肯尼亞奧卡瑞地?zé)崽镏饕刂埔蛩胤治?/h1>
2020-07-20 11:37張志敏張軍勇李赫閆振華李強(qiáng)安福利
世界地質(zhì) 2020年2期
張志敏，張軍勇，李赫，閆振華，李強(qiáng)，安福利
中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院 地質(zhì)研究中心,河北 涿州 072750
0 引言
肯尼亞裂谷地處東非裂谷東部，是東非著名的地?zé)釒1-3]。裂谷北起Tukana湖，向南延伸至坦桑尼亞北部Natron湖，總長約750 km。裂谷總體呈NW-SE走向，在奧卡瑞區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹E走向[3-4]。裂谷形成于東非大裂谷拉張背景之下，裂谷構(gòu)造活動最早發(fā)生在約30 Ma前的Turkana湖區(qū)域，隨后裂谷活動向南遷移并在14 Ma±變得更加劇烈，地塹結(jié)構(gòu)的形成始于大約5 Ma之前。裂谷谷肩最寬處約70 km。肯尼亞裂谷的形成伴隨了眾多的火山活動，根據(jù)最新資料研究表明，2 Ma年內(nèi)火山活動劇烈，火山廣泛分布在裂谷軸線上(圖1)。巖漿噴發(fā)形成了大約300 m的穹狀隆起，其頂部形成噴發(fā)的響巖。著名的火山口有Mengengai火山、Longonot火山、奧卡瑞火山和Suswa火山等。
圖1 肯尼亞裂谷地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of Kenya Valley
頻繁的火山活動和水熱活動與裂谷區(qū)異常高的熱流值有密切的聯(lián)系。Wheildon et al. 匯編的肯尼亞裂谷區(qū)大地?zé)崃髦礫5]，其中包括69處水井鉆孔熱流測量值、6處油氣勘探井中熱流測量值及地?zé)峋械叵滤甋iO2含量估算的熱流值?？傮w上看，裂谷翼部熱流值相對較低，谷底熱流值相對較高且變化范圍較大。高熱流值與裂谷谷底的第四紀(jì)火山活動、斷層及水熱活動有關(guān)。在裂谷外或缺少火山活動的區(qū)域熱流值急劇降低。而在谷底靠近大斷裂、火山活動劇烈的地方熱流值普遍較高，說明地?zé)崾芑鹕胶蜆?gòu)造活動所控制。裂谷區(qū)的高熱流值是受深部加熱及淺部巖漿和水熱活動共同作用的結(jié)果。
奧卡瑞地?zé)崽锝?jīng)過多年的勘探與開發(fā)，對地?zé)崽镉辛溯^深入的認(rèn)識。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性及地球物理資料的局限性，導(dǎo)致在相距不足200 m的井生產(chǎn)情況有較大的差別。同時，控制地溫場的因素也不明確。因此，筆者結(jié)合前人研究成果，從地?zé)嵯到y(tǒng)角度出發(fā)，分析控制影響奧卡瑞地?zé)岬販貓龅闹饕蛩兀瑸檠芯看箨懥压刃偷責(zé)崽锏目碧脚c開發(fā)提供參考。
1 奧卡瑞區(qū)構(gòu)造及地層特征
1.1 奧卡瑞區(qū)斷裂帶特征
奧卡瑞地?zé)崽镂挥跂|非裂谷帶，裂谷內(nèi)構(gòu)造活動頻繁，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，按走向不同分為NW、NNW、ENE、NS和WE向共5組。通過航空照片及重力資料分析認(rèn)為[6-7]：NW向斷裂帶延伸遠(yuǎn)、規(guī)模大，張性斷裂是主要斷裂，其走向與裂谷方向一致。Suswa斷層從地?zé)崽镂髂蠀^(qū)穿過，在地圖上清晰可見。該斷層是研究區(qū)東部一條重要斷層，穿過奧卡瑞山向西北延伸，但大部分被第四紀(jì)火山噴發(fā)物所掩埋。Olbulot斷層是工區(qū)內(nèi)另一條重要斷層，其西側(cè)熱儲巖性以Mau凝灰?guī)r為主，東側(cè)則以Plateau粗面巖為主。Olbulot斷層為最近一次地質(zhì)運動產(chǎn)生，斷層垂向滲透率較高，斷層附近發(fā)育眾多強(qiáng)烈的排氣孔。
