地热流体水化学、岩浆活动热效应及其油气资源意义

【摘要】：大量研究表明,含油气盆地内发生的成藏作用受控于区域构造活动,主要表现为深部流体／岩浆侵入体对沉积体系热演化、流体物质的影响。岩浆活动的影响主要表现为两个方面：一方面,岩浆侵入含油气盆地后在冷却结晶过程中释放的热量可以提高盆地的地温梯度,在发生围岩接触变质的同时,还会加速围岩中富有机质泥岩的生烃作用；另一方面,岩浆作用形成的火山岩可作为沉积盆地充填序列的重要组成部分,也具有作为油气储集岩或盖层的潜力。而来自下地壳甚至地幔的深部流体往往含有一定量的惰性气体,在通过深部断裂迁移至浅层成为地热流体的同时,还有可能形成局部的稀有气体富集,成为非烃天然气资源。本文以中国东南部典型中生代岩浆火山活动区为研究对象,分别研究了岩浆活动热效应和火山岩作为储集岩石和盖层岩石的潜力；以关中地区渭河盆地东部地热资源开发区为例,分析了构造对地热水化学成分的控制作用。论文主要完成了以下三个方面的研究工作： 首先,基于渭河东部地热水地球化学分析,发现了断裂构造对地下热水来源和空间分布有着显著的控制作用,认为被隔水层封闭的深大断裂有利于稀有气体在含水层中的富集。本文选取渭河盆地东部(包括西安、咸阳、临潼、长安、汤峪五个地区)的地下热水水样,通过水化学组成、微量元素、H-O同位素地球化学分析,再结合Q型聚类分析和R型因子分析,对比不同地区样品数据,发现岩性地层和构造断裂是控制水化学组成空间差异的主要因素。其中,距离断层相对较远的咸阳南部、西安大部分区域的地下热水主要来自地层水。咸阳北部的地热水受地层和渭河深大断裂的双重影响,地层影响显著,同时具有深部来源流体活动的影响,有利于稀有气体的富集。而在临近深大断裂带的长安、临潼、汤峪地区,浅于1000m的地下热水的来源主要为大气降水,其分布与NW-SE向山前深断裂密切有关,主要表现为大气降水沿断裂下渗受热形成,由于该区的井深多在隔水层之上,深部来源的流体无法混入,故大气降水作为地下热水的补给源。研究表明：导热断裂及地热源是地下热水的能量基础,地质构造条件说明研究区靠局部热流异常加热的深循环热水系统,其热量来于深部大地热流异常对热储的传导加热,断裂系统提供了深部热水物质和能量来源的通道。 其次,基于典型地质剖面的调查,通过热传输模型的数值分析,研究了花岗岩侵入体对泥质围岩热演化影响的一般规律,并探讨了中国东南部花岗岩分布区内岩浆作用影响沉积地层热演化的特点。沉积盆地内的岩浆活动对盆地的热结构有着显著的影响,岩浆的冷却结晶过程是放热过程,该热效应还会造成热接触变质、改变围岩的成岩作用甚至促进围岩中烃源岩的生烃作用。本文选取华南地区的几个典型的花岗岩—泥岩接触带进行了地质调查,分析了岩体热传输的影响范围和围岩热演化历史,在此基础上,利用当前广为接受的热传输模型和实测的岩石热物理参数,基于二维热传输模型和地质实际的对比研究,半定量地考察了岩浆侵入体影响围岩热演化的一般特征,发现岩体规模是控制热影响范围的关键因素,规模达到几十平方公里的岩浆侵入体造成的热影响范围显著,纵向方面可以提高生油门限5km左右；而在横向对围岩影响上,温度明显上升的范围大概是岩体宽度的2倍左右。在岩浆冷凝、结晶过程中,热量主要向上传递,侧向次之。在此基础上,数值模拟了中国东南部花岗岩分布区潜在烃源岩的热演化特征,为在研究区内确定油气勘探靶区提供了依据。 第三,通过典型火山机构和次火山岩热变质成因储集岩的系统分析,查明了玄武质火山机构内由裂缝、岩性界线连通的原生-次生成因的潜在储集空间体系,分析了辉绿岩-角岩储集体系的一般特征,并通过岩石物性分析揭示了中酸性火山机构的封盖能力。火山岩及围岩可作为特殊的油气储集岩层和盖层,因其规模和储量相对较小,储集空间和成藏系统较为复杂,本文对福建漳州牛头山玄武质火山岩进行了野外地质调查和岩石物性分析,发现喷溢相玄武质火山岩的孔隙度变化较大,从5.34%到23.73%间不等,但渗透率均较低(平均值为0.173×10-3μm2)。火山机构中节理和裂缝较为发育,除火山颈相的柱状节理,火山喷溢相的爆炸缝、冷凝节理外,熔岩／下伏地层接触热变质成因的高孔带、幔源包体裂缝和爆炸孔以及后期形成的构造裂缝、风化破碎带等均有着重要的意义,这些面型单元构成了贯通整个火山机构的空间网络,使火山岩的储集潜力巨大。而浙江竹田中酸性火山岩则以原生孔隙为主,缺乏次生孔隙,渗透率极低,具有很好的封盖能力。另外,本文还以沾化凹陷辉绿岩热接触变质成因的角岩样品作为研究,系统分析了角岩中变质成因孔隙的基本特征,发现侵入岩-泥质围岩接触带可提供理想的储集空间。 【关键词】：地热流体 水化学 热演化 热传输 岩浆活动 火山机构 储集空间
