史相吻合；古地温在侏罗系和青一段沉积初期，地温迅速升高，到明水组末期地温升至最高，青一段底界为102
℃，侏罗系底界高达307℃，到第三系和第四系沉积时期，古地温出现低值，到
现今青一段底界和侏罗系底界的地温分别降至94℃和291℃。
对地热资源成因及其形成的大地构造条件研究表明，杜蒙地区对地热资源形
成起重要影响的地热源主要有三种，即地慢供热、岩浆体供热和放射性元素生热，
它们是地热资源形成的基础热源。地热资源聚集带形成于裂谷构造环境，这种裂
谷构造环境中的壳慢连通性与开启性都很高，具有深部热源向上传输热能的良好
条件，即岩石圈深大断裂构成深部地热向上部地层传送的良好通道。在杜蒙地区，
齐西断裂带和小林克断裂带及其两侧的热储层是具有较好的热构造条件，是地热
资源形成的主控构造。
杜蒙地区热储的沉积序列及岩石学特征研究表明，研究区热储的岩性以细砂
岩和粉砂岩为主，碎屑成份中岩屑含量高，胶结类型多样，有泥质、钙质和硅质，
钙质含量是制约本区热储物性的重要因素，热储孔隙类型多样有原生孔隙、溶蚀
孔隙和裂隙。对热储电性特征分析表明，好的热储层应具有高时差、低密度、高
中子孔隙度、中低电阻率和自然电位负异常等电性特征;运用测井孔隙度解释模
型计算出非取心层段热储的物性参数显示，杜蒙地区热储的物性变化范围大，从
渗透率级差、变异系数等非均质性评价参数及微观沉积特征等方面分析，研究区
的热储层具有较强的非均质性。
杜蒙区块从纵向上可以划分为四套热储组合，分别被泉一、二段泥岩，青一
段泥岩和嫩一、二段泥岩分隔，形成了层状低温地热系统。储层内地热水运动数
值模拟研究表明，地质历史时期，杜蒙地区地下水是由盆地中心流向西北部盆地
边缘，而这一时期的盆地西边缘即是泄水区;在现今杜蒙地区的地下水是由盆地
边缘流向盆地中心，这时的盆地西部边缘又成为补给区。从区域水动力条件和地
层压力随深度变化上分析，研究区处于水交替过渡带和水交替滞缓带，地层压力
系数在深度小于1 500米时大于1。此外地下热水矿化度及水型变化表明，本区
地下水动力作用及水交替比较复杂，即不同热储受不同因素的影响，这与地表水
的混入和深部地慢热液的加入作用有关，但从总体上看，本区热储水质适用于供
热及矿泉洗浴。
根据已知测试结果的井层对比分析，研究中所用产能计算模型和参数计算方
法是正确的，杜25、杜26、杜27、杜73等井产能均在千方以上。研究区内各
热储内总的地热水资源量为11.78x10lom3，扣除油田内油层含水量，仍有8.7x
10‘“m，，是具有商业价值的良好地热储能区。
本文
The Songliao basin in the northeast of China is an important oil-bearing basin in China, in which occurrence of abundant oil and gas as well as perspective geothermal resources is dependent upon tectonic setting and particular thermal structures of the basin. It is thus of practical value to study tectonic evolution of the Songliao basin, geothermal effect and the genesis of geothermal resources, and then make a comprehensive appraisal of the geothermal resources.
This paper focuses on geothermal resources of the Songliao basin, particularly in the Dumeng area. A systematic study of geophysics, tectonics, petroleum and geothermal geology, and sedimentology, combined with numerical simulation, was performed for this purpose. The results are shown as below.
1) Tectono-thermal evolution: The history of the Songliao basin is divides into four stages, high-temperature doming and extension, high-temperature rifting, low-temperature depression, and low-temperature shrinkage. Numerical simulation of mechanical process shows that the basin appeared in the early- to late- Jurassic as a result of rapid low-angle subduction of the Pacific plate towards the northwest, of movement of the Siberian block towards the southeast, of many other influences such as internal thermal stress in the mantle, gravitational force, stress of phase transition, etc. Both the Pacific plate and the Siberian block slowed down in the early Cretaceous, and almost stopped in the middle Cretaceous with the rapid decrease of abnormal heat in the mantle below. Afterwards, reactivation of the Pacific plate and thermal in the mantle below became the major factors in controlling the evolution of the Songliao basin during the Cenozoic.
2) Geothermal structures: The Mohor discontinuity is buried at a depth of 29~33km in the Dumeng area, the least buried depth being less than 29km. In a similar configuration, the Curie surface is buried at a depth of 18~24km in the area. It tends in plan view to increase its depth in a semi-concentric pattern to the east of Du 401 well. This indicates a tendency that the depth of the Curie surface is lower in the northwest than in the southeast. Interestingly, a broad area of Hercynian and Yanshannian granites is found in the basement.
