青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)永凍層的特征研究

鄧敏玲　王莎　劉曉康　吳鴻梅　汪成萍

摘要：青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)永凍層分布及特征研究，對評價該礦區(qū)及周邊礦區(qū)天然氣水合物潛在分布區(qū)及成藏潛力具備深刻影響，本文圍繞青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)永凍層的特征，擇取兩個具體方面展開了簡要的分析論述。

關(guān)鍵詞：青海；木里煤田吾切曲果礦區(qū)；永凍層；水合物；特征；研究

青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)行政區(qū)劃隸屬中國青海省天峻縣木里鎮(zhèn)管轄，其地理方位介于東經(jīng)98.00度15.0分-東經(jīng)99.00度20.00分之間，以及北緯38.00度07.00分至38.00度11.00分之間。在復(fù)雜多樣的地質(zhì)地理環(huán)境因素和氣候環(huán)境因素的共同影響作用之下，吾切曲果礦區(qū)保存、生成了終年凍土即永凍層。按照陸域凍土區(qū)天然氣水合物的成礦背景成礦機制成藏過程后期改造找礦前景預(yù)測等為研究思路，對吾切曲果礦區(qū)永凍層進行分析研究，可以對評價該礦區(qū)及周邊礦區(qū)天然氣水合物潛在分布區(qū)及成藏潛力提供重要依據(jù)。鑒于此，本文將會圍繞青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)永凍層的特征展開簡要闡釋。

一、青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)的地溫特征分析

地溫的基本內(nèi)涵是指地表和以下不同深度處土壤溫度的統(tǒng)稱。地溫的高低對是高原凍土區(qū)修建鐵路，地下礦產(chǎn)和地熱資源的開采等有著重要的影響。

木里煤田吾切曲果礦區(qū)永凍層，位于海拔高度水平介于3500.00m-4500.00m的中國青藏高原常年穩(wěn)定性凍土覆蓋空間區(qū)域之中。有關(guān)這里不同深度較為準確的巖溫數(shù)據(jù)，目前檢索到的有關(guān)文獻皆是依據(jù)地表淺層點數(shù)據(jù)按理論地溫梯度值推斷的。

地球儲存的熱能主要來源于巖漿活動產(chǎn)生的地熱，酸性火成巖中放射性元素蛻變產(chǎn)生強度較大的放射性熱，還有地球自轉(zhuǎn)時角速度的變更引起的非均質(zhì)地殼巖層水平位移和擠壓面產(chǎn)生的機械熱，這種地球轉(zhuǎn)動熱在地溫中占有較大的比重。地殼中地溫隨深度的分布狀態(tài)大致分為三帶即變溫帶、恒溫帶和增溫帶，而高原凍土覆蓋區(qū)稱為季節(jié)凍土帶、常年凍土帶和增溫帶，其中恒溫帶由常年凍土帶取代。由于太陽輻射強度的改變，使地殼表層溫度發(fā)生周期變化（季節(jié)、晝夜）改變的深度范圍稱之變溫帶，而在常年凍土覆蓋區(qū)呈季節(jié)性變化，此層夏季融化，冬季凍結(jié)，其冬季與常年凍土混在一起不易區(qū)分而夏季則與常年凍土有明顯的分層點。因為受到探測井溫儀感溫靈敏度和巖溫與井液熱交換平衡時間雙重影響，依據(jù)測溫不同精度的要求，目前將鉆井井溫測量方法分三種類型即簡易、近穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)態(tài)三種。吾切曲果礦區(qū)布設(shè)了15個鉆孔進行了近似穩(wěn)態(tài)地溫專項測井，為準確評價分析該礦區(qū)縱橫向地溫分布規(guī)律與特征，合理利用簡易測溫資料和評價研究區(qū)天然氣水合物成礦聚集期與成礦保存期的地溫條件提供了實測的可靠數(shù)據(jù)。

