準(zhǔn)噶爾盆地大地?zé)崃魈卣髋c巖石圈熱結(jié)構(gòu)

饒 松，胡圣標(biāo)，朱傳慶，唐曉音，李衛(wèi)衛(wèi)，汪集旸

1 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

3 中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249

1 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，處于81°E—92°E、43°N—48°N之間，是我國(guó)西部重要的含油氣盆地.盆地平面形狀呈南寬北窄的近三角形，東西長(zhǎng)700km，南北寬370km，面積13.4×104km2，沉積巖最大厚度可達(dá)15km［1］.從現(xiàn)今大地構(gòu)造位置上看，準(zhǔn)噶爾盆地位于哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊及塔里木板塊的三角地帶，是哈薩克斯坦板塊的東延部分，為三面被古生代縫合線包圍的晚石炭世到第四紀(jì)發(fā)展起來(lái)的典型的多旋回疊合盆地［2－3］，具有由早古生界褶皺基底和前寒武系結(jié)晶基底組成的“雙層基底”結(jié)構(gòu)特點(diǎn)［4－5］，經(jīng)歷了多期構(gòu)造－熱演化［6－8］.以 整 體 構(gòu)造演化特征為背景，根據(jù)盆地各區(qū)構(gòu)造演化和含油氣方面的差異性，準(zhǔn)噶爾盆地可以劃分為烏倫古坳陷、陸梁隆起、中央坳陷、西部隆起、東部隆起和北天山山前坳陷等6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元［9］，如圖1所示.

準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)和巖石圈熱結(jié)構(gòu)研究始于20世紀(jì)90年代.20多年來(lái)，前人通過(guò)開(kāi)展盆地及周緣鉆孔溫度測(cè)量和熱導(dǎo)率、生熱率等熱物性參數(shù)測(cè)試，報(bào)道了一批大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)和地溫分布特征有了基本認(rèn)識(shí)［10－14］.劉國(guó)壁等根據(jù)760個(gè)測(cè)溫點(diǎn)資料，計(jì)算了準(zhǔn)噶爾盆地地溫梯度為20.7℃／km，大地?zé)崃鳛?5.6mW／m2，提出準(zhǔn)噶爾盆地屬于“冷盆”的認(rèn)識(shí)［10］；張惠蓉等報(bào)道了準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起火燒山油田地溫梯度為23.7℃／km，大地?zé)崃髦禐?0.8mW／m2［11］；祖金華等研究了新疆305地學(xué)斷面北段的地?zé)崽卣?，指出盆地西南部大地?zé)崃鬏^北天山山前和西北緣高［12］；邱楠生等對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地地溫分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，指出在地表熱流相近的情況下，沉積巖層的組構(gòu)決定了深部地溫的分布［13］；王社教等根據(jù)系統(tǒng)的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和巖石熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果，報(bào)道了準(zhǔn)噶爾盆地首批35個(gè)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)，其中A類數(shù)據(jù)26個(gè)，B類數(shù)據(jù)8個(gè)，D類數(shù)據(jù)1個(gè)（即位于北天山山前坳陷的小1井，地溫梯度為11.6℃／km，大地?zé)崃髦禐?3.4mW／m2，圖1中熱流測(cè)點(diǎn)編號(hào)20），結(jié)果顯示盆地平均地溫梯度為21.2℃／km，平均大地?zé)崃鳛?2.3±7.7mW／m2［14］，這也是準(zhǔn)噶爾盆地迄今為止匯編于全球大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)庫(kù)的僅有的一批高質(zhì)量的熱流數(shù)據(jù).

2000年以來(lái)，隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的快速發(fā)展，準(zhǔn)噶爾盆地新增了一大批地溫?cái)?shù)據(jù)；光學(xué)掃描法（Optical Scanning Method）在巖石熱導(dǎo)率測(cè)試中的廣泛應(yīng)用［15］，也讓大規(guī)模、高精度的巖石熱導(dǎo)率測(cè)試成為可能.作者系統(tǒng)收集了準(zhǔn)噶爾盆地2000年以來(lái)新增的102口鉆孔的系統(tǒng)測(cè)井溫度和400多口鉆孔的試油溫度資料，共篩選出11口鉆孔高質(zhì)量的系統(tǒng)試油溫度數(shù)據(jù)；通過(guò)光學(xué)掃描法測(cè)試了15口鉆孔共187塊代表性巖石熱導(dǎo)率，首次建立了準(zhǔn)噶爾盆地?zé)釋?dǎo)率柱；新增了11個(gè)高質(zhì)量的（A類）大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)，并分析了盆地大地?zé)崃鞣植继卣?此外，在分層地殼模型建立的基礎(chǔ)上，揭示了準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起和北天山山前坳陷巖石圈熱結(jié)構(gòu)的差異.這一工作代表了目前準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)研究的最新進(jìn)展，將為盆地動(dòng)力學(xué)研究和油氣資源評(píng)價(jià)提供可靠的地?zé)釋W(xué)依據(jù).

