張掖盆地地?zé)豳Y源賦存特征及成因分析

尹 政，柳永剛，張旭儒，李玉山，馮嘉興

（1.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省地下水工程及地?zé)豳Y源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730050；3.甘肅省自然資源廳，甘肅 蘭州 730013）

作為一種可再生清潔能源，地?zé)豳Y源具有分布廣泛、穩(wěn)定可靠、易于利用及經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)[1?3]，對(duì)綠色、可持續(xù)發(fā)展極具現(xiàn)實(shí)意義，受到世界各國(guó)和研究者普遍關(guān)注。我國(guó)是世界上地?zé)豳Y源儲(chǔ)量較大的國(guó)家之一，尤其是中低溫水熱型地?zé)豳Y源豐富，沉積盆地型地?zé)豳Y源由于儲(chǔ)集空間廣、厚度大，其資源量約占水熱型地?zé)豳Y源總量的89%[4]，開發(fā)潛力巨大。合理利用地?zé)豳Y源對(duì)于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，緩解能源危機(jī)[5?6]，助力中國(guó)實(shí)現(xiàn)2030年前“碳達(dá)峰”、2060年前“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)有望發(fā)揮重要作用。

我國(guó)已有地?zé)豳Y源研究成果豐碩，近年來(lái)高溫地?zé)嵫芯恐饕性诎ㄇ嗖豙7?8]、川滇[9?10]、青海西寧[11]及新疆西部[12?13]等地區(qū)，中低溫地?zé)嵫芯恳苍谌珖?guó)多個(gè)地區(qū)展開[14?17]。位于甘肅河西走廊中段的張掖盆地，自2016年以來(lái)，相繼施工了8眼地?zé)峥碧骄?，井口出水溫度達(dá) 45～78 °C，出水量 1 348～6 192 m3/d，勘探成果證實(shí)張掖盆地賦存豐富的水熱型地?zé)豳Y源[18]。盡管地?zé)豳Y源勘查成果取得了較大突破，但尚未針對(duì)張掖盆地地?zé)崽锏倪吔鐥l件、熱儲(chǔ)特征及地下熱水的形成、分布和運(yùn)移規(guī)律等開展系統(tǒng)的研究。

河西走廊是中國(guó)西北地區(qū)重要的生態(tài)屏障，也是西北內(nèi)陸的交通、能源、物流樞紐通道，以及絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的重要路段，戰(zhàn)略地位顯著，在推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)、推進(jìn)西部大開發(fā)形成新格局中具有十分重要的作用。地?zé)豳Y源的勘探、開發(fā)和利用，對(duì)優(yōu)化當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)，促進(jìn)綠色發(fā)展具有重要意義。本文通過資料收集、地球物理勘查、地?zé)峥碧?、勘探井地溫測(cè)量以及水文地球化學(xué)分析等手段，系統(tǒng)分析張掖盆地地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)特征，探討其地?zé)岢梢驒C(jī)制，以期對(duì)該地?zé)崽锝窈蟮牡責(zé)豳Y源勘查和開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

河西走廊地區(qū)位于青藏高原東北緣，是以前震旦紀(jì)及古生代褶皺為基底的中新生代斷陷——坳陷盆地。從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及演化過程看，河西走廊盆地發(fā)育在加里東褶皺基底之上，經(jīng)晚侏羅世——早白堊世的拉張翹傾運(yùn)動(dòng)形成的箕狀斷陷，被新近紀(jì)擠壓坳陷所覆蓋，第四紀(jì)印度次大陸強(qiáng)烈推擠歐亞大陸，使祁連山強(qiáng)烈向河西走廊逆掩、逆沖，第四系疊加在坳陷構(gòu)造層之上，最終形成了現(xiàn)今的盆地構(gòu)造格局[19]。張掖盆地屬于河西走廊的次級(jí)沉積型盆地，受南北兩側(cè)祁連山北緣和龍首山南緣右行走滑逆沖斷裂控制，盆地幾何形態(tài)大致呈菱形，長(zhǎng)軸呈NWW向展布[20]，屬?gòu)埮ば耘璧?，有利于地?zé)崃黧w的運(yùn)移和賦存。