1.2 研究區(qū)地層特征
奧卡瑞地?zé)崽锉韺拥刭|(zhì)根據(jù)年代，巖性和沉積地層劃分為4個不同的巖相組，分別是：Mau凝灰?guī)r、Plateau粗面巖、奧卡瑞玄武巖和上奧卡瑞火山噴發(fā)巖[8]。
Mau凝灰?guī)r層Mau凝灰?guī)r為第四系沉積，在研究區(qū)內(nèi)是相對較老的地層。其巖性主要為凝灰?guī)r，含少量流紋巖和玄武巖。奧卡瑞區(qū)西部有出露地層，且部分被火山碎屑噴發(fā)沉積物所覆蓋。在西部鉆遇的典型凝灰?guī)r為紅棕色，無雜質(zhì)，沿裂縫面時常被蝕變?yōu)榫G色黏土。凝灰?guī)r是重要的對比層，西區(qū)所有鉆井都鉆遇此層，而東區(qū)無井鉆遇。
Plateau粗面巖Plateau粗面巖屬于第四系沉積，主要分布在東區(qū)。鉆井揭示的巖層中，以粗面巖為主，少量玄武巖,偶見凝灰?guī)r。粗面巖主要特征：①含有大量無斑隱晶質(zhì)長石；②結(jié)晶發(fā)育較好，大量長石微晶呈線狀排列。作為東區(qū)和東北區(qū)的主要熱儲層，熱流體主要受斷裂和裂縫控制。
奧卡瑞玄武巖在奧卡瑞東區(qū)玄武巖上覆于Plateau粗面巖之上，海拔1 000～1 500 m。地層包含多套薄玄武巖熔巖流，夾薄層凝灰?guī)r，少量流紋巖。在奧卡瑞東區(qū)和東北區(qū)所有井鉆遇此層，地層在西區(qū)缺失。玄武巖體為多孔斑巖，副礦物有輝石、斜長石和不透明礦物?；|(zhì)晶體排列較好，有微晶結(jié)構(gòu)。
上奧卡瑞火山噴發(fā)巖上奧卡瑞火山噴發(fā)巖為海拔>1 500 m的巖層：沉積巖、火山碎屑巖、流紋巖和少量流紋巖及未固結(jié)的火山碎屑巖。
2 地溫場分析
2.1 單井測溫曲線分析
測井溫度曲線是分析和認(rèn)識地下地?zé)崽锏闹匾Y料[9-10]，通過分析穩(wěn)態(tài)測溫曲線形態(tài)可以判斷地下熱交換類型。根據(jù)地?zé)峋恢貌煌盁峤粨Q類型不同將測溫曲線分為4種(圖2)。①下凹型(圖2a)，特征是隨深度增加溫度先緩慢上升后快速上升，原因是：補(bǔ)給區(qū)由于大氣降水和斷層影響，地表水逐步滲入地下，影響地溫場；②線型(圖2b)，特征為井溫曲線與地溫曲線重合，對應(yīng)地?zé)崽镏袕搅鲄^(qū)；③上凸型(圖2c)，特征是井溫曲線高于地溫曲線，原因是地下熱水上涌使得淺層地層水溫度高于地層溫度，對應(yīng)地?zé)崽镏信判箙^(qū)；④直線型(圖2d)，特點為從某一深度開始井溫不變。通過分析認(rèn)為：鉆井過程中鉆遇斷裂帶，高溫地下水直接流入井筒內(nèi)，導(dǎo)致井的溫度恒定不變。
經(jīng)過研究區(qū)測溫曲線分析后，選取4口具有代表性的井進(jìn)行分析(圖3)。A井位于研究區(qū)中部，靠近Ololbutot斷層。從曲線上看，0至600 m段增溫明顯，后增溫變緩，從1 400 m至井底出現(xiàn)輕微溫度倒轉(zhuǎn)，表明Ololbutot斷層作為下滲通道影響了地?zé)峋疁囟?。B井和C井都位于工區(qū)東南部，曲線明顯分為兩段，特征為：井口至600～800 m段增溫明顯，地溫梯度約40℃/100 m，1 000 m±達(dá)到最大值，1 000 m以下為直線段，溫度保持基本不變。這表明上部熱儲以熱傳導(dǎo)為主要特征，反映了地層的低滲透性；下部熱儲受斷層影響，表現(xiàn)為直線型。D井位于工區(qū)西部，靠近熱田邊界。曲線總體分為兩段，上部曲線有明顯下凹型特征，反映了工區(qū)西部斷層作為補(bǔ)給區(qū)，下部曲線為線性，反映了熱儲低滲透性，這與地質(zhì)認(rèn)識中西區(qū)凝灰?guī)r熱蝕變后孔滲性大幅減小的認(rèn)識相同。