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑〒?jù)文獻(xiàn)［9］）及巖石熱導(dǎo)率、大地?zé)崃鳒y(cè)點(diǎn)分布圖I—烏倫古坳陷（Wulungu Depression）；Ⅱ—陸梁隆起（Luliang Uplift）；Ⅲ—中央坳陷（Central Depression）；Ⅳ—西部隆起（Western Uplift）；Ⅴ—北天山山前坳陷（Southern Depression）；Ⅵ—東部隆起（Eastern Uplift）Fig.1 Distribution of structural units（after Ref.［9］）and the measurements of thermal conductivity and heat flow in Junggar Basin

2 地溫資料

2.1 地溫資料的類型

沉積盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)研究主要借助各種鉆孔測(cè)溫，由于測(cè)溫類型多種多樣，因此測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的質(zhì)量參差不齊.按照數(shù)據(jù)質(zhì)量從高到低，鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)大致可以分為四類［16］，它們?cè)诘販貓?chǎng)研究中的作用存在很大差異：（1）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測(cè)溫，指鉆孔熱平衡時(shí)間以后的系統(tǒng)測(cè)溫，代表了研究區(qū)真實(shí)的地溫狀況，這種測(cè)溫資料最可靠、精度最高，是地溫場(chǎng)研究最關(guān)鍵的資料，但獲取困難，資料較少；（2）靜井溫度，指關(guān)井?dāng)?shù)天或長(zhǎng)期關(guān)井后將儀器下放至射孔井段獲得的試油溫度，有時(shí)為對(duì)不同的含油層段進(jìn)行試油，數(shù)次關(guān)井并將儀器下放至不同深度進(jìn)行溫度測(cè)量，從而獲得鉆孔的系統(tǒng)試油溫度，它在一定程度上可以替代研究區(qū)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測(cè)溫，這類資料是地溫場(chǎng)研究的主要依據(jù)之一；（3）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，指關(guān)井后靜井1～3天內(nèi)所測(cè)的溫度數(shù)據(jù)，與穩(wěn)態(tài)測(cè)溫資料相比，其誤差較大，只能作為區(qū)域地溫場(chǎng)研究的必要補(bǔ)充；（4）瞬態(tài)測(cè)溫，指完井后不到1天所進(jìn)行的測(cè)溫，由于靜井時(shí)間短，地溫與井溫尚未達(dá)到平衡，測(cè)得的井溫曲線不能反映真實(shí)的地溫狀態(tài)，因而也無(wú)法用于地溫場(chǎng)的研究，如準(zhǔn)噶爾盆地莫深1井，470～4472m瞬態(tài)系統(tǒng)測(cè)井溫度揭示地溫梯度僅8.1℃／km，遠(yuǎn)小于試油溫度揭示的地溫梯度21.0℃／km.

2.2 地溫資料分析和篩選

在王社教等［14］工作的基礎(chǔ)上，作者共收集了2000年以來(lái)新增的102口鉆孔的系統(tǒng)測(cè)井溫度和400余口鉆孔的試油溫度資料，經(jīng)過(guò)分析共篩選出彩47、西泉092、沙19、莫15、瑪納1、拐19、阜東5、彩深1、彩504、彩45和夏鹽15等11口鉆孔具有高質(zhì)量的系統(tǒng)試油溫度數(shù)據(jù)，如圖2所示，除部分井段可能因斷層或地下水活動(dòng)的影響，局部溫度呈異常變化以外，總體上溫度隨深度線性增加，體現(xiàn)出傳導(dǎo)性地?zé)崽卣?，可以用于?zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)的研究.

2.3 準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫梯度分布特征

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地新增熱流鉆孔溫度－深度分布曲線1—彩47（Cai47）；2—西泉092（Xiquan092）；3—沙19（Sha19）；4—莫15（Mo15）；5—瑪納1（Mana1）；6—拐19（Guai19）；7—阜東5（Fudong5）；8—彩深1（Caishen1）；9—彩504（Cai504）；10—彩45（Cai45）；11—夏鹽15（Xiayan15）Fig.2 The change of geotemperature with depth in the 11boreholes

對(duì)溫度－深度曲線用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得到以上11口鉆孔的地溫梯度（如表3所示），相關(guān)系數(shù)全部大于0.99，表明溫度－深度線性關(guān)系很好，地溫梯度計(jì)算可靠.結(jié)合王社教等報(bào)道的35個(gè)地溫梯度數(shù)據(jù)［14］，繪制了準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫梯度分布圖（圖3），并對(duì)各構(gòu)造單元平均地溫梯度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表4）.結(jié)果表明，準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫梯度為11.6～27.6℃／km，平 均21.3±3.7℃／km，與塔里木盆地平均地溫梯度22.6±3.0℃／km接近［17］，低于柴達(dá)木盆地20～33℃／km［18］、鄂爾多斯盆地29.3 ℃／km［19］、四川盆地22.8 ℃／km［20］，與東部中新生代斷陷盆地相比則更低［21－26］.區(qū)域上，地溫梯度的分布與基底的構(gòu)造形態(tài)密切相關(guān)，東部隆起地溫梯度最高，變化范圍在18.5～26.9℃／km之間，平均為23.4℃／km；陸梁隆起地溫梯度次之，介于16.7～26.2℃／km，平均為23.0℃／km；中央坳陷和西部隆起地溫梯度大致相當(dāng)，分別為21.3℃／km和20.5℃／km；烏倫古坳陷僅有一個(gè)測(cè)點(diǎn)，地溫梯度為19.5℃／km；北天山山前坳陷的地溫梯度最低，變化于11.6～21.4℃／km之間，平均僅為17.1℃／km.

