辽宁东部地区地热特征及岩石放射性生热对地热资源潜力的影响

发布时间：2017-06-20 04:00

  本文关键词：辽宁东部地区地热特征及岩石放射性生热对地热资源潜力的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济发展与环境保护的矛盾愈发尖锐，发展绿色经济、低碳经济成为许多国家的发展议题。同时，随着社会发展，石油、天然气、煤炭等传统能源对环境造成了严重破坏，资源已逐渐枯竭，对清洁能源的需求与日剧增。地热资源作为可再生能源，逐渐取代了其他形式能源（特别是化石燃料）的使用，俨然成为未来能源的一个重要组成部分。与传统能源相比，地热资源具备了诸多优势，如：储量巨大、可再生和环保等，不仅清洁，可以就地取用，而且取之不尽，用之不竭。因此，近年来，地热资源逐渐引起世界各国的关注，大有追赶太阳能和风能的发展势头。 地热的来源有多种方式，但在中、低温地热田（大地热流和地温梯度均较低的区域）中，“低”热区发育了大量的地热资源，这种热来源始终没有得到可靠的认证。在研究辽宁东部地热资源发育情况时我们发现，虽然该地区的大地热流值低于地壳平均值，地温梯度也只有2.0℃/100m，整体属于“低”温区，但其地热资源却十分发育，地热井的最高出水温度可达70℃以上。为更好的解释这种“低”温区，“高”热源的现象，本文从辽宁东部地区地质背景着手，通过对研究区区域地球物理场特征、地热场特征、断裂构造以及各主要岩体放射性元素的生热量进行分析研究，总结出辽宁东部地区岩石放射性元素生热对地热资源的影响以及地热发育的基本规律。 研究区内岩石类型较为复杂，为详细了解其区域地球物理场以及深部地质结构特征，此次共采集了1200余块岩石物性样品，分析测试了1128块岩石样品的密度、磁化率以及电阻率。结合研究区内高精度重力、航磁、大地电磁数据,通过重力和航磁欧拉反褶积计算，反映出地热资源多发育在重力梯度带和航磁梯度带发生扭曲的位置。通过对岩体的物性分析，结合重磁和大地电磁数据反演得出结论，地热资源发育的有利区主要在岩体与地层的接触带、岩体与岩体的边界。 研究运用激光荧光法测定研究区具有代表性的168块岩石样品中放射性元素238U、232Th、40K的含量，结合岩石密度，计算出研究区主要岩石样品中放射性元素的生热率值。计算结果表明：晚三叠世和早白垩世花岗岩中放射性元素生热率较高，平均生热率分别为4.36μW m3和3.72μW m3，常见值为5.0μW m3和3.2μW m3。古元古代花岗质岩石样品中放射性元素生热率的平均值较低，平均生热率为1.6μW m3。结合野外勘探、重磁数据反演以及大地电磁测深剖面，估算出燕山期花岗质岩体中放射性元素的总生热量约为0.3TW，远高于古元古代花岗质岩体中放射性元素的生热量（约0.03TW）。从对岩石放射性元素的测量和岩体生热量计算结果可以看出，研究区内岩石放射性元素的生热为地热资源奠定了良好的热源基础。 根据研究区主要控热断裂的发育特征，本文提出了花状断裂构造控热模式，花状构造控热以正负两种模式为主。地下水利用“花瓣”断裂流入通道，将地下水汇聚到“花茎”主干断裂后，通过破碎较强的区域性断裂将地下水带到深部（10km以下），加热后向上运移，经过“花瓣”断裂通道形成温泉或热储构造。这种花状构造的控热模式可以更好的解释研究区内地热资源为何主要发育在主干断裂两侧。根据断裂构造在不同深度层次上的发育特征，提出地下热水的运移模式以及运移可能到达的深度。规模较大（区域性构造断裂带）的控热断裂构造为地热资源提供了良好的流通通道。地下水可以沿着流通性较好的脆性断裂破碎带向下运移，在破碎较为强烈的地区，最大运移深度可至脆性-韧性过渡带。地下水到达地壳的韧性变形带后，由于韧性变形带缺乏孔隙，流体的通过性较差，，无法通过的地下水在脆性-韧性过渡带附近被加热到200～300℃后，受地下热水压力系统驱动，向上流动到地下浅部或流出地表形成温泉。 本文综合地质、地球物理、岩石放射性资料，对研究区的地热资源发育规律进行了总结，明确研究区地热资源的发育规律，并预测了地热发育有利区。提出研究区主要存在三种地热田类型：与断裂构造相关的地热田、与侵入体相关的地热田、与中生代断陷盆地相关的地热田。其中与断裂构造相关的地热田主要发育在鸭绿江断裂带、庄河-桓仁断裂带、海城析木城-岫岩断裂带、寒岭-偏岭断裂带等地热构造带附近。与侵入体相关的地热田主要发育在印支期、燕山期花岗岩岩体内部及岩体边部，这种“高热”岩体的发育对地下热水具有“再加热”的作用。与中生代断陷盆地相关的地热田主要发育在侏罗纪盆地中。
【关键词】：地热 地球物理场 地热场 断裂构造 放射性元素 生热率 发育规律
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P314
【目录】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-14
• 第1章 前言14-24
