陳衛(wèi)營(yíng), 薛國(guó)強(qiáng)*, 趙平, 任旺奇, 何一鳴, 呂鵬飛, 雷康信, 趙煬

1 中國(guó)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京 100029 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院, 北京 100049 3 青藏高原地球系統(tǒng)與資源環(huán)境全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所 , 北京 100101 4 中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410083

0 引言

西藏羊八井地?zé)崽锸俏覈?guó)目前已開(kāi)展地?zé)峥辈楹烷_(kāi)發(fā)利用的熱儲(chǔ)溫度最高的地?zé)崽?地?zé)崽锼疅峄顒?dòng)發(fā)育,主要類型包括溫泉、熱泉、沸泉、熱水湖、水熱爆炸、噴氣孔、冒汽地面、泉華、硫華、鹽華和水熱蝕變等.1977年9月,羊八井地?zé)犭娬?號(hào)機(jī)組試運(yùn)行成功.現(xiàn)有裝機(jī)容量25.18 MW,至今累計(jì)發(fā)電34.1億kWh,減少CO2排放約275萬(wàn)t.1994年,在地?zé)崽锉眳^(qū)ZK4002井1850 m深處測(cè)得329.8 ℃的溫度,是國(guó)內(nèi)迄今為止測(cè)量到的最高鉆孔溫度(Zhao et al.,1997).四十多年以來(lái),前人在構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)、蝕變礦物、熱儲(chǔ)工程、流體地球化學(xué)和勘探地球物理等多領(lǐng)域?qū)ρ虬司責(zé)崽锏牧黧w來(lái)源、熱源類型、熱儲(chǔ)位置、運(yùn)移通道、蓋層性質(zhì)等問(wèn)題開(kāi)展了不同程度的研究(沈顯杰和王自瑞,1984;康文華等,1985;梁廷立,1992;沈敏子,1992;廖志杰和趙平,1999;Dor and Zhao,2000; Zhao et al.,2000; 趙平等,2001;多吉等,2003;呂苑苑等,2012;胡志華等,2022).

地球物理探測(cè)在羊八井地?zé)峥碧郊伴_(kāi)發(fā)利用中曾經(jīng)發(fā)揮過(guò)重要的作用.研究?jī)?nèi)容主要包括:圈定地?zé)崽锏姆秶?推斷熱儲(chǔ)蓋層、含水層厚度和基巖埋深,確定斷裂位置,指明地?zé)崃黧w通道并提出有利開(kāi)發(fā)地段,推斷和圈定隱伏侵入巖體,定位和刻畫深部熱源等(吳欽等,1990;趙文津,2003).20世紀(jì)70年代,原西藏地質(zhì)局綜合普查大隊(duì)、物探大隊(duì)、地?zé)岬刭|(zhì)大隊(duì)等單位在地?zé)崽飪?nèi)最早實(shí)施了電測(cè)深、重力、磁法等地球物理探測(cè)工作,較好地圈定了淺層熱儲(chǔ)的空間范圍以及斷裂構(gòu)造的位置(葉建中,1979).從80年代開(kāi)始,國(guó)內(nèi)外多家單位陸續(xù)在羊八井實(shí)施了大地電磁測(cè)深(MT)、頻率測(cè)深、重力、磁法、微地震、地噪聲等測(cè)量,重點(diǎn)勘查地?zé)崽锉眳^(qū)的深部地?zé)豳Y源,試圖解決熱源、地?zé)崃黧w通道等關(guān)鍵問(wèn)題(靳寶福和程力軍,1992;吳欽,1996;周立功和張維平,1996).

