隴東盆地地?zé)豳Y源特征與開發(fā)利用研究

馬永輝

(甘肅煤田地質(zhì)局慶陽資源勘查院, 甘肅 慶陽 745000)

0 引言

隴東盆地是鄂爾多斯盆地的組成部分，位于鄂爾多斯盆地西南、甘肅省東部，東鄰子午嶺，西屏六盤山，北靠白于山，地勢由東北西三面向東南傾斜，是一個在西南部開口的非封閉性盆地。盆地內(nèi)賦存著豐富的煤炭、石油、天然氣等資源，并進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘查和研究工作。但專門針對地?zé)豳Y源的勘查工作較少，本文通過收集上述勘查過程中獲得的資料，對該區(qū)地?zé)豳Y源賦存特征進(jìn)行了研究。

1 地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南緣六盤山斷褶帶的東南側(cè)，天環(huán)向斜的南端。構(gòu)造位置上橫跨鄂爾多斯盆地天環(huán)向斜與伊陜斜坡南部及渭北隆起三個次級構(gòu)造單元(圖1)。天環(huán)向斜西以鄂爾多斯盆地西緣六盤山斷褶帶為界，西翼寬15～20km，傾角較陡，東翼為寬緩的陜北斜坡，寬約340～350km，南為渭北隆起，天環(huán)向斜中心位于環(huán)縣、鎮(zhèn)原、崇信一線。

1.2 地層

在隴東盆地內(nèi)由下到上依次發(fā)育有：奧陶系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系及第四系等。其中奧陶系由水泉嶺組(O1s)、馬家溝組(O1m)、平?jīng)鼋M(O2p)組成，白堊系由下統(tǒng)志丹群的宜君組(K1y)、洛河組(K1l)、環(huán)河華池組(K1h)、羅漢洞組(K1lh)、涇川組(K1j)組成。奧陶系下統(tǒng)馬家溝組(O1m)、白堊系下統(tǒng)志丹群的洛河組(K1l)為研究區(qū)主要的熱儲層，馬家溝組主要以白云巖、灰?guī)r為主，洛河組主要以砂巖為主。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)主要含水層為白堊系下統(tǒng)志丹群的洛河組(K1l)和奧陶系下統(tǒng)馬家溝組(O1m)。

1)洛河組(K1l)。為白堊系主要含水段，鉆孔揭露洛河組厚度為156.30～350.58m，平均256.75m， 由各粒級砂巖組成，以中-粗粒砂巖為主要含水層段，屬中等-強富水含水層，地下水徑流條件相對較好。水質(zhì)類型為SO4·HCO3·Cl-Na、SO4·HCO3-Na型。與上覆的環(huán)河華池組、羅漢洞組在局部地段無明顯的隔水層。

圖1 隴東盆地區(qū)域構(gòu)造圖Figure 1 Regional tectonic map of Longdong Basin

2)馬家溝組(O1m)。主要由灰?guī)r和白云巖組成，石油天然氣勘查中將該組分為六個段，分別為馬1-馬6段，其中灰?guī)r質(zhì)純層厚性脆，巖溶發(fā)育，富水性強。巖溶含水介質(zhì)主要由構(gòu)造裂隙及經(jīng)巖溶作用改造后的溶蝕裂隙構(gòu)成，構(gòu)造特征控制了巖溶含水介質(zhì)的空間分布，為隱伏深埋巖溶地下水。在研究區(qū)西緣斷褶帶對應(yīng)層位為三道溝組(O1s)，地表有出露或鉆孔揭露，水化學(xué)類型以HCO3-Ca型或HCO3-Ca·Mg型為主，在斷裂帶上出水量普遍在1 000m3/d·m，其他位置的水量變化很大，在研究區(qū)埋深較大，水文資料較少。

2 地?zé)岬刭|(zhì)特征

2.1 熱儲層

盆地內(nèi)熱儲層主要分布于白堊系洛河組砂巖含水巖系和奧陶系灰?guī)r含水巖系。

1)白堊系洛河組熱儲層。白堊系洛河組是盆地內(nèi)分布最廣的含水層。含水層自東向西、由南而北緩傾伏于盆地內(nèi)部，頂板埋深由東向西逐漸加大，至向斜核部，埋深最大可達(dá)1 400m以深(圖2)。向斜西翼受盆地西緣區(qū)域性斷裂影響，頂板埋深變化較大，多在800m以深，在涇河、馬蓮河河谷水頭高出地表，自流量變化較大，在300～2 600m3/d，水溫在32～45℃。