• 1.1 选题依据及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.2.1 地热能利用与发展15-17
• 1.2.2 地热与构造活动的关系17-18
• 1.2.3 岩石放射性元素生热研究现状18-20
• 1.3 拟解决的关键问题20
• 1.4 研究内容与技术路线20-22
• 1.4.1 研究内容20-21
• 1.4.2 技术路线21-22
• 1.5 完成的主要工作及创新点22-24
• 1.5.1 完成的主要工作22
• 1.5.2 主要创新点22-24
• 第2章 区域地质背景24-34
• 2.1 地理位置24-25
• 2.2 大地构造位置25-26
• 2.3 地层发育特征26-28
• 2.4 侵入岩28-32
• 2.4.1 太古代侵入岩28
• 2.4.2 古元古代侵入岩28-29
• 2.4.3 中生代侵入岩29-32
• 2.5 火山岩32
• 2.6 构造特征与构造演化32-34
• 第3章 区域地球物理场特征34-53
• 3.1 岩石物性特征34-38
• 3.1.1 地层岩石物性特征34-35
• 3.1.2 侵入岩物性特征35-38
• 3.2 区域重力异常特征38-44
• 3.2.1 重力异常特征38-42
• 3.2.2 重力异常与温泉发育的关系42-43
• 3.2.3 重力异常与断裂的关系43-44
• 3.3 区域航磁异常特征44-48
• 3.3.1 航磁异常特征44-45
• 3.3.2 航磁异常与温泉发育的关系45-48
• 3.4 重磁场欧拉反褶积解释48-53
• 3.4.1 欧拉反褶积方法原理48-50
• 3.4.2 重力欧拉反褶积处理解释50-51
• 3.4.3 航磁欧拉反褶积处理与解释51-53
• 第4章 辽宁东部地区地热场特征53-63
• 4.1 地温梯度与大地热流53-58
• 4.1.1 地温梯度53-55
• 4.1.2 大地热流55-58
• 4.2 温泉发育特征58-60
• 4.3 主要地热田特征60-63
• 4.3.1 汤岗子地热田60-61
• 4.3.2 五龙背地热田61-62
• 4.3.3 汤池沟地热田62-63
• 第5章 断裂构造系统与地热的发育模式63-83
• 5.1 断裂构造系统与地热的关系63-68
• 5.1.1 地壳脆性→韧性过渡带与地热的关系64-65
• 5.1.2 断裂构造的活动性与地热的关系65-68
• 5.2 断裂构造与地热的发育模式68-70
• 5.2.1 挤压断裂的地热发育模式68
• 5.2.2 走滑断裂带的地热发育模式68-69
• 5.2.3 伸展断裂地热发育模式69-70
• 5.3 主要断裂构造特征及地热发育特征70-83
• 5.3.1 寒岭→偏岭断裂带地热发育特征70-73
• 5.3.2 鸭绿江断裂带特征及地热发育特征73-77
• 5.3.3 庄河→桓仁与海城析木城→岫岩断裂带地热发育特征77-83
• 第6章 辽宁东部地区岩石放射性生热量计算83-96
• 6.1 样品采集与测试83-86
• 6.2 放射性元素含量特征86-90
• 6.2.1 总体特征86-87
• 6.2.2 构造作用对花岗质岩石放射性元素含量的影响87-88
• 6.2.3 各岩体放射性元素含量特征88-89
• 6.2.4 中生代火山岩放射性元素含量89-90
• 6.3 岩体生热率计算90-91
• 6.4 花岗岩岩体体积估算91-95
• 6.4.1 利用重磁数据估算岩体面积92-93
• 6.4.2 目标岩体埋深计算93-95
• 6.5 关门山岩体生热量计算95-96
• 第7章 辽东地区地热发育规律及有利区96-110
• 7.1 辽东地区地热发育的主要影响因素96-98
• 7.1.1 断裂构造96
• 7.1.2 侵入岩体96-97
• 7.1.3 地表水系97-98
• 7.2 辽东地区地热资源发育规律98-102
• 7.2.1 与断裂构造相关的地热田98-101
• 7.2.2 与中生代侵入体相关的地热田101
• 7.2.3 与中生代断陷盆地相关的地热田101-102
• 7.3 辽东地区地热资源发育有利区带102-110
• 7.3.1 寒岭→偏岭地热带103-104
• 7.3.2 鸭绿江地热带104-105
• 7.3.3 庄河→桓仁断裂地热带105-106
• 7.3.4 海城析木城→岫岩地热带106-108
• 7.3.5 大营子断陷盆地地热带108
• 7.3.6 关门山岩体地热带108-110
• 结论110-111
• 参考文献111-125
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及取得的科研成果125-126
• 致谢126

【参考文献】

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本文编号：464453