由于地?zé)嵯到y(tǒng)中熱源、熱儲(chǔ)、蓋層、斷裂、溫度等關(guān)鍵要素的電阻率特征明顯,電磁法在地?zé)豳Y源勘探中一直是最主要的地球物理方法之一(Muoz,2014).20世紀(jì)70—90年代開(kāi)展的直流電測(cè)深結(jié)果表明,羊八井地?zé)崽锏責(zé)崃黧w的電阻率范圍是2.2～3 Ωm,含熱水砂礫巖或蝕變花崗巖是11～15 Ωm,泉華是65 Ωm,地表冷水接近100 Ωm,沒(méi)有蝕變的花崗巖則可高達(dá)300～1500 Ωm(靳寶福和程力軍,1992).利用地?zé)崃黧w與地表冷水、巖石之間的電性差異,可以比較準(zhǔn)確地圈定出地?zé)崃黧w的賦存位置和空間形態(tài),推測(cè)基巖埋深和熱儲(chǔ)層厚度.在羊八井地?zé)崽?以視電阻率極小值30 Ωm 圈定的范圍與地下5 m 測(cè)溫線所圈定的范圍基本吻合(施國(guó)良,1983).原地礦部第一物探隊(duì)在地?zé)崽锉眳^(qū)實(shí)施的頻率電磁測(cè)深揭示,在地?zé)崽?00 m深度范圍內(nèi)存在深、淺兩個(gè)低阻層,深部低阻層的中心位于ZK4002井一帶(吳欽,1996).20世紀(jì)80—90年代,國(guó)內(nèi)外四家單位在羊八井地?zé)崽锉眳^(qū)完成了25個(gè)測(cè)點(diǎn)的MT測(cè)量,各點(diǎn)均在450 m深度以內(nèi)探測(cè)到厚約200 m的低阻層(3～28 Ωm),后期鉆孔資料驗(yàn)證為淺層熱儲(chǔ);在深部約10～36 km(各點(diǎn)結(jié)果差異較大,多數(shù)為10～15 km)范圍內(nèi)存在1～9 Ωm的低阻體,推測(cè)與深部熱源有關(guān)(康文華等,1985;廖志杰和趙平,1999).

前人的地球物理勘探以直流電法為主,測(cè)點(diǎn)稀疏,勘探深度較淺,普遍缺少1000～2000 m深度范圍內(nèi)的探測(cè)數(shù)據(jù),未能給出地?zé)崽锔呔鹊纳畈侩娦越Y(jié)構(gòu).為了更好地揭示深層熱儲(chǔ)特征、斷裂構(gòu)造發(fā)育程度以及升流通道,2021年我們?cè)谘虬司_(kāi)展了電性源短偏移距瞬變電磁法(SOTEM)探測(cè).該方法是近些年發(fā)展起來(lái)的一種大深度人工源電磁探測(cè)方法(薛國(guó)強(qiáng)等,2013;Xue et al., 2018).由于采用接地線源發(fā)射信號(hào),SOTEM相較于回線源瞬變電磁法具有探測(cè)深度大、可觀測(cè)場(chǎng)量多、復(fù)雜地形適用性好等優(yōu)點(diǎn);由于在近源區(qū)觀測(cè)信號(hào),SOTEM相較于傳統(tǒng)的長(zhǎng)偏移距瞬變電磁法(LOTEM)具有信號(hào)能量強(qiáng)、帶寬大、探測(cè)精度高、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)(薛國(guó)強(qiáng)等,2022);由于觀測(cè)垂直感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分量,SOTEM相較于頻率域可控源電磁法具有垂向分辨率高、無(wú)靜態(tài)效應(yīng)、施工高效等特點(diǎn)(Chen et al.,2015).通過(guò)對(duì)SOTEM實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理與解譯,我們獲得了7.5 km2范圍內(nèi)地下2000 m深度以淺的電性結(jié)構(gòu).在地?zé)崽锏臄嗔褬?gòu)造特征,深層熱儲(chǔ)的幾何形態(tài),深、淺層熱儲(chǔ)之間的水力聯(lián)系通道等方面取得了一些新認(rèn)識(shí).

1 地質(zhì)概況

羊八井地?zé)崽镂挥谖鞑刈灾螀^(qū)拉薩市西北約90 km處的當(dāng)雄縣羊八井鎮(zhèn),地處古露—羊八井—亞?wèn)|斷陷盆地中部.地?zé)崽镂鞅眰?cè)是念青唐古拉山脈,海拔5500～7162 m,東南側(cè)為唐山山脈,海拔6000 m左右.盆地沿北東方向伸展,寬約5 km,地勢(shì)平緩,北西高、東南低,海拔4300～4500 m(圖1).