地溫梯度又稱“地熱梯度”、“地熱增溫率”。指地球不受大氣溫度影響的地層溫度隨深度增加的增長率。是表示地球內(nèi)部溫度不均勻分布程度的參數(shù)。針對礦區(qū)內(nèi)各施工鉆孔地溫梯度進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，地溫梯度平均值小于2.8℃/百m。隨著深度的增加各別鉆孔地溫梯度也增加至3℃/百m以上，最高增加到了42℃/百m。

二、青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)永凍層凍土分布特征分析

吾切曲果礦區(qū)由西北向東南與山脈基本平行展布，隨著緯度降低，高度也呈下降趨勢。在高度和緯度共同作用下，常年凍土分布表現(xiàn)出明顯的地帶性分異。沿天峻-木里-江倉-熱水公路線，最南端從剛察縣熱水鎮(zhèn)北1km處開始，存在凍土島，此處海拔3600m，緯度為37°36′N。沿公路向北，緯度升高，海拔亦升高，凍土島之間的水平距離變小，逐漸過渡為片狀凍土區(qū)（島狀融區(qū)），再進入連續(xù)常年凍土區(qū)。同時，吳吉春（2007）等研究認為祁連山常年凍土屬青藏凍土區(qū)，阿爾金山-祁連山亞區(qū)，分布在海拔3400m以上的高山、谷地、盆地中。海拔3400m以上存在島狀多年凍土，海拔3600m以上發(fā)育連續(xù)常年凍土。礦區(qū)海拔基本在3600m以上，根據(jù)吳吉春（2007）等研究成果判斷吾切曲果礦區(qū)是常年連續(xù)凍土分布區(qū)，根據(jù)煤炭勘查鉆孔成果，與吳吉春（2007）的研究成果吻合，礦區(qū)內(nèi)普遍存在厚度15m以上的凍土。

青藏高原上凍土類型多種多樣，在祁連地區(qū)主要凍土類型以島狀常年凍土為主，地形起伏大的高山區(qū)發(fā)育山地常年凍土（周幼吾等，2000）。區(qū)內(nèi)凍土類型屬于存在了幾萬年時間的常年凍土，季節(jié)性凍土層（指近地表每年冬季凍結(jié)、夏季融化的土層）一般厚約在1-2m之間。吾切曲果礦區(qū)主要發(fā)育土質(zhì)凍土，凍土地貌形態(tài)有凍融泥沼、凍脹丘、寒凍裂縫、凍脹草環(huán)及少量凍巖等，凍土厚度最大為135m，常年凍土（巖）在區(qū)內(nèi)均有分布，但厚度變化較大，主要原因為前述氣候和地質(zhì)地理因素綜合作用的結(jié)果。根據(jù)目前研究和掌握的數(shù)據(jù)分析，礦區(qū)的凍土分布特征有兩個特點：一是凍土層厚度變化不大，向被子一樣分布在地層淺表，形狀受地形控制；另一種是向楔子一樣楔入地下，厚度很大。后一種的凍土厚度增大往往與構(gòu)造關(guān)系密切。

根據(jù)吾切曲果礦區(qū)內(nèi)凍土厚度統(tǒng)計分析可以看出，凍土厚度增厚區(qū)域，基本上與斷裂破碎帶的分布較吻合，受斷裂控制較明顯。分析其原因：斷裂附近往往形成寬度較大的破碎帶，帶內(nèi)巖石破碎，裂縫、裂隙增大，含冰率增高，隨青藏高原海拔的增高，凍土逐漸向深部遞進和各類條件向有利于凍土形成的方向發(fā)展，造成破碎蝕變帶處凍土層厚度增大。

結(jié)束語：本文從青海省木里煤田吾切曲果礦區(qū)的地溫特征和凍土分布特征兩方面對永凍層進行分析。依據(jù)各施工鉆孔測溫數(shù)據(jù)顯示，恒溫帶即常年凍土帶，地溫梯度平均值小于2.8℃/百m：凍土普遍厚度在15m以上，最大厚度為135m，凍土厚度增厚區(qū)域受斷裂控制明顯，為評價天然氣水合物潛在分布及成藏潛力提供了重要依據(jù)。