共和盆地壳内部分熔融层存在的地球物理证据与干热岩资源区域性热源分析

新生代以来,共和盆地及其周缘造山带无火山、岩浆活动,印支期隐伏花岗岩体岩浆余热与放射性元素衰变生热等难以构成共和盆地干热岩资源的主要热源,而共和盆地又为一高温地热异常盆地.目前已基本探明了共和县恰卜恰与贵德县热水泉干热岩体2处,圈定出干热岩勘查目标靶区16处.区域重力和区域航磁调查、区域天然地震成像、盆地尺度天然地震背...     

青海共和盆地高热机制数值模拟分析

共和盆地位于青藏高原东北缘,处于秦岭—祁连—昆仑造山带的交汇部位。盆地的平均热流值明显高于中国大陆地区热流平均值,也明显高于周边构造单元,表现为高热异常区域。笔者等结合区域地质、地球物理探测资料及近年来新获的热学参数测试数据,对共和盆地开展了热演化数值模拟,分析了共和盆地的高热异常机制。结果显示,如果将新生界地层作为一个整体考虑,实测的热导率参数不足以形成共和盆地的高热,必然有深部热源,如中—下地壳熔融体的影响。而结合地温曲线,对新生界地层进行分层数值计算分析,显示盆地高热异常形成的主要控制因素是浅表层松散的新生界沉积层的极低热导率,同时岩石圈以下的深部过程影响为共和盆地高热异常提供一定程度的区域热异常背景。     

青海共和盆地高热机制数值模拟分析

共和盆地位于青藏高原东北缘,处于秦岭—祁连—昆仑造山带的交汇部位。盆地的平均热流值明显高于中国大陆地区热流平均值,也明显高于周边构造单元,表现为高热异常区域。笔者等结合区域地质、地球物理探测资料及近年来新获的热学参数测试数据,对共和盆地开展了热演化数值模拟,分析了共和盆地的高热异常机制。结果显示,如果将新生界地层作为一个整体考虑,实测的热导率参数不足以形成共和盆地的高热,必然有深部热源,如中—下地壳熔融体的影响。而结合地温曲线,对新生界地层进行分层数值计算分析,显示盆地高热异常形成的主要控制因素是浅表层松散的新生界沉积层的极低热导率,同时岩石圈以下的深部过程影响为共和盆地高热异常提供一定程度的区域热异常背景。     

基于测井资料的共和盆地贵德扎仓地热田热储特征分析

青海共和盆地东部的贵德次盆扎仓地区发育复合型高温地热资源,先后施工完成的ZR1井3000 m裂隙型热储测温151.34℃, ZR2井4600 m干热岩热储测温214℃,展现共和盆地良好的地热资源潜力。本文首次报道ZR2井全井常规与特殊测井数据,评价了扎仓沟花岗岩热储的孔隙度、体积密度、岩石生热率、岩石力学、地应力等关键参数,结果显示:ZR2井温测井显示4 092.8 m温度达到180℃, 4602 m深度井温214℃;利用电成像测井识别出两段裂缝集中发育带,分别为4210—4220m和4310—4320m,并对全孔段裂缝的产状进行了统计分析;利用井壁崩落和三井径法,计算该钻孔现今最大主应力方向为近南北向;共解释岩性破碎地层(疑似含水)21.4 m/2层,岩性较完整地层70.4 m/7层,岩性完整地层376.1 m/27层,高放射性地层7.6 m/2层。热储测井解释结果为系统评价热储和开发利用提供参考。     

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。      

青海共和盆地存在干热岩可能性探讨

青海共和盆地地处"秦昆岔口"的新生代断陷盆地,盆缘构造岩浆岩带发育,活动断裂、温泉密集,超过60℃的温泉6处,最高可达93.5℃;盆地内温泉成群分布,地热钻井揭露温度高,1203m钻孔(R1)实测孔底温度可达83℃,969m钻孔(QR1)实测孔底温度为70℃,地温梯度高达6～7℃/100m,是正常地温梯度的2倍,地热增温随深度增大而升高,推测3000m温度可达200℃,并在(QR1)孔底见36m花岗岩;地震反射波和可控源音频大地电磁测深推断基底斜坡界面对应重力低异常,可认为重力低异常为花岗岩引起,作为盆地热源可能存在干热岩。     

