新疆阿拉山地热区地热资源赋存状况分析(图文)

1、新疆阿拉山地热区地热资源赋存状况分析(图文)论文导读：区域上地热活动严格受板块构造的控制，按板块构造理论，从古板块的角度分析，阿拉山地热区隶属于天山山区范畴，天山山区地热的分布兼具古板块板缘与板内两种类型地热带的特点，温泉分布密度小，水温不高，多为中低温地热资源。通过对热储特征、水文地质条件及水文地球化学特征的分析，综合确定了1号井地段F3断裂与F4断裂复合部位为热储集中分布地段，地球物理勘探初步查明的热储层顶板埋深在120-130m，长度30m，宽度20m，热储层厚度20m左右，具有实际的开发利用价值。关键词：地热资源，瞬变电磁法(TEM)，热储层，盖层，大地电磁测深法(EH4)1 -乌苏市

2、阿拉山地热区地热地质条件分析(1)区域地质概况及岩浆岩-乌苏市阿拉山地热区所处的天山北麓，地层呈东西条带状延伸，因此区域范围南跨中山地貌，北到山前冲洪积平原。区域上出露的地层主要为古生界的石炭系，中生界的侏罗系、白垩系及新生界的下第三系、上第三系和第四系，前第四纪地层，石炭系C分布于乌苏林场乌苏温泉以南中高山区，岩性为灰色深灰色、灰绿色中厚层凝灰质粉砂岩、长石石英砂岩、砂砾岩夹灰岩，与上覆、下伏地层呈断层接触。侏罗系J主要分布于乌苏林场乌苏温泉以北低中山区，呈东西条带状分布，为河湖相湖相含煤岩系，地层发育齐全。白垩系K主要分布于喇嘛庙以北，呈东西向条带状延伸，岩性主要为杂色具条带状构造的砂质泥

3、岩、泥岩，与下伏侏罗系不整合接触。发表论文。下第三系E和上第三系N主要分布在阿拉山地热区北部，呈条带状延伸，与下伏白垩系不整合接触，岩性为褐黄色、灰色、红色、鲜红色砂质页岩、粗砂岩夹细砾岩、砂质泥岩、泥质砂岩。第四系Q主要分布于乌苏温泉、巴音沟以北的广阔地区，托斯特、艾勒其根等有零星分布，岩性主要为为冲洪积砂砾石、漂石等。阿拉山地热区地区岩浆岩主要为华里西期侵入岩，它多沿东西向或北东向构造线和长期活动的断裂带展布。该区侵入岩主要分布于南部中高山区，呈东西向分布，主要为华力西晚期花岗闪长岩43，侵入石炭系凝灰岩、凝灰质砂岩中，岩石呈肉红色、灰色，为中-细粒结构，块状构造。2区域构造及断裂阿拉山地

4、热区位于北天山北麓，准噶尔盆地南缘，按构造体系划分那么位于西域构造体系、中亚构造体系和纬向构造体系的交接复合部位，处于天山复杂构造带。该带呈东西向分布于塔里木盆地和准噶尔盆地之间。受南北向应力作用及断块差异性升降运动的影响，形成了一系列平行的褶皱和断裂，与阿拉山地热区温泉出露有关的控制区域构造的断裂主要为博罗科努阿齐克库都克深大断裂博罗科努阿齐克库都克深大断裂：该断裂是划分准噶尔北天山褶皱系与天山褶皱系的界线断裂或称天山主干大断裂，属于超岩石圈断裂。该断裂总体为北西东西北东向延伸，呈微向南突出的弧形，在中国境内全长1400km。断层面总的向南倾，倾角50-80。沿断裂带西段及其以北是一个现代温

5、泉异常带，有40的温泉多处；在深断裂带上有不同宽度几十米至数千米的挤压破碎带。深断裂活动具有长期性且屡次活动。1944年3月10日发生过7.25级地震，震源距阿拉山地热区27km，1906年12月23日在沙湾南山牛圈子发生过8级地震，震源距阿拉山地热区23km，说明新构造运动相当活泼。根据?地震动峰值加速度区划图?2001，评估区地震动峰值加速度0.30g，抗震设防烈度为度，地震频繁，为地震多发区，属北天山地震带。地震动峰值加速度分区与地震根本烈度对照表 地震动峰值加速度分区 g 0.05 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 地震根本烈度 3阿拉山地热区构造阿拉山地热区

