青海共和盆地温泉分布规律研究

青海共和盆地温泉分布规律研究

未来清洁的新能源。它是一种广泛埋在距地面2.6公里，温度为150400c的热岩体。干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类岩体中,较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。一般干热岩上覆盖有沉积岩或土等隔热层。判断某地方是否干热岩存在的潜力,最明显的标志是看地温梯度是否有异常,或地下一定深处(2000~5000m)温度是否达到150℃以上。共和县所在地恰卜恰镇地热勘查中,2007年利用可控源音频大地电磁测深推断出上塔买—阿乙亥受2组断裂控制的拉分盆地,在拟定的钻孔(R1)位于井深1200m,钻探打出青海省第一口水温高、水量大、水质优的地热井。同样在县城附近,另一处地热孔(QR1),孔内虽有较高温度和地温梯度异常,孔底还见花岗岩,但井口出水温度低、水量小。进一步综合分析共和盆地以往地质、地球物理提供的信息,认为在地质构造、水热活动方面有其独特之处,同时,石油地震和重力资料解释在恰卜恰镇也存在矛盾。结合地热孔见花岗岩的事实,证实地震推断基底斜坡界面是客观的,且与2009年地热勘查可控源音频大地电磁测深推断基底形态和深度相近,由此认为,重力低是由花岗岩所引起,不存在重力推断的共和凹陷,加之又有高温、高地温梯度的地热异常存在。将这些各自孤立的线索联系起来分析,不但可以解释一些矛盾现象,还可认为其具备判断干热岩存在的标志,引起对存在干热岩可能性探讨。1积极构造环境的演化共和盆地处于昆仑山脉与秦岭山脉之间,为一个呈NWW向展布的菱形山间盆地。大地构造单元属于秦祁昆断褶系东昆仑、西秦岭造山带接合部位,但在地质构造、岩浆作用、地貌特征上又有别于秦岭、昆仑造山带,以独特形式表现出来,传统称之为“共和缺口”。按地质力学划分,属昆仑—秦岭纬向构造带与河西系构造复合部位的沉降带。按板块构造观点称之为中央造山带“秦昆岔口”。共和盆地是新近纪初形成的断陷盆地,四周被断褶带隆起山地围限,北侧是青海南山断褶隆起带,南侧是河卡南山断褶隆起带,西为鄂拉山构造岩浆岩带,东为瓦里贡山构造岩浆岩带。共和盆地周边均受山前深大断裂的控制,挽近期构造活动强烈,山体隆升,盆地大幅度下降,沉积了较厚的第四系冲洪积、河湖相堆积物和新近系湖相堆积物,上部为砖红色泥岩、砂质泥岩互层,下部为褐红色砂质泥岩夹砂砾岩。仅在盆地南部边缘局部有侏罗系羊曲组出露,岩性为灰绿、灰白色砂岩、砾岩夹煤线的泥岩组成。三叠系广泛出露在盆地周边隆起区和组成盆地基底,下、中、上三统具全,下、中统为海相,上统为陆相。侵入岩主要是印支—燕山期,以花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩和斑状花岗岩等为主,侵入于中、下三叠系。由三叠系和印支—燕山期中酸性岩体构成褶皱基底。盆地内发育有三级湖相阶地和多级黄河阶地,说明中更新世以来,盆地随青藏高原隆升一直处于间歇性抬升状态。2盆地及周边加热2.1区域地质构造背景在盆地东西两侧形成两条近南北向构造岩浆岩隆起带,也是两条活动断裂带和温泉密集分布带,夹持在NWW向东昆仑、西秦岭两条主边界断裂之间。盆地西侧构造岩浆岩带在鄂拉山沿乌兰—兴海温泉一线分布,全长180km,以三叠系鄂拉山群火山岩和印支—燕山期中酸性岩体构成山体主体,岩体长轴多呈NNW向,三叠系火山岩也呈NNW向展布。并由一系列不连续断裂组成,断裂带总体走向340°,其中以瓦洪山断裂贯穿南北,断裂显示强烈的挤压现象,呈现出50~100m宽的挤压破碎带,断裂顺扭运动、深切地壳、多期活动,且以晚第四纪新构造活动较强烈。沿断裂分布有乌兰巴硬格里温泉(温度/编号:42.5℃/1),兴海青根河温泉(30.0℃)、青根河SE9公里温泉(62℃/2)、兴海温泉(61℃/3)等。东侧瓦里贡山构造岩浆带沿当家寺—过马营—多禾茂一线分布,构造岩浆岩带为西秦岭印支造山带褶皱基底,侵入岩为印支—燕山期,并有多禾茂、当家寺、群强隐伏断裂沿过马营—瓦里贡山隆起带呈NNW向展布贯穿南北,沿这组断裂形成的南北向带状盆地还有白垩纪基性火山岩分布。此带亦形成一条温泉密集分布带,由北往南有贵德曲乃亥温泉(86℃/6)、贵德扎仓寺温泉(93.5℃/7,超过当地沸点),贵德新街温泉(64℃/8)、同仁兰采温泉(69℃/9)、同仁曲库呼温泉(48.5℃/10)等(图1)。