当阳市地热开发可行性分析

李文文

（中国煤炭地质总局第四水文地质队，河北邯郸056000）

1 概述

地热能是一种现实可行且具有竞争力的新型能源，作为一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，地热能量具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。我国中低温地下热水分布区域广泛，开发地热能对调整我国能源结构、节能减排、治理雾霾具有重要意思，是促进生态文明建设的重要举措。

当阳市历史悠久，位于湖北省中部，地处鄂东南山地前缘，大巴山脉东麓，荆山山脉以南，南北最大纵距76.5km，东西最大相距51km，西邻三峡宜昌，东连荆州古城，北通襄阳隆中。2017年6月，当阳市被命名国家卫生城市。2017年12月，当选中国工业百强县（市）。当阳市计划开发利用本地地热资源，对促进旅游业发展，带动相关产业、繁荣地方经济，定将起到积极的作用。

2 分析区构造特征

当阳市位于当阳复向斜汉江盆地的次级构造单元，属于中扬子准地台东区西北部的鄂北断块区，当阳地区位于中扬子台地中段。依据断裂结构和构造变形特征将

中阳子台地主体部分划分为：北部断弯褶皱构造活动区，南部断弯褶皱活动区及南北对冲构造活动区（图1）。

据图1分析得知，中三叠世以前，历次构造运动在本区主要表现为垂直升降运动，构造活动面上、下为整合或假整合接触关系。在中三叠世末期发生的印支运动，使得扬子台地北缘的秦岭海槽开始关闭，发生强烈褶皱，波及整个扬子台地。它对本区的影响尤为强烈，其表现除垂直升降外，还伴有一定程度的水平挤压活动，从而形成了当阳地区的隆起凹陷相间的构造格局。初步分析认为，当阳市旅游开发区一带位于当阳复向斜盆地地区，历经多次构造运动，地质构造非常复杂，从而导致古生界埋藏很深，尤其是远安凹陷（地堑）埋藏更深。

图1 当阳地区构造位置图

3 地热矿水形成地质条件

3.1 工作区地温场（地温热源）

据调查分析，当阳复向斜地层基本为连续沉积。燕山运动早期，随着挤压应力的增强，区内构造沉积幅度增大，接受了巨厚的侏罗系沉积。白垩世至晚白垩世初期，可能挤压应力进一步增强或构造应力场方向转变的影响，使区内侏罗系发生大规模抬升剥蚀，目前侏罗系最大残留厚度不超过800m。晚白垩世以来，整个汉江盆地地壳拉张沉降，当阳复向斜中部、南部持续接受了晚白垩世和新生代沉积，沉积厚度为几百米至4000余米，其北部沉积较薄甚至缺失。

另据资料研究表明，区内上三叠统—下侏罗统在早白垩世早期达到190℃～210℃，至早白垩世末—晚白垩世初剥蚀冷却至地表20℃～40℃；晚白垩世至古近纪沉积使该套地层又一次埋深增温至140℃～165℃，造成裂变径迹完全退火；喜马拉雅期再次构造抬升及剥蚀冷却至现今70℃～90℃。区内古近系经历最高地温为100℃～120℃和现今40℃～50℃。古地温梯度分别为中生代（36.3～43.0）℃/km 和新生代（30.2℃～38.8）℃/km，现今降至28.9℃/km。

综合上述，总体初步认为，区内地热源通过构造控制来源于深部地球运转热能，使得地下水加热形成地热水。随着深度的增加地温梯度也会随之增高。工作区隐伏的碳酸盐岩厚度较大，层位稳定，分布广泛，岩溶裂隙相对发育，且连通性较好，受区域构造的影响，地下水向深部运移易吸收深部热能，因此工作区地温热源主要来自地球转运热。

3.2 地热矿水热盖层

据工作区地质、水文地质条件分析，区内沉积厚度较大的泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等泥质含量高，孔隙裂隙不发育，结构致密，且层位连续、稳定，隔水、隔热性能强，起到保温作用的称之为热储盖层。

区内热储盖层主要有以下4层：

（1）第四系更新统及下第三系热储盖层。岩性分别以粘土、砂质粘土及泥岩、砂质泥岩、粉细砂岩为主。隔水、隔热性能较强，但区内厚度较薄。

（2）白垩系跑马岗组、红花套组、五龙组热储盖层。以上各组的粉细砂岩与泥岩互层段隔水、隔热性能较强，构成良好的热储盖层。

（3）侏罗系中统聂家山组热储盖层。本组的厚层状泥质粉砂岩与粉砂质泥岩互层，以及中厚层状细砂岩段隔水、隔热性能较强，构成良好的热储盖层。

（4）三叠系中上统泥岩段热储盖层。该系上统巨厚的泥岩段，以及中统所夹泥质岩、页岩、粉细砂岩等隔水、隔热性能强，为良好热储盖层。

3.3 地热水热储含水层

根据前述含水岩组划分及岩性描述，结合地热地质特征，区内富水性相对较好，且具深循环热储含水层位有4个，分别是：

（1）白垩系罗镜滩组及石门组砾岩段热储含水层。据砾岩成分分析，白云岩含有碳酸盐岩成分，具有一定程度的岩溶化极易溶蚀成分，为地热水的赋存创造了一定空间，有利于地下水的补给和运移，可视为相对较好的热储层（因埋藏较浅，可能水温较低）。