圖2 鄂爾多斯盆地下白堊系志丹群底板深度圖[3]Figure 2 Floor depths of lower Cretaceous Zhidan Group in Ordos Basin[3]

2)奧陶系灰?guī)r熱儲層 。根據(jù)石油鉆孔資料，在研究區(qū)奧陶系馬家溝組灰?guī)r頂板埋深在2 600m以上，灰?guī)r厚度 100～600m，其巖性主要為白云巖、灰?guī)r，分布較穩(wěn)定，呈灰白色，局部灰色、灰黑色，具裂隙及溶蝕裂隙孔洞，連通性較好，據(jù)北部的陜182井資料馬家溝組出水量945m3/d·m，出水溫度大于70℃。

2.2 蓋層

白堊系洛河組熱儲層的蓋層主要為其上部的白堊系環(huán)河華池組、羅漢洞組、涇川組、新近系及第四系，總厚度在500～1 200m。由于該套地層無一穩(wěn)定的厚層泥巖，因而其隔熱效果不佳，并非為良好的蓋層，僅以大厚度形成次一級蓋層，故使得洛河組熱儲層溫度不穩(wěn)定。

奧陶系灰?guī)r頂板埋深在2 600m以下，其蓋層主要由二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系及第四系組成，厚度較大，由不同時代的多套巖層組合形成一良好的蓋層。

2.3 導(dǎo)熱通道

研究區(qū)地下熱能除通過巖層進(jìn)行地溫傳導(dǎo)外，還通過斷裂進(jìn)行熱流傳導(dǎo)。白堊系洛河組有一個穩(wěn)定巨厚的基底，斷裂不發(fā)育，其地?zé)醾鲗?dǎo)方式主要是底部地?zé)崮芡ㄟ^巖層傳導(dǎo)的方式使地溫增加，其地溫較低，一般溫度在35℃左右，在局部斷裂構(gòu)造部位存在熱流傳導(dǎo)的方式，地下熱能以斷裂帶為通道通過水等介質(zhì)攜帶向上傳導(dǎo)，溫度稍高，如位于涇川的涇參井，出水深度1 060m處水溫達(dá)42℃，位于寧縣的NK1206孔在1 100m處地溫達(dá)44.5℃，位于正寧的NK302孔在910m處地溫達(dá)41℃，主要是受局部發(fā)育的斷裂構(gòu)造影響所致。而奧陶系馬家溝組灰?guī)r熱儲層，受奧陶世末加里東構(gòu)造運動抬升作用的影響，馬家溝組上部地層經(jīng)受了長期的風(fēng)化侵蝕，頂部風(fēng)化殼白云巖及下部灰?guī)r巖溶孔洞發(fā)育，埋深較大，一方面靠地溫增溫，另一方面由基底斷裂構(gòu)造導(dǎo)熱增溫，使該熱儲層溫度較高。

2.4 地溫梯度

根據(jù)石油鉆孔的測井資料，盆地內(nèi)3 000m孔底溫度為90～100℃，與3℃/100m正常地?zé)嵩鰷鼗鞠喾８鶕?jù)任戰(zhàn)利等相關(guān)研究，研究區(qū)的地溫梯度(圖3、圖4)總體是中間高，四周底，研究區(qū)的華池-慶陽一帶地溫梯度較高，在3.0～3.5℃/ 100m。根據(jù)煤炭勘查過程的測溫資料，白堊系洛河組埋深1 000m左右地溫梯度在局部地段較高，可達(dá)到3.5℃/ 100m左右，比3℃/100m的正常值稍高，究其原因，是斷裂構(gòu)造將下部熱源引向上部，受蓋層的控制，造成上部溫度高于正常值，這說明該盆地下部有良好的熱源。

圖3 鄂爾多斯盆地地溫梯度分布圖 (單位：℃/100m)[1]Figure 3 Geothermal gradients distribution in Ordos Basin (unit: ℃/100m)[1]

圖4 鄂爾多斯盆地地層測溫與深度關(guān)系圖[1]Figure 4 Relationship between stratum temperature and depth in Ordos Basin[1]

