地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (1): 81-105.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.8.35
何碧竹1,2(), 郑孟林3, 贠晓瑞1,4,5, 蔡志慧1, 焦存礼5, 陈希节1,6, 郑勇1,2, 马绪宣1,2, 刘若涵1,7, 陈辉明1, 张盛生8, 雷敏1, 付国强9, 李振宇1,4
收稿日期:
2022-07-07
修回日期:
2022-08-05
出版日期:
2023-01-25
发布日期:
2022-10-20
作者简介:
何碧竹(1965—),女,研究员,博士生导师,主要从事盆地构造分析、油气勘探目标及干热岩地热能资源评价研究。E-mail: hebizhu@cags.ac.cn;hebizhu@vip.sina.com
基金资助:
HE Bizhu1,2(), ZHENG Menglin3, YUN Xiaorui1,4,5, CAI Zhihui1, JIAO Cunli5, CHEN Xijie1,6, ZHENG Yong1,2, MA Xuxuan1,2, LIU Ruohan1,7, CHEN Huiming1, ZHANG Shengsheng8, LEI Min1, FU Guoqiang9, LI Zhenyu1,4
Received:
2022-07-07
Revised:
2022-08-05
Online:
2023-01-25
Published:
2022-10-20
摘要:
共和盆地处于西秦岭、南祁连、东昆仑造山带结合部,其中发现了高温干热岩及多套烃源岩,但地热藏和油气藏的成因、资源潜力与分布规律尚不清楚,难以对其开展准确评价和有效勘探开发。本文在系统研究共和盆地及周缘地层发育、沉积充填、构造变形与盆地深部结构的基础上,深入探讨了盆地演化的动力学机制,分析了盆地地热藏和油气藏的成藏主控因素,预测了有利分布区带和勘探方向。多期活动的哇洪山—温泉、多禾茂、瓦里贡、塘格木右行走滑逆冲断裂与青海南山左行走滑逆冲断裂异向、同向相交(切),叠加地幔上涌作用,导致在中新生代共和盆地长期处于走滑-伸展的独特环境,并控制了盆地7个隆起、断陷构造单元的展布及属性。它经历了6期演化阶段:早中三叠世处于昆北弧前盆地及陆缘火山弧带,共和盆地基底主要岩石发育;晚三叠世阿尼玛卿洋闭合并发生碰撞造山,共和盆地褶皱基底形成;晚三叠纪末期发生碰撞后伸展,发育初始小型陆内裂谷盆地;在侏罗纪—白垩纪区域性伸展环境下形成局部断陷盆地;古近纪晚期—中新世发育拉分-断陷盆地;中新世末至今发育陆内前陆盆地。形成了3个大构造-沉积层序和8个亚层序,发育了深海陆棚相-碳酸盐岩台地相-火成岩相以及多旋回的冲积扇-河流相-滨浅湖相-半深湖相等陆相沉积层序,它们记录了共和盆地的叠合发育演化及多期改造过程,与古特斯阿尼玛卿洋俯冲、后撤式俯冲、碰撞后伸展的近程效应响应,与班公-怒江、雅鲁藏布江新特提斯洋打开、俯冲、闭合以及印度/欧亚大陆碰撞过程的远程效应响应。
共和盆地构造-沉积演化特色造就了盆地较好的油气和地热的能源资源条件。盆地发育有中下侏罗统羊曲组、下白垩统万秀组、新近系咸水河组和临夏组等三套烃源岩,可形成上-中-下三套潜力油气勘探层系,需进一步开展地层精细对比、区带评价和圈闭落实工作。共和盆地深部5层结构构造特征及盆地形成动力学过程揭示了其具有丰富的地热能资源潜力。幔源上涌驱动导致地壳内各层向上扰动,叠加走滑伸展的盆地发育环境,形成短路径-多源增热模式。地幔上涌、中下地壳局部熔融体提供了区域热源、局部热源;陆缘弧和碰撞相关花岗岩类叠加多期次断裂、裂缝及热液活动起到“控热储及热传导”作用;上覆巨厚细粒沉积岩阻热扩散而形成“控热盖”,是中高温干热岩型地热藏主控因素,也为浅层水热型地热的生成奠基。研究成果可为存在局部高大地热流的陆内中小型盆地地热藏研究提供借鉴。
中图分类号:
何碧竹, 郑孟林, 贠晓瑞, 蔡志慧, 焦存礼, 陈希节, 郑勇, 马绪宣, 刘若涵, 陈辉明, 张盛生, 雷敏, 付国强, 李振宇. 青海共和盆地结构构造与能源资源潜力[J]. 地学前缘, 2023, 30(1): 81-105.
