利用羊易熱田研究熱儲(chǔ)溫度變化

利用羊易熱田研究熱儲(chǔ)溫度變化

1熱田及其熱田熱開發(fā)綿羊易變田位于納曲-尼木活動(dòng)帶中段南部的吉達(dá)果-羊易沉降盆地中。著名的羊八井地?zé)崽镂髂?5km處,距拉薩72km.盆地東西兩側(cè)均為高山,出露喜山期花崗巖類。熱田中熱儲(chǔ)層主要是第三紀(jì)中新世(N1)的粗安巖,粗面巖,同位素年齡為11~21×106a,呈南北向帶狀分布,從北向南,粗安巖逐漸向粗面巖過(guò)渡。下伏地層為喜山期的花崗巖斑巖。上覆地層第四系下更新統(tǒng)冰湖相的半膠結(jié)泥巖和中更新統(tǒng)冰水沉積的砂礫石。熱田處在雅魯藏布江大斷裂與念青唐古拉斷裂的復(fù)合部位。熱田內(nèi)的主要構(gòu)造分為3組,區(qū)域性南北向斷裂構(gòu)造是控盆構(gòu)造,北東向斷層和北西向斷層是控?zé)岬?在其復(fù)合部位出現(xiàn)強(qiáng)烈的水熱活動(dòng)。南北向斷裂為張扭性,北東向?yàn)閺埿詳鄬印Ｆ鋬A角均在75°以上。挽近斷裂構(gòu)造控制著地下熱流體水和熱的補(bǔ)給、逕流、排泄形式。熱田地下水熱活動(dòng)十分強(qiáng)烈。在恰拉改溝北東(F7)與南北向斷裂(F5)交匯周圍,有大量的古泉口、泉華、鹽華、該處共發(fā)現(xiàn)大于40℃的泉有64個(gè)。在襄曾溝,大于40℃的泉有14個(gè),大量的冒汽地面在Q405附近有兩個(gè)大的水熱爆炸坑。在哺杰母溝F11斷層,發(fā)現(xiàn)了6個(gè)噴射泉,噴射高度達(dá)9.5m,泉溫度達(dá)86℃以上(當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)為86℃)。恰拉改曲、囊曾曲地?zé)崃黧w主要為S04·HCO3·CI—Na型水,而哺杰母曲則以HCO3—Na型水為主,可能是Heng所論述的蒸氣加熱水。2熱侵蝕類型本區(qū)巖性蝕變類型主要是硅化、明礬石化、高嶺石化、沸石化和蒙脫石化,少量碳酸鹽化。1sio礦物c本區(qū)SiO2礦物質(zhì)以下3種方式生成:一是交代作用生成。原生斜長(zhǎng)石或鉀長(zhǎng)石被黏土礦物(地表主要是高嶺石和蒙脫石)交代,多余SiO2生成SiO2礦物,巖石中表現(xiàn)為SiO2(主要是玉髓或α-方石英)高嶺石或蒙脫石共生體交代長(zhǎng)石呈長(zhǎng)石假像。第2種是直接沉淀生成的SiO2礦物。當(dāng)富硅流體進(jìn)入巖石裂隙或孔隙由于溫度下降,流體在不同溫度下,某一種SiO2礦物處于飽和或過(guò)飽和狀態(tài)時(shí),這種SiO2便沉淀下來(lái)。玉髓脈、α-方英石脈或白石脈便是這種方式形成的。第3種方式是淋濾作用。這種現(xiàn)象僅出現(xiàn)在冒氣孔附近的酸性蝕變地面。富含H2S氣體的流體,在上升至地表或近地表時(shí)被氧化成硫酸,強(qiáng)酸性流體作用于原巖,使原巖中除SiO2以外的其它元素被淋漓掉,即使是相當(dāng)惰性的AI2O3也被淋漓,剩下的SiO2便生成SiO2礦物。本區(qū)見到的這種作用生成的礦物主要有鱗石英和a-方英石,以及少量石英。