银川盆地地热水水化学特征及形成机理

地热能绿色可持续,对于实现“双碳”目标至关重要。银川盆地是典型的寒旱区域,对热能需求巨大。针对银川盆地地热的研究基本集中于估算地热资源量,对地热水的水化学特征及形成机理研究较少。因此以运用水文地球化学、氢氧稳定同位素、放射性同位素(氚和^(14)C)测年和水岩作用模拟等方法分析银川盆地内地热水水化学特征及形成演化机制。研究结果表明银川盆地地热水水化学类型为Cl-Na型和Cl·SO4-Na型。Na^(+)在阳离子中占比最大,Cl^(-)在阴离子中占比最大。岩盐的溶解是Na^(+)的主要来源之一,另一个来源是阳离子交替吸附作用。石膏的溶解是SO_(4)^(2-)主要来源。银川盆地补给区高程为范围在2600~2900 m,平均补给高程为2762.44 m,地热水来源并非大气降水直接补给,而是贺兰山地区高海拔处的大气降水沿贺兰山东麓断裂对银川盆地地下热水进行补给,地热水最老年龄为20750 a,存在亚现代地下水的混合水,补给高程高且距离远。

银川盆地东南缘面子山—清水营断裂活动性

研究银川盆地的构造活动特征对于认识青藏、鄂尔多斯和阿拉善3大地块的相互作用具有重要意义。银川盆地东南缘的面子山—猪头岭一带地形高差显著,影像上线性明显,可能发育一条未知的活动断裂。本文沿面子山—清水营一线开展了野外地质调查、探槽开挖和地层年代测试等工作,结果表明:银川盆地东南缘发育面子山—清水营断裂,全长50 km,以猪头岭北为界,分为面子山断层和清水营断层两段。面子山断层以高角度正断为主,断层擦痕显示具有左旋走滑运动,走向北东,跨断层数条冲沟显示具有左旋扭动特征;而清水营断层则表现为逆断层,走向北东东,发育陡坎地貌。该断裂断错了(23.65±1.17) ka BP和(33.16±1.82) ka BP的沉积地层,表明断裂最新活动时代为晚更新世晚期。该断层的发现表明,鄂尔多斯地块的西北边界复杂,构造变形带较宽,且不严格的受控于断陷盆地的边界断裂,其构造变形已扩张到地块一侧,这可能与青藏高原持续向东北向的推挤扩展有关。

银川盆地东缘上地壳电性结构特征及地热勘探方向

随着银川盆地东缘地热井的成功实施,指明了围绕黄河断裂及其次级断裂寻找地热的新方向。为了进一步研究黄河断裂对银川盆地东缘地热资源的控制作用及缩小勘探靶区,共布设了4条MT测线,获得了71个测深点。通过对大地电磁测深资料进行预处理及二维反演,获得了研究区10 km以浅的二维电性结构。综合研究区以往地质、重力、微动、可控源音频大地电磁测深资料,对银川盆地东缘地层、断裂构造进一步解释,认为大地电磁测深测线所反映的奥陶系基底高阻内出现的相对低阻可能是黄河断裂后缘次级断裂发育部位,由奥陶系破碎充水所致,具有地热资源勘探的潜力。

银川盆地天山海世界地热勘探重力数据三维反演研究

地热能作为一种清洁能源,受到了越来越多学者以及政府部门的关注。地热能大多集中分布在构造板块边缘,而中国拥有着独特的“阶梯状”地形,处于板块碰撞边界的地区较多,地热资源储量丰富,但存在勘探和利用水平较低等问题。银川盆地蕴含丰富的地热资源,为沉积盆地传导型地热区,具有很大的地热资源开发潜力。重力异常主要反映了地下岩石的密度差,而重力勘探方法因其成本低、勘探面积广而被广泛应用于地热勘探,尤其是地热远景区的划分。利用重力三维反演方法对银川盆地天山海世界重力数据进行三维反演,获得区域地下三维密度结构,为后续该地区地热资源的勘探与利用提供基础。