3 巖石熱導(dǎo)率

3.1 巖石熱導(dǎo)率測(cè)試方法

巖石熱導(dǎo)率表示巖石傳熱的特性，其物理意義為：沿?zé)醾鲗?dǎo)方向在單位厚度巖石兩側(cè)的溫度差為1℃時(shí)單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的比熱流量，單位為 W／（m·K）.精確的熱導(dǎo)率測(cè)量，是基礎(chǔ)地?zé)岷蛻?yīng)用地?zé)嵫芯恐袩崃饔?jì)算以及地質(zhì)體熱物理性質(zhì)研究的基礎(chǔ)之一.巖石熱導(dǎo)率測(cè)試方法十分繁多，其中代表一維穩(wěn)態(tài)熱源測(cè)試原理的軸向熱流法（如分棒法）和代表二維徑向非穩(wěn)態(tài)熱流測(cè)試原理的熱線法（如探針?lè)ǎ┑玫搅藦V泛的應(yīng)用［27］.20世紀(jì)90年代以后，光學(xué)掃描技術(shù)［15］被應(yīng)用于巖石熱導(dǎo)率測(cè)試之中，其測(cè)量效率高、無(wú)接觸測(cè)量方式、可以直接測(cè)量巖心樣品（不需制樣）以及能夠定量評(píng)估巖石的熱各向異性和非均質(zhì)性等優(yōu)點(diǎn)，使其得到了廣泛應(yīng)用，迄今為止，該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于東歐地臺(tái)Vorotilovo深鉆［28］、俄羅斯科拉半島深鉆［29］和中國(guó)蘇魯—大別大陸深鉆等巖心熱導(dǎo)率測(cè)試［30］.

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫梯度分布圖（℃／km）Fig.3 Distribution pattern of present－day geothermal gradient in Junggar Basin（℃／km）

本次巖石熱導(dǎo)率測(cè)試，使用德國(guó)生產(chǎn)的TCS（Thermal Conductivity Scanning）熱導(dǎo)率自動(dòng)掃描儀，其測(cè)量范圍為0.2～25W／（m·K），測(cè)量精度為±3%.測(cè)試過(guò)程中，兩個(gè)紅外傳感器分別記錄加熱之前和之后的溫度，差值代表溫度增量Θ，其與熱源功率Q和熱導(dǎo)率K之間的定量關(guān)系為

實(shí)際應(yīng)用中，溫度增量Θ與電信號(hào)U成正比例關(guān)系，因此，熱導(dǎo)率計(jì)算公式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化［15］：

式中x表示熱源和傳感器之間的距離，KM和KR分別表示實(shí)測(cè)樣品和標(biāo)樣的熱導(dǎo)率，ΘM和ΘR分別表示實(shí)測(cè)樣品和標(biāo)樣的溫度增量，UM和UR分別表示實(shí)測(cè)樣品和標(biāo)樣的電信號(hào).

3.2 巖石熱導(dǎo)率飽水校正

影響巖石熱導(dǎo)率的因素有很多，包括溫度、壓力、巖石本身的特性和壓實(shí)成巖演化程度等，但最主要的是巖石的成分和結(jié)構(gòu)特點(diǎn).巖石熱導(dǎo)率隨溫度增加而降低，隨壓力增加而升高，在一定程度上，二者在地殼深部可以抵消.在疏松多孔的巖石中，孔隙度及其有關(guān)特性，如孔隙的大小及連通性、含水量及充填物質(zhì)等，對(duì)巖石熱導(dǎo)率影響很大，因此有必要對(duì)熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果進(jìn)行飽水校正［27］：

孔隙度φ根據(jù)鉆孔聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算：

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地巖石熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.4 Histogram of thermal conductivity in Junggar Basin

式中，Km、Kc分別為實(shí)測(cè)熱導(dǎo)率和校正熱導(dǎo)率；Kw為水熱導(dǎo)率，0.600W／（m·K）；Ka為空氣熱導(dǎo)率，0.026W／（m·K）；Δt為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差；Δtma為砂巖骨架聲波時(shí)差，182μs／m；Δtφ為水的聲波時(shí)差，620μs／m；Cp為壓實(shí)校正系數(shù)，對(duì)于壓實(shí)的巖石Cp＝1，未壓實(shí)的巖石Cp＞1.

