王 斌，何世豪，李百祥

（1.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810008；2.甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020）

0 前言

西寧地?zé)嵩缭谏鲜兰o(jì)80年代已開發(fā)，但以往開采井深度不大，水溫不高，僅能洗浴。隨著西部大開發(fā)和人門對地?zé)峋G色能源認(rèn)識的提高，開發(fā)西寧地?zé)崽岬叫碌娜粘獭?005年在西寧市城南新區(qū)打成一口地?zé)峋?，井深達1601m，出水量1300～1400 m3／d，出水溫度達62℃。測試化驗熱水中鋰、碘、氟、溴、鋅、偏硅酸、偏溴酸等7種微量元素含量達到國家礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。2007年又在西寧市新寧花園打成一口地?zé)峋?030.32m，自流出水量為4800m3／d，井口出水溫度53℃，主要用于小區(qū)的冬季取暖及醫(yī)療熱礦泉洗浴、游泳等。以上兩個超過千米地?zé)峥捉沂玖宋鲗幨械責(zé)豳Y源分布廣、熱儲層穩(wěn)定、水溫適中，且水中含有多種對人體有益的微量元素等特點，其開發(fā)利用前景廣闊。

2004、2007、2009年在該市南川、北川和整個盆地系統(tǒng)進行了地?zé)峥煽卦匆纛l大地電磁測深（CSAMT）勘查。本文以這次勘查結(jié)果為基礎(chǔ)結(jié)合歷年地質(zhì)、石油、煤田等系統(tǒng)在盆地內(nèi)所進行的地質(zhì)和物探資料對西寧盆地性狀和地?zé)豳x存特征進行研究。

1 物探推斷西寧盆地幾何形態(tài)與性質(zhì)

西寧盆地位于中祁連地塊，四周環(huán)山，南以拉雞山為屏，北靠達坂山，西鄰湟源北山，東接樂都北山。由元古界湟源群、湟中群、花石山群構(gòu)成盆地基底，中、新生界為盆地蓋層。

圖1 西寧盆地重力推斷基底深度圖Fig.1 The depth isogram of basement under Xining basin explanated be gravity.

據(jù)重力和地震、電磁測深反演基底深度圖（圖1）分析，西寧盆地包括三個坳陷，即大通坳陷、西寧坳陷和平安坳陷。三個隆起為老爺山隆起、湟中低隆起和小峽隆起。大通坳陷又包括塔爾凹陷，東峽鎮(zhèn)凸起，七塔爾凹陷；西寧坳陷包括總寨凹陷，后子河凸起，雙樹凹陷；平安坳陷包括團結(jié)凹陷，沙溝凸起，樂都凹陷。其中大通、平安兩坳陷長軸呈NWW走向，分別平行達坂山、老爺山和拉雞山，與區(qū)域構(gòu)造方向一致，為壓性、壓扭性坳陷；西寧坳陷為面狀展布，和小峽隆起總體呈近SN或NNE向與區(qū)域構(gòu)造方向垂直，由盆地幾何學(xué)特征和盆山耦合構(gòu)造格局分析盆地動力學(xué)性質(zhì)，可認(rèn)為處在青藏高原東北緣受印度板塊向NE推擠，在SSW向應(yīng)力場作用下形成新生代坳陷和隆起，西寧坳陷具有縱向擠壓橫向拉張下陷，隆起帶擠壓上隆的特點。

從西寧盆地斷裂分布圖（圖2）還可看出，盆地形態(tài)、邊界和基底起伏受斷裂控制明顯，盆地四周被斷裂圍限，盆地內(nèi)多為隱伏斷裂，大致可分為三組：

圖2 西寧盆地斷裂分布圖Fig.2 Distribution of faults in Xining basin.