银川盆地热储层温度估算

热储层的温度对地热资源开发利用及资源量的评价至关重要。银川盆地热储层埋藏较深,通过勘察技术获取热储层温度及相关参数的成本较高。为了进一步揭示银川盆地热储层特征,在银川盆地内有条件采集地热水样品的7眼地热井中进行样品采集,分析了地热水样品的水化学特征,实测了地热井井口的温度,采用多矿物平衡法及地热温标法对7眼地热井热储层的温度进行估算,并将估算结果与井口温度进行对比。结果表明,银川盆地地热水平均总溶解性固体物质(TDS)为9116.43 mg/L,地热水以高矿化度地热水为主。银川盆地热储层温度估算结果及实测井口温度显示,银川盆地北部热储层温度高于中部热储层温度。对于新近系热储层,Na-K地热温标使用效果最好,估算的热储层温度约为52.6℃;对于奥陶系热储层,玉髓地热温标的使用效果最好,可对热储层温度进行精确的估算,估算的热储层温度约为39.1℃。

基于孢粉证据的银川盆地MIS6—MIS5气候环境演变重建

MIS6—MIS5是冰期向间冰期转变的典型时期,MIS5阶段的气候要素可以和现代暖期类比,对其演变过程进行研究可以更好地了解暖期气候变化过程和未来气候变化趋势。利用现代孢粉和气象数据以及季风边缘区银川盆地的地层孢粉和粒度指标,通过训练集选择、主控气候参数筛选、5种重建模型的交叉验证、区域对比、显著性检验和生态学解释后认为局部加权加权平均偏最小二乘法(LWWA-PLS)重建结果最为稳健。MIS6—MIS5阶段气候演变可分为6个阶段:157~131 ka时期,年平均降水量(Pann)为424.99 mm,7月平均温度(T_(July))为22.58℃,气候较湿冷,喜湿冷乔木类植被发育;131~119 ka时期,Pann为410.95 mm,T_(July)为23.62℃,喜暖乔木、草本发育,气候转湿暖;119~111 ka时期,Pann为369.50 mm,T_(July)为22.53℃,喜冷草本、乔木发育,气候干冷;111~98 ka时期,Pann为378.39 mm,T_(July)为22.86℃,早期喜暖乔木含量高,后期喜冷乔木含量上升,气候整体干暖,温度先上升后下降;98~85 ka时期,Pann为278.24 mm,T_(July)为22.01℃,喜冷乔木较发育,该阶段气候整体最为干冷;85~78 ka时期,Pann为364.21 mm,T_(July)为23.45℃,乔木、草本均较发育,气候转湿暖。对重建的气候参数进行集合经验模态分解(EEMD),结果较好地响应于23 ka岁差周期,与北半球中、高纬地质记录对比后认为,受太阳辐射影响的北大西洋气候变动主要通过西风环流以及大洋传输带驱动东亚季风的变化,进而影响银川盆地的气候变化。

银川盆地隐伏断层地球物理探测技术对比分析——以芦花台断裂南段为例

隐伏断裂尤其是隐伏深大断裂往往与地震及地质灾害紧密相关,而探测隐伏断裂的地球物理方法较多,但对于不同的地质条件,探测效果存在差异.以银川盆地隐伏的芦花台断裂南段为例,通过常规氡气测量、高密度电法、浅层地震勘探法部署综合地球物理手段,分析地球物理探测技术在巨厚第四系覆盖区隐伏断层的探测效果.结果表明,在不能揭穿第四系的情况下,直接采用高密度电法探测的效果不佳;断层上方的氡气放射性浓度明显高于背景值,对断层位置的研究具有指示意义;而小道距、小偏移距、高覆盖次数的浅层地震勘探法,能够较精确地分辨断层空间的展布特征及上断点位置.

