地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (5): 384-401.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.63
• “印度欧亚大陆碰撞及其远程效应”专栏之九 • 上一篇 下一篇
张保建1,2,3(), 雷玉德4,5,6,*(), 赵振4,5,6, 唐显春1,2,3, 罗银飞4,5,6, 王贵玲1,3,*(), 高俊1,2,3, 张代磊1,2,3
收稿日期:
2022-09-01
修回日期:
2023-01-09
出版日期:
2023-09-25
发布日期:
2023-10-20
通讯作者:
雷玉德,王贵玲
作者简介:
张保建(1972—),男,博士,正高级工程师,从事地热、水文及环境地质相关研究。E-mail: zbjsddk@126.com
基金资助:
ZHANG Baojian1,2,3(), LEI Yude4,5,6,*(), ZHAO Zhen4,5,6, TANG Xianchun1,2,3, LUO Yinfei4,5,6, WANG Guiling1,3,*(), GAO Jun1,2,3, ZHANG Dailei1,2,3
Received:
2022-09-01
Revised:
2023-01-09
Online:
2023-09-25
Published:
2023-10-20
Contact:
LEI Yude,WANG Guiling
摘要:
共和盆地干热岩是我国首次钻获的干热岩,围绕其成因机制还存在诸多争议。基于前人资料和我们的热物性测试、地球化学及地球物理探测成果,通过综合研究,阐述了共和盆地干热岩成因机制与地球动力学过程:(1)印度与欧亚板块晚碰撞及后碰撞等一系列构造活动,导致了青藏高原北部的隆升和软流圈上涌、热侵等深部动力过程,在高原隆升蓄积的重力势能及其导致的重力浮力、青藏高原东北缘的侧向挤压应力、地幔拖曳力、软流圈热物质上侵热力等综合作用下,壳幔通道流沿岩石圈薄弱层(带)整体自西南向青藏高原东北部和共和盆地东北部流动。(2)板块(地块)缝合带、塑性流变韧性剪切带或高导低速体、深大走滑断裂带及其交汇部位等岩石圈薄弱层(带),是深部热物质自深至浅运移的壳幔通道。(3)深部地质结构的不均一使来自深部的热量在地壳浅部形成不均一性的聚集;岩石圈浅部的地下水活动、沉积/剥蚀作用与深部的岩石圈变形以及岩浆热对流等物质运动方式对热流的扰动;深部热流向热导率高的花岗岩类侧向运移等这些岩石圈热量自深至浅的不均一分配。本文突破了以往单因素和少数控热因素的共和盆地干热岩成因认识,阐明了由源(热源、力源)、通道到储、盖(层)的干热岩综合成因机制。
中图分类号:
张保建, 雷玉德, 赵振, 唐显春, 罗银飞, 王贵玲, 高俊, 张代磊. 共和盆地干热岩形成的地球动力学过程与成因机制[J]. 地学前缘, 2023, 30(5): 384-401.
ZHANG Baojian, LEI Yude, ZHAO Zhen, TANG Xianchun, LUO Yinfei, WANG Guiling, GAO Jun, ZHANG Dailei. Geodynamic processes and mechanisms of the formation of hot dry rock in the Gonghe Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(5): 384-401.
图1 青藏高原东北缘大地构造图(据文献[7]修改) GQB—共和青海湖盆地;GTB—共和同德盆地;QHL—青海湖;DCH—都兰-茶卡高地;QHS—青海南山;GHS—共和南山。蓝线A-B、C-D为地热地质剖面。
Fig.1 Tectonic map of the northeastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau. Modified after [7].