圖2 測溫曲線形態(tài)分類圖(1)胡圣標(biāo).肯尼亞地?zé)豳Y源與產(chǎn)能評價[R]. 涿州：中石油東方公司研究院,2017．Fig.2 Classification diagrams of temperature shape
圖3 奧卡瑞地區(qū)典型測溫曲線圖Fig.3 Typical temperature curves in Olkaria area
2.2 地溫場分布規(guī)律
以單井測溫曲線為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識，編制了溫度剖面圖(圖4)。從東西向溫度剖面上可以看出，總體上地溫隨著深度增加而溫度升高，在11井附近溫度出現(xiàn)反常，是Olbutot斷層作為下降流通道所致。同樣的3井附近出現(xiàn)溫度倒轉(zhuǎn)，是Gorge Farm斷層作為下降流通道。東區(qū)地溫總體高于西區(qū)。15井附近有明顯的低溫區(qū)，對應(yīng)地?zé)崽镅a(bǔ)給區(qū)。7井和8井區(qū)溫度較高，地溫梯度>35℃/100 m，是目前地?zé)崽锏闹髁ιa(chǎn)區(qū)。
3 地溫場主要控制因素分析
地溫場的分布受各種復(fù)雜的地質(zhì)條件控制，通過對奧卡瑞區(qū)地溫場研究，筆者認(rèn)為地?zé)釄龅目刂埔蛩刂饕獮闊嵩?、斷裂和裂縫分布、地層巖性。
圖4 奧卡瑞區(qū)東—西向溫度剖面圖Fig.4 E--W temperature profile in Olkaria area
3.1 熱源
熱源是地?zé)崽镄纬傻幕A(chǔ)，熱源的分布影響了地溫場的分布。美國地質(zhì)調(diào)查局早在上世紀(jì)50年代開始了對肯尼亞的地?zé)嵫芯俊.D.Mooney在研究過程中對奧卡瑞周邊的地?zé)崽镞M(jìn)行了大地電磁觀測，獲得了巖石圈電性結(jié)構(gòu)的認(rèn)識[8,11-13]。從過奧卡瑞地?zé)崽锏碾娮杪势拭?圖5)上可以看出，西區(qū)和Longonot區(qū)存在電阻率較低區(qū)，電阻率值為 5～10 Ω·m，深度約4 000～6 000 m。東區(qū)巖漿囊的深度略高于西區(qū)，穹頂區(qū)巖漿囊深度最大，這與溫度場中東區(qū)溫度略高于西區(qū)的特征吻合。
圖5 過奧卡瑞區(qū)大地電阻率剖面圖Fig.5 Resistivity profile across Olkaria area
地震橫波突然消失或減弱通常是由于熔融的巖漿引起，研究表明：Olkaria區(qū)塊生產(chǎn)區(qū)之下有3個明顯的橫波消失帶(圖6)，推測對應(yīng)3個主要的熱源，Ⅰ號熱源供應(yīng)西區(qū)，Ⅱ號熱源主要供應(yīng)東北區(qū)及東區(qū)北部，Ⅲ號熱源供應(yīng)東區(qū)南部及穹頂區(qū)。同時，巖漿囊的范圍基本與地?zé)崽锓秶恢?。因此，熱源對地?zé)崽锓秶盁醿囟犬a(chǎn)生決定性控制作用。
3.2 斷裂和裂縫