基于地球物理资料的银川盆地南部构造特征分析

银川盆地南部位于阿拉善微陆块向鄂尔多斯地块NE向挤压应力作用的前锋区带,为银川平原地震活动的主要区域之一。钻探资料显示,该区发育奥陶系褶皱基底,上覆古近系、新近系与第四系3套地层,表层厚度约1 000 m的第四系河湖相沉积层,基本遮蔽了深部构造的发育行迹,给研究该区域地震活动的地质构造成因形成了制约。为此本文以1∶5万区域重力资料为基础,首先结合可控源大地电磁测深剖面与地震反射剖面联合划分了银川盆地南部的构造格架,该区域深部构造呈现典型的“两隆夹一坳”的构造分布格局,以黄河断裂与吴忠断裂为分界,由西向东依次为吴忠隆起带、永宁-灵武坳陷区、横山堡隆褶带。然后运用重力场小波多尺度分解、边界识别和界面反演技术等,重点对永宁-灵武坳陷区进行研究,明确了内部隐伏断裂的几何学特征,分层梳理了局部构造单元的转化过程,得出银川盆地南部地震分布受边界断裂F1、F2控制,永宁-灵武坳陷区为地震活动的重点聚集区,且具有南北分异的特征。坳陷区地震分布与古近系顶面构造层次级断裂具有显著的相关性,F16、F21断裂展布区带是4.0级以上中强地震的主要分布区。这为今后研究银川盆地南部地震活动奠定了基础。

银川盆地新生代构造演化:来自银川盆地主边界断裂运动学的约束

银川盆地新生代以来主要沿其边界断裂发生多期断陷活动,其边界断裂运动学特征记录了盆地的形成演化历史。基于其边界断裂滑动矢量的详细测量与分析,结合区域构造、盆地内沉积序列以及叠加变形分析,提出银川盆地新生代主要受NW SE向伸展、NE SW向伸展与NE SW向挤压3期构造应力场控制。结合区域构造演化与相关年代学数据,银川盆地新生代以来主要经历初始断陷、持续断陷与拉分断陷等3期构造演化,始新世—上新世受NW SE向伸展作用控制,银川盆地两侧主边界断裂发生正倾滑活动,导致盆地发生强烈断陷活动,充填了始新世—上新世红色砂岩、砾岩;更新世期间,古构造应力场转变为NESW向伸展,其主边界断裂以左行斜张活动,银川盆地持续断陷沉降;晚更新世晚期(?)以来,在NE SW向挤压作用控制下,银川盆地主边界断裂发生强烈右行走滑兼正断活动,盆地受断裂剪切拉张活动,发生拉分断陷沉积。

银川盆地晚第四纪环境特征

依据银川盆地８个钻孔（深３００ｍ）的第四系的研究（古地磁、１４Ｃ测年、孢粉分析、石英颗粒表面结构分析等），对该区近１２万年的自然环境特点进行了探讨，结果表明，该时期植被经历了森林－森林草原－草原－荒漠草原４个发展阶段，其中短时间尺度的植被演替主要是在森林草原与草原类型间频繁发生。与其相应的气候经过了由暖湿－凉湿－冷干到暖干的变化，次级气候波动中的冷暖、干湿的配制极为复杂。最近地质历史时期的区域性干旱，开始于３０ｋａＢ．Ｐ．．

利用地震折射和反射波资料研究银川盆地浅部结构和隐伏断裂

银川盆地是华北克拉通西部构造活动较为强烈的一个新生代断陷盆地.为了研究银川盆地的地壳浅部结构和活动断裂特征,我们利用2014年在银川盆地完成的深地震反射剖面数据,采用初至波层析成像方法得到了银川盆地高精度的基底P波速度结构和构造形态;考虑到仅根据速度结构剖面还难以确定断裂的准确位置、断层上断点埋深、断层的近地表构造组合样式等特征,研究中还采用浅层地震反射波勘探方法对银川盆地内的隐伏断裂和1739年平罗8.0级地震的地表破裂带浅部结构进行了高分辨率成像.研究结果表明:银川盆地与两侧地块的浅层P波速度结构和沉积盖层厚度差异较大,银川盆地总体呈现出明显的低速结构特征,盆地基底面起伏变化较大,基底最深处位于芦花台断裂和银川断裂之间的银川市下方,其深度约为7000~7200 m;贺兰山隆起区显示为明显的高速特征,地表出露中-古生代基岩地层,缺失新生代地层;鄂尔多斯地块西缘的浅层P波速度明显高于银川盆地,基底埋深相对较浅,推测其新生界地层厚度小于2500 m.浅层地震反射剖面揭示的地层反射界面形态和断裂的浅部构造特征非常清楚,黄河断裂、贺兰山东麓断裂、银川断裂和芦花台断裂不仅是错断盆地基底的断裂,而且还是第四纪以来的隐伏活动断裂,这些断裂的交替活动形成了"堑中堑"的盆地结构,并对银川盆地的形成、盆地内的新生代地层厚度和第四纪沉降中心具有重要的控制作用;在近地表这些断裂表现为由2~3条断层组成的"Y字形"断裂构造,且主断裂的最新活动可追踪至晚更新世末期或全新世,是构造继承性活动的结果.本文的研究结果不仅可为进一步分析银川盆地的基底结构、隐伏断裂特征和活动构造研究等提供新的地震学证据,而且还可为该区城市规划中避让活动断层提供科学依据.

