青海共和盆地地热资源分布特征兼述CSAM T在地热勘查中的作用

  “青海共和盆地第一口高温度、大水量、低矿化度的地热井成功出水”的消息,在2007年新闻媒体已做报道。该井勘探孔深1200m,探明700～ 1200m间具有良好的热储部位。井水温度72℃ , 日出水量达1136m3 ,矿化度1. 406g /L, pH值为8. 43,属重碳酸氯化物— 钠型水,是省内第一口质优的地热井,具有广泛的利用空间和较高的经济价值。

 

  回顾该地热井井位的确定,进行了可控源音频大地电磁测深( CSAM T) ,探明控热地质构造为该地热井成功提供了条件。本文在可控源音频大地电磁测深结果的基础上,结合区域地热地质背景分析,探讨了共和盆地地热形成条件,揭示了共和盆地具备赋存大型地热田的可能,很有进一步开发价值。

 

  1 区域地热地质背景

 

  共和盆地处于昆仑山脉与秦岭山脉之间,为一个呈NW向展布的菱形山间盆地。大地构造单元属于秦祁昆断褶系的东昆仑、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” [1 ]。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。按板块构造观点称为中央造山带“秦昆岔口” [2 ]。

 

  共和盆地是第三纪初形成的断陷盆地,其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带、东为瓦里贡山构造岩浆带。

 

  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( Q)冲洪积、冲湖积堆积物和第三系( R)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( J2y )出露,岩性为灰、灰绿、灰白色砂岩、砾岩,夹煤线的泥岩组成。三叠系( T)广泛出露在盆地周边隆起区和组成盆地基底,下、中、上三统俱全,其中下、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,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。

 

  据石油物探资料分析,共和盆地为两坳夹一隆的构造格局,即两坳为塘格木坳陷和贵德坳陷中间被过马营隆起分隔。贵德坳陷据重力反演基底深度大于4500m,塘格木坳陷又由三凹两凸等次级构造单元组成,黄河凸起沿黄河分布,构成切吉凹陷和贵南凹陷分界。茶卡凹陷与切吉凹陷间为祁家凸起。

 

  共和县恰卜恰镇处在塘格木坳陷切吉凹陷与黄河凸起间的斜坡带上,切吉凹陷基底埋深2000～6500m,黄河凸起基底埋深小于1500m。据切吉凹陷石油共参1井录井资料揭示,井深5020m全为第三系,盆地内侏罗、白垩系缺失。

 

  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,随青藏高原隆升盆地一直处于间歇性抬升状态。

 

  2 盆地及周边地热资源

 

  2. 1 断裂对流型地下热水

 

  在盆地东西两侧形成两条近SN 向构造岩浆隆起带,也是两条断裂带和温泉分布带,夹持在NWW向东昆仑、西秦岭两条主边界断裂之间。

 

  盆地西侧构造岩浆带在鄂拉山沿乌兰— 温泉一线分布,全长180 km,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,岩体长轴及火山岩呈近SN向展布。区内由一系列不连续断裂组成断裂构造带,总体走向NW20°。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。沿断裂分布温泉有乌兰巴硬格里( 42. 5℃ )、兴海青根河( 30℃ )、青根河南东9 km( 62℃ )、兴海温泉( 61℃ )等。在鄂拉山西缘还有都兰热水乡( 85℃ )、都兰夏哈日乡( 70℃ )温泉。盆地东侧瓦里贡山构造岩浆带沿当家寺— 过马营— 多和茂一线分布,该带为西秦岭印支造山带褶皱基底,侵入岩为印支— 燕山期,其中当家寺岩体呈SN向分布,并有多禾茂断裂、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,沿这组断裂形成的带状盆地还有下白垩系基性火山岩。

 

  为此,该带形成了一条由北往南的温泉分布带,即贵德曲乃亥温泉( 86℃ )、贵德扎仓寺温泉(水温75℃～93℃ )、贵德新街温泉( 64℃ )、同仁兰采温泉( 67℃ )、同仁曲库呼温泉( 48. 5℃ )等。

 

  上述两条构造岩浆带断裂切割较深,晚第四纪新构造活动较强烈,为深部热流体对流和传导运移提供了良好的通道,形成横贯西秦岭西端SN 向地热带。

 

  在西秦岭东端天水— 武都SN 构造带,分隔秦岭为东、西段,也是青藏高原东缘边界,同样存在温泉成带按SN分布的格局,另在西藏高温地热系统仍沿三条近SN向活动带分布,这也是青藏高原地热系统分布的一大特点。

 

  2. 2 盆地型地下热水

 