圖1 西藏羊八井地?zé)崽锏牡乩砦恢肍ig.1 Location of Yangbajain geothermal field, Xizang

羊八井地?zé)崽镂挥诘刂泻！柴R拉雅地?zé)釒|段,屬于陸-陸碰撞板緣非火山型高溫地?zé)崽?其產(chǎn)生與歐亞板塊和印度板塊的陸-陸碰撞隆升過(guò)程密切相關(guān)(中國(guó)科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊(duì),1981).印度板塊俯沖在拉薩地塊之下,擠壓作用導(dǎo)致陸殼局部出現(xiàn)熔融體,從而發(fā)展成為地?zé)嵯到y(tǒng)的巖漿熱源,并在上地殼產(chǎn)生富硼、富鋰、富銫、低氦同位素比值(R/Ra)的NaCl型高溫地?zé)崴?沈顯杰等,1992;趙平等,1998;徐紀(jì)人等,2005;Klemperer et al.,2022).INDEPTH-II項(xiàng)目揭示,在羊八井15～18 km深度范圍內(nèi)存在著一個(gè)地震深反射亮點(diǎn),多種方法證實(shí)其為殼內(nèi)低速體,推測(cè)為含水的部分熔融層或花崗質(zhì)巖漿層,與地表強(qiáng)烈的地?zé)峄顒?dòng)和較高的大地?zé)崃飨鄬?duì)應(yīng)(Brown et al.,1996).

羊八井地?zé)崽飻嗔褬?gòu)造較為發(fā)育,主要包括北東向(NE)和北西向(NW)兩組斷裂(圖2).NE向斷裂(編號(hào)F1—F10)總體走向與羊八井盆地走向一致,傾向均由盆地兩側(cè)山區(qū)向內(nèi)側(cè)傾斜,傾角一般大于45°.地?zé)崽镏胁看篌w沿著中尼公路的F6斷裂是一條橫穿地?zé)崽锏膮^(qū)域性斷裂,隱伏于第四系砂礫巖之下,物化探測(cè)量均有反映.中尼公路將地?zé)崽飫澐譃槟?、北兩區(qū),北區(qū)NE向的F1—F5斷裂屬于念青唐古拉南緣滑離斷裂帶的次級(jí)斷裂,由山前至盆地中心呈階梯狀排列,以正斷層為主,屬?gòu)埿曰顒?dòng)斷層,沿?cái)嗔阉疅嵛g變強(qiáng)烈.北區(qū)主要由古生代變質(zhì)巖、喜山期花崗巖和始-漸新世火山巖組成,裂隙發(fā)育,滲透性良好.淺層熱儲(chǔ)從蝕變花崗巖逐步過(guò)渡到第四系砂礫巖,溫度為150～175 ℃;深層熱儲(chǔ)是蝕變花崗巖,熱儲(chǔ)溫度超過(guò)250℃.NW向斷裂F11—F15主要分布在隆起地帶,為左旋NE向斷裂錯(cuò)斷,其形成時(shí)代晚于NE向斷裂.除F11斷裂(臭溝)傾向南西外,其余NW向斷裂傾向北東,屬?gòu)埿曰顒?dòng)斷層.南區(qū)NE向的F7—F10斷裂由于地表沉積物覆蓋較厚,屬于基底推測(cè)斷裂(康文華等,1985;吳中海,2004).根據(jù)南區(qū)淺層熱儲(chǔ)的溫度、壓力等值線形態(tài)分析,源于熱溝的F14斷裂可能切割較深,可穿過(guò)F6斷裂向南延伸至藏布曲附近(吳珍漢等,2002).南區(qū)淺層熱儲(chǔ)由第四系砂礫、泥礫、泥質(zhì)砂礫和膠結(jié)砂礫組成,孔隙率較高,滲透性良好,硅質(zhì)或(和)鈣質(zhì)膠結(jié)物形成自封閉的蓋層和運(yùn)移通道.自西北向東南,熱儲(chǔ)埋深漸淺、溫度降低,在藏布曲北側(cè)河岸有一個(gè)水熱爆炸形成的熱水湖.南區(qū)的第四系沉積物較厚,其基底大多數(shù)是燕山晚期花崗巖.

