青海共和盆地溫泉分布規(guī)律研究

青海共和盆地溫泉分布規(guī)律研究

未來(lái)清潔的新能源。它是一種廣泛埋在距地面2.6公里，溫度為150400c的熱巖體。干熱巖的熱能賦存于各種變質(zhì)巖或結(jié)晶巖類巖體中,較常見(jiàn)的巖石有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖等。一般干熱巖上覆蓋有沉積巖或土等隔熱層。判斷某地方是否干熱巖存在的潛力,最明顯的標(biāo)志是看地溫梯度是否有異常,或地下一定深處(2000~5000m)溫度是否達(dá)到150℃以上。共和縣所在地恰卜恰鎮(zhèn)地?zé)峥辈橹?2007年利用可控源音頻大地電磁測(cè)深推斷出上塔買(mǎi)—阿乙亥受2組斷裂控制的拉分盆地,在擬定的鉆孔(R1)位于井深1200m,鉆探打出青海省第一口水溫高、水量大、水質(zhì)優(yōu)的地?zé)峋?。同樣在縣城附近,另一處地?zé)峥?QR1),孔內(nèi)雖有較高溫度和地溫梯度異常,孔底還見(jiàn)花崗巖,但井口出水溫度低、水量小。進(jìn)一步綜合分析共和盆地以往地質(zhì)、地球物理提供的信息,認(rèn)為在地質(zhì)構(gòu)造、水熱活動(dòng)方面有其獨(dú)特之處,同時(shí),石油地震和重力資料解釋在恰卜恰鎮(zhèn)也存在矛盾。結(jié)合地?zé)峥滓?jiàn)花崗巖的事實(shí),證實(shí)地震推斷基底斜坡界面是客觀的,且與2009年地?zé)峥辈榭煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深推斷基底形態(tài)和深度相近,由此認(rèn)為,重力低是由花崗巖所引起,不存在重力推斷的共和凹陷,加之又有高溫、高地溫梯度的地?zé)岙惓４嬖?。將這些各自孤立的線索聯(lián)系起來(lái)分析,不但可以解釋一些矛盾現(xiàn)象,還可認(rèn)為其具備判斷干熱巖存在的標(biāo)志,引起對(duì)存在干熱巖可能性探討。1積極構(gòu)造環(huán)境的演化共和盆地處于昆侖山脈與秦嶺山脈之間,為一個(gè)呈NWW向展布的菱形山間盆地。大地構(gòu)造單元屬于秦祁昆斷褶系東昆侖、西秦嶺造山帶接合部位,但在地質(zhì)構(gòu)造、巖漿作用、地貌特征上又有別于秦嶺、昆侖造山帶,以獨(dú)特形式表現(xiàn)出來(lái),傳統(tǒng)稱之為“共和缺口”。按地質(zhì)力學(xué)劃分,屬昆侖—秦嶺緯向構(gòu)造帶與河西系構(gòu)造復(fù)合部位的沉降帶。按板塊構(gòu)造觀點(diǎn)稱之為中央造山帶“秦昆岔口”。共和盆地是新近紀(jì)初形成的斷陷盆地,四周被斷褶帶隆起山地圍限,北側(cè)是青海南山斷褶隆起帶,南側(cè)是河卡南山斷褶隆起帶,西為鄂拉山構(gòu)造巖漿巖帶,東為瓦里貢山構(gòu)造巖漿巖帶。共和盆地周邊均受山前深大斷裂的控制,挽近期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,山體隆升,盆地大幅度下降,沉積了較厚的第四系沖洪積、河湖相堆積物和新近系湖相堆積物,上部為磚紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖互層,下部為褐紅色砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖。