寧夏黃河?xùn)|岸天山海世界對流型地?zé)豳Y源賦存地質(zhì)條件及補(bǔ)給特征研究

程國強(qiáng)

（寧夏回族自治區(qū)水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，銀川 750021）

地?zé)豳Y源屬于可再生清潔資源，開發(fā)利用過程具有低成本、可持續(xù)利用以及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)具有極其重要的作用[1]。寧夏地?zé)豳Y源豐富，它屬于中低溫地?zé)豳Y源。汪集旸等[2]根據(jù)地?zé)岢梢蚍治?，將中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)分為中低溫傳導(dǎo)型地?zé)嵯到y(tǒng)和中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。2017 年，調(diào)查人員在寧夏黃河?xùn)|岸天山海世界園區(qū)內(nèi)開展地?zé)峥辈楣ぷ?。在?shí)施KT2 井的過程中，鉆進(jìn)至617 m 時，預(yù)測出水量為1 萬m3/d。經(jīng)專家現(xiàn)場論證，該地?zé)嵯到y(tǒng)是受構(gòu)造控制的對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了寧夏對流型地?zé)嵯到y(tǒng)的空白，是寧夏地?zé)豳Y源勘探方面取得的重大突破。本文對研究區(qū)地?zé)豳Y源賦存地質(zhì)條件及補(bǔ)給特征進(jìn)行研究，為該區(qū)域地?zé)豳Y源的合理開發(fā)利用、保護(hù)、規(guī)劃及進(jìn)一步勘查提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地?zé)豳x存的地質(zhì)條件分析

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西緣沖斷帶西部邊緣部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，三級構(gòu)造單元為鄂爾多斯盆地西緣中元古代-早古生代裂陷帶，構(gòu)造上主要受黃河斷裂及其次生斷裂控制。黃河斷裂主要在燕山期晚期活動，是銀川盆地東部邊界斷裂，總體呈北北東向延伸，斷面西傾，淺部南段呈裸露狀，中北段表現(xiàn)為隱伏狀[3]。在黃河主斷裂東側(cè)，推斷存在系列次級雁型斷裂組，可能控制地?zé)豳Y源的分布賦存規(guī)律[4]。

自2017 年10 月至2018 年8 月，項(xiàng)目共實(shí)施4 眼地?zé)峥碧骄?，井孔編號分別為KT2、DRT-03、DRT-04、DRT-05。鉆孔揭露地層特征如表1 所示。KT2 井井深為617 m，因自流量過大，使用高壓分隔器進(jìn)行封井完鉆，井口溫度為42 ℃，井口壓力為0.52 MPa。DRT-03 井井深為1 710 m，自流量為1 200 m3/d，井口溫度為60.5 ℃，井口壓力為0.46 MPa。DRT-04 井井深為995 m，自流量為4 800 m3/d，井口溫度為40 ℃，井口壓力為0.45 MPa。DRT-05 井井深為1 708 m，自流量為3 780 m3/d，井口溫度為52 ℃，井口壓力為0.45 MPa。下面分析地?zé)豳Y源賦存地質(zhì)條件。

表1 不同地?zé)峥碧骄你@孔揭露地層特征

1.1 蓋層

研究區(qū)地?zé)嵘w層由古近系和石炭-二疊系地層組合而成，其中，古近系地層巖性主要為半膠結(jié)紅土層，石炭-二疊系地層巖性主要為泥巖，巖石熱導(dǎo)率較低，使得地下熱量不易散失，能夠形成良好的保溫層。

1.2 熱儲層

熱儲層主要為巨厚的奧陶系地層。經(jīng)鉆孔揭露，奧陶系碳酸鹽巖熱儲層主要為厚層、脈狀的巖溶裂隙結(jié)構(gòu)，含水層結(jié)構(gòu)單一，厚度大，它是研究區(qū)主要的熱儲層。

1.3 熱源

研究區(qū)處于鄂爾多斯盆地西緣沖斷帶，莫霍界面和軟流層均呈明顯上隆形態(tài)，其上隆導(dǎo)致深部熱流體上涌，形成局部熔融，相應(yīng)部位升溫形成較高的溫度。因此，大地?zé)崃鳛橹饕責(zé)釤嵩础?/p>

1.4 熱流通道

研究區(qū)發(fā)育的黃河斷裂向下切割了殼幔邊界，切割深度超過40 km[5]，錯斷基底巖系和古生界地層，是深部地?zé)嵯蛏蟼鲗?dǎo)的有利通道（所有鉆孔均在鉆進(jìn)至石炭-二疊系地層時遇到破碎帶，破碎帶延伸至奧陶系頂部），可以很好地將深部地?zé)崃黧w帶到淺層地殼。

