應(yīng)用綜合物探技術(shù)勘查蘭州地?zé)崽?/h1>
2021-12-01 01:24:35蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院曾永耀趙文青周集忠張芳
河北農(nóng)機(jī) 2021年5期
蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院 曾永耀 趙文青 周集忠 張芳
地?zé)崮芟档厍騼?nèi)部巖漿和放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的熱能。一個(gè)理想的地?zé)崮芟到y(tǒng)除熱源之外，還要有地下水源的補(bǔ)給[1]，因此地?zé)崮艿闹饕憩F(xiàn)形式為地?zé)崴?。地?zé)崴彩抢^煤炭、石油和天然氣之后開(kāi)發(fā)前景較為廣闊的潔凈能源。特別是按照國(guó)務(wù)院《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》的要求，到2020年煤炭等化石燃料占能源消費(fèi)總量的比重要陸續(xù)下降，因此地?zé)崮茏鳛橐环N綠色的潔凈能源，在環(huán)保意識(shí)日漸增強(qiáng)和國(guó)家節(jié)能減排任務(wù)日益緊迫的情況下，再次引起學(xué)界的關(guān)注，國(guó)家能源局也發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》。
蘭州盆地的地?zé)豳Y源勘探工作起步較早，20世紀(jì)70年代甘肅省地礦局曾對(duì)蘭州市地?zé)豳Y源進(jìn)行調(diào)查研究，在蘭州市區(qū)周邊的永登龍王溝一帶發(fā)現(xiàn)地?zé)岙惓｜c(diǎn)。21世紀(jì)初期，隨著旅游地學(xué)的發(fā)展，甘肅省地礦局利用可控源音頻大地電磁測(cè)深法等物探手段，在蘭州市區(qū)圈定了七里河地?zé)岙惓^(qū)，并于2003年7月在七里河區(qū)首次打出具有經(jīng)濟(jì)意義的地?zé)峋?，該井田單井出水量約500 m3/d、井口水溫約60℃[2]。隨后，地質(zhì)工作者圍繞蘭州市區(qū)的七里河-安寧小型斷陷盆地繼續(xù)開(kāi)展工作，相繼打成3眼地?zé)崴甗3]。2015年甘肅省地礦局在蘭州盆地開(kāi)展了地?zé)豳Y源勘查專(zhuān)項(xiàng)工作，在七里河-安寧斷陷盆地又成功勘探出一口地?zé)峋?，該井田單井出水量約90 m3/h、井口水溫約70℃。該井田也是迄今為止蘭州市井深最深、出水量最大、水溫最高的地?zé)崴?。這些成果進(jìn)一步說(shuō)明，蘭州盆地內(nèi)的七里河-安寧小型斷陷盆地有著豐富的地?zé)豳Y源。
1 蘭州盆地地質(zhì)背景
蘭州盆地隸屬于祁連造山帶“中祁連隆起”東段，是典型的陸內(nèi)斷陷沉積盆地。盆地的基底主要由前寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系變質(zhì)巖和加里東褶皺帶花崗巖組成從區(qū)域構(gòu)造背景和盆地的演化歷史來(lái)看，奧陶紀(jì)蘭州盆地受控于古浪運(yùn)動(dòng)，隆升成為古陸并遭受剝蝕。印支運(yùn)動(dòng)后，接受下侏羅統(tǒng)沉積。燕山運(yùn)動(dòng)早期處于斷陷擴(kuò)張期，蘭州盆地由斷陷逐漸向坳陷發(fā)展。早白堊世晚期受燕山運(yùn)動(dòng)影響，盆地不斷隆起，結(jié)束其陸內(nèi)演化歷史[4]。
2 蘭州盆地地?zé)豳Y源條件分析
