青海共和-贵德盆地增强型地热系统(干热岩)地质-地球物理特征

青海共和—贵德盆地增强型地热系统（干热岩）地质—地球物理特征薛建球;甘斌;李百祥;王志林【摘要】青海共和—贵德盆地处在秦岭—昆仑造山带“秦昆岔口”,是新生代断陷盆地•盆缘活动断裂、岩浆岩发育，水热活动强烈、温泉密集，超过60工的温泉6处，最高可达93.5°C,超过当地沸点(92。0为沸泉•盆地内地温场高,据地热钻井揭露见花岗岩的三个孔,QR1孑L深969m,孔底温度为70°C,DR1孑L深1455m,孔底温度87°C,R2孑L深1709.56m,孔底温度可达97C,地温梯度高达6~7°C/100m,是正常地温梯度2倍,地热增温随深度增大而升高，推测3000m温度可达150~200C,重力低异常推断基底凹陷与可控源音频大地电磁测深、地震反射波勘探推断基底界面深度不一致,并有磁异常对应,又经钻探证实.由此认为重、磁异常为花岗岩引起.花岗岩为燕山期，进入花岗岩钻孔深部有热无水,故认为盆地可能存在干热岩.％TheGonghe-GuidebasinofQinghaiProvinceislocatedinaCenozoicgrabenbasinoftheQingling-Kunlunorogenicbelt,wheretherearemanyactivefaults,magmatitesandintensehydrothermalactivities.Thereare6hotspringswhosetemperaturesareover60C,withthehottestonereaching93.5C,whichisbeyondthelocalboilingpoint(92C)andishencedefinedasaboilingspring.Thegeothermalfieldishighinthisbasin.Accordingtothreegeothermaldrillholesthatuncoveredgranite,thedrillholenamedQR1969mindepthexposed70Catthebottom,thedrillholenamedDR11455mindepthexposed87Cinthebottom,thedrillholenamedR21709.56mindepthevenexposed97Catthebottom.Geothermalgradientisupto6-7Cper100meter,beingtwotimesofthenormalgradient.Thegeothermalwarmingincreaseswiththedepth,andtheauthorsinferredthatthetemperatureinthedepthof3000misabout150to200°C.ThebasementdepthinferredbylowgravityanomalyisnotconsistentwiththeCSAMTandseismicreflectionresults.Withcorrespondingmagneticanomalyanddrillingevidence,theauthorsbelievethatthegravityandmagneticanomalyiscausedbyYanshaniangranite.Asthedeepdrillholesintersectheatbutnowater,theauthorsholdthattheremayexisthotdryrockastheheatsourceofthisbasin.期刊名称】《物探与化探》年(卷),期】2013(037)001【总页数】7页(P35-41)关键词】共和—贵德盆地;增强型地热系统(干热岩);地温梯度异常;重力低异常;花岗岩【作者】薛建球;甘斌;李百祥;王志林【作者单位】青海省环境地质勘查局,青海西宁810000;青海省环境地质勘查局,青海西宁810000;甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院,甘肃兰州730020;甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院,甘肃兰州730020【正文语种】中文【中图分类】P631共和一贵德盆地地热勘查从1999~2011年，超过或接近千米的地热深井已有6眼，分别钻入花岗岩为39、100、219m的井有3眼，经测温和抽水试验花岗岩有热无水，浅井10多眼，地温梯度高达6~7工/100m。干热岩是未来清洁的新能源。