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。     

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.     

甘肃西秦岭金矿富集区花岗岩与金成矿作用的关系

依据甘肃西秦岭金矿富集区矿床和相关花岗岩的同位素年龄和稳定同位素数据,探讨了该区金矿床成矿作用与花岗岩成岩作用的关系及成矿物质来源。从数据显示,成岩和成矿作用均发生在侏罗纪;成岩年龄集中分布在200Ma~171Ma;大规模成矿作用年龄分布在195Ma~140Ma;成矿事件同步或略滞后于花岗岩浆活动;相关花岗岩是地壳物质重熔而成的S型;花岗岩浆侵入是该区金矿形成的主导因素;成矿物质和流体来源于地壳。     

青海共和盆地自生自储型氦气的初步发现

为查明共和盆地潜在氦气源岩（干热岩）稀有气体、元素地球化学和矿物学特征,笔者在共和盆地采集了与干热岩相关的花岗岩进行了稀有气体和放射性铀钍测试、扫描电镜及能谱分析,发现花岗岩中氦气含量达到49×10-6~851×10-6,每吨岩石中氦气含量达到0.27798~4.76992 m3,局部区段氦气含量更高。计算3He/4He同位素值在7.30×10-10~2.5×10-8之间,确定该区氦气为放射性成因。共和盆地花岗岩体中常见铀钍独立矿物及分散矿物,铀含量在0.74×10-6~38.1×10-6,钍含量在4.7×10-6~42.2×10-6。估算研究区氦生成量约269×108 m3。在此基础上,进一步开展了花岗岩氦气储层储集特征研究,岩体中存在低密度、较高孔隙度和微裂缝发育区段,测井数据也显示花岗岩体中储集特征和脆性良好的区段,是氦气赋存的空间。花岗岩中的富铀矿物对氦气的封闭温度（27~250℃）与干热岩相关的花岗岩温度（80~236℃）基本一致,具备封存条件,估算岩体中封闭氦量为4.03×108~46.8×108 m3。岩体中浅部、深部和压裂返排液中均有氦气,深部高含量氦气存在,压裂后返排液中氦气聚集明显,初步证明了自生自储型氦气藏的存在。     

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。     

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。     

甘肃西秦岭金矿资源潜力分析和远景评价

本文结合甘肃省地矿局20多年来的金矿找矿实践和该区成矿地质背景,提出了甘肃西秦岭地区金矿带划分及其基本特征,金资源富集区及其特征,论述了该区金资源的远景评价。仅供今后对该区进行金矿勘查开发参考。     

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.     

西秦岭柴家庄和酒刺梁花岗岩地球化学及与矿产的关系

柴家庄和酒刺梁花岗岩是西秦岭地区两个典型的岩体.岩石均为二长花岗岩,岩石化学表现为富硅、偏碱和铝过饱和的特征,均属钙碱性系列花岗岩;斜长石矿物电子探针分析显示斜长石An为6.68~12,主要为钠长石和更长石,岩浆演化不明显.稀土元素配分型式均为几乎不具负铕异常的轻稀土富集型.两个岩体岩石地球化学特征相近,但由于其时代相差很远,并非同源岩浆结晶演化的产物.柴家庄岩体虽然可为柴家庄金矿提供部分成矿物源,但不可能提供热能;酒刺梁岩体既不能为柴家庄金矿提供热能,也不可能提供物源.     