从青海共和—贵德盆地地热勘查成果探讨干热岩综合地球物理勘查技术

青海共和—贵德盆地位于秦岭—昆仑造山带"秦昆岔口",是新生代断陷盆地。盆缘断裂构造、岩浆岩发育,水热活动强烈,温泉密集,超过60℃的温泉6处,最高可达93.5℃(超过当地沸点92℃为沸泉)。盆地内地温场高,据地热钻井揭露见花岗岩的3个钻孔,共和QR1孔深969m孔底温度为70℃;DR1孔深1 455m孔底温度87℃;贵德R2孔深1 709.56m,孔底温度可达97℃。钻孔测温,地温梯度高达6~7℃/100m,是正常地温梯度2倍,地热增温随深度而升高,推测3 000m温度可达150℃~200℃。重力低推断的基底凹陷,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不符,并有磁异常对应,经钻探证实,此重、磁异常为花岗岩引起。花岗岩为燕山—印支期,据区域资料对比,花岗岩铀、钍、钾丰度高、生热率高,上述进入花岗岩钻孔深部有热无水,花岗岩作为盆地热源称其为干热岩。     

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℃的温泉6处,最高可达93.5℃,超过当地沸点(92℃)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孔深969 m,孔底温度为70℃,DR1孔深1455 m,孔底温度87℃,R2孔深1709.56 m,孔底温度可达97℃,地温梯度高达6～7℃/100 m,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 ～ 200℃,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.     

青藏高原东北缘共和-贵德盆地全新世气候变化

青藏高原东北缘地处现代亚洲季风影响的北界和中国干旱与半干旱气候的过渡地带,沉积物对气候变化敏感,是研究全新世高原冬夏季风系统对全球变化响应的理想地点。笔者根据粉尘搬运的动力学原理,利用温湿度组合、风力强度变化和粉尘源区收扩演变特点,分析了共和-贵德盆地全新世气候波动、区域环境变化以及冬夏季风关系等,主要取得了以下认识:(1)建立了大气粉尘的风力强度指数、粉尘搬运距离指数、大气湍流强度指数、春季近地面气温指数和有效湿度指数等估算方法。(2)全新世时期西南季风是影响共和-贵德盆地的主要夏季风系统,高原冬季风则是影响这个地区的主要冬季风,共和-贵德盆地近地面具有不同的风场演化模式。(3)共和-贵德盆地的全新世气候变化可划分为4个阶段:1大约6.5~4.2kaBP的全新世适宜期以湿度大幅增加、温度小幅升高的暖湿为特点。2在2.6~4.2kaBP期间出现了一次以冷干为特点、粉尘源区扩张、冬夏季风均减弱的环境恶化事件,这次恶化事件在高原季风系统的西北粉尘源区和亚洲季风系统的北方粉尘源区都同样存在。3大约1.2~2.6kaBP时期,粉尘源区收缩、环境好转,推测是夏季风小幅加强的时期。41.2kaBP以后,湿度增加、成壤强度先强后弱,总体环境趋于冷湿。     

耐240℃高温钻井液在青海共和盆地高温干热岩钻探施工中的应用

在青海共和盆地高温干热岩钻探GR1井施工过程中,钻遇含蚀变花岗岩的严重破碎地层,井壁坍塌掉块严重,导致井内多次发生卡钻事故。同时在温度最高达到236℃的高温地层中钻进,钻井液出现黏度升高、流动性变差、滤失量增大、造壁性变差、起泡严重等问题。通过将原钻井液转化为耐高温钻井液,该钻井液耐温可达到240℃以上,转化后的钻井液抗温能力增强,流变性能变好,护壁效果提高,泡沫显著减少,从而保证了深部高温井段钻探施工顺利进行。     

青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征

基于地热地质、综合地球物理勘查成果等布孔依据,实施的GR1干热岩勘探孔位于共和县恰卜恰干热岩体中南部,是迄今我国钻遇地层温度最高的干热岩勘探孔,为我国首个EGS示范工程与科研试验平台建设奠定了基础。GR1孔测温结果表明,2500 m深处温度为150℃,进入干热岩段;终孔深度3705 m处的井底温度为236℃。2500~3705 m井段平均地温梯度为71.4℃/km,高于另3眼干热岩勘探孔;2800~3705 m井段地温梯度大于80℃/km,属中等品质以上干热岩。综合地球物理勘查与4眼干热岩勘探孔钻探结果表明,该干热岩体埋深2104.31~2500 m,面积246.90 km²;干热岩资源评价结果表明,3~5 km深度范围,100年内的潜在发电装机容量为3805.74 MW,以2%的采收率计,装机容量为76.11 MW;3~6 km潜在装机容量为7788.26 MW,以2%的采收率计,装机容量为155.77MW;3~7 km潜在装机容量为13639.25 MW,以2%的采收率计,装机容量为272.79 MW。     