3.3 不同巖類熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果

作者對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地15口鉆孔（即倫參1、陸9、石120、陸東1、滴中1、風(fēng)城1、瑪13、中佳1、沙門1、盆4、莫深1、盆參2、霍10、臺(tái)8和吉174井）共187塊巖石樣品進(jìn)行熱導(dǎo)率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，樣品選取遵循盆地巖石熱導(dǎo)率測(cè)試的三個(gè)基本原則，即覆蓋了盆地6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（圖1），包含了盆地沉積蓋層所有層位（C、P、T、J、K、E、N）和幾乎所有巖石類型（砂礫巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、火山巖、變質(zhì)巖）.準(zhǔn)噶爾盆地巖石熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)直方圖（圖4）表明，熱導(dǎo)率值相對(duì)比較集中，變化于1.167～3.062W／（m·K）之間，平均為2.209±0.383W／（m·K），主體介于2.0～2.6W／（m·K），占測(cè)試樣品的57.2%.這一結(jié)果比邱楠生對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地160塊巖石熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果2.048W／（m·K）［31］略大，與塔里木盆地平均熱導(dǎo)率值2.304W／（m·K）［32］非常接近.準(zhǔn)噶爾盆地不同巖類熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果匯編于表1，可見(jiàn)礫巖和變質(zhì)巖熱導(dǎo)率高，泥巖、粉砂巖和砂巖熱導(dǎo)率大致相當(dāng)，不同類型火山巖熱導(dǎo)率差別較大.

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地不同巖類熱導(dǎo)率與深度的關(guān)系圖Fig.5 The relationship between thermal conductivity and depth by different lithology in Junggar Basin

表1 準(zhǔn)噶爾盆地不同巖類熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Thermal conductivity data of different lithology in Junggar Basin

從不同巖類熱導(dǎo)率與深度的關(guān)系圖（圖5）可以看出，此次巖石熱導(dǎo)率測(cè)試深度變化于1146～7005m，主要集中在2500～5500m深度范圍.除個(gè)別異常點(diǎn)偏離正常趨勢(shì)外，總體上熱導(dǎo)率隨著深度增加略有增大，這符合巖石熱導(dǎo)率與深度正相關(guān)的普遍規(guī)律.但就不同的巖類而言，熱導(dǎo)率與深度的相關(guān)性存在差異：粗砂巖和砂礫巖的熱導(dǎo)率隨深度增加，數(shù)值變化不大，即巖石熱導(dǎo)率與深度的相關(guān)性小；而中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖隨深度的增加，熱導(dǎo)率呈線性增加趨勢(shì)，火山巖類（凝灰?guī)r居多）的熱導(dǎo)率與深度也存在明顯的正相關(guān)關(guān)系.上述現(xiàn)象說(shuō)明，以粒間孔為主要儲(chǔ)集空間的砂泥巖類和以裂縫為主要儲(chǔ)集空間的火山巖類，隨深度增加，壓實(shí)作用增強(qiáng)，孔隙度逐漸降低，巖石熱導(dǎo)率隨之增加［14］.

3.4 準(zhǔn)噶爾盆地巖石熱導(dǎo)率柱

前已述及，本次熱導(dǎo)率測(cè)試包含了盆地沉積蓋層所有層位（C、P、T、J、K、E、N）.根據(jù)本次測(cè)試的187塊巖石熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，首次建立了準(zhǔn)噶爾盆地?zé)釋?dǎo)率柱（表2）.除新近系僅有一個(gè)樣品外，三疊系熱導(dǎo)率最高，平均為2.505±0.276W／（m·K）；侏羅系和石炭系熱導(dǎo)率次之，平均為2.307±0.332和2.218±0.401W／（m·K）；二疊系平均熱導(dǎo)率為2.176±0.299W／（m·K）；白堊系和古近系熱導(dǎo)率最低，分別為1.837±0.286和1.794±0.428W／（m·K）.根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地?zé)釋?dǎo)率柱，按照不同層位厚度加權(quán)平均，可以估算各測(cè)溫井段平均熱導(dǎo)率（表3）.

表2 準(zhǔn)噶爾盆地巖石熱導(dǎo)率柱Table 2 Thermal conductivity data of different formation in Junggar Basin

表3 準(zhǔn)噶爾盆地新增大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)表Table 3 Data of new heat flow in Junggar Basin

4 大地?zé)崃?/h2>

4.1 大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)質(zhì)量分析

大地?zé)崃魇潜碚饔傻厍騼?nèi)部向地表傳輸并在單位面積上散發(fā)的熱量，它是地球內(nèi)部的各種動(dòng)力學(xué)過(guò)程的能量平衡在地表最直接的反映，在數(shù)值上，大地?zé)崃髦档扔诘販靥荻扰c地層熱導(dǎo)率之積：

式中，q為大地?zé)崃鳎ɑ蚍Q地表熱流）值（mW／m2）；K為熱導(dǎo)率（W／（m·K））；為地溫梯度（℃／km）；負(fù)號(hào)表示熱流方向與地溫梯度方向相反.

很顯然，大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)質(zhì)量取決于地溫梯度和巖石熱導(dǎo)率的測(cè)試精度.本次研究工作，計(jì)算熱流的11口鉆孔均為系統(tǒng)試油溫度，井溫?cái)?shù)據(jù)線性很好，代表了傳導(dǎo)性地溫特征；熱導(dǎo)率根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地巖石熱導(dǎo)率柱，按照不同層位厚度加權(quán)平均計(jì)算獲得，因此獲得的大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)質(zhì)量很高，為A類數(shù)據(jù).