钻孔位置 | 钻孔编号 | 地理坐标 | 孔深/m | 孔口 海拔/m | 花岗岩 埋深/m | 井底温度/℃ | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
经度/(°) | 纬度/(°) | ||||||
共和恰卜恰河谷 | QR1 | 100.61 | 36.29 | 967.0 | 2 786 | 627.29 | 70 |
R1 | 1 203.48 | 未揭露 | 83.08 | ||||
DR1 | 100.61 | 36.24 | 1 453.58 | 2 776 | 1 354 | 87.6 | |
DR2 | 100.60 | 36.24 | 1 852.38 | 2 796 | 1 440 | 98.6 | |
DR3 | 100.62 | 36.26 | 2 927.26 | 2 806 | 1 340.25 | 181.17 | |
DR4 | 100.62 | 36.30 | 3 102 | 2 889 | 1 402 | 182.32 | |
DR5 | 100.61 | 36.28 | 1 501.6 | 2 860 | 1 490 | 86.7 | |
GR1 | 100.65 | 36.25 | 3 705 | 2 863.8 | 1 350 | 236 | |
GR2 | 100.69 | 36.23 | 3 003 | 2 648.7 | 940 | 186 | |
贵德三河平原 及扎仓沟 | R1 | 101.41 | 36.03 | 450.64 | 2 207.00 | 未揭露 | 43 |
R2 | 101.41 | 36.04 | 1 709.56 | 2 206.00 | 1 490.55 | 97 | |
R3 | 101.38 | 36.04 | 2 701.20 | 2 213.00 | 1 400 | 103.74 | |
RK1 | 101.40 | 36.03 | 603.43 | 2 207.48 | 未揭露 | 64 | |
ZR1 | 101.30 | 35.97 | 3 050.68 | 2 510.8 | 0 | 151.3 | |
ZR2 | 101.31 | 35.97 | 4 721.60 | 2 465.52 | 592.07 | 214(4 609 m) |
表1 共和盆地主要深层热水及干热岩勘探孔
Table 1 Major deep hot-water and hot dry rock exploration drill holes in the Gonghe Basin
钻孔位置 | 钻孔编号 | 地理坐标 | 孔深/m | 孔口 海拔/m | 花岗岩 埋深/m | 井底温度/℃ | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
经度/(°) | 纬度/(°) | ||||||
共和恰卜恰河谷 | QR1 | 100.61 | 36.29 | 967.0 | 2 786 | 627.29 | 70 |
R1 | 1 203.48 | 未揭露 | 83.08 | ||||
DR1 | 100.61 | 36.24 | 1 453.58 | 2 776 | 1 354 | 87.6 | |
DR2 | 100.60 | 36.24 | 1 852.38 | 2 796 | 1 440 | 98.6 | |
DR3 | 100.62 | 36.26 | 2 927.26 | 2 806 | 1 340.25 | 181.17 | |
DR4 | 100.62 | 36.30 | 3 102 | 2 889 | 1 402 | 182.32 | |
DR5 | 100.61 | 36.28 | 1 501.6 | 2 860 | 1 490 | 86.7 | |
GR1 | 100.65 | 36.25 | 3 705 | 2 863.8 | 1 350 | 236 | |
GR2 | 100.69 | 36.23 | 3 003 | 2 648.7 | 940 | 186 | |
贵德三河平原 及扎仓沟 | R1 | 101.41 | 36.03 | 450.64 | 2 207.00 | 未揭露 | 43 |
R2 | 101.41 | 36.04 | 1 709.56 | 2 206.00 | 1 490.55 | 97 | |
R3 | 101.38 | 36.04 | 2 701.20 | 2 213.00 | 1 400 | 103.74 | |
RK1 | 101.40 | 36.03 | 603.43 | 2 207.48 | 未揭露 | 64 | |
ZR1 | 101.30 | 35.97 | 3 050.68 | 2 510.8 | 0 | 151.3 | |
ZR2 | 101.31 | 35.97 | 4 721.60 | 2 465.52 | 592.07 | 214(4 609 m) |
编号 | 岩性 | 热导率 λ/(W·m-1·K-1) | 体积比热容 Cρ/(MJ·m-3·K-1) | 热扩散系数 α/(10-6m2·s-1) | 含水率/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 粉砂岩 | 1.295 7 | 1.505 6 | 0.860 6 | 0.76 |