判断是否有干热岩存在，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)温度能否达到150°C以上［1］,以及侵入岩成岩时代是否较晚，这些条件在该区已基本具备。目前探讨存在干热岩地区的文章中［1－4］，能符合条件，揭示岩体热状态、热参数资料的不多。文献［5］探讨了共和盆地存在干热岩，近两年在该地区又实施2个见花岗岩深钻孔，进一步证实了热岩体的存在。综合分析共和—贵德盆地以往地质、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。用石油重力解释资料、地热勘查可控源音频大地电磁测深以及石油地震勘探几种方法，推断的基底形态和深度不符，结合地热孔见花岗岩的事实，证实可控源音频大地电磁测深、地震勘探推断基底界面比较接近，由此认为，重力低由盆地和花岗岩共同引起，不存在石油重力推断盆地中的次凹陷。新型能源干热岩的提出和利用，在国内尚属起步和探索阶段，是地球物理方法勘查地热的前沿。因此，在结合近两年勘查结果和以往地质、地球物理资料综合分析的基础上，探讨增强型地热系统(干热岩)存在的地质—地球物理标志，可为找干热岩提供更多深部热岩体的信息。区域地热地质背景共和—贵德盆地处于昆仑山脉与秦岭山脉之间，为一个总体呈北西西向展布的菱形山间盆地。大地构造单元属于东昆仑、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”［6］，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的沉降带，板块构造观点称之为中央造山带“秦昆岔口”［7］。共和—贵德盆地是古近系初形成的断陷盆地，四周被断褶带隆起山地围限，北侧是青海南山、拉鸡山断褶隆起带、南侧是河卡南山、巴吉山断褶隆起带、西为鄂拉山构造岩浆岩带、东为扎马山断褶隆起带，中间被瓦里贡山构造岩浆岩隆起带分隔出共和、贵德两盆地。共和—贵德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、河湖相堆积物和新、古近系(N)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，岩性为灰绿、灰白色砂岩、砾岩夹煤线的泥岩组成。盆地东部边缘还有白垩纪基性火山熔岩沿多禾茂断裂呈南北向分布。三叠系(T)广泛出露于盆地周边的隆起带处，盆地的基底是由三叠系地层组成，三叠系下、中、上三统具全，下、中统为海相，上统为陆相。侵入岩主要是燕山期，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。由三叠系和燕山期中酸性岩体构成褶皱基底。盆地内发育三级湖相阶地和多级黄河阶地［8］，说明随青藏高原隆升，盆地一直处于间歇性抬升状态。盆山地热显示隆起山地断裂对流型温泉成带密集分布共和—贵德盆地东西两侧和中间形成三条近南北向构造岩浆岩隆起带，也是三条右行走滑活动断裂带和温泉密集分布带，夹持在NWW向东昆仑一西秦岭两条主边界断裂之间(图1)。盆地西侧构造岩浆岩带在鄂拉山沿乌兰一兴海一线分布，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，岩体长轴和三叠系火山岩多呈NNW向，并由一系列断裂平行展布，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宽的断裂挤压破碎带，且多期活动，以第四纪新构造活动最为强烈［9］。沿断裂分布有乌兰巴硬格里温泉(42.5°C/1),兴海青根河温泉(30°C)青根河东南9km温泉(62工/2)、兴海温泉(6FC/3)等。中间瓦里贡山构造岩浆带沿当家寺—过马营一线分布，中酸性侵入岩为燕山期。当家寺一群强隐伏断裂带沿瓦里贡山隆起带呈NNW向展布，贯穿南北，沿此构造岩浆带分布的温泉温度最高，由北往南有曲乃亥温泉(86C/6)，扌L仓寺温泉(93.5C/7,超过当地沸点92C为沸泉)，新街温泉(64C/8)。东侧是扌马山构造岩浆带，属西秦岭印支造山带以三叠系和燕山期花岗岩为基底，并有岗察寺—多禾茂断裂贯穿南北，沿南北向多禾茂断裂还有白垩纪基性火山熔岩呈带状分布。温泉分布有同仁兰采温泉(67C/9)、同仁曲库呼温泉(48.5C/10)和西卜沙温泉(44C/11)等。上述构造岩浆岩带中断裂切割较深，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—东昆仑南北向地热带。