由于地?zé)崮艿淖钪饕憩F(xiàn)形式為地?zé)崴?，因此?duì)地下熱能來(lái)源的研究，是研究地?zé)豳Y源地質(zhì)條件（熱源條件）的主要內(nèi)容，除此之外，具有良好的保溫條件（蓋層）、水源補(bǔ)給條件也是地?zé)豳Y源不可或缺的。通常地?zé)岬臒嵩礂l件有兩大類(lèi)：構(gòu)造隆起區(qū)熱流類(lèi)，即火山型；構(gòu)造沉陷區(qū)熱傳導(dǎo)類(lèi)，即斷陷盆地型。
2.1 構(gòu)造條件
前人研究表明蘭州斷陷盆地的地?zé)峋饕l(fā)育在蘭州市區(qū)主要受三條斷裂帶控制：金城關(guān)斷裂（F1）、宋家溝-直溝門(mén)斷裂（F2）和劉家堡-雁灘南隱伏斷裂（F3）。其中由F2和F3斷裂帶為南、北邊界的七里河-安寧斷陷是蘭州斷陷盆地形成地?zé)豳Y源的有利地區(qū)之一，這是因?yàn)槠呃锖?安寧斷陷的基底斷裂帶可以成為地?zé)崃黧w的上升通道，為深部地?zé)崃黧w循環(huán)創(chuàng)造了有利條件。
2.2 熱蓋層和熱儲(chǔ)層條件
蘭州盆地已探明的地?zé)豳Y源屬于中低溫型，即井口溫度為60～90℃，其熱蓋層主要為厚層古新統(tǒng)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，最大厚度約400m,埋藏深度一般在600～1400m。熱儲(chǔ)層為古新統(tǒng)砂巖和白堊系沙礫巖以及元古界皋蘭群變質(zhì)巖。其中白堊系砂礫巖厚度大、透水性好、埋藏深度在1400～2000m，元古界皋蘭群變質(zhì)巖熱儲(chǔ)層埋藏深度大于2000m，起到隔熱保溫作用，是較為理想的地?zé)崃黧w保溫層。
2.3 水源條件
蘭州斷陷盆地地下水來(lái)源多樣，主要有大氣降水、溝谷地表水和黃河地表水補(bǔ)給。①年大氣降水量大于187.9mm的大氣降水才是對(duì)地下水有補(bǔ)給意義的，而蘭州盆地年降水量平均為317.6mm，因此在黃河河谷階地大氣降水是蘭州盆地地?zé)豳Y源重要的水源來(lái)源之一，但是對(duì)于Ⅳ級(jí)以上階地，大氣降水滲入補(bǔ)給較為微弱。②溝谷地表水補(bǔ)給，蘭州盆地南北兩側(cè)溝谷極為發(fā)育、匯水面積大，特別是洪水期，溝谷地表水也是蘭州盆地地?zé)豳Y源水源的補(bǔ)給條件。③地表水流黃河水源的補(bǔ)給，在蘭州盆地黃河水對(duì)地下水的補(bǔ)給占有很重要的地位，是保證地下水正常開(kāi)采必不可少的條件[5]。
2.4 地?zé)嵩礂l件
蘭州斷陷盆地地?zé)豳Y源屬于中低溫地?zé)崽?。根?jù)以往的鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)值判斷，蘭州盆地的地?zé)嵩闯５拇蟮責(zé)崃髦抵?，還有一定的放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能。這是因?yàn)椋@孔測(cè)溫資料顯示地下1000m的地溫為45～50℃，而目前已探明的蘭州盆地1000m以?xún)?nèi)的地?zé)峋锍鏊疁囟葹?0～70℃。另外，地?zé)崴瘜W(xué)分析表明蘭州盆地地?zé)崴幸欢ǖ姆派湫晕镔|(zhì)，因此可以認(rèn)為熱源中還存在放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量。
3 地?zé)醿?chǔ)層的地球物理場(chǎng)特征
3.1 重力場(chǎng)特征
通過(guò)對(duì)蘭州盆地開(kāi)展1比10萬(wàn)區(qū)域重力異常調(diào)查，發(fā)現(xiàn)蘭州盆地布格重力異常，具有兩高一低的特征（南北高、中間低）。南北兩側(cè)的重力高值是對(duì)興隆山隆起與仁壽山-白塔山隆起的響應(yīng)，重力低值是對(duì)蘭州斷陷盆地基底的響應(yīng)。同時(shí)李百祥和柏崇偉反演出桃樹(shù)坪低隆起的基底深度約為2200m[6]。
