從地球物理、化學(xué)特征分析蘭州市榆中盆地地?zé)豳Y源前景

1、從地球物理、化學(xué)特征分析蘭州市榆中盆地地?zé)豳Y源前景第32卷第6期2010年12月甘肅冶金cansumetaliurcyvo1.32no.6dec.,2010文章編號(hào):1672-4461(2010)06-0069-06從地球物理,化學(xué)特征分析蘭州市榆中盆地地?zé)豳Y源前景羅坤杰(甘肅地質(zhì)工程有限責(zé)任公司,甘肅蘭州730050)摘要:盡管榆中盆地的地?zé)豳Y源勘查被擱置至今,通過對已有資料進(jìn)行綜合分析認(rèn)為,榆中盆地地?zé)豳Y源具良好的儲(chǔ),斷,通,源條件,雖然在f反s型斷裂構(gòu)造以南一f.斷裂問沒有較明顯的溫度異常顯示,但地球物理勘查成果反映在該斷裂以南具備更好的熱儲(chǔ)條件,同時(shí)地球化學(xué)溫標(biāo)溫度計(jì)算結(jié)果從溫度條件支

2、持這一推斷結(jié)論,因而榆中盆地的地?zé)豳Y源因認(rèn)識(shí)的改變和區(qū)域范圍和變化有了良好的開發(fā)利用前景.關(guān)鍵詞:地球物理;化學(xué)特征;榆中盆地;地?zé)豳Y源中圖分類號(hào):p631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a1引言甘肅省蘭州市榆中盆地地?zé)豳Y源自1998年2003年進(jìn)行過普查和勘探工作,探采結(jié)合井雖然測井結(jié)果證實(shí)了該井內(nèi)溫度異常的存在,但因多方原因出水量很少,基本不具開采,利用價(jià)值而被擱置至今;盡管于2003年在蘭州市七里河區(qū)運(yùn)通大廈,2005年蘭州市城關(guān)區(qū)九州臺(tái)打出地?zé)峋?出水溫度約60和42,與理論估測基本相符,而出水量均不大于25m/h,這一客觀現(xiàn)象極大地限定了投資信心,使得投資商望而卻步.但于2009年初經(jīng)深部地球物理勘查后

3、于蘭州市七里河區(qū)深溝橋成功打出7oqc的出水溫度和約50m/h出水量的地?zé)峋?對處于同一沉積盆地,相同地質(zhì),構(gòu)造條件的榆中縣地?zé)岙惓^(qū)已有資料進(jìn)行重新認(rèn)識(shí),分析,本文就地?zé)豳Y源的地球物理,化學(xué)特征,結(jié)合形成地?zé)豳Y源必須具備的儲(chǔ),斷,通,源四個(gè)條件對蘭州市榆中縣地?zé)豳Y源進(jìn)行探討和分析.2區(qū)域地質(zhì)概況2.1區(qū)域地層根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和鉆探物探資料,該區(qū)地層屬祁連山地層區(qū)中祁連分區(qū)的湟源一蘭州小區(qū),由老到新出露有:震旦系,前寒武系變質(zhì)巖,受歷次構(gòu)造變動(dòng),褶皺,斷裂發(fā)育,有巖漿巖侵入;侏羅系,白堊系,第三系,第四系地層j.2.2區(qū)域構(gòu)造榆中盆地位于祁連褶皺帶的最東端,經(jīng)歷了多期構(gòu)造層次和構(gòu)造體制的交替

4、變化,形成區(qū)內(nèi)興隆山巖群及皋蘭巖群等地質(zhì)體的復(fù)雜構(gòu)造變形特征.根據(jù)沉積建造,構(gòu)造變動(dòng)和巖漿活動(dòng)等因素劃分,為馬銜山一興隆山褶皺隆起帶,皋蘭隆起帶及蘭州一榆中凹陷帶等次級(jí)構(gòu)造單元j.在榆中盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育,自南往北依次有興隆山山前斷裂,蔣家營一許家臺(tái)斷裂和北部山區(qū)ne向斷裂.2.3區(qū)域水文概況據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,榆中盆地為南北兩山峽峙,東西為丘陵地貌分割的獨(dú)立的水文地質(zhì)單元.地下水具有完整的補(bǔ)一徑一排系統(tǒng).根據(jù)地下水賦存條件,含水巖系巖性特征將測區(qū)地下水分為第四系孔隙潛水和第三系碎屑巖層問裂隙,孑l隙承壓水兩大類.上述第四系孔隙潛水和第三系,白堊系碎屑巖系問承壓水的補(bǔ)給,均來自南部興隆山區(qū)

