浙南下应地区地热地质条件及热储概念模型

2016-12-21周伟明

西部探矿工程 2016年12期

关键词：概念模型凝灰岩萤石

金博，周伟明

（浙江省第一地质大队，浙江杭州310000）

浙南下应地区地热地质条件及热储概念模型

金博*，周伟明

（浙江省第一地质大队，浙江杭州310000）

分析了浙江仙居下应地区地热资源的地质条件，在此基础上建立了热储概念模型。DR1号井储水空间为构造裂隙型热储水，属带状热储，热储顶板埋深在300m左右，断裂是主要控热和储水断裂。大气降水和地表径流，可沿断裂逐渐向深部循环补给砂岩热储，形成热水。

地热；地质条件；热储；模型

1 概述

随着地热地质研究水平的提高和研究领域的拓宽，其成果除了继续支持地震的观测预报和岩石圈结构研究、油气地质研究、环境工程研究等领域外，还被广泛应用于地热资源的评价、开发[1]。我国自20世纪70年代开始在西南地区和东部地区开展了比较系统的地温场及地热资源的研究[2]，地热资源是地球内部普遍存在且环境友好的可再生能源，因其稳定性好、利用系数高、成本低等优点而受到全世界的高度重视和大力倡导。热储工程研究贯穿地热资源开发利用的全过程，而热储模型的建立、模拟和评价是从区域尺度的调查评价到地热田尺度的开发利用实践之间的关键环节[3]。

仙居县大战乡下应村地热资源是2010年开采仙金萤石矿中发现，在开采坑道中炮眼中涌出，当时采矿坑道中测量水温28℃。该矿为小型萤石矿床，属低温热液充填型。该地热资源已完成水文地球化学特征和水质评价[4]。但地热地质特征未有详细刻画，热储概念模型为系统建立，这制约了区域内地热资源勘查。基于此，本文在详细野外地质调查和对DR1井编录的基础上，分析了地热地质条件，建立了热储概念模型，以期为下一步勘探提供理论依据。

2 地质背景

本区地处浙东南地块，位于仙居白垩纪断陷盆地东南部，由两组断裂交汇切割陷落而成[5]。盆地中央的白塔—田市一带为第四系冲积、洪积层所覆盖，形成平原区。第四系覆盖层厚度一般为2～10m。盆地南北两侧为丘陵区，主要由白垩系红色岩层组成。出露地层主要为上白垩世到下侏罗世，包括上白垩统赤城山组（K2c）、两头塘组（K2l）、塘上组（K2t），下统小平田组（K1x）、朝川组（K1c）、馆头组（K1g），侏罗系上统西山头组（J3x）、九里坪组（J3j）。天台群火山沉积建造组成的盆（洼）地，东南侧以火山喷发或超覆不整合接触为主，北西侧以断裂为主，与下伏永康群成魔石山群接触。盆地南东侧为大套的流纹质角砾凝灰岩夹沉积岩与下岩系火山流纹岩，流纹岩玻屑熔结凝灰岩呈叠覆关系。西北侧是盆外大套的流纹质玻屑凝灰岩与盆内红色砂砾—泥岩截然分界，显示了盆边陡坡带特征。盆地南部火山岩建造为主的地层划分了3套即：①西山头组和九里坪组、②小平田组、③塘上组，均为酸性火山岩组合，代表了火山喷发的一个新阶段开始。这套火山岩产状平缓、构成盆地南东侧盆缘低丘地貌，向北西过渡洪冲积盆地，边界向南东凸出形成弧形。山区主要出露侏罗系上统西山头组，上亚段主要岩性为流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩、强熔结凝灰岩，夹喷溢相流纹岩、角砾熔岩，夹凝灰质砂岩等，下亚段主要岩性为流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩。

根据物探成果在盆中及盆缘推测有北东和北西向断裂，根据盆内的沉积建造分布和永安溪的延展方向，南部断裂构造不发育。盆地西部外缘北西向断裂的规模也不大，在火炉堂一带发育北西向断裂，岩石破碎，断裂两侧均为西山头组火山岩，断距不大，向深部延伸可能消失。北东向断裂的规模最大，北东向断裂据断层三角面(地貌)与硅化蚀变带的总体产状判断，倾角60°～70°。是一条多次活动的断裂带，从井头村向西追索的点上资料分析，断裂带内有强烈的硅化、次生石英岩化，石英脉充填，分布较广。

