第六届非常规油气地质评价暨新能源学术研讨会
6th Symposium on Unconventional Oil and Gas Geological Evaluation and New Energy

153 / 2021-06-09 14:51:35

浅层地下水中稀有气体在五大连池地热勘探中的应用

稀有气体,五大连池,地热勘探

地热能理论与技术

五大连池火山群是中国十三处新生代火山活动之一，喷发时期为0.1 Ma 到300年前，五大连池火山群最近的一次喷发为公元1776年，作为近代喷发的火山，五大连池下方是否存在岩浆囊引起了地质学家的广泛关注，而五大连池近地表没有地热异常显示，出露的泉均为零度左右的冷泉，使得多数专家对五大连池岩浆囊的存在持保留态度。近年来开展的密集台阵地震成像以及三维大地电磁成像工作，在五大连池火山群北端的尾山火山下方发现了一个低速体，被解释为岩浆房，估计体积为200 km³，且深部岩浆对该岩浆房有持续的补充。化学惰性以及丰度低是地质系统中稀有气体的两种主要特性，使稀有气体成为端元判别和地质过程分析的优秀工具，稀有气体的丰度和同位素特征已被证明是鉴别热事件引起的质量相关分馏的有力工具，五大连池是研究浅层地下水是否能捕获深部热异常信号的理想天然实验室。本研究在尾山地区开展了浅层地下水中稀有气体的采集工作，测试了其中溶解的He、Ne、Ar、Kr和Xe的元素浓度以及同位素比值，与空气饱和水（ASW）相比，本研究采集的稀有气体浓度表现出明显的质量分异模式，除He表现出少量壳源及幔源贡献，其它稀有气体的同位素比值表明其主要为大气来源。使用CE、OD、MR等模型对稀有气体数据进行了拟合分析，结果表明尾山浅层地下水中的稀有气体丰度模式主要受外源气体控制，而样品的稀有气体同位素投图沿地下水沸腾分异线分布，说明了此外源气体为沸腾时分离出的汽相。²⁰Ne、³⁶Ar、⁸⁴Kr和¹³⁰Xe的同位素分析进一步证实了沸腾事件，并将沸腾温度限制在100 ~ 300℃之间。该研究显示了五大连池板内火山场下近现代的热事件的发生，指示了岩浆房的存在的可能性。

地质有机物通过热作用降解或裂解生成碳氢化合物，即石油和天然气。所以油气生成也是热作用的产物，油气开发区也是地热异常区。通过地下水中稀有气体的研究可以科学评价该地热异常的历史演化，为油气开发后的地热资源利用提供参考。