上述两条构造岩浆岩带中断裂切割较深,晚第四纪新构造活动较强,为深部热流体对流运移提供了良好的通道,形成纵贯西秦岭西端南北向地热带。西秦岭东端天水—武都南北构造带,分隔秦岭为东、西两段,同样存在温泉按南北向成带分布的现象。2.2拉分盆地与水岸盆地如图1、表1所示,共和盆地内温泉有2处,仍呈近SN向分布,其一是恰卜恰镇附近恰卜恰河与阿乙亥沟交汇的上塔买—阿乙亥地段,在新近系中发育有NWW与NNE向两组断裂组成的拉分盆地(图2),面积约25km2,有多处泉眼(水温29.5~32℃/4),多呈NWW、NNE向线状散布。另一处是贵南县芒拉河与黄河龙羊峡汇合处的拉干温泉(水温38℃/5),热水从黄河一级阶地前缘陡坎下冲积砂砾层与新近系砂泥岩的接触面上涌出。由上可见,断裂对流型地下热水,从基岩断裂、裂隙通道中流出的一般温度偏高,从盆地内松散层孔隙裂隙中流出的,因浅层水混入一般温度偏低。2.3热价计算及井体据钻孔揭露,共和县恰卜恰镇300m左右第四系含水层水温较正常井普遍高10℃,水井测温新水1、2号井水温27℃,3号井水温31℃,4号井290m处水温高达38.6℃,这些地热异常井多是沿隐伏断裂带展布,且这些井水量丰富,单井涌水量2000~4000m3/d。上塔买—阿乙亥地段克才村农田供水勘探CK9孔,井深246m,揭露出赋存在新近系粉细砂岩热储层的自流热水,测得水温42℃,地温梯度值达7.5℃/l00m。1999年恰卜恰镇民族师院北侧恰卜恰河西岸Ⅲ级阶地施工的探采结合地热井(QR1)孔深969m,揭穿第四系532m,岩性为下更新统亚粘土、亚砂土夹中砂砾石、含砾砂层及粉细砂层,218m以上颗粒较粗,以下颗粒变细;532~932.16m为新近系砖红色、褐红色砂质泥岩与泥岩互层,下部夹有两层微胶结的砂砾岩;932.16~969.00m为花岗岩,风化壳厚12.5m。该井测温曲线见图3,在925m井温66.8℃,969m井底实测温度70℃,井中温度随着井深的增加而线性增高,是地热传导型热流增温特征。全井平均地温梯度为6.09℃/100m,井底地温梯度为7.0℃/100m。该地热井井口水温仅40℃,涌水量458m3/d。2006年在上塔买—阿乙亥地段,据可控源音频大地电磁测深推断拉分盆地西北角两组断裂交汇部位打成的R1地热勘探井,井深1203.48m,0~583m为第四系亚粘土、亚砂土及粉细砂、中粗砂地层;583~1203.48m为新近系泥岩、砂质泥岩及粉细砂岩、中砂岩及含砾中粗砂岩地层。热储盖层厚697m,揭露深部热储段为697~1150m,含水层厚98.4m,岩性为新近系上、中新统粉细砂岩、中砂岩及含砾中粗砂岩。经抽水试验,降深37.22m,涌水量1136mL/d,井口水温达72.5℃。并含有较多特殊离子和放射性元素,其中氟(F)、偏硼酸(BO2)、偏硅酸(H2SiO2)及镭(Ra)含量均已达到和超过医疗热矿水命名浓度,可命名为氟水、硼水、硅水及放射性水。同时,热水中F、SiO2、Ra等含量增高亦说明与花岗岩有关。据R1测井温度曲线资料(图3)分析,从井深200m至300m,温度从30℃剧增到40℃,为盆地盖层段;从井深300m至1150m,递增到74℃,测温曲线为向上凸的曲线型,属盆地传导型层状热储与断裂通道对流型热储迭加段,1203m井底测温剧增到83℃。平均地热温率6.36℃/100m。由上述钻孔测温可见,在该区地温场高、地温梯度大的共同特点。当钻孔布在构造有利部位,水量大、水温高如R1号地热井,在断裂不发育的情况下如QR1号地热井,只靠地层岩性储热和导水,致使出口水温低和水量偏小。但QR1号井地温梯度高于R1号井,QR1号井处在县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基底认识和反射波基本情况共和盆地石油系统在20世纪90年代中期进行了大量地球物理勘查,据石油物探资料分析,共和盆地为两坳夹一隆的构造格局。两坳为塘格木坳陷和贵德坳陷,中间被黄河隆起分隔,黄河隆起沿黄河分布。共和县恰卜恰镇处在塘格木坳陷与黄河隆起间的斜坡带,塘格木坳陷基底埋深2000~6500m,黄河凸起基底埋深小于1500m。