1、銀川盆地地下熱水形成的地質條件分析范高功1 ,利2王( 11 長安大學 水資源與環境工程系 ,陜西 西安 710054 ;21 寧夏地質調查院 ,寧夏 銀川 750021) 摘要 從銀川盆地巖石圈和莫霍面的變化特征 、地殼熱結構特征 、活動斷裂和基底構造特征幾方面分析論述了盆地地熱形成的地質構造條件 ;通過分析盆地內新生界地層巖性及其垂向變化 、儲蓋層條件 、 盆地地形地貌特征 ,討論了盆地地熱水形成的水文地質條件 。 關鍵詞 地熱 ;地質條件 ;銀川盆地 中圖分類號 p641 文獻標識碼 a 文章編號 1007 - 9955 (2002) 03 - 0028 - 04 作者簡介 范高功 (1

2、955 - ) ,男 ,工程師 ,現從事水文地質實驗教學與研究工作 。銀川盆地位于東經 1055249至 1065412和北緯 374313至 392310之間 ,西起賀蘭山 ,東至 黃河 ,南始青銅峽 ,北迄石嘴山 ,行政區劃隸屬銀川市 、吳忠市和石嘴山市 ,總面積 7 278 km2 。1999 年寧夏地質調查院經過科學論證 ,先后在 銀川盆地中部的銀川市區內成功地鉆成 2 眼地熱井 y1 井和 y3 井 ,這 2 眼地熱井的鉆探成功 ,證實了銀川盆地地熱資源的存在 ,為研究銀川盆地地熱資源 積累了珍貴的井下地質資料 。之后 ,銀川盆地地熱 資源調查進入新的階段 ,并取得了豐富的航磁 、地

3、震 勘探等基礎地質資料 。筆者在綜合分析已有地質資 料的基礎上 ,試就銀川盆地地下熱水形成的地質條 件進行分析探討 。國家地震局地質所在盆地內完成 3 條大地電磁測深剖面 ,在此基礎上 ,編制深部構造模型圖 (圖 1) 。1 地熱形成的地質構造條件圖 1 銀川地區深部構造模型圖據物探資料銀川盆地巖石圈厚度僅為 55 60 km ,而其西側的阿拉善左旗為 110 km 左右 ,東側的 烏審旗為 120 km 左右 。沿石嘴山 、銀川 、吳忠 、六 盤山一線軟流層為一帶狀隆起帶 ,在石嘴山 、銀川西 至吳忠一帶 ,存在一軟流層局部隆起區疊加在上述 隆起帶之上 ,局部隆起長 110 km ,寬 40

4、 km ,分布范 圍及形態與銀川地塹十分相似 。盆地內上地幔軟流 層 、莫霍界面呈明顯上隆形態 ,軟流層上隆達 40 50 km ,莫霍面上隆幅度達 6 km 。盆地內上地幔軟 流層上隆大約發生在新生代早期 ,與銀川斷陷盆地1 . 1區域地質構造背景銀川盆地在大地構造上被稱為銀川地塹 ,介于 我國東西部兩大不同性質構造單元的銜接和過渡地 帶 ,屬鄂爾多斯周緣活動斷裂的一部分 。有利的大 地構造位置 、強烈的新構造運動 、豐盛的深部水熱活 動 ,造就了銀川盆地具備地熱資源形成的區域地質 構造背景 。112深部構造 收稿日期 2002 - 06 - 10霍面上隆 ,導致深部熱流上涌 ,高溫熔融物質

5、向上地殼侵位 ,其結果是相應部位升溫 ,并可能形成局部熔 融 ,使地殼深部具有較高的溫度 ,造就盆地具有良好 的深部熱源條件 。據資料 ,銀川盆地地表熱流為 1 . 38 hfu ,其中 地幔熱流為 0 . 836 hfu ,地殼熱流 ( 來自地殼中放 射性元素衰變) 為 0 . 544 hfu ,地幔熱流的熱貢獻 為 60 % ,地殼熱流的熱貢獻為 40 % ,地表熱流主要中部深陷區東西邊界的銀川斷裂和蘆花臺斷裂 。盆地內淺層地溫的高地溫區域呈 n n e 向帶狀分布 , 與這兩條斷裂走向基本一致 ,高地溫帶東西邊界受 銀川斷裂和蘆花臺斷裂控制 , y1 和 y3 地熱井均位 于其上盤附近