圖2 西藏羊八井地?zé)崽锏刭|(zhì)簡(jiǎn)圖(修改自胡志華等,2022)Fig.2 Geological sketch of the Yangbajain geothermal field, Xizang

2 SOTEM數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 數(shù)據(jù)采集

2021年5月,我們?cè)谘虬司責(zé)崽锊贾昧?條SOTEM測(cè)線(圖3),使用的儀器為加拿大鳳凰公司的TXU-30大功率發(fā)射機(jī)和V8接收系統(tǒng).測(cè)線走向?yàn)楸蔽?東南,長(zhǎng)度皆為3 km,測(cè)量點(diǎn)距是50 m.長(zhǎng)接地導(dǎo)線發(fā)射源位于L3和L4線之間,長(zhǎng)度為1863 m,發(fā)射電流強(qiáng)度為16 A,發(fā)射基頻為2.5 Hz.利用磁棒接收垂直感應(yīng)電壓分量,磁棒有效面積為10000 m2.單點(diǎn)測(cè)量時(shí)間不少于2 min,疊加次數(shù)不少于1200次.L1—L6線到發(fā)射源的垂直距離(偏移距)分別為932 m、660 m、336 m、265 m、610 m和1290 m.

圖3 SOTEM發(fā)射源和測(cè)線布置圖Fig.3 Layout of SOTEM transmitter and receivers

測(cè)區(qū)范圍內(nèi)大部分測(cè)點(diǎn)所處位置的干擾程度較低,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較高.區(qū)內(nèi)主要干擾源包括中尼公路通行車輛,公路兩側(cè)民房及電力設(shè)施,公路東南側(cè)一條高壓線,以及從地?zé)峋驕厝蓍e娛樂(lè)場(chǎng)所(藍(lán)色天國(guó))輸送熱水的管道.這些干擾源對(duì)其附近的測(cè)點(diǎn)造成了一定程度的電磁干擾,使得晚期信號(hào)發(fā)生明顯的畸變.在每條測(cè)線2500號(hào)點(diǎn)位采集的信號(hào)曲線如圖4所示,其中L1—L3線中的測(cè)點(diǎn)主要受高壓線影響,L4—L6線中的測(cè)點(diǎn)主要受藍(lán)色天國(guó)影響.這些測(cè)點(diǎn)在40 ms之前都可獲得較高信噪比的信號(hào),但在更晚的時(shí)窗范圍內(nèi),數(shù)據(jù)都出現(xiàn)了不同程度的震蕩,且隨著偏移距離的增大,震蕩更為明顯.另外,在L4—L6線的0～1000 m深度范圍內(nèi),部分測(cè)點(diǎn)受地表蒙脫石等蝕變礦物的影響,實(shí)測(cè)曲線還出現(xiàn)了較明顯的激發(fā)極化效應(yīng),導(dǎo)致個(gè)別測(cè)點(diǎn)的信號(hào)出現(xiàn)反轉(zhuǎn).

圖4 選定測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)SOTEM響應(yīng)曲線Fig.4 SOTEM decay curves at selected survey sites

2.2 數(shù)據(jù)處理與反演

首先利用儀器自帶軟件TEMPro對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行抽道處理,得到每個(gè)測(cè)點(diǎn)包含40個(gè)時(shí)間窗口的數(shù)據(jù).然后利用基于小波閾值的短時(shí)滑窗自適應(yīng)奇異值分解算法(Lv et al., 2022)對(duì)所有抽道后的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理,得到光滑衰減的信號(hào).干擾特別嚴(yán)重、去噪效果不佳的數(shù)據(jù)點(diǎn)不參與后續(xù)的反演處理.