青海共和盆地周缘印支期花岗岩类的成因及其构造意义

本文对青海共和盆地周缘印支期黑马河岩体、温泉岩体、大河坝岩体和同仁岩体花岗闪长岩进行了主量元素、微量元素和Pb-Sr-Nd同位素地球化学研究,并对黑马河岩体和温泉岩体进行锆石U-Pb LA-ICP-MS年代学研究.结果表明,黑马河岩体的岩浆结晶年龄为235±2 Ma,属印支早期,而温泉岩体的岩浆结晶年龄为218±2Ma,属印支晚期.这些印支期花岗闪长岩的SiO2=63.34～68.06%,K2O/Na2O=0.82～1.36,岩石均为准铝质(A/CNK=0.9～1.0),并属中钾到高钾钙碱性岩系.它们总体上具有相似的微量元素组成特征,并有着极为相似的稀土元素组成模式,(La/Yb)N值主要介于10～15之间,存在微弱到中等程度的负Eu异常(Eu/Eu*=0.5～0.8).岩石初始Sr同位素比值ISr=0.70701-0.70952,εNd(t)=-3.8到-8.4,指示它们的岩浆物质主要来自于地壳物质的部分熔融.这些岩石以高放射成因Pb同位素组成为特征,其全岩初始Pb同位素比值为(206 Pb/204 Pb)t=18.068～18.748、(207 Pb/204 Pb)t=15.591～15.649、(208 Pb/204 Pb)t=38.167～38.554.地球化学特征指示共和盆地周缘印支期花岗岩类的原岩为下地壳变玄武岩类,并且这类原岩可能派生于元古宙富集地幔,但在不同区段,下地壳变玄武岩类存在着一定程度化学组成的不均一性.根据花岗岩类对深部地壳物质的地球化学示踪及其区域对比,共和盆地周缘的西秦岭、柴达木(包括东昆仑)和欧龙布鲁克块体具有统一的地壳基底组成,并具有扬子型块体的构造属性.结合区域地质背景的分析,共和盆地周缘印支早期花岗岩类(以黑马河岩体为代表)可能形成于俯冲陆壳断离的地球动力学背景,而印支晚期花岗岩类(以温泉岩体为代表)形成于中央造山带在地壳加厚作用后岩石圈拆沉作用的地球动力学背景.     

青海共和盆地干热岩地热储层水力压裂物理模拟和裂缝起裂与扩展形态研究

水力压裂是青海共和盆地干热岩地热资源开发的难点技术问题之一。本文基于升级改造的大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统模拟干热岩储层高温高压环境,利用青海共和盆地露头岩心进行水力压裂物理模拟实验,揭示干热岩储层水力裂缝的起裂和扩展规律。通过物理模拟实验发现：干热岩储层裂缝起裂可以通过文中提出的起裂模型判断起裂方式和预测起裂压力;水力裂缝在岩石基质中的扩展形态简单,仅沿最大主应力方向延伸;但是水力裂缝会受到岩石中弱面的影响,发生转向沿弱面延伸,形成较复杂的裂缝形态。因此,建议在干热岩储层实际施工中,在天然裂缝发育较丰富的层段开展水力压裂,以实现复杂裂缝网络提取地热能。     

西秦岭断裂走滑与盆地的耦合——西秦岭—松甘块体新生代向东走滑挤出的证据

新生代西秦岭—松甘块体向东挤出是印度—欧亚大陆碰撞后青藏东北部一种主要应变响应形式 ,它构成青藏高原东部走滑调节带的北支 ,并与南部印支挤出构造一起共同调节和吸收大陆碰撞后青藏东部的变形。西秦岭岷县—宕昌断裂的走滑与新生代盆地在时空上的耦合 ,明显展示出西秦岭—松甘块体向东走滑挤出历程并提供了走滑作用的定量标尺。古近纪岷县—宕昌断裂的走滑位移量为 36km ,而新近纪则为 76km ,相应的平均走滑速率分别为 0 .0 86mm/a和 0 .37mm/a ,表明新生代西秦岭—松甘块体向东挤出的幅度至少为 112km。西秦岭新生代幔源岩浆活动是在块体挤出背景下 ,块体旋转停止、断裂面弯曲和走滑加速等诸事件耦合的结果 ,同时也是断裂走滑的物质和时间记录器 ,表明岷县—宕昌断裂新生代的走滑波及到了岩石圈底部 ,记录了青藏东北部变形响应的动力学机制从以块体旋转为主向快速走滑为转变的时间 ,即西秦岭—松甘块体向东快速挤出的可能时间为 2 1.1～ 2 5 .4Ma。     