張掖盆地中生界下伏結(jié)晶基底褶皺形態(tài)變化較大，凹陷與隆起相間分布，次級(jí)構(gòu)造較發(fā)育，嚴(yán)格控制著中生界地層的空間分布及形態(tài)特征，進(jìn)而影響上覆新近系中新統(tǒng)主要熱儲(chǔ)的地?zé)嵩鰷叵到y(tǒng)。根據(jù)盆地基底的起伏特征，可將盆地分為3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（圖1），即西部隆起帶、東部斜坡帶、中央凹陷帶[20?21]。西部隆起帶位于祁連山前覆蓋區(qū)，面積1 250 km2，結(jié)晶基底埋深2 500 m左右，中生代地層薄，推測(cè)基巖主要由奧陶系、志留系組成，局部為石炭系、二疊系；東部斜坡帶位于中央凹陷帶以東，由永固凸起和大黃山隆起組成，面積1 700 km2，結(jié)晶基底最大埋藏深度約2 500 m，由南東向北西抬升，構(gòu)成單斜構(gòu)造；中央凹陷帶位于西部隆起帶與東部斜坡帶之間，面積2 100 km2，結(jié)晶基底埋藏深度5 000～5 800 m，根據(jù)基底形態(tài)，又可分為4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元：張掖凹陷、朝元寺凹陷、三工閘低凸起和李寨凸起。

圖1 張掖盆地地震推斷構(gòu)造圖（改編自文獻(xiàn)[20]）Fig.1 Seismic inferred structure in the Zhangye Basin （modified from Ref.[20]）

已有勘探資料證實(shí)，張掖盆地地層自上而下為第四系、新近系、白堊系及古生界地層。其中，新近系屬內(nèi)陸盆地紅色碎屑巖建造，巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂礫巖和礫巖等，分為上新統(tǒng)疏勒河組（N2s）和中新統(tǒng)白楊河組（N1b），地層沉積連續(xù)，由盆地中心至邊緣逐漸變薄，中心厚度達(dá)800～1 000 m，至盆地邊緣地帶厚度為500～600 m。盆地?zé)醿?chǔ)為中生界上覆的新近系白楊河組砂巖、砂礫巖（圖2）。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

為分析和進(jìn)一步查明張掖盆地地?zé)豳Y源賦存條件及分布特征，本次主要采用資料收集、地球物理勘查、勘探井地溫測(cè)量、水文地球化學(xué)分析等方法。

本次研究充分收集了區(qū)域大量的相關(guān)資料（表1），主要有：（1）石油部門在張掖盆地完成的參數(shù)井（民參1、民參2）勘探資料和石油地球物理勘查資料（包括地震、重力、航磁物探等），主要來(lái)源于1989年出版的《中國(guó)石油地質(zhì)志》[20]和成果總結(jié)；（2）甘肅省地礦局在地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目中形成的成果資料（包括地球物理勘查、5眼勘探井的深井地溫測(cè)量和水文地球化學(xué)分析等成果資料），均為主管部門驗(yàn)收評(píng)審?fù)ㄟ^的生產(chǎn)項(xiàng)目成果資料。以上資料真實(shí)可靠，質(zhì)量良好。

圖2 張掖盆地地?zé)岬刭|(zhì)剖面圖Fig.2 Geothermal geological profiles of the Zhangye Basin

表1 張掖盆地地?zé)峥碧娇椎貙訒r(shí)代及厚度對(duì)比表Table 1 Geological age and thickness of strata tapped by geothermal exploration holes in the Zhangye Basin

地球物理勘查主要采用可控源音頻大地電磁測(cè)深、大地電磁測(cè)深及視電阻率垂向電測(cè)深3種方法?？煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深采用GDP-32Ⅱ多功能電法工作站，發(fā)射電流8～15 A，發(fā)射偶極距AB=1 000～2 000 m，接收偶極距MN=100 m；視電阻率垂向電測(cè)深采用DZD-8多功能全波形直流電法儀，對(duì)稱四級(jí)裝置，最大供電極距AB = 10 000 m，最大測(cè)量極距MN=750 m；大地電磁測(cè)深采用Aether大地電磁測(cè)量系統(tǒng)，采樣率96 kHz，觀測(cè)時(shí)間不小于4 h。地球物理勘查解譯成果經(jīng)鉆探驗(yàn)證基本吻合。

