松辽盆地北部中二叠统碳酸盐岩元素和稳定同位素地球化学特征与古环境

松辽盆地中二叠统哲斯组发育一套暗色泥岩、灰色砂砾岩与灰岩沉积组合,灰岩中产海相腕足类和双壳类化石。由于受钻井进尺和取心资料限制,前人对盆地覆盖区晚古生代地层及其沉积环境研究较少。对采自松辽盆地杜101井、杜103井剖面哲斯组的白云质灰岩进行了系统的稳定同位素和微量元素、稀土元素分析,首次获取了盆地覆盖区中二叠统灰岩元素地球化学资料。测试结果显示碳同位素δ¹³C_PDB值一般>0(均值为1.68‰),氧同位素δ¹⁸O_PDB值全部<-15‰(均值为-19.98‰),碳、氧稳定同位素关系图解显示二者呈正相关关系,表明白云岩化作用对灰岩同位素改造作用明显。稀土元素(REE+Y)总量为56.88×10^-6~143.72×10^-6,均值为108.92×10^-6,PAAS标准化后显示具有轻稀土相对于中稀土和重稀土亏损、δEu(均值0.94,最大值1.57)负异常、δCe(均值0.87,最大值1.06)普遍负异常和相对高的Y/Ho均值(均值34.59)等特点,与正常海相具有大体相同的稀土元素配分模式;而微量元素Ba(均值281.55×10^-6)、Zn(均值71.91×10^-6)、Y(均值17.44×10^-6)、Zr(均值117.75×10^-6)和Rb(均值66.84×10^-6)等元素含量整体较高,Sr/Ba(均值2.91)、Th/U(均值2.75)、V/Cr(均值1.45)和V/(V+Ni)(均值0.66)等比值适中,指示研究区哲斯组沉积时期主体为一种频繁受陆源碎屑混染作用影响的碳酸盐台地或滨海岸环境。     

沧县隆起中段献县凸起和阜城凹陷岩溶型地热资源特征

为探究华北平原的岩溶热储分布规律,以及如何高效开发利用献县凸起和阜城凹陷地热田的地热资源,结合前人研究成果与已有地热井的测井、地震、水化学等资料,分析了岩溶热储分布规律以及献县凸起和阜城凹陷地热田的四大要素即“源、储、通、盖”等地热地质条件,建立了地热田概念模型,并精细评价了地热资源量。研究表明地热田是形成于渤海湾盆地新生代伸展断陷背景下的受深大断裂控制的传导型地热田,主要以大气降水为补给水源,深大断裂和岩溶不整合面为水运移通道。来自太行山和燕山的水再补给、汇聚,在献县凸起及阜城凹陷岩溶热储中富集,形成中-低温传导型地热系统,具有良好的盖层以及高达3.63~5.31 ℃/100 m的地温梯度。蓟县系岩溶热储顶板埋深1 400~1 500 m,有效厚度累计336.1 m;奥陶系岩溶热储顶板埋深2 000~2 500 m,有效厚度累计55.3 m。献县凸起地热田蓟县系岩溶热储可采资源量3.75×10⁹ GJ,折合标煤1.28×10⁸ t,年开采地热资源量可满足供暖面积4 523×10⁴ m²;阜城凹陷奥陶系岩溶储可采资源量0.80×10⁹ GJ,折合标煤0.27×10⁸ t,年开采地热资源量可满足供暖面积954×10⁴ m²。献县凸起及阜城凹陷地热田开发潜力巨大。     