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 前言12-19
• 1.1 研宄意义12-13
• 1.2 研究进展13-16
• 1.2.1 断陷盆地地下热水特征13-14
• 1.2.2 岩浆作用对油气成藏的影响14-16
• 1.3 本文研究目标、方法和进展16-19
• 1.3.1 研宄区的选取17
• 1.3.2 研宄方法17
• 1.3.3 论文工作量17
• 1.3.4 论文的主要创新点17-19
• 第二章 区域构造与深部流体活动的关系一以渭河盆地东部地下热水为例19-37
• 2.1 地质背景19-21
• 2.2 样品采集及分析方法21-22
• 2.3 分析结果和讨论22-34
• 2.3.1 离子和微量元素组成22-23
• 2.3.2 氢氧同位素特征23-29
• 2.3.3 地质统计学分析结果29-34
• 2.4 讨论34-36
• 2.4.1 地下热水的来源34
• 2.4.2 区域构造的控制作用34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 花岗岩-泥质围岩接触带的热作用现象37-60
• 3.1 粤东典型剖面的调查37-50
• 3.1.1 粤东考察区地层特征37-40
• 3.1.2 惠州火车站西小型岩脉一中生界/上古生界地层接触带40-41
• 3.1.3 汕尾圆墩稔山圩花岗岩体一侏罗系蓝塘群上龙水组（JlSh)接触带41-44
• 3.1.4 惠来葵谭青坑河田岩体一吉水门组（J'ush)接触带44-45
• 3.1.6 岩装岩一围岩热传输效应研宄45-50
• 3.2 浙东典型剖面50-54
• 3.2.1 地层学特征50-51
• 3.2.2 接触带特征51-54
• 3.3 赣西北武功山岩体北侧地质剖面调查54-59
• 3.3.1 地质背景54-55
• 3.3.2 地质调查路线55-56
• 3.3.3 主要岩石类型56-58
• 3.3.4 成熟度特征58
• 3.3.5 讨论58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 岩装岩一泥质岩石接触带热传输过程的定量研宄60-81
• 4.1 研宄现状和主要进展60-61
• 4.2 一维热传输模型研宄61-68
• 4.2.1 岩浆一均质围岩体系的热传输模型研宄62-68
• 4.3 二维热传输模型研宄68-72
• 4.3.1 二维热传输模型构建68-69
• 4.3.2 参数和边界条件69
• 4.3.3 结果和校验69-72
• 4.4 中国东南部关键剖面的数值模拟研究72-80
• 4.4.1 岩楽侵入体影响围岩热演化的强度和范围72-73
• 4.4.2 剖面的选择73
• 4.4.3 剖面参数的设定73-75
• 4.4.4 计算模拟结果75-78
• 4.4.5 岩浆侵入体影响范围图解78-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 与火山作用有关的储集空间特征81-103
• 5.1 牛头山一火山机构81-91
• 5.1.1 地质概况81-82
• 5.1.2 孔隙和裂隙的类型和分布82-86
• 5.1.3 火山岩裂缝系统的讨论86-91
• 5.2 浙江竹田破火山口中酸性火山岩的孔渗特征分析91-95
• 5.2.1 地质概况91
• 5.2.2 火山岩岩石学特征91-94
• 5.2.3 岩石储集性能参数分析94-95
• 5.3 胜利油田沾化凹陷罗151区块次火山岩一接触带油藏95-101
• 5.3.1 石油地质概况95-96
• 5.3.2 角岩接触带96-97
• 5.3.3 样品分析方法97-101
• 5.4 本章小结101-103
• 主要结论103-104
• 参考文献104-119
• 致谢119-120
• 附录120-121

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