4.2 準(zhǔn)噶爾盆地大地?zé)崃魈卣?/h3>

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今大地?zé)崃鞣植紙DFig.6 Distribution pattern of present－day heat flow in Junggar Basin

表4 準(zhǔn)噶爾盆地不同構(gòu)造單元地溫梯度和大地?zé)崃鹘y(tǒng)計(jì)表Table 4 Data of geothermal gradient and heat flow of different structural units in Junggar Basin

夏鹽15等11口鉆孔的大地?zé)崃饔?jì)算結(jié)果如表3所示.結(jié)合王社教等報(bào)道的準(zhǔn)噶爾盆地首批35個(gè)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)［14］，編制了準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今大地?zé)崃鞣植紙D（圖6），各構(gòu)造單元平均大地?zé)崃鹘y(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4.結(jié)果顯示，準(zhǔn)噶爾盆地大地?zé)崃鹘橛?3.4～56.1mW／m2，平均為42.5±7.4mW／m2，與塔里木盆地大地?zé)崃髌骄?3.0±8.5mW／m2非常接近［21］，低于我國(guó)中部、東部和海域大中型沉積盆地［18－26］，也低于我國(guó)大陸地區(qū)大地?zé)崃髌骄?3±24.2mW／m2［33］，屬于典型的“冷”盆（熱流＜50mW／m2［34］），反映了較為穩(wěn)定陸塊的構(gòu)造背景，與世界典型克拉通盆地如Michigan盆地［35］和 Willliston盆地［36］熱背景一致.區(qū)域上，準(zhǔn)噶爾盆地大地?zé)崃髋c地溫梯度分布規(guī)律基本一致，主要受控于盆地內(nèi)基底的構(gòu)造形態(tài)，表現(xiàn)為東部隆起大地?zé)崃髯罡?，變化范圍?5.8～56.1mW／m2之間，平均為46.9mW／m2；其次為陸梁隆起，介于35.4～53.7mW／m2，平均為45.5mW／m2；烏倫古坳陷、中央坳陷和西部隆起大地?zé)崃鬏^低，分別為43.2、42.4和40.7mW／m2；北天山山前坳陷大地?zé)崃髯畹?，變化?3.4～42.4mW／m2，平均僅為33.9mW／m2.

5 巖石圈熱結(jié)構(gòu)

大地?zé)崃饔蓛刹糠纸M成，即地殼巖石中U、Th、K等放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱量（地殼熱流，qc）和來(lái)自地球深部的熱量（地幔熱流，qm）.殼、幔兩部分熱量的配分比例及其組成關(guān)系，構(gòu)成了某個(gè)地區(qū)巖石圈熱結(jié)構(gòu)，它直接影響到現(xiàn)今地殼、上地幔的活動(dòng)性及深部溫度狀況.在準(zhǔn)噶爾盆地分層地殼模型建立的基礎(chǔ)上，利用“回剝法”逐層計(jì)算由地殼放射性元素生熱產(chǎn)生的熱流（qA），得到qc＝ΣqA，由qm＝q－qc計(jì)算地幔熱流.準(zhǔn)噶爾盆地分層地殼模型參考邵學(xué)鐘等［4］，生熱率模型及參數(shù)取值見(jiàn)表5.

大地?zé)崃魇芑讟?gòu)造形態(tài)及其上覆沉積蓋層厚度所控制，基底坳陷區(qū)沉積巖厚度大，而沉積巖相對(duì)于基底巖石熱導(dǎo)率較低，對(duì)來(lái)自地殼深部的熱流起著屏蔽作用，使熱流在側(cè)向上發(fā)生“折射”，導(dǎo)致盆地隆起區(qū)的熱流高于坳陷區(qū).此外，快速的沉積作用對(duì)地溫場(chǎng)和大地?zé)崃鳟a(chǎn)生強(qiáng)烈的壓制作用，使地表熱流迅速降低.準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起M界面（莫霍界面）埋深43.5km，B界面（褶皺基底面）埋深6km，沉積層的厚度僅3.5km；而北天山山前坳陷M界面埋深50 km，B界面埋深13.8km，沉積層的厚度達(dá) 12.9 km［4］.基底構(gòu)造起伏及其沉積蓋層厚度的巨大差異，可以導(dǎo)致東部隆起大地?zé)崃鬏^北天山山前坳陷增大，而北天山山前坳陷新生代以來(lái)的快速沉積，將進(jìn)一步引起地表熱流值降低.因此在計(jì)算之前有必要進(jìn)行地表熱流的還原，以消除熱流匯聚和快速沉積作用引起的熱流異常.

研究中，選取準(zhǔn)噶爾盆地最具代表性的兩個(gè)構(gòu)造單元，即大地?zé)崃髯罡叨练e層厚度最小的東部隆起，和大地?zé)崃髯畹投练e層厚度最大的北天山山前坳陷分別計(jì)算巖石圈熱結(jié)構(gòu)，其計(jì)算結(jié)果可以大致作為準(zhǔn)噶爾盆地殼幔熱流比值的下限和上限.為了方便對(duì)比研究，兩個(gè)構(gòu)造單元地表熱流值均取盆地平均值42.5mW／m2.計(jì)算結(jié)果（圖7）表明，東部隆起地殼熱流為18.8mW／m2，地幔熱流為23.7mW／m2，殼幔熱流比值為0.79；北天山山前坳陷地殼熱流26.0mW／m2，地幔熱流為16.5mW／m2，殼幔熱流比值為1.58.這一計(jì)算結(jié)果與汪洋利用地下流體氦同位素比值估算的準(zhǔn)噶爾盆地殼幔熱流比例1.5和地幔熱流21mW／m2［37］基本一致.