勘探井地溫測(cè)量在鉆探結(jié)束24 h后進(jìn)行，采用電阻法在孔內(nèi)進(jìn)行全孔段連續(xù)測(cè)溫，測(cè)溫結(jié)果屬穩(wěn)定態(tài)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。

水文地球化學(xué)樣品是在地?zé)峋a(chǎn)能測(cè)試結(jié)束后采集。地?zé)崃黧w全分析樣品采集時(shí)采用4 000 mL本色聚乙烯塑料桶，將取樣桶置于水面以下灌滿后立即密封瓶蓋，并送甘肅地質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)室、甘肅省地礦局中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)分析；D（氘）、18O、3H（氚）同位素樣品采用500 mL無(wú)色聚乙烯塑料瓶采集，取滿樣品，并在水面以下加蓋密封，不留空隙；14C同位素樣品在現(xiàn)場(chǎng)利用BaCO3沉淀法，采用750 mL聚乙烯塑料瓶采集。將所有同位素樣品送至國(guó)土資源部地下水礦泉水及環(huán)境檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)分析。地?zé)崃黧w全分析水樣采用等離子體發(fā)射光譜儀（i CAP6300）測(cè)試，18O、D同位素樣品采用同位素質(zhì)譜儀（L2130i）進(jìn)行測(cè)試，δ18O分析誤差為±0.1‰，δD分析誤差為±1.0‰，3H、14C同位素樣品采用超低本底液體閃爍譜儀（PE 1220 Quantulus）進(jìn)行測(cè)試，3H 分析誤差為±0.1 TU，14C分析誤差為±0.3 pMC（現(xiàn)代碳百分比）。以上樣品的檢測(cè)機(jī)構(gòu)均有計(jì)量認(rèn)證及檢測(cè)資質(zhì)，檢測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠。

3 結(jié)果

3.1 熱儲(chǔ)特征

張掖盆地?zé)醿?chǔ)為新近系中新統(tǒng)白楊河組碎屑巖類孔隙型熱儲(chǔ)。其中，白楊河組下部的間泉子段為含礫砂巖與砂礫巖，膠結(jié)程度低，分布較穩(wěn)定，厚度達(dá)100～400 m，是盆地主要的熱儲(chǔ)層，其變化趨勢(shì)與新近系地層一致。根據(jù)勘探成果分析，白楊河組間泉子段在張掖凹陷厚100～150 m，朝元寺凹陷厚150～200 m，在盆地東南民樂六壩附近為300～500 m（圖3）。ZYDR1井白楊河組下部間泉子段埋深位置1 630.0～1 804.5 m，厚度達(dá)174.5 m，經(jīng)測(cè)試分析，其飽和狀態(tài)孔隙率為22.2%，飽和含水率為 5.2%[7]（表2）。

圖3 白楊河組間泉子段厚度等值線圖（改編自文獻(xiàn)[20]）Fig.3 Thickness contour map of the Quanzi section of the Baiyanghe Formation (modified from Ref.[20])

表2 張掖盆地地?zé)峥碧娇卓紫缎蜔醿?chǔ)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of geothermal reservoirs of pore type tapped by geothermal exploration holes in the Zhangye Basin

3.2 地溫梯度

已有熱響應(yīng)試驗(yàn)顯示，張掖盆地恒溫帶深度約30 m，恒溫帶地溫7.6 °C。由于盆地結(jié)晶基底埋深較大，受上覆孔隙裂隙巖層徑流作用影響，導(dǎo)致恒溫帶以下地溫梯度偏低，一般為2.00～2.67 °C/100 m。熱儲(chǔ)層巖性相同，受熱儲(chǔ)層埋藏深度、蓋層厚度和基底形態(tài)、巖性及構(gòu)造的影響，地?zé)峋疅醿?chǔ)在垂向上的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)相差也較大。根據(jù)張掖盆地現(xiàn)有深井地溫?cái)?shù)據(jù)（表2），盆地西部隆起帶臨澤縣城南部LZDR1井平均地溫梯度2.58 °C/100 m，在鉆遇到花崗巖后地溫梯度未顯異常；盆地西南部隆起帶甘浚ZYDR2地?zé)峋骄鶠?.04 °C/100 m；中央坳陷中部濱河新區(qū)民參1井、ZYDR1井一帶平均地溫梯度為2.32～2.56 °C/100 m；中央坳陷中部沙漠體育公園ZYDR3井地?zé)峋聊蠔|民樂新天鎮(zhèn)MLDR1井一帶平均地溫梯度為2.43～2.67 °C/100 m，MLDR1 井在鉆遇到花崗巖后地溫梯度略有增長(zhǎng)。