2熱土熱土壤溫度和蝕變的交代作用明礬石化是原巖在強(qiáng)酸溶液作用下,原巖中的化學(xué)組成除SiO2,AI2O3惰性組分外,其余多數(shù)被套淋漓掉而生成明礬石的一種交代作用。它一方面反映流體富含H2S,另一方面反映流體的溫度很高、蝕變較強(qiáng)。這一蝕變出現(xiàn)在蝕變地面中心地帶。如日本大岳和松川熱田的明礬石即產(chǎn)于熱田中心斷裂帶附近。本區(qū)明礬石化僅見于F7和F8間的酸性地面和斷層角礫巖中。3片沸石集合充填成脈本區(qū)主要見片沸石交代斜長(zhǎng)斑晶,交代完全者呈長(zhǎng)石假像。有的地段見片沸石與蒙脫石共生。另一種較常見的情況是,片沸石集合沿巖體裂隙充填成脈。片沸石為含鈣的含水硅酸鹽、鈣、鋁來(lái)源于斜長(zhǎng)石,水則來(lái)源于深部的地?zé)崃黧w,片沸石低溫礦物。4蝕變土的性質(zhì)成巖作用本區(qū)高嶺石化巖石分布要比明礬石稍廣。主要出露于酸性蝕變地面和冒汽地面等,由黑云母粗安巖泥化而成,巖石常見土狀,有的完全變成蝕變土。Henneberger等認(rèn)為,高嶺石蝕變作用包括水化作用,水解作用和硅的再分配。不含水的長(zhǎng)石被流體作用,主要是水的代入,Mg,Fe,Ca組分帶出,相對(duì)AI,Si富集、生成含水的鋁硅酸鹽高嶺石。高嶺石化表明H+化學(xué)勢(shì)很高,酸性環(huán)境下長(zhǎng)石蝕變?yōu)楦邘X石,多余的SiO2則成蛋白石(低溫時(shí))。本區(qū)高嶺石僅見于F7和F8斷層帶之間。5地表淺部礦物成分它是本區(qū)分布最普遍的蝕變類型。蒙脫石普遍交代斜長(zhǎng)石斑晶,蝕變強(qiáng)烈地段呈長(zhǎng)石假像,同時(shí)交代部分基質(zhì)。幾十個(gè)黏土樣品X射線衍射分析表明,地表沒有出現(xiàn)I-M混層礦物,而主要是鈣蒙脫石。其中,鈣、鎂、鐵都來(lái)自原巖。Takashima等認(rèn)為,蒙脫石分布模式批示地?zé)崃黧w在淺部的通道。本區(qū)片沸石總是與蒙脫石伴生,更進(jìn)一步表明蒙脫石低溫條件下形成,或近地表由于冷水混入而具淺成特征。蒙脫石常呈細(xì)脈與其它蝕變礦物脈相互穿插,說(shuō)明本區(qū)水熱活動(dòng)具有脈動(dòng)的物性特點(diǎn)。6地表下兩氣質(zhì)元素含量隨溫度的變化地表碳酸化分布很局部,偶爾在一些蝕變巖石中呈晚期細(xì)脈充填。分布很少的原因是,碳酸鹽溶解度是隨著溫度下降而增加的,因而,地表極少見到碳酸鹽交代原生和而沉淀,或者富含CO2氣體的流體在上升至地表或近地表,由于壓力驟然減小,大量CO2出,pH值增加而沉淀方解石。3熱侵蝕變異帶3.1地表地表及蝕變根據(jù)對(duì)羊易熱田的研究發(fā)現(xiàn),要客觀劃分出本區(qū)域蝕變的完整分帶是相當(dāng)困難的,原因是從囊曾曲西段至恰拉改西段的大面積地面上,出露許多現(xiàn)代和古代的噴泉孔,冒汽穴,而每一個(gè)冒汽穴各自又有一個(gè)獨(dú)立的小型蝕變中心。每一噴氣孔或冒汽穴又都與斷裂有關(guān)。沿裂隙中心到遠(yuǎn)遠(yuǎn)離中心向外,蝕變巖石具有明顯的分帶性。