6、内分布有7条断裂，编号为F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7。 断层编号 断层性质 断层规模 断层倾向 断层倾角 F1 区域压扭性断裂 长38km，宽度不详 南 70 F2 压扭性断裂 小 东 84 F3 压扭性断裂 小 东 86 F4 张扭性断裂 小 北西 85 F5 压扭性断裂 小 北东 80 F6 张扭性断裂 小 北西 87 F7 张扭性断裂 小 北西 86 通过本次地面地质测绘、地球物理勘探及遥感解释结果，相互验证了F2、F3、F4、F6的准确位置和断层性质，进一步结合已有的资料分析，推测了F5、F7存在性。由此得出阿拉山地热区地质构造条件较复杂，北侧第四系与侵入岩的接触带为近东西

7、向展布的断裂F1，该断裂长38km，断层面倾向南，倾角70，为区域压扭性逆冲断裂，与之配套的压扭性断裂F2、F3、F5、F7，另外还有2条张扭性断裂F4、F6。这些低序次的断裂与温泉出露密切相关。4区域地热异常特征4.1地热温泉的分布与构造体系的关系区域地下热水在空间上的分布受区域地质构造的控制，根本表现在热水露头主要集中在天山西部地区。因为该地区构造极为复杂，经过多期次构造变动，挽近时期以来，构造活动极为剧烈，不同体系的构造活动为热水的形成、运移创造了良好的条件，不同构造体系的交接复合部位成了热水富集、出露有利地段。天山西部乌鲁木齐乌苏一带，热水露头的分布多位于西域构造体系、中亚构造体系和纬

8、向构造体系的交接复合部位，从区域温泉分布与构造体系图可以看出，西域构造体系的活动性较强，改造和归并了纬向构造体系天山复杂构造带的某些构造形迹，成为控制该区域构造格局的主要影响因素，从而决定了该带热水的分布、赋存和出露条件。控制热水形成和分布的构造主要为一组北西西-南东东向展布的博罗科努阿齐克库都克断裂为代表的区域性大断裂，这些断裂形成时间较长，规模巨大，活动性极强。沿该带出露有乌鲁木齐水磨沟、呼图壁、沙湾、乌苏等8处温泉，分布较为集中。4.2地热温泉的分布与板块构造的关系区域上地热活动严格受板块构造的控制，按板块构造理论，从古板块的角度分析，阿拉山地热区隶属于天山山区范畴，天山山区地热的分布兼

9、具古板块板缘与板内两种类型地热带的特点，温泉分布密度小，水温不高，多为中低温地热资源。区域内地热异常的分布、热储类型及特征与该区域内构造体系、板块构造有着密切的关系，热矿水多出露于不同构造体系的交接复合部位，具有成带性分布的特征，而且说明该区的热水形成和分布主要受活动性构造体系的活动断裂控制，在热水的分布上具有西部密集东部稀少的特征，反映了地热分布与新构造运动的关系。2-乌苏市阿拉山地热区地热资源水文状况分析1阿拉山地热区水文地质特征阿拉山地热区温泉的分布与阿拉山地热区断裂构造密切相关。阿拉山地热区在经历多期次构造运动后，岩体受到破坏和错动，为地下水的循环和储存创造了有利条件,也决定了阿拉山地

10、热区含水岩组的类型为基岩裂隙水，其富水性受阿拉山地热区内断裂构造控制作用明显。通过地形测量、地质测绘、地球物理勘探、遥感解释、探采结合井的施工以及资料的综合研究分析，可以认为近东西向F1断裂及其次一级断裂F2、F7控制了该区地热流体的分布，其他断裂那么控制了地热流体的富集。F1断裂走向近东西向，断层面倾向南，倾角70，属于区域压扭性控水构造。压扭性断裂本身的透水性和富水性一般很差，但规模较大的压扭性断裂两盘为脆性岩石时，其影响带裂隙较发育，仍具备一定的富水性。从目前阿拉山地热区温泉的出露可知，该断裂起到了区域构造控水作用，在其构造裂隙发育处有4号冷泉出露。F2断裂走向北西，断层面倾向北东，倾角

