施亦做 王社教 肖紅平 杜廣林 饒 松 胡圣標(biāo) 汪澤成

1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 2.長(zhǎng)江大學(xué) 3.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所

0 引言

在碳達(dá)峰與碳中和的國(guó)家目標(biāo)導(dǎo)向下，地?zé)豳Y源作為一種清潔的可再生能源，受到了極大的關(guān)注。合理地開發(fā)利用地?zé)豳Y源，尤其是在供暖需求較大的寒冷地區(qū)，可有效地幫助節(jié)能減排，是實(shí)現(xiàn)清潔能源替代的重要途徑之一。我國(guó)地?zé)豳Y源分布廣泛、儲(chǔ)量豐富，其中高溫地?zé)豳Y源集中分布于藏南、滇西和臺(tái)灣等地區(qū)，而中低溫地?zé)豳Y源則蘊(yùn)藏在我國(guó)東部及中部的各大沉積盆地內(nèi)[1]。松遼盆地北部作為大慶油田的主要探區(qū)，在多年勘探開發(fā)過(guò)程中，盆地內(nèi)豐富的地?zé)豳Y源前景也逐漸顯現(xiàn)。作為一處開發(fā)階段由成熟期向衰退期轉(zhuǎn)換的油田，大慶油田目前正面臨著兩項(xiàng)機(jī)遇與挑戰(zhàn)：一是頁(yè)巖油氣的勘探與開發(fā)[2]；二是“油田向熱田”資源利用的轉(zhuǎn)化[3-4]。對(duì)頁(yè)巖油氣的研究認(rèn)為，盆地的地溫場(chǎng)控制著有機(jī)質(zhì)的成熟度、生烴過(guò)程的持續(xù)與強(qiáng)度以及油氣的賦存狀態(tài)等關(guān)鍵條件[5]；而對(duì)地?zé)豳Y源的研究認(rèn)為，深部溫度場(chǎng)的分布是不可或缺的評(píng)價(jià)參數(shù)。因此，對(duì)盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)刻畫具有重要意義。

在以往的地?zé)釋W(xué)研究中，鉆孔穩(wěn)態(tài)連續(xù)測(cè)溫是獲取地下熱狀態(tài)信息最直接有效的手段[6-7]。松遼盆地目前已取得一些大地?zé)崃骷般@井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)[8-9]，盆地的平均大地?zé)崃髦禐?0.9 mW/m2[7-9]，屬于熱盆，具有良好的地?zé)豳Y源開發(fā)前景，并已有局部地?zé)豳Y源的開發(fā)案例[10]。但是，前人取得的鉆井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)在空間上分布不均，且多數(shù)位于盆地南部，受限于鉆孔測(cè)量條件，松遼盆地北部鉆井穩(wěn)態(tài)連續(xù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)稀少，刻畫有限。當(dāng)一個(gè)區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)較少時(shí)，傳統(tǒng)方法往往依據(jù)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行推算或沿構(gòu)造走向人為加入控制點(diǎn)，進(jìn)而通過(guò)內(nèi)插法（如克里金法）得到區(qū)域熱狀態(tài)分布圖。然而，關(guān)于根據(jù)少量鉆孔的特定深度段得到的地溫信息是否能夠代表區(qū)域的熱狀態(tài)一直存在爭(zhēng)議。例如：如何判斷鉆井溫度與地質(zhì)結(jié)構(gòu)各向異性的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及測(cè)量結(jié)果是否受到了流體活動(dòng)的影響等。另一不確定性則來(lái)自于對(duì)盆地深部熱狀態(tài)的推導(dǎo)過(guò)程，對(duì)于超過(guò)鉆孔測(cè)量深度的溫度分布，一般通過(guò)一維熱傳導(dǎo)方程或平均地溫梯度的方法進(jìn)行計(jì)算，這可能忽略三維空間上的熱傳遞以及地層產(chǎn)狀與熱物性變化的影響。

