随县新阳店地热田成因模式分析

刘　勇, 陈金国, 谭　伟

(1.中国地质大学(武汉) 工程学院,湖北 武汉　430074; 2.湖北省地质环境总站,湖北 武汉　430034)

0　引言

湖北省随县洪山镇新阳店地热田位于大洪山风景名胜区内,为湖北省著名的温泉之一。大洪山国家级风景名胜区位于随县西南部,方圆330多平方千米,横卧汉江,具有“一山分四季,十里不同温”的气温特点。随洪公路南北向贯穿温泉区,往北可通往钟祥、荆门,另有一条南东向公路可通往京山,交通十分便利。区内地热流体的水化学类型为硫酸钠钙型,地热流体的最高温度为42 ℃。目前该地热田已被广泛开发利用,并取得良好的社会、环境和经济效益。

1　区域构造与温泉出露条件

1.1　区域构造条件

勘查区发育的耿集—古井深断裂F1属北西向具挽近期活动性的襄樊—广济大断裂,以F1为界,东北部属秦岭褶皱系大构造单元,西南属扬子准地台大构造单元,新阳店温泉即出露于该断裂北东侧。因此,北西向的F1断裂即为地热区内主要控热构造。地热区发育的北东向断裂在区内规模较小,为与F1断裂相互配套的地热流体导热构造。

1.2　温泉出露条件

受区域性断裂影响,温泉出露点处于F1、F3交汇的复合部位。F1断裂为NW向的压扭性断裂,切割深度大、延伸远;F3为NE向张扭性平移断裂。在两断裂复合带为地下热水的向上运移提供了良好的通道。

温泉区人工湖是在原天然冲沟的基础上改建而成的,受冲沟的侵蚀切割,其河床即为当地最低侵蚀基准面,这为温泉的出露提供了非常有利的地形条件。

2　形成地热田的地热地质条件[1]

2.1　热储

热储系指被开发利用的热流体的岩石或岩层。根据前期物探显示及钻探结果验证,新阳店地热田热储层主要由断裂破碎带组成。断裂破碎带主要由耿集—古井断裂以及与之交汇的北东向断裂交互切割形成。

2.2　热储盖层

根据区域资料,在耿集—古井断裂(F1)南侧至钟祥长寿和客店之间的地层为志留系,岩性由泥质粉砂岩、页岩、粉细砂岩等岩石组成,总厚度约800～1 200 m。由于岩石中泥质成分含量较高，透水和储水性能差,在局部地段发育的断裂和裂隙均被泥质充填。因此岩石的热传递性能较差,在耿集—古井断裂(F1)南侧至钟祥长寿和客店之间形成天然的热储盖层,阻止了地下热量的散失,对下伏热流场的热源起到了保温隔热作用,为区域热储盖层。另外在靠近耿集—古井断裂南侧一带,出露地层主要为寒武系泥质白云岩,岩性致密、坚硬,裂隙多为泥质充填,其透水和储水性能差,可视为弱—非含水岩类,在断裂附近地表是良好的热储盖层。但是在断裂带深部,由于受构造影响,岩石裂隙发育,具有一定的透水、储水能力,在与热储层沟通部位赋存地热流体。

在地热田分布区,表层震旦系炭质灰岩含燧石条带和结核,局部与石英砂岩互层,岩性结构致密,具有良好的保温隔热性能,在地热分布区亦为热储盖层。

2.3　控热、导热构造

综合区内已有资料分析,耿集—古井断裂(F1)是具有代表性的主干断裂,切割深度和规模也是最大的,该断裂在测区内沿N50°W方向延伸后在新阳店转向N70°W方向,断面较陡,切断面具有舒缓波状特点,倾角45°～70°左右,其中在陈家湾—庶家公社一带,倾角超过70°,而在汤池庙—曾家湾一带,倾角变缓,向南东方向逐渐间灭。其控制了震旦系地层与寒武系地层的接触边界,破碎带宽可见10～20 m,胶结一般,在寒武系碳酸盐岩中迳流的地热流体至耿集—古井断裂(F1)附近时迳流受阻,地热流体沿破碎带或张性裂隙(断裂)向上盘和地面进一步传导扩散,耿集—古井断裂(F1)在区内为导热导水断裂。该断裂在地面调查时可见,另外物探剖面上也为低阻反应。所布置钻孔ZK1、 ZK2、 ZK3均可见破碎带,温泉出露点也在该断裂与F3交汇处。

在陈家湾—新阳店中学分布的北东向断裂(F3)在地热田东南部边界,大部被全新统冲积层覆盖,倾向北西,倾角32°～75°,区内延伸长度900 m,断面较陡,与耿集—古井断裂(F1)切割交汇,为温泉的出露创造了有利条件,同时断裂也控制了地热流体东侧的分布和赋存,该断裂在区内为导热导水断裂。