3.2 電磁場(chǎng)特征
魏林森等采用可控源音頻大地電磁測(cè)深法研究了蘭州斷陷盆地中生界基底的分布范圍和形態(tài)，其基底形態(tài)具有由西部向東部平緩抬升的現(xiàn)象，最深處在西固區(qū)陳官營(yíng)-深溝橋一帶，埋深約2800 m。蘭州斷陷盆地第四系電性變化較大為中高阻電性層，其電阻率值為中高阻(40～1000Ω·m)；中間層新近系、古近系為低阻電性層，其電阻率值為(10～30Ω·m)；元古宇基底層電阻率值較高(＞100Ω·m)。
4 蘭州斷陷盆地基底形態(tài)與富存地?zé)岬年P(guān)系
上述用重力場(chǎng)和電磁場(chǎng)特征分析蘭州斷陷盆地的基底形態(tài)，是為了更好地討論蘭州斷陷盆地基底形態(tài)與富存地?zé)岬年P(guān)系，這是因?yàn)閬?lái)自深部的地?zé)崮軙?huì)在導(dǎo)熱性能良好、熱阻較小的基底變質(zhì)巖層中上涌。因此對(duì)于蘭州斷陷盆地基底形態(tài)的研究，有助于搞清楚該區(qū)域的基底深度和斷裂發(fā)育情況，有助于進(jìn)一步分析地?zé)崮芸赡艿臒崃鬟\(yùn)移和聚集方式。例如，白福和馬根喜根據(jù)區(qū)域重力場(chǎng)特征研究了蘭州斷陷盆地的基底形態(tài)，推斷劃分出了幾組大斷裂的分布特征；除此之外，白福和馬根喜還利用可控源音頻大地電磁測(cè)深法重新劃分了雁灘隱伏斷裂，而且較清楚地顯示了該斷層的分布、走向傾角、基底位置和熱儲(chǔ)層埋藏深度等。
綜上所述，應(yīng)用綜合物探方法（重力和電磁法）可以較為明顯的確定蘭州斷陷的基底形態(tài)以及較大的斷裂破碎帶，結(jié)合鉆探工作可以較為可信的確定地?zé)崽锓植继卣?，因此綜合物探方法對(duì)在蘭州斷陷盆地尋找地?zé)豳Y源具有重要的意義。
5 開(kāi)發(fā)潛力分析
根據(jù)以往重力和電磁場(chǎng)資料，劃分出蘭州斷陷盆地有利賦存熱儲(chǔ)的地段主要有：①蘭州盆地西部西固區(qū)域的寺兒溝、李麻沙溝、深溝橋等一系列NNW向斷裂帶，該區(qū)域斷裂活動(dòng)明顯，可以作為熱水深循環(huán)的通道；②七里河次級(jí)凹陷區(qū)，該區(qū)域主要受NNW向斷裂、NWW向斷裂以及NE向斷裂控制，凹陷內(nèi)的白堊系底部礫巖是很好的熱儲(chǔ)層。
6 結(jié)語(yǔ)
（1）蘭州盆地具有形成地?zé)豳Y源的有利的構(gòu)造條件、水源條件、熱源條件、熱蓋層和熱儲(chǔ)層條件；
（2）重力、電磁等綜合物探技術(shù)在勘查蘭州斷陷盆地地?zé)崽锓植家?guī)律方面具有重要作用。
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地?zé)崮芟档厍騼?nèi)部巖漿和放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的熱能。一個(gè)理想的地?zé)崮芟到y(tǒng)除熱源之外，還要有地下水源的補(bǔ)給[1]，因此地?zé)崮艿闹饕憩F(xiàn)形式為地?zé)崴?。地?zé)崴彩抢^煤炭、石油和天然氣之后開(kāi)發(fā)前景較為廣闊的潔凈能源。特別是按照國(guó)務(wù)院《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》的要求，到2020年煤炭等化石燃料占能源消費(fèi)總量的比重要陸續(xù)下降，因此地?zé)崮茏鳛橐环N綠色的潔凈能源，在環(huán)保意識(shí)日漸增強(qiáng)和國(guó)家節(jié)能減排任務(wù)日益緊迫的情況下，再次引起學(xué)界的關(guān)注，國(guó)家能源局也發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》。