阿尔金造山带南缘晚奥陶世赞岐质闪长岩的发现及其地质意义

本文以阿尔金造山带南缘出露的高镁赞岐质闪长岩为研究对象,通过系统的野外地质工作、显微岩相学、年代学和全岩地球化学分析,探讨其成因类型和源区性质,限定了阿尔金造山带构造演化格架。闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明其形成年龄为(445±3) Ma,属晚奥陶世。地球化学数据显示:闪长岩Al₂O₃含量为15.11%~16.19%,且具有高MgO(3.93%~5.29%)和K₂O(1.68%~2.67%)含量的特征,属于高镁钙碱性准铝质岩石;闪长岩具有较高的Cr(29.3×10^-6~140×10^-6)、Ni(27.1×10^-6~43.5×10^-6)、Ba(606×10^-6~936×10^-6)、Sr(513×10^-6~734×10^-6)和Y(26.4×10^-6~31.1×10^-6)含量,与典型的高镁赞岐岩类地球化学特征一致;稀土配分图和微量元素蛛网图显示闪长岩样品富集轻稀土元素和大离子亲石元素(如Rb和K),而亏损高场强元素(如Nb、Ti和Zr),表现出与俯冲带环境岩浆岩相似的性质;高Ti/Zr比值(48~60)与Mg^#(46.74~53.06)、高Cr(29.3×10^-6~140×10^-6)与高Ni(27.1×10^-6~43.5×10^-6)含量等暗示闪长岩岩浆源区来自遭受俯冲组分交代过的富集岩石圈地幔。岩石成因分析表明,阿尔金造山带南缘晚奥陶世高镁赞岐质闪长岩是后碰撞构造环境下俯冲板片断离诱发地幔楔发生减压熔融而形成,代表了早古生代最强烈的区域性幔源基性岩浆侵入事件。     

云南大丫口祖母绿颜色环带成因对多阶段成矿的指示意义

云南大丫口祖母绿常出现颜色环带,且伴随明显成分变化,而目前颜色环带的成因仍存争议,相关的多阶段成矿假说尚缺少明确证据。文章通过电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪对大丫口祖母绿的颜色环带及黑色矿物包裹体进行主微量元素成分分析,并对不同类型岩脉祖母绿中流体包裹体进行显微测温分析,进而探讨祖母绿颜色环带成因与多阶段成矿的联系。成分测试结果表明,从浅绿白核部至绿色边部,V(970×10^-6→10 077×10^-6)、Rb(9.6×10^-6→27.4×10^-6)、Cs(535×10^-6→3 108×10^-6)、Fe(1 376×10^-6→2 199×10^-6)和Ga(4×10^-6→14.7×10^-6)等微量元素的含量急剧增加。结合绿色晶体边部中同生黑色富钒电气石包裹体的分布,有力证明了大丫口祖母绿颜色分带的形成与晶体的多阶段成矿有关。流体包裹体测试结果表明,含矿长石-方解石脉、含矿石英脉和伟晶岩-变粒岩接触带中矿物的流体包裹体盐度范围分别为3.39%~10.36%(NaCl_eq)、5.71%~12.29%(NaCl_eq)和8%~18.72%(NaCl_eq),指示了伟晶岩脉中祖母绿的多阶段结晶,且表明随结晶阶段演变,成矿流体的盐度逐渐升高。同时,成矿流体盐度升高也是晚期云英岩化阶段致色元素含量剧增的原因。     

苏北盆地干热岩地热资源前景分析

苏北盆地属于中、新生代“断陷型”盆地,发育前震旦系变质基底及古生代海相台地沉积,经历燕山期大规模岩浆-火山-构造活动,之后连续断陷沉降并沉积了厚度巨大的新生代地层;新生代苏北盆地处于持续活跃的洋陆构造带内,其特殊的构造位置使区内拥有相对高的大地热流值和较大的地温梯度,具有巨大的地热资源潜力。基于区域地热地质综合研究,本文针对苏北盆地地质构造特征、地温数据、地球物理信息等系统分析,初步证实了盆地内不仅存在浅部中低温地热资源,而且推断出盆地深部拥有温度较高的干热岩资源,其热源主要来源于深部的地幔,是本地区新生代区域伸展裂陷、地幔上涌、岩石圈减薄等作用的结果。根据干热岩选区的科学准则,盆地内优势前景区拥有丰富的动态热源、导热效果极佳的热通道、规模巨大的优势热储、良好保温作用的热盖层,并依据此初步建立成因模型,为进一步勘探与开发提供参考依据。     

基于模糊数学法的松辽盆地深层地热资源潜力评价

松辽盆地具有高大地热流、高地温梯度特点,是我国地热资源有利远景区.前人对松辽盆地干热岩研究取得了系列认识,但部分地热评价中缺乏重要参数(如大地热流、地温梯度),评价数据以收集资料为主,造成预测的地热有利区存在争议.本文通过处理分析大量实测地球物理数据,获得了壳内高导层埋深、居里等温面埋深、莫霍面埋深和中生界基底岩性等分布特征,结合大地热流、地温梯度等信息,利用模糊数学法开展松辽盆地深层地热资源评价,结果表明：松辽盆地深层地热资源具有“中部优、东南部良好、西部和北部差”的分布格局;大庆-松原和肇东-哈尔滨是两大深层地热资源有利区,其干热岩总资源量为6.236×10²² J,折合为2.128×10¹² tce(吨标准煤当量),指示了深层巨大的干热岩资源潜力.     

