南阳盆地地温梯度与大地热流值特征

张富有

(河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南 郑州 450006)



南阳盆地地温梯度与大地热流值特征

张富有

(河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南 郑州 450006)

地温梯度和大地热流值特征是研究盆地地热地质特征的重要参数。本文通过对南阳盆地6眼浅层测温井及8眼地热井进行实地温度测量，分析研究了南阳盆地浅层地温场特征和地温梯度。分析结果表明南阳盆地浅层地温梯度为3.4℃/100m，恒温带深度为30m，恒温带温度为16.6℃，地热井地温梯度平均值为2.4℃/100m。同时对地热井岩石热导率进行了测试，测试结果表明南阳盆地岩石导热率值平均值2.623W/mK，从而计算出地热田平均大地热流值为63.0 mW/m2(1.51 HFU)，略高于地球表面平均热流量(1.2～1.4 HFU)。在可及深度内(以3 000 m深度为准)，不具有高温地热资源形成的条件，属低温(25℃～90℃)地热资源。

地温梯度；大地热流；恒温带；热导率；南阳盆地

南阳盆地位于秦岭纬向构造带与华夏类型构造反接复合部位，是燕山构造运动晚期形成的以古近系为主的中、新生代陆相断陷盆地。南阳盆地三面环山，向南开口，面积约1.7×104km2[1]。盆地的基底岩石为太古代太华杂岩，沉积盖层主要有中—晚元古代官道口群、栾川群、汝阳群和洛峪群。盆地沉积层在中部较厚，最厚超过6 000 m，向盆地边缘渐薄。南阳盆地内呈两隆(师岗、新野凸起、唐河低凸起)、三凹(南阳、泌阳、襄枣断陷)基本构造格架[2]。

南阳盆地地热资源丰富，有着良好的开发前景，但目前对该区地热地质研究程度较低，对地热地质特征，尤其是相关地热地质参数尚无精确测试，地热资源计算基本是以参考经验值作为参考依据。本文依托河南省地质勘查基金项目，对南阳盆地恒温带深度、恒温带温度、地温梯度、热储温度、岩石热导率、大地热流量等参数进行了详细测试和计算，试图对南阳盆地地热资源的开发利用和相关研究提供可靠依据。

1　浅层地温场特征

为了初步查明研究区的浅层地温场特征、恒温带深度及温度，2010年4月选择南阳盆地具有代表性的6眼民井(井深50～200 m)进行水温实地测量，根据5 m之间不同深度的水温实测数据，运用相关分析方法，计算得出邓州市、新野县、唐河县普查区内浅层地温梯度平均为3.4℃/100m，恒温带深度为30 m，恒温带温度为16.6℃。

井温资料作为物探测井工作的一部分，可以真实反映地热井的地温梯度，指导区域地热资源的开发利用。2010年在南阳盆地集中选取了部分地热井进行了温度测量工作，共测试7口地热井，这些地热井都经过了较长的静井时问，温度剖面基本达到平衡(表1)。本次测温采用重庆探矿仪器厂生产JGS-1智能测井系统测得井温曲线，探头为W422井温流体电阻率组合探头，测量分辨率为0.1℃，数据记录间隔为0.01 m，测量速度为5.0～6.0 m/min。

表1　地热井温度测试结果

图1　南阳盆地地热井位置图

图1反映了上述地热井的空间分布，它们分别位于南阳盆地内部不同的次级构造单元，能够较好的反映出区域温度分布状况，可以用于分析本区地温场特征。

图2　地热井温度变化曲线

图2反映了地热井温度随深度变化的曲线，由曲线可以看出，自恒温带深度以下，地热井井温随深度的增加而增大，说明测井温度曲线能够真实反映地温场变化，是传导型地温场的重要特征，上述数据可为南阳盆地地热资源开发利用提供可靠依据。

2　热储温度

热储温度是指深部热储层的温度。确定热储温度的方法有直接测量法和计算法两种。直接测量法是在钻孔揭露或穿透热储时，用井温仪在井中直接测量热储层的温度。计算法有三种，其中地球化学温标法应用最为广泛。地球化学温标法也有多种计算公式，其中，只有钾镁温标适用于中低温热水系统。

钾镁温标计算公式如下：

式中：t为热储温度(℃)；K为钾离子含量(mg/L)；Mg为镁离子含量(mg/L)。

根据对勘查区7眼地热井水质分析结果，结合钾镁温标公式，计算结果见表2。

表2　钾镁温标计算结果

该结果与实际出水水温差别较大，推测原因是钾镁温标法适用于同一含水层的水温计算，而计算混合地下水水温的计算结果不准确。

为了解深部地热异常在地表的反映，本次工作对重点调查区内机民井进行水温统一调查。采用GPS进行井位测定，调查机民井井深、井位、水温。通过地面调查，重点调查区内157个浅层水调查井点，平均水温16.8℃，根据恒温带温度，取16.6℃为高低温分界线，高于此温度即为高温区。本区浅层水的高温区主要分布在邓州至新野及施庵至泌阳之间，面积较大。其展布特征与基底构造及地下水活动有关。在157个调查点中，大于16.6℃的井点为77个，约占总数的49%；小于16.6℃的井点80个。