5、降雨下滲形成的基巖裂隙水和地表水下滲形成的溝谷潛水側(cè)向補(bǔ)給,盆地南部大氣降水及灌溉水下滲也是一不可忽略的補(bǔ)給來源.南部平原區(qū)形成的地下水一部分補(bǔ)給第四系潛水,一部分補(bǔ)給第三系,白堊系層間承壓水.由于盆地內(nèi)地貌整體呈東南高西北低特征,上述地下水在重力作用下整體由南向北徑流,層間承壓水遇斷裂導(dǎo)水構(gòu)造可形成越層補(bǔ),排或向第四系排泄并與第四系孔隙潛水混合,一并排泄于宛川河,而后向西流動(dòng)匯人黃河.嬲腫n17o甘肅冶金第32卷地層時(shí)代平視專自主要巖性3.2電性特征據(jù)收集電測深資料,如以小于25q?m視電阻率值(北京,天津及甘肅敦煌等地在地?zé)峥辈闀r(shí)均以2025q?rn)圈閉異常區(qū)(圖1),則異常區(qū)呈nww向

6、展布,向東北方向變寬,分岔,而西南方向收斂,面積約40km.經(jīng)系統(tǒng)整理前期的直流電法及后期補(bǔ)充進(jìn)行的音頻大地電磁勘查成果,結(jié)合收集到的水井資料,地?zé)崽讲删从车貙忧闆r及各地層巖性的電性特征,分析推斷地?zé)岙惓^(qū)內(nèi)由南向北依次存在ff2,ff四條斷裂構(gòu)造,見圖1,2.其中ff斷裂位于2on?m閉合圈北界,f:斷裂位于20n?iti閉合圈的南界.!【_il=:=i=-衛(wèi)ll_l1l_:.ul=|.:圖1榆中盆地地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造及地球物理勘查成果圖按電性特征分析推斷的斷裂構(gòu)造的延深情況,蓋層及基底埋深條件,可將地?zé)岙惓^(qū)分為兩個(gè)區(qū)塊:以f反s型斷裂為界,其南為榆中盆地深凹陷區(qū),基底埋深大于1.5km(圖3

7、,4),是區(qū)內(nèi)主要儲(chǔ)水場所;其北為隱伏斷階抬升區(qū),基底埋深小于i.5kmo3.3地溫場特征3.3地?zé)峥辈閰^(qū)地溫場特征據(jù)對地?zé)峥辈閰^(qū)及其周邊5i眼農(nóng)用機(jī)井出水溫度測量成果j,以15為異常下限(區(qū)內(nèi)年平均氣溫為6.5一i0)圈定的地溫度異常區(qū)大致呈nww向展布(圖1),與圈定的視電阻率異常區(qū)形態(tài)相仿(略向北偏移);以f2反s型斷裂為南界,與劃分出隱伏斷階抬升區(qū)基本相符,異常中心與f,一f走向基本一致.若粗略按130m計(jì)水井深度,以年平均氣溫1o為30m深處恒溫帶溫度,以外圍區(qū)水井出水溫度12為異常下限值,來計(jì)算地溫梯度,則圈閉的地囂鰩t.c0m第6期羅坤杰:從地球物理,化學(xué)特征分析蘭州市榆中盆地地

