渤海湾盆地冀中坳陷现今地热特征

常健,邱楠生,赵贤正,许威,徐秋晨,金凤鸣,韩春元,马学峰,董雄英,梁小娟

1 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京　102249　2　中国石油大学(北京)盆地与油藏研究中心,北京　102249　3 中国石油华北油田公司,河北任丘　062552



渤海湾盆地冀中坳陷现今地热特征

常健1,2,邱楠生1,2,赵贤正3,许威1,2,徐秋晨1,2,金凤鸣3,韩春元3,马学峰3,董雄英3,梁小娟3

1 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京1022492中国石油大学(北京)盆地与油藏研究中心,北京1022493 中国石油华北油田公司,河北任丘062552

摘要渤海湾盆地冀中坳陷是我国最典型的潜山油气藏富集区.本文借助117口钻井地层测温资料和45块实测岩石热导率数据系统研究了冀中坳陷现今地温梯度、大地热流、热岩石圈厚度、岩石圈热结构等地热特征参数.研究表明,冀中坳陷0～3000 m统一深度现今地温梯度为20.8～41.0 ℃·km-1,平均值为31.6 ℃·km-1,比未校正值减小1～3 ℃·km-1; 现今大地热流介于48.7～79.7 mW·m-2,平均值为59.2 mW·m-2.平面上,冀中坳陷现今地温梯度和热流由西向东(从盆地边缘向内部)逐渐增大,并且凸起区地温梯度和热流相对较高,而凹陷区则偏低,与基底地形起伏具有很好的对应关系.同时,冀中坳陷腹部高热流凸起区广泛分布地热田.冀中坳陷现今热岩石圈厚度为98～109 km,其岩石圈热结构为一典型的“冷壳热幔”型.本研究不仅对冀中坳陷油气勘探与地热能开发具有重要的指导意义,而且为深部岩石圈研究(华北克拉通破坏科学问题)提供了新依据.

关键词冀中坳陷； 地温梯度； 大地热流； 岩石圈热结构； 渤海湾盆地

1引言

随着1975年任丘古潜山油田的发现,冀中坳陷成为我国最重要的潜山油气勘探区.冀中坳陷主要发育Es1,Es3,Es4-Ek和C-P四套烃源岩,而中元古界长城系的高于庄组、蓟县系的雾迷山组、下古生界寒武系的府君山组和奥陶系是主要的油气储集层(杜金虎等,2002; 赵利杰等,2012; 尘福艳等,2013).近年来,华北油田加大了深潜山和潜山内幕油气藏的勘探力度,陆续发现了牛东1、长3、宁古8等多个隐蔽性高产潜山油气藏(赵贤正等,2014; Zhao et al.,2015),这表明冀中坳陷还具有良好的勘探前景.温度是制约烃源岩成熟演化的最关键因素,因此正确认识一个地区的现今地热特征对油气成熟演化研究具有重要意义.一些学者曾对冀中坳陷现今地热特征进行过研究(陈墨香等,1982; 冯石和郝石生,1983; 周瑞良,1987; 龚育龄,2003; 林世辉和龚育龄,2005).陈墨香等(1982)根据钻孔实测温度曾研究过冀中坳陷牛驼镇凸起地区现今地温梯度在纵向和平面上的分布特征,并认为岩石热导率垂向-侧向变化是造成这一地区地热异常形成的关键因素; 而周瑞良(1987)通过对华北平原北部深层地下水活动的细致研究,认为水动力条件是造成冀中坳陷不同地区地温场差异分布的主要因素.结合系统测温数据和岩石热导率数据,冯石和郝石生(1983)曾探讨过冀中坳陷饶阳凹陷和廊固凹陷现今热流分布特征和新生界地层古地温演化史; 而龚育龄(2003)及林世辉和龚育龄(2005)对整个冀中坳陷现今地温梯度或大地热流分布特征进行过研究,认为冀中坳陷现今地温梯度为25.8～48.8 ℃·km-1,大地热流为43.9～90.0 mW·m-2,并认为其平面分布与基底地形起伏有关.