（2）侏罗系下沙溪庙组及桐竹园组中粗粒砂岩、砾岩段含水层。岩性以该组底部厚层状粗粒砂岩和含砾砂岩为主，可视为热储含水层之一（据剖面厚154.20m）。

（3）三叠系下统厚层灰岩热储含水层。据构造条件分析，区内灰岩岩溶裂隙发育，岩溶化明显，岩溶水补、蓄条件良好，构成较为理想的热储含水层之一（中统碎屑岩夹灰岩及白云岩段，也可视为热储含水层）。

（4）二叠系茅口组、栖霞组灰岩热储层。据区域地表温泉出露条件看，区域有多处温泉出露于该层，多沿断裂带溢出成泉。说明灰岩岩溶裂隙发育，有利于岩溶水的补给与富集。

根据大地电场探测解释成果如下：

（1）有含水层显示的层段埋深分别为530～590m、915～955m、 1620～1660m、 1800～1840m、 2140～2190m、2860～2940m（DY1点）；

（2）断层破碎带迹象，在埋深1100～1450m之间。

4 地热矿水热储分析

根据所处地质构造的位置及地下热水的形成条件，初步分析认为，其赋存形式应属于深循环型和沉积盆地型。按热储构造类型划分，应属于裂隙型，即热水储存于基岩蓄水构造中。根据地质环境和地热传导方式，其热储系统应属于传导型，也是中低温地下热水的主要赋存方式。热储的地质要素是远离补给区，具有深循环的地下水系统，热储盖层隔水、隔热性能强，且连续、稳定，地下水径流缓慢，是裂隙型热储发育的主要前提条件。

区内地下热水应属于孔隙裂隙及岩溶裂隙地下水的研究范畴。在构造条件、岩性条件、埋藏条件的有利地段，岩溶裂隙发育，为地热水的赋存提供了良好空间，从而有利于地下水的形成于赋存。

根据热储的地质要素分析，其地热水的循环条件具有以下基本特征：①热储层埋藏较深，具有深循环特征的地下水系统；②热储盖层隔水、隔热性能相对较强，且连续、稳定；③距地下水补给区较远，地下水径流缓慢。因此，按热储构造类型及传导方式同时基本具备裂隙型及传导型热储发育的前提条件，也同时具备中低温地下热水的形成条件。

本区地下热水基本符合基岩地下水运动规律，与其上覆基岩地下水所不同的是它聚集于深埋蓄水构造，运移于深埋径流区。由于热储层埋藏深径流途径长，速度相对缓慢，能够吸收深部热能，水温会随深度增加及与沉积基底距离的减小而增高，并与围岩发生溶滤作用，从而形成温度相对较高的地热水。

5 地热矿水开发可行性分析

5.1 地热异常明显区

当阳市周边无天然温泉出露，地面也未见地热异常显示。但据北部山区温泉调查资料表明，温泉出露地层多为三叠系、二叠系、奥陶系、震旦系，且泉水多沿大型断裂带或裂隙密集带溢出成泉，水温一般在30℃～45℃，最高可达60℃以上。另从收集到的中石化南方勘探开发分公司《江汉盆地当阳复向斜当深3#热史恢复及其油气勘探意义》提供的资料，据热导率测试结果，现今地温梯度为（2.0℃～2.48℃）/100m；与区域相比，场区热储层埋藏深，有利于地热井形成与赋存。

5.2 基本具备地热水的行程条件

对照地热水形成理论的4个条件，本区有相对较高的地温场，有较理想的地热水补给源，有相对较好的储水层位，有相对良好的热储盖层。

据本区地热水热储类型与特征的分析，本区热水储存形式、热储构造类型、传递方式，以及热储地质要素等均符合中低温地下水的形成条件，在当阳市一带开发地热水的基本设想和要求是可行的。

5.3 地热井预测

（1）水温。根据区内调查资料分析，当地多年平均气温为18℃左右，现今地温梯度为（2.0℃～2.48℃）/100m，平均值为2.24℃/100m。例如，止水深度1100m，终井深度2500m计算，理论计算得出出水段水温在42℃～74℃之间，但是受浅层含水层径流条件影响，预测水温约大于45℃。

（2）水量。在当阳复向斜盆地范围内，目前尚无深层裂隙水及岩溶水含水层富水性的依据可循。本次依据地表泉水调查及个别浅层钻孔资料分析，白垩系及侏罗系富水性弱（视为热储盖层）；三叠系中统富水性弱，下统相对较好，系热储含水层之一；二叠系下统富水性较强，视为较理想的热储含水层。鉴于地热井热储层位埋藏很深，一般情况下，随埋深的增加岩溶裂隙发育程度会逐渐变差，热储含水层的富水性也会随之减弱。据概略预测，如地热井孔深在2500m左右时，出水量大于500m3/d。

6 结语

本次地热地质条件勘查工作，选择了区域地质及水文地质资料收集，并在综合分析研究的基础上，开展工作区地热地质调查及地面物探工作，通过分析论证得出以下结论：

（1）调查区具有地热资源，具备地下热水形成条件，开发地热水资源的基本可行。

（2）当阳地区具有热储发育的前提条件，符合热储的地质要素及基本要求。按热储构造类型划分，应属于裂隙型，按传递方式应属于传导型。

（3）初步确定地热水取水层以三叠系中统巴东组、下统嘉陵江组和大冶组为主。在出水量和水温不能满足要求的情况下，可将井深延至二叠系下统茅口组和栖霞组。

（4）预测井深在2300～2500m时，出水量大于500m3/d，水温大于45℃。