长江下游区域地温场特征及其能源意义

区域地热特征及深部温度估算对于油气勘探和地热能资源评价和开发利用具有重要意义,长江下游地区是我国东部经济社会高度发达的地区,其能源需求大,区域热状态研究能为该区地热资源评价提供关键约束。通过整合长江下游地区已有的温度数据和实测岩石物性参数,勾勒出该区的现今地温场特征,并进一步估算其1 000~5 000 m埋深处的地层温度。研究表明,长江下游地区现今地温梯度为16~41 ℃/km,且以18~25 ℃/km居多,苏北盆地区呈现高地温梯度。大地热流值为48~80 mW/m²,其均值为60 mW/m²,表现为中等的地热状态,有利于油气和地热能形成。此外,长江下游地区深部地温估算表明,1 000 m埋深处的温度范围为30~54 ℃,2 000 m时温度范围为50~95 ℃,3 000 m时温度范围为65~130 ℃,4 000 m时温度范围为80~170 ℃,5 000 m时温度范围为100~210 ℃。区域深部地温的展布趋势呈NE向,高温区域集中在安徽南部和江苏东北部。结合60 ℃和120 ℃等温线的埋深分布及区域地质、地球化学和地热特征,初步探讨了该区油气与地热资源的有利区带及其相应的开发利用类型。     

西大别桥店花岗斑岩脉的形成时代、岩石成因及其大地构造意义

白垩纪碰撞后花岗岩是研究大别造山带碰撞后伸展垮塌的重要载体,西大别南缘的桥店花岗斑岩脉为约束大别山碰撞后构造机制转化提供了新的约束信息。SIMS和LA-ICP-MS锆石定年结果表明,桥店花岗斑岩脉侵位年龄约为129 Ma,并具有富集的锆石Hf同位素组成(ε_Hf(t)=-24.5-14.7)和古元古代二阶段模式年龄(2.41.9 Ga)。矿物组成上,花岗斑岩脉以富含粗粒的长石斑晶为主要特征。它们具有变化的SiO₂含量(63.07%73.22%)和A/CNK值(0.871.73),同时具有高的K₂O(4.51%5.47%)、低的MgO (0.42%1.82%)含量,属于高钾钙碱性花岗岩类。岩石的轻稀土元素相对重稀土元素富集,具有Eu的负异常(Eu/Eu^*=0.770.92);同时富集Rb、Ba和Pb,而亏损Nb、Ta和Ti。相较于典型埃达克质岩石,桥店花岗斑岩的Sr含量(78×10^-6724 ×10 ^-6)变化较大,Y(11.8×10^-614.8×10^-6)和Yb(1.09×10^-61.37×10^-6)含量相对较高,对应的Sr/Y(6.755.5)和(La/Yb)_N(29.634.2)比值较低。以上地球化学特征,结合古元古代的残留锆石和二阶段铪模式年龄,共同反映出桥店花岗斑岩是区内古元古代下地壳物质在中-低压力条件下部分熔融的产物。与区域上碰撞后岩浆岩的对比研究表明,桥店花岗斑岩的侵位指示了西大别地壳在约129 Ma已经开始减薄,西大别白垩纪加厚下地壳的拆沉及构造机制转换的时间可能在约130 Ma前后。     

河北省干热岩地热资源赋存分布研究

干热岩作为重要地热资源的组成部分,具有清洁、稳定、可再生的资源优势及巨大的高温发电潜力。基于河北省地温场分布特征,地热地质背景、大地热流、酸性岩体分布及盖层特征,初步认为省内基岩构造凸起区或山间盆地构造活动区存在低孔隙度、渗透性而缺少流体的隐伏高温变质岩系。综合分析初步圈出了6块干热岩地热资源赋存潜力区。在此基础上结合国内外干热岩成因机制分析将河北省干热岩地热资源的赋存类型分为沉积盆地型、沉积盆地型叠加高温放射型、近代火山型和板块俯冲型4种成因模式。     