僅在盆地南部邊緣局部有侏羅系羊曲組出露,巖性為灰綠、灰白色砂巖、礫巖夾煤線的泥巖組成。三疊系廣泛出露在盆地周邊隆起區(qū)和組成盆地基底,下、中、上三統(tǒng)具全,下、中統(tǒng)為海相,上統(tǒng)為陸相。侵入巖主要是印支—燕山期,以花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖和斑狀花崗巖等為主,侵入于中、下三疊系。由三疊系和印支—燕山期中酸性巖體構(gòu)成褶皺基底。盆地內(nèi)發(fā)育有三級(jí)湖相階地和多級(jí)黃河階地,說(shuō)明中更新世以來(lái),盆地隨青藏高原隆升一直處于間歇性抬升狀態(tài)。2盆地及周邊加熱2.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景在盆地東西兩側(cè)形成兩條近南北向構(gòu)造巖漿巖隆起帶,也是兩條活動(dòng)斷裂帶和溫泉密集分布帶,夾持在NWW向東昆侖、西秦嶺兩條主邊界斷裂之間。盆地西側(cè)構(gòu)造巖漿巖帶在鄂拉山沿烏蘭—興海溫泉一線分布,全長(zhǎng)180km,以三疊系鄂拉山群火山巖和印支—燕山期中酸性巖體構(gòu)成山體主體,巖體長(zhǎng)軸多呈NNW向,三疊系火山巖也呈NNW向展布。并由一系列不連續(xù)斷裂組成,斷裂帶總體走向340°,其中以瓦洪山斷裂貫穿南北,斷裂顯示強(qiáng)烈的擠壓現(xiàn)象,呈現(xiàn)出50~100m寬的擠壓破碎帶,斷裂順扭運(yùn)動(dòng)、深切地殼、多期活動(dòng),且以晚第四紀(jì)新構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈。沿?cái)嗔逊植加袨跆m巴硬格里溫泉(溫度/編號(hào):42.5℃/1),興海青根河溫泉(30.0℃)、青根河SE9公里溫泉(62℃/2)、興海溫泉(61℃/3)等。東側(cè)瓦里貢山構(gòu)造巖漿帶沿當(dāng)家寺—過(guò)馬營(yíng)—多禾茂一線分布,構(gòu)造巖漿巖帶為西秦嶺印支造山帶褶皺基底,侵入巖為印支—燕山期,并有多禾茂、當(dāng)家寺、群強(qiáng)隱伏斷裂沿過(guò)馬營(yíng)—瓦里貢山隆起帶呈NNW向展布貫穿南北,沿這組斷裂形成的南北向帶狀盆地還有白堊紀(jì)基性火山巖分布。此帶亦形成一條溫泉密集分布帶,由北往南有貴德曲乃亥溫泉(86℃/6)、貴德扎倉(cāng)寺溫泉(93.5℃/7,超過(guò)當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)),貴德新街溫泉(64℃/8)、同仁蘭采溫泉(69℃/9)、同仁曲庫(kù)呼溫泉(48.5℃/10)等(圖1)。上述兩條構(gòu)造巖漿巖帶中斷裂切割較深,晚第四紀(jì)新構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng),為深部熱流體對(duì)流運(yùn)移提供了良好的通道,形成縱貫西秦嶺西端南北向地?zé)釒АＮ髑貛X東端天水—武都南北構(gòu)造帶,分隔秦嶺為東、西兩段,同樣存在溫泉按南北向成帶分布的現(xiàn)象。2.2拉分盆地與水岸盆地如圖1、表1所示,共和盆地內(nèi)溫泉有2處,仍呈近SN向分布,其一是恰卜恰鎮(zhèn)附近恰卜恰河與阿乙亥溝交匯的上塔買(mǎi)—阿乙亥地段,在新近系中發(fā)育有NWW與NNE向兩組斷裂組成的拉分盆地(圖2),面積約25km2,有多處泉眼(水溫29.5~32℃/4),多呈NWW、NNE向線狀散布。