本文结合近10年来新增的一大批测温数据和实测岩石热导率数据,不仅重新剖析了冀中坳陷现今地温梯度和大地热流分布特征和影响因素,而且研究了冀中坳陷0～3000 m统一深度的地温梯度平面分布特征,从而更真实地反映冀中坳陷现今热状态.同时,根据生热率、热导率及分层数据,我们分析了冀中坳陷现今热岩石圈厚度和岩石圈热结构.本研究对冀中坳陷油气和地热能勘探与开发具有重要的指导意义.

2地质背景

冀中坳陷是发育在华北克拉通之上的一个中、新生代断陷-坳陷盆地.作为渤海湾盆地的一个次级构造单元,它北依燕山隆起,南抵邢衡隆起,西临太行山隆起,东至沧县隆起,呈北东—南西走向,面积约3.2×104km2(图1).区域上,冀中坳陷被两条近东西向—北西西向变换带(即无极—衡水变换带和徐水—安新—文安变换带)又分割成南、中、北等三个区,其中，南区包括石家庄凹陷、晋县凹陷、束鹿凹陷、无极—藁城低凸起和宁晋凸起; 中区分布有饶阳凹陷、保定凹陷、深县凹陷、高阳凸起、深泽低凸起及蠡县斜坡; 北区包括北京凹陷、大厂凹陷、廊固凹陷、徐水凹陷、武清凹陷、霸县凹陷、大兴凸起、牛驼镇凸起、容城凸起、牛北斜坡、杨村斜坡及文安斜坡.另外,研究区还包括沧县隆起的大城凸起和兴起凸起(图1).

冀中坳陷基底主要发育一套太古界及下元古界变质岩.中、晚元古代-中奥陶世,受海侵作用影响,冀中坳陷地区主要发育浅海相碳酸盐岩,沉积厚度达～5000 m(赵贤正等,2010; 陆诗阔等,2011).晚奥陶世-晚石炭世时期的加里东、海西运动致使冀中坳陷整体抬升而遭受长期剥蚀(杜金虎等,2002; 陆诗阔等,2011).二叠纪时期,冀中坳陷沉积了一套海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩,厚约700～800 m(杜金虎等,2002).早中生代的强烈挤压作用(印支运动引起的)造成冀中坳陷在三叠纪-侏罗纪形成一系列褶皱,并遭受了强烈剥蚀,仅在其南部沉积有少量这一时期地层(杨明慧等,2001; 吴智平等,2007).晚白垩世,冀中坳陷地区的构造应力场由挤压作用转变为伸展作用,岩浆活动强烈,而发育一套陆源碎屑岩夹煤层和火山岩地层(孙冬胜等,2004a,2004b).始新世晚期,受太平洋板块俯冲诱发深部地幔物质对流的影响,整个华北地区处于弧后伸展状态,而冀中坳陷也进入强烈伸展断陷演化阶段,受断块掀斜的控制,发育大量NE—NNE及NW向潜山构造,这一时期主要沉积陆相湖盆砂岩和泥岩,夹部分泥灰岩和石膏(杨明慧等,2002; 崔周旗,2005; 张文朝等,2008).新近纪,华北地区的弧后拉张作用减弱,冀中坳陷地区进入坳陷演化阶段,以整体沉降为主,主要发育河流相的砂泥岩(梁苏娟,2001; 董大伟等,2013).

