浅层测温方法在温泉出露区地热资源勘查中的应用

梁宏伟

(福建省121地质大队， 福建 龙岩 364021)

地热是蕴藏在地球内部的一种巨大的“绿色能源宝库”，作为一种洁净的、可再生能源，是21世纪继水能、太阳能、风能、核能等之外的另一种新型清洁能源，具有可持续和可再生等特点，不仅资源储量大而且分布广泛，开发利用地热能具有良好的社会效益、环境效益，市场潜力巨大。在全球面临能源危机时期，若能充分开发利用地热资源，不仅可增加能源储备，节约大量的标准煤，还可缓解煤矿开采、运输、加工和燃烧等引发的一系列破坏耕地、水土流失、地面沉降及大气污染等问题。探寻地热资源的方法多种多样，而浅层测温方法比较常用、简单且快速。若与地质填图、水文地球化学及地球物理勘探等方法配合使用，效果会更好。采用此法亦不受昼夜温度变幅的影响，年温度变幅的影响也极其微小。

1 福建省地热资源状况分析

福建省地处台湾海峡西岸，水热活动频繁，地热资源极为丰富。全省现有水热异常区总面积77 km2，预测水热异常区总面积约有560 km2。经粗略估算，全省地热资源储量在2 000 m深度以内可达50 000×1018J，相当于17 000亿 t标准煤的发热量，目前具有开发利用价值的地热资源约为339×1018J，相当于115亿 t标准煤的发热量，为我国三大地热应用有前景的地区之一，温泉出露点仅次于西藏、云南、四川、广东，位居第五位，出露最高温度位于西藏、云南、台湾之后，位居第四位，具有广阔的开发前景。

2 勘查区地质条件

龙岩双车地热田位于华南加里东褶皱带东部，闽西南晚古生代凹陷区明溪—武平凹陷南部。

2.1 地形地貌

双车勘探区周围地貌属构造侵蚀低中山地形，山坡坡度一般30°～40°，切割深度强烈，V型谷发育。植被发育，森林茂密，主要为松、杉、杂木等。区内河流为麻林溪，由西南向东北流入九龙江北溪，河谷狭窄，岸壁陡峭。

2.2 地层

勘探区内出露地层为：

第四系冲洪积层(Q4al-pl)，分布于河流两侧阶地及山间沟谷，由含砂、砾、卵石粘土、亚粘土组成，结构松散，厚度一般3～10 m。

燕山早期花岗岩(γ52(3)c)：区内大面积分布，岩石的主要矿物成份为钾长石、斜长石、石英、黑云母；浅肉红色，中粗粒似斑状结构，块状构造，岩石致密坚硬。

2.3 构造

影响区内地热形成主要有：

北东向构造： F1断层自上杭古田至新罗白砂，走向NE45°～60°，长度大于30 km，倾向NW，倾角70°～75°，沿麻林溪河床上大片基岩裸露，可见岩石破碎，岩石节理裂隙十分发育，节理面平直光滑均为X型剪节理。该断裂在勘探区大多隐伏于第四系之下，为本区主要导热构造。

北西向构造：主要为F3张性断裂，倾向SW，倾角65°～85°，断裂带上岩石破碎，断裂规模较小，被F1断裂所切，该断裂为本区的主要导水构造。

2.4 岩浆岩

勘探区范围及周边分布出露燕山早期侵入的中粗粒黑云母花岗岩(γ52(3)C)，属古田岩体，岩石呈块状构造，呈灰色、深灰、肉红色，矿物成份主要有钾长石、斜长石、石英、黑云母等，矿物形态为半自形-它形晶，呈不规则镶嵌，形成多种复杂的交代结构。岩浆物质来源于地幔，上侵过程中不同程度的受地壳物质的混染。

图1 浅层测温孔布设位置示意图

3 浅层测温方法基本原理

地温是地热场的直接量度，可以查明地热场的空间分布状况，圈定地热异常范围、指导地热勘探并对地温异常做出评价。地热异常区，即地壳深部存在的热流的地温梯度值高于地壳平均值的地区。目前，一般测定地壳平均热流值为115热流单位，地壳平均地温梯度为3.0℃/100m。