另一處是貴南縣芒拉河與黃河龍羊峽匯合處的拉干溫泉(水溫38℃/5),熱水從黃河一級(jí)階地前緣陡坎下沖積砂礫層與新近系砂泥巖的接觸面上涌出。由上可見(jiàn),斷裂對(duì)流型地下熱水,從基巖斷裂、裂隙通道中流出的一般溫度偏高,從盆地內(nèi)松散層孔隙裂隙中流出的,因淺層水混入一般溫度偏低。2.3熱價(jià)計(jì)算及井體據(jù)鉆孔揭露,共和縣恰卜恰鎮(zhèn)300m左右第四系含水層水溫較正常井普遍高10℃,水井測(cè)溫新水1、2號(hào)井水溫27℃,3號(hào)井水溫31℃,4號(hào)井290m處水溫高達(dá)38.6℃,這些地?zé)岙惓＞嗍茄仉[伏斷裂帶展布,且這些井水量豐富,單井涌水量2000~4000m3/d。上塔買(mǎi)—阿乙亥地段克才村農(nóng)田供水勘探CK9孔,井深246m,揭露出賦存在新近系粉細(xì)砂巖熱儲(chǔ)層的自流熱水,測(cè)得水溫42℃,地溫梯度值達(dá)7.5℃/l00m。1999年恰卜恰鎮(zhèn)民族師院北側(cè)恰卜恰河西岸Ⅲ級(jí)階地施工的探采結(jié)合地?zé)峋?QR1)孔深969m,揭穿第四系532m,巖性為下更新統(tǒng)亞粘土、亞砂土夾中砂礫石、含礫砂層及粉細(xì)砂層,218m以上顆粒較粗,以下顆粒變細(xì);532~932.16m為新近系磚紅色、褐紅色砂質(zhì)泥巖與泥巖互層,下部夾有兩層微膠結(jié)的砂礫巖;932.16~969.00m為花崗巖,風(fēng)化殼厚12.5m。該井測(cè)溫曲線見(jiàn)圖3,在925m井溫66.8℃,969m井底實(shí)測(cè)溫度70℃,井中溫度隨著井深的增加而線性增高,是地?zé)醾鲗?dǎo)型熱流增溫特征。全井平均地溫梯度為6.09℃/100m,井底地溫梯度為7.0℃/100m。該地?zé)峋谒疁貎H40℃,涌水量458m3/d。2006年在上塔買(mǎi)—阿乙亥地段,據(jù)可控源音頻大地電磁測(cè)深推斷拉分盆地西北角兩組斷裂交匯部位打成的R1地?zé)峥碧骄?井深1203.48m,0~583m為第四系亞粘土、亞砂土及粉細(xì)砂、中粗砂地層;583~1203.48m為新近系泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉細(xì)砂巖、中砂巖及含礫中粗砂巖地層。熱儲(chǔ)蓋層厚697m,揭露深部熱儲(chǔ)段為697~1150m,含水層厚98.4m,巖性為新近系上、中新統(tǒng)粉細(xì)砂巖、中砂巖及含礫中粗砂巖。經(jīng)抽水試驗(yàn),降深37.22m,涌水量1136mL/d,井口水溫達(dá)72.5℃。并含有較多特殊離子和放射性元素,其中氟(F)、偏硼酸(BO2)、偏硅酸(H2SiO2)及鐳(Ra)含量均已達(dá)到和超過(guò)醫(yī)療熱礦水命名濃度,可命名為氟水、硼水、硅水及放射性水。同時(shí),熱水中F、SiO2、Ra等含量增高亦說(shuō)明與花崗巖有關(guān)。據(jù)R1測(cè)井溫度曲線資料(圖3)分析,從井深200m至300m,溫度從30℃劇增到40℃,為盆地蓋層段;從井深300m至1150m,遞增到74℃,測(cè)溫曲線為向上凸的曲線型,屬盆地傳導(dǎo)型層狀熱儲(chǔ)與斷裂通道對(duì)流型熱儲(chǔ)迭加段,1203m井底測(cè)溫劇增到83℃。