图1　(a) 渤海湾盆地构造单元图(据徐守余和严科,2005): ①辽河坳陷; ②渤中坳陷; ③黄骅坳陷; ④沧县隆起; ⑤冀中坳陷; ⑥埕宁隆起; ⑦济阳坳陷; ⑧临清坳陷; ⑨内黄隆起; ⑩东濮坳陷.(b)冀中坳陷构造分区及测温井和地热田分布(修改自杜金虎等(2002),赵贤正等(2010),梁宏斌等(2010))

3热导率测试与分析

本研究共选取了冀中坳陷苏50、西59、馆深1、高深1、葛2、大参1、京101、丘3、王9、磁1、榆31、西55、胜1等13口井45块样品进行热导率测试,层位涉及到新生界、中生界、石炭-二叠系、下古生界、中-上元古界和太古宙; 岩性主要有砂岩、泥岩、火山岩、白云岩、灰岩等.热导率测试工作是在中国科学院地质与地球物理研究所进行的,使用仪器是德国生产的TCS(Thermal Conductivity Scanning)热导率自动扫描仪,其测量范围为0.2～25 W/(m·K),精度为±3%.

图2a显示冀中坳陷45块样品的岩石热导率集中于1.5～3.5 W/(m·K),主要对应于中-新生界碎屑岩.图2b表明冀中坳陷热导率与样品深度无明显相关性.对于浅部碎屑岩,热导率分布散乱; 而不同深度的碳酸盐岩样品具有相似的热导率.结合龚育龄(2003)已发表的热导率数据,我们构建了冀中坳陷热导率柱(表1),为研究冀中坳陷现今地温梯度和大地热流提供了可能.

图2　冀中坳陷实测岩石热导率直方图(a)及不同岩性热导率-深度关系图(b)

地层时代岩性样品个数范围(W/(m·K))均值±标准偏差(W/(m·K))调和平均热导率(W/(m·K))新生界(E+N)砂岩21.326～1.8041.565±0.338泥岩31.724～1.8491.777±0.065砂、泥岩*971.721.72中生界(Mz)粉砂岩51.416～3.0141.959±0.647细砂岩81.970～3.0122.427±0.373泥岩41.781～2.7922.088±0.472砂、泥岩*41.762.04上古生界(C-P)下古生界(O,∈)粗砂岩32.424～3.2222.859±0.404细砂岩71.743～3.4572.162±0.619粉砂岩13.2443.244泥岩21.765～2.7262.246±0.680砂、泥岩*72.80灰岩13.73.7白云岩15.0815.081灰岩*123.203.26中、上元古界(Pt2+3)白云岩72.299～4.8714.040±1.128白云岩*47.145.17太古界(Ar)花岗岩13.6113.611片麻岩*33.133.13

注：星号表示测试数据来自龚育龄(2003).

4冀中坳陷现今地温梯度分布特征

沉积盆地现今地温梯度主要借助各种钻孔测试温度数据(包括系统稳态测温、试油温度、准稳态测温、瞬态测温等四类)进行研究.其中,系统稳态测温资料和试油温度数据最可靠.系统稳态测温指钻孔热平衡时间以后的测温,一般每隔10 m或20 m测量一个温度点.它反映了研究区最真实的地温状况,测温资料最可靠,精度最高.本次研究在华北油田勘探开发研究院收集到了冀中坳陷28口井的系统稳态测温数据,通过温度-深度线性拟合得到了每口井的现今地温梯度(图3a—3e; 表2).其中牛驼镇凸起地区的容1、雄101、雄104、淀6、淀6-3、霸8、牛8-2等钻井的现今地温梯度介于48.1～72.8 ℃·km-1,属于高异常值.周瑞良(1987)研究认为这与区域水循环系统有关.由于这些钻井地区受水动力条件影响严重,且热传递方式以热对流为主,不能代表真实的热状态,在研究冀中坳陷地温梯度分布规律时应忽略掉.其余钻孔的地温梯度介于27.4～39.7 ℃·km-1之间,平均值为34.7 ℃·km-1.

试油温度是在开发井或生产井中的含油层段进行试油测压时获得的低温数据,它也能够较真实地反映盆地的温度状况.本文除收集到林世辉和龚育龄(2005)已发表的400个试油温度数据外,还搜集了华北油田近10年来新钻的200多口探井的试油温度数据(图3f),测温深度跨度为1000～6000 m,而地层温度介于40～200 ℃之间.另外,利用公式(1)计算了其中89口代表性钻孔的地温梯度(图1; 表3).