斷裂和裂縫是熱流體儲集和運移的主要通道，而地?zé)崃黧w活動對地溫場的影響十分明顯[14-18]。尤其是在研究區(qū)中部，從地溫剖面上可以看到3井附近有明顯的地溫“洼地”(圖4)，究其原因是：
圖6 奧卡瑞區(qū)地震橫波衰減深度圖Fig.6 Shear seismic wave attenuation depth map in Olkaria area
斷層作為下降流通道，地表水沿著斷層下滲至地?zé)崽锷疃龋瑢?dǎo)致了地溫場局部的低溫。與此相反，東區(qū)4井以西附近，地溫場溫度略高于其他區(qū)，同時周邊井產(chǎn)能較大。這與東區(qū)作為排泄區(qū)有關(guān)，深層高溫水蒸氣沿斷層上升到淺層，從而引起地溫場局部升高。從平面上分析，地溫場分布受斷層和裂縫發(fā)育影響較大[18]，溫度較高區(qū)域通常與上升流區(qū)斷裂較發(fā)育區(qū)域重合。而地溫場中溫度較低區(qū)域通常是由于斷層作為下降流通道而引起的(圖7)。同時結(jié)合2000年后新鉆井資料(表1)，發(fā)電潛力較大的井全部分布在上升流區(qū)域內(nèi)斷裂和裂縫發(fā)育較多的區(qū)域。
表1 奧卡瑞西區(qū)新鉆井單井發(fā)電潛力表
Table 1 Single well power generating potential in Olkaria west block
井名完鉆日期深度/m最高溫度/℃單井發(fā)電潛力/MWe37A2001-05-252 8602806.036A2009-05-252 8602803.0562008-06-272 8002602.0362011-04-242 0712502.635A2008-09-162 7523002.6
3.3 地層巖性
熱田熱儲層以凝灰?guī)r和粗面巖為主。西區(qū)熱儲以凝灰?guī)r為主，原生孔隙性較好。但由于凝灰?guī)r對水熱蝕變較敏感，大多數(shù)原生孔隙被次生礦物所充填。在西部鉆井鉆遇的典型凝灰?guī)r顏色為紅棕色,通常無雜質(zhì)，沿裂縫面時常被蝕變?yōu)榫G色黏土。37A井位于奧卡瑞西區(qū)，從2007年以后新鉆井生產(chǎn)情況來看單井平均發(fā)電能力3.24 MWe，37A井單井發(fā)電能力6 MWe，遠(yuǎn)高于周邊井(表1)。研究發(fā)現(xiàn)，920～977 m段為凝灰?guī)r與玄武巖的接觸面，經(jīng)生產(chǎn)壓力分析，判斷該段是主要生產(chǎn)段。這是由于熱水蒸汽沿著巖性接觸面上涌作為熱田的重要補(bǔ)給通道。
圖7 奧卡瑞區(qū)地溫場分布與斷裂疊合圖Fig.7 Temperature distribution and faults map in Olkaria area
東區(qū)熱儲以粗面巖為主，受水熱蝕變的影響較小，而粗面巖原生孔隙性較差，熱儲儲存流體的能力主要取決于次生裂隙和裂縫的發(fā)育程度。同時，部分區(qū)域由于粗面巖原生冷縮節(jié)理發(fā)育，也影響了地?zé)崃黧w分布。
4 結(jié)論
(1)在東非大裂谷地質(zhì)背景下，奧卡瑞地區(qū)發(fā)育大量拉張斷裂，為地表水不斷下滲及深部熱流體上涌提供了通道。
(2)深部未冷卻的巖漿囊為熱流體的持續(xù)循環(huán)提供了源源不斷的熱量，地下巖漿囊的范圍和深度直接影響了奧卡瑞區(qū)地溫場分布。
(3)東區(qū)發(fā)電高于西區(qū)主要受地層巖性影響。西區(qū)凝灰?guī)r原生孔隙十分發(fā)育，但受后期水熱蝕變改造，孔隙多被次生礦物充填。東區(qū)粗面巖原生孔隙不發(fā)育，主要以斷裂和裂縫為儲集空間，但未受后期改造影響。