3 矿区地质

仙金萤石矿位于大战乡下应村，为小型低温热液充填型萤石矿床。矿区呈近东西方向的长条状，东西长约2040m，南北宽约150m，面积0.306km2。

区内出露地层为第四系和下白垩统馆头组及上侏罗统西山头组，上侏罗统西山头组岩性主要为灰、灰紫色流纹质含角砾晶玻屑熔结凝灰岩。下白垩统馆头组岩性主要为灰紫、黄绿、紫红色凝灰质砂岩、粉砂岩，下部常见凝灰质含砾砂岩、砂砾岩。区内构造以近东西向和北东向断裂构造为主，北西向断裂次之，褶皱不发育。含矿构造蚀变带主要受近东西向断裂控制，呈先张后压扭、多期次活动特点。矿区及附近未见侵入岩体。

矿床位于羊平鸟—双庙萤石矿带的中段，赋矿地层主要为下白垩统馆头组，东部小范围为上侏罗统西山头组。在长约2km、宽约0.3km的近东西向长条状范围内，分布有Ⅰ-Ⅶ号7条大小不等的萤石矿体。从地质背景看，该萤石矿区位于双庙-大洪北东向断裂带、仙金-双庙东西向断裂、大战—上林沉积火山盆地和大洪火山洼地复合地段，含矿围岩有J3x1流纹质含角砾晶屑玻屑熔结凝灰岩、凝灰质粉砂岩和角砾凝灰岩。容矿构造为一组东西向压扭性断裂，共见4条，其中一条较大、属主干断裂。围岩蚀变有硅化、绢云母化、高岭石化、黄铁矿化等。矿体呈脉状、透镜状，主要赋存于主干断裂中，即Ⅰ号矿带。Ⅰ号矿带地表控制长660m，有数个小矿体组成，矿体厚0.2～1.5m，局部达5m以上，膨缩现象明显，平均厚0.85m，平均品位CaF260.22%。矿石矿物为灰白色、浅紫、浅绿色萤石。脉石矿物为石英、围岩角砾。矿石具他形晶状结构，块状构造，少量条带状、角砾状构造。矿石类型主要为石英—萤石型。

4 地热地质

4.1 DR1井地质

DR1号井位于仙居县大战乡下应村，距仙居县城13km仙居县大战乡下应DR1号地热井所钻遇地层主要有：0～11m井段地层为第四系，11～65m为玄武岩，65～84.3m为浅灰、灰紫色粉砂岩、泥岩，84.3～130m为凝灰岩，从测井曲线反映来看，该井段自然伽马与时差值较高，时差曲线跳跃明显。造成这种异常的原因是火山灰降落后常与泥岩混合形成沉凝灰岩，其粒间孔较多，对放射性物质有较强的吸附性。130～157m为砂质泥岩，该段电阻率较低，自然伽马与时差值较高，在部分井段上自然伽马曲线呈低值，可能含砂质成分较多。157～204m为凝灰岩，在160m与200m两处时差曲线变化较大，可能有裂隙发育。204～277m为泥岩，电阻率较低。277～310m为凝灰岩。310m以下为安山玄武玢岩，多处有裂隙隙、孔洞，该段岩石致密，电阻值较高，时差值较小。系统地层柱状图见图1。

由于泥岩、凝灰岩富水性差，该井水的来源主要靠安山玄武玢岩体的构造裂隙水与孔洞作为补充来源。含水层在测井参数曲线上的响应是：低电阻率，自然伽马较大，井温曲线异常波动，声波时差曲线出现明显“周波跳跃”现象。从该孔的物性曲线及岩芯分析来看，310.40～388.20m，厚77.8m，为断裂裂隙破碎带，主要岩性为安山玄武玢岩。

区内构造运动十分强烈，特别在燕山运动晚期，以新华夏系为主的断裂发育，NE-NEE向和NW向两组断裂，切割了白垩系地层，构成了勘查区内的主要构造格架。由于断裂的强烈活动，地下水经断裂带深循环时，在深部加热，形成地热，断裂构造对地下热水起着一定的控制作用，也有利于地下热水的储存。