但地?zé)嵛g變礦物不論在水平向上,還是垂直向上出現(xiàn)整體上呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,見圖1.1)在恰拉改溝口以東,主要以硅化膠結(jié)為主,在溝口附近發(fā)現(xiàn)有蛋白石、玉髓等礦物,向東有零星的沸石出現(xiàn)。2)地面的分布特征。在囊曾熱溝呈北西向橢圓分布,其北面長(zhǎng)軸約2.1km,短軸約0.3km,蝕變以強(qiáng)烈的高嶺石為主,約占90%以上,在周圍形成一個(gè)擴(kuò)散暈,其遠(yuǎn)離該處的為部分高嶺土化并有逐漸減弱的趨勢(shì)。在砂礫石與粗安巖接觸的部分,有南北的細(xì)條帶狀分布的高嶺土化,其蝕變強(qiáng)度為中度。蝕變程度高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占50%,其余的為蒙脫石,絹云母等礦物。3)在囊曾溝,Q408泉附近以強(qiáng)烈的高嶺土化為主,礦物中以高嶺土占主要位置,在其表層有幾毫米厚的褐鐵砂礦生成。在囊曾溝口以硅化膠結(jié)為主,在其與砂礫石接觸部位有零星分布的沸石、石英出現(xiàn)。4)在浦杰母溝,Q206附近出露了大量的鈣華,F5的山腳下出露有蒙脫石、絹云母等礦物。5)在白鍋溝蝕變礦物以蒙脫石為主,據(jù)成礦所的鑒定蒙脫石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在65%~95%之間。在溶巖隆起帶的東側(cè)斷層中,從恰拉改溝口動(dòng)浦杰母溝的斷層帶的裂隙中,發(fā)現(xiàn)有零星分布的蛋白石集合塊體,在這個(gè)帶的局部地段粗安巖的井下鑒定中,發(fā)現(xiàn)有沸石的出現(xiàn)。在屋仁康地方,巖石蝕變強(qiáng)度為中等,蝕變程度以蒙脫石、高嶺石為主,浦杰母溝口以北,出現(xiàn)了以蒙脫石為主的并有少量的高嶺石。在浦杰田溝口,以膠結(jié)鈣質(zhì)為主,在鏡下鑒定中發(fā)現(xiàn)有蝕石的出現(xiàn)。水熱蝕變?cè)诘乇淼姆植汲尸F(xiàn)出北西排列和北東排列的變化。從恰拉改溝后到白鍋溝一帶,呈現(xiàn)出高嶺石—褐鐵礦—蒙脫石、高嶺石絹云母—蒙脫石的趨勢(shì)。因此,從北西向東南、從西到東水熱蝕變的程度在逐漸減弱,反之則增強(qiáng)。3.2蝕變礦物分析以ZK301鉆孔為例,說(shuō)明蝕變分帶隨深度的變化情況由圖2所示。圖中60m~140m深度段,主要蝕變礦物為鈣蒙脫石+蛋白石。通過(guò)鏡下觀察,高嶺石為花崗斑巖中的鉀鈉長(zhǎng)石風(fēng)化產(chǎn)物,并非水熱蝕變礦物。因此可以確定整個(gè)Q2地層段的礫石蝕變非常輕微。1i-m混層礦物充填料此段為晶屑凝灰?guī)r,153m以深花崗巖。主要水熱礦物為高嶺石+蒙脫石土±I-M混層礦物±玉髓±石英±黃鐵礦±白鐵礦。此深度段開始出現(xiàn)I-M混層礦物。隨著深度增加(溫度增加),蒙脫石逐漸變?yōu)镮-M混層礦物,石英開始出現(xiàn)。2黑云母黃銅礦+方解石I-M混層礦物+C-M混層礦物±SC-M混層礦物+地開石±黑云母+石英±玉髓+黃鐵礦。