利用SOTEMsoft軟件(陳衛(wèi)營(yíng)和薛國(guó)強(qiáng),2021),對(duì)所有測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行一維反演處理.對(duì)于所有測(cè)點(diǎn),采取相同的反演設(shè)置,關(guān)鍵參數(shù)描述如下:自適應(yīng)正則化反演算法,最小梯度模型約束,初始模型是電阻率為100 Ωm的均勻半空間,模型最大深度2041 m,共分為36層,首層厚度為10 m,往下各層厚度按上層厚度的1.1倍數(shù)遞增,反演電阻率的范圍為0.1～10000 Ωm,迭代次數(shù)為15次.由于發(fā)射源較長(zhǎng),測(cè)點(diǎn)偏移距較小,正演計(jì)算中發(fā)射源按5 m的長(zhǎng)度進(jìn)行偶極子剖分.圖5為經(jīng)過(guò)15次迭代后所有測(cè)點(diǎn)RMS的分布情況.L1—L3線由于整體數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,擬合效果非常好,RMS大都小于2%;L4—L6線由于受熱水管道和藍(lán)色天國(guó)影響,數(shù)據(jù)質(zhì)量相對(duì)較低,且部分測(cè)點(diǎn)受激發(fā)極化效應(yīng)影響還出現(xiàn)了變號(hào)現(xiàn)象,因此擬合效果相對(duì)較差,但大部分測(cè)點(diǎn)的RMS都小于5%.經(jīng)統(tǒng)計(jì),所有測(cè)點(diǎn)的平均RMS值為2.03%.

圖5 所有測(cè)點(diǎn)的RMS分布情況Fig.5 RMS distribution of all survey sites

3 結(jié)果解釋與討論

3.1 電性結(jié)構(gòu)特征

圖6為L(zhǎng)1—L6線的電阻率反演剖面圖,圖7為反演電性結(jié)構(gòu)的三維顯示.從圖6中可以看出,區(qū)內(nèi)電阻率結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,縱向上幾乎沒(méi)有成層性,橫向上連續(xù)性也比較差,這一現(xiàn)象與地?zé)崽飪?nèi)縱橫交錯(cuò)的斷裂構(gòu)造及水熱活動(dòng)有關(guān).但6條剖面的電性結(jié)構(gòu)具有一定的相似性,低阻區(qū)與高阻區(qū)在空間上具有延續(xù)性.除L5線外,其他5條線的低阻區(qū)大多位于海拔4200～3200 m范圍,對(duì)應(yīng)深度是200～1200 m,和地?zé)崽餃\層熱儲(chǔ)與深層熱儲(chǔ)的位置相吻合.由于斷裂構(gòu)造的復(fù)雜性,地下導(dǎo)熱、導(dǎo)水通道密布,使得深淺兩個(gè)熱儲(chǔ)的層位結(jié)構(gòu)并不十分清晰,表明淺層熱儲(chǔ)與深層熱儲(chǔ)之間存在著密切聯(lián)系.近地表的高阻層對(duì)應(yīng)于淺層熱儲(chǔ)的蓋層,其中北區(qū)主要為蝕變花崗巖,南區(qū)主要為第四系沉積物(多吉等,1997).中尼公路下方存在著一個(gè)高阻體,深部可延伸至2 km深度以下;重力測(cè)量結(jié)果也顯示在該部位出現(xiàn)等軸狀的高重力異常,表明下方存在高密度巖體(吳欽,1996).有學(xué)者推測(cè)該高阻、高密度巖體為滲透性較差的古生代變質(zhì)巖體(廖志杰等,1999).該巖體將地?zé)崽锬?、北兩區(qū)相隔離,阻擋著深部地?zé)崃黧w自西北向東南方向的側(cè)向運(yùn)移.中深部的低阻范圍由L5線向兩側(cè)逐漸收縮、變淺,這表明深部斷裂發(fā)育程度和水熱活動(dòng)強(qiáng)度由L5線向兩側(cè)逐漸降低.