银川盆地深地震断层的三维透射成像

为了获得三维地震透射成像技术在活断层探测中的有效性和应用价值的评价,在银川盆地中北部布设了一个三维地震透射台阵,利用该台阵获得的基底初至折射波和莫霍界面反射波资料,采用有限差分反演、时间项反演和连续速度模型反演方法,对台阵区域基底及上地壳结构进行了分析.结果表明:研究区基底呈东西浅、中部深的界面形态,且西陡东缓,最深处大致位于芦花台至西大滩一带,埋深达7 km.芦花台断层、银川平罗断层、黄河断层在研究区内均表现为北北东走向的速度差异条带,且断层两侧基底及沉积界面埋深存在显著变化.芦花台断层东倾,倾角较陡,延伸至研究区基底之下;银川—平罗断层倾向西,是一条超基底的隐伏断层;黄河断层西倾,延伸深度超过研究区基底.本探测结果证明,初至折射波与莫霍面反射波探测相结合的三维地震透射台阵技术能够给出研究区上地壳三维细结构图像,不仅可以揭示主要断裂的展布位置、浅部空间形态和特征,而且可以揭示断裂向基底之下的延伸状况.

银川盆地构造反转及其演化与叠合关系分析

以银川盆地构造反转为研究对象,从构造反转证据、反转时期以及反转强度等方面进行了分析,以此为基础,探讨了银川盆地中生代以来构造演化。研究表明:负反转构造的发育、新生界与中-古生界地层展布特征的差异性以及伸展构造样式与挤压构造样式并存等方面证明银川盆地发生负反转;构造反转的挤压隆升时期为晚侏罗世,伸展沉降期为渐新世至新近纪;银川盆地北部构造反转强度大于南部,西部反转强度大东部;银川盆地自中生代以来经历了三叠纪至早-中侏罗世时期的整体沉降、晚侏罗世的挤压隆升与差异剥蚀、早白垩世的再次沉降、白垩纪末期至新生代早期的整体隆升剥蚀、渐新世至新近纪的快速断陷以及第四纪的整体拗陷六个演化叠合阶段。

银川盆地中更新世以来的孢粉组合与古环境变化

通过对银川盆地北部重点井CK1孔 (深 3 0 0 .3 9m)沉积物进行的系统的孢粉分析 ,探讨了银川盆地中更新世以来的植被演替和气候变化 ,区域孢粉组合特征清楚地反映了银川盆地 90 0kaB .P .以来古植被经历了 11个发展演替阶段 :针阔混交林 灌丛草原→针阔混交林 灌木草原→疏林灌木草原→针阔混交林 草原→疏林灌木草原→针叶林 草原→暗针叶林为主的针叶林 草原→灌木草原→针阔混交林 灌丛草原→疏林草原→荒漠草原 ,与古植被发展演替阶段相应的气候环境经过了温湿→凉湿→温和→冷湿→温干→凉较湿→冷湿→温干→凉润→温较干→温干的变化。