8、熱資源前景7l熱異常區(qū)溫度梯度達(dá)35c/100in,高于正常地溫梯度3c/io01ti.l衄oh-:.:,.,tat-:i_圖2榆中盆地地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造圖圖3榆中盆地ii擬地質(zhì)斷面圖:第四系田第三幕中新緩回第三累新新筑固第三系新新統(tǒng)t臼堊系田前寒武幕曰推測地層再線匹堊推測斷裂構(gòu)造及編圖4榆中盆地-擬地質(zhì)斷面圖4地球化學(xué)水文特征4.1區(qū)域地球水化學(xué)分布規(guī)律通過對區(qū)內(nèi)51個(gè)水井的水質(zhì)分析結(jié)果(表2,3)表明,榆中盆地水化學(xué)特征呈帶狀分布規(guī)律:勘查區(qū)南部平原區(qū),三角城平原,宛川河中上游補(bǔ)給,徑流區(qū)水質(zhì)普遍較好,礦化度均小于0.5g/l,水化學(xué)類型為hco/co;或hco/so3一c/m;.型水;到平原區(qū)

9、以北至隱伏斷階抬升區(qū)之間礦化度增至0.11.0g/l,水化學(xué)類型為c1一/soi一c/n或c1./hc0i/s0:一m/c:(c/ms+/n),到隱伏斷階抬升帶以南水質(zhì)急劇變差,礦化度增至27g/l,水化學(xué)類型變?yōu)閏1/so:zc/n(ca+/mi/n+);到鐵路以北宛川河下游北岸i一階地地下水礦化度大于3g/l,南岸則小于2g/l,水化學(xué)類型為c1/so/(so/cl)一n/m()型水.總的規(guī)律是補(bǔ)給區(qū)水質(zhì)良好,徑流變差,排泄區(qū)水質(zhì)急劇變差.4.2地球水化學(xué)異常在總的水化學(xué)背景基礎(chǔ)上,在f3一f4斷裂附近則出現(xiàn)了小于1g/l的低礦化帶,而在這兩個(gè)低礦化帶兩側(cè)均為高礦化咸水,微咸水帶,與一般水

10、化學(xué)分帶規(guī)律相悖的水化學(xué)異常帶.該異常帶地下水的礦化度均小于0.7g/l,水化學(xué)類型為hco;i/cl一一n,so;2/hco;,c1/一n/cj或ci/hco;1一c一c/m型水.重碳酸氯化鈉型水及鈣鎂型水的成因,從所處位置看正好與水溫異常帶軸向和基底斷裂位置一致,說明是由深層循環(huán)熱水沿?cái)嗔焉弦?傳導(dǎo),擴(kuò)散與冷水混合后發(fā)生化學(xué)變化而成,與基底含鈉長石的花崗巖有關(guān)(rn:/rcl>1,c1./一srt300),礦化度降低應(yīng)與f一f間帶狀裂隙水(由東南向西北補(bǔ)給的第四系潛水及沿?cái)嗔焉仙纳钛h(huán)熱水)沿蕊e|o|mh72甘肅冶金第32卷斷裂構(gòu)造的補(bǔ)給有關(guān).井3,4的水化學(xué)類型則屬另一種氯化物

11、一鈣鈉型水,這種類型的地下水與區(qū)域水化學(xué)特征也不一致,同樣屬異常水,屬深層循環(huán)熱水沿?cái)嗔焉仙恋乇矶刹⑴c海水入侵有關(guān),封閉的自流盆地和油田,侵入巖構(gòu)造斷裂帶大多也具此類水的特征.井3,4位于反s型斷f一f斷裂之間,基底埋深200300m,其成因依rn:./rc1>0.5,rc1/rb+>2000分析,除與沉積層含鹽,地下水循環(huán)遲緩有關(guān)外與基底花崗巖,自云巖,片巖及斷裂構(gòu)造有密切關(guān)系.從硅酸,硼酸鹽含量和鋰氟的含量高于周邊含量并與溫度成正相關(guān)推測,反映深部有高溫?zé)崴嬖?表2榆中地?zé)崞詹橹攸c(diǎn)區(qū)水質(zhì)分析成果表(mg/l)表3地?zé)岙惓^(qū)水井化學(xué)組份比值與水溫關(guān)系統(tǒng)計(jì)表在這個(gè)水化學(xué)異常帶

