青海共和盆地地熱資源分布特征兼述CSAM T在地熱勘查中的作用

  “青海共和盆地第一口高溫度、大水量、低礦化度的地熱井成功出水”的消息,在2007年新聞媒體已做報道。該井勘探孔深1200m,探明700～ 1200m間具有良好的熱儲部位。井水溫度72℃ , 日出水量達1136m3 ,礦化度1. 406g /L, pH值為8. 43,屬重碳酸氯化物— 鈉型水,是省內第一口質(zhì)優(yōu)的地熱井,具有廣泛的利用空間和較高的經(jīng)濟價(jià)值。

 

  回顧該地熱井井位的確定,進(jìn)行了可控源音頻大地電磁測深( CSAM T) ,探明控熱地質(zhì)構造為該地熱井成功提供了條件。本文在可控源音頻大地電磁測深結果的基礎上,結合區域地熱地質(zhì)背景分析,探討了共和盆地地熱形成條件,揭示了共和盆地具備賦存大型地熱田的可能,很有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)價(jià)值。

 

  1 區域地熱地質(zhì)背景

 

  共和盆地處于昆侖山脈與秦嶺山脈之間,為一個(gè)呈NW向展布的菱形山間盆地。大地構造單元屬于秦祁昆斷褶系的東昆侖、西秦嶺造山帶接合部位,但在地質(zhì)構造、巖漿作用、地貌特征上又有別于秦嶺、昆侖造山帶,以獨特形式表現出來(lái),傳統稱(chēng)之為“共和缺口” [1 ]。按地質(zhì)力學(xué)劃分,屬昆侖 秦嶺緯向構造帶與河西系構造復合部位的沉降帶。按板塊構造觀(guān)點(diǎn)稱(chēng)為中央造山帶“秦昆岔口” [2 ]。

 

  共和盆地是第三紀初形成的斷陷盆地,其四周被斷褶帶隆起山地圍限,北側是青海南山斷褶隆起帶、南側是河卡南山斷褶隆起帶、西為鄂拉山構造巖漿帶、東為瓦里貢山構造巖漿帶。

 

  共和盆地周邊均受山前深大斷裂的控制,挽近期構造活動(dòng)強烈,山體隆升,盆地大幅度下降,沉積了較厚的第四系( Q)沖洪積、沖湖積堆積物和第三系( R)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、灰綠、灰白色砂巖、礫巖,夾煤線(xiàn)的泥巖組成。三疊系( T)廣泛出露在盆地周邊隆起區和組成盆地基底,下、中、上三統俱全,其中下、中統為海相、上統為陸相。

 

  侵入巖主要是印支— 燕山期,以花崗巖、花崗閃長(cháng)巖、石英閃長(cháng)巖和斑狀花崗巖等,侵入于中、下三疊系。由三疊系和印支— 燕山期中酸性巖體構成褶皺基底。

 

  據石油物探資料分析,共和盆地為兩坳夾一隆的構造格局,即兩坳為塘格木坳陷和貴德坳陷中間被過(guò)馬營(yíng)隆起分隔。貴德坳陷據重力反演基底深度大于4500m,塘格木坳陷又由三凹兩凸等次級構造單元組成,黃河凸起沿黃河分布,構成切吉凹陷和貴南凹陷分界。茶卡凹陷與切吉凹陷間為祁家凸起。

 

  共和縣恰卜恰鎮處在塘格木坳陷切吉凹陷與黃河凸起間的斜坡帶上,切吉凹陷基底埋深2000～6500m,黃河凸起基底埋深小于1500m。據切吉凹陷石油共參1井錄井資料揭示,井深5020m全為第三系,盆地內侏羅、白堊系缺失。

 

  盆地內發(fā)育有三級湖相階地和多級黃河階地,說(shuō)明中- 更新世以來(lái),隨青藏高原隆升盆地一直處于間歇性抬升狀態(tài)。

 

  2 盆地及周邊地熱資源

 

  2. 1 斷裂對流型地下熱水

 

  在盆地東西兩側形成兩條近SN 向構造巖漿隆起帶,也是兩條斷裂帶和溫泉分布帶,夾持在NWW向東昆侖、西秦嶺兩條主邊界斷裂之間。

 