此段C-M混層礦物+SC-M混層礦物+石英+綠簾石+白鈦石+黑云母±黃銅礦+黃鐵礦+方解石。此段突出特點(diǎn)是開始出現(xiàn)綠簾石、黑云母組合,指示蝕變等級(jí)增高,C-M混層礦物逐漸增多,硅化增強(qiáng),特別是從378m開始,巖石變?yōu)闇\綠-暗綠色。由于硅化,巖石變得致密堅(jiān)硬。更應(yīng)注意的是,井底巖芯樣品碎裂結(jié)構(gòu)發(fā)育,C-M混層礦物增多,I-M混層礦物晶粒增大,巖石石變得不太堅(jiān)硬,蝕變強(qiáng)度高,I-M混層礦物中的伊利石混層比增加,即K2O2含量增加。這一切說(shuō)明,深處有望鉆及到蝕變等級(jí)更高的巖石。4熱田的地球化學(xué)環(huán)境研究水熱蝕變的特征及其分布規(guī)律的目的,主要為推測(cè)熱汽體、溫度場(chǎng)尋找熱流體通道、分析熱儲(chǔ)層巖的孔(裂)隙發(fā)育程度,根據(jù)蝕變礦物組合判斷深部化學(xué)環(huán)境、研究地下水化學(xué)遷移和富集,對(duì)于研究開發(fā)條件有著重要的意義。從羊易熱田的地表和熱儲(chǔ)層中的水熱蝕變分布特征來(lái)看,其溫度場(chǎng)從北西向南東逐漸降低,反之則增高。ZK500-ZK400-ZK300一線接近于南北向熱流體的強(qiáng)逕流帶來(lái)。根據(jù)礦物形成的條件可推測(cè)熱流體的溫度在260℃以上。在東西方向上從ZK500-ZK501,其溫度均從西向東逐漸降低,反之則升高。從熱田的水熱蝕變的分布特征,它指示不同條件的地球化學(xué)環(huán)境。一般水熱溶液在強(qiáng)酸-酸性條件下,二氧化硅礦物便于形成,在強(qiáng)酸的作用下,鈉明礬石便于形成,在酸性條件下,高嶺石、葉臘石開始生成,在弱酸性-中性的條件下,蒙脫石、綠泥石、綠云母便于形成,在中性-弱酸性條件下,沸石類礦物、鈉長(zhǎng)石、冰長(zhǎng)石便于形成。因此,熱田地球化學(xué)環(huán)境是從北西向南東、從西向東,呈現(xiàn)出了強(qiáng)酸-酸性、中性-弱堿條件下轉(zhuǎn)化。在ZK501,ZK401,ZK301,ZK200鉆孔一線熱儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)了大量的磁黃鐵礦,蝕變粘土膠結(jié)物,在該線南端有減少的趨勢(shì)。因此,該線附近(可能靠東邊),巖層滲透性較差。熱流體的運(yùn)動(dòng)受到了阻礙作用,所以在大致同一個(gè)水平面上的,ZK101的溫度就顯極低。5地表下流體包裹體1)構(gòu)造斷裂決定了本地區(qū)水熱蝕變模式,現(xiàn)代水熱活動(dòng)主要受北東向3組斷裂控制。2)地表熱顯示主要受北東向3組斷裂控制。本區(qū)蝕變礦物主要為粘土礦物和SiO2礦物。地表蝕變分帶,由于受次一級(jí)斷裂控制,出現(xiàn)幾個(gè)中心,F7和F8之間出現(xiàn)大片酸蝕地面。3)地表以下蝕變垂直分帶明顯。隨著鉆孔深度增加,出現(xiàn)4種水熱礦物組合:鈣蒙脫石+蛋白石,高嶺石+玉髓,I-M混層礦物+地開石+石英,C-M混層礦物+綠簾石+黑云母。4)流體包裹體,見于ZK301孔230~320