青海共和青海共和貴德盆地增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(干熱巖)地質(zhì)地球物理特征

青海共和青海共和貴德盆地增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(干熱巖)地質(zhì)地球物理特征

從1999年到2011年，共和國(guó)-貴德盆地的熱水井超過或近1000米。三個(gè)人在39、100和219m處挖了三個(gè)孔。在加熱和泵送試驗(yàn)中，花崗巖沒有熱水，平井有10多眼，水溫為6.7100米。干熱巖是未來清潔的新能源。判斷是否有干熱巖存在,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)溫度能否達(dá)到150℃以上,以及侵入巖成巖時(shí)代是否較晚,這些條件在該區(qū)已基本具備。目前探討存在干熱巖地區(qū)的文章中,能符合條件,揭示巖體熱狀態(tài)、熱參數(shù)資料的不多。文獻(xiàn)探討了共和盆地存在干熱巖,近兩年在該地區(qū)又實(shí)施2個(gè)見花崗巖深鉆孔,進(jìn)一步證實(shí)了熱巖體的存在。綜合分析共和—貴德盆地以往地質(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。用石油重力解釋資料、地?zé)峥辈榭煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深以及石油地震勘探幾種方法,推斷的基底形態(tài)和深度不符,結(jié)合地?zé)峥滓娀◢弾r的事實(shí),證實(shí)可控源音頻大地電磁測(cè)深、地震勘探推斷基底界面比較接近,由此認(rèn)為,重力低由盆地和花崗巖共同引起,不存在石油重力推斷盆地中的次凹陷。新型能源干熱巖的提出和利用,在國(guó)內(nèi)尚屬起步和探索階段,是地球物理方法勘查地?zé)岬那把?。因?在結(jié)合近兩年勘查結(jié)果和以往地質(zhì)、地球物理資料綜合分析的基礎(chǔ)上,探討增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(干熱巖)存在的地質(zhì)—地球物理標(biāo)志,可為找干熱巖提供更多深部熱巖體的信息。1巖石學(xué)和礦物學(xué)特征共和—貴德盆地處于昆侖山脈與秦嶺山脈之間,為一個(gè)總體呈北西西向展布的菱形山間盆地。大地構(gòu)造單元屬于東昆侖、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,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)合的沉降帶,板塊構(gòu)造觀點(diǎn)稱之為中央造山帶“秦昆岔口”。共和—貴德盆地是古近系初形成的斷陷盆地,四周被斷褶帶隆起山地圍限,北側(cè)是青海南山、拉雞山斷褶隆起帶、南側(cè)是河卡南山、巴吉山斷褶隆起帶、西為鄂拉山構(gòu)造巖漿巖帶、東為扎馬山斷褶隆起帶,中間被瓦里貢山構(gòu)造巖漿巖隆起帶分隔出共和、貴德兩盆地。共和—貴德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(Q)沖洪積、河湖相堆積物和新、古近系(N)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(J2y)出露,巖性為灰綠、灰白色砂巖、礫巖夾煤線的泥巖組成。盆地東部邊緣還有白堊紀(jì)基性火山熔巖沿多禾茂斷裂呈南北向分布。三疊系(T)廣泛出露于盆地周邊的隆起帶處,盆地的基底是由三疊系地層組成,三疊系下、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。由三疊系和燕山期中酸性巖體構(gòu)成褶皺基底。