致謝本項目研究得到長城鉆探肯尼亞項目部、東方公司國際部、東方公司科技處的支持，在此一并表示感謝。
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肯尼亞裂谷地處東非裂谷東部，是東非著名的地?zé)釒1-3]。裂谷北起Tukana湖，向南延伸至坦桑尼亞北部Natron湖，總長約750 km。裂谷總體呈NW-SE走向，在奧卡瑞區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹E走向[3-4]。裂谷形成于東非大裂谷拉張背景之下，裂谷構(gòu)造活動最早發(fā)生在約30 Ma前的Turkana湖區(qū)域，隨后裂谷活動向南遷移并在14 Ma±變得更加劇烈，地塹結(jié)構(gòu)的形成始于大約5 Ma之前。裂谷谷肩最寬處約70 km。肯尼亞裂谷的形成伴隨了眾多的火山活動，根據(jù)最新資料研究表明，2 Ma年內(nèi)火山活動劇烈，火山廣泛分布在裂谷軸線上(圖1)。巖漿噴發(fā)形成了大約300 m的穹狀隆起，其頂部形成噴發(fā)的響巖。著名的火山口有Mengengai火山、Longonot火山、奧卡瑞火山和Suswa火山等。
圖1 肯尼亞裂谷地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of Kenya Valley
頻繁的火山活動和水熱活動與裂谷區(qū)異常高的熱流值有密切的聯(lián)系。Wheildon et al. 匯編的肯尼亞裂谷區(qū)大地?zé)崃髦礫5]，其中包括69處水井鉆孔熱流測量值、6處油氣勘探井中熱流測量值及地?zé)峋械叵滤甋iO2含量估算的熱流值?？傮w上看，裂谷翼部熱流值相對較低，谷底熱流值相對較高且變化范圍較大。高熱流值與裂谷谷底的第四紀(jì)火山活動、斷層及水熱活動有關(guān)。在裂谷外或缺少火山活動的區(qū)域熱流值急劇降低。而在谷底靠近大斷裂、火山活動劇烈的地方熱流值普遍較高，說明地?zé)崾芑鹕胶蜆?gòu)造活動所控制。裂谷區(qū)的高熱流值是受深部加熱及淺部巖漿和水熱活動共同作用的結(jié)果。
奧卡瑞地?zé)崽锝?jīng)過多年的勘探與開發(fā)，對地?zé)崽镉辛溯^深入的認(rèn)識。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性及地球物理資料的局限性，導(dǎo)致在相距不足200 m的井生產(chǎn)情況有較大的差別。同時，控制地溫場的因素也不明確。因此，筆者結(jié)合前人研究成果，從地?zé)嵯到y(tǒng)角度出發(fā)，分析控制影響奧卡瑞地?zé)岬販貓龅闹饕蛩兀瑸檠芯看箨懥压刃偷責(zé)崽锏目碧脚c開發(fā)提供參考。
1 奧卡瑞區(qū)構(gòu)造及地層特征
1.1 奧卡瑞區(qū)斷裂帶特征
奧卡瑞地?zé)崽镂挥跂|非裂谷帶，裂谷內(nèi)構(gòu)造活動頻繁，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，按走向不同分為NW、NNW、ENE、NS和WE向共5組。通過航空照片及重力資料分析認(rèn)為[6-7]：NW向斷裂帶延伸遠(yuǎn)、規(guī)模大，張性斷裂是主要斷裂，其走向與裂谷方向一致。Suswa斷層從地?zé)崽镂髂蠀^(qū)穿過，在地圖上清晰可見。該斷層是研究區(qū)東部一條重要斷層，穿過奧卡瑞山向西北延伸，但大部分被第四紀(jì)火山噴發(fā)物所掩埋。Olbulot斷層是工區(qū)內(nèi)另一條重要斷層，其西側(cè)熱儲巖性以Mau凝灰?guī)r為主，東側(cè)則以Plateau粗面巖為主。Olbulot斷層為最近一次地質(zhì)運動產(chǎn)生，斷層垂向滲透率較高，斷層附近發(fā)育眾多強(qiáng)烈的排氣孔。