（1）近EW或NWW向斷裂

該組斷裂屬于區(qū)域性的壓性斷裂（圖2中F01～F09），主要以大通坳陷南北兩側(cè)的達坂山南麓斷裂、老爺山南北緣斷裂，拉雞山北緣斷裂較重要，控制著西寧盆地南北邊緣的構(gòu)造形態(tài)。該組斷裂在盆地中部也較發(fā)育，并具有多期活動性。

（2）NW～NNW向斷裂

該組斷裂亦屬區(qū)域性壓性斷裂（圖2中F20～F29），發(fā)育在盆地中部，規(guī)模較大，具多期活動性。主要有老右堡南斷裂、總寨南斷裂、三其－下店斷裂、蔡家堡斷裂等分布在盆地西南、東北緣，湟中低隆起東側(cè)、樂都北山西南緣。這些斷裂控制和改造著盆地中部基底的構(gòu)造形態(tài)。

（3）近SN或NNE向斷裂

該斷裂主要發(fā)育在西寧坳陷及小峽凸起兩側(cè)，發(fā)生時間較晚，亦具有多期活動性。近年地震系統(tǒng)活斷裂調(diào)查中，北川、南川、沙塘川和哈拉直溝、紅崖子溝均發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)以來近SN或NNE向活動斷裂發(fā)育。坳陷內(nèi)雙樹、總寨凹陷和小峽隆起兩側(cè)的NNE向張性、張扭性斷裂最為醒目，構(gòu)成凸起與凹陷的邊界。西寧盆地地震活動相對密集帶也呈NNE向帶狀分布，與西寧坳陷長軸方向一致。

綜上所述，區(qū)域構(gòu)造有近EW或NWW向的壓性斷裂、NW－NNW向斷裂、近SN或NNE向三組方向。盆地邊界受近EW、NWW向和近SN或NNE向斷裂構(gòu)造控制明顯。區(qū)內(nèi)近EW或NWW向區(qū)域性的深大斷裂多屬壓性、壓扭性，并具有多期活動性，一般上盤老地層逆沖到白堊系，古近系、新近系之上，斷裂角度大，斷距一般在200～800m之間。

2 盆地地溫場特征和斷裂對流型地?zé)犸@示

西寧盆地地?zé)崽荻燃按蟮責(zé)崃髦担?0世紀(jì)80年代區(qū)內(nèi)4個地?zé)釡\孔（400～800m）測溫資料（圖3（a）），地溫梯度值在4.31～5.74℃／100m之間，計算平均地溫梯度值在4.43℃／100m。

圖3 西寧地區(qū)鉆孔溫度與深度曲線Fig.3 Curves of geothermal temperature with depth in Xining region.

另據(jù)總寨凹陷城南新區(qū)地?zé)峋?，井?600m，孔底溫度為69.25℃和新寧花園地?zé)峋?，井?030 m?？椎诇囟葹?3.16℃，得到測溫曲線如圖3（b）所示。

由地溫梯度公式：

式中G為地溫梯度（℃／100m）；ΔT為恒溫帶起算溫度背景值與孔底溫度差（℃），分別取61.25℃、45.16℃；ΔH為恒溫帶深度與孔底深度差（m）。西寧的恒溫層溫度8℃，深度25m。分別求得G＝3.89℃／100m和4.59℃／100m

表1為民和盆地以及柴達木盆地巖石熱導(dǎo)率［8］，由表可見隨地層時代由新到老巖石壓實程度增高，熱導(dǎo)率增加。由上述6個有地溫梯度的地?zé)峥子嬎愦蟮責(zé)崃髦担瑴y地溫梯度在100～1600m間的E、K、J地層，巖性以砂質(zhì)泥巖、泥巖，砂巖、砂礫巖為主，熱導(dǎo)率在1.76～2.56W／mk間，取平均值2.16W／mk，地溫梯度平均值4.43℃／100m，計算大地?zé)崃髦翟?5.68mW／m2，較民和盆地有所偏高，與其它高地溫梯度地區(qū)比較接近。

利用熱導(dǎo)率的平均值取城南新區(qū)最小地溫梯度計算大地?zé)崃髦狄苍?4.02mW／m2，仍可說明西寧坳陷具有較高熱流值。作為比較，其周邊的大通坳陷為40mW／m2，柴達木盆地為53mw／m2。