近年來(lái)，在國(guó)際地?zé)釋W(xué)研究中，越來(lái)越多地將數(shù)值模擬方法與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合[11-12]。地?zé)岱较虻臄?shù)值模擬可分為穩(wěn)態(tài)模擬和動(dòng)態(tài)模擬兩種。其中，穩(wěn)態(tài)模擬的目標(biāo)為構(gòu)建一個(gè)研究區(qū)的熱背景和熱狀態(tài)，從而指導(dǎo)地?zé)豳Y源的勘探開發(fā)與井位部署；動(dòng)態(tài)模擬則著重于預(yù)測(cè)一處地?zé)嵯到y(tǒng)對(duì)于不同開發(fā)方案的響應(yīng)，以制定合理的地?zé)崽镩_發(fā)規(guī)劃[13]。在盆地?zé)釥顟B(tài)研究與地?zé)豳Y源勘探中，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造是重要的控制因素之一。Huenges等[14]在對(duì)地?zé)豳Y源勘探方法的討論中，強(qiáng)調(diào)了地層格架及區(qū)域構(gòu)造特征對(duì)地?zé)豳Y源賦存、地溫場(chǎng)分布以及資源量估算的影響。因而，在地?zé)岱€(wěn)態(tài)模擬中，理想條件下應(yīng)基于地質(zhì)與地球物理資料建立區(qū)域構(gòu)造與地層格架，作為盆地?zé)釥顟B(tài)模擬的基礎(chǔ)[15-16]。筆者本次研究著力于區(qū)域穩(wěn)態(tài)地?zé)崮Ｐ偷臉?gòu)建，采用了基于三維地質(zhì)建模的穩(wěn)態(tài)模擬方法，對(duì)松遼盆地北部的地溫場(chǎng)分布進(jìn)行刻畫，內(nèi)容包括：①充分利用油氣勘探中所積累的區(qū)域地質(zhì)、鉆井與地球物理資料，構(gòu)建區(qū)域三維地質(zhì)模型；②依據(jù)最新取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，賦予模型中地層巖石的熱物理屬性；③與盆地?zé)岜尘敖Y(jié)合設(shè)定模型邊界條件，利用三維熱傳遞方程進(jìn)行區(qū)域地溫場(chǎng)三維模擬；④通過(guò)模擬與實(shí)測(cè)鉆井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證模型有效性，并識(shí)別出潛在異常區(qū)[17]；⑤在對(duì)地溫場(chǎng)的分布特征刻畫的基礎(chǔ)上，分析松遼盆地北部地?zé)豳Y源開發(fā)利用的前景，以期對(duì)松遼盆地北部的地?zé)豳Y源研究和頁(yè)巖油勘探開發(fā)提供參考。

1 方法與數(shù)據(jù)

基于三維地質(zhì)建模的盆地地溫場(chǎng)模擬工作流程如圖1所示，分為4個(gè)組成部分，主要通過(guò)法國(guó)地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的3D GeoModeller三維地質(zhì)建模與物理場(chǎng)模擬平臺(tái)[18]實(shí)現(xiàn)。

圖1 基于三維地質(zhì)建模的盆地?zé)釥顟B(tài)模擬與地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)工作流程圖

1.1 三維地質(zhì)模型建立

基于區(qū)域地質(zhì)資料、地表數(shù)字高程模型、鉆井地層信息與地震剖面數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地質(zhì)模型。模型的建立采用標(biāo)量—位勢(shì)場(chǎng)插值法[18]：①根據(jù)區(qū)域地層格架（表1），參照地質(zhì)年代順序及接觸關(guān)系建立地層序列，定義模型中各地層間的拓?fù)潢P(guān)系；②輸入地質(zhì)模型參數(shù)，為通過(guò)前述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取的相應(yīng)空間方位的地質(zhì)界面控制點(diǎn)及其傾向矢量信息；③通過(guò)位勢(shì)場(chǎng)插值計(jì)算得到等值面表征各地質(zhì)界面，一個(gè)連續(xù)沉積序列利用同一位勢(shì)場(chǎng)公式計(jì)算，并通過(guò)漂移函數(shù)對(duì)斷層發(fā)育區(qū)進(jìn)行計(jì)算[18]；④模型建立結(jié)果為三維標(biāo)量勢(shì)場(chǎng)，其定義了三維空間中相應(yīng)位置的地層與構(gòu)造信息。

