平庄盆地地热系统地热流体流动模型

平庄盆地地热系统地热流体流动模型

通过对平庄盆地地热地质、热源、水源、封阻、盖层、地温等条件分析，建立了该区地热流体流动模型。研究表明：在地形高差的作用下，大气降水顺着盆地西北部山区的裂隙网络渗透到地下深处，被区域大地热流以及作为附加热源的玄武岩以热传导方式加热。在热水变热具有浮力的作用下，沿NNE向和近EW 向两组断裂交汇处的通道上涌，在浅部与第四系砂砾岩裂隙含水层发生冷水混合作用，形成了中低温裂隙水。

标签：平庄盆地地热系统水、热源地热流体

1引言

地热是一种廉价的洁净能源，目前广泛的运用于医疗、种植、淋浴、采暖等诸多领域。近些年，通过对煤田、石油钻探以及水文、电法、地震等勘探资料的研究，揭露出平庄盆地蕴藏着丰富的地热资源，因为该区断裂构造条件、热储地质条件、热源和水源条件都比较有利，是开发地热资源的有利地段。

2地热地质条件

平庄盆地位于华北陆块北缘内蒙古隆起带的东部，北邻天山—兴蒙褶皱区。该盆地呈NNE向展布，南北长约100km，东西宽约17～35km，面积约为2800km2，总体地势为西高东底，最大相对高差达200m，为中国东部晚中生代内陆箕状断陷盆地[1]。

2.1地层

早白垩世早期，伴随着一系列NNE—NE向断裂构造活动，盆地基底主要形成了一套义县组沉积—火山岩系。随后在地壳热脆化基础上形成了地堑式断陷湖盆，并先后沉积充填了九佛堂组、沙海组、阜新组、孙家湾组及零星分布的新近系。

2.2断裂构造

盆地北缘以EW向超岩石圈的赤峰—开原断裂为界；东西两侧为NNE向的大青山隆起和松树梁复背斜；西北缘的美丽河—八里罕断裂是盆地生成与演化的主控断裂。该区现今地应力场最大主压应力的水平方向为近EW向或NEE—SWW向[1-3]。盆内同沉积断裂十分发育，NEE、NE、NNE、NNW、NW 以及近EW向的断裂百余条，其中，近EW向或NEE向断裂呈张性或张扭性，构成地下热水汇聚和运移的主要通道；NNE向或近SN向断裂呈压性或压扭性，有效的迫使地下热水上涌并将其封阻在热储层内。

2.3水文地质

根据水力系统及其特征，该区可分为5个含水层：（1）第四系冲积砂砾岩裂隙含水层，与老哈河地表径流紧密相关，单位涌水量0.22～5.23L/s·m；（2）孙家湾组砾岩孔隙、裂隙承压含水层，单位涌水量一般为0.03 L/s·m，渗透系数大约为0.074m/d；（3）阜新组中上部砂砾岩孔隙、裂隙承压含水层，单位涌水量一般为0.00238～0.01163 L/s·m，渗透系数一般为0.00151～0.0135m/d；（4）沙海组和九佛堂组中下段砂砾岩孔隙、裂隙承压两个含水层，单位涌水量和渗透系数分别介于0.0143～0.195L/s·m和0.0221～0.794m/d。

该区5个含水层岩石的导水性较弱以及随着深度增加，垂向岩层静压力亦越来越大，在这种条件下，地热水只能沿渗透性良好的断裂破碎带等地段上升到浅部形成地热田。

3地热系统形成条件

3.1水、热源条件

根据平庄盆地地区地热水涌水量的季节性变化和地热水中气体组分以N2和O2为主，盆地地热水补给源主要为大气降水。

该区古生代末、中生代构造活动和岩浆活动强烈，但新生代以来岩浆活动较弱，因此在地壳浅部形成地热系统热源的大规模岩浆囊或岩浆固结构成高温岩体的可能性几乎不存在。盆内虽发生过中生代燕山造山运动相伴的岩浆活动形成的花岗岩，但岩体年龄已经久远，岩体本身所携带的热量早已消失殆尽，不足构成地热系统的热源[4]。只有中新世到第四纪以来的岩浆侵入和喷发对地热系统的形成才有意义。通过对平庄盆地地质进行综合研究，在盆地西北部断裂带处有新生代的黑色玄武岩。因此，该区地热系统的热源主要为正常的区域大地热流，而大陆岩石圈伸展活动产生的渐新世至更新世玄武岩只能构成该区地热系统的附加热源。