HE Bizhu, ZHENG Menglin, YUN Xiaorui, CAI Zhihui, JIAO Cunli, CHEN Xijie, ZHENG Yong, MA Xuxuan, LIU Ruohan, CHEN Huiming, ZHANG Shengsheng, LEI Min, FU Guoqiang, LI Zhenyu. Structural architecture and energy resource potential of Gonghe Basin, NE Qinghai-Tibet Plateau[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(1): 81-105.
图1 青海共和盆地及周缘地质简图及研究区位置示意图(A,B据文献[42,46-47]修改;C据文献[46⇓⇓-49]修改) A—共和盆地位置图;B—共和盆地及周缘地质简图;C—共和盆地及周缘盆山结构剖面。主要断裂带:①—青海南山断裂;②—哇洪山—温泉断裂;③—多禾茂断裂;④—拉脊山南断裂;⑤—贵南断裂带;⑥—兴海断裂;⑦—瓦里贡断裂;⑧—共和北隐伏断裂;⑨—龙羊峡隐伏断裂;⑩—塘格木隐伏断裂;⑪—日月山断裂。
Fig.1 Geological sketch map of Gonghe Basin and its adjacent area in Qinghai Province,NE Qinghai-Tibet Plateau.A and B modified after [42,46-47]; C modified after [46⇓⇓-49].
图2 共和盆地及周缘中—新生界综合柱状图(据文献[38-39,46⇓⇓-49,81-82]修改)
Fig.2 Comprehensive column of the Gonghe Basin and its adjacent area from Mesozoic to Cenozoic,NE Qinghai-Tibet Plateau. Modified after [38-39,46⇓⇓-49,81-82].
图3 共和盆地及周缘中生界典型构造-沉积发育特征 A—中下三叠统隆务河组硅质、灰泥质、钙质粉砂质互层的板岩,含鲍马序列及软沉积变形构造,有后期走滑断层及大量近高角度裂缝,裂缝充填方解石、石英,龙羊峡剖面;B—中下三叠统隆务河组含菊石泥质板岩,曲乃亥剖面;C—下白垩统万秀组与中三叠统古浪提组不整合接触,万秀寺东剖面;D—C中风化壳近景,古浪提组浅灰色粗砂岩;E—下侏罗统羊曲组灰绿色细砂岩与褐灰色泥质粉砂岩互层沉积,浅湖相沉积,万秀寺;F—E图近景,中-厚层状的灰绿色细砂岩,万秀寺;G—下白垩统万秀组万四段透镜状砂砾岩沉积,河流相,万秀寺西剖面;H—下白垩统万秀组万二段灰色泥质粉砂岩与泥岩互层沉积,滨浅湖-半深湖相,万秀寺剖面。地层:T1-2l—中下三叠统隆务河组;T2g—中三叠统古浪堤组;J1-2y—中下侏罗统羊曲组;K1w—下白垩统万秀组。
Fig.3 Typical structural-sedimentary characteristics of the Mesozoic in the Gonghe Basin and its periphery areas
图4 共和盆地及周缘新生界典型构造-沉积发育特征 A—古近系西宁组褐红色细砾岩、含砾砂岩与三叠纪花岗岩不整合接触,沟后水库北;B—A图近景,波状起伏的不整合面及含斜层理砂砾岩层;C—新近系咸水河组与临夏组不整合接触,咸水河组发育系列的同沉积正断层,阿什贡西剖面;D—右行逆冲走滑断裂分割的咸水河组与临夏组;E—新近系咸水河组与临夏组不整合接触,贵德地质公园;F—临夏组滨-浅湖相浅灰色泥质粉砂岩,含大量腹足类化石,龙羊峡剖面;G—第四系共和组与上新统临夏组角度不整合接触;H—临夏组中逆冲断层及褶皱,河卡东剖面。地层:ENx—古近系西宁组;N1x—中新统咸水河组;N1-2l—中上新统临夏组。
Fig.4 Typical structural-sedimentary characteristics of the Cenozoic in the Gonghe Basin and its periphery areas
图6 共和盆地塘格木坳陷、贵德坳陷构造地质剖面(B,C据文献[35,82]修改) A—过塘格木坳陷北东向地震地质解释剖面AA';B,C—过贵德坳陷北北西向连续电磁测深剖面及地质解释剖面。剖面及主要断层位置见图5。图中红色、黄色、墨绿色充填区分别示意可能油藏、天然气藏、页岩油气藏类型及位置。
Fig.6 Structural geological profiles of the Tanggemu and Guide depressions in the Gonghe Basin. B and C modified after [35,82].