沧县隆起中部大地热流及岩石圈热结构特征：以献县地热田为例

岩石圈热结构是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要基础,更是地热田热源机理研究的核心问题,尤其对于深部地热资源开发具有重要的科学指导意义.沧县隆起中部地热资源丰富,地热地质条件较好,但该地区岩石圈热结构尚不明确,制约着区域地热资源勘查开发.本文以沧县隆起中部献县地热田为研究区,开展了4 000 m深井测温、精细的岩土热物性测试,查明了该区大地热流特征及热结构特征,填补了大地热流测量空白区,建立了研究区岩石圈热结构概念模型,估算了其深部温度及岩石圈厚度.结果表明,献县地热田大地热流值为70.58 mW/m²,居里面埋深约为24 km,莫霍面温度约为749℃,热岩石圈厚度约为85～96 km.     

广西合浦盆地干热岩资源成热条件及潜力评价

为了对广西合浦盆地干热岩资源成热条件及其潜力进行评价,利用广西航磁勘查数据,采用Parker-Oldenburg法反演计算了居里面深度。在此基础上进行大地热流密度值和不同埋深地温计算,发现计算结果与现有测温资料吻合,合浦盆地内西场凹陷和常乐凹陷具有干热岩资源成生条件。结合合浦盆地内基础地质调查资料和油气钻孔资料,分析了合浦盆地干热岩资源的储层和盖层条件。初步圈出2个位于西场凹陷和常乐凹陷的干热岩勘查靶区C1和C2,面积分别为167.10和72.90 km²,干热岩资源量分别为182.48×10¹⁵、77.59×10¹⁵ J。按20%的采收率,合浦盆地干热岩资源量可开采量为52.01×10¹⁵ J,折合标准煤177.48×10⁴ t,占2018年广西全区能源生产总量3 756.69×10⁴ t标准煤的4.72%。在资源量评价基础上,可优先考虑位于合浦盆地西场凹陷的C1靶区开展进一步的勘探工作。     

开采状态下河北平原孔隙热储地热水资源的构成——以辛集集中开采区为例

地热水属于承压水,其储存量包括容积储存量和弹性储存量两部分,当水位处于含水层顶板以上时,已开采出的地热水只能是弹性储存量。在河北平原区进行区域地热资源评价时,地热水可开采量按照开采系数法、解析法等不同方法计算,与弹性储存量存在巨大差距。为研究地热水开采资源的构成并更加准确评价集中开采区地热水的可开采量,采用地下水均衡法对辛集集中开采区地热水开采资源量进行了计算,结果显示: 侧向补给量为126×10⁴ m³,占开采资源量的60.9%; 越流补给量为19.7×10⁴ m³,占开采资源量的9.55%; 弹性释水量为33.1×10⁴ m³,占开采资源量的16.1%; 弱透水层压密释水量为27.4×10⁴ m³,占开采资源量的13.3%。研究结果说明,集中开采区地热水的开采资源量不仅仅来自于热储层的弹性释水量,还包括侧向补给量、越流补给量和弱透水层的压密释水量。研究成果对于科学合理地开发地热资源、更好地遏制和缓解地热水开采引发的地质环境问题具有一定意义。     

我国东南沿海干热岩赋存前景及与靶区选址研究

干热岩资源是未来重要的清洁型能源,干热岩资源靶区选址是进行干热岩资源开发利用最基础的工作。本文在综合国内外相关干热岩开发项目的基础上,系统总结了干热岩选址的地热地质学指标,并对我国东南沿海地区的干热岩赋存背景进行论述,选取了广东阳江新州、广东惠州黄沙洞、雷琼断陷盆地、海南陵水等几个地区作为我国东南沿海干热岩开发的重点潜力靶区,在综合分析各靶区深部地热地质背景、深部热异常的基础上,建立了研究区深部温度场模型,进行了干热岩资源靶区选址对比研究,对下一步优先勘查靶区及勘查方案提出了建议。     