测温勘探基本原理是依据存在于地球内部的热量可以通过热的传导作用而不断向地表扩散，这样根据在地表以下一定深度的温度测量，便可圈定出地热异常区，大致地推断出地下热水的分布范围，有时也能反映出一定深度上的地热异常中心位置，指导勘探深部的隐伏热储。

勘探区浅层测温工作在地热地质、水文地质测量成果的基础上以双车天然温泉出露点为中心布置14个浅层测温孔，由内向外扩展孔距放稀，内圈网度50×50 m，外围网度加大至100×100 m(见图1)。采用小钻机施工，开孔口径不小于146 mm，终孔口径不小于91 mm。钻机施工过程中进行取芯，在终孔后完成钻孔岩芯地质编录，并作钻孔柱状图。同时成孔以后用Φ75 mmPVC管隔离浅层地下水，待地温稳定后由孔口至孔底连续测温，测点间距1 m。测温仪器使用深井数字测温仪，精度±0.1℃。

该天然温泉常年出水，温度在52℃左右，水量在0.25 L/s左右小幅波动。实际孔深以打穿第四系覆盖层至基岩风化带为准，并依据浅层测温数据圈定地热异常区范围。

4 浅层测温成果及应用

通过在双车天然温泉出露点四周的浅层测温工作，记录基岩面温度(见表1)，绘制地温等值线图(见图2)，圈定地热异常区范围，为下一步地热钻孔的施工位置及施工孔深做出了一定的指导。双车地热异常区形状不规则，面积约0.039 2 km2。

本次工作取25℃地温值作为该区背景值，近似划为地热异常边界。本次划定的地热异常区，主要位于25℃地温等值线所围的西北部,地温值均高于背景值。总的趋势是沿F3断层带，由中心向东南部外沿逐渐降低。同时麻林溪冲洪积扇的边缘，由于沉积物颗粒较细，且交错互层，形成相对隔水隔热的热田边界，形成储量丰富、补给充沛、具有开发利用价值的地热资源。

表1 浅层测温孔情况一览表

图2 双车地热异常区等温线示意图

采用浅层测温方法，通常只能了解所揭露深度内的热水情况，不能提供深层热储信息。水文地球化学和物探方法则为深层热储的研究提供了一种有效的手段。

在温泉出露区，利用地球化学温标来估算热储温度，所取温标为SiO2温标和K-Na温标两种，

然后取其平均值作为双车地下热水的热储温标(以下为以双车天然温泉点离子含量作为计算)。

(1)SiO2温标

式中：C为水中SiO2的浓度(mg/L)

(2)K-Na地热温标

式中： C1为水中钾的浓度(mg/L)；C2为水中钠的浓度(mg/L)

所以，取 =156.01℃作为该温泉的深部热储温度。

参照福建省内恒温带长期观测结果，恒温带位置为20 m时温度为20.5℃，地温梯度参照周边地热异常区系统测温成果取3.5℃/100m计算，则双车地热异常区的热储埋藏深度为3 892 m。

在地热地质、水文地质填图、水文地球化学特征等资料研究分析的基础上，结合浅层测温划定的地热异常区，增设两条物探剖面线，以控制深部导水断裂带，查明控热及导水构造的位置及深度，明确地热钻孔的施工位置及施工孔深。在后期勘探过程中也证明了，利用浅层测温工作成果结合各项地质资料综合分析确定的地热钻孔，取得了良好效果，孔口水温高达58℃，水量可观。证实了本区深部地质构造对浅层热异常的控制作用，即断裂形成了地下热流的良好通道，导致了浅部地热异常的出现。

5 结语

浅层测温方法不仅能圈定浅部地热异常带，还可指导探查隐伏的地下热水，为地热勘探提供科学依据，评价地热异常。该方法能够了解所揭露深度内地温变化，为深层热储提供信息，与水文地球化学、物探等方法配合使用，有利于下一步勘探工作的进行，可以为最终地热探采结合孔的布置提供更可靠有效的依据。通过浅层测温方法在本区地热田的应用，说明该方法在温泉出露区寻找地下热水，简单、成本低，比较直接有效，科学合理。

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