3.2封阻、盖层与地温条件

结合已有的理论和该区的勘查结果均表明，NNE向（如美丽河—八里罕断裂）或近SN向压性断裂具有阻水阻热作用，近EW向（如赤峰—开原断裂）或NEE向张性断裂具有导水控热作用，其中这些断裂切割深度较大，为地下热水的深循环提供良好条件。该区地热系统地热水补给源位于盆地西北侧山区，在地形高差和水力压差作用下，沿着近EW向张性断裂渗透到地下深处，再缓慢的流动到两组断裂的交汇部位，被NNE向或近SN向的压性断裂有效的封阻在热储空间的岩体破碎带中。

平庄盆地地处低山丘陵地区，第四系的粘土层发育厚度小或发育得不连续，一些地段的盖层只有亚粘土层、甚至是含砾石亚粘土，总厚度多介于5～15 m。这些亚粘土层在地热田起到阻水、阻热的作用。因为盖层的单层厚度较小、隔水性不是很好，而且连续性较差，在其缺失部位成为浅部冷水混入的通道，或形成

温泉排泄于地表。

位于盆内F72与F45两组断裂交汇处西部一上升泉SiO2含量达20mg/kg和盆地西部宁城热水泉SiO2含量达64 mg/kg[5]，通过SiO2地热温标法计算：t（℃）= 1309/（5.19-lgSiO2）-273.15 —热水端元温度。

二者地热水的基准温度约为63.5°C和114°C（由于地表排泄、传导散热以及与冷水混合作用导致水温降低）以及该区的平均地温梯度为1.5～2°C /100m[5]，说明了该区地热系统的热源主要来自于盆地深部正常的区域大地热流以及作为附加热源的玄武岩，地热水在深部被区域大地热流以热传导的方式加热，形成中低温裂隙水。

根据上述成因分析，给出平庄盆地地热系统地热流体流动模型（图1）。平庄盆地地热系统，由于岩石的导水性差和地形高差作用，大气降水顺着盆地西北部山区的断裂、节理及裂隙网络渗透到地下深处，通过近EW向汇水断裂的地下水具有循环深度大、距离远、速度慢的特点，被正常的区域大地热流以及作为附加热源的玄武岩所构的热源以热传导方式加热形成热水。在热水变热具有浮力的作用下，受压性断裂阻隔，沿NNE向和近EW向两组断裂交汇处的构造破碎带上涌，在浅部与第四系砂砾岩裂隙含水层发生冷水混合作用，形成了中低温对流型地热系统。

4结论

（1）平庄盆地地热系统是板内沉积断陷型中低温对流型地热系统，正常的区域大地热流和作为附加热源的玄武岩构成平庄盆地地热系统的深部热源，且以热传导的方式进行加热。

（2）在NNE向和近EW向两组断裂交汇处形成中低温裂隙水。

（3）在形成地热田的裂隙系统中，具有一条切割深度较大、汇水和导水功能良好的主干断层或断裂带，后者在现今构造应力场中处于张性或张扭性。

参考文献

[1]王宇林，陈振东，何保，等.平庄-马场盆地石油地质综合评价[R].阜新：辽宁工程技术大学，2006.

[2]王宇林，杨春，李宪杰.赤峰南部-朝阳地区地热田成因及地质模式[J].黑龙江科技学院学报，2004.

[3]石卓，金旭，管彦武，等.赤峰热水镇地热田地热流体流动模型[J].世界地质，2010，29（3）：485-489.

[4]石卓，金旭.内蒙古赤峰市热水镇地热田地球物理调查[J].地球物理学进