圖6 L1—L6線反演電阻率剖面圖Fig.6 Inversion resistivity-elevation sections of profile L1—L6

圖7 反演電阻率結(jié)構(gòu)三維顯示Fig.7 3D display of inversion resistivity structure

L5線大致沿F12和F14斷裂布設(shè),穿過(guò)ZK4002(2006.8 m深)和ZK4001(1459.1 m深)井(圖2),鉆孔巖心的綜合柱狀圖見(jiàn)圖8.依據(jù)L5線附近鉆孔的測(cè)溫資料和構(gòu)造斷裂分布(廖志杰和趙平,1999),我們?cè)谄拭嫔席B加了等溫線(圖9).

圖8 鉆孔ZK4001和ZK4002綜合柱狀圖(修改自多吉等,1997)Fig.8 Comprehensive bar graph of borehole ZK4001 and ZK4002

圖9 L5線電阻率斷面及地質(zhì)解釋圖Fig.9 Resistivity section and geological interpretation of profile L5

從L5線剖面反演結(jié)果(圖9)可以看出,海拔4200 m以上地層的電阻率較高,主要為近地表的砂礫巖、火山碎屑巖及碎裂花崗巖,是淺層熱儲(chǔ)的蓋層.斷裂構(gòu)造導(dǎo)致巖石破碎程度較高,形成了良好的導(dǎo)水、導(dǎo)熱通道,一般表現(xiàn)為低阻狀態(tài).將已知斷裂位置投影至圖9中,可以發(fā)現(xiàn)這些斷裂與剖面淺層高阻背景中出現(xiàn)的近垂向低阻帶基本吻合.海拔4200 m之下出現(xiàn)一層近水平的、較為連通的低阻層,推測(cè)是地?zé)崃黧w沿著F14斷裂從西北流向東南的主要通道,也是地?zé)崽锏臏\層熱儲(chǔ).淺層熱儲(chǔ)在北區(qū)的主要巖性是裂隙較為發(fā)育的蝕變花崗巖(圖8),在南區(qū)是第四系砂礫巖.鉆孔測(cè)溫資料表明,淺層熱儲(chǔ)的溫度區(qū)間是150～175 ℃,北區(qū)溫度高、南區(qū)溫度低.以中尼公路下伏高阻體為界線,測(cè)線兩側(cè)都出現(xiàn)向深部延伸的大范圍低阻帶.北區(qū)低阻帶在水平面上有多個(gè)方向交錯(cuò)的深斷裂,花崗巖裂隙發(fā)育,蝕變強(qiáng)烈,是深部高溫地?zé)崃黧w的升流通道,ZK4002井在800 m深度即可達(dá)到250 ℃.南區(qū)位于L4線上的ZK308井(1726 m深),最高井溫144.4 ℃出現(xiàn)在200 m深度,鉆孔300 m以下是燕山晚期黑云母花崗巖,井溫出現(xiàn)了倒轉(zhuǎn),800 m深度后恢復(fù)升溫(趙平等,2001).在藍(lán)色天國(guó)附近,地?zé)峥辈槌跗谠蜻^(guò)幾口勘探井(圖2),其中ZK103井深度是366.3 m,揭穿約350 m厚的第四系砂礫巖,在50 m深度測(cè)量到105 ℃的最高溫度,往下井溫降低;ZK204井深度是551.5 m,淺部是250 m厚的第四系砂礫巖,在20 m深度測(cè)得148 ℃的井溫,往下井溫也出現(xiàn)倒轉(zhuǎn),鉆孔下部是黑云母花崗巖(多吉等,1997).因此,L5線在南區(qū)500～1500 m深度范圍的低阻體很可能是富水性較好的碎裂花崗巖,溫度要低于上覆的孔隙型淺層熱儲(chǔ),與淺層熱儲(chǔ)之間可能存在著一個(gè)隔水層,兩者之間的水力聯(lián)系較差.碎裂花崗巖匯聚著來(lái)自唐山西北緣山前斷裂的大氣降水和冰雪融水,真實(shí)情況需要鉆孔資料予以驗(yàn)證.