構(gòu)造形態(tài)、基底起伏、巖漿活動(dòng)、巖性、蓋層厚度、褶皺、斷層、深層地下水的運(yùn)動(dòng)等都是影響地溫場(chǎng)的重要因素[22]。分析具有代表性的甘州區(qū)濱河新區(qū)ZYDR1孔地溫測(cè)量資料，地?zé)嵩鰷芈蕿?.32 °C/100 m（圖4），1 200～2 300 m井段地?zé)嵩鰷芈瘦^其他井段要低，為 42.9～55.3 °C，平均地溫梯度為 1.35 °C/100 m，推測(cè)該層段在傳導(dǎo)熱流場(chǎng)中疊加了地下水的對(duì)流作用，這與測(cè)井解譯的主要熱儲(chǔ)段（1 225～2 290 m）埋深基本一致[23]。

圖4 濱河新區(qū)ZYDR1井測(cè)溫曲線Fig.4 Temperature measurements of ZYDR1 well in the Binhe new area

3.3 地?zé)崴厍蚧瘜W(xué)特征

3.3.1 地下熱水常規(guī)組分

張掖盆地地下熱水pH值7.06～8.52，平均7.49。地下熱水含有普通地下水的各種成分，陽(yáng)離子中Na+占優(yōu)勢(shì)，陰離子中Cl?、占優(yōu)勢(shì)。根據(jù)舒卡列夫分類方法，考慮毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)大于25%的離子，張掖盆地地下熱水陰離子分別為Cl?、，陽(yáng)離子僅為Na+，地?zé)崃黧w水化學(xué)類型基本一致，為Cl·SO4——Na型。另外，根據(jù)Piper水化學(xué)類型三線圖（圖5）可知，張掖盆地地?zé)崃黧w全部投點(diǎn)在較小區(qū)域內(nèi)，說明各地?zé)峋責(zé)崴臒醿?chǔ)位置、溶濾特征、補(bǔ)徑排條件具有一致性。

圖5 Piper地?zé)崴瘜W(xué)類型三線圖Fig.5 Piper trilinear diagram showing the hydrochemical types of geothermal waters

分析熱儲(chǔ)層中礦物成分鈉鹽可能較豐富，其溶解度隨溫度升高而增大；Cl?主要來(lái)源地下水流經(jīng)含氯礦物巖層（NaCl、MgCl2、CaCl2等）而聚集的，Cl?不容易被吸附而大量賦存于地下水中，張掖盆地的地下熱水也顯示出了這一特征；是地下水流經(jīng)含石膏礦物的巖石時(shí)溶濾硫酸鹽形成的[24]。在地下水中很多組分彼此存在著一定的共生關(guān)系，兩種組分在數(shù)量上的比例關(guān)系，稱為比例系數(shù)，利用比例系數(shù)可以判斷地下水的成因、進(jìn)行水化學(xué)分類及水化學(xué)找礦等。通常，ρ(Cl)/ρ(Br)（ρ為質(zhì)量濃度）大于 300 屬于溶濾巖鹽形成的溶濾水；小于300時(shí)說明水中Br富集，屬古埋藏型海水；等于300屬于大洋水[25]。標(biāo)準(zhǔn)海水的γNa/γCl（離子毫克當(dāng)量濃度比）平均值為0.85，海相沉積水的γNa/γCl一般小于 0.85，含巖鹽地層溶濾水的γNa/γCl接近于1.0[26]。張掖盆地地?zé)崃黧w的ρ(Cl)/ρ(Br)最小為 605，遠(yuǎn)大于 300；γNa/γCl介于 0.79～1.09，平均為 0.92，可認(rèn)為研究區(qū)地?zé)崴饕獮槿転V型陸相沉積水。