12、上,相關(guān)離子比值與溫度,礦化度有明顯的相關(guān)關(guān)系,在相同地質(zhì)條件下,總的趨勢是rnl/rk和rn:/rc:與溫度正相關(guān),rm/m:和re1/rhcoi/,rc1./rbrc1./rsr,rcl/rb,rc1./rf一,rcl/rsio均呈負(fù)相關(guān),這與已知沉積盆地層控地?zé)崽锏囊?guī)律基本吻合,從另一側(cè)面反映出深部熱源機(jī)制的存在(見表4).iia第6期羅坤杰:從地球物理,化學(xué)特征分析蘭州市榆中盆地地?zé)豳Y源前景73表4計(jì)算溫標(biāo)溫度統(tǒng)計(jì)表從水化學(xué)比值對溫度的指示作用,分析該勘查區(qū)的地?zé)犸@示均指向f一f斷裂帶上.f3,f4斷裂附近4,12水井rn:/rk值為11一l6.5之間,按水化學(xué)理論,一般為重要地?zé)崽?

13、但有些已知的地?zé)嵯到y(tǒng)的比值不在此變化范圍之內(nèi)).而值得特別一提的是f1斷裂附近的井1的rn:/rk值為l2.7,說明f斷裂也與區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的密切關(guān)系.4.4溫標(biāo)計(jì)算基于上述認(rèn)識(shí),對f斷裂附近的井l,f斷裂附近井2,f,f4斷裂附近井3,4,12的水質(zhì)分析結(jié)果,進(jìn)行h2sio3,kmg溫標(biāo),溫度計(jì)算,其結(jié)果見表4.計(jì)算公式如下:h2s.o3溫標(biāo)=-237k-mg:t=西4418乏37從計(jì)算結(jié)果看,上述5眼井的h:sio.溫標(biāo)在6876,kmg溫標(biāo)5463c【=,在各水井間同一溫標(biāo)溫度無多大差別.這一計(jì)算結(jié)果說明:(1)電磁測深剖面推斷解釋的地?zé)岙惓橥粺嵩从赡舷虮睆搅鞯慕Y(jié)論;(2)溫度異常的顯

14、示受蓋層及構(gòu)造條件影響較大,并不客觀,真實(shí)地代表實(shí)際地?zé)豳Y源的分布范圍及有利于開發(fā)的深部經(jīng)濟(jì)型地?zé)豳Y源;(3)從溫度上有力地支持了物探電磁測深剖面推測f斷裂以南為良好地?zé)豳Y源的結(jié)論.5儲(chǔ),斷,通,源條件分析5.1勘查區(qū)的熱儲(chǔ)條件據(jù)區(qū)內(nèi)地層巖石水文特性,地?zé)崽讲删衣兜貙蛹皽y井資料,勘查區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)蓋層為:第四系中砂土層,粘土層,第三系上部砂質(zhì)泥巖反映套結(jié)構(gòu)致密的弱透水性層,構(gòu)成區(qū)熱儲(chǔ)蓋層.第三系中下部細(xì),粉砂巖,白堊系礫巖中的含水層及含水構(gòu)造破碎帶,前寒武系頂部風(fēng)化殼及含水構(gòu)造破碎帶,構(gòu)成區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的熱儲(chǔ).由此可將區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)類型分為兩大類:其一為層狀熱儲(chǔ),由第三系中下部細(xì),粉砂巖,白堊系礫巖中的含

15、水層組成;其二為帶狀裂隙型熱儲(chǔ),由因構(gòu)造活動(dòng)形成的含水構(gòu)造破碎帶組成.按音頻大地電磁測深解釋成果(圖4,5),據(jù)熱儲(chǔ)類型可將勘查區(qū)劃分為兩個(gè)區(qū)塊,以f:反s型斷裂為界,其南以層狀熱儲(chǔ)為主,帶狀熱儲(chǔ)為輔;其北則以帶狀熱儲(chǔ)為主,層狀熱儲(chǔ)為輔.5.2勘查區(qū)的斷裂構(gòu)造條件據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及大地電磁資料,盆地南有興隆山斷裂,走向nww,傾角7o.,延深達(dá)40km以上,其北有nww向展布的宛川河一線斷裂構(gòu)造.受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制,在地?zé)岙惓^(qū),經(jīng)大地電磁測深成果反映,沿勘查剖面方向,水平電性層視低值電阻率曲線呈閉合塊體狀斷續(xù)展布,塊體間隔達(dá)200m左右,低值電阻率曲線具縱向穿透沉積碎屑巖地層的分布特征,結(jié)合其