表1 松遼盆地地層簡(jiǎn)表

松遼盆地北部（圖2）作為大慶油田的主要探區(qū)，在油氣資源勘探開發(fā)歷程中，積累了大量的鉆井及地球物理資料，為建立詳盡、可靠的三維地質(zhì)模型提供了有利條件。筆者研究中用于地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)包括超過(guò)1 500口井的地層分層數(shù)據(jù)以及7條地震大剖面數(shù)據(jù)。其中，大部分鉆井的目標(biāo)層為扶楊油層、高臺(tái)子油層、葡萄花油層及薩爾圖油層等主要產(chǎn)油層位（表1），少數(shù)井鉆達(dá)基底。因此，深部地層結(jié)構(gòu)主要通過(guò)地震反射界面予以限定。建立的松遼盆地北部區(qū)域三維地層模型如圖3所示。

圖2 松遼盆地北部區(qū)域構(gòu)造圖

圖3 松遼盆地北部三維地質(zhì)模型圖

1.2 地質(zhì)模型網(wǎng)格化

松遼盆地北部區(qū)域三維地質(zhì)模型建立后，結(jié)合盆地北部最新取得的實(shí)測(cè)巖石熱物性數(shù)據(jù)（表2）[19]，根據(jù)地層及其主要巖性進(jìn)行熱物理屬性賦值，并將模型網(wǎng)格化，網(wǎng)格密度為200 m×200 m×50 m，得到既能代表區(qū)域地質(zhì)信息又具有對(duì)應(yīng)巖石熱物理性質(zhì)的三維有限元網(wǎng)格。

表2 松遼盆地北部地層巖石熱物性參數(shù)表

1.3 地溫場(chǎng)數(shù)值模擬

在盆地?zé)釥顟B(tài)模擬中，理想條件下需要考慮地殼中所有的熱量產(chǎn)生及傳遞過(guò)程[21]?？赡軐?duì)地殼內(nèi)部地溫場(chǎng)產(chǎn)生影響的主要熱過(guò)程包括：①熱傳導(dǎo)；②由流體流動(dòng)、巖漿活動(dòng)、剝蝕與形變產(chǎn)生的熱對(duì)流及熱擾動(dòng)過(guò)程；③生熱過(guò)程，包括放射性生熱、機(jī)械作用和化學(xué)反應(yīng)生熱等。考慮以上全部熱過(guò)程的三維熱傳遞方程為：

在對(duì)松遼盆地北部穩(wěn)態(tài)地溫場(chǎng)的正演數(shù)值模擬中，前提假設(shè)條件為：①自上期構(gòu)造—熱擾動(dòng)事件以來(lái)，松遼盆地北部地殼已達(dá)到熱平衡，即其熱狀態(tài)不隨時(shí)間產(chǎn)生變化；②研究區(qū)域的上地殼內(nèi)部，現(xiàn)今沒(méi)有可能產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)熱擾動(dòng)作用的構(gòu)造活動(dòng)，在模擬中可忽略式（1）中的化學(xué)生熱Schem和機(jī)械作用生熱Smech；③盆地北緣的幔源火山因其年代較新（小于0.5 Ma）[22]，除臨近火山中心的局部地區(qū)外不會(huì)對(duì)區(qū)域熱狀態(tài)產(chǎn)生顯著影響[23]。因此，地殼內(nèi)部的生熱過(guò)程主要來(lái)自放射性元素衰變，得到區(qū)域三維穩(wěn)態(tài)熱傳輸方程為：

根據(jù)鉆井測(cè)溫資料（圖4）[19,24]，熱對(duì)流過(guò)程僅對(duì)松遼盆地北部的局部地區(qū)的熱狀態(tài)產(chǎn)生了微弱影響，在對(duì)整個(gè)松遼盆地北部的地溫場(chǎng)正演模擬中，可忽略不計(jì)。因此，假設(shè)研究區(qū)域熱體制處于穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)狀態(tài)，計(jì)算中僅考慮熱傳導(dǎo)項(xiàng)及放射性生熱項(xiàng)的影響。