大通坳陷和柴達木盆地屬擠壓造山型盆地，大地?zé)崃髌骄灯毡檩^低，遠小于我國大陸地區(qū)大地?zé)崃髌骄?1.3mW／m2。這種擠壓造山型盆地?zé)崃髦灯偷默F(xiàn)象在西北其它盆地也存在，如塔里木盆地大地?zé)崃髌骄禐?3.31mW／m2；吐哈盆地地溫梯度為2.50 ℃／100m，大地?zé)崃髦禐?7.8 mW／m2；準(zhǔn)噶爾盆地地溫梯度平均值為21.02℃／km，大地?zé)崃髌骄禐?2.31mW／m2。均屬低地溫梯度 、低大地?zé)崃鞯睦渑琛?/p>

西寧坳陷熱流值較高，與華北（70.58mW／m2）和汾渭（平均值在70mW／m2以上）裂谷型盆地具有類似高熱流性質(zhì)。所形成的近SN向或NNE向拉張性斷裂具有導(dǎo)水導(dǎo)熱特性。而區(qū)內(nèi)近EW（NWW）向區(qū)域壓扭性斷裂具有切割深延伸長的特點，起到阻水作用。在兩組構(gòu)造交匯部位，更有利深部熱水上涌，側(cè)向流動在多孔疏松地層中形成層狀熱儲。

通過不同性質(zhì)盆地地質(zhì)構(gòu)造單元熱流值統(tǒng)計表明，熱流與構(gòu)造活動性及盆地性質(zhì)之間存在著一定的對應(yīng)關(guān)系。

表1 巖石熱導(dǎo)率測定

活動斷裂構(gòu)造控制著地震分布和隆起斷裂型熱礦泉有規(guī)律出現(xiàn)。如處于拉雞山北緣NWW向斷裂與NNE向斷裂交匯部位的藥水灘溫泉（水溫41℃）、門旦峽溫泉（水溫21.5℃）、子溝峽溫泉（水溫22.5℃）等熱礦水均屬此類。在盆地中地震多發(fā)區(qū)往往有基底活動斷裂存在，活動斷裂則構(gòu)成深部熱能上涌的通道，在斷裂破碎帶內(nèi)則形成良好的熱儲層。

3 CSAMT地?zé)峥辈榻Y(jié)果分析

為查明西寧盆地地?zé)釛l件，分別在西寧坳陷東、西、南、北四川和沙塘川以及大通坳陷系統(tǒng)進行了CSAMT探測，推斷了盆地基底形態(tài)和埋深，劃分了熱儲層和蓋層結(jié)構(gòu)以及斷裂分布。本文選取兩段具代表性斷面展示其探測結(jié)果。

3.1 南川剖面（藥水灘—總寨）推斷解釋

南川CSAMT剖面，南起藥水灘沿南川河谷敷設(shè)經(jīng)總寨至勝利公園附近，圖4為其南段。地電斷面被拉雞山北緣斷裂（F08）、老右堡斷裂（F07）明顯分為三段。

拉雞山北緣斷裂以南為藥水灘元古界薊縣系花石山群基巖出露地段，其巖性為結(jié)晶灰?guī)r和白云巖構(gòu)成基底，在淺部低阻層垂深300m的范圍內(nèi)電阻率可達20～200Ω·m，并且影響下部電性層電阻率值逐漸降低，深度可達600～700m。此低阻電性變化可認(rèn)為是藥水灘控制溫泉的NNE向斷裂破碎帶的反映。藥水灘溫泉群也正好出露于NNE向順河谷斷裂與拉雞山北麓NWW向大斷裂交匯處。在地電斷面中、下部為高阻電性層（250～1600Ω·m），是元古界變質(zhì)巖基底的反映。

在拉雞山、老右堡兩斷裂間 ，地電斷面反映的地質(zhì)結(jié)構(gòu)為低阻薄蓋層和高阻基底的特點。淺部高低相間次高阻電性層，電阻率橫向變化在10～1000 Ω·m，厚度50～150m，為第四系河谷砂礫石、坡積、殘積、堆積物的反映；中部低阻電性層（10～150 Ω·m），呈水平層狀分布，厚度100～200m，為新近系、古近系的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖、及泥質(zhì)石膏層的反映；下為元古界薊縣系花石群基底構(gòu)成湟中低隆起或稱斜坡帶。