1.2 研究區(qū)地層特征
奧卡瑞地?zé)崽锉韺拥刭|(zhì)根據(jù)年代，巖性和沉積地層劃分為4個不同的巖相組，分別是：Mau凝灰?guī)r、Plateau粗面巖、奧卡瑞玄武巖和上奧卡瑞火山噴發(fā)巖[8]。
Mau凝灰?guī)r層Mau凝灰?guī)r為第四系沉積，在研究區(qū)內(nèi)是相對較老的地層。其巖性主要為凝灰?guī)r，含少量流紋巖和玄武巖。奧卡瑞區(qū)西部有出露地層，且部分被火山碎屑噴發(fā)沉積物所覆蓋。在西部鉆遇的典型凝灰?guī)r為紅棕色，無雜質(zhì)，沿裂縫面時常被蝕變?yōu)榫G色黏土。凝灰?guī)r是重要的對比層，西區(qū)所有鉆井都鉆遇此層，而東區(qū)無井鉆遇。
Plateau粗面巖Plateau粗面巖屬于第四系沉積，主要分布在東區(qū)。鉆井揭示的巖層中，以粗面巖為主，少量玄武巖,偶見凝灰?guī)r。粗面巖主要特征：①含有大量無斑隱晶質(zhì)長石；②結(jié)晶發(fā)育較好，大量長石微晶呈線狀排列。作為東區(qū)和東北區(qū)的主要熱儲層，熱流體主要受斷裂和裂縫控制。
奧卡瑞玄武巖在奧卡瑞東區(qū)玄武巖上覆于Plateau粗面巖之上，海拔1 000～1 500 m。地層包含多套薄玄武巖熔巖流，夾薄層凝灰?guī)r，少量流紋巖。在奧卡瑞東區(qū)和東北區(qū)所有井鉆遇此層，地層在西區(qū)缺失。玄武巖體為多孔斑巖，副礦物有輝石、斜長石和不透明礦物?；|(zhì)晶體排列較好，有微晶結(jié)構(gòu)。
上奧卡瑞火山噴發(fā)巖上奧卡瑞火山噴發(fā)巖為海拔>1 500 m的巖層：沉積巖、火山碎屑巖、流紋巖和少量流紋巖及未固結(jié)的火山碎屑巖。
2 地溫場分析
2.1 單井測溫曲線分析
測井溫度曲線是分析和認(rèn)識地下地?zé)崽锏闹匾Y料[9-10]，通過分析穩(wěn)態(tài)測溫曲線形態(tài)可以判斷地下熱交換類型。根據(jù)地?zé)峋恢貌煌盁峤粨Q類型不同將測溫曲線分為4種(圖2)。①下凹型(圖2a)，特征是隨深度增加溫度先緩慢上升后快速上升，原因是：補(bǔ)給區(qū)由于大氣降水和斷層影響，地表水逐步滲入地下，影響地溫場；②線型(圖2b)，特征為井溫曲線與地溫曲線重合，對應(yīng)地?zé)崽镏袕搅鲄^(qū)；③上凸型(圖2c)，特征是井溫曲線高于地溫曲線，原因是地下熱水上涌使得淺層地層水溫度高于地層溫度，對應(yīng)地?zé)崽镏信判箙^(qū)；④直線型(圖2d)，特點為從某一深度開始井溫不變。通過分析認(rèn)為：鉆井過程中鉆遇斷裂帶，高溫地下水直接流入井筒內(nèi)，導(dǎo)致井的溫度恒定不變。
經(jīng)過研究區(qū)測溫曲線分析后，選取4口具有代表性的井進(jìn)行分析(圖3)。A井位于研究區(qū)中部，靠近Ololbutot斷層。從曲線上看，0至600 m段增溫明顯，后增溫變緩，從1 400 m至井底出現(xiàn)輕微溫度倒轉(zhuǎn)，表明Ololbutot斷層作為下滲通道影響了地?zé)峋疁囟?。B井和C井都位于工區(qū)東南部，曲線明顯分為兩段，特征為：井口至600～800 m段增溫明顯，地溫梯度約40℃/100 m，1 000 m±達(dá)到最大值，1 000 m以下為直線段，溫度保持基本不變。這表明上部熱儲以熱傳導(dǎo)為主要特征，反映了地層的低滲透性；下部熱儲受斷層影響，表現(xiàn)為直線型。D井位于工區(qū)西部，靠近熱田邊界。曲線總體分為兩段，上部曲線有明顯下凹型特征，反映了工區(qū)西部斷層作為補(bǔ)給區(qū)，下部曲線為線性，反映了熱儲低滲透性，這與地質(zhì)認(rèn)識中西區(qū)凝灰?guī)r熱蝕變后孔滲性大幅減小的認(rèn)識相同。
