威利斯顿盆地Deadwood组岩石物理与裂缝特征研究：推动沉积盆地地热资源开发的新见解

本文针对沉积盆地地热系统储层非均质性难题，提出融合岩石物理建模（DEM、Gassmann流体替代）与裂缝统计分析的综合性表征框架，揭示Deadwood组地热潜力（梯度34.6°C/km，变异系数79%），确立Members B与A为最优靶区，其度电成本8.7美分/千瓦时与18.9-19.4米/℃的优越温深比为可再生能源竞争提供新路径。

　　

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Regional Context

Deadwood组是威利斯顿盆地关键地层单元，该盆地作为覆盖北美中部约777,000平方公里的克拉通内沉积盆地，自晚前寒武纪开始演化。盆地结构呈现典型同心构造格局，中心沉积层厚逾4800米，为地热富集提供理想地质条件。基底放射性热产率（2-4 μW/m3）与上覆低导热率岩层（页岩、蒸发岩）协同形成70-90 mW/m2的区域热流异常，促使地温梯度达30-35°C/km。

Data Acquisition and Integration

研究整合多维度数据：常规测井（伽马、电阻率、密度、声波）、高分辨率微电阻率扫描成像（FMI）及岩心数据。通过5毫米分辨率FMI日志识别并统计450英尺井段内847条裂缝，结合蒙特卡洛模拟量化空间不确定性；岩石物理建模采用微分等效介质理论（DEM）处理双峰孔隙结构（宏孔10-100微米，微孔<1微米），辅以Kuster-Toks?z各向异性分析（纵横比0.001-1.0）与经验参数约束的Gassmann流体替代，实现干骨架模量至饱和参数的高精度转化。

Lithofacies Distribution

岩相分布揭示Deadwood组六段成员具显著非均质性（图8）。统计表明：B段与A段孔隙度（φ=0.08–0.18）、渗透率及裂缝密度最优，为地热开发核心靶区；C段与F段因碳酸盐胶结与低裂缝连通性导致储集性能受限。双孔隙系统与裂缝网络的空间耦合关系直接控制热提取效率，要求开发策略需兼容基质-裂缝协同传热机制。

Economic Assessment Framework and Methodology

经济评估基于50 MWe双工质发电厂案例，采用沉积盆地项目成熟方法论。资本支出中钻井完井成本占比最高（深井钻探预算1100-1500万美元），得益于威利斯顿盆地现有油气基础设施可降低20-30%部署成本。平准化电力成本（LCOE）模拟结果为8.7美分/千瓦时（置信区间6.1-12.4），显著优于典型沉积盆地地热项目，其核心优势体现于温深比（18.9-19.4米/℃）带来的钻探深度节约与热产出提升。

Implications for Geothermal Potential

研究揭示Deadwood组地热开发关键潜力：高热流背景与优越温深比使发电级温度（>120°C）在3500米以浅即可实现；裂缝网络与双孔隙系统（宏孔+微孔）虽加剧非均质性（变异系数79%），但通过DEM-Gassmann耦合建模可精准区分储层段（相关系数>0.87）；岩相控储规律指明B段与A段为优先开发层位，而裂缝导向的定向钻井可进一步提升采热效率。该框架为全球沉积盆地地热评估提供可复制协议。

Conclusion

综合岩石物理建模、裂缝表征与热属性分析表明：Deadwood组复杂地下架构（岩相异质性、双峰孔隙与裂缝网络）既构成开发挑战，亦孕育地热潜力。成员B与A段为核心靶区，其优越物性（φ=0.08–0.18，K_s=37–43 GPa）与高热梯度（34.6°C/km）支撑商业化发电；经济性竞争力和温深比优势为沉积盆地地热开发树立新标杆，方法论全球适用性助推能源转型。