图7 共和盆地构造单元及地热藏有利区(据文献[32⇓-34,42-43,82,90,94,96⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-105]修改) 断层编号参考图5。红色及蓝色断层分别代表露头断裂及隐伏断裂。中下地壳部分熔融体-局部热源的分布,仅标注了据MT资料识别的高导体[101]及广角地震折射/反射探测剖面的低速区[100]叠置区,盆地其他地区尚待资料补充。
Fig.7 Structural units and favorable areas of geothermal reservoirs in the Gonghe Basin. Modified after [32⇓-34,42-43,82,90,94,96⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-105].
地层 | 岩性 | 密度/(g·cm-3) | 磁化率K/ (4π× 10-6SI) | 剩余磁化强度 Jr/(10-3A· m-1) | 电阻率/(Ω·m) | 速度/(m·s-1) | 位置 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
范围 | 平均值 | 范围 | 平均值 | 范围 | 平均值 | |||||
第四系 | 砂岩、粉砂岩 | 1.59~2.08 | 1.8 | n×10 | 8~50 | 16 | 1 600~2 860 | 2 400 | GR1井 测井及 岩心实测 | |
新近系 | 砂岩、泥岩 | 1.71~2.26 | 2.23 | n | 5~25 | 12 | 1 550~3 580 | 2 600 | ||
古近系 | 砾岩、砂岩 | 1.91~2.45 | n×10 | 12~22 | 17 | 200~4 660 | 3 030 | |||
白垩系 | 砾岩、砂岩 | 2.54~2.68 | 2.61 | 无磁性 | 盆地 周缘 露头 | |||||
安山岩、橄榄玄武岩 | 180~3 070 | 450~4 950 | ||||||||
侏罗系 | 砂岩 | 2.46~2.62 | 2.56 | 无磁性 | ||||||
安山岩 | 500~2 500 | 180~2 100 | ||||||||
三叠系 | 砂岩、砾岩、灰岩、板岩 | 2.43~2.69 | 2.61 | n×102 | n×102 | 盆地 周缘 露头 | ||||
安山岩、火山角砾岩、 板岩、灰岩 | 2.54~2.8 | 2.66 | 500~2 500 | 180~2 100 | ||||||
花岗岩、花岗闪长岩 | 2.50~2.72 | 2.63 | 500~4 700 | n×10~2 700 | 25~50 | 35 | 4 550~6 660 | 5 880 | GR1井 测井及 岩心实测 | |
蚀变花岗闪长岩 | 8~38 | 18 | 2 700~5 880 | 3 800 | ||||||
前三 叠系 | 浅变质岩、千枚岩、 板岩、片岩、片麻岩 | 2.41~2.94 | 2.65 | n×102~ 7 800 | n×102~n×103 | |||||
火成岩 | 2.5~3.10 | 2.71 | 300~7 000 | 160~2 700 | 盆地 周缘 露头 |
表1 共和盆地及周缘露头岩石密度及磁性参数表
Table 1 The density and magnetic parameters of rocks in the periphery area of the Gonghe Basin
地层 | 岩性 | 密度/(g·cm-3) | 磁化率K/ (4π× 10-6SI) | 剩余磁化强度 Jr/(10-3A· m-1) | 电阻率/(Ω·m) | 速度/(m·s-1) | 位置 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
范围 | 平均值 | 范围 | 平均值 | 范围 | 平均值 | |||||
第四系 | 砂岩、粉砂岩 | 1.59~2.08 | 1.8 | n×10 | 8~50 | 16 | 1 600~2 860 | 2 400 | GR1井 测井及 岩心实测 | |
新近系 | 砂岩、泥岩 | 1.71~2.26 | 2.23 | n | 5~25 | 12 | 1 550~3 580 | 2 600 | ||