圖4 松遼盆地北部鉆井穩(wěn)態(tài)連續(xù)測(cè)溫曲線圖

三維熱傳遞方程的求取需要對(duì)邊界條件進(jìn)行定義。地質(zhì)模型的4個(gè)垂直邊界假設(shè)為Neumann型邊界條件，即無(wú)熱流交換。因模擬計(jì)算程序限制，模型只能擁有統(tǒng)一的底部邊界。筆者在研究過(guò)程中在模型底部5 km深度處，邊界條件設(shè)定為去除沉積層的放射性生熱貢獻(xiàn)外的基底熱流值。以位于中央坳陷區(qū)的松科2井為例，根據(jù)其穩(wěn)態(tài)連續(xù)測(cè)溫曲線及巖石熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到的熱流值為71.2 mW/m2，根據(jù)地層巖石生熱率測(cè)試結(jié)果及伽馬能譜曲線計(jì)算得到的沉積層總放射性生熱貢獻(xiàn)為4.5 mW/m2[19]。因而，松科2井位置的基底熱流值為66.7 mW/m2。根據(jù)實(shí)測(cè)熱流數(shù)據(jù)結(jié)合地震屬性分層的計(jì)算結(jié)果[19,25]，在模型底部邊界取東南隆起區(qū)（70.1 mW/m2）、中央坳陷區(qū)（66.0 mW/m2）及西部斜坡區(qū)（59.4 mW/m2）基底熱流的平均值65.2 mW/m2。該底部邊界熱流高于西部斜坡區(qū)的基底熱流值，并且高于以松遼盆地北部整體模型計(jì)算得到的基底熱流值（62.6 mW/m2）[19]，但對(duì)于松遼盆地北部地?zé)豳Y源勘探開發(fā)的重要前景區(qū)域，中央坳陷區(qū)及東南隆起區(qū)為合理值。模型頂部邊界設(shè)定為溫度常數(shù)，取值區(qū)域年平均氣溫及恒溫層溫度為5 ℃（圖3）。

2 模擬與計(jì)算結(jié)果

2.1 模型有效性

三維地溫場(chǎng)的模擬結(jié)果如圖5所示，為了驗(yàn)證模型的可靠性，選取位于不同構(gòu)造單元的實(shí)測(cè)鉆井穩(wěn)態(tài)連續(xù)測(cè)溫曲線[19,24]，并于模型中對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)提取一維垂向地溫?cái)?shù)據(jù)與實(shí)測(cè)溫度曲線進(jìn)行對(duì)比（圖6）。徐深1井位于中央坳陷區(qū)內(nèi)部，哈熱1井位于盆地東南隆起區(qū)，兩個(gè)構(gòu)造單元是松遼盆地北部最具地?zé)豳Y源開發(fā)前景的重點(diǎn)研究區(qū)域[24]。通過(guò)模擬與實(shí)測(cè)曲線的對(duì)比（圖6），兩口井的模型預(yù)測(cè)地溫與實(shí)測(cè)地溫基本吻合，地溫梯度—深度曲線表現(xiàn)出相近的變化趨勢(shì)。但是，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中地溫梯度的局部波動(dòng)（例如徐深1井井段1 400～1 750 m）在模擬結(jié)果中未有精確體現(xiàn)。徐深1井的地溫梯度局部波動(dòng)段與其上白堊統(tǒng)姚家組熱儲(chǔ)層深度相對(duì)應(yīng)，可能存在層內(nèi)熱對(duì)流的影響?？傮w而言，模擬結(jié)果可對(duì)地溫場(chǎng)特征進(jìn)行有效表征，并進(jìn)一步驗(yàn)證了松遼盆地北部地溫場(chǎng)以傳導(dǎo)型傳熱方式為主，主要受到大地?zé)崃骷皫r石熱物性變化的控制。