2 | 砾岩 | 1.374 0 | 1.458 5 | 0.942 1 | 1.45 |
3 | 灰色砂岩 | 2.440 5 | 1.751 3 | 1.393 4 | 1.48 |
4 | 深灰色粉砂岩 | 2.265 5 | 1.770 0 | 1.279 7 | 0.43 |
5 | 灰黑色粉砂岩 | 1.954 2 | 1.424 1 | 0.670 0 | 0.8 |
6 | 灰色变质泥岩 | 1.328 7 | 1.759 6 | 0.755 4 | 2.45 |
7 | 青灰色砂岩 | 1.407 0 | 1.478 0 | 0.951 9 | 0.72 |
8 | 千枚岩化变质板岩 | 1.390 4 | 1.483 2 | 0.937 5 | 2.47 |
9 | 变质砂岩 | 1.542 7 | 1.484 8 | 1.039 6 | 0.03 |
10 | 灰色板岩 | 1.684 0 | 1.481 6 | 1.136 6 | 0.28 |
11 | 粉色变质砂岩 | 1.983 7 | 1.539 0 | 1.289 0 | 0.80 |
12 | 灰色变质砂岩 | 1.635 7 | 1.496 2 | 1.093 2 | 0.13 |
13 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.612 1 | 1.529 7 | 0.400 1 | 2.21 |
14 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.387 2 | 1.338 8 | 0.289 3 | 2.43 |
15 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.341 1 | 1.388 0 | 0.245 7 | 1.72 |
16 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.214 2 | 1.341 7 | 0.159 7 | 3.14 |
17 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.325 9 | 1.540 0 | 0.211 6 | 2.00 |
18 | 细粒花岗岩 | 3.262 3 | 1.823 7 | 1.788 8 | 1.31 |
19 | 花岗岩 | 2.443 8 | 1.824 4 | 1.339 5 | 1.76 |
20 | 花岗岩 | 2.915 0 | 1.661 8 | 1.754 1 | 0.16 |
21 | 花岗岩 | 2.656 8 | 1.835 3 | 1.447 7 | 1.46 |
22 | 花岗岩 | 3.016 1 | 1.895 9 | 1.590 8 | 0.21 |
23 | 灰色花岗闪长岩 | 3.177 2 | 1.702 1 | 1.866 6 | 0.32 |
24 | 灰色花岗岩 | 2.079 4 | 1.560 5 | 1.332 5 | 1.08 |
表2 共和盆地典型岩性的热物性参数统计表
Table 2 Statistical table of thermal property parameters for typical lithofacies in the Gonghe Basin
编号 | 岩性 | 热导率 λ/(W·m-1·K-1) | 体积比热容 Cρ/(MJ·m-3·K-1) | 热扩散系数 α/(10-6m2·s-1) | 含水率/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 粉砂岩 | 1.295 7 | 1.505 6 | 0.860 6 | 0.76 |
2 | 砾岩 | 1.374 0 | 1.458 5 | 0.942 1 | 1.45 |
3 | 灰色砂岩 | 2.440 5 | 1.751 3 | 1.393 4 | 1.48 |
4 | 深灰色粉砂岩 | 2.265 5 | 1.770 0 | 1.279 7 | 0.43 |
5 | 灰黑色粉砂岩 | 1.954 2 | 1.424 1 | 0.670 0 | 0.8 |
6 | 灰色变质泥岩 | 1.328 7 | 1.759 6 | 0.755 4 | 2.45 |
7 | 青灰色砂岩 | 1.407 0 | 1.478 0 | 0.951 9 | 0.72 |
8 | 千枚岩化变质板岩 | 1.390 4 | 1.483 2 | 0.937 5 | 2.47 |
9 | 变质砂岩 | 1.542 7 | 1.484 8 | 1.039 6 | 0.03 |
10 | 灰色板岩 | 1.684 0 | 1.481 6 | 1.136 6 | 0.28 |
11 | 粉色变质砂岩 | 1.983 7 | 1.539 0 | 1.289 0 | 0.80 |
12 | 灰色变质砂岩 | 1.635 7 | 1.496 2 | 1.093 2 | 0.13 |
