鄂爾多斯盆地地熱資源賦存特征及成因模式分析

一、研究區(qū)概況

鄂爾多斯盆地是中國重要的沉積盆地之一，其地熱資源的開發(fā)和利用對于區(qū)域能源結構的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。盆地北起陰山、大青山，南抵隴山、黃龍山、橋山，西至賀蘭山、六盤山，東達呂梁山、太行山，總面積達37萬平方公里。

二、地熱資源研究現(xiàn)狀及進展

近年來，地熱資源的開發(fā)利用及其相關研究受到了廣泛關注。地熱資源作為一種清潔、可再生的能源，其潛力評估和高效利用技術成為研究熱點。鄂爾多斯盆地作為中國重要的能源基地，其地熱資源的研究尤為重要。在巖石熱導率方面，陳馳等[1系統(tǒng)總結了巖石熱導率的影響要素，指出巖石成分、孔隙結構和溫度是主要影響因素。研究表明，巖石熱導率隨溫度升高而降低，例如花崗巖在 25^°C 時的熱導率為2.5至3.5W/（m·K），而在 200^°C 時降至1.8至 2.5W/（m?K） 。這些研究為地熱資源的勘探和開發(fā)提供了理論基礎。在油田地熱資源利用方面，廢棄油井改造為地熱井的技術逐漸成熟。董秋生等[2]分析了廢棄油井改造技術的可行性，指出其在地熱資源開發(fā)中的潛力。例如，某油田通過改造廢棄油井，成功實現(xiàn)了地熱水的開采，水溫達到 75^°C ，流量為 50m³/h ，為周邊區(qū)域提供了穩(wěn)定的供熱資源。鄂爾多斯盆地中東部馬四段白云巖的地球化學特征及成因模式研究顯示，該區(qū)域白云巖的813C值介于 -1.5%0 至 1.2%0 之間，818o值介于 -8.5% 至 -6% 之間，表明白云巖的形成與熱液活動密切相關[3]

三、地熱資源賦存特征

鄂爾多斯盆地的地熱資源分布呈現(xiàn)出“周邊高、中部低”的空間特征。盆地邊緣地區(qū)，尤其是四個角部區(qū)域，地熱活動強烈，表現(xiàn)為高熱流值、高地溫梯度以及頻繁的地震活動，地熱活動明顯強于盆地內(nèi)部。這一分布格局與周緣發(fā)育的深大斷裂構造密切相關。斷裂帶不僅為深部熱源的上升提供了通道，還為地熱系統(tǒng)的補給水源輸送提供了有利條件，從而成為控制地熱資源形成與分布的關鍵地質因素。

在盆地內(nèi)部，地熱活動相對弱化，但地熱資源的富集仍主要集中于特定地層與巖性組合中。例如，延長油氣區(qū)的吳起一志丹一靖邊地區(qū)以延安組為主的砂泥巖地層、神木一榆林一靖邊地區(qū)的延長組以及神木一榆林一橫山地區(qū)的下石盒子組，均為地熱資源的主要賦存層位。研究表明，這些地層的成巖演化程度、孔隙度以及巖石熱導率等因素，直接影響地熱的儲集性能與熱能富集程度。

從深部地殼結構來看，鄂爾多斯盆地內(nèi)部居里面的埋藏深度多介于30至35km 之間，顯著深于周邊斷陷盆地。而在盆地與陰山、秦嶺地塊交界區(qū)域，居里面埋藏深度相對較淺，可能是深部熱流自盆地向外側山區(qū)擴散的結果。鄂爾多斯盆地內(nèi)部的莫霍面深度為40至46km ，對應溫度約 700^°C ，而周緣斷陷盆地的莫霍面深度較淺，約為32至40km ，溫度卻高達 900^°C 這一差異進一步揭示了盆地周緣地熱活動的強烈程度以及其深部地熱背景的復雜性，這些數(shù)據(jù)印證了盆地內(nèi)部與周緣地熱活動的差異，如圖1所示。