16、底部基底的電性特征,推斷由南向北依次有f,f,f,f斷裂構(gòu)造,除f斷裂構(gòu)造向北傾斜外其余斷裂構(gòu)造均呈向南傾斜,且其構(gòu)造類型為上盤下降,下盤上升的正斷層.斷裂部位電性低阻異常應(yīng)為沿?cái)嗔褬?gòu)造上升運(yùn)移的深循環(huán)低阻熱水及充填于孑l隙裂隙地層形成低阻熱儲(chǔ)所致.依電性特征分析,上述斷裂構(gòu)造的斷距50500m之間,南部及基底斷距大,北部及淺部斷距小.據(jù)地震資料,f:反s型斷裂構(gòu)造延伸長度達(dá)100km以上,延深深度達(dá)20km.據(jù)天然場大地電磁音頻測深反演,f斷裂構(gòu)造延深超過2km.5.3勘查區(qū)的導(dǎo)熱,導(dǎo)水通道條件地?zé)岙惓^(qū)地球物理,地球化學(xué)勘查成果,均較好地反映了異常區(qū)良好的導(dǎo)水,導(dǎo)熱條件.在地球化學(xué)方面,第

17、四系潛水水井反映出了深部地球水化學(xué)特征,說明勘查區(qū)內(nèi)具較好的導(dǎo)水條件.在地球物理方面,反映出的低阻構(gòu)造帶同樣也說明勘查區(qū)內(nèi)具良好的導(dǎo)水,導(dǎo)熱條件;地球化學(xué)異常帶與電磁類勘查成果反映的電性異常位置一致,而地球化學(xué)溫標(biāo)溫度又有力地支持地球物理勘查成果的推斷結(jié)論.上述既相互支持又相互依賴的成果資料,反過來也證明地?zé)岙惓^(qū)良好的導(dǎo)水導(dǎo)熱通道條件.綜合已有的勘查成果分析,地?zé)岙惓^(qū)導(dǎo)熱通道以裂隙型斷裂構(gòu)造為主,以水平層狀孔隙型地層為輔;當(dāng)?shù)叵滤趶?qiáng)大壓力作用下通過深大斷裂進(jìn)行深循環(huán)時(shí),吸收,攜帶,運(yùn)移大量地?zé)崮?形成近垂向方向的導(dǎo)熱,導(dǎo)水通道.當(dāng)深循環(huán)熱水沿裂隙型斷裂構(gòu)造自深部運(yùn)移上升至基底頂部后,一部

18、分進(jìn)入水平層狀孔隙層內(nèi)擴(kuò)散,向北運(yùn)移,形成側(cè)向水平導(dǎo)熱,導(dǎo)水通道,另一部分繼續(xù)沿?cái)嗔褬?gòu)造運(yùn)移最終匯人第四系潛水,并隨之向北徑流.因此該地?zé)峥辈閰^(qū)中深大斷裂型導(dǎo)熱,導(dǎo)水通道占主導(dǎo)地位,特別是在基底地層中更是如此,對深部熱能的導(dǎo)出起決定性作用;而在沉積碎屑巖,基底風(fēng)化殼內(nèi)則以含水.:蠢tom74甘肅冶金第32卷孔隙層和裂隙型斷裂構(gòu)造統(tǒng)一構(gòu)成導(dǎo)熱,導(dǎo)水通道,對地?zé)峋男纬珊蜔崮艿馁A存起控制作用.5.4地?zé)岙惓^(qū)的熱源,水源條件據(jù)甘肅東部地區(qū)短周期地磁變化推測,蘭州一天水一線存在一條從地殼一直延深至上地幔電導(dǎo)率異常帶,這個(gè)電導(dǎo)率異常帶被認(rèn)為是由地?zé)岙惓：蛶r石裂隙中富含地下熱水所致,而甘肅東部地區(qū)已知大