Heat Aggregation Mechanisms of Hot Dry Rocks Resources in the Gonghe Basin,Northeastern Tibetan Plateau

Hot dry rock (HDR) is an important geothermal resource and clean energy source that may play an increasingly important role in future energy management. High-temperature HDR resources were recently detected in deep regions of the Gonghe Basin on the northeastern edge of the Tibetan Plateau, which led to a significant breakthrough in HDR resource exploration in China. This research analyzes the deep temperature distribution, radiogenic heat production, heat flow, and crustal thermal structure in the Qiaboqia Valley, Guide Plain, and Zhacanggou area of the Gonghe Basin based on geothermal exploration borehole logging data, rock thermophysical properties, and regional geophysical exploration data. The results are applied to discuss the heat accumulation mechanism of the HDR resources in the Gonghe Basin. The findings suggest that a low-velocity layer in the thickened crust of the Tibetan Plateau provides the most important source of constant intracrustal heat for the formation of HDR resources in the Gonghe Basin, whereas crustal thickening redistributes the concentrated layer of radioactive elements, which compensates for the relatively low heat production of the basal granite and serves as an important supplement to the heat of the HDR resources. The negative effect is that the downward curvature of the lithospheric upper mantle caused by crustal thickening leads to a small mantle heat flow component. As a result, the heat flows in the Qiaboqia Valley and Guide Plain of the Gonghe Basin are 106.2 and 77.6 mW/m2, respectively, in which the crust-mantle heat flow ratio of the former is 3.12:1, indicating a notably anomalous intracrustal thermal structure. In contrast, the crust-mantle heat flow ratio in the Guide Plain is 1.84:1, which reflects a typical hot crust-cold mantle thermal structure. The Guide Plain and Zhacanggou area show the same increasing temperature trend with depth, which reflects that their geothermal backgrounds and deep high-temperature environments are similar. These results provide important insight on the heat source mechanism of HDR resource formation in the Tibetan Plateau and useful guidance for future HDR resource exploration projects and target sites selection in similar areas.     

从青海共和—贵德盆地与山地地温场特征探讨热源机制和地热系统

青海共和—贵德盆地及其相间山地具有盆地传导型地热资源,地温梯度大,地热勘探钻孔在基底均见花岗岩,盆缘山地隆起断裂对流型温泉呈带分布,水温高,也出露在花岗岩中.对其热源机制的认识目前存在分歧.本文对地幔型热源提出质疑,认为花岗岩放射性生热为壳内热源并提出地化依据;同时,用地热钻孔测温曲线和地球化学地热温标对热储温度和深度进行了探讨.研究结果表明,周边山地属中温地热系统,新生代断陷盆地内具高温地热系统,其钻孔井底测温已达175~180℃,是干热岩开发的优选地段.     

赤峰热水镇地热田地热流体流动模型

赤峰热水镇地热田内发育有南北向、北西—南东向、北东—南西向及东西向断裂构造,这些断裂大部分为张性断裂,并构成地热田热水上升的主要通道。热水的补给区在远离地热田的西部和北部山区,天水从此处渗透到地下深处,缓慢流动到地热田下部,被侵入的花岗岩和玄武岩所构成的热源以热传导方式加热,再沿断裂、裂隙上升,形成了地热田浅部热水储集层。本地热田热水属于天水起源的中、低温裂隙水。     

青藏高原东北缘六盘山盆地烃源岩的地球化学特征

在前人认识的基础上,依据近年来的勘探成果,对六盘山烃源岩进行了评价分析,发现目前较明确的3套主要烃源岩中,白垩系下统的乃家河组、马东山组和李洼峡组源岩在盆地内分布较广,除北部埋藏较浅的区域未成熟外,大部分已趋于成熟。石炭系也是重要的源岩,由于埋藏较深,后期改造作用大,应以找气为勘查目标。三叠系烃源岩成熟度较好,但分布范围局限,勘探潜力受到影响。盆地的诸多油气显示及地面油气异常响应特征,充分证实了该盆地具有烃类的生成、运移和聚集的过程。整个盆地的油气地球化学异常响应特征明显,油气苗显示丰富,分布广泛。地球化学勘探测量发现了盆地内有3个近东西向展布的油气地球化学异常区带。根据三维荧光光谱图,对油气属性进行了判别,均表现为轻质油的地球化学特性。     

