敦煌位于河西走廊最西端,是世界歷史名城,亦是絲路重鎮(zhèn),戰(zhàn)略地位極其顯著。2000年以來(lái),有關(guān)單位在敦煌盆地先后施工地?zé)峥碧?/a>井4眼,獲得井口出水溫度28.7℃~ 3 8℃,單井涌水量1 000~2 000 m3/d的低溫地?zé)豳Y源。

敦煌雖地?zé)豳Y源豐富,但開(kāi)發(fā)利用程度極低,且開(kāi)發(fā)方式粗獷單一,僅敦煌太陽(yáng)溫泉酒店地?zé)峋?/a>在旅游旺季開(kāi)采用于洗浴康養(yǎng)。摸清敦煌盆地地?zé)豳Y源家底,有效利用、規(guī)范開(kāi)發(fā)是亟須開(kāi)展的工作。本文通過(guò)系統(tǒng)分析地?zé)岬刭|(zhì)條件,探討地?zé)?/a>資源成因及開(kāi)發(fā)利用方向,以期能為敦煌盆地地?zé)?/a>資源的勘查和開(kāi)發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究位于敦煌盆地內(nèi),地層分區(qū)屬塔里木-南疆地層區(qū),地層主要有太古宇-古元古界敦煌巖群(ArPtD)、侏羅系(J)、新近系(N)、第四系(Q)。太古宇-古元古界敦煌巖群(ArPtD)由變質(zhì)深、變形強(qiáng)烈的巖石構(gòu)筑了有層無(wú)序的巖群,厚度>2 882 m。侏羅系(J)為碎屑巖夾灰?guī)r和火山碎屑巖沉積,下伏于新近系之下,厚度>1 892 m。新近系疏勒河組(NS)為碎屑巖沉積,厚度287.5~664.7 6 m。第四系(Q) 為松散巖,無(wú)膠結(jié),厚度1 50~3 1 5 m。研究區(qū)構(gòu)造單元屬塔里木板塊-敦煌地塊-敦煌地體,主體構(gòu)造均呈東西向及北東東向。敦煌盆地是中新生代坳陷盆地,基底隆起及沉降帶的邊界均受斷層所限,盆地軸向北東,具壓性邊緣。

2 地?zé)岬刭|(zhì)條件

2.1 熱儲(chǔ)特征

根據(jù)已有勘探孔揭露,埋深590~98 1 m段的新近系疏勒河組下段熱儲(chǔ)是敦煌盆地最為理想的熱儲(chǔ)層,熱儲(chǔ)巖性為砂礫巖、礫巖等,熱儲(chǔ)厚度36.00~1 50.00 m。熱儲(chǔ)頂面溫度 34.5℃,底面溫度36.7℃,地溫梯度2.14℃/1 00m。單層滲透率0.1~1.25 mD,孔隙度5.2%~14.6%。井口出口水溫 28.7℃~3 8℃,單井涌水量1 000~2 000 m3/d。該熱儲(chǔ)層具有孔隙度大,水溫較低,水量大的特點(diǎn)。第四系松散巖和下伏新近系疏勒河組上段泥巖、含礫粉砂質(zhì)泥巖共同構(gòu)成熱儲(chǔ)蓋層。

2.2 熱源

通過(guò)研究區(qū)域成熱條件和已有勘探井地溫測(cè)量數(shù)據(jù)分析,初步認(rèn)為研究區(qū)熱源來(lái)自于地球深部熱傳導(dǎo)、三危山山前深大斷裂及盆地基底斷裂導(dǎo)熱和三危山山前深大斷裂及盆地基底斷裂經(jīng)摩擦、變質(zhì),釋放出巨大的能量所轉(zhuǎn)化的熱能。其中,地球深部熱傳導(dǎo)為主要熱源。

2.3 地溫場(chǎng)特征

依據(jù)敦煌盆地勘探孔不同孔段所測(cè)地溫繪制的地溫梯度圖(圖1)可以看出,0~30 m為上部變溫帶,溫度1 7℃~ 22℃,30~75 m段為恒溫帶,溫度1 7℃,75 m以下為增溫帶, 地?zé)峋?/a>揭露段最大地溫57.6℃。據(jù)太陽(yáng)溫泉酒店地?zé)峋?/a>測(cè)溫?cái)?shù)據(jù),75~400 m段地溫增幅較大,屬快速增溫段,地溫梯度達(dá)4.86℃/1 00m,400~800 m段地溫增幅變小,屬緩慢增溫帶,地溫梯度2.0℃/1 00m,800~1 200 m段地溫梯度 1.5℃/1 00m,1 200~1 600 m段地溫梯度1.25℃/1 00m, 1 600~1 900 m段地溫梯度1.08℃/1 00m,平均地溫梯度 2.14℃/1 00m。

2.4 地?zé)?/a>概念模型

敦煌盆地屬沉積盆地型傳導(dǎo)型低溫地?zé)崽?/a>(圖2),熱儲(chǔ)為層狀孔隙型熱儲(chǔ)。地?zé)崴?/a>接受南部山區(qū)大氣降水補(bǔ)給,流體沿盆地地層間孔隙自南向北運(yùn)移,受南部山前隱伏壓扭性斷裂及盆地基底斷裂的導(dǎo)熱作用及以深循環(huán)熱水為載體的熱源加熱, 形成熱水儲(chǔ)存于熱儲(chǔ)層中。新近系疏勒河組上段碎屑巖及第四系巨厚的松散巖,特別是巨厚的泥質(zhì)沉積層是良好的熱儲(chǔ)蓋層,為敦煌盆地地?zé)崽?/a>的形成提供了良好的條件。

