浅析江西省宁都县罗陂地热的控热构造及深层开发潜力

陈秋伶，海涯，杨利勇

(1.江西省地质矿产勘查开发局915地质大队,南昌 330002;2.江西省地质矿产开发研究中心，南昌 330002)

能源是支撑经济持续增长的物质基础，保持经济的持续増长需要消耗大量能源，而传统的化石能源越来越少，人们亟需寻找新的能源来替代传统的化石能源。由于地热资源具有清洁、环保、可再生的优点，以及当前全国上下对生态环境保护的高度重视，人们对地热资源的关注度与开发热忱度愈来愈高涨，地热水找矿勘查为此正如火如荼的展开。

江西省赣南片区地热资源在科研、旅游、工农业等方面有巨大的开发价值，吸引了众多地质勘查人员及开发者。地热水的开发使用，在节能环保、医疗保健、工业农业、旅游开发等方面取得了巨大的经济效益。受有关方面委托，我单位于宁都县罗陂地热田开展勘查工作，研究本矿区地热资源的区域地质背景及成矿构造，目的在于分析地热水温、水量受构造在水平与垂直方向的控制关系及规律，在充分利用有限的勘查资金最大限度地开发地热资源方面具有指导意义[1,2]。

1 研究区概况

研究区位于宁都县城正北方向，距宁都县城约8 km，行政区划属会同乡管辖。区域上，断裂构造发育，地质构造复杂，岩浆岩发育。经勘查，研究区内主要发育6条北东-北北东向断裂(F1、F2、F3、F4、F4-1、F5)。研究区共施工3个地热钻孔(ZK1、ZK2、ZK3)、11条物探剖面线(8条可控源音频大地测深物探剖面及3条视电阻率联合剖面测量)等。勘查结果表明，与地热水关系密切的为F4、F5断裂，地热田的热水温度为36 ℃～44 ℃，自然边界可开采量为3 016.47 m3/d，取得了较好的找矿成果。地热流体中偏硅酸(H2SiO3)含量53.88～99.75 mg/l、氟(F-)含量8.00～12.28 mg/l，水质类型为重碳酸硫酸钠型淡水，适合理疗、洗浴、采暖、温室等用途，具有较大的潜在经济价值。

2 区域构造地质条件与温泉出露特征

研究区大地构造位置地处北武夷西侧边缘，宁(都)于(都)坳陷北侧与桃山-雩山隆起北侧的相接壤地带，属鹰潭龙虎山-全南南迳地热远景资源区。区内地质构造复杂(区域构造地质图见图1)，岩浆岩发育。

2.1 褶皱

区域内基底褶皱为北东向背斜，位于研究区东南部，长大于6 km，宽大于3 km，黑云母花岗岩沿背斜核部侵入，两翼岩层倾角相近，西北翼倾向北西，倾角一般35°～55°，南东翼倾向南东，倾角一般40°～60°。

2.2 断裂

区域内断裂较发育，主要有北东向、北北东向及近南北向规模较大的断裂。规模较大的断裂以压扭性为主，倾向以南南东或南东为主，倾角一般60°～85°，少量为性质不明断裂。规模较小的断裂主要呈北西向，主要为性质不明断裂。

2.3 岩浆岩

区域内岩浆岩主要有早白垩世二云母花岗岩(γtK1)、晚侏罗世二云母花岗岩(γtJ3)、早白垩世黑云母花岗岩(γβK1)、早志留世二长花岗岩(ηγS12)。

脉岩较发育，多分布于区内北西部、东部，受构造控制明显，呈北东、北北东、南北、北西向分布，规模不一，一般长几十至几百米，宽几十米，脉岩可分为闪长玢岩脉、石英斑岩脉、花岗斑岩脉、花岗岩脉、伟晶岩脉等。

2.4 温泉出露特征

区域上属于鹰潭龙虎山-全南南迳地热资源区，断裂发育，主要为北北东向安远-鹰潭深断裂和北东东向中寨(全南)-江头圩(安远)大断裂等，断裂延伸 120～500 km，规模较大，近期活动强烈。

区域上有温泉分布，如宁都县湛田乡李村温泉，蓝田温泉；宁都县石上镇石上温泉(图2)。各温泉特征叙述如下(资料引自江西省地热资源预测及勘查总体规划成果报告)：

李村温泉：位于研究区南东面，属隆起断裂对流型，泉口温度52 ℃，温泉流量878 m3/d。水化学类型为重碳酸·硫酸-钠型，含F、Li、Sr特殊组分。

蓝田温泉：位于研究区北东面，属隆起断裂对流型，泉口温度45 ℃，温泉流量61 m3/d。水化学类型为重碳酸·硫酸-钠型，含F、Li特殊组分。

石上温泉：位于研究区东面，属隆起断裂对流型，泉口温度35.5 ℃，温泉流量207 m3/d。水化学类型为重碳酸·硫酸-钠型。

1.地层代号；2.花岗岩代号；3.岩脉；4.压性断层、压扭性断层；5.性质不明断层、推测断层；6.地层产状；7.流动构造方向；8.地质界线；9.不整合界线；10.温泉点及编号；11.研究区范围图1 宁都县罗陂地热水区域构造地质条件图 (据1∶20万兴国幅、宁化幅区域地质矿产图修改)

1.上升泉群 编号温热水低温温泉水温(℃)；3.温水低温温泉压扭性断裂；5.性质不明断裂；6.两侧充水断裂；7.推测充水断裂；8.地质界线；9.水文地质界线(虚线为推测)；10.不整合接触界线；11.岩层产状；12.研究区范围