平均地?zé)釡芈?.36℃/100m。由上述鉆孔測(cè)溫可見(jiàn),在該區(qū)地溫場(chǎng)高、地溫梯度大的共同特點(diǎn)。當(dāng)鉆孔布在構(gòu)造有利部位,水量大、水溫高如R1號(hào)地?zé)峋?在斷裂不發(fā)育的情況下如QR1號(hào)地?zé)峋?只靠地層巖性儲(chǔ)熱和導(dǎo)水,致使出口水溫低和水量偏小。但QR1號(hào)井地溫梯度高于R1號(hào)井,QR1號(hào)井處在縣城西北角更接近重力低中心部位。3地球物理信息的起源3.1基底認(rèn)識(shí)和反射波基本情況共和盆地石油系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代中期進(jìn)行了大量地球物理勘查,據(jù)石油物探資料分析,共和盆地為兩坳夾一隆的構(gòu)造格局。兩坳為塘格木坳陷和貴德坳陷,中間被黃河隆起分隔,黃河隆起沿黃河分布。共和縣恰卜恰鎮(zhèn)處在塘格木坳陷與黃河隆起間的斜坡帶,塘格木坳陷基底埋深2000~6500m,黃河凸起基底埋深小于1500m。引起重視的是在共和盆地縣城恰卜恰鎮(zhèn)北側(cè)由地震給出的基底形態(tài)與重力反映基底不同,地震給出的基底界面為一西深東淺的斜坡,而重力是一橢圓形重力低(圖4),反演為一凹陷,深度3000~4000m,稱為共和凹陷。1999年恰卜恰地?zé)崽讲删?QR1)在932.16~969.00m終孔見(jiàn)花崗巖。地球物理解釋矛盾結(jié)合鉆孔資料分析,認(rèn)為地震反射資料推斷界面形態(tài)和深度是客觀的,且與可控源音頻大地電磁測(cè)深推斷結(jié)果一致,不存在新生界局部凹陷。地震推斷基底反射波的形成主要取決于基底與蓋層間波阻抗的差異,而受基底反射層影響不大。而重力異常是蓋層和基底的綜合反映,有更多基底深部的信息,據(jù)此認(rèn)為橢圓形重力低為蓋層下部組成基底的花崗巖引起。由該區(qū)物性資料可知,三疊系密度在2.64×103~2.70×103kg/m3,平均為2.67×103kg/m3,花崗巖密度變化在2.56×103~2.63×103kg/m3,取平均為2.59×103kg/m3,由此看來(lái),花崗巖與三疊系圍巖間有0.08×103kg/m3密度差,而在重力反演基底深度時(shí),一般只考慮蓋層和基底之間的密度差,而忽略基底內(nèi)密度橫向不均勻性變化,致使推斷出“共和凹陷”。3.2地電類型及儲(chǔ)層2007年在恰卜恰鎮(zhèn)CSAMT勘查發(fā)現(xiàn)上塔買(mǎi)—阿乙亥拉分盆地打出R1地?zé)峋?2009年又在城區(qū)及其北部開(kāi)展了可控源音頻大地電磁測(cè)深勘查工作。完成剖面8條,1~7剖面EW方向平行區(qū)域構(gòu)造和地層走向,8剖面SN向與其垂直。其中3、4、5剖面中段和8剖面南段位于城區(qū),受電磁干擾嚴(yán)重,在電磁測(cè)深曲線類型圖中曲線雜亂,二維連續(xù)反演和一維單點(diǎn)分層反演資料不可靠,未能利用。為說(shuō)明基底形態(tài)和性質(zhì),僅附城北2.5km處EW向7剖面一條,長(zhǎng)5km(圖5)。從8條剖面電阻率斷面電性層共同特征來(lái)看,在正常情況下,電性層反映地層呈近水平層狀連續(xù)性較好,地電類型基本相同,以QH型四層電性結(jié)構(gòu)為主。