19、量溫泉,地?zé)峋谶@個(gè)異常帶上,認(rèn)為該勘查區(qū)的熱源主要來自于該電導(dǎo)率異常帶,具深源熱機(jī)制;而今年蘭州打出70的地?zé)峋?說明熱源機(jī)制的客觀存在.另外,蘭州榆中地區(qū)北部大面積出露的侵入巖體,是該區(qū)域內(nèi)放射性異常區(qū)引,因此侵入于前寒武系變質(zhì)巖中巖體的放射性元素衰變熱能,也是該地區(qū)地?zé)豳Y源的不可忽視的熱源之一.也就是說蘭州,榆中地區(qū)地?zé)豳Y源的熱源既有深成機(jī)制,又有含放射性異常巖體內(nèi)放射性元素的衰變熱能.榆中盆地地?zé)岙惓^(qū),自盆地南部的富含地下水的深凹陷帶中可以直接得到補(bǔ)充水源,當(dāng)然沿深大斷裂運(yùn)移上升的熱水也是其補(bǔ)充水源之一;再往北由沿深大斷裂運(yùn)移上升的熱水,第四系潛水及沿沉積碎屑巖孔隙層中向北徑流的地

20、下水構(gòu)成補(bǔ)充水源,從根本上講榆中盆地南部富含地下水的深凹陷帶是該區(qū)地?zé)豳Y源最根本的補(bǔ)充水源,而深大斷裂構(gòu)造,沉積碎屑巖,基底頂部風(fēng)化殼中的孔隙層為該區(qū)地下水垂向深循環(huán)和水平徑流構(gòu)成了既完整獨(dú)立又相互交織的網(wǎng)絡(luò)體系,為該區(qū)地?zé)豳Y源的形成提供了充沛的熱能,水源.6結(jié)語愉中地?zé)嵬ㄟ^上述地球物理,地球化學(xué)特征分析,認(rèn)為:(1)榆中盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,由南向北依次為f】,f:,ff正斷層,除f4斷裂向北傾斜外均向南陡傾;地?zé)岙惓^(qū)以f,斷裂為南界,斷裂為北界.(2)據(jù)電磁類剖面勘查成果,將榆中地?zé)岙惓^(qū)劃分為兩個(gè)區(qū)塊,f:反s型斷裂以南為深凹陷區(qū),以北為隱伏斷階抬升區(qū);據(jù)電性劃分的碎屑巖沉積地層,在f:

21、反s型斷裂以南厚度超過1.5km,而以北急劇抬升,至f斷裂附近不足500m;相應(yīng)地在f2反s型斷裂以南碎屑巖沉積孔隙含水地層較以北增厚,即層狀熱儲(chǔ)的厚度加大.因此在f反s型斷裂以南地?zé)豳Y源以碎屑巖沉積孔隙含水地層構(gòu)成的層狀熱儲(chǔ)為主,以含水?dāng)嗔褬?gòu)造型帶狀熱儲(chǔ)為輔;而在f:反s型斷裂以北,則以含水?dāng)嗔褬?gòu)造裂隙型帶狀熱儲(chǔ)為主,沉積碎屑巖孔隙含水地層構(gòu)成的層狀熱儲(chǔ)為輔.(3)榆中盆地地?zé)岙惓^(qū)導(dǎo)熱通道以斷裂構(gòu)造為主,以沉積碎屑巖孔隙含水地層為輔;而導(dǎo)水通道則由斷裂構(gòu)造裂隙及沉積碎屑巖孔隙含水地層共同構(gòu)成.(4)榆中盆地地?zé)豳Y源為來自于地殼深部熱能,由深大斷裂構(gòu)造導(dǎo)出;前寒武系地層內(nèi)侵入巖體中放射性元素的衰變熱能也是其熱源之一.f2反s型斷裂以南富含地下水的深凹陷帶則為地?zé)豳Y源的形成提供豐富地下水資源.(5)地溫異常和極小值視電阻率閉合曲線盡管較好地反映了地?zé)岙惓^(qū),但測得的電磁