基于工程开发原则的干热岩目标区分类与优选

干热岩(HDR)是指不含或仅含少量流体,温度高于180 ℃,其热能在当前技术经济条件下可以利用的岩体。作为一种重要的非常规地热资源,干热岩的开发利用可以借鉴页岩油气的成功经验,采用相似的技术发展路径,找到“地热甜点”,开发出低成本且高效的钻完井技术,逐步形成和完善技术体系,建立与对象相适应的生产运行模式,以期实现对这种巨大资源的有效开发利用。增强型地热系统(EGS)被认为是干热岩资源开采的一种重要方式。EGS最初被称为工程型地热系统,后来才统称为增强型地热系统,是指通过实施特殊的工程工艺,改善地层储集性能或(和)向地层中注入流体,以实现对地热资源的有效开发。其基本方法原理为在干热岩体内钻两口或多口井,将低温流体通过注入井注入干热岩体的天然裂缝系统,或注入通过压裂技术在钻井之间建立的具有水力联系的人工裂缝中加热,通过吸收干热岩内所蕴含的热能,将流体温度提高到一定程度后从生产井采出至地表或近地表进行利用,形成人工热交换系统,用于发电或取暖等。采用EGS技术开发干热岩地热资源,选区选址恰当与否是能否取得成功的最关键环节之一。中深层地热资源可分为水热型和干热岩型两大类、五亚类。其中,干热岩根据其热储孔渗条件差异又可分为无水优储、无水差储和无水无储三亚类,适合作为EGS开发对象的干热岩资源为其中的无水优储和无水差储两种类型。五类地热资源规模呈金字塔形,开发技术难度逐渐增加。基于由热储埋深、热储温度、热储岩性、热储物性、盖层厚度、盖层断裂发育条件等组成的地质资源条件,由钻探成井技术、储层改造技术、管理运营技术组成的工程技术条件,以及由地热需求和资源经济性组成的经济市场条件三个因素,本文建立了三因素分析与多层次指标分解法相结合的干热岩EGS选区评价方法和关键指标,在国内干热岩资源条件较好的17个候选区中,优选出西藏羊八井高温地热区和渤海湾盆地济阳坳陷潜山分布带作为EGS试验有利区。     

关中盆地浅层地热能赋存规律及资源量估算

通过野外地质调查及室内综合研究,分析了关中盆地浅层地热能的开发利用情况、赋存特征和形成模式,并对资源量进行了估算,总结了盆地不同地貌单元、不同岩性的岩土体热物性参数特征,计算了区域恒温带深度和浅层大地热流值。关中盆地地热能的形成模式主要为热传导型和热对流型: 热传导型地热资源主要分布于西安凹陷、固市凹陷等完整地质块体内; 热对流型地热资源主要分布于深大断裂直接沟通地表的区域以及断裂带周边区域。采用层次分析法对关中盆地浅层地热能进行适宜性分区,认为关中盆地整体属于地埋管地源热泵系统适宜区或较适宜区,地下水地源热泵系统适宜区和较适宜区主要分布在盆地中部漫滩区和阶地区。利用热储法,计算关中盆地浅层地热能热容量为1.38×10¹⁶ kJ/℃,浅层地热能储量巨大,开发利用前景优良。     

河北武城凸起地热田地热地质特征

在“雄县模式”和环境压力的双重驱动下,河北地区已形成我国最大的地热供暖城市群。因此,研究武城凸起地热田地热地质特征,对河北省故城县地热开发具有重要的指导意义。本文通过测井、地震和区域地质资料,结合水化学特征、同位素测试结果的分析,系统分析了地热田的不同类型热储展布、储集层物性、地下热水补给来源和循环路径特征,并精细评价了地热资源量。结果表明武城凸起地热田热储类型主要为馆陶组砂岩热储和奥陶系岩溶热储。砂岩热储区域稳定分布,主要产水层为下馆陶组,底板埋深1 200~1 600 m,单井出水量79~123 m³/h, 井口水温52~54 ℃;岩溶热储有利区带主要分布在寒武—三叠系卷入的背斜核部,呈南北向带状展布,主要产水层为上马家沟组、下马家沟组和亮甲山组,顶板埋深2 100~2 900 m,单井出水量75~98 m³/h,井口水温82~85 ℃。地下热水来源为西部太行山脉和北部燕山山脉,热水沿着NE-SW向断裂破碎带和岩溶不整合面向上水平运移进入浅层热储,通过沧县隆起和邢衡隆起在武城凸起汇集,形成中低温地热田。地下热水质类型为Cl-Na型,最大循环深度为2 822.5~3 032.5 m,¹⁴C测年表明砂岩热储和岩溶热储年龄分别为21 ka和32 ka。明化镇组和石炭—二叠系分别为两套热储的直接盖层。武城凸起地热田地热资源量分层精细评价结果表明,热储地热资源量合计4.86×10¹⁰ GJ,折合标煤16.6×10⁸ t。年可开采地热资源量可满足供暖面积1.1×10⁸ m²,市场开发潜力巨大。     