3) Present Temperature field: Numerical technique was employed to simulate the present temperature field in the Dumeng area. Calculated temperature ranges from 80-91 ℃ at depth of 2000m,from 63~70℃ at depth of 1500m and from 42~48℃
IV
at depth of 1000m. Resulting geothermal gradient is 3. 8-4. 4/m and the flux is 62-65 mW/ra2. Geotemperature in the Dumeng area is fairly high, especially in the Xiaolingke and Xingdian. This suggests the presence of favorite conditions for geothermal resources in the area.
4) Genesis and tectonic setting: Three sources for geothermal resources in the Dumeng area are recognized as heat derived from the mantle, heat derived from the intruded magma, and radioactive heat. The geothermal resources in distribution took place in rifting environment where high connectivity and high openness between the mantle and the crust provided a favorite condition for upward conduction of heat at depth. Deep faults cutting through the lithosphere were believed as the good tunnel for the conduction. In the study area, the Xiqi fault and the Xiaolinke fault are the two major controlling structures. The fault zones and their vicinities are the most likely perspectives.
5) Sedimentary sequence and petrology: Fine sandstones and siltstones dominate in geothermal reservoirs in the Dumeng area. Rock fragments commonly have a large amount in these rocks cemented by mud, calcium and silicon. Calcium cementation is the major factor in controlling properties of the reservoirs. Pores in the rocks consist of primary pore, dissolution pores and cracks. Experiment with electric properties indicates that good reservoirs are those rocks having high time difference, low density, high neutron porosity, intermediate resistance and intermediate negative abnormity of natural electri
本文通过对松辽盆地及杜蒙地区的盆地热结构、盆地构造热演化、热源成因及形成的大地构造条件、热储成因模式、地下热水动力学模拟、单井产能与资源量模拟计算、井口温度计算及综合评价研究，获得如下认识：
松辽盆地构造热演化分四个阶段，即高温热窿张裂阶段、高温裂陷阶段、低温拗陷阶段和低温萎缩褶皱阶段。盆地构造热演化力源机制数值模拟研究表明：早、中侏罗世至晚侏罗世晚期，盆地演化主要是太平洋块体向北西方向以低角度快速俯冲和西伯利亚块体向东南俯冲共同作用的结果，同时也与地幔内部热力、重力、相变力以及地球自转及公转速度变化效应和上覆块体绝对运动的作用有关；早白垩世早期至早白垩世中期，来自东部太平洋块体俯冲作用的减弱，而这一时期影响盆地演化的主要力源是地幔内部热力、重力、相变力以及地球自转及公转速度变化效应和来自西伯利亚块体俯冲作用；进入早白垩世晚期至晚白垩世早期，由于双重俯冲带中西侧俯冲作用带基本停止活动，而本区地幔热能的快速衰减则控制盆地的构造热演化；晚白垩世晚期以后，太平洋块体活动加强和地幔热运动是影响盆地演化的主要动力。
松辽盆地杜蒙地区地壳热结构：莫霍面埋藏深度为29-33km；居里面埋藏深度在18-24km之间，平面上以杜401井向东南区域呈半环带状逐渐变深的形态，整体的趋势为西北高东南低；并在杜蒙地区的基底分布有大面积的华力西和燕山期花岗岩。
应用盆地地温模拟技术计算了杜蒙区块现今大地热流值及地温值分布，计算结果表明：2000m、1500m、1000m埋深状况下地温分布分别为80～91℃、63～70℃和42～48℃；地温梯度和大地热流值分别为3.8～4.4℃／m和62～65 mW／m~2。这些计算结果均表明，杜蒙区块属于松辽盆地地温场高值区，而小林克与新店一带属于区内高值区，可见杜蒙地区具有较好的地温条件，是地热资源形成的有利地区。对历史时期古热流及古地温的模拟结果显示，盆地的热演化过程经历了两个高热流期，分别为泉头-青山口组沉积时期和第三纪开始时期，其热流值分别是88 mW／m~2和76 mW／m~2，这与该地区的盆地发育史相吻合；古地温在侏罗系和青一段沉积初期，地温迅速升高，到明水组末期地温升至最高，青一段底界为102
℃，侏罗系底界高达307℃，到第三系和第四系沉积时期，古地温出现低值，到
现今青一段底界和侏罗系底界的地温分别降至94℃和291℃。
对地热资源成因及其形成的大地构造条件研究表明，杜蒙地区对地热资源形
成起重要影响的地热源主要有三种，即地慢供热、岩浆体供热和放射性元素生热，
它们是地热资源形成的基础热源。地热资源聚集带形成于裂谷构造环境，这种裂
谷构造环境中的壳慢连通性与开启性都很高，具有深部热源向上传输热能的良好
条件，即岩石圈深大断裂构成深部地热向上部地层传送的良好通道。在杜蒙地区，
齐西断裂带和小林克断裂带及其两侧的热储层是具有较好的热构造条件，是地热
资源形成的主控构造。
杜蒙地区热储的沉积序列及岩石学特征研究表明，研究区热储的岩性以细砂
岩和粉砂岩为主，碎屑成份中岩屑含量高，胶结类型多样，有泥质、钙质和硅质，
钙质含量是制约本区热储物性的重要因素，热储孔隙类型多样有原生孔隙、溶蚀
孔隙和裂隙。对热储电性特征分析表明，好的热储层应具有高时差、低密度、高
中子孔隙度、中低电阻率和自然电位负异常等电性特征;运用测井孔隙度解释模
型计算出非取心层段热储的物性参数显示，杜蒙地区热储的物性变化范围大，从
渗透率级差、变异系数等非均质性评价参数及微观沉积特征等方面分析，研究区
的热储层具有较强的非均质性。
杜蒙区块从纵向上可以划分为四套热储组合，分别被泉一、二段泥岩，青一
段泥岩和嫩一、二段泥岩分隔，形成了层状低温地热系统。储层内地热水运动数
值模拟研究表明，地质历史时期，杜蒙地区地下水是由盆地中心流向西北部盆地
边缘，而这一时期的盆地西边缘即是泄水区;在现今杜蒙地区的地下水是由盆地
边缘流向盆地中心，这时的盆地西部边缘又成为补给区。从区域水动力条件和地
层压力随深度变化上分析，研究区处于水交替过渡带和水交替滞缓带，地层压力
系数在深度小于1 500米时大于1。此外地下热水矿化度及水型变化表明，本区
地下水动力作用及水交替比较复杂，即不同热储受不同因素的影响，这与地表水
的混入和深部地慢热液的加入作用有关，但从总体上看，本区热储水质适用于供
热及矿泉洗浴。
根据已知测试结果的井层对比分析，研究中所用产能计算模型和参数计算方
法是正确的，杜25、杜26、杜27、杜73等井产能均在千方以上。研究区内各
热储内总的地热水资源量为11.78x10lom3，扣除油田内油层含水量，仍有8.7x
10‘“m，，是具有商业价值的良好地热储能区。
本文