青海共和盆地东北部干热岩岩浆侵位结晶条件及深部结构初探

秦岭、祁连、昆仑造山带结合处的共和盆地记录了复杂的构造、岩浆、变质和沉积作用事件,是研究青藏高原北部构造-岩浆演化的关键地区。近年来,共和盆地花岗岩类高温干热岩的发现使得该区成为新型地热资源的战略基地。然而,有关干热岩原岩的组成、侵位时代、结晶温压及其时空分布等特征仍不清楚,制约着干热岩地热能勘查开采及该区构造-热演化历史的认识。本文以共和盆地东北部恰卜恰地区3口干热岩钻井岩芯和野外露头样品为基础,结合区域地质调查资料,开展了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学和矿物温压计研究。研究发现,该区干热岩主要由花岗闪长岩、英云闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩等花岗岩类组成,偶见闪长岩包体。电子探针分析显示,样品中多数角闪石为铁角闪石。角闪石-斜长石矿物对温压计研究表明,岩体的结晶压力属于中低压（1.91~3.52kbar）,温度为中低温（681~693℃）,其岩浆结晶深度约在7.2~13.2km。锆石Ti饱和温度计分析表明,该区岩浆结晶温度主要为643~804℃,而恰卜恰北部的沟后杂岩体相较干热岩钻井岩芯钻揭的杂岩体具有更高的结晶温度。锆石U-Pb年代学分析表明,共和盆地东北部恰卜恰地区干热岩原岩形成时间主要为243~236Ma和225~210Ma两个时期,存在不同时期、不同源区的侵入,与印支期青藏高原北部古特提斯洋盆的俯冲消减相关。之后,共和干热岩经历了至少4.2km的隆升剥露。结合前人多种地球物理研究资料,构建了该区深部四层结构构造剖面,干热岩热源可能与地幔上涌、中下地壳存在局部熔融体有关,且受多条隐伏断裂的影响,盆地基底下的干热岩地热藏具有分区性。     

青海省贵德扎仓寺地热成因机理及开发利用建议

本文通过卫星热遥感影像及航磁、重力异常的宏观性解译热异常空间分布特征,野外实地调查温泉的出露条件和水化学特征,分析研究青海省贵德扎仓寺温泉的热源通道、入渗通道,从而讨论其成因机理和开发利用前景。研究结果表明:扎仓寺温泉泉口温度为93.5℃,与当地气压有关;大气降水和热水沟上游沟谷水为补给源,近东西向张裂为入渗通道,中三叠统砂板岩与印支期花岗闪长岩(γδ₅²)接触变质带为径流通道(热储层),中三叠统砂板岩为盖层,北北西向热光断裂(F₁)为热源通道,属断裂-深循环地热类系统类型;径流通道(热储层)温度可达136.0℃,具备蒸汽发电示范背景条件,而F₁断裂带附近2000 m深度温度可达195.0℃,具备干热岩开发利用前景。     

Experiments and Analysis of the Hydraulic Fracture Propagation Behaviors of the Granite with Structural Planes in the Gonghe Basin

Hydraulic fracture (HF) propagation behavior is signi?cant when building enhanced geothermal systems (EGS). HF geometry is closely related to the structural planes (SPs) in hot dry rock (HDR), such as natural fractures (NFs), quartz veins (QVs) and lithologic interfaces (LIs). However, the HF behaviors in HDR have not been well understood, especially the influence of multiple SPs on the HF geometry. To clarify this mechanism, several groups of physical simulation experiments of hydraulic fracturing were conducted to investigate the intersection relationship between the HFs and the SPs. Results show that the HF geometry shows great differences when intersecting with different SPs. In summary, the HF geometry displays four basic patterns, namely, propagation along the SPs, branching, capture, penetration/non-dilation. The fluctuation degree of the pressure-time curve and the HF complexity show a positive correlation. The cementing strength of the SP and their different mechanical properties from rock matrix influence the HF behaviors significantly. Therefore, the HF shows diverse geometries when intersecting with the NFs and LIs, while propagating along the QV when intersecting with it. For the complex networks, it is favorable for the HF to penetrate through and dilate several SPs, rather than simply cross or propagate along the SP.