银川盆地地下热水形成的地质条件分析

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1、银川盆地地下热水形成的地质条件分析范高功1 ,利2王( 11 长安大学 水资源与环境工程系 ,陕西 西安 710054 ;21 宁夏地质调查院 ,宁夏 银川 750021) 摘要 从银川盆地岩石圈和莫霍面的变化特征 、地壳热结构特征 、活动断裂和基底构造特征几方面分析论述了盆地地热形成的地质构造条件 ;通过分析盆地内新生界地层岩性及其垂向变化 、储盖层条件 、 盆地地形地貌特征 ,讨论了盆地地热水形成的水文地质条件 。 关键词 地热 ;地质条件 ;银川盆地 中图分类号 P641 文献标识码 A 文章编号 1007 - 9955 (2002) 03 - 0028 - 04 作者简介 范高功 (1

2、955 - ) ,男 ,工程师 ,现从事水文地质实验教学与研究工作 。银川盆地位于东经 1055249至 1065412和北纬 374313至 392310之间 ,西起贺兰山 ,东至 黄河 ,南始青铜峡 ,北迄石嘴山 ,行政区划隶属银川市 、吴忠市和石嘴山市 ,总面积 7 278 km2 。1999 年宁夏地质调查院经过科学论证 ,先后在 银川盆地中部的银川市区内成功地钻成 2 眼地热井 Y1 井和 Y3 井 ,这 2 眼地热井的钻探成功 ,证实了银川盆地地热资源的存在 ,为研究银川盆地地热资源 积累了珍贵的井下地质资料 。之后 ,银川盆地地热 资源调查进入新的阶段 ,并取得了丰富的航磁 、地

3、震 勘探等基础地质资料 。笔者在综合分析已有地质资 料的基础上 ,试就银川盆地地下热水形成的地质条 件进行分析探讨 。国家地震局地质所在盆地内完成 3 条大地电磁测深剖面 ,在此基础上 ,编制深部构造模型图 (图 1) 。1 地热形成的地质构造条件图 1 银川地区深部构造模型图据物探资料银川盆地岩石圈厚度仅为 55 60 km ,而其西侧的阿拉善左旗为 110 km 左右 ,东侧的 乌审旗为 120 km 左右 。沿石嘴山 、银川 、吴忠 、六 盘山一线软流层为一带状隆起带 ,在石嘴山 、银川西 至吴忠一带 ,存在一软流层局部隆起区叠加在上述 隆起带之上 ,局部隆起长 110 km ,宽 40

4、 km ,分布范 围及形态与银川地堑十分相似 。盆地内上地幔软流 层 、莫霍界面呈明显上隆形态 ,软流层上隆达 40 50 km ,莫霍面上隆幅度达 6 km 。盆地内上地幔软 流层上隆大约发生在新生代早期 ,与银川断陷盆地1 . 1区域地质构造背景银川盆地在大地构造上被称为银川地堑 ,介于 我国东西部两大不同性质构造单元的衔接和过渡地 带 ,属鄂尔多斯周缘活动断裂的一部分 。有利的大 地构造位置 、强烈的新构造运动 、丰盛的深部水热活 动 ,造就了银川盆地具备地热资源形成的区域地质 构造背景 。112深部构造 收稿日期 2002 - 06 - 10霍面上隆 ,导致深部热流上涌 ,高温熔融物质

5、向上地壳侵位 ,其结果是相应部位升温 ,并可能形成局部熔 融 ,使地壳深部具有较高的温度 ,造就盆地具有良好 的深部热源条件 。据资料 ,银川盆地地表热流为 1 . 38 HFU ,其中 地幔热流为 0 . 836 HFU ,地壳热流 ( 来自地壳中放 射性元素衰变) 为 0 . 544 HFU ,地幔热流的热贡献 为 60 % ,地壳热流的热贡献为 40 % ,地表热流主要中部深陷区东西边界的银川断裂和芦花台断裂 。盆地内浅层地温的高地温区域呈 N N E 向带状分布 , 与这两条断裂走向基本一致 ,高地温带东西边界受 银川断裂和芦花台断裂控制 , Y1 和 Y3 地热井均位 于其上盘附近