盆地內(nèi)發(fā)育三級(jí)湖相階地和多級(jí)黃河階地,說明隨青藏高原隆升,盆地一直處于間歇性抬升狀態(tài)。2盆地山地?zé)犸@示2.1區(qū)域地質(zhì)分布共和—貴德盆地東西兩側(cè)和中間形成三條近南北向構(gòu)造巖漿巖隆起帶,也是三條右行走滑活動(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(圖1)。盆地西側(cè)構(gòu)造巖漿巖帶在鄂拉山沿烏蘭—興海一線分布,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)軸和三疊系火山巖多呈NNW向,并由一系列斷裂平行展布,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寬的斷裂擠壓破碎帶,且多期活動(dòng),以第四紀(jì)新構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈。沿?cái)嗔逊植加袨跆m巴硬格里溫泉(42.5℃/1),興海青根河溫泉(30℃)青根河?xùn)|南9km溫泉(62℃/2)、興海溫泉(61℃/3)等。中間瓦里貢山構(gòu)造巖漿帶沿當(dāng)家寺—過馬營(yíng)一線分布,中酸性侵入巖為燕山期。當(dāng)家寺—群強(qiáng)隱伏斷裂帶沿瓦里貢山隆起帶呈NNW向展布,貫穿南北,沿此構(gòu)造巖漿帶分布的溫泉溫度最高,由北往南有曲乃亥溫泉(86℃/6),扎倉(cāng)寺溫泉(93.5℃/7,超過當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)92℃為沸泉),新街溫泉(64℃/8)。東側(cè)是扎馬山構(gòu)造巖漿帶,屬西秦嶺印支造山帶以三疊系和燕山期花崗巖為基底,并有崗察寺—多禾茂斷裂貫穿南北,沿南北向多禾茂斷裂還有白堊紀(jì)基性火山熔巖呈帶狀分布。溫泉分布有同仁蘭采溫泉(67℃/9)、同仁曲庫(kù)呼溫泉(48.5℃/10)和西卜沙溫泉(44℃/11)等。上述構(gòu)造巖漿巖帶中斷裂切割較深,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—東昆侖南北向地?zé)釒А?.2熱井激發(fā)試驗(yàn)研究共和縣城附近鉆孔揭露,300m左右第四系含水層水溫較正常井普遍增高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＞嘌仉[伏斷裂帶展布,水量豐富,單井涌水量2000~4000m3/d。上他買—阿乙亥地段克才村農(nóng)田供水CK9孔,井深246m,揭露出賦存在新近系粉細(xì)砂巖熱儲(chǔ)層自流熱水,水溫42℃,地溫梯度值達(dá)7.5℃/100m(圖2)。1999年,共和縣城民族師院施工的地?zé)峋?QR1),孔深969m。532m段,第四系巖性為亞黏土、亞砂土夾中砂礫石、含礫砂層及粉細(xì)砂層;在532~932.16m段,巖性為新近系磚紅色、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;932.16~969m段,巖性為花崗巖,風(fēng)化殼厚12.5m。井底實(shí)測(cè)溫度70℃,全井平均地溫梯度為6.79℃/100m,井口水溫僅40℃,涌水量458m3/d。2007年在共和縣上他買—阿乙亥打成的R1地?zé)峋?井深1203.48m,0~583m段為第四系亞黏土、亞砂土及粉細(xì)砂、中粗砂地層,583~1203.48m段為新近系泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉細(xì)砂巖、中砂巖及含礫中粗砂巖。揭露深部熱儲(chǔ)段為697~1150m,含水層厚98.4m,巖性為新近系粉細(xì)砂巖、中砂巖及含礫中粗砂巖。