貴德盆地熱結構及地熱成因機制

【摘要】：研究區(qū)位于青藏高原東北緣黃河谷地之中,地處祁連、昆侖和秦嶺三大褶皺系交匯地帶,斷裂發(fā)育,具有良好的地熱地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)地熱顯示類型多樣,水熱活動劇烈,尤其是盆地西部的扎倉寺熱田,水溫高達93℃,蘊藏著豐富的地熱資源。但是由于客觀條件限制,區(qū)內(nèi)地熱勘查工作主要集中在地層淺部3000m埋深以前,研究程度較低,深部地熱分布及熱結構的研究還未進行過系統(tǒng)的工作,嚴重制約了該區(qū)地熱資源的開發(fā)利用。本文以貴德盆地兩個典型地熱區(qū)為研究對象,采集區(qū)內(nèi)地熱流體進行水化學、穩(wěn)定同位素等方面的測試分析,結合區(qū)內(nèi)地層、構造等地質(zhì)條件,從熱源、地熱流體補給來源、地熱流體運移通道和熱儲特征方面系統(tǒng)的研究了區(qū)內(nèi)的地熱系統(tǒng)；采集不同深度的巖石樣品進行巖石熱物性參數(shù)測試,分析區(qū)內(nèi)巖石熱導率、巖石生熱率及熱流在垂向上的分布特征。綜合研究成果,完善了區(qū)內(nèi)地熱成因概念模型并首次建立了區(qū)內(nèi)地殼熱結構概念模型,主要認識如下：水化學數(shù)據(jù)分析顯示,區(qū)內(nèi)地熱流體均為弱堿性水,水化學類型主要為Cl·SO4-Na,其次為HCO3·SO4-Na,沿著徑流方向水化學類型不斷演變。熱水中富含F(xiàn)、Li、SiO2,并且與C1呈現(xiàn)出正相關性。利用地球化學溫標估算的扎倉寺熱田熱儲溫度約為133℃,熱循環(huán)深度約為1800m,利用硅-焓模型計算了該熱田地熱流體中的冷水混入比例為60%～68%,冷水混入前的熱儲溫度約為222℃,熱循環(huán)深度約為3280m。氫氧同位素分析結果顯示,研究區(qū)內(nèi)地下熱水的主要補給來源均為大氣降水,地下熱水徑流方向由周邊山區(qū)向盆地中心呈聚輻狀匯流；補給高程約為3300m,扎倉寺熱田熱水發(fā)生輕微氧-18漂移。碳、硫同位素分析結果表明,地下熱水中的碳和硫主要來源于區(qū)內(nèi)沉積層的風化淋濾作用,地下熱水年齡變化于(6.16±0.2-28.55±1.74)ka之間。巖石熱物性參數(shù)分析結果顯示,扎倉寺熱田巖石熱導率值和生熱率值都高于盆地內(nèi)部三河平原地熱區(qū),2000m埋深以前地層中巖石放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能扎倉寺熱田是盆地內(nèi)部三河平原的兩倍。利用相關資料計算了研究區(qū)內(nèi)三個大地熱流值,分別為74mW/m2、76mW/m2、79.5mW/m2,青海省大地熱流值的空間分布規(guī)律顯示,青海省東北部的地熱條件優(yōu)于西北部。由于地質(zhì)、構造條件的差異,相比于盆地內(nèi)部三河平原地熱區(qū),扎倉寺熱田內(nèi)的水熱活動要劇烈,水溫也更高。扎倉寺熱田為對流型地熱系統(tǒng),盆地內(nèi)部三河平原地熱區(qū)為對流型兼?zhèn)鲗偷責嵯到y(tǒng)。利用地震波速與巖石生熱率之間的相關關系建立了研究區(qū)莫霍面埋深以前地層中的生熱率模型,并估算了研究區(qū)的殼、幔熱流比為1.2,為“熱殼冷?！毙蜔峤Y構。綜合區(qū)內(nèi)地熱地質(zhì)資料、深部物探資料及本文研究成果,完善了區(qū)內(nèi)不同類型地熱系統(tǒng)的地熱成因概念模型,建立了區(qū)內(nèi)地殼熱結構概念模型,為區(qū)內(nèi)今后地熱勘查的深入研究及地熱資源的開發(fā)利用提供重要的理論支撐。 【關鍵詞】：貴德盆地 地熱流體 熱儲溫度 成因機制 地殼熱結構
【學位授予單位】：中國地質(zhì)科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P314
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題目的及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 貴德盆地地熱資源研究程度及存在問題16-17
• 1.4 研究內(nèi)容、技術路線及創(chuàng)新點17-20
• 1.5 本文實際完成工作量20-21
• 第二章 地質(zhì)概況21-35
• 2.1 自然地理概況21-24
• 2.2 區(qū)域地質(zhì)背景24-30
• 2.3 區(qū)域水文地質(zhì)條件30-34
• 2.4 本章小結34-35
• 第三章 地熱地質(zhì)條件及地熱流體動態(tài)監(jiān)測35-44
• 3.1 地熱地質(zhì)條件35-42
• 3.2 地熱流體動態(tài)監(jiān)測42
• 3.3 本章小結42-44
• 第四章 深部構造及地溫場特征44-60
• 4.1 深部構造44-49
• 4.2 地溫場特征49-58
• 4.3 本章小結58-60
• 第五章 地熱流體地球化學特征60-92
• 5.1 樣品采集及數(shù)據(jù)測試60-61
• 5.2 地熱流體水化學特征61-71
• 5.3 熱儲溫度估算71-78
• 5.4 地熱流體同位素特征78-89
• 5.5 本章小結89-92
• 第六章 地殼熱結構概念模型建立92-105
• 6.1 地殼熱結構概念模型要素92-99
• 6.2 殼、幔熱流配分比分析99-103
• 6.3 本章小結103-105
• 第七章 地熱資源成因機制105-114
• 7.1 地熱區(qū)地熱成因機制分析105-110
• 7.2 地熱流體成因概念模型110-112
• 7.3 本章小結112-114
• 結論與建議114-116
• 主要結論114-115
• 建議115-116
• 致謝116-118
• 參考文獻118-132
• 個人簡歷、攻讀學位期間的研究成果及公開發(fā)表的學術論文132

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