蘭州盆地的地?zé)豳Y源勘探工作起步較早，20世紀(jì)70年代甘肅省地礦局曾對(duì)蘭州市地?zé)豳Y源進(jìn)行調(diào)查研究，在蘭州市區(qū)周邊的永登龍王溝一帶發(fā)現(xiàn)地?zé)岙惓｜c(diǎn)。21世紀(jì)初期，隨著旅游地學(xué)的發(fā)展，甘肅省地礦局利用可控源音頻大地電磁測(cè)深法等物探手段，在蘭州市區(qū)圈定了七里河地?zé)岙惓^(qū)，并于2003年7月在七里河區(qū)首次打出具有經(jīng)濟(jì)意義的地?zé)峋?，該井田單井出水量約500 m3/d、井口水溫約60℃[2]。隨后，地質(zhì)工作者圍繞蘭州市區(qū)的七里河-安寧小型斷陷盆地繼續(xù)開(kāi)展工作，相繼打成3眼地?zé)崴甗3]。2015年甘肅省地礦局在蘭州盆地開(kāi)展了地?zé)豳Y源勘查專(zhuān)項(xiàng)工作，在七里河-安寧斷陷盆地又成功勘探出一口地?zé)峋?，該井田單井出水量約90 m3/h、井口水溫約70℃。該井田也是迄今為止蘭州市井深最深、出水量最大、水溫最高的地?zé)崴?。這些成果進(jìn)一步說(shuō)明，蘭州盆地內(nèi)的七里河-安寧小型斷陷盆地有著豐富的地?zé)豳Y源。
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2 蘭州盆地地?zé)豳Y源條件分析
由于地?zé)崮艿淖钪饕憩F(xiàn)形式為地?zé)崴?，因此?duì)地下熱能來(lái)源的研究，是研究地?zé)豳Y源地質(zhì)條件（熱源條件）的主要內(nèi)容，除此之外，具有良好的保溫條件（蓋層）、水源補(bǔ)給條件也是地?zé)豳Y源不可或缺的。通常地?zé)岬臒嵩礂l件有兩大類(lèi)：構(gòu)造隆起區(qū)熱流類(lèi)，即火山型；構(gòu)造沉陷區(qū)熱傳導(dǎo)類(lèi)，即斷陷盆地型。
2.1 構(gòu)造條件
前人研究表明蘭州斷陷盆地的地?zé)峋饕l(fā)育在蘭州市區(qū)主要受三條斷裂帶控制：金城關(guān)斷裂（F1）、宋家溝-直溝門(mén)斷裂（F2）和劉家堡-雁灘南隱伏斷裂（F3）。其中由F2和F3斷裂帶為南、北邊界的七里河-安寧斷陷是蘭州斷陷盆地形成地?zé)豳Y源的有利地區(qū)之一，這是因?yàn)槠呃锖?安寧斷陷的基底斷裂帶可以成為地?zé)崃黧w的上升通道，為深部地?zé)崃黧w循環(huán)創(chuàng)造了有利條件。
2.2 熱蓋層和熱儲(chǔ)層條件
蘭州盆地已探明的地?zé)豳Y源屬于中低溫型，即井口溫度為60～90℃，其熱蓋層主要為厚層古新統(tǒng)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，最大厚度約400m,埋藏深度一般在600～1400m。熱儲(chǔ)層為古新統(tǒng)砂巖和白堊系沙礫巖以及元古界皋蘭群變質(zhì)巖。其中白堊系砂礫巖厚度大、透水性好、埋藏深度在1400～2000m，元古界皋蘭群變質(zhì)巖熱儲(chǔ)層埋藏深度大于2000m，起到隔熱保溫作用，是較為理想的地?zé)崃黧w保溫層。
2.3 水源條件
蘭州斷陷盆地地下水來(lái)源多樣，主要有大氣降水、溝谷地表水和黃河地表水補(bǔ)給。①年大氣降水量大于187.9mm的大氣降水才是對(duì)地下水有補(bǔ)給意義的，而蘭州盆地年降水量平均為317.6mm，因此在黃河河谷階地大氣降水是蘭州盆地地?zé)豳Y源重要的水源來(lái)源之一，但是對(duì)于Ⅳ級(jí)以上階地，大氣降水滲入補(bǔ)給較為微弱。②溝谷地表水補(bǔ)給，蘭州盆地南北兩側(cè)溝谷極為發(fā)育、匯水面積大，特別是洪水期，溝谷地表水也是蘭州盆地地?zé)豳Y源水源的補(bǔ)給條件。③地表水流黃河水源的補(bǔ)給，在蘭州盆地黃河水對(duì)地下水的補(bǔ)給占有很重要的地位，是保證地下水正常開(kāi)采必不可少的條件[5]。