青海共和盆地地热资源热源机制与聚热模式

青海共和盆地东侧贵德扎仓热田是探讨共和盆地地热资源成因的关键地区。本文综合区域地质、岩石热物性、同位素年代学、水文地球化学和地球物理测量等方法,重点分析了共和盆地的构造背景和热源机制,深入研究了共和盆地地热能系统的关键环节。研究发现:①识别出盆地地壳15 km以下深度发育高导体,并可与新生代青藏高原东部中-下地壳发育的层状低速高导层对比;②近NW-NS向的瓦里贡左旋走滑逆冲断裂是扎仓热田重要的控热和导热断裂;③晚中生代花岗岩与上覆围岩具有显著的热导率;④温泉氢氧同位素指示水源以地表水补给为主;⑤存在浅层新生界碎屑岩中-低温热储和深层花岗岩中-高温热储,发育四层两类地热资源。综合分析提出了共和盆地干热岩三元聚热模式:即新生代中-下地壳发育的高温低速高导层是主要热源,中晚三叠世花岗岩是良好的导热和储热体,既是干热岩母岩,也是热储,新生代低热导率沉积岩是良好的盖层。研究对于青藏高原地热成因、资源预测、开发规划等具有参考意义。     

西秦岭西段共和盆地周缘西功卡花岗闪长岩体锆石U Pb年龄、地球化学特征及其构造意义

西功卡花岗闪长岩体位于西秦岭西段的共和盆地周缘。对该岩体进行了系统的岩相学、锆石U Pb年代学和岩石地球化学研究。锆石LA ICP MS U Pb年龄为(2272±73) Ma(MSWD=20),代表岩体侵位时间。西功卡岩体具有高硅(SiO2=6986%~7094%)、富钾(K2O= 320%~408%)、富碱(K2O+Na2O=561%~703%)、弱过铝质(A/CNK=099~120)特征,属于高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩。西功卡岩体富集K、Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素,轻重稀土元素分馏较明显(LREE/HREE=1104~1313),具有中等Eu负异常(δEu=072~ 084)。岩石地球化学特征表明,西功卡花岗闪长岩主要由壳源物质熔融形成,结合前人研究成果,笔者认为,西功卡岩体形成于晚三叠世,与区域其他岩体年龄基本一致,均形成于后碰撞构造环境,为同一构造-岩浆事件的产物。研究表明,西秦岭造山带西段共和盆地周缘于晚三叠世进入后碰撞构造演化阶段,该认识对西秦岭造山带构造-岩浆事件演化过程提供了新的约束。     

甘肃西秦岭舟曲憨班花岗岩体的单颗粒锆石U-Pb年龄及地质意义

在 1:25万武都幅区域地质调查中对西秦岭憨班花岗岩体进行了调查研究,通过高 精度单颗粒锆石 U-Pb同位素测年,获得 ²⁰⁶ Pb/²³⁸ U表面年龄统计权重平均值分别为: 205±1 Ma 和212±1.4 Ma,属印支晚期。岩石化学和地球化学特征表明,憨班岩体属高钾钙碱性系列,在Rb-Yb+Nb和Nb-Y图解中,样品均投在火山弧花岗岩＋同碰撞花岗岩区。憨班岩体形成于陆陆碰撞造山阶段后期,可能形成于加厚地壳的部分熔融。     

西秦岭造山带泥盆纪沉积地质学和动力沉积学:西秦岭北带泥盆纪前陆盆地的沉积特征及盆地格局

秦岭造山带是横亘于华北、扬子两板块之间的巨型造山带,在中国古大陆地壳形成演化中占有十分重要的地位。作为连接造山带加里东一海西、印支阶段重要一环的泥盆系对恢复造山带沉积和构造演化意义重大。本文仅从西秦岭北带泥盆系地层和沉积学入手,探讨该区早海西期的盆地格局和构造特征。西秦岭北带泥盆系包括舒家坝群和大草滩群(包括红相和绿相两种类型),前者以临滨-陆棚-半深海背景沉积和风暴流、重力流事件沉积为特色;后者以辫状河和网状河(红相)和湖泊-水下冲积扇和深湖重力流(绿相)沉积为特征。沉积特征和充填序列都反映其形成于压性的前陆盆地背景下。该前陆盆地是由于北秦岭造山带的向南仰冲,在中秦岭微板块北缘形成的。