The Songliao basin in the northeast of China is an important oil-bearing basin in China, in which occurrence of abundant oil and gas as well as perspective geothermal resources is dependent upon tectonic setting and particular thermal structures of the basin. It is thus of practical value to study tectonic evolution of the Songliao basin, geothermal effect and the genesis of geothermal resources, and then make a comprehensive appraisal of the geothermal resources.
This paper focuses on geothermal resources of the Songliao basin, particularly in the Dumeng area. A systematic study of geophysics, tectonics, petroleum and geothermal geology, and sedimentology, combined with numerical simulation, was performed for this purpose. The results are shown as below.
1) Tectono-thermal evolution: The history of the Songliao basin is divides into four stages, high-temperature doming and extension, high-temperature rifting, low-temperature depression, and low-temperature shrinkage. Numerical simulation of mechanical process shows that the basin appeared in the early- to late- Jurassic as a result of rapid low-angle subduction of the Pacific plate towards the northwest, of movement of the Siberian block towards the southeast, of many other influences such as internal thermal stress in the mantle, gravitational force, stress of phase transition, etc. Both the Pacific plate and the Siberian block slowed down in the early Cretaceous, and almost stopped in the middle Cretaceous with the rapid decrease of abnormal heat in the mantle below. Afterwards, reactivation of the Pacific plate and thermal in the mantle below became the major factors in controlling the evolution of the Songliao basin during the Cenozoic.
2) Geothermal structures: The Mohor discontinuity is buried at a depth of 29~33km in the Dumeng area, the least buried depth being less than 29km. In a similar configuration, the Curie surface is buried at a depth of 18~24km in the area. It tends in plan view to increase its depth in a semi-concentric pattern to the east of Du 401 well. This indicates a tendency that the depth of the Curie surface is lower in the northwest than in the southeast. Interestingly, a broad area of Hercynian and Yanshannian granites is found in the basement.
3) Present Temperature field: Numerical technique was employed to simulate the present temperature field in the Dumeng area. Calculated temperature ranges from 80-91 ℃ at depth of 2000m,from 63~70℃ at depth of 1500m and from 42~48℃
IV
at depth of 1000m. Resulting geothermal gradient is 3. 8-4. 4/m and the flux is 62-65 mW/ra2. Geotemperature in the Dumeng area is fairly high, especially in the Xiaolingke and Xingdian. This suggests the presence of favorite conditions for geothermal resources in the area.
4) Genesis and tectonic setting: Three sources for geothermal resources in the Dumeng area are recognized as heat derived from the mantle, heat derived from the intruded magma, and radioactive heat. The geothermal resources in distribution took place in rifting environment where high connectivity and high openness between the mantle and the crust provided a favorite condition for upward conduction of heat at depth. Deep faults cutting through the lithosphere were believed as the good tunnel for the conduction. In the study area, the Xiqi fault and the Xiaolinke fault are the two major controlling structures. The fault zones and their vicinities are the most likely perspectives.
5) Sedimentary sequence and petrology: Fine sandstones and siltstones dominate in geothermal reservoirs in the Dumeng area. Rock fragments commonly have a large amount in these rocks cemented by mud, calcium and silicon. Calcium cementation is the major factor in controlling properties of the reservoirs. Pores in the rocks consist of primary pore, dissolution pores and cracks. Experiment with electric properties indicates that good reservoirs are those rocks having high time difference, low density, high neutron porosity, intermediate resistance and intermediate negative abnormity of natural electri
引文
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