  盆地西側構造巖漿帶在鄂拉山沿烏蘭— 溫泉一線(xiàn)分布,全長(cháng)180 km,以三疊系鄂拉山群火山巖和印支— 燕山期中酸性巖體構成山體主體,巖體長(cháng)軸及火山巖呈近SN向展布。區內由一系列不連續斷裂組成斷裂構造帶,總體走向NW20°。其中以瓦洪山斷裂貫穿南北,斷裂顯示強烈的擠壓現象, 呈現出50～ 100m 寬的擠壓破碎帶, 斷裂順扭運動(dòng)、深切地殼、多期活動(dòng),且以晚第四紀新構造活動(dòng)較強。沿斷裂分布溫泉有烏蘭巴硬格里( 42. 5℃ )、興海青根河( 30℃ )、青根河南東9 km( 62℃ )、興海溫泉( 61℃ )等。在鄂拉山西緣還有都蘭熱水鄉( 85℃ )、都蘭夏哈日鄉( 70℃ )溫泉。盆地東側瓦里貢山構造巖漿帶沿當家寺— 過(guò)馬營(yíng)— 多和茂一線(xiàn)分布,該帶為西秦嶺印支造山帶褶皺基底,侵入巖為印支— 燕山期,其中當家寺巖體呈SN向分布,并有多禾茂斷裂、當家寺群強隱伏斷裂沿過(guò)馬營(yíng)— 瓦里貢山隆起帶呈NNW向展布貫穿南北,沿這組斷裂形成的帶狀盆地還有下白堊系基性火山巖。

 

  為此,該帶形成了一條由北往南的溫泉分布帶,即貴德曲乃亥溫泉( 86℃ )、貴德扎倉寺溫泉(水溫75℃～93℃ )、貴德新街溫泉( 64℃ )、同仁蘭采溫泉( 67℃ )、同仁曲庫呼溫泉( 48. 5℃ )等。

 

  上述兩條構造巖漿帶斷裂切割較深,晚第四紀新構造活動(dòng)較強烈,為深部熱流體對流和傳導運移提供了良好的通道,形成橫貫西秦嶺西端SN 向地熱帶。

 

  在西秦嶺東端天水— 武都SN 構造帶,分隔秦嶺為東、西段,也是青藏高原東緣邊界,同樣存在溫泉成帶按SN分布的格局,另在西藏高溫地熱系統仍沿三條近SN向活動(dòng)帶分布,這也是青藏高原地熱系統分布的一大特點(diǎn)。

 

  2. 2 盆地型地下熱水

 

  共和盆地溫泉有兩處仍呈近SN 向分布,其一是位于恰卜恰鎮東南,恰卜恰河與阿乙亥溝交匯的地帶,面積約25 km2 有九處泉眼,多呈NW、NNW向線(xiàn)狀散布,水溫從20℃左右到32℃?？瞬糯遛r田供水勘探孔揭露出地下熱水,在246m井深揭露出賦存在第三系粉細砂巖熱儲層中42℃的自流熱水,水溫梯度值達7. 5℃ /100m,礦化度2. 25g /L,屬Cl- Na型水。另一處位于貴南縣芒拉河與黃河匯合處的拉干溫泉,熱水從黃河一級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,水溫為38℃。

 

  由上可見(jiàn),斷裂對流型地下熱水,從基巖斷裂、裂隙通道中流出熱水一般溫度偏高; 在盆地內流松散層孔隙裂隙中流出的熱水,因淺層水混入一般溫度偏低。

 

  3 可控源音頻大地電磁測深探

 

  ( CSAM T)探測結果

 

  為查明恰卜恰鎮附近地下熱水賦存條件,在勘查區布置CSAM T剖面四條。其中Ⅰ 、Ⅳ 剖面為近SN向,剖面方向垂直區域構造和地層走向,Ⅱ 、Ⅲ 為近EW向剖面,平行區域構造和地層走向。

 

  3. 1 電參數標定、地電斷面劃分

 

  由縱橫貫穿勘查區的4條剖面,結合鉆孔測井資料分析認為,地電結構基本相近,可劃分出5套電性層,測深曲線(xiàn)類(lèi)型呈KHA型。

 

  在恰卜恰鎮北側1km處有一眼探采結合的地熱井Q R1,孔深969m,在932. 16 m見(jiàn)花崗巖,因此,根據二維連續反演結合一維單點(diǎn)反演進(jìn)行分層定厚,確定電性參數與地層巖性的對應關(guān)系。

 

  通過(guò)剖面電性層對,比對地層結構作出推斷,從Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 條剖面電阻率斷面電性層共同特征來(lái)看,反映地層呈近水平層狀,高低相間展布連續性較好。

 

  電阻率斷面淺部第一、第二電性層,對應地電類(lèi)型K的前支和極大值部分,電阻率分別為10～ 30Ψ·m和30～ 100Ψ· m,為第四系淺部潮濕黃土和中部砂礫卵石夾中粗砂、粉細砂,厚度一般在20～ 100m。

