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1、Ξ盆地古地温场演化动态数值模拟方法及其应用邓林王英民(成都理工学院“油气藏地质与开发工程”国家重点实验室)【摘要】盆地古地温场的演化史是盆地有机质向烃类转化以及烃类保存或变迁的决定性控制因素之一。本文从演化史的角度分析了控制盆地地温场分布的多种因素,给出了以镜质体反射率为依据的古热流反演方法原理和以热传导热对流方程为基础的古地温场的正演模拟方法及数值解法。最后给出在新疆塔里木盆地和广西十万大山盆地的应用实例。关键词盆地模拟,热流反演,地温场,塔里木盆地,十万大山盆地分类号P628.3盆地地温场分布的控制因素主要有底部热流、放射性元素生热、岩浆活动、岩石的热导率、比热、密度、地层流体对流、地表温
2、度等。其中盆地底部热流分布在盆地发育演化阶段,除受控于稳定的基本热流(数十公里之下)之外,还与基底构造形态、岩浆活动区域有关。因此底部热流的分布不能视为单一参数,而是受多因素的叠加影响。在盆地不同构造带有不同的热流值,考虑到这一点对于提高古地温模拟结果的可靠性是非常重要的。盆地构造运动常伴生影响较大的岩浆活动,按活动范围可分为侵入盖层型和下伏基底型。在前者,大范围的高温岩浆侵入及冷却,对围岩的温度有很大影响,后者在盆地底部产生局部的热流异常。这二种因素都应当加以考虑。岩石中放射性元素生热是影响地温度场的一个重要方面。据有关研究估计,地壳浅部放射性元素生热量约占区域平均地表热流值的20%～40%
3、。放射性元素多集中在地壳上部十多公里深度范围内,其分布一般随深度按线性函数或指数函数倍数衰减。越接近地表,岩石放射性元素的生热率越高。因此,在模拟计算盆地十多公里范围内的区域地温场时,必须将岩层中放射性生热量考虑进去。上述几种因素是从热源方面分析的。另一方面,热传播介质,即岩石的热物理参数也是重要的因素,它们的取值必须较准确地反映地下实际情况。例如热导率较小的地层,其地温梯度较高,因而地层温度也较高。计算表明,这一参数对地温模拟结果的影响是比较敏感的。影响地温场的另一个因素是地下水体的流动导致的热对流,这是地层中热量传递的另一个重要形1997210215收稿,1997212204改回。第一作者
4、简介:邓林,男,35岁,硕士,副教授,数学地质、应用地球物理专业。Ξ式。盆地演化过程中,由于沉积、压实构造运动等作用,导致流体(主要是地层水体)流动,形成流速场,从而影响地温分布。地表温度指地层恒温带内的年平均温度,作为常温散热边界,其取值对模拟结果也有所影响。一定地区在一段地质时代中,地表温度变化范围很小,在缺乏古气象资料的情况下,一般用现代平均地表温度估计古地表温度。在以往的地温研究中,多用钻井采集数据,以分析单井的古地温演化为主要手段,缺乏全局展布的、多因素综合考虑的定量模型。现代的数值模拟方法及高速计算机的普及为定量研究提供了条件,在我们的地温模拟模型中,将全面考虑以上因素,按地球热力
5、学理论,首先模拟出盆地古热流场,进而通过求解非稳定温度场热传导热对流方程,模拟恢复盆地古地温的演化过程,为生烃模拟和油气运移聚集模拟提供重要的地温数据。对盆地进行古地温模拟的基本流程是:A1首先进行古热流反演,确定各地史时期的古热流平面分布规律。B1根据地史模拟和储层模拟的结果,进行岩石热导率和比热等岩石热力学参数的计算。C1根据以上参数给出各地史时期古地温模拟的初始条件和边界条件,输入经古水动力模拟得出的地下水流速剖面场数据,求解热传导热对流方程,模拟出各地史时期的古地温场。D1根据控制点的古地温标志,对模拟结果进行检验。反复调整参数,直到得到最佳匹配。1古热流反演方法1.1基本思路A1首先
6、对盆地各区块的单井(或综合井)进行单井古热流反演,建立盆地各区块的基本热流演化规律。B1对各区块单井反演的结果结合基底构造形态进行插值,确定各地史时期的古区域背景热流的平面分布规律。C1根据岩浆侵入体的活动时期和发育位置,确定局部岩浆热流的演化和分布。D1对岩石的放射性生热率进行模拟,形成各地史时期的放射性生热率数据体。1.2单井古热流(基本热流)反演根据地球化学基本原理,利用现今可测的与盆地热史演化过程相关联的热指标,例如镜质体反射率Ro、甾烷旋光性、磷灰石裂变径迹等,提取出这些指标对地层所经历的热过程的记忆性,可以合理地估计热流值。本模型采用Lerche等人提出的利用镜质体反射率Ro反演古
7、热流的方法,并对此方法做了改进。主要是将模拟因子Β视为与时间相关的变量,这样热流史的变化规律不限于线性或单调函数特征,可以呈分段单调或非线性形式。当盆地演化运动较复杂,地质热事件有较大的起伏时,能准确地恢复热史。按地球热力学观点,可以建立古热流与现今热流之间的函数关系:Qn=Q0(1+Βn)其中:Q0为现今热流,单位:cal/s·m2;Qn为距今tn百万年地质时代的古热流(n=0,1,2,(1),