電阻率斷面淺部第一電性層,電阻率斷面淺部第一電性層對(duì)應(yīng)地電類型的前支極大值部分,電阻率高(250Ω·m)、低(10Ω·m)相間變化較大,合并為一層,為第四系淺部潮濕黃土和中部砂礫卵石夾中粗砂、粉細(xì)砂,厚度在100~200m。第二電性層為次低阻,電阻率15~25Ω·m,厚度為200~300m,對(duì)應(yīng)地電類型Q部分,為第四系中下更新統(tǒng)共和組沖湖積相地層,巖性為灰綠色、黃褐色、深灰色亞砂土、亞粘土夾粉細(xì)砂、中粗砂及砂礫石層,中粗砂及砂礫石層為承壓含水層,該層與下伏新近系電性相近,不易區(qū)分。第三電性層為低阻,對(duì)應(yīng)地電類型H部分,電阻率5~15Ω·m,厚度450~850m,為新近系的反映,巖性為褐紅色砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖、微膠結(jié),可形成層狀熱儲(chǔ),只要有足夠的厚度和穩(wěn)定層位就是可利用的熱儲(chǔ)層。第四電性層為下部高阻電性層,對(duì)應(yīng)地電曲線類型的尾支,電阻率100~500Ω·m,為基底中酸性巖體和三疊系砂巖及板巖為主夾灰?guī)r地層的反映,并且中酸性巖體較三疊系有偏高的電阻率,總的來(lái)看基底深度在1200~1400m之間變化。共和盆地恰卜恰地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件通過(guò)可控源音頻大地電磁測(cè)深多條剖面勘查,處在西深東淺的斜坡地帶,推測(cè)基底巖性為印支—燕山期中酸性巖體和三疊系碎屑巖、碳酸鹽巖。上覆第四系為熱儲(chǔ)蓋層,厚度500~600m,橫向變化穩(wěn)定,其下新近系泥巖和砂礫巖層,埋深600~1400m間,可構(gòu)成盆地型層狀熱儲(chǔ)層?；字兴嵝詭r體是地殼淺部熱源。中酸性巖體表層可形成風(fēng)化殼熱儲(chǔ)。但新生界層狀熱儲(chǔ)層埋深和厚度不大,細(xì)顆粒泥巖較多,限制了熱儲(chǔ)溫度、也影響水量。因此,QR1孔雖孔底有較高溫度,但出水量不大和水溫不高。4熱儲(chǔ)及構(gòu)造意義(1)共和盆地為一新生代斷陷盆地,具有盆地傳導(dǎo)型兼斷裂對(duì)流型良好熱儲(chǔ)地?zé)岬刭|(zhì)背景,與其東、西兩側(cè)構(gòu)造巖漿帶斷裂型地?zé)岱植紭?gòu)成秦昆接合部南北向地?zé)釒А?2)通過(guò)CSAMT勘查,共和盆地恰卜恰地區(qū)處在西深東淺的黃河隆起向塘格木坳陷過(guò)渡的斜坡地帶,基底埋深1200~1400m,推測(cè)基底巖性為印支—燕山期中酸性巖體和三疊系碎屑巖、碳酸鹽巖。上伏第四系為熱儲(chǔ)蓋層,厚度可達(dá)530~600m,其下新近系細(xì)砂巖和砂礫巖為熱儲(chǔ)層,埋深600~1400m,可構(gòu)成盆地型層狀熱儲(chǔ)。(3)鉆孔測(cè)溫,在該區(qū)具有地溫場(chǎng)高、地溫梯度大的特點(diǎn),當(dāng)?shù)責(zé)峋蛟跇?gòu)造有利部位,水量大、水溫高(R1號(hào)地?zé)峋?,在斷裂不發(fā)育的情況下,地?zé)峋?QR1)只靠地層巖性儲(chǔ)熱和導(dǎo)水,出口水溫和水量受熱儲(chǔ)層所在部位控制,水溫偏低、水量偏小。井中測(cè)溫曲線可區(qū)分地下熱流傳遞類型