 

  第三電性層為淺部次低阻電性層,為低阻電性層,對應地電類(lèi)型H部分,電阻率5～ 15Ψ· m,厚度為300～850 m,為新近系的反映,巖性為磚紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖互層。上述第四系和新近系厚層泥巖熱導率低,是很好的隔熱保溫蓋層,在互層砂巖中也可形成層狀熱儲。

 

  第四電性層為下部次低阻電性層,對應地電類(lèi)型A部分,電阻率30～ 40Ψ· m,厚度為100～ 400 m,為古近系的反映,巖性為褐紅色砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖,微膠結。厚度較大和層位穩定是理想的熱儲層。第五電性層為下部高阻電性層,對應地電斷面尾部,電阻率100～ 500Ψ. m,為基底中酸性巖體或三疊系粉砂巖及板巖為主夾灰巖地層的反映,并且中酸性巖體較三疊系有偏高的電阻率。

 

  3. 2 斷裂構造推斷

 

  在各剖面中,根據電性層有錯斷不連續現象,作為劃分斷裂的依據,該現象在深部基底電性層反映更為明顯。由于剖面所處位置和受基底斷裂影響,基底埋深有所不同, SN向Ⅰ 、Ⅳ剖面對近EW向斷裂反映明顯。近EW向Ⅱ 、Ⅲ 、剖面對SN 向斷裂反映清晰。各剖面分述如下:

 

  Ⅰ 剖面在154 /Ⅰ — 166 /Ⅰ 點(diǎn)間,推斷有近EW向斷裂通過(guò),與相鄰Ⅳ 剖面的148 /Ⅳ 點(diǎn)斷裂對比屬F4斷裂。另在128 /Ⅰ 點(diǎn)推斷有基底斷裂穿過(guò),與相鄰剖面對比,推斷屬近EW向F2斷裂。

 

  Ⅱ 剖面192 /Ⅱ — 198 /Ⅱ 點(diǎn)間為斷裂破帶的反映,推斷沿恰卜恰河谷南北向地段存在基底斷裂F1、F1- 1 ,斷裂帶有一定寬度,形成基巖破碎帶,屬張扭性斷裂,具導水導熱作用。

 

  Ⅲ 剖面斷點(diǎn)有四處在122 /Ⅲ 、128 /Ⅲ 、148 /Ⅲ 和238 /Ⅲ 點(diǎn)推斷有基底斷裂穿過(guò),與相鄰Ⅱ 剖面對比,122 /Ⅲ 屬近EW向F2 斷裂, 128 /Ⅲ 、148 /Ⅲ 點(diǎn)屬近SN向F1 斷裂,與Ⅱ 剖面192 /Ⅱ 點(diǎn)、198 /Ⅱ 點(diǎn)可對比,它是沿恰卜恰SN向溝谷的斷裂向南延伸, 238 /Ⅲ 點(diǎn)推斷屬沿近SN向阿乙亥溝展布的F3 斷裂。

 

  Ⅳ 剖面斷點(diǎn)在122 /Ⅳ點(diǎn),與相鄰剖面對比,相當近EW向F2 斷裂與近SN向沿阿乙亥溝形成的F3斷裂交匯部位。區內克才地熱井就打在兩組斷裂的交匯附近,明顯受其斷裂控制。

 

  另在148 /Ⅳ點(diǎn)與160 /Ⅰ 斷點(diǎn)連線(xiàn)的延伸方向呈NWW— SEE向,分布在四道班— 下謝兒蓋一線(xiàn),位于恰卜恰河谷北緣,屬F4 斷裂。

 

  3. 3 恰卜恰拉分盆地地熱有利遠景地段圈定熱儲類(lèi)型劃分恰卜恰通過(guò)CSAM T勘查,由F2、F4 斷裂和近SN

 

  向F1、F3 斷裂圍限的范圍內,構成恰卜恰河斷陷谷地,東西長(cháng)約8 km,南北寬2. 3 km,長(cháng)、寬比為3. 5,其N(xiāo)WW向F4、F2 斷裂平行斜列展布,與區域構造方向一致,且處在沙珠玉河壓扭性斷裂帶向東延伸部位,為其中兩條右行右階斷裂重疊段, 在走滑分力作用下,接階部位產(chǎn)生應力拉張,形成拉分盆地。在青藏地塊SSW應力場(chǎng)作用下, NWW斷裂應屬壓扭性斷裂,近SN向F1、F3 斷裂屬張扭性斷裂,壓扭性斷裂阻水,張扭性斷裂導水,在兩組斷裂交匯部位,有利熱水對流和熱儲,是斷裂對流型地熱形成有利部位。