13 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.612 1 | 1.529 7 | 0.400 1 | 2.21 |
14 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.387 2 | 1.338 8 | 0.289 3 | 2.43 |
15 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.341 1 | 1.388 0 | 0.245 7 | 1.72 |
16 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.214 2 | 1.341 7 | 0.159 7 | 3.14 |
17 | 新近纪黄色黏土岩 | 0.325 9 | 1.540 0 | 0.211 6 | 2.00 |
18 | 细粒花岗岩 | 3.262 3 | 1.823 7 | 1.788 8 | 1.31 |
19 | 花岗岩 | 2.443 8 | 1.824 4 | 1.339 5 | 1.76 |
20 | 花岗岩 | 2.915 0 | 1.661 8 | 1.754 1 | 0.16 |
21 | 花岗岩 | 2.656 8 | 1.835 3 | 1.447 7 | 1.46 |
22 | 花岗岩 | 3.016 1 | 1.895 9 | 1.590 8 | 0.21 |
23 | 灰色花岗闪长岩 | 3.177 2 | 1.702 1 | 1.866 6 | 0.32 |
24 | 灰色花岗岩 | 2.079 4 | 1.560 5 | 1.332 5 | 1.08 |
图6 共和盆地东侧大地电磁测量电性结构剖面图 M2-M2'剖面位置见图7。
Fig.6 Electrical structure profile of the eastern Gonghe Basin by magnetotelluric survey (profile M2-M2' location see Fig.7)
图7 共和盆地大地电磁与地震探测剖面位置图(底图据文献[49]) 五角星代表共和主震位置,暗红圆点为地震震中位置;鲜红色圆点为干热岩孔及地质深孔。橙色测线为大地电磁(MT)剖面,其中M1-M1'和M2-M2'是本次实测数据,A-A'和B-B'是从文献[29]中提取的,C-C'据文献[27]数据;蓝色测线为地震探测剖面。黑线为主要断层:F1—鄂拉山断裂;F2—共和盆地南缘断裂;F3—共和盆地北缘断裂;F4—青海南山—循化南山断裂;F5—日月山断裂;F6—瓦里贡断裂;F7—达坂山断裂;F8—军功断裂。
Fig.7 Location of magnetotelluric and seismic velocity profiles in the Gonghe Basin (base map adapted from [49])
图8 共和盆地近南北向大地电磁测深(MT)剖面 断层编号及位置见图7。M1-M1'和M2-M2'是我们的数据,A-A'和B-B'是从文献[29]提取的。所有剖面在10~35 km深度显示出一个不连续的低电阻率带,这被解释为长英质中地壳的部分熔融带[50]。
Fig.8 Near south-north magnetotelluric survey (MT) profile of the Gonghe Basin. Profiles A-A', B-B' adapted from [29].
图10 地形截面(a)以及沿I-I'剖面上P波(b)和S波(c)的速度分布(据文献[49]) 黑色点为剖面前后侧0.1°内的地震在该剖面的垂直投影,红色五角星为共和主震位置,速度剖面位置见图7。黑色箭头为主要断层:F1—鄂拉山断裂;F2—共和盆地南缘断裂;F3—共和盆地北缘断裂;F4—青海南山—循化南山断裂;F5—日月山断裂。
Fig.10 Terrain section (a) and velocity distribution of P wave (b) and S wave (c) along section I-I'. Adapted from [49].
图11 青藏高原及外围的大型低速异常体空间分布及其指示的地幔流动特征(据文献[57])
Fig.11 Spatial distribution of large low-velocity anomalies in the Tibetan Plateau and its periphery and the indicated mantle flow characteristics. Adapted from [57].
图13 青藏高原碰撞以来地幔通道流与高原生长示意图(据文献[57])
Fig.13 Schematic diagram of mantle channel flow and plateau growth on the Tibetan Plateau since the continental collision. Adapted from [57].
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