银川盆地中更新世以来的孢粉记录及古气候研究

银川盆地中更新世以来的孢粉记录及据此所重建的古气候参数 ,揭示了该区中更新世以来的古气候演变特征 ,其演变经过了温湿→凉湿→温和→冷湿→温干→凉较湿→冷湿→温干→凉润→温较干→温干的变化 ,并与新疆地区、黄土高原以及深海 δ1 8O曲线进行了对比 ,结果表明各地的古环境变化大致同步 ,该区由于位置靠西 ,邻近沙漠 ,最近地质历史时期的区域性干旱特色明显。

银川盆地构造发展——深地震反射剖面揭示浅部地质与深部构造的联系

横跨银川盆地北西西向的深地震反射剖面，清晰揭示了银川盆地边界断裂以及整个地壳的结构构造特征，这对研究具活动大陆裂谷性质的银川盆地浅—深构造关系具有重大的意义。贺兰山东麓山前断裂、黄河断裂作为银川盆地的西、东边界断裂，前者为一条缓倾斜、延伸至上、下地壳边界的犁式断裂，而后者则为一条切穿地壳并延伸进入上地幔的深大断裂。根据深地震反射剖面揭示的地壳结构特征，银川盆地浅部结构并非前人认为的“堑中堑”结构，而是表现为由一系列东倾犁式正断层控制的新生代断陷。略微下凹的Moho面几何形态以及厚2～3．2km的层状强反射带为下地壳最显著的反射特征。Moho面深度与强反射带厚度变化趋势与银川盆地沉积厚度变化趋势几乎一致。本文认为，强反射带的成因可能是由源自地幔的基性岩浆以岩席状的形式底侵进入地壳底部造成的，而这部分形成强反射带的物质可能补偿了因银川盆地断陷而造成的地壳减薄，最终导致银川盆地之下Moho面并未像之前所认为的那样隆起。

银川盆地不同构造层构造样式及形成演化分析

为研究银川盆地构造样式及形成演化,以地震资料的精细解析为基础,分析构造样式类型和发育特征,并结合区域地质背景从断裂控盆方面分析其演化过程.结果表明:银川盆地经历中生代挤压隆升剥蚀和新生代伸展断陷2个主要演化阶段,共发育4类构造样式,其中新生界构造层以伸展和伸展—走滑构造样式为主,基底构造层以挤压和反转构造样式为主.该研究结果对明确银川盆地地质结构及油气勘探具有指导意义.

大地电磁测深法在银川盆地地热资源调查评价中的应用

为进行地热资源调查,以银川盆地西部斜坡区为研究对象,通过2条大地电磁测深剖面51个测点的二维偏离度、构造走向等进行分析和计算,并采用非线性共轭梯度二维反演方法对TM模式的数据进行反演,获得了大地电磁测深剖面二维反演电阻率模型。反演结果表明,研究区4km以浅电性结构单元可分为三层,分别为低阻层—中高阻层—低阻层,推断研究区自上而下依次为第四系、古近系—新近系和奥陶系。根据区域地热地质资料,研究区内最为有利的热储层为新近系红柳沟组,其次为古近系清水营组和新近系干河沟组。通过本次大地电磁测深调查,圈定了研究区有利地热资源储藏范围,证实了大地电磁测深法在沉积盆地地热资源勘查中具有一定的适用性。

银川盆地东缘地热资源勘探远景评价——基于大地电磁测深和钻探探测

银川盆地地热资源储量丰富,是我国中低温地热资源远景区之一。目前银川盆地开采的热储层主要是以孔隙型层状热储为主,而带状热储地热资源还未开发利用。为探明银川盆地东缘地热资源赋存情况,圈定研究区有利地段地热资源储藏范围,本文采用大地电磁测深法(MT)来探测银川盆地东缘深部地层结构及隐伏断裂构造特征,通过钻探验证和物探测井资料研究,基本查明了区内地下电性结构特征、地层岩性分布特征以及隐伏断裂位置和产状。结果表明,在黄河断裂上盘有利地段施工了四眼地热勘探井,均取得了较好效果。其中ZK01地热勘探井井深617 m,出水量达15000 m^3/d,井口水温42℃,这是目前宁夏回族自治区出水量最大的自流地热井,为今后地热勘探和开发利用提供了新的依据。