F1是近东西向断裂代表性的主体构造，断裂带长约1000m，宽一般1～3m，最宽可达6m；带内主要由构造角砾和粘土矿物，以及局部呈胶结物状的萤石、硅质等组成，断裂倾向350°左右，倾角65°～75°。另2条主要的近东西向构造，F2长约1250m，宽1～3m，断裂中段带内有硅化、萤石矿化构造角砾岩出露，产状355°∠70°。

4.2 采矿巷道地热异常

仙金萤石矿采用地下开采、汽车运输开拓方式采矿，PD5巷道呈螺旋形。当采矿巷道推进到X= 3185158.912，Y=579281.599，Z=39.85时，遇第一个热水涌水点，估计涌水量200～300m3/d，实测水温28℃。涌水点位于F1断裂中的萤石矿体顶板一侧。

当采矿巷道推进到 X=3185258.303，Y= 579272.977，Z=38.71时，遇第二个热水涌水点，估计涌水量240～300m3/d，实测水温30℃。这时第一个涌水点水量逐渐减少。涌水点位于F2断裂中的萤石矿化带内。

当采矿巷道继续推进到X=3185260.502，Y= 579264.925，Z=39.64时，遇第三个热水涌水点，估计涌水量大于200m3/d，实测水温37℃（据矿主测温）。这时第一个涌水点干枯。萤石矿体、矿化体内发育小溶洞。

图1 仙居县大战乡下应村DR1号地热井钻孔柱状图

4.3 热储

根据采矿巷道内地热异常显示，地热水均在萤石矿（化）带内涌出，地热水与萤石矿有关，矿体、矿化体内发育小溶洞，连通性好。从矿坑和排水钻孔抽水试验看，F1、F2断裂是连通的。310.40～388.20m，为断裂裂隙破碎带，岩性以青灰色安山玄武玢岩为主，厚度为77.8m，是较好的热储层。

因此认为大战下应地区地热水属断裂深循环对流型带状热储，其储水空间主要为断裂构造破碎带、含矿构造带及基岩裂隙带。

4.4 热源

大战下应地热资源的形成，是大地内部热能通过热传导作用使下渗至深部的水体增温，即热源为正常的地温梯度增温，增温后地热水通过构造破碎带向上运移，热水在浅部热储部位富集，形成浅部次级热储中的热水资源。在热水开采过程中，上部的冷水也会通过断裂破碎带下渗，与上升的热水混合，造成水量增大、水温降低的现象。

4.5 盖层

根据已知萤石矿勘探资料显示，本区第四系厚度较薄，一般小于10m，下部为透水性较好的白垩系砂砾石，下伏为坚硬的火山岩类，受构造断裂的影响，裂隙发育，保温作用较差。因此本区不存在较理想的热储盖层，这也是形成不了较高热水的一个主要原因。

但是火山岩一般为块状结构，较厚的岩层、岩石的低孔隙率和弱透水性，形成上部有一定封闭的断裂模式，和上部的白垩系及第四系一起能起到一定效果的盖层作用。

5 热储概念模型

根据区内地貌、地质构造条件及仙金萤石矿矿区地质特征，认为该井热水水源为大气降水，其补给区在矿区南侧晚侏罗世火山岩组成的山区，相对高差产生的静水压力是地表水深循环径流的动力条件。大气降水沿周边断裂下渗至深部热储，在深循环过程中，在正常的区域地温梯度条件下吸取围岩传导热而增温，并与周围的围岩发生溶滤作用。勘查区为对流型地热系统，对流通道、地热流体存储空间为控矿断裂破碎带，特别是萤石矿体溶蚀带。由于断裂具有压性—张性演化特征，早期挤压作用形成的破碎带在中期被胶结的石英、萤石或方解石脉充填，脉岩中溶蚀孔隙，裂隙或晶洞较发育，后受断裂多期活动影响，形成有一定规律的较连续的破碎带，从而构成良好的储水空间。同时由于断裂作用，断裂两侧较窄范围内围岩节理裂隙较发育，构成了一定宽度的储水空间。属带状热储，以控矿断裂破碎带和围岩裂隙发育带共同组成了大战下应地热资源的储水构造。热储概念模型见图2。