广东省惠州市博罗—大亚湾NW-SE向断陷系统地热资源分析

博罗—大亚湾断陷区位于广东省惠州市西南部,处在我国东南沿海构造活动带,自新生代以来,受太平洋板块和欧亚大陆板块俯冲作用的影响,洋陆系统相互作用导致构造活动活跃,岩浆侵入、火山喷发频繁,地震活动强烈,地表热流值较全国而言比较高,沿着北西走向的博罗—大亚湾线性断陷系统内发育厚层的陆相碎屑沉积,众多的高温热泉出露在裂陷边界,显示出良好的地热资源潜力。通过研究分析深部重磁电震等地球物理资料,发现区域内不仅拥有丰富的浅层次水热型地热热源,深部层位可能存在优质的干热岩储层,初步推断其热源来自新生代南海地幔底辟作用,其导致壳幔物质非均匀流动,在陆壳地区底部发生熔融,向浅部不断传导形成线性热隆伸展构造,控制着整个断陷内的地热系统。     

基于开挖的增强型地热系统概述

地热能赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,是一种永久的、可再生的、储量丰富的清洁能源。地热能的开发,尤其是干热岩的开发利用,有可能成为解决人类未来能源危机的重要途径。目前采用的干热岩开采方法被称为增强型地热系统(EGS)。热储地质环境的复杂性和水力化措施对天然裂隙的依赖性,造成多数的EGS项目存在热储体积和换热面积不足、工质流量小、终端温度低,以及诱发地震风险等局限性,致使干热岩开发始终未能大规模商业化。基于开挖的增强型地热系统(EGS-E)的提出为突破传统EGS的技术弊端和规模局限提供了新思路。文章在其概念模型的基础上,从系统原理、工程构想、技术优势等方面对EGS-E进行了更详尽的阐述。EGS-E采用开挖、爆破、崩落等采矿技术,形成了独特的热储致裂系统和热能交换系统,能够大幅度降低地质环境对热储质量的限制,具备构建定制的热储空间、形成充足的换热面积,维持稳定的工质流量与温度及减少诱发地震风险等优势,为干热岩开发的商业化提供了新的解决方案。     

青海共和盆地干热岩赋存地质特征及开发潜力

青海共和盆地贮藏有丰富的干热岩地热资源。为提升共和盆地干热岩地热资源成因的理论认识,进一步推动干热岩资源的勘探,文章从共和盆地干热岩热源机制、盖层条件、储层特征等方面对共和盆地干热岩资源成因件进行了全面分析。首先,结合区域地质构造分析、地热地质调查、地球物理（航磁、地震）解译等手段,在共和盆地恰卜恰岩体内实施了4口深度为2927~3705 m的干热岩勘查孔,并在3705 m处钻获236℃的优质干热岩资源,为中国非现代火山区干热岩地热资源勘探的首个重大突破。其次,系统测试了钻孔不同深度花岗岩放射性,结果表明,共和盆地花岗岩体铀、钍、钾放射性含量略高于大地背景值,放射性生热率较低,对干热岩热源的贡献小,其热源可能来自壳内熔融体。第三,基于地质资料分析和航磁解译,圈定了共和盆地总体面积约1.4×104 km2的潜在干热岩分布区。最后,采用体积法评估了共和盆地干热岩资源潜力,结果表明,共和盆地3.0~6.0 km深度范围保守的、静态干热岩资源总量为8974.74×1018 J,换算标准煤可达3066.19×108 t,具有广阔的开发利用前景。