在地热田北侧田墙湾—新阳店中学一带分布的北东向断裂(F2)在区内延伸长约2.5 km,倾向北东,倾角45°～65°。地表局部可见破碎带宽约5 m,其控制着震旦系地层与中元古界随县群接触界线,地热流体顺北东向断裂迳流至此,受其阻隔,未向北延伸,为区内阻热阻水断裂。

地热田西侧分布的汤池庙—楼子湾一带断裂(F4)平行于F3展布,大部被全新统冲积层覆盖,倾向南东,倾角35°～55°,区内延伸长度600 m,断面较陡,控制着地热田西侧边界,在区内为阻热阻水断裂。

F5分布于地热田东南部,区域上为耿集—古井断裂延续,区内延伸长度约2 km,倾向南,倾角25°～60°,断面较陡,受其影响,白垩系胡岗组(Kh)地层与震旦系地层呈不整合接触,但与地热田的形成无直接关联(见图1)。

2.4　热储层温度

式中：t——热储温度,℃;C1——水中钾的浓度,mg/L;C2——水中镁的浓度,mg/L。

图1　新阳店地热田构造示意图

通过计算热储温度为68.2 ℃。该温度是地下热水在热储温度下与矿物达到了化学平衡时的热动力平衡温度。

利用此热储温度推算地热循环深度,公式如下：

式中：Z——地热循环深度,m;t——热储温度,℃,取68.2 ℃;t0——多年平均气温,℃,取15 ℃;Δt——地温梯度,℃/100 m，取5.2℃/100 m;Z0——常温层平均深度,m,取15 m。

经计算,新阳店地热田的地热循环迳流深度为1 038 m左右,该深度为地热流体与热储岩石中矿物成分达到化学平衡时的深度。

2.5　热源

根据混合温标估算热储的平均温度为68.2 ℃,其热源为深部热源。根据地热田平均地热梯度(5.2 ℃/100 m)、常温带埋深(15 m)及当地年平均气温(15 ℃)按地球化学温标来估算的热储温度参数进行计算,热储埋深1 038 m,即新阳店地热田热水的迳流平均深度为1 038 m左右,表明新阳店地热田其热动力平衡部位平均深度为1 038 m左右。与区域上志留系盖层厚度基本一致。

地表水经迳流循环至深部,在深部吸收岩石热量,温度升高(即自然梯度增温);另一方面,根据地热流体放射性元素检测结果,地热流体中放射性含量较高,放射性物质在衰变过程中释放热量,较高的放射性含量说明了热源来自地球深部。

3　地热成因模式分析[2]

根据已有资料分析,本区内地热流体的主要补给来源为大气降水,且为高山降水补给,纵观区域地质环境,可见北部、西部为变质岩分布区,东部为红层地层分布丘陵区,这些地区都不可能构成地热流体的补给源地。其南西钟祥境内长寿—客店一点地表有寒武、奥陶系等地层出露,主要由灰岩、白云质灰岩或灰质白云岩、白云岩等碳酸盐岩组成,岩石裸露,地表岩溶发育,利于地表降水的入渗补给,与地热田的岩溶系统具有水力联系,也为地下水的深部运移提供了通道。在南西翼岩石出露高程为500 m左右,是地热区热泉水出露高程的3倍左右,这样天然的水头差为地下水的深部循环创造了条件。

当大气降水在重力作用下顺碳酸盐岩迳流系统向深部进行循环,加之地形高度的差异,为地下水的补给、运移、储存提供了良好的地质条件。在奥陶系上部为志留系泥质成分含量较高的粉砂岩,形成了地热的天然盖层,既保护了地球深部热量的散失,又为深循环的地下水吸收热量储备了能源。

当地热流体迳流至汤池庙附近,由于耿集—古井深断裂(F1)的切割作用,地热流体沿破碎带出露,形成温泉(见图2)。

图2　新阳店地热田成因模式剖面示意图

4　结论

通过以上分析可以得出以下结论：

(1) 该地热田属断裂深循环地热增温型地热田,北西向构造(F1)为主要的导热、控热构造,在北东向构造与北西向构造共同作用下,形成了地热流体的上泄通道;

(2)热储层主要由断裂破碎带组成。热动力平衡部位深度为1 038 m左右,热储的温度为68.2 ℃。区域热储盖层为志留系—奥陶系页岩,在勘查区内主要表现为表层第四系覆盖物,不具有严格的保温隔热意义。补给区位于地热田西南部的碳酸盐岩裸露区,接受大气降水入渗补给,在静水压力作用下,沿断裂进行深部循环加热,在新阳店地热田附近富集形成温泉出露。

参考文献：

[1]GB/T 11615—2010,地热资源地质勘查规范[S].

[2]刘勇.湖北省随州市随县洪山镇新阳店地热田地热资源可行性勘查报告[R].武汉：湖北省地质环境总站,2012.