圖2 測溫曲線形態(tài)分類圖(1)胡圣標(biāo).肯尼亞地?zé)豳Y源與產(chǎn)能評價[R]. 涿州：中石油東方公司研究院,2017．Fig.2 Classification diagrams of temperature shape
圖3 奧卡瑞地區(qū)典型測溫曲線圖Fig.3 Typical temperature curves in Olkaria area
2.2 地溫場分布規(guī)律
以單井測溫曲線為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識，編制了溫度剖面圖(圖4)。從東西向溫度剖面上可以看出，總體上地溫隨著深度增加而溫度升高，在11井附近溫度出現(xiàn)反常，是Olbutot斷層作為下降流通道所致。同樣的3井附近出現(xiàn)溫度倒轉(zhuǎn)，是Gorge Farm斷層作為下降流通道。東區(qū)地溫總體高于西區(qū)。15井附近有明顯的低溫區(qū)，對應(yīng)地?zé)崽镅a(bǔ)給區(qū)。7井和8井區(qū)溫度較高，地溫梯度>35℃/100 m，是目前地?zé)崽锏闹髁ιa(chǎn)區(qū)。
3 地溫場主要控制因素分析
地溫場的分布受各種復(fù)雜的地質(zhì)條件控制，通過對奧卡瑞區(qū)地溫場研究，筆者認(rèn)為地?zé)釄龅目刂埔蛩刂饕獮闊嵩?、斷裂和裂縫分布、地層巖性。
圖4 奧卡瑞區(qū)東—西向溫度剖面圖Fig.4 E--W temperature profile in Olkaria area
3.1 熱源
熱源是地?zé)崽镄纬傻幕A(chǔ)，熱源的分布影響了地溫場的分布。美國地質(zhì)調(diào)查局早在上世紀(jì)50年代開始了對肯尼亞的地?zé)嵫芯俊.D.Mooney在研究過程中對奧卡瑞周邊的地?zé)崽镞M(jìn)行了大地電磁觀測，獲得了巖石圈電性結(jié)構(gòu)的認(rèn)識[8,11-13]。從過奧卡瑞地?zé)崽锏碾娮杪势拭?圖5)上可以看出，西區(qū)和Longonot區(qū)存在電阻率較低區(qū)，電阻率值為 5～10 Ω·m，深度約4 000～6 000 m。東區(qū)巖漿囊的深度略高于西區(qū)，穹頂區(qū)巖漿囊深度最大，這與溫度場中東區(qū)溫度略高于西區(qū)的特征吻合。
圖5 過奧卡瑞區(qū)大地電阻率剖面圖Fig.5 Resistivity profile across Olkaria area
地震橫波突然消失或減弱通常是由于熔融的巖漿引起，研究表明：Olkaria區(qū)塊生產(chǎn)區(qū)之下有3個明顯的橫波消失帶(圖6)，推測對應(yīng)3個主要的熱源，Ⅰ號熱源供應(yīng)西區(qū)，Ⅱ號熱源主要供應(yīng)東北區(qū)及東區(qū)北部，Ⅲ號熱源供應(yīng)東區(qū)南部及穹頂區(qū)。同時，巖漿囊的范圍基本與地?zé)崽锓秶恢?。因此，熱源對地?zé)崽锓秶盁醿囟犬a(chǎn)生決定性控制作用。
3.2 斷裂和裂縫
斷裂和裂縫是熱流體儲集和運移的主要通道，而地?zé)崃黧w活動對地溫場的影響十分明顯[14-18]。尤其是在研究區(qū)中部，從地溫剖面上可以看到3井附近有明顯的地溫“洼地”(圖4)，究其原因是：