  共和盆地温泉有两处仍呈近SN 向分布,其一是位于恰卜恰镇东南,恰卜恰河与阿乙亥沟交汇的地带,面积约25 km2 有九处泉眼,多呈NW、NNW向线状散布,水温从20℃左右到32℃。克才村农田供水勘探孔揭露出地下热水,在246m井深揭露出赋存在第三系粉细砂岩热储层中42℃的自流热水,水温梯度值达7. 5℃ /100m,矿化度2. 25g /L,属Cl- Na型水。另一处位于贵南县芒拉河与黄河汇合处的拉干温泉,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,水温为38℃。

 

  由上可见,断裂对流型地下热水,从基岩断裂、裂隙通道中流出热水一般温度偏高; 在盆地内流松散层孔隙裂隙中流出的热水,因浅层水混入一般温度偏低。

 

  3 可控源音频大地电磁测深探

 

  ( CSAM T)探测结果

 

  为查明恰卜恰镇附近地下热水赋存条件,在勘查区布置CSAM T剖面四条。其中Ⅰ 、Ⅳ 剖面为近SN向,剖面方向垂直区域构造和地层走向,Ⅱ 、Ⅲ 为近EW向剖面,平行区域构造和地层走向。

 

  3. 1 电参数标定、地电断面划分

 

  由纵横贯穿勘查区的4条剖面,结合钻孔测井资料分析认为,地电结构基本相近,可划分出5套电性层,测深曲线类型呈KHA型。

 

  在恰卜恰镇北侧1km处有一眼探采结合的地热井Q R1,孔深969m,在932. 16 m见花岗岩,因此,根据二维连续反演结合一维单点反演进行分层定厚,确定电性参数与地层岩性的对应关系。

 

  通过剖面电性层对,比对地层结构作出推断,从Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 条剖面电阻率断面电性层共同特征来看,反映地层呈近水平层状,高低相间展布连续性较好。

 

  电阻率断面浅部第一、第二电性层,对应地电类型K的前支和极大值部分,电阻率分别为10～ 30Ψ·m和30～ 100Ψ· m,为第四系浅部潮湿黄土和中部砂砾卵石夹中粗砂、粉细砂,厚度一般在20～ 100m。

 

  第三电性层为浅部次低阻电性层,为低阻电性层,对应地电类型H部分,电阻率5～ 15Ψ· m,厚度为300～850 m,为新近系的反映,岩性为砖红色泥岩、砂质泥岩互层。上述第四系和新近系厚层泥岩热导率低,是很好的隔热保温盖层,在互层砂岩中也可形成层状热储。

 

  第四电性层为下部次低阻电性层,对应地电类型A部分,电阻率30～ 40Ψ· m,厚度为100～ 400 m,为古近系的反映,岩性为褐红色砂质泥岩夹砂砾岩,微胶结。厚度较大和层位稳定是理想的热储层。第五电性层为下部高阻电性层,对应地电断面尾部,电阻率100～ 500Ψ. m,为基底中酸性岩体或三叠系粉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。

 

  3. 2 断裂构造推断

 

  在各剖面中,根据电性层有错断不连续现象,作为划分断裂的依据,该现象在深部基底电性层反映更为明显。由于剖面所处位置和受基底断裂影响,基底埋深有所不同, SN向Ⅰ 、Ⅳ剖面对近EW向断裂反映明显。近EW向Ⅱ 、Ⅲ 、剖面对SN 向断裂反映清晰。各剖面分述如下:

 

  Ⅰ 剖面在154 /Ⅰ — 166 /Ⅰ 点间,推断有近EW向断裂通过,与相邻Ⅳ 剖面的148 /Ⅳ 点断裂对比属F4断裂。另在128 /Ⅰ 点推断有基底断裂穿过,与相邻剖面对比,推断属近EW向F2断裂。

 

  Ⅱ 剖面192 /Ⅱ — 198 /Ⅱ 点间为断裂破带的反映,推断沿恰卜恰河谷南北向地段存在基底断裂F1、F1- 1 ,断裂带有一定宽度,形成基岩破碎带,属张扭性断裂,具导水导热作用。

 

  Ⅲ 剖面断点有四处在122 /Ⅲ 、128 /Ⅲ 、148 /Ⅲ 和238 /Ⅲ 点推断有基底断裂穿过,与相邻Ⅱ 剖面对比,122 /Ⅲ 属近EW向F2 断裂, 128 /Ⅲ 、148 /Ⅲ 点属近SN向F1 断裂,与Ⅱ 剖面192 /Ⅱ 点、198 /Ⅱ 点可对比,它是沿恰卜恰SN向沟谷的断裂向南延伸, 238 /Ⅲ 点推断属沿近SN向阿乙亥沟展布的F3 断裂。

 

  Ⅳ 剖面断点在122 /Ⅳ点,与相邻剖面对比,相当近EW向F2 断裂与近SN向沿阿乙亥沟形成的F3断裂交汇部位。区内克才地热井就打在两组断裂的交汇附近,明显受其断裂控制。

 