表5 準(zhǔn)噶爾盆地地殼生熱模型及參數(shù)取值Table 5 The crustal heat production model and parameter in Junggar Basin

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起（a）和北天山山前坳陷（b）地殼結(jié)構(gòu)、生熱模型和熱結(jié)構(gòu)特征（地殼分層模型據(jù)邵學(xué)鐘等［4］）Fig.7 The crustal structure，heat production model and thermal structure of Eastern Uplift（a）and Southern Depression（b）in Junggar Basin（The crustal structure is from Shao et al［4］.）

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今地溫梯度較低，介于11.6～27.6℃／km，平均為21.3±3.7℃／km.區(qū)域上，地溫梯度的分布與基底的構(gòu)造形態(tài)密切相關(guān)，東部隆起地溫梯度最高，平均為23.4℃／km；陸梁隆起次之，平均為23.0℃／km；中央坳陷、西部隆起和烏倫古坳陷地溫梯度大致相當(dāng)，分別為21.3、20.5和19.5℃／km；北天山山前坳陷的地溫梯度最低，平均僅為17.1℃／km.

準(zhǔn)噶爾盆地巖石熱導(dǎo)率值相對(duì)比較集中，變化于1.167～3.062W／（m·K）之間，平均為2.209±0.383W／（m·K），主體介于2.0～2.6W／（m·K）.不同巖類熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，礫巖和變質(zhì)巖熱導(dǎo)率高，泥巖、粉砂巖和砂巖熱導(dǎo)率大致相當(dāng)，不同類型火山巖熱導(dǎo)率差別較大.總體上，準(zhǔn)噶爾盆地巖石熱導(dǎo)率隨著深度增加略有增大，符合巖石熱導(dǎo)率與深度正相關(guān)的普遍規(guī)律.根據(jù)本次測(cè)試的187個(gè)巖石熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，首次建立了準(zhǔn)噶爾盆地?zé)釋?dǎo)率柱：三疊系熱導(dǎo)率最高，侏羅系、石炭系和二疊系熱導(dǎo)率次之，白堊系和古近系熱導(dǎo)率最低.

基于高質(zhì)量的地溫資料和高精度的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)噶爾盆地新增了11個(gè)高質(zhì)量的（A類）大地?zé)崃鲾?shù)據(jù).大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，準(zhǔn)噶爾盆地大地?zé)崃鹘橛?3.4～56.1mW／m2，平均為42.5±7.4mW／m2，表現(xiàn)為“冷”盆特征.準(zhǔn)噶爾盆地大地?zé)崃髋c地溫梯度分布規(guī)律基本一致，主要受控于基底構(gòu)造形態(tài)，東部隆起大地?zé)崃髯罡?，平均?6.9mW／m2；陸梁隆起次之，平均為45.5mW／m2；烏倫古坳陷、中央坳陷和西部隆起大地?zé)崃鬏^低，平均為43.2、42.4和40.7mW／m2；北天山山前坳陷的大地?zé)崃髯畹?，平均僅為33.9mW／m2.

在分層地殼模型建立的基礎(chǔ)上，計(jì)算了準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起和北天山山前坳陷的巖石圈熱結(jié)構(gòu).結(jié)果表明，準(zhǔn)噶爾盆地地殼熱流介于18.8～26.0mW／m2，地幔熱流介于16.5～23.7mW／m2，殼幔熱流比值介于0.79～1.58，屬于典型的“冷殼冷幔”型熱結(jié)構(gòu).橫向上，準(zhǔn)噶爾盆地地幔熱流值與莫霍面起伏一致：莫霍面隆起區(qū)地幔熱流高，莫霍面坳陷區(qū)地幔熱流低.

（References）

［1］陳業(yè)全，王偉鋒.準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化與油氣成藏特征.石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，28（3）：4－8.Chen Y Q，Wang W F.Structural evolution and pool－forming in Junggar Basin.Journal of the University of Petroleum，China（Edition of Natural Science）（in Chinese），2004，28（3）：4－8.

［2］陳發(fā)景，汪新文，汪新偉.準(zhǔn)噶爾盆地的原型和構(gòu)造演化.地學(xué)前緣，2005，12（3）：77－89.Chen F J，Wang X W，Wang X W.Prototype and tectonic evolution of the Junggar basin，northwestern China.Earth Science Frontiers （in Chinese），2005，12（3）：77－89.

［3］張朝軍，何登發(fā)，吳曉智等.準(zhǔn)噶爾多旋回疊合盆地的形成與演化.中國(guó)石油勘探，2006，（1）：47－58.Zhang C J，He D F，Wu X Z，et al.Formation and evolution of multicycle superimposed basins in Junggar Basin.China Petroleum Exploration （in Chinese），2006，（1）：47－58.