老右堡斷裂以北，最明顯的特點是中間低阻層加厚，出現(xiàn)厚層白堊系和侏羅系河流—濱湖相、湖沼相泥巖、砂巖、砂礫巖沉積層，加之高礦化度地下水影響，致使低阻層的形態(tài)和阻值變化很大。下部高阻電性層變深，向北在總寨凹陷2500m探測深度未反映出基底。并在其間出現(xiàn)遞變電性層，推斷為三疊系南營組砂巖、泥巖和礫巖，也可能包括基巖風(fēng)化殼的成分。另據(jù)地震、大地電磁測深推斷總寨凹陷的基底埋深在3200～3500m。再向北在市區(qū)基底頂面有所隆起。

上述地電斷面中，拉雞山北麓、老幼堡、總寨南等幾處電阻率陡變帶，推斷為斷裂構(gòu)造造成基底落差，其中拉雞山北麓斷裂（F08），具備上陡下緩向南傾逆沖斷裂的性質(zhì)，構(gòu)成盆邊界。其它是控制西寧坳陷邊界斷裂，斷裂北測基底呈階梯下降，推測斷裂傾角較陡。

3.2 大通地電斷面（大坂山—老爺山）推斷解釋

大通CSAMT斷面縱貫大通坳陷，南、北跨老爺山和大坂山兩隆起，地電斷面明顯分為三段（圖5）。

圖5 大通坳陷CSAMT電阻率及推斷解釋綜合斷面圖Fig.5 Electric resistivity and explanted comprehensive profile of Datong depression in Xining basin from CSAMT prospecting.

南段老爺山基底隆起，剖面由峽谷穿過，地電斷面中垂向分層側(cè)向分塊的特征非常明顯。在老爺山兩側(cè)電性層發(fā)生突變，推測在南、北為相向而傾斷裂構(gòu)造致使山體以斷塊抬升。在隆起區(qū)，淺部為低阻電性層（5～50Ω·m），厚度100～150m，為古近系祁家川組，巖性為礫巖、砂巖夾砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)石膏夾泥巖。中部為次低阻電性層（50～100Ω·m），呈層狀，厚度600～800m，推斷為侏羅系中統(tǒng)砂巖、泥巖夾煤層、底部為礫巖。另從旁側(cè)基巖為元古界薊縣系花石山群，推測這些團塊狀、不規(guī)則狀次低阻體有可能是碳酸鹽巖中形成的溶隙、溶洞等巖溶體，東側(cè)南門峽打出巖溶水。此處多組斷裂發(fā)育，有可能在深部有巖溶存在。第三電性層為夾在高低阻電性層之間電阻率遞增梯級層（100～250Ω·m），厚度200～300m，推斷為三疊系南營組砂巖、泥巖和礫巖，更有可能是基巖風(fēng)化殼或古巖溶。下部為高阻電性層（250～800Ω·m），是元古界薊縣系花石山群變質(zhì)巖基底的反映，這套地層古巖溶極為發(fā)育，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，斷裂構(gòu)造密布，受其影響，其內(nèi)賦存有碳酸鹽巖裂隙溶洞水。