經(jīng)抽水試驗(yàn),涌水量1136m3/d,井口水溫達(dá)72.5℃,井底測(cè)溫到83℃。平均地?zé)釡芈适?.36℃/100m。2011年又在上塔買—阿乙亥施工DR1地?zé)峥?孔深1455m,在1354m進(jìn)出花崗巖。0~55m段是第四系全新世沖洪積物,主要為砂礫卵石、亞砂土,55~610m段為第四系早更新世亞黏土、砂巖等,610~1354m段為古近系地層,巖性主要為泥巖、砂巖,1354~1454m段為花崗巖,該孔孔底溫度87℃,井口水溫82℃,涌水量800m3/d。貴德三河地區(qū)自流水勘探中,鉆孔控制深度200~400m,最深達(dá)603m。承壓自流水含水層頂板埋深在NNW向甘家溝—西河斷裂以東地段一般50~70m,以西地段30~50m,隔水層巖性為新近系上新統(tǒng)(N2)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖。含水層巖性為新近系上新統(tǒng)中砂、中粗砂、砂礫石薄層及透鏡體,下部為中新統(tǒng)砂巖、砂礫巖薄層及透鏡體,部分鉆孔熱異常特征見表1。2000年在貴德溫泉賓館打地?zé)峋?井深1000.2m,在600m以上進(jìn)行了封井止水,井口自流量為50m3/d,測(cè)得井底溫度71℃,井口水溫為50℃,由于水量小沒有成井。2010年在貴德縣河濱公園施工R2號(hào)地?zé)峋?終孔深度1709.56m,1490.55m進(jìn)入花崗巖,埋深在608.50~1594.7m,熱儲(chǔ)段厚度為986.2m,巖性為古近系棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥夾中砂和粉細(xì)砂,下部為花崗巖破碎帶。井底溫度為97℃,經(jīng)試水在608.5~1594.7m之間的熱儲(chǔ)帶有熱無水。由上述鉆孔測(cè)溫可見,在該區(qū)地溫場(chǎng)高、地溫梯度大是共同特點(diǎn)。當(dāng)鉆孔打在構(gòu)造有利部位,水量大,水溫高,而打在斷裂不發(fā)育的部位,只靠地層巖性儲(chǔ)熱和導(dǎo)水,就會(huì)出現(xiàn)出口水溫低和水量偏小。3地球物理信息的起源和性質(zhì)3.1反演基底深度20世紀(jì)90年代中期,石油系統(tǒng)在共和—貴德盆地進(jìn)行了大量地球物理勘查,據(jù)石油重力資料,共和盆地在共和縣城附近是一橢園形重力低(圖3),反演基底深度3000~4000m,稱為“共和凹陷”。另?yè)?jù)地震勘探資料給出的基底界面為一西深東淺的斜坡,基底埋深小于1500m。貴德盆地重力反演基底深度﹥3000m,與可控源音頻大地電磁測(cè)深和鉆探結(jié)果也不符,究其原因是重力反演基底深度時(shí)只考慮蓋層和基底之間的密度差,按單一密度界面反演,而忽略了基底內(nèi)花崗巖存在低密度影響的橫向不均勻性,致使推斷基底偏深。這也表明,單一物探方法反演解釋存在多解性。3.2南部低緩磁異常區(qū)區(qū)內(nèi)航磁異常呈2個(gè)NWW向帶:北部是拉雞山古生代裂古型基性—超基性巖引起的強(qiáng)磁異常,幅值100~200nT;南部是低緩磁異常帶沿共和、貴德、同仁呈NWW向,同仁北部隆起區(qū)磁異常幅值(40nT)高于共和、貴德盆地磁異常(20nT)。據(jù)此磁異常分布特征,認(rèn)為低緩磁異常反映出的隱伏磁性體與同仁北部出露的燕山期花崗巖一致,這已被盆地地?zé)徙@孔見花崗巖所證實(shí)。此花崗巖帶與西秦嶺北緣一系列具有中弱磁性花崗巖相當(dāng)(圖4)。3.3熱儲(chǔ)沉積特征(1)在共和縣城附近,布設(shè)了多條可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)剖面,這些剖面處在西深東淺的斜坡地帶上(圖5),推測(cè)基底巖性為燕山期中酸性巖體和三疊系碎屑巖、碳酸鹽巖。