6、。銀川市區地熱田位于銀川斷裂的上 盤區域 ,在這一區域的寶湖 k083 井 ,191 m 深處地 溫高達 33 . 5 。顯然 ,活動斷裂對深部熱流向上運 移起著重要的通道作用 ,對現今地溫場分布也具有來源于地幔熱流 ,明顯具有構造活動區熱結構特征 。 控制作用 。1 . 3活動斷裂地熱現象見于地表 ,源于深部 ,地熱流體必須通 過有利的構造部位才能上涌到達地表或近地表部 位 ,從而構成可供利用的地熱資源 。研究熱流上升 通道 ,必須弄清盆地內的主要斷裂系統的分布格局 ,特別是活動斷裂的情況 。 銀川盆地周邊及盆地內活動斷裂走向主要以n n e 向為主 ,規模較大的斷裂共有 8 條 (圖 2)

7、 。114 基底構造及其對地熱分布的控制“凹中隆”構造對高地溫異常的控制在我國華北 平原十分常見 。據物探資料銀川盆地中部深陷帶內 目前已發現的局部隆起構造有 13 個 ( 詳見有關資 料) ,這些局部隆起構造對地熱分布具有一定的控制作用 。深部熱流體在順巖層向上運移過程中 ,在隆 起核部區域聚集并形成高地溫異常區 ,這與油氣運 移和儲集規律極為相似 。淺層測溫資料反映出永寧黃羊灘一帶為高地溫異常區 , 淺層地溫梯度 4/ 100 m ,可見永寧西隆起構造對地熱分布具有一 定控制作用 。2 地熱水形成和賦存的水文地質條件2 . 1 巨厚的新生代地層及其垂向上巖性的變化造就了地熱水形成和賦存的儲

8、蓋條件和巨大的 地熱水庫容2 . 1 . 1 盆地新生代地層盆地內新生界地層最大厚度達 7 000 m ,其在盆 地內厚度變化受基底構造控制 ,地層結構見圖 3 。盆地內第三系最為發育 ,根據物探和鉆孔資料推斷 ,第三系最大厚度可達 5 000 m ,未出露地層主 要有漸新統 ( e) 、中新統 ( n1 ) 、上新統 ( n2 ) 。漸新統 ( e) 在盆地 3 000 m 深度內只有北部 、南部和中部凹 陷的兩翼斜坡帶揭露 ,巖性主要為泥巖 、砂巖 ,互層 或夾層 。中新統 ( n1 ) 在銀川盆地北部埋深達 2 000 m ,厚度 6002 600 m ;盆地南部埋深達 2 100 m

9、,厚500 m ;盆地中部 y1 和 y3 地熱井在 3 000 m 深度未 見底 ,揭露 厚 度 1 340 m , 中 下 段 巖 性 主 要 為 砂 礫 巖 、砂巖 、泥巖 、粉砂質泥巖 ,互層 ,單層厚度不等 ,上 段巖性主要為砂礫巖 、砂巖夾泥巖 、粉砂質泥巖 。上 新 統 ( n2 ) 在銀川盆地的中北部埋深達 2 0 0 0 m , 厚1 - 主要斷裂及編號 ;2 - 次級斷裂 ;3 - 盆地邊界線 ;4 - 剖面線據中原石油勘探局地震資料修編圖 2 銀川盆地基底主要斷裂分布1 - q 為第四系 ;2 - n2 為第三系上新統 ;3 - n1 為第三系中新統 ;4 - e 為第三

10、系漸新統 ;5 - r 為第三系 ;6 - a nr 為前第三系 ;據中原石油勘探局地震資料修編圖 3 銀川盆地地質剖面圖( 剖面位置見圖 2 中 b - b)度 600 1 200 m , 最 厚 達 1 800 m , 南 部 埋 深 約 1熱儲層條件 :據 y1 和 y3 地熱井井下巖性和地600 m ,厚度為 500 1 000 m ,主要巖性為砂礫巖 、 溫資 料 , 第 四 系 沉 積 物 松 散 、顆 粒 較 粗 , 地 溫 40粗砂巖 、粉砂巖含泥砂巖夾泥巖 、粉砂質泥巖 。第四系沉積厚度由盆地邊緣向盆地中心逐漸加 厚 ,盆地中北部厚度達 2 000 m ,南部厚度 1 600