中段大通坳陷明顯的特點是中間低阻層加厚，下部高阻層變深或缺失，并在其間出現(xiàn)遞變梯級層。淺部次高阻電性層與北段基本相同。中淺部低阻電性層（10～100Ω·m），從中又可劃分出淺部呈層狀分部的低阻電性層和中部呈團塊狀低阻電性層，兩電性層總體相連，局部被高阻夾層分隔。層狀電阻電性層電阻率變化不大，厚度在100～200m，為新近系、古近系的反映，在剖面北段缺失。其下團塊狀、不規(guī)則狀低阻電性層（6～100Ω·m），厚度2000～2400m，并在塔爾一段未見底，推斷為侏羅系河流－濱湖相、湖沼相、泥巖、砂巖、砂礫巖沉積層。另據(jù)重力推斷基底深度，塔爾凹陷基底埋深最大可達到2400m。中下部電性遞增梯級層（100～250Ω·m），厚度200～400m，推斷為三疊系也可能包括基巖風(fēng)化殼，呈北高南低斜坡狀超伏在基底之上。下部為高阻電性層（250～2000Ω·m），是元古界變質(zhì)巖基底的反映。受基底隱伏斷裂（F02）和南側(cè)老爺山北緣斷裂（F03）控制由北向南呈斜坡狀加深，構(gòu)成大通坳陷的塔爾凹陷。

大坂山寶庫河谷和山前地段，地電斷面反映的地質(zhì)結(jié)構(gòu)為薄蓋層、厚高阻基底的特點。淺部為次高阻電性層（200～800Ω·m），厚度在50～150m，為第四系河谷和山前地段砂礫石、坡積、殘積、堆積物的反映。中間為低阻電性層（10～150Ω·m），呈水平層狀分布，厚度300～600m，據(jù)剖面西側(cè)有侏羅系中統(tǒng)出露，其電性相當(dāng)，據(jù)此低阻層推斷為侏羅系砂巖、泥巖夾煤層和礫巖的反映。下部高阻電性層（250～6000Ω·m），是元古界變質(zhì)巖基底的反映。

4 盆地?zé)醿︻愋吞接?/h2>

西寧盆地地?zé)崽餆醿︻愋驮?0多年勘探中一致認(rèn)為屬盆地傳導(dǎo)型地?zé)崽铮?］，近年研究者［2］依據(jù)地溫梯度異常區(qū)的平面、垂向上的條帶狀分布特征，認(rèn)為“西寧地區(qū)地?zé)豳Y源的分布與構(gòu)造關(guān)系密切，斷裂構(gòu)造是控?zé)岬闹饕蛩亍?。也有?］在管狀模型［9］的基礎(chǔ)上認(rèn)為“西寧盆地?zé)醿?gòu)造概念模型是大地?zé)崃鳛闊嵩础蜔釋?dǎo)率巖層聚熱—深循環(huán)逐漸加熱受迫對流為機制—構(gòu)造控水控?zé)帷薄Ｓ纱丝磥?，后二者提出西寧盆地?zé)醿κ菙嗔褜α餍偷男抡J(rèn)識。

筆者通過地質(zhì)和地球物理資料對西寧地?zé)岬刭|(zhì)條件分析，結(jié)合數(shù)眼探、采井顯示地下熱水的熱儲層為古近系、白堊系和侏羅系等中—新生界砂巖、砂礫巖孔隙裂隙熱儲，認(rèn)為雖然西寧地?zé)峋販瞎瘸蕩Х植迹瑫r也在南川西岸、北川東岸和湟水河北岸發(fā)現(xiàn)規(guī)模都很小、在地表斷續(xù)分布活動斷裂［7］，但也不能表明西寧坳陷熱儲是受斷裂控制呈帶狀分布。目前在溝谷以外尚無地?zé)峥追植?，這就很難說明西寧坳陷熱儲不是層狀熱儲。并且長寧堡塔爾地?zé)峋诒贝ㄎ靼?，南川泉兒灣泉華和城南新區(qū)地?zé)峋苍谀洗|岸，新城花園地?zé)峋阡宜幽习叮c發(fā)現(xiàn)活動斷裂的位置并不一致，且相距一定距離。并據(jù)物探勘查推測和結(jié)合鉆孔資料分析，組成西寧坳陷熱儲是中—新生界砂巖、砂礫巖等孔隙、裂隙發(fā)育巖層，而不是古老造山帶緻密基巖中發(fā)育斷裂裂隙，因此不應(yīng)是斷裂對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。