11、84，根据本次物探资料结果，证实了该断裂的存在，物探异常反响明显，断层规模相对较大，属于F1断裂的次一级断裂，断层力学性质为压扭性断层，属于阻水断层，它切割了F1断裂的其它次一级断裂或更小的断裂，并使其复合部位岩层破碎，裂隙发育，为地下水的补给、运移提供了一定的储水空间。F7断裂走向北东，倾向北西，倾角86，亦属于F1断裂的次一级断裂，断层力学性质为压扭性断层，该断裂地表特征不明显。综上所述，F1断裂属于区域压扭性控水构造，F2、F7为它的次一级或更小的断裂，它们共同控制了阿拉山地热区地热流体的分布范围，其它断裂那么构成了局部的控热或控水构造。2其他断裂与地热流体的富集温泉沟断裂F4断层面倾向

12、北西，倾角85；北东向断裂F6断层面倾向北西，倾角87。本次物探成果推测了两断层之间破碎带宽度在30m左右， 130150m左右为低阻异常区，推断为含水构造，宽度20m，含水层厚度20m左右，由于在单一断裂的不同部位以及不同断裂的复合部位，破碎带宽度含水层厚度差异是较大的，因此1号原地热井揭露含水层厚度只有6m，而通过此次勘查确定的WQ01探采结合井孔揭露含水层厚度61.2m。另外，这两条断层两盘为非可溶性脆性深成侵入岩，断层力学性质为张扭性断层，张扭性断层一般在低围压条件下产生，因而断裂面的张裂程度较大，其破碎带物质多为断层角砾岩，疏松多孔隙，透水性和含水性较强，其控水意义大，直接影响阿拉山

13、地热区温泉井的水量。根据-石油局独山子矿区70年代初在阿拉山地热区中部施工的1号井原地热井，深103.14m，在井下64m处可见一层厚6m的断层破碎带，涌水量3.9L/S左右。本次施工的WQ01探采结合井孔，深150.7m，在井下70140m处揭露层厚61.2m的断层破碎带，涌水量5.32L/S左右。由此可见，阿拉山地热区基岩裂隙含水层富水性属中等弱富水。断裂F3走向近南北向，断层面倾向东，倾角86；断裂F5走向北西向，倾向北东，倾角80，两断层两盘为非可溶性脆性深成侵入岩，断层力学性质为压扭性，与区域性山前断裂F1及次一级断裂F2共同控制，阻挡了F4、F6断层的水流通道，在断裂的复合部位沿断

14、层破碎带上盘上涌，出现1号原地热井、WQ01探采结合井、2号和3号温泉，其水温较高，说明两断层具有一定的储热意义，属于控热断层， F3断裂较F5断裂又更具热储意义。总之，阿拉山地热区水文地质特征受区内构造控制，水文地质条件较复杂，地热流体的分布与富集与阿拉山地热区构造密切相关，在张扭性断裂与张扭性断裂的交汇部位或张扭性断裂与压扭性断裂的复合部位上盘一般富水性较好，而F3、F4断裂共同作用那么导致了地热流体的富集。3地热流体的补迳排特征南部山区高大的山体及所处的自然地理位置，决定了它有较多的降水入渗作为基岩裂隙水的补给来源，在接受补给的同时由南向北径流，一局部浅层裂隙水在径流过程中受构造控制以及