古近系 | 砾岩、砂岩 | 1.91~2.45 | n×10 | 12~22 | 17 | 200~4 660 | 3 030 | |||
白垩系 | 砾岩、砂岩 | 2.54~2.68 | 2.61 | 无磁性 | 盆地 周缘 露头 | |||||
安山岩、橄榄玄武岩 | 180~3 070 | 450~4 950 | ||||||||
侏罗系 | 砂岩 | 2.46~2.62 | 2.56 | 无磁性 | ||||||
安山岩 | 500~2 500 | 180~2 100 | ||||||||
三叠系 | 砂岩、砾岩、灰岩、板岩 | 2.43~2.69 | 2.61 | n×102 | n×102 | 盆地 周缘 露头 | ||||
安山岩、火山角砾岩、 板岩、灰岩 | 2.54~2.8 | 2.66 | 500~2 500 | 180~2 100 | ||||||
花岗岩、花岗闪长岩 | 2.50~2.72 | 2.63 | 500~4 700 | n×10~2 700 | 25~50 | 35 | 4 550~6 660 | 5 880 | GR1井 测井及 岩心实测 | |
蚀变花岗闪长岩 | 8~38 | 18 | 2 700~5 880 | 3 800 | ||||||
前三 叠系 | 浅变质岩、千枚岩、 板岩、片岩、片麻岩 | 2.41~2.94 | 2.65 | n×102~ 7 800 | n×102~n×103 | |||||
火成岩 | 2.5~3.10 | 2.71 | 300~7 000 | 160~2 700 | 盆地 周缘 露头 |
样品位置 | 地层时代 | 深度/m | 岩性 | 生热率/(μW·m-3) | 资料来源 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
样品数 | 范围 | 平均值 | |||||
GR1 | Cz | 沉积岩 | 4 | 1.66~2.02 | 1.79 | 文献[106] | |
GR1 | T | 花岗岩 | 20 | 1.73~4.48 | 3.04 | ||
GR2 | Cz | 沉积岩 | 3 | 1.21~1.90 | 1.5 | ||
GR2 | T | 花岗岩 | 20 | 1.17~4.92 | 2.98 | ||
DR3 | T | 花岗岩 | 5 | 2.12~5.81 | 4.7 | ||
ZR2 | Cz | 沉积岩 | 5 | 1.83~2.40 | 2.13 | ||
ZR2 | T | 花岗岩 | 41 | 0.92~6.49 | 2.81 | ||
贵德 | 0~1 500 | 沉积岩 | 10 | 1.88 | 文献[107] | ||
T | 1 500~3 000 | 花岗岩 | 14 | 2.04 | |||
HDR3 | T | 2 391~2 392 | 细晶花岗岩脉 | 2 | 6.17~6.87 | 6.52 | 本研究 |
HDR3 | T | 2 617~2 633 | 钾长花岗岩 | 3 | 7.28~7.57 | 7.36 | |
HDR3 | T | 1 710~1 711 | 高镁闪长岩 | 3 | 0.97~1.01 | 0.98 | |
HDR3 | T | 1 607~1 614 | 花岗闪长岩 | 6 | 2.25~2.74 | 2.46 | |
5LYX-9 | T | 露头 | 石英闪长岩 | 5 | 0.73~1.03 | 0.96 | |
5LYX-9-5 | T | 露头 | 辉長岩 | 10 | 0.47~0.76 | 0.59 | |
DR6-DR10 | Cz | 490~1 560 | 细砂岩 | 13 | 0.79~1.65 | 1.33 | |
DR6-DR10 | Cz | 281~1 533 | 粉砂岩 | 16 | 0.92~2.53 | 1.72 |
表2 共和盆地钻井及周缘岩石放射性生热率表
Table 2 The radiogenic heat generation rate and velocity of rocks in the Gonghe Basin and its periphery area
样品位置 | 地层时代 | 深度/m | 岩性 | 生热率/(μW·m-3) | 资料来源 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
样品数 | 范围 | 平均值 | |||||