  另在148 /Ⅳ点与160 /Ⅰ 断点连线的延伸方向呈NWW— SEE向,分布在四道班— 下谢儿盖一线,位于恰卜恰河谷北缘,属F4 断裂。

 

  3. 3 恰卜恰拉分盆地地热有利远景地段圈定热储类型划分恰卜恰通过CSAM T勘查,由F2、F4 断裂和近SN

 

  向F1、F3 断裂围限的范围内,构成恰卜恰河断陷谷地,东西长约8 km,南北宽2. 3 km,长、宽比为3. 5,其NWW向F4、F2 断裂平行斜列展布,与区域构造方向一致,且处在沙珠玉河压扭性断裂带向东延伸部位,为其中两条右行右阶断裂重叠段, 在走滑分力作用下,接阶部位产生应力拉张,形成拉分盆地。在青藏地块SSW应力场作用下, NWW断裂应属压扭性断裂,近SN向F1、F3 断裂属张扭性断裂,压扭性断裂阻水,张扭性断裂导水,在两组断裂交汇部位,有利热水对流和热储,是断裂对流型地热形成有利部位。

 

  作为共和盆地南北两侧区域性规模最大的活动断裂是南侧的库赛湖— 玛曲活动断裂带长约450km,总体走向N 70°W,北侧是青海南山— 西秦岭北缘断裂,这两条区域断裂在近期活动方式以挤压兼左行走滑为主,均以南盘地块东移,北盘地块西移,致使夹在两区域断裂中间两地块在共和盆地中部又以NWW向沙珠玉河断裂带构造控制F2、F4 断裂右行右阶区形成拉分盆地。

 

  在F2、F4 断裂和F1、F3 断裂围限的范围内,构成的恰卜恰河谷拉分盆地,温泉和地热异常井众多,超出这个范围,无温泉分布,并且地热井水温也不高(如地热井Q R1) ,接近正常地热增温。由此认为,在F2、F4断裂和F1、F3 断裂围限的范围和SN 向F1、F3 断裂有限延伸部位(图3) ,经勘查推测为地热有利远景地段,在此地区存在盆地型层状热储和断裂带状热储叠加,并以断裂带状热储对地热起一定作用,在其外为盆地传导型层状热储。

 

  4 钻井测温曲线反映的热储特征

 

  据测井温度曲线分析,从井深200m时温度30℃至井深300m时剧增到40℃ ,地温梯度为10℃ /100m,为盆地盖层段。从井深300m 至1150m 时,温度由40℃递增到74℃ ,地温梯度为4. 53℃ /100m,为盆地层状热储层与断裂通道热流叠加段。从井深1100m至1190m时,温度由74℃递降到71℃ ,地温梯度为-7. 5℃ /100m,认为是穿过盆地热储层或远离断裂热流通道段。从井口出水温度为72℃ ,比井底测温度仅降低2℃ ,也表明有断裂对流型热水存在。

  5 结语

 

  ( 1)共和盆地为一新生代断陷盆,具有盆地传导型和断裂对流型良好热储地热地质背景,与其东、西两侧的构造岩浆带断裂型地热分布,共同构成秦- 昆接合部SN向地热带。

 

  ( 2)通过CSAM T勘查共和盆地恰卜恰地区处在西深东浅的黄河凸起向切吉凹陷过渡的斜坡地带,基底埋深1200～ 800m,推测基底岩性为印支— 燕山期中酸性岩体和三叠系碎屑岩、碳酸岩。上覆的第四系、新近系为热储盖层,厚度可达600～ 1000m,其下为古近系泥岩和砂砾岩层,埋深700～ 1200m,可构成盆地型层状热储地质条件。

 

  ( 3)根据CSAM T勘查推断出该区的地质条件四条基底断裂,近SN 向恰卜恰沟F1 断裂和阿乙亥沟F3断裂,属张扭性,具导水、导热作用; NWW向沙有—克才F2 断裂、四道班— 下谢家盖F4 断裂为压扭性断裂,具阻水作用,在两组断裂复合部位,更有利热水对流运移。并认为,由F2、F4 断裂和F1、F3 断裂围限的范围内构成恰卜恰河谷拉分盆地。在此地段存在盆地型层状热储和断裂型带状热储叠加,并以带状热储对地热起一定作用。在共和盆地恰卜恰地区,要想获得温度较高、水量较多的地下热水,盆地基底断裂是勘查地热优选靶区。深断裂成为导热通道,热流沿断裂上升、扩散、传导和对流。

 

  ( 4)拟建地热井位于恰卜恰沟谷Ⅰ 剖面与Ⅱ 剖面相交处附近,推断有SN 向F1、NWW向F4 基底断裂穿过,是盆地层状热储兼有断裂对流型带状热储的地热探采有利地段。拟建钻井深度1200 m为宜。这一建议已被钻孔实践所证实。