注：G表示测温井段内的地温梯度(℃·km-1); Kt表示调和平均热导率(W/(m·K)),根据实测热导率和已报道的热导率(龚育龄,2003)计算得到; qs表示大地热流(mW·m-2); G0～3000表示0～3000 m统一深度的地温梯度(℃·km-1).

表3　冀中坳陷89口典型试油温度钻孔地温梯度和大地热流计算结果

注：G是由公式(1)计算的地温梯度(℃·km-1); Kt表示调和热导率(W/(m·K)),根据实测热导率和已报道的热导率(龚育龄,2003)计算得到; qs表示大地热流(mW·m-2); G0～3000表示0～3000 m统一深度地温梯度(℃·km-1).

图3　冀中坳陷钻孔温度-深度关系图(a—e) 系统测温曲线; (f) 试油温度数据.

图4　冀中坳陷现今地温梯度分布平面图

图5　冀中坳陷0～3000 m统一深度现今地温梯度平面分布图

(1)

其中,G为地温梯度(℃·km-1); Ts为试油温度; T0为近地表恒温带温度(设为14 ℃); Z为测温深度(km); Z0为恒温带深度(设为20 m).由于许多井在不同深度上有几个温度值,因此在同一口井可计算出多个梯度值,为此还需将同一口井不同深度上的多个地温梯度值加以算术平均,从而得到一口井的地温梯度值.由试油温度计算得到的地温梯度介于28.5～43.6 ℃·km-1(不考虑牛28井,其地温梯度为高异常值55.0 ℃·km-1),平均值为33.2 ℃·km-1.综合两种测温数据得到的地温梯度,冀中坳陷现今地温梯度为27.4～43.6 ℃·km-1,平均值为33.5 ℃·km-1.

图4是计算获得的117口钻孔地温梯度平面分布图.从平面上整体看,冀中坳陷现今地温梯度分布与下伏基底构造基本一致.由西到东,现今地温梯度总体变化趋势为低-高-低-高,与凹-凸-凹-凸的地貌特征具有很好的对应关系.冀中坳陷西部(太行山东麓)北京—徐水—保定—石家庄凹陷一带,现今地温梯度介于28～32 ℃·km-1; 其东部紧邻的牛驼镇—容城—高阳凸起区地温梯度升高,达36～38 ℃·km-1; 而牛驼镇—容城—高阳凸起区东部的廊固、霸县和饶阳三大含油气坳陷区现今地温梯度又降至32～34 ℃·km-1; 之后向东地温梯度又增大,到沧县隆起区已增大到38～40 ℃·km-1.

另外,沉积盆地现今地温梯度还与深度有关,一般浅部地温梯度大于深部.因此不同钻孔测温深度的差异会导致直接利用钻井测温数据计算的地温梯度在空间上不具有可对比性,应当统一深度范围之后再分析地温梯度平面分布规律.对某一口钻井,其统一深度0～3000 m地温梯度计算方法如下: 首先,结合实测岩石热导率和地层分层数据,利用一维热稳态传导方程(5)计算获得3000 m深度处的温度; 然后,用计算获得的温度减去地表温度后除以深度值(3 km)即为0～3000 m地温梯度.据此,我们计算得到了冀中坳陷117口代表性钻孔统一深度0～3000 m的地温梯度(表2和3).校正后的地温梯度分布范围为20.8～41.0 ℃·km-1,平均值为31.6 ℃·km-1.大部分系统测温钻孔校正后的地温梯度比未校正前普遍减小1～3 ℃·km-1.图5显示冀中坳陷校正后地温梯度平面分布规律与基底构造起伏呈现出更好的对应关系.与校正前相比,冀中坳陷现今地温梯度降低了～2 ℃·km-1.冀中坳陷西缘地温梯度为26～30 ℃·km-1; 牛驼镇—容城—高阳凸起一带地温梯度增大为32～36 ℃·km-1; 廊固、霸县和饶阳地区的地温梯度为26～30 ℃·km-1,而东部沧县隆起一带地温梯度增至34～40 ℃·km-1.