6、。银川市区地热田位于银川断裂的上 盘区域 ,在这一区域的宝湖 K083 井 ,191 m 深处地 温高达 33 . 5 。显然 ,活动断裂对深部热流向上运 移起着重要的通道作用 ,对现今地温场分布也具有来源于地幔热流 ,明显具有构造活动区热结构特征 。 控制作用 。1 . 3活动断裂地热现象见于地表 ,源于深部 ,地热流体必须通 过有利的构造部位才能上涌到达地表或近地表部 位 ,从而构成可供利用的地热资源 。研究热流上升 通道 ,必须弄清盆地内的主要断裂系统的分布格局 ,特别是活动断裂的情况 。 银川盆地周边及盆地内活动断裂走向主要以N N E 向为主 ,规模较大的断裂共有 8 条 (图 2)

7、 。114 基底构造及其对地热分布的控制“凹中隆”构造对高地温异常的控制在我国华北 平原十分常见 。据物探资料银川盆地中部深陷带内 目前已发现的局部隆起构造有 13 个 ( 详见有关资 料) ,这些局部隆起构造对地热分布具有一定的控制作用 。深部热流体在顺岩层向上运移过程中 ,在隆 起核部区域聚集并形成高地温异常区 ,这与油气运 移和储集规律极为相似 。浅层测温资料反映出永宁黄羊滩一带为高地温异常区 , 浅层地温梯度 4/ 100 m ,可见永宁西隆起构造对地热分布具有一 定控制作用 。2 地热水形成和赋存的水文地质条件2 . 1 巨厚的新生代地层及其垂向上岩性的变化造就了地热水形成和赋存的储

8、盖条件和巨大的 地热水库容2 . 1 . 1 盆地新生代地层盆地内新生界地层最大厚度达 7 000 m ,其在盆 地内厚度变化受基底构造控制 ,地层结构见图 3 。盆地内第三系最为发育 ,根据物探和钻孔资料推断 ,第三系最大厚度可达 5 000 m ,未出露地层主 要有渐新统 ( E) 、中新统 ( N1 ) 、上新统 ( N2 ) 。渐新统 ( E) 在盆地 3 000 m 深度内只有北部 、南部和中部凹 陷的两翼斜坡带揭露 ,岩性主要为泥岩 、砂岩 ,互层 或夹层 。中新统 ( N1 ) 在银川盆地北部埋深达 2 000 m ,厚度 6002 600 m ;盆地南部埋深达 2 100 m

9、,厚500 m ;盆地中部 Y1 和 Y3 地热井在 3 000 m 深度未 见底 ,揭露 厚 度 1 340 m , 中 下 段 岩 性 主 要 为 砂 砾 岩 、砂岩 、泥岩 、粉砂质泥岩 ,互层 ,单层厚度不等 ,上 段岩性主要为砂砾岩 、砂岩夹泥岩 、粉砂质泥岩 。上 新 统 ( N2 ) 在银川盆地的中北部埋深达 2 0 0 0 m , 厚1 - 主要断裂及编号 ;2 - 次级断裂 ;3 - 盆地边界线 ;4 - 剖面线据中原石油勘探局地震资料修编图 2 银川盆地基底主要断裂分布1 - Q 为第四系 ;2 - N2 为第三系上新统 ;3 - N1 为第三系中新统 ;4 - E 为第三

10、系渐新统 ;5 - R 为第三系 ;6 - A nR 为前第三系 ;据中原石油勘探局地震资料修编图 3 银川盆地地质剖面图( 剖面位置见图 2 中 B - B)度 600 1 200 m , 最 厚 达 1 800 m , 南 部 埋 深 约 1热储层条件 :据 Y1 和 Y3 地热井井下岩性和地600 m ,厚度为 500 1 000 m ,主要岩性为砂砾岩 、 温资 料 , 第 四 系 沉 积 物 松 散 、颗 粒 较 粗 , 地 温 40粗砂岩 、粉砂岩含泥砂岩夹泥岩 、粉砂质泥岩 。第四系沉积厚度由盆地边缘向盆地中心逐渐加 厚 ,盆地中北部厚度达 2 000 m ,南部厚度 1 600

11、 m , 中部 Y1 和 Y3 地热井揭露厚度 885 m ,主要为砾石 层 、砂砾石层 、含砾砂 、粗砂 - 细砂夹粘土层 ,结构疏 松 ,胶结程度差 。盆地内新生代第三系在垂向上出现砂岩 、砂砾 岩 、泥岩互层或夹层的反复变化 ,造就了盆地地热水 形成和赋存的储盖条件 。盆地内第三系分布面积 广 ,厚度大 ,储盖条件较好 ,造就了盆地巨大的地热 水库容 。2 . 1 . 2 储盖层的岩性条件盖层 条 件 : 从 Y1 和 Y3 地 热 井 资 料 分 析 , 在3 000 m 深度内 ,在垂直方向上 ,第三系出现 3 个较 好的盖层 ,分别在 1 100 m 、1 900 m 、2 500