引起重视的是在共和盆地县城恰卜恰镇北侧由地震给出的基底形态与重力反映基底不同,地震给出的基底界面为一西深东浅的斜坡,而重力是一椭圆形重力低(图4),反演为一凹陷,深度3000~4000m,称为共和凹陷。1999年恰卜恰地热探采井(QR1)在932.16~969.00m终孔见花岗岩。地球物理解释矛盾结合钻孔资料分析,认为地震反射资料推断界面形态和深度是客观的,且与可控源音频大地电磁测深推断结果一致,不存在新生界局部凹陷。地震推断基底反射波的形成主要取决于基底与盖层间波阻抗的差异,而受基底反射层影响不大。而重力异常是盖层和基底的综合反映,有更多基底深部的信息,据此认为椭圆形重力低为盖层下部组成基底的花岗岩引起。由该区物性资料可知,三叠系密度在2.64×103~2.70×103kg/m3,平均为2.67×103kg/m3,花岗岩密度变化在2.56×103~2.63×103kg/m3,取平均为2.59×103kg/m3,由此看来,花岗岩与三叠系围岩间有0.08×103kg/m3密度差,而在重力反演基底深度时,一般只考虑盖层和基底之间的密度差,而忽略基底内密度横向不均匀性变化,致使推断出“共和凹陷”。3.2地电类型及储层2007年在恰卜恰镇CSAMT勘查发现上塔买—阿乙亥拉分盆地打出R1地热井后,2009年又在城区及其北部开展了可控源音频大地电磁测深勘查工作。完成剖面8条,1~7剖面EW方向平行区域构造和地层走向,8剖面SN向与其垂直。其中3、4、5剖面中段和8剖面南段位于城区,受电磁干扰严重,在电磁测深曲线类型图中曲线杂乱,二维连续反演和一维单点分层反演资料不可靠,未能利用。为说明基底形态和性质,仅附城北2.5km处EW向7剖面一条,长5km(图5)。从8条剖面电阻率断面电性层共同特征来看,在正常情况下,电性层反映地层呈近水平层状连续性较好,地电类型基本相同,以QH型四层电性结构为主。电阻率断面浅部第一电性层,电阻率断面浅部第一电性层对应地电类型的前支极大值部分,电阻率高(250Ω·m)、低(10Ω·m)相间变化较大,合并为一层,为第四系浅部潮湿黄土和中部砂砾卵石夹中粗砂、粉细砂,厚度在100~200m。第二电性层为次低阻,电阻率15~25Ω·m,厚度为200~300m,对应地电类型Q部分,为第四系中下更新统共和组冲湖积相地层,岩性为灰绿色、黄褐色、深灰色亚砂土、亚粘土夹粉细砂、中粗砂及砂砾石层,中粗砂及砂砾石层为承压含水层,该层与下伏新近系电性相近,不易区分。第三电性层为低阻,对应地电类型H部分,电阻率5~15Ω·m,厚度450~850m,为新近系的反映,岩性为褐红色砂质泥岩夹砂砾岩、微胶结,可形成层状热储,只要有足够的厚度和稳定层位就是可利用的热储层。第四电性层为下部高阻电性层,对应地电曲线类型的尾支,电阻率100~500Ω·m,为基底中酸性岩体和三叠系砂岩及板岩为主夹灰岩地层的反映,并且中酸性岩体较三叠系有偏高的电阻率,总的来看基底深度在1200~1400m之间变化。共和盆地恰卜恰地区地热地质条件通过可控源音频大地电磁测深多条剖面勘查,处在西深东浅的斜坡地带,推测基底岩性为印支—燕山期中酸性岩体和三叠系碎屑岩、碳酸盐岩。上覆第四系为热储盖层,厚度500~600m,横向变化稳定,其下新近系泥岩和砂砾岩层,埋深600~1400m间,可构成盆地型层状热储层。基底中酸性岩体是地壳浅部热源。中酸性岩体表层可形成风化壳热储。但新生界层状热储层埋深和厚度不大,细颗粒泥岩较多,限制了热储温度、也影响水量。因此,QR1孔虽孔底有较高温度,但出水量不大和水温不高。4热储及构造意义(1)共和盆地为一新生代断陷盆地,具有盆地传导型兼断裂对流型良好热储地热地质背景,与其东、西两侧构造岩浆带断裂型地热分布构成秦昆接合部南北向地热带。(2)通过CSAMT勘查,共和盆地恰卜恰地区处在西深东浅的黄河隆起向塘格木坳陷过渡的斜坡地带,基底埋深1200~1400m,推测基底岩性为印支—燕山期中酸性岩体和三叠系碎屑岩、碳酸盐岩。上伏第四系为热储盖层,厚度可达530~600m,其下新近系细砂岩和砂砾岩为热储层,埋深600~1400m,可构成盆地型层状热储。(3)钻孔测温,在该区具有地温场高、地温梯度大的特点,当地热井打在构造有利部位,水量大、水温高(R1号地热井),在断裂不发育的情况下,地热井(QR1)只靠地层岩性储热和导水,出口水温和水量受热储层所在部位控制,水温偏低、水量偏小。井中测温曲线可区分地下热流传递类型