5冀中坳陷现今大地热流分布特征

在大地热流计算过程中,针对不同类型的测温数据采用了不同的计算方法.对于系统测温数据,大地热流计算公式如下:

(2)

其中,qs为大地热流(mW·m-2); Kt为调和岩石热导率(W/(m·K)); dT/dZ为地温梯度(℃·km-1).

而对于试油温度,采用的是Chapman等(1984)提出的热阻法,其计算公式为:

(3)

式中,qs同上; ΔZi为相邻构造层间的深度差; Ki为Zi深度处地层热导率(W/(m·K)); Ts为试油温度; T0为近地表恒温带温度(14 ℃).

根据这两种计算方法,获得了冀中坳陷117口钻井大地热流值(表2和3).冀中坳陷大地热流值介于48.7～79.7 mW·m-2之间(未考虑容1、雄101、雄104、淀6、淀6-3、霸8、牛8-2、牛28井),平均值为59.2 mW·m-2.在此基础上,绘制了冀中坳陷大地热流平面分布图(图6).冀中坳陷西部(即太行山东麓)大地热流偏低,仅为54～57 mW·m-2,向东逐渐增大,到沧县隆起区,大地热流增大到72～75 mW·m-2.在冀中坳陷内部,廊固、霸县、饶阳三大凹陷区及周边斜坡带大地热流为51～57 mW·m-2; 而凸起区(牛驼镇、容城、高阳低凸起)大地热流偏高,为60～69 mW·m-2,容城凸起南部高达72 mW·m-2以上.与地温梯度分布规律相似,冀中坳陷大地热流展布也与基底构造起伏具有很好的对应关系.另外,冀中坳陷腹部高热流区通常分布有地热田(图6).

6冀中坳陷岩石圈热结构和热岩石圈厚度

沉积盆地大地热流主要由两部分组成: 一个是地壳热流,其热量来自地壳浅部U、Th、K等放射性元素的衰变; 另一个是地幔热流,其热量来自深部地幔.岩石圈热结构就是指一个地区壳、幔两部分热流的配分比例及其组构关系(Blackwell,1971).理论上,地幔热流可以通过实测热流与岩石生热率之间的线性关系获取(Birch et al.,1968).但在沉积盆地区这种线性关系不一定存在.汪缉安等(1992)提出了一种基于地表热流、生热率和地壳分层厚度来计算沉积盆地区地幔热流的“回剥”方法,其计算公式如下:

(4)

式中,qc,qm和qs分别为地壳、地幔和地表热流(mW·m-2); Ai为第i层的放射性生热率(μW·m-3); Di为第i层的厚度(km).在计算冀中坳陷现今岩石圈热结构时,构造层分层数据参考的是龚育龄(2003)和徐杰等(2001); 浅部地层热导率由本次实测值获得,而深部热导率参考龚育龄(2003); 生热率数据来自邱楠生等(2015),详细数据见表4.经计算,冀中坳陷地幔热流为32.43 mW·m-2(图7),从而得到地壳热流为26.77 mW·m-2.Wang(1996)根据地幔和地壳热流比例曾提出了“冷壳热幔”和“热壳 冷幔”的热结构类型.本次研究表明冀中坳陷现今地壳热流小于地幔热流,比值为0.83,为一典型的“冷壳热幔”型热结构.

表4　冀中坳陷主要构造层厚度、岩石生热率及热导率

图6　冀中坳陷现今大地热流平面分布图

图7　冀中坳陷各构造层热流计算结果qs为冀中坳陷平均大地热流.

热岩石圈是指以热传导方式进行热传递的岩石圈层,其下为以热对流为主的软流圈(Morgan,1984).利用一维稳态热传导方程(5)得到冀中坳陷岩石圈温度随深度变化的曲线,它们与地幔绝热线或干玄武岩固相线的交点所处的深度即为“热”岩石圈厚度.