3.3.2 地下熱水特征組分

按照理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，熱水的偏硅酸、偏硼酸、氟離子含量較高，為熱礦水的主要特征組分，可以達(dá)到理療熱礦水的礦水濃度或命名濃度。5眼勘探井地?zé)崴?，偏硅酸質(zhì)量濃度為28.36～59.80 mg/L，偏硼酸為3.15～24.10 mg/L，氟離子為1.43～3.60 mg/L。F?、SiO2質(zhì)量濃度與水溫大致呈正相關(guān)關(guān)系（表3），這主要是由于溫度對(duì)溶濾作用的影響，即熱礦水中氟化物、硅酸鹽的溶解度隨溫度的升高而增大。地?zé)崴瘜W(xué)特征也反映出了其循環(huán)深度較深，圍巖體中硅酸鹽、硼酸鹽礦物較豐富，水文地球化學(xué)環(huán)境也有利于偏硅酸、偏硼酸、氟離子運(yùn)移[27]。

表3 張掖盆地地下熱水水化學(xué)分析結(jié)果Table 3 Hydrochemical analyses of geothermal waters in the Zhangye Basin

3.3.3 地下熱水同位素特征

（1）氫氧同位素特征

張掖盆地地下熱水δD與δ18O值變化范圍不大（表4），δD 為?74‰～?77‰，δ18O 為?9.5‰～?10.5‰。黃錦忠等[28]在張掖盆地開展了較多的大氣降水的氫氧同位素研究，建立了張掖地區(qū)的大氣降水曲線，利用IAEA的穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)線性回歸求得張掖地區(qū)的大氣降水線方程為：δD=6.76δ18O?4.50，該曲線R2=0.94，可信度高，可將地下熱水的δD、δ18O值繪制在該大氣降水線曲線圖上，從圖上可看出（圖6），地?zé)崴畼狱c(diǎn)大多落在降水線附近，這表明本區(qū)地下熱水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水[29?30]。

表4 張掖盆地水樣氫、氧同位素分析結(jié)果Table 4 Results of hydrogen and oxygen isotope analyses of geothermal water in the Zhangye Basin

圖6 張掖城區(qū)及外圍部分水樣δD、δ18O與H·Craigh降水直線關(guān)系圖Fig.6 Plot of δD and δ18O in water samples in the city of Zhangye and nearby area

（2）放射性同位素（3H、14C）特征

放射性同位素3H，半衰期為12.43 a，在過去的50 a里被廣泛應(yīng)用于解決地下水年齡等相關(guān)問題，由于其半衰期短，一般適用于確定數(shù)年至50 a的地下水年齡。14C 半衰期為（5 730±40）a，常被用來(lái)測(cè)定介于 2×103～6×104a的古地下水年齡。自1953年核爆試驗(yàn)后，大量3H進(jìn)入大氣層，并隨降水進(jìn)入到地下系統(tǒng)中，可以根據(jù)3H含量的大小判斷水的新老。3H含量很低的水（如<2 TU），可以肯定是1953年以前形成的地下水“老水”，3H含量高的地下水，則必定包含有1953年后入滲補(bǔ)給的“新水”[31]。研究區(qū)水樣的3H值見表4，可以看出地下熱水的3H值普遍小于2 TU，說明地?zé)崴疄?953年以前形成的地下水。另外，據(jù)MLDR1井、MLDR3井、ZYDR3井地下熱水14C分析結(jié)果，現(xiàn)代碳百分?jǐn)?shù)分別為（6.06±0.67）%、（0.78±0.45）%、（2.89±0.95）%，分析其表觀年齡分別為（23.17±0.92）ka、（40.08±4.67）ka、（29.31±2.72）ka，這進(jìn)一步證實(shí)了研究區(qū)地?zé)崴畬儆诠诺叵滤?，形成年齡超過20 ka。