11、 m , 中部 y1 和 y3 地熱井揭露厚度 885 m ,主要為礫石 層 、砂礫石層 、含礫砂 、粗砂 - 細砂夾粘土層 ,結構疏 松 ,膠結程度差 。盆地內新生代第三系在垂向上出現砂巖 、砂礫 巖 、泥巖互層或夾層的反復變化 ,造就了盆地地熱水 形成和賦存的儲蓋條件 。盆地內第三系分布面積 廣 ,厚度大 ,儲蓋條件較好 ,造就了盆地巨大的地熱 水庫容 。2 . 1 . 2 儲蓋層的巖性條件蓋層 條 件 : 從 y1 和 y3 地 熱 井 資 料 分 析 , 在3 000 m 深度內 ,在垂直方向上 ,第三系出現 3 個較 好的蓋層 ,分別在 1 100 m 、1 900 m 、2 500

12、 m 左右分 布 (表 1) ,厚度一般為 3080 m ,蓋層巖性以泥巖為表 1 y1 地熱井熱儲層與蓋層劃分( 按巖性劃分),不構成熱儲層 ;第三系主要有 3 個較好的熱儲層(表 1) ,熱儲層巖性以砂巖為主 ,砂泥比大于 0 . 5 ,有 利于地下水的賦存 ,為相對含水層或熱儲層 。2 . 2斷陷盆地地質地貌條件有利于地下熱水形成銀川盆地形成在新生代早期 ,屬斷陷盆地 ,盆地 內一系列傾向相同的 n n e 向正斷層 , 使地層逐級 由兩側向中心錯落 ,形成階梯狀地層結構 ( 圖 3) ,地 質構造有利于地下水向盆地中心匯集 。盆地四周被 山地 、臺地等正地貌所包圍 ,賀蘭山最高海拔 3

13、 556 m ,相對銀川盆地 (海拔 1 1001 200 m) 高出 2 300 m ,地形高差懸殊大 ;賀蘭山擁有較大的山坡匯水面 積 ,接受大氣降水補給后 ,經山前斷裂深循環補給盆 地地下水 。由于受賀蘭山冷水滲混作用和山前冷水帶的影 響 ,水溫順流向逐漸升高 ,山前冷水帶的影響由強逐 漸減弱 ,由于銀川盆地為一南北狹長盆地 ,這種現象 對盆地整體地溫場都有影響 ,只是在山前表現的愈 加強烈 ,而往東到盆地中部 ,隨著垂向上巖層自重壓 力的加大和固結程度的提高 ,以及深部熱源條件相 對變好 ,地下熱水流動緩慢 ,山前冷水帶降溫作用逐 漸減弱 ,地熱水溫度也隨之升高 ,側向補給量變得極 為

14、微小 。從水體同位素資料分析認為 ,地熱田地熱 水系 2 萬年前賀蘭山地下側向徑流補給的地下水 , 基本上為不可再生的靜儲量 。主 ,砂泥比小于 0 . 5 ,為相對隔水層或保溫層 。在垂向上自上而下 , 蓋層變化趨勢是 : 第一蓋層條件較 差 ,地溫較低 ; 1 900 m 處出現厚 50 60 m 以泥巖為主的層段 ,構成較好的蓋層 ,地溫 、地溫梯度 、大地熱流值在此線以下熱儲層段都有明顯增大趨勢 。結論3分析認為 ,銀川盆地地下熱水形成和賦存的地質條件主要有 3 個方面 :(1) 具有沉降盆地型地熱資源形成的深部熱源劃分深度區間/ m地溫/ 蓋層 第一熱儲層 蓋層 第二熱儲層 蓋層 第

15、三熱儲層1 0101 1001 1001 8981 8981 9321 9322 4682 4682 5282 5283 07839 . 947 . 5647 . 8955 . 1855 . 9964 . 52 參 考 文 獻 (2) 盆地內古生界基底上形成的巨厚的新生界地層及其垂向變化為地下熱水的形成和賦存提供了 較好的儲蓋條件和巨大的地熱水庫容 。(3) 斷陷盆地的地質地貌為地下熱水的形成提 供了有利的補給和徑流條件 。1嚴烈宏. 王利. 等 1 銀川盆地地熱系統 m 1 銀川 : 寧夏人民出版社 ,20011王鈞. 等. 中國地溫分布的基本特征 m 1 北京 : 地震出版社 ,1990

16、.陳墨香. 華北地熱m 1 北京 :科學出版社 ,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 st ruct ure co nditio n of ground hot water in basin. ac2 cording to analyzing lit h