(5)

(6)

下限: T2=1300 ℃+0.4 (℃·km-1) ×Z(km).

(7)

本文采用这种方法计算获得,冀中坳陷现今热岩石圈厚度平均值为98～109 km(图8),比地震岩石圈(厚度为110～120 km,Zhu等(2011))薄10 km左右.

图8　冀中坳陷热岩石圈厚度计算结果

7讨论与结论

我们通过对钻孔测温数据的校正计算得到,渤海湾盆地西部冀中坳陷0～3000 m统一深度现今地温梯度为20.8～41.0 ℃·km-1,平均值为31.6 ℃·km-1,比未校正值减小～2 ℃·km-1.邱楠生等(2009)在研究渤海海域现今地温梯度分布特征也曾利用相同的方法并得到相似的结果.这说明研究沉积盆地现今地温梯度时进行统一深度温度校正是必要的.冀中坳陷现今大地热流介于48.7～79.7 mW·m-2,平均值为59.2 mW·m-2.另外,前人还曾对渤海湾盆地其他坳陷现今地热特征进行过研究.Guo等(2011)通过线性拟合得到黄骅坳陷板桥凹陷地区的现今地温梯度为～32.6 ℃·km-1; 龚育龄等(2003)计算得到济阳坳陷的现今地温梯度为～35.5 ℃·km-1,现今大地热流为65.8 mW·m-2.区域上,渤海湾盆地现今地温梯度和大地热流具有从西向东逐渐增大的趋势.这除了与沉积层生热率有关外,还可能与华北克拉通岩石圈厚度变化有关.Zhu等(2011)通过地震资料得到,渤海湾盆地从西到东岩石圈厚度从～120 km 减小到80 km.渤海湾盆地东西向现今地热特征与岩石圈厚度具有明显的负相关性.然而,渤海湾盆地最东部渤海海域(岩石圈厚度仅65～80 km,Zhu等(2011))现今地温梯度仅为30.8 ℃·km-1(邱楠生等,2009),比其他二级构造单元都小.这可能与后期快速沉降作用造成这一地区现今还未达到热平衡有关(邱楠生等,2007; 李文正等,2014).与冀中坳陷南部相邻的临清坳陷现今地温梯度为～31.1 ℃·km-1(龚育龄,2003);同时,Zuo等(2014)研究认为渤海湾盆地最南端东濮坳陷现今地温梯度为～32 ℃·km-1.它们与冀中坳陷现今地温梯度相近,这表明渤海湾盆地现今地温梯度并未受到南北向区域构造的影响.另外,渤海湾盆地冀中坳陷的现今热岩石圈厚度为98～109 km,而其西部的鄂尔多斯盆地热岩石圈厚度为130～140 km(汪洋和程素华,2011),其东部的济阳坳陷热岩石圈厚度仅为71～90 km(刘绍文等,2005; Qiu et al.,2014).这表明,与地震岩石圈相似,华北克拉通热岩石圈也具有西厚东薄的特征(何丽娟,2014; He,2015),从而为华北克拉通破坏研究提供了新依据.

综合前人研究成果认为,渤海湾盆地现今地温梯度为30～36 ℃·km-1,大地热流为58～69 mW·m-2,与西部塔里木盆地和准噶尔盆地相比(冯昌格等,2009; 饶松等,2013),属于高地温梯度和高热流区,这主要是与区域构造演化背景有关.早期研究证实古近纪时期,渤海湾盆地处于裂陷发育期(漆家福等,1995; 侯贵廷等,2001; 丁增勇等,2008),此时地幔上拱和岩浆活动频繁,不仅造成深部岩石圈减薄,而且导致这一地区地表热流增大到80 mW·m-2以上(左银辉,2011).新近纪以来,随着太平洋板块向欧亚大陆俯冲带后退,区域应力场由拉张转变为挤压,渤海湾盆地进入坳陷发育阶段.同时伴随着岩石圈厚度增厚和火山活动减弱,渤海湾盆地从新近纪至今一直处于热衰减状态.但由于冷却时间相对短,这一地区现今仍具有较高的地温梯度和大地热流(王良书等,2002; 龚育龄等,2003; 邱楠生等,2009).