浅层热储温度分布的特点为基底断裂构造越发育，温度越高，异常越明显，如在邓州市附近。

3　岩石热导率

依照大地热流值计算要求，必须选取测井中的测温井段的岩石进行热导率测试，因试验条件限制，我们采集了7块具有代表性的岩芯样品进行了岩石热导率测试。测试仪器使用德国产TCS热导率测试仪，仪器测量范围为0.2～25 w/(mK)，测量精度为3%，热导率变化范围在2.066～3.279 W/mK，热储含水层平均热导率为2.623 W/mK(已做岩石热导率的饱水校正)。测试结果见表3。

表3　南阳盆地岩石热导率

4　大地热流特征

大地热流量是地热场最重要的表征，也是反映一个地区地温场基本特征的综合参数，是地球内热在地表可直接测得的唯一物理量。热流量是由岩石导热率和垂直地温梯度的乘积计算而来，即：

q=λG

式中：q为大地热流值，mW/m2；λ为岩石热导率，W/mK；G为地温梯度，℃/100m。

南阳盆地岩石导热率值取热导率

测试平均值2.623 W/mK，地温梯度取用盆地内地热井地温梯度平均值2.4℃/100m。计算地热田平均大地热流值为63.0 mW/m2，即1.51 HFU，略高于地球表面平均热流量(1.2～1.4 HFU)。依据大地热流值统计结果进行的构造分区，南阳盆地位于华北—东北构造区[3]，平均热流值为59～63 mw/m2，与全国平均值相接近，属正常地热区域，在可及深度内(以3 000 m深度为准)，不具有高温地热资源形成的条件，属低温(25℃～90℃)地热资源。

5　结语

南阳盆地陆相主要为古近系到新近系沉积，地层较为松散，热导率值较小，从而导致新生代盆地区域地温梯度较大。南阳盆地浅层地温梯度为3.4℃/100m，恒温带深度为30 m，恒温带温度为16.6℃，地热井地温梯度平均值为2.4℃/100m，沉陷中心及断裂附近地温梯度较高，可达2.9～3.9℃/100m。南阳盆地岩石导热率值取热导率平均值为2.623 W/mK，地热田平均大地热流值为63.0 mW/m2(1.51 HFU)，略高于地球表面平均热流量(1.2～1.4 HFU)。在可及深度内(以3 000 m深度为准)，不具有高温地热资源形成的条件，属低温(25℃～90℃)地热资源。

[1]李国良，蔡佳，甘华军，等．南阳凹陷边界断裂带砂体反演及预测[J]．岩性油气藏.2010，22(2)：99-102．

[2]史军超，顾春桥，郑华杰，等．南襄盆地区域大剖面采集观测系统的设计与应用[J]．石油地质与工程.2009，23(1)：41-56．

[3]胡圣标，何丽娟，汪集旸．中国大陆地区大地热流数据汇编(第三版)[J]． 地球物理学报.2001，44(5)：611-626．

Geothermal Gradient and HeatFlow Characteristics of Nanyang Basin

ZHANG Fu-you

(Geological Surveying and Mapping Institute of Henan Province, Zhengzhou 450006, Henan)

Geothermal gradient and heat flow Characteristics are important parameters of study of the geothermal geological characteristics of basin. In this paper, characteristics of shallow geothermal field and geothermal gradient is analysising on temperature measurement of six shallow temperature wells and eight geothermal wells of Nanyang Basin. The analysis showed that the shallow geothermal gradient of Nanyang basin was 3.4℃/ 100m, and the depth of thermostat is 30m, the temperature of thermostat is 16.6℃, while the average geothermal gradient of geothermal wells is 2.4 ℃/100m. The results of thermal conductivity testing on rocks taken from geothermal wells showed that the average thermal conductivity of rocks of the Nanyang Basin is 2.623W/mK, and then estimate the average terrestrial heat flow value 63.0mW/m2(1.51 HFU), slightly higher than the Earth's average surface heat flux (1.2～1.4 HFU). It has not the condition of formating geothermal resources with high temperature in the depth of 3000m,and it is geothermal resources with low temperature(20℃～50℃).

Geothermal gradient；Heat flow；Thermostat；Thermal conductivity a d Nanyang Basin

2016-02-01

“河南省地质勘查基金项目”资助，(2009-93-47)

张富有(1982-)，男，河南扶沟人，工程师，主要从事水文地质、环境地质和地质灾害等研究工作。

P641.5

B

1004-1184(2016)04-0001-02