15、沟谷侵蚀切割，形成上升泉或下降泉冷泉，汇入沟谷径流，入渗补给基岩裂隙水；另一局部通过构造深循环以温泉和地热井水溢出地表的形式，沿途汇入沟谷径流，混合并入渗补给基岩裂隙水，出沟口后水量迅速减小，通过沟谷潜流和入渗方式排泄出区外。4 阿拉山地热区地热热储特征通过对野外资料的分析整理、结合地质测绘、地球物理勘探及遥感解译成果，初步明确了F3断裂与F4断裂复合部位对阿拉山地热区地热流体具有控制意义，在温泉沟F1、F2、F7断裂控制的区域内，地热异常区明显，顺温泉沟长约200m，宽约80m，热储面积约16000m2。通过对热储特征、水文地质条件及水文地球化学特征的分析，综合确定了1号井地段F3断裂与F4

16、断裂复合部位为热储集中分布地段，地球物理勘探初步查明的热储层顶板埋深在120-130m，长度30m，宽度20m，热储层厚度20m左右，具有实际的开发利用价值。根据探采结合孔的施工，在孔深70140m范围连续揭露裂隙含水段61.2m，成井后进行的涌水试验测得稳定热储自流量为440 m3/d，水温45.5，与此同时，温泉沟内的温泉及原地热井均出现断流，由此也决定了在此范围内开发利用地热资源的唯一性。3-乌苏市阿拉山地热区地球化学特征分析1温泉地热水的水化学特征通过对乌苏市南山温泉沟温泉、原地热井及本次施工地热探采结合井的取样测试，阿拉山地热区温泉地热水的水化学类型为SO4Na型，其中SO42含量1

17、92.1mg/L，占阴离子总数的64.4%，Na+含量127.6mg/L，占阳离子总数的89.4%，矿化度460.5mg/L，PH值9.8。2阿拉山地热区及外围地表水、地下水同位素特征为查明阿拉山地热区地下水的来源，收集了阿拉山地热区周围已有的水化学同位素资料，通过分析比照，得出如下结论：阿拉山地热区及外围中，四棵树河水的18O、D最低，白杨沟河水和艾其沟裂隙水相对富集重同位素，反映出不同水体的补给高程的差异较大。本区河水、泉水和裂隙水氢、氧同位素组成数据点均位于全球雨水线附近，统计求得直线方程为：D=5.32518O-21.876，直线斜率小于8，在36之间，说明阿拉山地热区水样品均起源于大

18、气降水。降水中D、18O的含量与当地的海拔高度有关，也就是所谓的高度效应，利用同位素入渗高度来推算确定含水层地下水补给区的海拔高度。具体公式如下：HSP/KH水其中：H代表地下水补给区的海拔高度m；S代表水点露头泉的18O值；-12.1P代表大气降水中的18O值；-10.6K为同位素高度梯度，一般为0.2-0.3/100m；H水代表水点露头泉的高程m，1755m。推算结果可以确定乌苏南山温泉含水层补给海拔高度在2255-2505m之间。说明阿拉山地热区含水层的补给来源于2200m以上的中高山区基岩裂隙水的补给。阿拉山地热区及外围地表水、地下水同位素组成表 样品编号 取样位置 取样点 高程(m)

19、 水温 18O D T(TU) 取样日期 SH-W1 白杨沟河水 1224.4 21 -9.8 -73.5 SH-W2 四棵树河河水 903 21 -12.1 -87.4 WSQ-W1 乌苏温泉2号 1755 37 -10.6 -77.7 WSQ-W2 乌苏温泉西冷泉5号 1750 23 -11.6 -82.7 AW-W1 艾其沟裂隙水 1160 20 -9.5 -73.5 3阿拉山地热区温泉水的地球化学特征阿拉山地热区岩性主要为花岗闪长岩，属于结晶岩类型，据前人资料分析，岩浆岩本身就富含较高的氟元素，另外岩浆岩对地下水F含量的富集也起到很大的作用。而阿拉山地热区温泉中F在很大程度上取决于含水