图1共和—贵德盆山地热分布沉积盆地地热井温度高、地温梯度大共和县城附近钻孔揭露，300m左右第四系含水层水温较正常井普遍增高10C,水井测温新水1、2号井水温27C,3号井水温31C,4号井290m处水温高达38.6C,这些地热异常井多沿隐伏断裂带展布，水量丰富，单井涌水量2000~4000m3/d。上他买一阿乙亥地段克才村农田供水CK9孔，井深246m，揭露出赋存在新近系粉细砂岩热储层自流热水，水温42C,地温梯度值达7.5C/100m(图2)。1999年，共和县城民族师院施工的地热井(QR1)，孔深969m。532m段，第四系岩性为亚黏土、亚砂土夹中砂砾石、含砾砂层及粉细砂层;在532-932.16m段，岩性为新近系砖红色、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;932.16-969m段，岩性为花岗岩，风化壳厚12.5m。井底实测温度70C,全井平均地温梯度为6.79C/100m,井口水温仅40C,涌水量458m3/d。2007年在共和县上他买一阿乙亥打成的R1地热井，井深1203.48m,0-583m段为第四系亚黏土、亚砂土及粉细砂、中粗砂地层，583~1203.48m段为新近系泥岩、砂质泥岩及粉细砂岩、中砂岩及含砾中粗砂岩。揭露深部热储段为697~1150m，含水层厚98.4m，岩性为新近系粉细砂岩、中砂岩及含砾中粗砂岩。经抽水试验，涌水量1136m3/d，井口水温达72.5°C,井底测温到83°C。平均地热温率是6.36°C/100m。2011年又在上塔买一阿乙亥施工DR1地热孔，孑L深1455m，在1354m进出花岗岩。0-55m段是第四系全新世冲洪积物，主要为砂砾卵石、亚砂土，55~610m段为第四系早更新世亚黏土、砂岩等，610-1354m段为古近系地层，岩性主要为泥岩、砂岩，1354-1454m段为花岗岩，该孔孔底温度87C,井口水温82C,涌水量800m3/d。图2共和一贵德盆地地热井测温曲线贵德三河地区自流水勘探中，钻孔控制深度200-400m，最深达603m。承压自流水含水层顶板埋深在NNW向甘家沟一西河断裂以东地段一般50-70m,以西地段30-50m，隔水层岩性为新近系上新统(N2)泥岩及粉砂质泥岩。含水层岩性为新近系上新统中砂、中粗砂、砂砾石薄层及透镜体，下部为中新统砂岩、砂砾岩薄层及透镜体，部分钻孔热异常特征见表1。表1贵德盆地三河地区浅孔地热特征统计孔号位置孔深水温地温梯度C/100mm°C孔中测温温度°C/深度mRK1石家槽603.9528.064.0/603.959.58RK2桥头404.4126.541.4/404.418.43RK3山坪413.2325.034.2/413.236.67RK5红柳滩351.2426.838.1/351.249.09ZK3县委385.6334.634.6/340.58.31R1国税局450.6433.543.1/4009.232000年在贵德温泉宾馆打地热井，井深1000.2m,在600m以上进行了封井止水，井口自流量为50m3/d，测得井底温度71C,井口水温为50C,由于水量小没有成井。2010年在贵德县河滨公园施工R2号地热井，终孔深度1709.56m,1490.55m进入花岗岩，埋深在608.50~1594.7m，热储段厚度为986.2m，岩性为古近系棕红色泥岩、砂质泥夹中砂和粉细砂，下部为花岗岩破碎带。井底温度为97工,经试水在608.5~1594.7m之间的热储带有热无水。由上述钻孔测温可见，在该区地温场高、地温梯度大是共同特点。当钻孔打在构造有利部位，水量大，水温高，而打在断裂不发育的部位，只靠地层岩性储热和导水，就会出现出口水温低和水量偏小。地球物理信息推断基底构造和性质重力反映的盆地构造20世纪90年代中期，石油系统在共和—贵德盆地进行了大量地球物理勘查，据石油重力资料[4]，共和盆地在共和县城附近是一椭园形重力低(图3)，反演基底深度3000-4000m,称为“共和凹陷”。另据地震勘探资料给出的基底界面为一西深东浅的斜坡，基底埋深小于1500m。贵德盆地重力反演基底深度〉3000m，与可控源音频大地电磁测深和钻探结果也不符，究其原因是重力反演基底深度时只考虑盖层和基底之间的密度差，按单一密度界面反演，而忽略了基底内花岗岩存在低密度影响的横向不均匀性，致使推断基底偏深。这也表明，单一物探方法反演解释存在多解性。航磁反映的基底性质图3共和—贵德盆地重力推断基底构造图(据石油重力推断成果图缩绘)图4共和—贵德盆地航磁异常等值线平面区内航磁异常呈2个NWW向带:北部是拉鸡山古生代裂古型基性一超基性岩引起的强磁异常，幅值100~200nT;南部是低缓磁异常带沿共和、贵德、同仁呈NWW向，同仁北部隆起区磁异常幅值(40nT)高于共和、贵德盆地磁异常(20nT)。