GR1 | Cz | 沉积岩 | 4 | 1.66~2.02 | 1.79 | 文献[106] | |
GR1 | T | 花岗岩 | 20 | 1.73~4.48 | 3.04 | ||
GR2 | Cz | 沉积岩 | 3 | 1.21~1.90 | 1.5 | ||
GR2 | T | 花岗岩 | 20 | 1.17~4.92 | 2.98 | ||
DR3 | T | 花岗岩 | 5 | 2.12~5.81 | 4.7 | ||
ZR2 | Cz | 沉积岩 | 5 | 1.83~2.40 | 2.13 | ||
ZR2 | T | 花岗岩 | 41 | 0.92~6.49 | 2.81 | ||
贵德 | 0~1 500 | 沉积岩 | 10 | 1.88 | 文献[107] | ||
T | 1 500~3 000 | 花岗岩 | 14 | 2.04 | |||
HDR3 | T | 2 391~2 392 | 细晶花岗岩脉 | 2 | 6.17~6.87 | 6.52 | 本研究 |
HDR3 | T | 2 617~2 633 | 钾长花岗岩 | 3 | 7.28~7.57 | 7.36 | |
HDR3 | T | 1 710~1 711 | 高镁闪长岩 | 3 | 0.97~1.01 | 0.98 | |
HDR3 | T | 1 607~1 614 | 花岗闪长岩 | 6 | 2.25~2.74 | 2.46 | |
5LYX-9 | T | 露头 | 石英闪长岩 | 5 | 0.73~1.03 | 0.96 | |
5LYX-9-5 | T | 露头 | 辉長岩 | 10 | 0.47~0.76 | 0.59 | |
DR6-DR10 | Cz | 490~1 560 | 细砂岩 | 13 | 0.79~1.65 | 1.33 | |
DR6-DR10 | Cz | 281~1 533 | 粉砂岩 | 16 | 0.92~2.53 | 1.72 |
图8 共和盆地及周缘深部结构构造及干热岩热藏模式 A—温泉断裂带至雅布赖地壳-上地幔速度模型,广角地震折射/反射探测剖面[100];C1-C4是地壳内速度层面,地表至C1为上地壳,C1-C3为中地壳,C3至Moho为下地壳,Moho是地壳与岩石圈地幔的分界面。B—P波速度垂直层析剖面[105],剖面呈东西向横贯青藏高原中北部,穿过共和盆地南缘造山带,vp扰动(dvp)比例显示在剖面下;EE'、FF'位置见图1。 C—共和盆地干热岩深部结构、热源机制及有利目标区综合剖面(据文献[42,34]修改);H—高;M—中;L—低;V—速度;Rt—电阻率;C—导电率;其中HVp1>HVp2>HVp3>HVp,HVs1>HVs2>HVs3>HVs;CC'位置见图5。
Fig.8 Deep structural architecture and geothermal reservoir model of the Gonghe Basin and its periphery areas
图9 共和盆地及周缘发育演化过程及动力学机制(据文献[26,33-34,42,100-101,105⇓⇓-108])
Fig.9 Evolution processes and dynamic mechanisms of the Gonghe Basin and its prephery areas. Modified after [26,33-34,42,100-101,105⇓⇓-108].
图10 共和盆地形成过程的应力机制 断裂形成时间、活动时间及属性参考:① [8-9];② [88];③ [109];④ [110];⑤ [89-90];⑥ [95];⑦ [97];⑧ [111];⑨ [112];⑩ [113];⑪ [30]。图中白色箭头指示滑离拉伸,黑色箭头指示聚敛挤压;图中绿色充填区为中生代沉降中心,蓝色充填区为新生代沉降中心区。主断裂位置主要以现今断裂位置示意。
Fig.10 Stress mechanisms during the formation of the Gonghe Basin. Fault deformation ages and properties adapted from: [8-9],①;[88],②;[109],③;[110],④;[89-90],⑤;[95],⑥;[97],⑦;[111],⑧;[112],⑨;[113],⑩;[30],⑪.
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