冀中坳陷现今地温梯度和大地热流平面分布与基底地形起伏具有很好的对应关系.凸起区地温梯度和大地热流偏大,而凹陷区偏小.这主要是因为凹陷区沉积了相对较厚的沉积物,多以砂、泥岩为主,这些岩性热导率通常较低,而凸起区基岩热导率相对较大,沉积盖层和基岩热导率的差异产生了“热折射”效应和热流的再分配,于是造成热流向隆起部位聚集,结果坳陷部位形成低温区,凸起部分形成高温区(熊亮萍和高维安,1982; Lin et al.,2000; 冯昌格等,2009; 饶松等,2013).图6表明冀中坳陷腹部凸起区广泛分布的地热田与高热流具有很好的对应关系.这除了与凸起区高热导率有关外,还与水动力条件有关(周瑞良,1987).在凸起区,深部地下水顺着开启性较好的断裂溶洞等通道垂向流动到浅部新生界地层时,会同时把深部热量带到浅部,从而形成高温异常区,即地热田(周瑞良,1987).

致谢感谢中国科学院地质与地球物理研究所胡圣标研究员和博士生高鹏在岩石热导率测试方面提供的帮助; 感谢华北油田研究院提供的大量基础地质数据和测温数据！

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(本文编辑何燕)

基金项目国家自然科学基金项目(41125010,91114202,41402112)和中国石油大学(北京)科研基金(2462013YJRC034)资助.

作者简介常健,男,1982年生,河北人,讲师,主要从事构造地质学和低温热年代学方面的研究.E-mail:changjian@cup.edu.cn

doi:10.6038/cjg20160322 中图分类号P314

收稿日期2015-03-31，2016-01-27收修定稿

Present-day geothermal regime of the Jizhong depression in Bohai Bay basin,East China

CHANG Jian1,2,QIU Nan-Sheng1,2,ZHAO Xian-Zheng3,XU Wei1,2,XU Qiu-Chen1,2,JIN Feng-Ming3,HAN Chun-Yuan3,MA Xue-Feng3,DONG Xiong-Ying3,LIANG Xiao-Juan3

1StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China2BasinandReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China3PetroChinaHuabeiOilfieldCompany,HebeiRenqiu062552,China

AbstractAs a second major tectonic unit of the Bohai Bay basin,the Jizhong depression is a very typical area in China with enrichment of buried-hill hydrocarbon reservoirs.Based on 117 borehole temperature data and 45 measured thermal conductivity data,we studied present-day geothermal characteristics of the Jizhong depression systematically such as geothermal gradient,terrestrial heat flow,thermal lithosphere thickness and lithospheric thermal structure.The results show that the present-day geothermal gradients at depths 0～3000 m in this region range from 20.8 ℃·km-1to 41.0 ℃·km-1with a mean of 31.6 ℃·km-1,lower 1～3 ℃·km-1than uncorrected value.The heat flow varies between 48.7～79.7 mW·m-2with an average of 59.2 mW·m-2.Present-day geothermal gradients and heat flow of this depression gradually increase from west (basin margin) to east (basin interior) horizontally.These values in sub-uplift areas of the Jizhong depression are usually higher than those of the sub-depression regions,and their variations correspond to the basement relief very well.Meanwhile,the uplift areas with high heat flow in the central Jizhong depression host amounts of geothermal fields.In addition,we calculated the thickness of present-day thermal lithosphere of study area to be 98～109 km,and its lithospheric thermal structure is a “cold crust and hot mantle” type now.This study has an important guiding significance for hydrocarbon exploration and geothermal energy exploitation in the Jizhong depression,and provides new insights for deep lithosphere research (especially for the scientific problem-North China Craton destruction).

KeywordsJizhong depression; Geothermal gradient; Heat flow; Lithospheric thermal structure; Bohai Bay basin

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