中国二连盆地赛汉塔拉坳陷干热岩地热地质特征及资源潜力评价

《Geothermics》：Geothermal geological characteristics and resource potential assessment of hot dry rock in Saihantala Sag, Erlian Basin, China

　　

XGR1干热岩井的成功发现表明，研究区在小于5 km的埋深内蕴藏着干热岩型高温地热资源。新获取的A级陆地热流数据重新证实，研究区所在的二连盆地并非传统认知中的低温冷盆地。

研究区的岩石圈热结构表现为"热地幔"特征，与传统认为的"暖地壳、暖地幔"结构不同。研究区莫霍面温度约为866.18°C。

西哈塔哈凹陷热干岩资源的圈定分布面积为25.38 km2，采用蓄热量法估算，10 km深度范围内的热干岩资源量为1.52×102? J，相当于52.34×10? t标准煤。

**引言**

热干岩（HDR）是一种重要的深部高温地热资源，具有储量丰富、分布广泛、零碳排放的特点，被归类为可再生清洁能源。HDR是指深埋地下的高温岩体，具有高温特征且含较少或无地下流体。通常需要达到一定的温度阈值（如150°C至200°C以上）。随着HDR开发利用技术的进步，HDR资源的温度限制逐渐变得模糊。根据钻孔揭示的温度，150°C至180°C之间的温度被归类为低温HDR（DZ/T 0507-2025《干热岩资源评价》）。二连盆地是中国中高温地热资源16个优先靶区之一。现有研究表明，二连盆地并非传统意义上的低温冷盆地，而是具有热盆地特征（Xu et al., 2021; 蒋广生等, 2022; 熊波等, 2024; 熊波等, 2025）。"低温冷盆地"的说法主要源于2004年至2013年间开展的早期研究，以零散的低温热流估计和有限的地热观测数据为核心依据。例如，基于43至66 mW/m2的若干零散低温热流估计值（Xiao et al., 2004），部分凹陷区数据低于50 mW/m2的冷盆地标准，导致前人将二连盆地归类为冷盆地。Xu等（2021）计算了二连盆地的地热梯度和陆地热流范围。盆地南部的腾格里坳陷是二连盆地最大的次级构造单元之一。然而，腾格里坳陷仅有位于西哈塔哈凹陷内的S2井这一口钻孔，缺乏其他陆地热流数据的验证和支撑。XGR1干热岩井于2024年在"内蒙古苏尼特右旗干热岩选址区研究验证示范"项目中建成，是内蒙古自治区第一口干热岩井。该井位于西哈塔哈凹陷赛其高构造隆起带，总井深4529.61 m，井底温度为152.99°C。该井可为了解二连盆地西哈塔哈凹陷的地热梯度、陆地热流和岩石圈热结构提供和补充重要数据。

Xu等（2021）利用14个钻孔的孔温测井和岩石热导率数据，确定二连盆地的地热梯度范围为29.6至51.4°C/km，平均为39.1±5.4°C/km。陆地热流变化范围为63至109.5 mW/m2，平均为81.4±12.0 mW/m2。陆地热流分布格局如图1所示。二连盆地的地热测量揭示出多个高热流异常区。例如，盆地西部的白音查干凹陷陆地热流值为75.5 mW/m2（左银辉等, 2016）。张骥等（2020）补充的三项稳态温度测量表明，白音查干凹陷的陆地热流范围为80.8至89.7 mW/m2。盆地中部的满都拉坳陷陆地热流变化范围为82.4±12.8 mW/m2至109.5±17 mW/m2。盆地东北部的乌力斯太坳陷陆地热流范围为79.3±9.6 mW/m2至92.0±9.4 mW/m2，平均为84.7±8.7 mW/m2（Xu等, 2021）。在盆地南部的腾格里坳陷，仅钻探了位于西哈塔哈凹陷内的S2井，地热梯度为34.9°C/km，陆地热流值为73.7±11.4 mW/m2（Xu等, 2021; 姚巨文等, 2025）。这些研究表明，二连盆地具有显著的区域高温背景特征，已成为中国中深部地热勘探的关键靶区（张骥等, 2020; Xu等, 2021; 蒋广生等, 2022; Wang Sen等, 2025）。二连盆地的平均陆地热流大于65 mW/m2，表明其具有热盆地性质。二连盆地已识别出四个热异常区，分别是穿井坳陷、腾格里坳陷与文都庙凸起交界带、苏尼特凸起西南部和盆地的东北部。这些热异常与新生界火山岩的分布存在显著的空间耦合关系，其热源可能归因于深部地幔物质的上涌（Xu等, 2021; 姚巨文等, 2025）。新生界火山岩在内蒙古中部广泛出露，以基性玄武质岩石为主，规模大且活动频繁，如吉宁火山群、阿巴嘎火山群、达林努尔火山群和赤峰火山群（郭鹏远, 2015; Xu等, 2021）。对应的深部侵入岩体主要为闪长岩和辉长岩。矿物学特征表明，它们源于地幔来源岩浆的快速上升，壳混染程度较低（董泽义, 2011）。如图1所示，满都拉坳陷及其邻近区域的高热流异常与达里根嘎—阿巴嘎火山（V2—V3）的位置重合。乌力斯太凹陷的高热流受哈拉哈火山群（V1）控制。在二连盆地南部，高热流可能与乌兰哈达火山（V5）相关（Xu等, 2021）。然而，西哈塔哈凹陷尚未发现大规模的中新界火山岩。本研究中的宽频大地电磁测深结果显示，西哈塔哈凹陷下10-50 km深度处存在不均匀条带状低电阻率高导异常（图4）。其特征与索伦—牙鲁苏伦缝合带沿线的低速高导层相当。推测该低速高导体可能为区域地热异常提供了额外热源。