圖5 三維地溫場(chǎng)模擬結(jié)果圖

圖6 徐深1井與哈熱1井模擬與實(shí)測(cè)地溫曲線對(duì)比圖

2.2 模擬結(jié)果

自三維模型中分別提取1 km、2 km以及3 km深度的平面地溫分布（圖7）以及沿近東西向SL3地震測(cè)線（圖2）的剖面地溫分布（圖8），探討區(qū)域地溫場(chǎng)的分布特征與主控因素。需要注意的是，根據(jù)實(shí)測(cè)熱流數(shù)據(jù)[19]，模型的基底熱流對(duì)于研究區(qū)域的東部及中部為合理值；但對(duì)于西部斜坡區(qū)及北部?jī)A沒(méi)區(qū)，該底部邊界條件的熱流值可能偏高，會(huì)造成系統(tǒng)性誤差。因此，著重討論研究區(qū)域東部及中部所取得的結(jié)果，具有較高的借鑒意義。

1 km深度界面（圖7-a），研究區(qū)域的溫度介于40～60 ℃，中央坳陷區(qū)整體表現(xiàn)為較東部基底隆起區(qū)更低的溫度，尤其在齊家古龍凹陷和龍虎泡階地兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，表現(xiàn)地溫為42.5 ℃左右的區(qū)域性低值，但大慶長(zhǎng)垣表現(xiàn)為局部高值區(qū)，地溫介于47.5～50 ℃，靠近東南隆起區(qū)的朝陽(yáng)溝階地為中央坳陷區(qū)內(nèi)的另一處高值區(qū)，地溫介于55～60 ℃。在東北隆起區(qū)和東南隆起區(qū)，溫度顯著升高，地溫介于52.5～62.5 ℃。

2 km深度為下白堊統(tǒng)泉頭組三段、四段熱儲(chǔ)發(fā)育深度區(qū)間（圖7-b），盆地北部大部分區(qū)域溫度介于75～110 ℃，并且等溫線的平面展布形態(tài)與1 km深度相近。中央坳陷區(qū)的齊家古龍凹陷、龍虎泡階地和黑魚泡凹陷表現(xiàn)地溫介于80～85 ℃的低值區(qū)，三肇凹陷溫度略高，大慶長(zhǎng)垣和朝陽(yáng)溝階地的溫度升高，超過(guò)90 ℃。東南隆起區(qū)與東北隆起區(qū)2 km深度地溫可達(dá)100 ℃左右，與鉆井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)相符（圖6）。

3 km深度界面（圖7-c），研究區(qū)域溫度普遍超過(guò)115 ℃。中央坳陷區(qū)內(nèi)，齊家古龍凹陷和三肇凹陷為低值區(qū)，其他次級(jí)構(gòu)造單元的溫度均超過(guò)132.5 ℃。東北隆起區(qū)及東南隆起區(qū)的局部溫度可達(dá)150 ℃。

圖7 松遼盆地北部模擬地溫場(chǎng)不同深度界面地溫分布圖

近東—西向SL3地震測(cè)線的溫度剖面如圖8所示。地溫場(chǎng)的等值界面基本呈層狀分布，5 km深度地溫達(dá)200～225 ℃。地殼淺部地溫場(chǎng)的分布主要受基底形態(tài)起伏及沉積地層發(fā)育厚度控制，東南隆起區(qū)及中央坳陷區(qū)內(nèi)部的基底隆起區(qū)表現(xiàn)為地溫等值線的高值區(qū)，中央坳陷區(qū)內(nèi)部的裂陷發(fā)育區(qū)則表現(xiàn)為地溫等值線的相對(duì)下凹。在沉積熱儲(chǔ)層集中發(fā)育的0.8～2.0 km深度，溫度分布集中介于35 ～ 110 ℃。