 

  作為共和盆地南北兩側區域性規模最大的活動(dòng)斷裂是南側的庫賽湖— 瑪曲活動(dòng)斷裂帶長(cháng)約450km,總體走向N 70°W,北側是青海南山— 西秦嶺北緣斷裂,這兩條區域斷裂在近期活動(dòng)方式以擠壓兼左行走滑為主,均以南盤(pán)地塊東移,北盤(pán)地塊西移,致使夾在兩區域斷裂中間兩地塊在共和盆地中部又以NWW向沙珠玉河斷裂帶構造控制F2、F4 斷裂右行右階區形成拉分盆地。

 

  在F2、F4 斷裂和F1、F3 斷裂圍限的范圍內,構成的恰卜恰河谷拉分盆地,溫泉和地熱異常井眾多,超出這個(gè)范圍,無(wú)溫泉分布,并且地熱井水溫也不高(如地熱井Q R1) ,接近正常地熱增溫。由此認為,在F2、F4斷裂和F1、F3 斷裂圍限的范圍和SN 向F1、F3 斷裂有限延伸部位(圖3) ,經(jīng)勘查推測為地熱有利遠景地段,在此地區存在盆地型層狀熱儲和斷裂帶狀熱儲疊加,并以斷裂帶狀熱儲對地熱起一定作用,在其外為盆地傳導型層狀熱儲。

 

  4 鉆井測溫曲線(xiàn)反映的熱儲特征

 

  據測井溫度曲線(xiàn)分析,從井深200m時(shí)溫度30℃至井深300m時(shí)劇增到40℃ ,地溫梯度為10℃ /100m,為盆地蓋層段。從井深300m 至1150m 時(shí),溫度由40℃遞增到74℃ ,地溫梯度為4. 53℃ /100m,為盆地層狀熱儲層與斷裂通道熱流疊加段。從井深1100m至1190m時(shí),溫度由74℃遞降到71℃ ,地溫梯度為-7. 5℃ /100m,認為是穿過(guò)盆地熱儲層或遠離斷裂熱流通道段。從井口出水溫度為72℃ ,比井底測溫度僅降低2℃ ,也表明有斷裂對流型熱水存在。

  5 結語(yǔ)

 

  ( 1)共和盆地為一新生代斷陷盆,具有盆地傳導型和斷裂對流型良好熱儲地熱地質(zhì)背景,與其東、西兩側的構造巖漿帶斷裂型地熱分布,共同構成秦- 昆接合部SN向地熱帶。

 

  ( 2)通過(guò)CSAM T勘查共和盆地恰卜恰地區處在西深東淺的黃河凸起向切吉凹陷過(guò)渡的斜坡地帶,基底埋深1200～ 800m,推測基底巖性為印支— 燕山期中酸性巖體和三疊系碎屑巖、碳酸巖。上覆的第四系、新近系為熱儲蓋層,厚度可達600～ 1000m,其下為古近系泥巖和砂礫巖層,埋深700～ 1200m,可構成盆地型層狀熱儲地質(zhì)條件。

 

  ( 3)根據CSAM T勘查推斷出該區的地質(zhì)條件四條基底斷裂,近SN 向恰卜恰溝F1 斷裂和阿乙亥溝F3斷裂,屬張扭性,具導水、導熱作用; NWW向沙有—克才F2 斷裂、四道班— 下謝家蓋F4 斷裂為壓扭性斷裂,具阻水作用,在兩組斷裂復合部位,更有利熱水對流運移。并認為,由F2、F4 斷裂和F1、F3 斷裂圍限的范圍內構成恰卜恰河谷拉分盆地。在此地段存在盆地型層狀熱儲和斷裂型帶狀熱儲疊加,并以帶狀熱儲對地熱起一定作用。在共和盆地恰卜恰地區,要想獲得溫度較高、水量較多的地下熱水,盆地基底斷裂是勘查地熱優(yōu)選靶區。深斷裂成為導熱通道,熱流沿斷裂上升、擴散、傳導和對流。

 

  ( 4)擬建地熱井位于恰卜恰溝谷Ⅰ 剖面與Ⅱ 剖面相交處附近,推斷有SN 向F1、NWW向F4 基底斷裂穿過(guò),是盆地層狀熱儲兼有斷裂對流型帶狀熱儲的地熱探采有利地段。擬建鉆井深度1200 m為宜。這一建議已被鉆孔實(shí)踐所證實(shí)。