從盆地邊緣和基底斷裂分布來看，盆地中的西寧坳陷屬張性、張扭性斷陷，區(qū)內(nèi)NNE向斷裂與NWW向斷裂的交匯部位是最有利的地?zé)針?gòu)造條件；NNE向斷裂具有導(dǎo)水導(dǎo)熱作用。NWW向區(qū)域壓扭性斷裂切割深延伸長，具有阻水作用；在兩組構(gòu)造交匯部位更有利深部熱水上涌，側(cè)向流動在多空疏松地層中形成熱儲。因此，西寧盆地?zé)醿?yīng)是盆地傳導(dǎo)型為主疊加對流作用兼有斷裂對流型特征。這也是斷陷盆地，尤其是張性、張扭性斷陷盆地?zé)醿μ卣鳌?/p>

5 結(jié)語

（1）西寧盆地具有三隆三坳的盆地構(gòu)造格局，其中大通、平安坳陷呈NWW向，與區(qū)域構(gòu)造方向一致具有壓性、壓扭性征、西寧坳陷呈NNE向與區(qū)域構(gòu)造方向正交，具有張性、張扭性。并在盆山耦合部位NNE斷裂控制溫泉分布。

（2）西寧盆地地溫場明顯受構(gòu)造控制，在壓性、壓扭性坳陷地溫梯度小、大地?zé)崃鞯停瑥埿?、張扭性陷地溫梯度大、大地?zé)崃鞲摺?/p>

（3）西寧坳陷具有以盆地傳導(dǎo)型面狀熱儲為主，兼有斷裂對流型帶狀熱儲特征。拉雞山具有斷裂對流型帶狀熱儲，老爺山有薊縣系克素兒組可能存在巖溶熱儲。

（4）在西寧坳陷以第四系和較厚第三系為蓋層，厚層白堊系和侏羅系為孔隙裂隙熱儲層，含高礦化度（15.39～34.2g／L）熱水、電阻率小于20Ω·m范圍，可認(rèn)為是熱儲層分布空間?；谂璧匦偷?zé)崽锟空５販靥荻燃訙兀銐蛏畹嫩晗莺途藓駸醿訛殚_采溫度較高熱水提供先決地質(zhì)條件。

［1］許偉林，于漂羅.西寧市地?zé)豳Y源開發(fā)利用前景分析［A］∥中國地?zé)豳Y源開發(fā)與保護［G］.北京：地質(zhì)出板社，2007：147－151.

［2］張豐雄，劉淑英，嚴(yán)維德.西寧地區(qū)地?zé)豳Y源分布規(guī)律探討［J］.資源與環(huán)境，2006，21：138－139.

［3］石維棟，張森琦，周金元.西寧盆地北西緣地下熱水分布特征［J］.中國地質(zhì)，2006，33（5）：113－1136.

［4］張森琦，石維棟，周金元.青海西寧城南新區(qū)杜家莊地?zé)崽锏叵滤牡厍蚧瘜W(xué)特征［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2007，21（1）：164－169.

［5］李惠媂，張森琦，白嘉啟.西寧藥水溝地?zé)崽锼瘜W(xué)特征及熱水起源初探［J］.地質(zhì)學(xué)報，2007，81（9）：1131－1136.

［6］張森琦，李長輝，許偉林.西寧盆地?zé)醿?gòu)造概念模型的建立［J］.地質(zhì)通報，2008，27（1）：126－136.

［7］田勤儉，李智敏.西寧市活斷裂地震構(gòu)造模型初步研究［J］.地震地質(zhì)，2007，29（2）：311－317.

［8］胡圣標(biāo)，何麗娟，汪集旸.中國大陸區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編（第三版）［J］.地球物理學(xué)報，2001，44（3）：611－625.

［9］汪集旸.中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)［M］.北京：科學(xué)出版社.1990：206－210.

［10］熊亮萍，汪集旸，龐忠和.漳州熱田的對流熱流和傳導(dǎo)熱流的研究［J］.地球物理學(xué)報，1990，33（6）：702－711.

［11］汪洋，汪集旸，鄧晉福，等.中國大陸主要地質(zhì)構(gòu)造單元巖石圈地?zé)崽卣鳎跩］.地球?qū)W報，2001，22（1）：17－22.