圖8 SL3地震測(cè)線剖面地溫分布圖

3 討論

3.1 模型誤差

在盆地的局部區(qū)域，預(yù)測(cè)地溫曲線與實(shí)測(cè)地溫曲線表現(xiàn)出一定的差異性。例如，位于中央坳陷區(qū)三肇凹陷的松科2井，其模擬與實(shí)測(cè)地溫曲線呈現(xiàn)“剪刀差”現(xiàn)象：深度小于3 000 m的較淺部地層中，實(shí)測(cè)溫度高于預(yù)測(cè)地溫；大于3 000 m深度的實(shí)測(cè)溫度低于預(yù)測(cè)地溫（圖9）。形成預(yù)測(cè)地溫與實(shí)測(cè)溫度曲線差異的原因可能為：①松科2井的鉆井測(cè)溫曲線為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。該井測(cè)溫于停鉆后約1個(gè)月時(shí)間進(jìn)行，受到鉆井過(guò)程擾動(dòng)的地層可能尚未恢復(fù)穩(wěn)態(tài)溫度，淺部地層被鉆井液循環(huán)加熱，深部高溫地層則受到了循環(huán)鉆井液的冷卻作用。②局部熱對(duì)流作用的存在對(duì)地溫場(chǎng)的影響。根據(jù)鉆井測(cè)溫曲線的近線性形態(tài)，這一作用在松科2井并不顯著。然而，在盆地的部分區(qū)域，沿?cái)嗔鸦驖B透層的地下水對(duì)流可能會(huì)對(duì)穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)體制構(gòu)成擾動(dòng)。由于模擬中忽略了對(duì)流項(xiàng)，模擬結(jié)果可能在對(duì)流活動(dòng)區(qū)存在誤差。但研究結(jié)果表明熱對(duì)流過(guò)程并非是控制松遼盆地北部地溫場(chǎng)分布的決定性因素[24-25]，可通過(guò)與穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)地溫場(chǎng)模型的對(duì)比，識(shí)別出地層中受到對(duì)流作用影響的異常區(qū)域。

圖9 松科2井模擬與實(shí)測(cè)地溫曲線對(duì)比圖

其他可能造成地溫場(chǎng)模擬誤差的因素包括：①三維地質(zhì)建模的不精確性與巖石熱物性的各向異性。對(duì)于鉆井資料分布較少的地區(qū)（如北部?jī)A沒(méi)區(qū)）以及較深部的地層，三維地質(zhì)模型可能未能反映地層真實(shí)發(fā)育情況；此外，在實(shí)體網(wǎng)格的建立中，未考慮平行及垂直于地層沉積層理方向巖石熱物性的各向異性，而是設(shè)定為均一值。②來(lái)自模型底部邊界熱流值的非均一性。筆者在本次地溫場(chǎng)模擬中，模型底部邊界設(shè)為均一的熱流值為65.2 mW/m2，該統(tǒng)一的底部邊界熱流條件，對(duì)于松遼盆地北部地?zé)豳Y源勘探開發(fā)利用的重要前景區(qū)域——中央坳陷區(qū)及東南隆起區(qū)為合理值，但對(duì)盆地的西部斜坡區(qū)及北部?jī)A末區(qū)而言可能偏高，從而導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域模擬地溫結(jié)果的誤差。但就總體而言，模擬溫度結(jié)果反映了區(qū)域地溫場(chǎng)的垂向及平面分布特征，可以有效地預(yù)測(cè)缺少鉆井穩(wěn)態(tài)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)區(qū)域的地溫場(chǎng)分布情況。

3.2 松遼盆地北部地?zé)豳Y源開發(fā)利用前景

松遼盆地北部整體處于較高的地溫場(chǎng)背景下，平均實(shí)測(cè)地溫梯度為41.7 ℃/km[25]。根據(jù)模擬結(jié)果，在2 km深度研究區(qū)大部分面積溫度超過(guò)80 ℃（圖7），具備良好的地?zé)豳Y源開發(fā)基礎(chǔ)。根據(jù)模擬與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，松遼盆地北部以熱傳導(dǎo)為主要熱傳遞和控?zé)釞C(jī)制，在盆地的凹—隆過(guò)渡區(qū)域可能由于側(cè)向熱傳遞所導(dǎo)致的聚熱作用而產(chǎn)生局部地溫梯度高值（煙囪效應(yīng)）；垂向上，在相同熱流背景下，由于其較低熱導(dǎo)率，在頁(yè)巖發(fā)育層會(huì)表現(xiàn)為較高的地溫梯度，作為地?zé)嵯到y(tǒng)的隔熱蓋層（毯子效應(yīng)）[1]。在該地溫場(chǎng)背景下，沉積盆地水熱型地?zé)豳Y源的分布進(jìn)一步受到高孔滲沉積地層發(fā)育情況的控制。