据此磁异常分布特征，认为低缓磁异常反映出的隐伏磁性体与同仁北部出露的燕山期花岗岩一致，这已被盆地地热钻孔见花岗岩所证实。此花岗岩带与西秦岭北缘一系列具有中弱磁性花岗岩相当(图4)。可控源音频大地电磁测深推断地层结构⑴在共和县城附近，布设了多条可控源音频大地电磁测深(CSAMT)剖面，这些剖面处在西深东浅的斜坡地带上(图5)，推测基底岩性为燕山期中酸性岩体和三叠系碎屑岩、碳酸盐岩。上覆第四系地层为热储盖层，厚度500~600m,横向变化稳定，其下古、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。下部高阻电性层，电阻率200~500Qm,为基底的反映，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1000~1400m之间变化。基底中酸性岩体是地壳浅部热源不含水。但新生界层状热储层埋深和厚度不均,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,在浅部储层中出水量不大和水温不高。在贵德县城附近，布设11条CSAMT电阻率断面，探测结果显示，电性层反映地层呈近水平层状连续分布并有错断、厚薄变化的特征,可划分出5层电性层,测深曲线类型呈QHA型，以通过河滨公园地热勘探孔(R2)的CSAMT东西向1剖面反演电阻率曲线(图6)为例，与已知钻孔(R2)进行对比分析。第一电性层为第四系(Q)冲洪积砂砾卵石层和现代河床及冲洪积阶地。第二电性层对应新近系上部贵德组(N2)为泥岩、粉砂岩、砂岩与砂砾岩互层。局部出现电阻率增高，反映地层中粗颗粒成分相对增多是浅部热储层特征。第三电性层为H型曲线极小值部位的低阻电性层，电阻率4~9Qm,厚度变化在400~500m,电性层横向变化稳定分布连续，是新近系中新统西宁组(N1)河湖相沉积地层，以紫红色泥岩为主，是很好的隔水盖层。第四电性层为A型曲线抬升过度部位，其电阻率横向连续稳定变化，由上向下电阻率呈增高趋势(10~200Qm),为古近系(E)山麓相一河湖相堆积地层，通过钻孔对比可用200Qm作为划分基底和储、盖层的界线。第五电性层为A型曲线尾支高阻基底，电阻率大于200Qm,埋深在1500-2000m未见底，由燕山期花岗岩或三叠系(T)砂岩、板岩等组成贵德盆地基底，进入花岗岩的R2孔，有热无水。图5共和盆地地热勘查CSAMT电阻率及地质解释综合断面图6贵德盆地地热勘查CSAMT电阻率及推断地质断面重磁电综合地质—地球物理标志在上述重磁电勘查结果基础上，结合区内物性参数特征，采用正反演结合分析方法，探究隐伏热岩体的地球物理标志。以基底三叠系密度2.67x103kg/m3与盆地凹陷深3.5km为已知条件，由剩余重力异常利用似二度程序软件反演盖层密度2.42x103kg/m3,将可控源音频大地电磁测深给出的界面深度1.4~1.5km、新生界密度2.3x103kg/m3和花岗岩密度2.62x103kg/m3作为初始控制条件，人机结合反演出花岗岩形态，认为重磁同源的条件下，由花岗岩磁化强度100x10-3A/m，在EW向剖面正演磁测曲线，与已知曲线对比基本一致。由此可见，重力结合多种方法有效组合进行反演可避免多解性，有效预测隐伏岩体。4结语共和—贵德盆地为一新生代断陷盆，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。共和一贵德盆地当地热井打在构造有利部位，水量大，水温高(R1、DR1号地热井)，在断裂不发育的情况下，地热井(QR1、R2)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、水量偏小或者不含水。共和一贵德盆地具有地温场高、地温梯度大、花岗岩不含水的特点。该区地温梯度是正常地壳的2倍，属地热异常区，热源可认为与花岗岩有关，并有1000~1500m盖层保温，按地温梯度6~7工/100m计算，井深3000m温度可达150~200工，由此认为，共和一贵德盆地存在增强型地热系统(干热岩)。共和—贵德盆地隐伏热岩体具有时代较新(燕山期)，岩石中铀、钍、钾丰度高，生热率高的特点，致使壳内热流对大地热流有较大供献，并且花岗岩岩体具有低密度、高电阻、中—弱磁性特征，是勘查干热岩的地球物理标志。勘查隐伏热岩体，如同找隐伏矿，应采用多种物探方法有效组合，综合解释，避免单一方法解释的多解性，结合测温资料对隐伏热岩体作出评价。参考文献:[1]殷秀兰，董颖•我国干热岩地热资源潜力刍议[C]//郑克棪，潘小平，董颖.中国地热资源开发与保护研讨会论文集.北京:地质出板社，2007:47－50.[2]曾梅香，李俊•天津地区干热岩地热资源开发利用前景浅析[C]//郑克棪，