3  地?zé)崴?/a>水化學(xué)特征

3.1 常量組分及特征組分特征

根據(jù)研究區(qū)地?zé)崴?/a>常量組分、特征組分分析結(jié)果可知, 地?zé)崴?/a>的溫度介于28.7℃~3 8℃間,pH平均值為8.05。地?zé)?/a>水中陽(yáng)離子以Na+為主,平均濃度49 1.25 mg/L。陰離子以Cl-、SO4 2-為主,平均濃度分別為592.7 mg/L、549.63 mg/L。利用舒卡列夫分類方法進(jìn)行分類,地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4-Na型。地?zé)崴泻枯^高的特征組分是F、Sr, F介于0.564~2.20 mg/L,平均含量1.1 7 mg/L,Sr介于1.09 1~1 3.50 mg/L,平均5.32 mg/L。

3.2 同位素特征

本次研究工作利用3H和 14C測(cè)年法來(lái)測(cè)定地下水的年齡,氚含量地下水年齡測(cè)量法判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1

根據(jù)3H、14C樣品檢測(cè)結(jié)果可知(表2),地?zé)崴?3H含量均<1.0TU,表明地?zé)崴挲g基本在1 952年以前。1 4C檢測(cè)結(jié)果現(xiàn)代碳含量在百分?jǐn)?shù)介于6.1 0±0.88~40.58±1.70%之間,1 4C表觀年齡介于7.46±0.35~23.24±1.20(ka)之間,表明研究區(qū)地?zé)崴纬赡挲g超過(guò)7 000 a,證實(shí)敦煌盆地地?zé)崴切纬蓵r(shí)間較早,屬“古水”。

4 開(kāi)發(fā)利用方向

水溫、水量是地?zé)峁┡?/a>的重要參數(shù)。水溫越高,熱品位越高,經(jīng)濟(jì)性越好;水量越大,熱能越多,經(jīng)濟(jì)性越好。敦煌盆地地?zé)崴哂袦囟容^低、水量大的特點(diǎn)。參照北京市延慶區(qū)、陜西眉縣等地的成功案例,可采用大溫差熱泵機(jī)組+燃?xì)忮仩t調(diào)峰補(bǔ)熱的多能互補(bǔ)形式進(jìn)行供暖。地?zé)崴新入x子含量偏高,Larson指數(shù)1.1 8~8.37, 具輕-中腐蝕性,不能直接進(jìn)入供熱系統(tǒng),需利用水源熱泵技術(shù)進(jìn)行換熱。

依據(jù)規(guī)范[《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》:GB/T 1 1 6 1 5- 20 1 0],地?zé)崴擅麨榉?、鍶水,地?zé)崴?jīng)除砂、脫鹽、曝氣等工序后輸送至保溫?zé)崴?經(jīng)熱水循環(huán)泵送至用戶作為理療熱礦水直接使用和生活熱水使用。

地?zé)崴墟J含量(平均5.3 1 mg/L)達(dá)到規(guī)范《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水》:GB8537-20 中理化指標(biāo), 可命名為鍶型飲用天然礦泉水,但因水中鋇、砷及氟化物超出限值,故不能直接利用。可采用地?zé)崴姖B析技術(shù)、反滲透技術(shù)、地?zé)酖Q-JS系列直飲水設(shè)備等深度凈化后直接供給用戶或灌裝水作為飲用天然礦泉水使用。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)敦煌盆地地?zé)豳Y源屬沉積盆地傳導(dǎo)型低溫地?zé)豳Y源,新近系疏勒河組下段砂礫巖、礫巖為熱儲(chǔ)層,第四系松散巖和新近系疏勒河組上段泥巖、含礫粉砂質(zhì)泥巖為熱儲(chǔ)蓋層。地?zé)崴饕艽髿饨邓a(bǔ)給,流體沿盆地地層間孔隙自南向北運(yùn)移。熱源主要來(lái)自于地球深部熱傳導(dǎo)。

(2)地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4-Na型,水溫介于 28.7℃~3 8℃間,pH平均值為8.05,水中氟、鍶平均含量分別為1.1 7 mg/L、5.32 mg/L,可命名為氟水、鍶水。同位素3H含量均<1.0 TU,1 4C現(xiàn)代碳含量在百分?jǐn)?shù)介于6.1 0±0.88 ~40.58±1.70%之間,1 4C表觀年齡介于7.46±0.35~ 23.24±1.20(ka)之間,證實(shí)敦煌盆地地?zé)崴切纬蓵r(shí)間較早的“古水”。

(3)敦煌盆地地?zé)崴哂袦囟容^低、水量大的特點(diǎn),可采用大溫差熱泵機(jī)組+燃?xì)忮仩t調(diào)峰補(bǔ)熱的多能互補(bǔ)形式進(jìn)行供暖。地?zé)崴畬俜?、鍶水、飲用天然礦泉水,經(jīng)處理后可作為理療熱礦水、生活熱水、飲用天然礦泉水。