1.5 研究區(qū)地溫場特征

DRT-03與DRT-05兩井開展了井溫測試，如圖1。

圖1 DRT-03 與DRT-05 井溫變化曲線

DRT-03 井平均地溫梯度為2.86 ℃/百米，DRT-05 井平均地溫梯度為2.78 ℃/百米。測溫曲線分別在550 m 和400 m 出現(xiàn)溫度急劇升高的情況，這與鉆探遭遇構(gòu)造破碎帶的位置高度重合，證明溫度突變是構(gòu)造活動溝通深部熱源所致。與研究區(qū)內(nèi)地?zé)峥碧骄啾?，銀川盆地內(nèi)地?zé)峋販靥荻戎得黠@偏低，其中地溫梯度最高的NSR-1 井地溫梯度僅為2.25 ℃/百米，在相同的1 700 m 深度，其溫度僅為50.3 ℃。對比發(fā)現(xiàn)，在相同深度，研究區(qū)地?zé)峋臏囟燃暗販靥荻戎递^盆地內(nèi)地?zé)峋黠@更高。斷裂對地?zé)岬牡販貓鲇忻黠@的控制作用。

2 研究區(qū)地?zé)崴凰胤治?/h2>

本次調(diào)查采集研究區(qū)3 眼地?zé)峋牡責(zé)崴畼?，開展14C 年齡、氫氧穩(wěn)定同位素分析，結(jié)果如圖2 所示。與馬洪云等對銀川盆地湖水、排水溝水、潛水、承壓水等構(gòu)成的水體同位素分布體系研究成果相比，研究區(qū)地?zé)崴蛔裱璧馗魉w同位素分布特征規(guī)律。研究區(qū)地?zé)崴c銀川盆地深層地下水同位素特征存在較明顯的差異，該地?zé)崴皇莵碓从阢y川盆地，這也證明黃河斷裂作為一條阻水?dāng)嗔?，阻止了盆地?nèi)地下水向東部邊緣運(yùn)移。

圖2 地?zé)崴凰胤治鼋Y(jié)果

結(jié)合研究區(qū)內(nèi)東高西低的地形特征及其地溫梯度與鄂爾多斯盆地地下水地溫梯度（約2.8 ℃/100 m）更為接近的特點(diǎn)，推斷地下水可能來源于東部的鄂爾多斯盆地。地?zé)崴?4C 年齡測定值均大于3 萬年（見表2），已超出14C 年齡測試范圍。因此，地?zé)崴哪挲g可能會更大，說明地?zé)崴h(huán)更新速率較慢，屬于深層循環(huán)水。

表2 地下水年齡分析

3 研究區(qū)地下水熱循環(huán)分析

從東西方向剖面來看，東部鄂爾多斯高原大氣降水沿基巖裂隙等下滲，在下部地層中深循環(huán)加熱，并沿著東西向?qū)當(dāng)嗔严蛭髁鲃?，在區(qū)域水頭壓力作用下上升，通過巖溶裂隙向西匯聚。黃河斷裂阻斷了東部巖溶水向銀川盆地流動，地?zé)崴罱K在黃河斷裂東側(cè)聚集，構(gòu)成強(qiáng)富水、高水溫的熱儲層。熱儲層上部第三系地層以砂泥巖為主，導(dǎo)水性能較差，為地?zé)豳Y源提供良好的覆蓋層。

4 結(jié)論

研究區(qū)地層自上而下為新生界第四系、古近系，古生界石炭-二疊系和奧陶系。地?zé)豳Y源主要受黃河斷裂及其次生斷裂控制，在深部形成地?zé)崃黧w向上傳導(dǎo)的有利通道。上覆的古近系地層形成了很好的蓋層。地?zé)崴饕x存在二疊-石炭系地層下部及奧陶系地層上部破碎帶中，為研究區(qū)主要的熱儲層。研究區(qū)地?zé)崴蛔裱y川盆地中部各水體同位素分布特征規(guī)律，證明了黃河斷裂作為一條阻水?dāng)嗔眩柚沽伺璧厣畈康叵滤驏|部流動。研究區(qū)地?zé)崴h(huán)更新速率較慢，屬于深層循環(huán)水，而鄂爾多斯高原大氣降水沿基巖裂隙下滲，為其補(bǔ)給來源。