2.4 地?zé)嵩礂l件
蘭州斷陷盆地地?zé)豳Y源屬于中低溫地?zé)崽?。根?jù)以往的鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)值判斷，蘭州盆地的地?zé)嵩闯５拇蟮責(zé)崃髦抵?，還有一定的放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能。這是因?yàn)椋@孔測(cè)溫資料顯示地下1000m的地溫為45～50℃，而目前已探明的蘭州盆地1000m以?xún)?nèi)的地?zé)峋锍鏊疁囟葹?0～70℃。另外，地?zé)崴瘜W(xué)分析表明蘭州盆地地?zé)崴幸欢ǖ姆派湫晕镔|(zhì)，因此可以認(rèn)為熱源中還存在放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量。
3 地?zé)醿?chǔ)層的地球物理場(chǎng)特征
3.1 重力場(chǎng)特征
通過(guò)對(duì)蘭州盆地開(kāi)展1比10萬(wàn)區(qū)域重力異常調(diào)查，發(fā)現(xiàn)蘭州盆地布格重力異常，具有兩高一低的特征（南北高、中間低）。南北兩側(cè)的重力高值是對(duì)興隆山隆起與仁壽山-白塔山隆起的響應(yīng)，重力低值是對(duì)蘭州斷陷盆地基底的響應(yīng)。同時(shí)李百祥和柏崇偉反演出桃樹(shù)坪低隆起的基底深度約為2200m[6]。
3.2 電磁場(chǎng)特征
魏林森等采用可控源音頻大地電磁測(cè)深法研究了蘭州斷陷盆地中生界基底的分布范圍和形態(tài)，其基底形態(tài)具有由西部向東部平緩抬升的現(xiàn)象，最深處在西固區(qū)陳官營(yíng)-深溝橋一帶，埋深約2800 m。蘭州斷陷盆地第四系電性變化較大為中高阻電性層，其電阻率值為中高阻(40～1000Ω·m)；中間層新近系、古近系為低阻電性層，其電阻率值為(10～30Ω·m)；元古宇基底層電阻率值較高(＞100Ω·m)。
4 蘭州斷陷盆地基底形態(tài)與富存地?zé)岬年P(guān)系
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綜上所述，應(yīng)用綜合物探方法（重力和電磁法）可以較為明顯的確定蘭州斷陷的基底形態(tài)以及較大的斷裂破碎帶，結(jié)合鉆探工作可以較為可信的確定地?zé)崽锓植继卣?，因此綜合物探方法對(duì)在蘭州斷陷盆地尋找地?zé)豳Y源具有重要的意義。
5 開(kāi)發(fā)潛力分析
根據(jù)以往重力和電磁場(chǎng)資料，劃分出蘭州斷陷盆地有利賦存熱儲(chǔ)的地段主要有：①蘭州盆地西部西固區(qū)域的寺兒溝、李麻沙溝、深溝橋等一系列NNW向斷裂帶，該區(qū)域斷裂活動(dòng)明顯，可以作為熱水深循環(huán)的通道；②七里河次級(jí)凹陷區(qū)，該區(qū)域主要受NNW向斷裂、NWW向斷裂以及NE向斷裂控制，凹陷內(nèi)的白堊系底部礫巖是很好的熱儲(chǔ)層。
6 結(jié)語(yǔ)
（1）蘭州盆地具有形成地?zé)豳Y源的有利的構(gòu)造條件、水源條件、熱源條件、熱蓋層和熱儲(chǔ)層條件；
（2）重力、電磁等綜合物探技術(shù)在勘查蘭州斷陷盆地地?zé)崽锓植家?guī)律方面具有重要作用。
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