20、层围岩的地球化学特征，其因素有两方面的影响：一方面在构造运动的条件下，在断裂带中创造了氟的聚集、迁移以及水温和化学组成条件；另一方面，结晶岩本身，当它富含氟时，就是溶液中氟的提供者。发表论文。阿拉山地热区在这两方面均具备了上述条件，因此，也就了解了阿拉山地热区氟含量偏高的原因之一。3.1关于阿拉山地热区F与Na+含量偏大的来源分析由于阿拉山地热区热储呈带状，受断裂构造控制，属于深循环地热流体成因，在深部高温高压的条件下，结晶岩被淋滤时，钠向溶液中转移的强度将超过钙，水质变为钠型水，钠的富集必然导致阿拉山地热区CaF2的溶解度增加，水中的PH值也相应的增加，由此导致水的含氟量增高。另外，硫酸钠型

21、水中氟的浓度会随着钙含量的增加而降低，却随着钠含量的升高而升高，这也是阿拉山地热区地下水中氟离子含量偏高的主要原因。同时，硫酸钠的溶解度随着温度的升高呈一定规律变化：当10时，它为8.3；当30时，它为24；当50时，它为31.8；温度再升高，其溶解度反而降低。这是硫酸钠的溶解度特征，也是阿拉山地热区水化学类型为什么是SO4Na型，而不是其它水化学类型的原因。3.2阿拉山地热区其它元素成分分析比照在水文地球化学中，往往通过水中的某些微量元素比值来确定其水化学特征的相似性及地热的温标，如：钾和钠比值、锂和锶比值、SO42和钙比值等等。阿拉山地热区泉井水的Ca2+、Li/Sr、SO42-/Ca2+

22、、Na+/Ca2+差异明显，但却有一定规律表7，大致分为三组。第一组包括1号原地热井、WQ01探采结合井和2号温泉水；第二组包括3号温泉和4号冷泉；5号冷泉构成第三组。水化学组成的差异代表了不同的水的来源，即三组水分别代表了不同的水的来源及演化机理。第一组和第三组水化学特征差异显著，可以确定为来源不同，分属于不同的径流通道，第二组水的化学组分含量及特征系数介于第一组和第三组水之间，可能为又一独立的水的来源，也可能是前两者的混合产物。从本次勘查施工的WQ01探采结合井进行自流量观测时，1号原地热井和2号温泉水完全断流，而对其他泉水尤其是冷泉影响很小来看，判定三组水的补给来源不同、径流通道不同是有

23、依据的。在微量元素温标方面，前人常利用Mg2+/Ca2+低值表示高温，高值表示低温，Na+/Ca2+温标高值表示高温，CL-/F-高值表示高温的方法来粗略判定地温变化情况。由表7可以看出，Na+/Ca2+温标指示比拟典型，1号原地热井、WQ01探采结合井和2号泉地段Na+/Ca2+温标高值表示高温；4号、 5号泉地段低值表示低温。发表论文。由此综合确定1号原地热井、WQ01探采结合井和2号泉地段具有热储意义，地热流体富集较好。乌苏南山温泉主要微量元素一览表 编号 Ca2+ Na+ Mg2+ Li Sr CL- F- SO42- Li/Sr Na+/ Ca2+ Mg2+/ Ca2+ CL-/ F

24、- SO2-/ Ca2+ 1原地热井 10.0 121.1 0.1 0.16 0.07 26.6 9.6 177.7 2.3 12.1 0.01 2.7 17.8 WQ01探采结合井 10.0 127.6 1.2 29.1 9.2 192.1 12.8 0.12 3.16 19.2 2 10.0 118.3 1.2 0.15 0.07 28.4 10.0 187.3 2.1 11.8 0.12 2.84 18.7 3 16.0 127.8 1.2 0.14 0.11 31.9 9.3 206.5 1.3 8.0 0.08 3.43 12.9 4 18.0 129.9 2.4 0.15 0.11 31.9 9.6 216.1 1.4 7.2 0.13 3.32 12.0 5 24.0 117.0 6.1 0.15 0.18 26.6 9.6 182.5 0.8 4.9 0.25 2.77 7.6 4 结论-乌苏市阿拉山地热区温泉的分布与阿拉山地热区断裂构造密切相关。阿拉山地热区在经历多期次构造运动后，岩体受到破坏和错动，为地下水的循环和储存创造了有利条件,通过地形测量、地质测绘、地球物理勘探、