3.2 斷裂分析

羊八井地?zé)崽飪?nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要由北東向和北西向兩組活動(dòng)斷裂組成,該兩組斷裂的互相交接或切穿形成了棱塊狀構(gòu)造格局,控制著區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w的儲(chǔ)存和運(yùn)移(多吉,2003).目前地?zé)崽飪?nèi)斷裂構(gòu)造的位置及性質(zhì)大體已明確,但大部分?jǐn)嗔训纳疃刃畔⑷鄙俚厍蛭锢斫Y(jié)果或鉆孔資料的約束,尤其是南區(qū)內(nèi)被第四系覆蓋的隱伏斷裂.掌握斷裂的延伸深度對(duì)分析熱儲(chǔ)埋深、判斷地?zé)崃黧w的運(yùn)移通道至關(guān)重要.

依據(jù)6條SOTEM測(cè)線的基礎(chǔ)資料,我們繪制了不同深度的電阻率平面分布圖,并將已知的斷裂構(gòu)造位置投影上去.從圖10可以看出,斷裂分布位置大體與平面上的低阻區(qū)相符合,但這些斷裂在深度上存在著差別.北西向F14斷裂僅在-250 m和-500 m平面上存在著較好的連貫性,在淺部(-50 m)以及深部(<-1000 m)都在中尼公路附近被古生代變質(zhì)巖體隔斷.從電阻率的分布來(lái)看,-500 m深度的低阻面積最大,表明該深度附近的裂隙構(gòu)造最為發(fā)育,水熱活動(dòng)最為強(qiáng)烈,這個(gè)深度大概是北區(qū)淺層熱儲(chǔ)的底面(圖9).CJZK3001井施工時(shí),在235～443 m深度多次遇到泥漿全部漏失層,指示巖石的破裂程度較高,滲透性很好(丁林等,2021).北區(qū)NE向的F1、F2、F3和F4斷裂屬于階梯狀的山前斷裂帶,它們與NW向F11、F12和F13斷裂的交匯處表現(xiàn)為明顯的低阻異常圈閉,說(shuō)明這些斷裂構(gòu)造比較深.硫磺溝附近水熱活動(dòng)發(fā)育,巖石蝕變嚴(yán)重,高嶺土裂隙中常見(jiàn)淺黃色的硫磺晶體.長(zhǎng)期以來(lái),硫磺溝一直被推斷為深部地?zé)崃黧w的升流通道(沈敏子,1992;多吉等,1997;趙平等,2001),本次SOTEM探測(cè)結(jié)果提供了地球物理證據(jù)和準(zhǔn)確的位置,為今后制定深部地?zé)豳Y源的開(kāi)采方案提供了科學(xué)依據(jù).

圖10 不同深度電阻率等值線平面圖及斷裂分布Fig.10 Plane contour maps of resistivity at different depths and fracture distribution

南區(qū)的第四系砂礫巖層較厚,F7、F8、F9和F10均為推測(cè)的隱伏斷裂,前人的研究工作未給出斷裂的性質(zhì)和深度(多吉等,1997;胡志華等,2022).本次探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn),這些斷裂的切割深度超過(guò)2000 m,為傾向NW的正斷層.同時(shí),我們還發(fā)現(xiàn)在深度-1000 m以下,測(cè)區(qū)東北部還存在一條貫穿地?zé)崽锏腘W向斷裂(圖10中以F16標(biāo)注),推測(cè)是地?zé)崽锏臇|北邊界.地?zé)崽飪?nèi)NE向斷裂的切割深度一般不超過(guò)1000 m,如F2—F5斷裂,是控制淺層熱儲(chǔ)水平延伸的主要因素.