4 討論與分析

4.1 熱儲(chǔ)構(gòu)造及熱源分析

已有資料表明，張掖盆地地?zé)崽飳俪蕦訝罘植嫉呐璧匦椭械蜏氐責(zé)崽?，熱?chǔ)以新近系中新統(tǒng)白楊河組間泉子段的砂巖、砂礫巖為主，屬碎屑巖類孔隙型熱儲(chǔ)，其底界面埋深一般為1 004.40～2 188.00 m。熱儲(chǔ)層上部為大厚度的泥巖構(gòu)成蓋層，起到了非常好的保溫作用，熱源來(lái)自深部地殼或上地幔的熱傳導(dǎo)，地下熱水溫度隨熱儲(chǔ)埋藏深度而升高，即地下深部的熱能通過上覆巖層向上傳導(dǎo)，對(duì)圍巖地層進(jìn)行加熱。LZDR1井、ZYDR2井、MLDR1井雖鉆遇了加里東期花崗巖，但其時(shí)代較早，巖漿余熱已消失殆盡，測(cè)溫曲線也顯示花崗巖對(duì)現(xiàn)今地溫場(chǎng)基本無(wú)影響，不構(gòu)成附加熱源。故地下熱水的形成是在正常的大地?zé)崃鞅尘跋?，地下水在深循環(huán)過程中吸取圍巖熱量并與圍巖發(fā)生水-巖相互作用，同位素組成、水化學(xué)成分發(fā)生改變，形成較高溫度的熱水。

綜合分析認(rèn)為，張掖盆地總體上是在以熱傳導(dǎo)為主的大地?zé)崃髯饔脵C(jī)制下形成的中低溫地?zé)豳Y源，但在主要熱儲(chǔ)層中疊加了地下水的對(duì)流作用。

4.2 熱儲(chǔ)溫度及循環(huán)深度分析

根據(jù)張掖盆地地?zé)嵝纬傻牡刭|(zhì)條件和地?zé)崴瘜W(xué)特征，結(jié)合熱溫標(biāo)適用條件[32]，選擇鉀鎂地球化學(xué)溫標(biāo)對(duì)地?zé)岙惓^(qū)熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行估算。計(jì)算公式如下：

式中：T——熱儲(chǔ)溫度/°C；

C1——熱水中 K+的質(zhì)量濃度/（mg·L?1）；

C2——熱水中 Mg2+的質(zhì)量濃度/（mg·L?1）。

K+、Mg2+的質(zhì)量濃度見表5。經(jīng)計(jì)算，張掖盆地已有地?zé)峋疅醿?chǔ)溫度為47.82～81.49 °C，結(jié)合井口實(shí)際出水溫度，可以判斷張掖盆地地?zé)崽锏叵聼崴纳畈繜醿?chǔ)為中低溫?zé)醿?chǔ)，推測(cè)深部熱儲(chǔ)溫度在47～82 °C之間（表5）。

表5 張掖盆地地下熱水熱儲(chǔ)溫度估算Table 5 Estimated temperature of geothermal reservoirs in the Zhangye Basin

根據(jù)區(qū)內(nèi)地?zé)峋疁y(cè)溫資料，張掖盆地地?zé)岙惓^(qū)地?zé)嵩鰷靥荻葹?.04～2.67 °C/100 m，恒溫帶深度約30 m，恒溫帶地溫7.6 °C。通過式（2）可確定地下熱水的循環(huán)深度[33]：

式中：Z——地?zé)崴h(huán)深度/m；

T——熱儲(chǔ)溫度/°C；

T0——恒溫帶溫度/°C；

G——地?zé)嵩鰷靥荻?（°C·100?1·m?1）；

Z0——恒溫帶平均深度/m。

經(jīng)計(jì)算張掖盆地地?zé)崽锏責(zé)崴难h(huán)深度為1 588.91～2 813.27 m，與已有勘探孔熱儲(chǔ)底界面比較深500～800 m（表6），說明熱儲(chǔ)層下部一定深度裂隙帶內(nèi)尚有地?zé)崴难h(huán)。

表6 張掖盆地地?zé)峥碧娇淄茰y(cè)熱水循環(huán)深度Table 6 Estimated circulation depth of geothermal water in geothermal exploration holes in the Zhangye Basin