2.5 熱源

隴東盆地為地?zé)嵩鰷匦?，熱源主要來自上地幔及地殼中放射性元素衰變產(chǎn)生的放射熱。內(nèi)熱源主要來自于上地幔傳導(dǎo)熱、地殼中放射性元素衰變產(chǎn)生的放射熱。根據(jù)《中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編》[6-7]等相關(guān)資料(圖5)，研究區(qū)大地?zé)崃髦翟?8～64mW/m2，與鄂爾多斯盆地平均大地?zé)崃髦?1.78mW/m2和全球平均大地?zé)崃髦?1mW/m2基本接近，遠(yuǎn)低于大型斷裂構(gòu)造區(qū)(如陜西的韓城為84mW/m2，臨潼為96mW/m2)。白堊系洛河組地?zé)岙惓碓从谒疅峄顒有?yīng)，水熱活動是由盆地深部熱源補給系統(tǒng)驅(qū)動的， 而深部熱補給系統(tǒng)向上運移的通道則是深大斷裂帶。根據(jù)地溫與深度的關(guān)系(圖4)也可以看出，越向深部溫度越高。

2.6 補給水源

熱水主要來源于大氣降水的補給， 通過邊緣沿斷裂帶、出露區(qū)接受現(xiàn)代大氣降水的補給，中心區(qū)域則表現(xiàn)為古代大氣降水補給或沉積水的特征，洛河組含水層還接受上部松散層含水的補給。區(qū)內(nèi)涇河地表水系呈扇狀發(fā)育，分布廣泛，切割較深，洛河組含水層多直接出露河谷，尤其是在區(qū)域地表水系中上游，地表河流多直接流經(jīng)白堊系含水層之上，形成良好的補給接觸關(guān)系，地表河流入滲補給是白堊系含水層的主要補給水源。區(qū)內(nèi)白堊系含水層與區(qū)外灰?guī)r含水層形成對接關(guān)系，接受區(qū)外地下水補給(圖6)。

3 結(jié)論

(1)隴東盆地內(nèi)賦存有較好的中低溫地?zé)豳Y源，白堊系洛河組砂巖、奧陶系馬家溝組灰?guī)r，其熱儲、水量等地?zé)釛l件較好，前者熱儲層溫度在35～45℃，后者熱儲層溫度在70～100℃，有較好的開發(fā)利用前景。

(2)區(qū)內(nèi)熱源主要來自于上地幔傳導(dǎo)熱、地殼中放射性元素衰變產(chǎn)生的放射熱；熱水主要來源于大氣降水的補給，通過斷裂帶、出露區(qū)接受補給，孔隙、裂隙、溶洞型地層為區(qū)內(nèi)地下熱水提供了儲存場所；斷裂為地?zé)崃黧w的運移、混合提供了通道；上覆地層為區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源保存的蓋層；獨特的地質(zhì)構(gòu)造及地?zé)岬刭|(zhì)條件，使得區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源以上地幔熱傳導(dǎo)加熱上覆巖層，并傳熱于熱儲層熱水。

圖5 鄂爾多斯盆地大地?zé)崃鞯戎稻€圖(單位：mW /m2)[1]Figure 5 Isogram of geothermal fluxes in Ordos Basin (unit: mW/m2)[1]

圖6 研究區(qū)水文地質(zhì)剖面圖[11]Figure 6 Hydrogeological profile of the research area[11]

(3)在研究區(qū)涇河河谷的涇川-長慶橋一帶，已在白堊系獲得了地下熱水正在利用，在斷裂帶附近等有利地段還有望找到溫度更高的地?zé)豳Y源。寧縣、正寧、華池-慶陽局部地溫梯度相對較高區(qū)，也是地?zé)衢_發(fā)的有利區(qū)，應(yīng)作為工作的重地區(qū)域。

(4)奧陶系馬家溝組從其埋深、地溫等條件來說都是很理想的熱儲層，但屬巖溶型含水層，水量變化很大，含油氣等，加之研究區(qū)資料較少，開發(fā)的風(fēng)險也較大。

(5)研究區(qū)為煤炭、石油、天然氣等資源富集區(qū)，地下熱水開發(fā)利用過程中，應(yīng)避免對其他資源的影響或破壞；地?zé)衢_發(fā)要避免上層常溫水和地表水的混入，應(yīng)防止過量抽取地下熱水，以保證地下熱水的可持續(xù)開采。