3.3 熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分析

基于本次SOTEM探測(cè)結(jié)果,結(jié)合已有的地質(zhì)和地球化學(xué)概念模型(廖志杰和趙平,1999;Dor和Zhao,2000;趙平等,2001),分析羊八井地?zé)崽锞?xì)化熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下:深部局部熔融體(深度>5 km)提供了較為穩(wěn)定的熱源,烘烤念青唐古拉南緣山前斷裂帶向下滲透的大氣降水和冰雪融水,這些水循環(huán)至一定深度后,在冷熱水密度差和重力勢(shì)的作用下,沿著裂隙折返上行,在-1800 m～-800 m深度形成梯級(jí)深層熱儲(chǔ),升流通道位于硫磺溝一帶,也就是F2、F3斷裂與F12、F13斷裂所圈定的范圍,尤其是兩組斷裂的交匯處.地?zé)崃黧w上升至淺地表遭遇阻擋后,在深部壓力和山前斷裂淺層冷水的共同驅(qū)動(dòng)下,沿著貫穿南北區(qū)的F14斷裂向地?zé)崽飽|南方向作側(cè)向運(yùn)移,形成淺層熱儲(chǔ).F6斷裂附近的古生代變質(zhì)巖體,阻擋了地?zé)崽锬媳眱蓞^(qū)深部地?zé)崃黧w的運(yùn)移和能量交換.

由于地?zé)崃黧w自西北向東南方向流動(dòng),南區(qū)淺層熱儲(chǔ)的埋深越來(lái)越淺,逐步成為地?zé)崽锏囊缌鲄^(qū),是溫泉、熱泉、沸泉和水熱爆炸的主要出露區(qū).羊八井地?zé)犭姀S曾在南區(qū)實(shí)施尾水回灌,減少了尾水排放對(duì)藏布曲的影響,同時(shí)阻擋了來(lái)自藏布曲等淺表冷水對(duì)地?zé)峋那秩?由于回灌井位于地?zé)崽锏囊缌鲄^(qū),因此對(duì)維持淺層熱儲(chǔ)壓力和地?zé)峋a(chǎn)量的效果并不理想.在南區(qū)-350～-1600 m深度范圍,存在著較大體積的低阻體,推測(cè)是匯聚著唐山山脈大氣降水和冰雪融水的碎裂花崗巖體,與淺層熱儲(chǔ)之間的水力聯(lián)系較弱.依據(jù)現(xiàn)有地?zé)峥碧骄馁Y料推算,該富水區(qū)目前尚不具備商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值.

4 結(jié)論

本次工作利用SOTEM方法建立了西藏羊八井地?zé)崽? km深度范圍內(nèi)的電性結(jié)構(gòu)模型,獲得了如下新認(rèn)識(shí):

(1)地?zé)崽锏腇14斷裂是地?zé)崃黧w自西北向東南方向運(yùn)移的主要通道,現(xiàn)有的高產(chǎn)地?zé)峋蠖鄶?shù)都分布在F14斷裂附近.在地?zé)崽飽|北部發(fā)現(xiàn)一條埋深約1000 m的F16隱伏斷裂,推測(cè)是地?zé)崽锏臇|北邊界.

(2)北區(qū)硫磺溝F2、F3斷裂與F12、F13斷裂所圈定的范圍,尤其是兩組斷裂的交匯處為深部高溫地?zé)崃黧w的升流通道,其傾向與念青唐古拉山前斷裂帶相同,中尼公路附近下伏滲透性較差的前震旦系變質(zhì)巖體阻擋著地?zé)崃黧w在深處從北區(qū)向南區(qū)的側(cè)向運(yùn)移.

(3)南區(qū)唐山西北緣山前斷裂帶延伸處存在一個(gè)低阻體,巖性推測(cè)為碎裂花崗巖,聚集著來(lái)自唐山的大氣降水和冰雪融水,與淺層熱儲(chǔ)之間的水力聯(lián)系較弱.

(4)南區(qū)回灌是降低尾水排放對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的有效措施,可以阻止藏布曲等淺表冷水灌入淺層熱儲(chǔ),但難以實(shí)現(xiàn)維持熱儲(chǔ)壓力和開(kāi)采量,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo).

致謝感謝西藏當(dāng)雄縣羊易地?zé)犭娬玖_峰等人在野外數(shù)據(jù)采集中提供的幫助,感謝審稿人對(duì)本文提出的寶貴修改意見(jiàn)!