［4］邵學(xué)鐘，張家茹，范會(huì)吉等.準(zhǔn)噶爾盆地基底結(jié)構(gòu)的地震轉(zhuǎn)換波探測(cè).新疆石油地質(zhì)，2008，29（4）：439－444.Shao X Z，Zhang J R，F(xiàn)an H J，et al.The basement structure in Junggar Basin：deep－sounding by converted waves of earthquakes.Xinjiang Petroleum Geology （in Chinese），2008，29（4）：439－444.

［5］趙俊猛，黃 英，馬宗晉等.準(zhǔn)噶爾盆地北部基底結(jié)構(gòu)與屬性問(wèn)題探討.地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（6）：1767－1775.Zhao J M，Huang Y，Ma Z J，et al.Discussion on the basement structure and property of northern Junggar basin.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2008，51（6）：1767－1775.

［6］潘長(zhǎng)春，周中毅，范善發(fā)等.準(zhǔn)噶爾盆地?zé)釟v史.地球化學(xué)，1997，26（6）：1－7.Pan C C，Zhou Z Y，F(xiàn)an S F，et al.Thermal history of Junggar Basin.Geochimica（in Chinese），1997，26（6）：1－7.

［7］Wang S J，He L J， Wang J Y.Thermal regime and petroleum systems in Junggar Basin，northwest China.Physics of the Earth and Planetary Interiors，2001，126（3－4）：237－248.

［8］Qiu N S，Zha M， Wang X L，et al.Tectono－thermal evolution of the Junggar Basin，NW China：constraints from Ro and apatite fission track modeling.Petroleum Geoscience，2005，11（4）：361－372.

［9］楊海波，陳磊，孔玉華.準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐中路桨?新疆石油地質(zhì)，2004，25（6）：686－688.Yang H B，Chen L，Kong Y H.A novel classification of structural units in Junggar Basin. Xinjiang Petroleum Geology （in Chinese），2004，25（6）：686－688.

［10］劉國(guó)璧，張惠蓉.準(zhǔn)噶爾盆地地?zé)釄?chǎng)特征與油氣.新疆石油地質(zhì)，1992，13（2）：100－107.Liu G B，Zhang H R.The hydrocarbon occurrence and characteristics of geothermal field in Junggar Basin.Xinjiang Petroleum Geology （in Chinese），1992，13（2）：100－107.

［11］張惠蓉，宋運(yùn)維.火燒山油田地?zé)崃髦禍y(cè)定.新疆石油地質(zhì)，1993，14（4）：314－317.Zhang H R，Song Y W.Heat flow measurements of Huoshaoshan oilfield.Xinjiang Petroleum Geology （in Chinese），1993，14（4）：314－317.

［12］祖金華，吳乾蕃，廉雨方等.新疆305地學(xué)斷面北段的地?zé)崽卣?地震學(xué)報(bào)，1999，21（4）：103－106.Zu J H，Wu Q F，Lian Y F，et al.The geothermal characteristics of northern section of Xinjiang 305geoscience transect.Acta Seismologica Sinica （in Chinese），1999，21（4）：103－106.

［13］邱楠生，王緒龍，楊海波等.準(zhǔn)噶爾盆地地溫分布特征.地質(zhì)科學(xué)，2001，36（3）：350－358.Qiu N S，Wang X L，Yang H B，et al.The characteristics of temperature distribution in the Junggar basin.Chinese Journal of Geology （in Chinese），2011，36（3）：350－358.

［14］王社教，胡圣標(biāo)，汪集旸.準(zhǔn)噶爾盆地?zé)崃骷暗販貓?chǎng)特征.地球物理學(xué)報(bào)，2000，43（6）：771－779.Wang S J，Hu S B，Wang J Y.The characteristics of heat flow and geothermal fields in Junggar Basin.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2000，43（6）：771－779.

［15］Popov Y A， Pribnow D F C， Sass J H，et al.Characterization of rock thermal conductivity by highresolution optical scanning.Geothermics，1999，28（2）：253－276.

［16］邱楠生，胡圣標(biāo)，何麗娟.沉積盆地地?zé)狍w制研究的理論與應(yīng)用.北京：石油工業(yè)出版社，2004：6－9.Qiu N S，Hu S B，He L J.Principles and Applications on Thermal Regime of Sedimentary Basins （in Chinese）.Beijing：Petroleum Industry Press，2004：6－9.

［17］馮昌格，劉紹文，王良書(shū)等.塔里木盆地現(xiàn)今地?zé)崽卣?地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（11）：2752－2762.Feng C G，Liu S W， Wang L S，et al.Present－day geothermal regime in Tarim basin，northwest China.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2009，52（11）：2752－2762.

［18］Qiu N S，Kang Y S，Jin Z J.Temperature and pressure field in the Tertiary succession of the western Qaidam basin，northeast Qinghai－Tibet Plateau，China.Marine and Petroleum Geology，2003，20（5）：493－507.

［19］Ren Z L，Zhang S，Gao S L，et al.Tectonic thermal history and its significance on the formation of oil and gas accumulation and mineral deposit in Ordos Basin.Science in China Series D：Earth Sciences，2007，50（Suppl.II）：27－38.