12、 m 左右分 布 (表 1) ,厚度一般为 3080 m ,盖层岩性以泥岩为表 1 Y1 地热井热储层与盖层划分( 按岩性划分),不构成热储层 ;第三系主要有 3 个较好的热储层(表 1) ,热储层岩性以砂岩为主 ,砂泥比大于 0 . 5 ,有 利于地下水的赋存 ,为相对含水层或热储层 。2 . 2断陷盆地地质地貌条件有利于地下热水形成银川盆地形成在新生代早期 ,属断陷盆地 ,盆地 内一系列倾向相同的 N N E 向正断层 , 使地层逐级 由两侧向中心错落 ,形成阶梯状地层结构 ( 图 3) ,地 质构造有利于地下水向盆地中心汇集 。盆地四周被 山地 、台地等正地貌所包围 ,贺兰山最高海拔 3

13、 556 m ,相对银川盆地 (海拔 1 1001 200 m) 高出 2 300 m ,地形高差悬殊大 ;贺兰山拥有较大的山坡汇水面 积 ,接受大气降水补给后 ,经山前断裂深循环补给盆 地地下水 。由于受贺兰山冷水渗混作用和山前冷水带的影 响 ,水温顺流向逐渐升高 ,山前冷水带的影响由强逐 渐减弱 ,由于银川盆地为一南北狭长盆地 ,这种现象 对盆地整体地温场都有影响 ,只是在山前表现的愈 加强烈 ,而往东到盆地中部 ,随着垂向上岩层自重压 力的加大和固结程度的提高 ,以及深部热源条件相 对变好 ,地下热水流动缓慢 ,山前冷水带降温作用逐 渐减弱 ,地热水温度也随之升高 ,侧向补给量变得极 为

14、微小 。从水体同位素资料分析认为 ,地热田地热 水系 2 万年前贺兰山地下侧向径流补给的地下水 , 基本上为不可再生的静储量 。主 ,砂泥比小于 0 . 5 ,为相对隔水层或保温层 。在垂向上自上而下 , 盖层变化趋势是 : 第一盖层条件较 差 ,地温较低 ; 1 900 m 处出现厚 50 60 m 以泥岩为主的层段 ,构成较好的盖层 ,地温 、地温梯度 、大地热流值在此线以下热储层段都有明显增大趋势 。结论3分析认为 ,银川盆地地下热水形成和赋存的地质条件主要有 3 个方面 :(1) 具有沉降盆地型地热资源形成的深部热源划分深度区间/ m地温/ 盖层 第一热储层 盖层 第二热储层 盖层 第

15、三热储层1 0101 1001 1001 8981 8981 9321 9322 4682 4682 5282 5283 07839 . 947 . 5647 . 8955 . 1855 . 9964 . 52 参 考 文 献 (2) 盆地内古生界基底上形成的巨厚的新生界地层及其垂向变化为地下热水的形成和赋存提供了 较好的储盖条件和巨大的地热水库容 。(3) 断陷盆地的地质地貌为地下热水的形成提 供了有利的补给和径流条件 。1严烈宏. 王利. 等 1 银川盆地地热系统 M 1 银川 : 宁夏人民出版社 ,20011王钧. 等. 中国地温分布的基本特征 M 1 北京 : 地震出版社 ,1990

16、.陈墨香. 华北地热M 1 北京 :科学出版社 ,1988 .23GEOLO GICAL CO ND ITIO ANALYSIS OF GRO UNDHOT WATER FO RMATIO N IN Y INCHUAN BASINFAN Gao2go ng1 , WAN G Li2( 1 . De pt . of W ate r Resou rces a n d En v i ron m en t al En gi nee ri n g , Cha n ga n U ni ve rsi t y , X ia n710054 , Chi n a ; 2 . Geological I n vest

17、 i gate I nst i t u te of N i n g X i a , Y i nch u a n 750021 , Chi n a)Abstract : Based o n variable characteristic of lit hosp here and Mo ho , hot f ramewor k characteristic of t he eart hs crust , activity rup2 t ure and st ruct ure characteristic of f undus , The aut hor dissertates geological

18、 st ruct ure co nditio n of ground hot water in basin. Ac2 cording to analyzing lit hology of cenozoic st rat um , vertical change , overburden layer co nditio n , terrain characteristic and p hysiog2 no my characteristic , t he aut hor discusses hydrogeology co nditio n of ground hot water .Key words : ground hot ; geological co nditio n ; Yinchuan basin