朱煥來(lái)[10]在松遼盆地北部識(shí)別出姚家組、青山口組二段—三段、泉頭組三段—四段作為主要熱儲(chǔ)層。根據(jù)地溫場(chǎng)模型及地層埋深，姚家組熱儲(chǔ)層溫度介于35～80 ℃；青山口組二段、三段熱儲(chǔ)溫度介于42～87℃；泉頭組三段、四段熱儲(chǔ)溫度介于54～110 ℃。其中，泉頭組三段、四段具有成為松遼盆地北部有利目標(biāo)熱儲(chǔ)層的潛力。該套熱儲(chǔ)廣泛發(fā)育，沉積面積約占松遼盆地北部總面積的76%，埋深集中在2 500 m以淺，儲(chǔ)層物性好且可采資源量大。上覆的青山口組一段頁(yè)巖普遍發(fā)育，可作為區(qū)域性蓋層，起到隔水升溫的作用。根據(jù)地溫場(chǎng)模擬結(jié)果，較高溫度區(qū)間位于大慶長(zhǎng)垣、朝陽(yáng)溝階地和呼蘭隆起帶等區(qū)域。在石油勘探開發(fā)中，泉頭組三段、四段作為扶楊油層的對(duì)應(yīng)層位，也是石油鉆井的主要目標(biāo)層。熱儲(chǔ)溫度可滿足寒冷地區(qū)的供暖需求。在提供大量地層資料可用以儲(chǔ)層物性評(píng)估和勘探開發(fā)方案制定的同時(shí)，在地?zé)豳Y源的開發(fā)利用中也可嘗試對(duì)廢棄油井進(jìn)行改造[26-27]，從而提高經(jīng)濟(jì)性。但是，目前砂巖型熱儲(chǔ)的尾水回灌是亟待攻克的技術(shù)難題。

4 結(jié)論

1）利用標(biāo)量—位勢(shì)場(chǎng)插值方法，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、鉆井地層數(shù)據(jù)以及深大地震剖面建立了松遼盆地北部的三維地質(zhì)模型，根據(jù)實(shí)測(cè)資料對(duì)地層巖石予以熱物性賦值，在對(duì)模型熱邊界條件給予限定的基礎(chǔ)上，通過(guò)三維熱傳導(dǎo)方程進(jìn)行了區(qū)域三維地溫場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)模擬。通過(guò)實(shí)測(cè)與模擬地溫曲線的對(duì)比，驗(yàn)證了模型的有效性。

2）松遼盆地北部地溫場(chǎng)以熱傳導(dǎo)為主要熱傳遞機(jī)制，基于區(qū)域地質(zhì)模型的三維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模擬可反應(yīng)地溫場(chǎng)的真實(shí)變化特征。松遼盆地北部在深度1 km、2 km、3 km界面，地溫分別介于40～60 ℃、75～110 ℃、115～150 ℃，熱儲(chǔ)層溫度介于35～110 ℃，地溫高值區(qū)位于大慶長(zhǎng)垣、朝陽(yáng)溝階地與東部基底隆起區(qū)。在縱向上，地溫場(chǎng)的等值界面呈近層狀分布，地殼淺部地溫場(chǎng)主要受基底起伏及沉積地層發(fā)育厚度控制。區(qū)域5 km深度地溫可達(dá)200～225 ℃，基底隆區(qū)起對(duì)應(yīng)地溫等值線的高值區(qū)，裂陷發(fā)育區(qū)對(duì)應(yīng)等值線的低值區(qū)。

3）模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間可能存在偏差，可能因?yàn)椴糠謱?shí)測(cè)鉆井測(cè)溫曲線未達(dá)穩(wěn)態(tài)或局部對(duì)流活動(dòng)的存在；此外，三維地質(zhì)模型深部的不精確性以及均一賦值的邊界條件，可能會(huì)造成地溫場(chǎng)模擬結(jié)果在部分區(qū)域的誤差。

4）松遼盆地北部具有形成沉積盆地中低溫水熱型地?zé)豳Y源的地溫場(chǎng)條件，資源分布主要受到盆地構(gòu)造格架對(duì)地溫場(chǎng)的控制作用及高孔滲地層發(fā)育情況兩方面影響，泉頭組三段、四段可能為有利的目標(biāo)熱儲(chǔ)層。