［20］徐 明，朱傳慶，田云濤等.四川盆地鉆孔溫度測(cè)量及現(xiàn)今地?zé)崽卣?地球物理學(xué)報(bào)，2011，54（4）：1052－1060.Xu M，Zhu C Q，Tian Y T，et al.Borehole temperature logging and characteristics of subsurface temperature in the Sichuan basin.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2011，54（4）：1052－1060.

［21］He L J，Wang K L，Xiong L P，et al.Heat flow and thermal history of the South China Sea.Physics of the Earth and Planetary Interiors，2001，126（3－4）：211－220.

［22］He L J，Xiong L P，Wang J Y.Heat flow and thermal modeling of the Yinggehai Basin， South China Sea.Tectonophysics，2002，351（3）：245－253.

［23］Yang S C，Hu S B，Cai D S，et al.Present－day heat flow，thermal history and tectonic subsidence of the East China Sea Basin.Marine and Petroleum Geology，2004，21（9）：1095－1105.

［24］Yuan Y S，Zhu W L，Mi L J，et al."Uniform geothermal gradient"and heat flow in the Qiongdongnan and Pearl River Mouth Basins of the South China Sea.Marine and Petroleum Geology，2009，26（7）：1152－1162.

［25］徐明，趙平，朱傳慶等.江漢盆地鉆井地溫測(cè)量和大地?zé)崃鞣植?地質(zhì)科學(xué)，2010，45（1）：317－323.Xu M，Zhao P，Zhu C Q，et al.Borehole temperature logging and terrestrial heat flow distribution in Jianghan Basin.Chinese Journal of Geology （in Chinese），2010，45（1）：317－323.

［26］Zuo Y H，Qiu N S，Zhang Y，et al.Geothermal regime and hydrocarbon kitchen evolution of the offshore Bohai Bay Basin，North China.AAPG Bulletin，2011，95（5）：749－769.

［27］沈顯杰，楊淑貞，張文仁.巖石熱物理性質(zhì)及其測(cè)試.北京：科學(xué)出版社，1998：53－67.Shen X J，Yang S Z，Zhang W R.Rock Thermal Physical Properties and Testing（in Chinese）.Beijing：Science Press，1998：53－67.

［28］Popov Y A，Pinenov V P，Pevzner L A，et al.Geothermal characteristics of the Vorotilovo deep borehole drilled into the Puchezh－Katunk impact structure.Tectonophysics，1998，291（1－4）：205－223.

［29］Popov Y A，Pevzner S L，Pinenov V P，et al.New geothermal data from the Kola superdeep well SG－3.Tectonophysics，1999，306（3－4）：345－366.

［30］He L J，Hu S B，Huang S P，et al.Heat flow study at the Chinese Continental Scientific Drilling site： Borehole temperature，thermal conductivity，and radiogenic heat production.J.Geophys.Res.，2008，113，B02404，doi：10.1029／2007JB004958.

［31］邱楠生.中國(guó)西北部盆地巖石熱導(dǎo)率和生熱率特征.地質(zhì)科學(xué)，2002，37（2）：196－206.Qiu N S.Characters of thermal conductivity and radiogenic heat production rate in basins of Northwest China.Chinese Journal of Geology （in Chinese），2002，37（2）：196－206.

［32］Liu S W，F(xiàn)eng C G，Wang L S，et al.Measurement and analysis of thermal conductivity of rocks in the Tarim basin，northwest China.Acta Geologica Sinica，2011，85（3）：598－609.

［33］Hu S B，He L J，Wang J Y.Heat flow in the continental area of China：a new data set.Earth and Planetary Science Letters，2000，179（2）：407－419.

［34］Wang J Y.Geothermics in China.Beijing：Seismological Press，1996：1－299.

［35］Speece M A，Bowen T D，F(xiàn)olcik J L，et al.Analysis of temperatures in sedimentary basins：the Michigan basin.Geophysics，1985，50（8）：1318－1334.

［36］Osadetz K G，Kohn B P，F(xiàn)einstein S，et al.Thermal history of Canadian Williston basin from apatite fission－track thermochronology－implications for petroleum systems and geodynamic history.Tectonophysics，2002，349（1－4）：221－249.

［37］汪 洋.利用地下流體氦同位素比值估算大陸殼幔熱流比例.地球物理學(xué)報(bào)，2000，43（6）：762－770.Wang Y.Estimations of the ratio of crust／mantle heat flow using Helium isotope ratio of underground fluid.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2000，43（6）：762－770.

［38］Bucker C，Rybach L.A simple method to determine heat production from gamma－ray logs.Marine and Petroleum Geology，1996，13（4）：373－375.

［39］倪守斌，滿發(fā)勝，王兆榮等.新疆北部地區(qū)巖石生熱率分布特征.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，29（4）：408－414.Ni S C，Man F S，Wang J R，et al.Characteristics of heat production distribution in northern Xinjiang.Journal of China University of Science and Technology （in Chinese），1999，29（4）：408－414.

［40］Lachenbruch A H.Crustal temperature and heat production：implications of the linear heat－flow relation.J.Geophys.Res.，1970，75（17）：3291－3300.

［41］Rybach L，Buntebarth G.The variation of heat generation，density and seismic velocity with rock type in the continental lithosphere.Tectonophysics，1984，103（1－4）：335－344.