4.3 地?zé)崃黧w補(bǔ)給來(lái)源及通道

根據(jù)對(duì)地?zé)峋責(zé)崃黧w氫、氧穩(wěn)定同位素分析結(jié)果，張掖盆地地下熱水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水。張掖盆地南部祁連山區(qū)降水量充沛，高海拔地帶年降水量可達(dá)800 mm左右，區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，深大斷裂及次級(jí)斷裂數(shù)量較多，加上山區(qū)水文網(wǎng)發(fā)育，河流切割作用強(qiáng)烈，對(duì)地下水的形成、分布、賦存和運(yùn)移產(chǎn)生著深刻的影響。張掖盆地屬于祁連地槽褶皺系北緣的中新生代凹陷盆地，祁連山區(qū)較盆地?zé)醿?chǔ)層位置高3 000～4 000 m，具有較好的補(bǔ)給高程優(yōu)勢(shì)，而北山區(qū)高程低，與盆地?zé)醿?chǔ)層高差小，且降水量?jī)H幾十毫米，推測(cè)地下熱水補(bǔ)給來(lái)源主要為南部祁連山區(qū)降水。

祁連山北緣深大斷裂和盆地內(nèi)NNW向基底斷裂是地?zé)崃黧w深循環(huán)的良好導(dǎo)水通道。祁連山區(qū)大氣降水和冰雪融水沿破碎巖體、水文網(wǎng)的入滲后形成基巖裂隙水，通過北緣深大斷裂破碎帶補(bǔ)給到盆地深部，在深部熱傳導(dǎo)的作用下地下水逐漸增溫，并儲(chǔ)存在孔隙發(fā)育、滲透性較好的熱儲(chǔ)層中，在水頭壓力差的作用下由SE向NW徑流，水力坡度為2.20‰左右（圖7）。研究區(qū)地?zé)崴畬儆谌f(wàn)年尺度的古地下水，反映出地?zé)崃黧w補(bǔ)給來(lái)源遠(yuǎn)，徑流速度緩慢這一特點(diǎn)。

圖7 張掖盆地地?zé)崽锔拍钅Ｐ褪疽鈭DFig.7 Schematic diagram of conceptual model of the geothermal field in the Zhangye Basin

5 結(jié)論

（1）張掖盆地地?zé)崽飳俪蕦訝罘植嫉某练e盆地型中低溫地?zé)崽?，熱?chǔ)為新近系中新統(tǒng)白楊河組碎屑巖類孔隙型熱儲(chǔ)，熱源來(lái)自深部地殼或上地幔的熱傳導(dǎo)；地?zé)嵯到y(tǒng)中地?zé)崴翟诘叵滤钛h(huán)過程中，在正常的大地?zé)崃髦当尘跋卤粐鷰r逐漸加熱所致；初步分析，地下熱水溫度大致隨熱儲(chǔ)埋藏深度的加深而升高。

（2）張掖盆地地?zé)崃黧w水化學(xué)類型為Cl·SO4——Na型，F(xiàn)?、SiO2質(zhì)量濃度與水溫大致呈正相關(guān)關(guān)系，反映出富含F(xiàn)?、SiO2的地下熱水由地殼深部沿?cái)嗔褬?gòu)造向上運(yùn)移到淺部，并向外橫向擴(kuò)散、滲透的過程；根據(jù)地?zé)崃黧w的ρ(Cl)/ρ(Br)、γNa/γCl（離子毫克當(dāng)量濃度比）判斷，該地?zé)崴饕獮槿転V型的陸相沉積水。

（3）同位素研究表明，張掖盆地地下熱水為大氣降水補(bǔ)給，屬大氣成因，區(qū)內(nèi)地下熱水3H值較低，均小于2 TU，說明形成時(shí)間較早；14C分析結(jié)果證實(shí)地?zé)崴纬赡挲g超過20 ka，其補(bǔ)給高程和準(zhǔn)確的補(bǔ)給年齡尚需開展進(jìn)一步的研究。

（4）根據(jù)張掖盆地地?zé)嵝纬傻牡刭|(zhì)條件和地?zé)崴瘜W(xué)特征，選擇鉀鎂地球化學(xué)溫標(biāo)對(duì)熱異常區(qū)熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行估算,推測(cè)深部熱儲(chǔ)溫度大致在47～82 °C，為中低溫?zé)醿?chǔ)，同時(shí)熱儲(chǔ)層下部一定深度裂隙帶內(nèi)存在地?zé)崴难h(huán)。