四、成因模式分析

鄂爾多斯盆地地熱資源的成因模式主要受地質構造、地層及巖性的共同控制。

1.構造控制

盆地周緣的斷裂構造是地熱資源形成的關鍵因素。斷裂帶不僅作為熱源和補給水源的通道，還影響了地熱系統(tǒng)的規(guī)模和溫度。據(jù)研究，鄂爾多斯盆地周緣的大型斷裂帶寬度可達數(shù)公里至數(shù)十公里，深度可達地殼中下部，能夠有效地溝通地下深部的熱源和地表的水源。這些斷裂帶中的張性斷裂和張扭性斷裂對地熱系統(tǒng)的形成尤為有利，它們能夠形成大規(guī)模的熱儲。盆地周緣地區(qū)的熱流值普遍較高，達到60至 80mW/m² 而盆地內(nèi)部則相對較低，一般在40至60mW/m² 之間。這種熱流值的差異進一步印證了盆地周緣地熱活動的強烈程度。

2.地層及巖性控制

盆地內(nèi)地熱資源的富集區(qū)往往與較厚的地層相關。例如，在延安組、延長組和下石盒子組等地層中，由于地層厚度較大，巖石熱導率較高，有利于地熱資源的富集。據(jù)研究，這些地層的厚度可達數(shù)百米至數(shù)千米。不同巖石的熱導率差異較大，對地熱資源的分布和富集程度具有重要影響。在鄂爾多斯盆地中，砂巖和頁巖的熱導率較高，而泥巖的熱導率較低。因此，在砂巖和頁巖發(fā)育的地區(qū)，地熱資源往往更加富集。據(jù)研究，砂巖的熱導率可達2至3W/（m·K），而泥巖的熱導率一般在1至 1.5W/（m?K） 之間。盆地內(nèi)部的地溫梯度一般在2至3^°C/100m 之間，盆地周緣地區(qū)可能更高。這種地溫梯度的差異也影響了地熱資源的分布和富集程度。在地溫梯度較高的地區(qū)，地熱資源往往更加富集。

3.熱源分析

鄂爾多斯盆地的地下熱源主要來自地殼深部的巖槳活動和放射性元素的衰變。據(jù)研究，盆地內(nèi)部及其周緣地區(qū)存在多個巖漿巖體和放射性元素富集區(qū)，這些熱源為地熱資源的形成提供了重要的能量來源。除了地下熱源外，地表熱源也對地熱資源的形成和分布產(chǎn)生了一定影響。例如，在盆地周緣地區(qū)，由于地形起伏較大，太陽輻射和地表水流的熱交換作用較強，有利于地表熱源的積累和傳播。這些地表熱源通過斷裂帶等通道與地下熱源相結合，共同形成了鄂爾多斯盆地的地熱資源。

五、結束語

鄂爾多斯盆地的地熱資源賦存特征受地質構造、地層及巖性等多重因素控制。其成因模式則主要受構造和地層巖性的共同影響，包括斷裂構造、熱流值、地層厚度、巖石熱導率、地溫梯度以及熱源分析等。在未來的地熱資源勘探和開發(fā)過程中，應充分考慮這些因素的作用和影響，以實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)利用。同時，要加強地質調(diào)查和勘探工作，提高地熱資源的勘探精度和開發(fā)效率，為區(qū)域能源結構的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

參考文獻：

[1]陳馳、朱傳慶、唐博寧等。巖石熱導率影響因素研究進展[J].地球物理學進展，2020，35（6）：2047-2057.

[2]董秋生、黃賢龍、郎振海等。廢棄油井改造為地熱井技術分析[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2016，43（6）：18-21.

[3]韓勇、付斯一、陳洪德等。鄂爾多斯盆地中東部馬四段白云巖地球化學特征及成因模式[J].成都理工大學學報（自然科學版），2022，49（1）：70－83.作者單位：中石化新星（北京）新能源研究院有限公司