上覆第四系地層為熱儲(chǔ)蓋層,厚度500~600m,橫向變化穩(wěn)定,其下古、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。下部高阻電性層,電阻率200~500Ω·m,為基底的反映,并且中酸性巖體較三疊系有偏高的電阻率,總的來看基底深度在1000~1400m之間變化。基底中酸性巖體是地殼淺部熱源不含水。但新生界層狀熱儲(chǔ)層埋深和厚度不均,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,在淺部?jī)?chǔ)層中出水量不大和水溫不高。(2)在貴德縣城附近,布設(shè)11條CSAMT電阻率斷面,探測(cè)結(jié)果顯示,電性層反映地層呈近水平層狀連續(xù)分布并有錯(cuò)斷、厚薄變化的特征,可劃分出5層電性層,測(cè)深曲線類型呈QHA型,以通過河濱公園地?zé)峥碧娇?R2)的CSAMT東西向1剖面反演電阻率曲線(圖6)為例,與已知鉆孔(R2)進(jìn)行對(duì)比分析。第一電性層為第四系(Q)沖洪積砂礫卵石層和現(xiàn)代河床及沖洪積階地。第二電性層對(duì)應(yīng)新近系上部貴德組(N2)為泥巖、粉砂巖、砂巖與砂礫巖互層。局部出現(xiàn)電阻率增高,反映地層中粗顆粒成分相對(duì)增多是淺部熱儲(chǔ)層特征。第三電性層為H型曲線極小值部位的低阻電性層,電阻率4~9Ω·m,厚度變化在400~500m,電性層橫向變化穩(wěn)定分布連續(xù),是新近系中新統(tǒng)西寧組(N1)河湖相沉積地層,以紫紅色泥巖為主,是很好的隔水蓋層。第四電性層為A型曲線抬升過度部位,其電阻率橫向連續(xù)穩(wěn)定變化,由上向下電阻率呈增高趨勢(shì)(10~200Ω·m),為古近系(E)山麓相—河湖相堆積地層,通過鉆孔對(duì)比可用200Ω·m作為劃分基底和儲(chǔ)、蓋層的界線。第五電性層為A型曲線尾支高阻基底,電阻率大于200Ω·m,埋深在1500~2000m未見底,由燕山期花崗巖或三疊系(T)砂巖、板巖等組成貴德盆地基底,進(jìn)入花崗巖的R2孔,有熱無水。3.4全磁電綜合地球物理指標(biāo)在上述重磁電勘查結(jié)果基礎(chǔ)上,結(jié)合區(qū)內(nèi)物性參數(shù)特征,采用正反演結(jié)合分析方法,探究隱伏熱巖體的地球物理標(biāo)志。4研究礦巖類型及標(biāo)準(zhǔn)(1)共和—貴德盆地為一新生代斷陷盆,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)共和—貴德盆地當(dāng)?shù)責(zé)峋蛟跇?gòu)造有利部位,水量大,水溫高(R1、DR1號(hào)地?zé)峋?,在斷裂不發(fā)育的情況下,地?zé)峋?QR1、R2)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、水量偏小或者不含水。(3)共和—貴德盆地具有地溫場(chǎng)高、地溫梯度大、花崗巖不含水的特點(diǎn)。該區(qū)地溫梯度是正常地殼的2倍,屬地?zé)岙惓^(qū),熱源可認(rèn)為與花崗巖有關(guān),并有1000~1500m蓋層保溫,按地溫梯度6~7℃/100m計(jì)算,井深3000m溫度可達(dá)150~200℃,由此認(rèn)為,共和—貴德盆地存在增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(干熱巖)。(4)共和—貴德盆地隱伏熱巖體具有時(shí)代較新(燕山期),巖石中鈾、釷、鉀豐度高,生熱率高的特點(diǎn),致使殼內(nèi)熱流對(duì)大地?zé)崃饔休^大供獻(xiàn),并且花崗巖巖體具有低密度、高電阻、中—弱磁性特征,是勘查干熱巖的地球物理標(biāo)志。(5)勘查隱伏熱巖體,如同找隱伏礦,應(yīng)采用多種物探方法有效組合,綜合解釋,避免單一方法解釋的多