圖6 奧卡瑞區(qū)地震橫波衰減深度圖Fig.6 Shear seismic wave attenuation depth map in Olkaria area
斷層作為下降流通道，地表水沿著斷層下滲至地?zé)崽锷疃龋瑢?dǎo)致了地溫場局部的低溫。與此相反，東區(qū)4井以西附近，地溫場溫度略高于其他區(qū)，同時周邊井產(chǎn)能較大。這與東區(qū)作為排泄區(qū)有關(guān)，深層高溫水蒸氣沿斷層上升到淺層，從而引起地溫場局部升高。從平面上分析，地溫場分布受斷層和裂縫發(fā)育影響較大[18]，溫度較高區(qū)域通常與上升流區(qū)斷裂較發(fā)育區(qū)域重合。而地溫場中溫度較低區(qū)域通常是由于斷層作為下降流通道而引起的(圖7)。同時結(jié)合2000年后新鉆井資料(表1)，發(fā)電潛力較大的井全部分布在上升流區(qū)域內(nèi)斷裂和裂縫發(fā)育較多的區(qū)域。
表1 奧卡瑞西區(qū)新鉆井單井發(fā)電潛力表
Table 1 Single well power generating potential in Olkaria west block
井名完鉆日期深度/m最高溫度/℃單井發(fā)電潛力/MWe37A2001-05-252 8602806.036A2009-05-252 8602803.0562008-06-272 8002602.0362011-04-242 0712502.635A2008-09-162 7523002.6
3.3 地層巖性
熱田熱儲層以凝灰?guī)r和粗面巖為主。西區(qū)熱儲以凝灰?guī)r為主，原生孔隙性較好。但由于凝灰?guī)r對水熱蝕變較敏感，大多數(shù)原生孔隙被次生礦物所充填。在西部鉆井鉆遇的典型凝灰?guī)r顏色為紅棕色,通常無雜質(zhì)，沿裂縫面時常被蝕變?yōu)榫G色黏土。37A井位于奧卡瑞西區(qū)，從2007年以后新鉆井生產(chǎn)情況來看單井平均發(fā)電能力3.24 MWe，37A井單井發(fā)電能力6 MWe，遠(yuǎn)高于周邊井(表1)。研究發(fā)現(xiàn)，920～977 m段為凝灰?guī)r與玄武巖的接觸面，經(jīng)生產(chǎn)壓力分析，判斷該段是主要生產(chǎn)段。這是由于熱水蒸汽沿著巖性接觸面上涌作為熱田的重要補(bǔ)給通道。
圖7 奧卡瑞區(qū)地溫場分布與斷裂疊合圖Fig.7 Temperature distribution and faults map in Olkaria area
東區(qū)熱儲以粗面巖為主，受水熱蝕變的影響較小，而粗面巖原生孔隙性較差，熱儲儲存流體的能力主要取決于次生裂隙和裂縫的發(fā)育程度。同時，部分區(qū)域由于粗面巖原生冷縮節(jié)理發(fā)育，也影響了地?zé)崃黧w分布。
4 結(jié)論
(1)在東非大裂谷地質(zhì)背景下，奧卡瑞地區(qū)發(fā)育大量拉張斷裂，為地表水不斷下滲及深部熱流體上涌提供了通道。
(2)深部未冷卻的巖漿囊為熱流體的持續(xù)循環(huán)提供了源源不斷的熱量，地下巖漿囊的范圍和深度直接影響了奧卡瑞區(qū)地溫場分布。
(3)東區(qū)發(fā)電高于西區(qū)主要受地層巖性影響。西區(qū)凝灰?guī)r原生孔隙十分發(fā)育，但受后期水熱蝕變改造，孔隙多被次生礦物充填。東區(qū)粗面巖原生孔隙不發(fā)育，主要以斷裂和裂縫為儲集空間，但未受后期改造影響。
致謝本項目研究得到長城鉆探肯尼亞項目部、東方公司國際部、東方公司科技處的支持，在此一并表示感謝。
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