岩石圈热结构是理解大陆岩石圈构造变形与演化等大陆动力学问题的重要基础。它也是地热场热源机制研究的核心问题，尤其对深部地热资源的开发具有重要的科学指导意义（段贺晓等, 2023）。由于缺乏相关的深部地热钻探和测温数据，二连盆地的岩石圈热结构长期被认为是与呼和浩特—包头盆地相似的"暖地壳、暖地幔"结构，壳幔热流比接近1:1（胡胜彪等, 2013; Wang and Lin, 2024）。Xu等（2018）指出，二连盆地乌力斯太凹陷目前的表面热流（q?）为86.3±2.3 mW/m2，地幔热流（q?）为33.7–39.3 mW/m2，q?/q?比为40–44%。这表明地壳热流主导总陆地热流。同时计算得出乌力斯太凹陷岩石圈热厚度约为74–88 km，表现出"强地壳弱地幔"的流变特征。上述研究现状表明，二连盆地的陆地热流值和岩石圈热结构均需新数据进行验证、支撑和进一步深入分析。基于二连盆地西哈塔哈凹陷系统稳态温度测量、最新干热岩井全岩热物性测试和宽频大地电磁测深结果，本研究计算了XGR1井的陆地热流值和岩石圈热结构，并估算了研究区的地热开发潜力。旨在揭示研究区的热积累机制，为西哈塔哈凹陷HDR地热资源的评价和进一步开发利用提供科学依据。

**章节片段**

**地质背景**

二连盆地是发育在内蒙古—大兴安岭加里东褶皱带基底之上的中—新生界裂断盆地。构造上位于华北板块与西伯利亚板块之间的缝合带。该缝合带主要由不同时期形成的两个汇聚体系组成：北部的二连—额河体系，形成于晚泥盆世至晚石炭世早期；南部的索伦—牙鲁苏伦体系……

**宽频大地电磁测深与钻井**

本研究共布置了5条宽频大地电磁测深测线，方位角为131°，共70个物理台站。宽频大地电磁测深采用的观测频率范围为920 Hz至1000 s，满足50 km探测深度的要求。采用网格台站测量和张量测量，测深台站I级数据率达100%，满足精度要求。反演和……

**宽频大地电磁测深**

研究区位于两条大型深大断裂之间，即林西断裂和锡拉沐伦断裂（图2a）。它属于华北板块与西伯利亚板块缝合带的重要增生带，其中下地壳以低密度、低速、高导和高热流的地球物理结构为特征（Chang等, 2022）。本研究的宽频大地电磁测深结果显示存在分布不均匀的带状……

**结论与建议**

（1）研究区经历了频繁、强烈且复杂的构造运动。西伯利亚板块与华北地块的碰撞导致地幔受到强烈扰动，地幔热流显著增大。软流圈地幔物质的上涌导致地壳部分熔融和强烈的岩浆活动。沿缝合带和断裂带的热传递是该区HDR形成的主要热源。在本研究中……

**基金支持**

内蒙古自治区级综合地质调查项目（202210）和内蒙古自治区自然科学基金重点项目（2026ZD046）资助。

**作者贡献声明**

Song Jiajia：撰写——初稿、方法论、调查研究、数据整理、概念构思。Ma Zhanxiong：撰写——审阅与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。Li Yuanjie：监督、资源提供。Zhang Qing：监督、资金获取。Wang Zhixiu：软件、形式化分析。Han Jing：软件、方法论、调查研究。Ge Weili：软件、方法论、调查研究。Li Yanlong：可视化、软件、调查研究。Qin Dongshi：……

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