3 研究区构造地质条件

研究区内褶皱不发育，主要发育6条北东-北北东向断裂(F1、F2、F3、F4、F4-1、F5)，与地热水关系密切的为F4、F5断裂(图3)。

3.1 F1断裂

于研究区北东角有露头、向南西延伸至研究区5号拐点附近，出露长1 175 m，宽1.90～16.6 m (图4)，倾向310°～346°，倾角70°～81°，该断裂上盘见上升泉出露，泉流量4.75 m3/d。

1.地层代号；2.岩浆岩代号；3.硅化构造破碎带产状及编号；4.断层及产状；5.推测断层；6.物探解译断层产状及编号(可控源音频大地电磁测深法)；7.地质界线；8.不整合接触界线；9.地层产状；10.地热钻孔及编号；11.温泉；12.下降泉/上升泉；13.物探剖面线及编号(可控源音频大地电磁测深)；14.物探剖面线(视电阻率联合剖面测量)；15.研究区范围及编号图3 研究区地质构造及勘查平面布置图

图4 F1断裂露头照片

3.2 F2断裂

从研究区北东角延伸至9号拐点南东侧，出露长300 m，往南西向延伸至矿区外围，出露宽0.8～8.0 m，倾向83°～135°，倾角47°～89°。

3.3 F3断裂

出露长920 m，中途被第四系覆盖，往南西向延伸至研究区外围，出露宽0.32～5.0 m，倾向300°～315°，倾角70°～89°。与F2断裂呈小角度相交。

3.4 F4断裂

由ZK1孔控制。出露宽2.10～5.00 m，属张性断裂，倾向320°，倾角72°～76°。为研究区主要的导水控热构造。

物探(可控源音频大地电磁测深)推断F4断裂走向北东向，倾向北西，倾角大于70°，F4断裂附近有硅化体存在。

3.5 F4-1断裂

见于ZK1孔439.49～447.98 m，断裂带内充填萤石矿脉，采取了6个化学样品，总样长6.68 m，总视厚度8.49 m，CaF2最低品位14.43%，最高品位41.65%，平均品位21.21%，地表由于覆盖未发现该断裂出露。

3.6 F5断裂

由ZK2、ZK3孔控制。地表出露宽1.00～2.00 m，倾向298°～304°，倾角61°～70°，见于ZK2孔162.17～164.57 m、ZK3孔611.58～613.45 m，岩性为弱糜棱岩化-糜棱岩化似斑状黑云母花岗岩(镜鉴)，属压扭性断裂，岩芯裂隙面见绿泥石及白色热水沉淀物分布，为研究区主要的导水控热构造。

物探(视电阻率联合剖面测量)推断F5断裂倾向北西，与地表推断F5走向基本一致。

4 控热构造及深层找矿潜力分析

4.1 钻孔与断裂构造

ZK1孔控制F4断裂，该孔于317.34～318.40 m揭露到充填在F4断裂带内的萤石矿脉(图5)，萤石呈绿色，块状构造，采取了1个化学样品，样长1.00 m，视厚度1.23 m，CaF2品位40.62%；萤石矿脉内发育张性裂隙及晶洞，裂隙宽2 cm，中轴角5°～10°，晶洞内充填萤石及石英晶簇(图6)，晶洞大小一般0.5 cm×1.0 cm。此处孔口涌水量由432.09 m3/d增至968.46 m3/d，涌水量增加一倍之多，孔口涌水温度由29.4 ℃增至33.2 ℃，孔底温度36.2 ℃,温度升高3.8 ℃(表1)，由此可知F4断裂为研究区主要的控热导水构造。

图5 F4断裂带内充填的萤石矿脉照片(据ZK1孔孔深317.34～318.40 m)

图6 萤石矿脉内张性裂隙及晶洞照片(据ZK1孔孔深317.34～318.40 m)

ZK2、ZK3控制F5断裂，两孔分别于162.17～164.57 m、611.58～613.45 m揭露到F5断裂，岩芯都较破碎，孔内漏水较严重，且孔底温度有升高的表现，也表明F5断裂为研究区主要控热导水构造。

根据勘查所得相关数据计算，ZK1孔地热增温率为3.20 ℃/100 m ，ZK2孔地热增温率为5.43 ℃/100 m，ZK3孔地热增温率为4.17 ℃/100 m。

F4断裂控制的热储厚5.03 m，呈带状展布，岩性为萤石矿化碎裂似斑状黑云母花岗岩，岩芯破碎，裂隙及溶蚀孔洞发育，ZK1孔揭露到F4断裂时涌水量明显增加，涌水水温明显升高，说明F4断裂富水性强，为主要热储层；F5断裂控制的热储层厚17.83～30.27 m，呈带状展布，岩性为似斑状黑云母花岗岩、弱糜棱岩化-糜棱岩化似斑状黑云母花岗岩，裂隙局部发育，ZK2、ZK3孔揭露到F5断裂时孔内漏水明显，且孔底温度有上升表现，说明F5断裂富水性较强，为主要热储层。

综上，地热田热储垂向上主要受F4、F5断裂控制，为典型的带状热储。地下水储水空间主要为发育的裂隙带及溶蚀孔洞，以F4、F5断裂及发育的裂隙带为运移通道。

4.2 深层找矿潜力分析

4.2.1 地温场垂向特征

根据各孔孔底测温数据，绘制各孔孔底测温曲线图(图7)。

图7 各钻孔孔内温度垂向变化图

由图7可知，ZK1孔在揭露到F4断裂(317.34～318.40 m)时裂隙及溶蚀孔洞发育，孔内温度增加了1.2 ℃，孔口涌水量由432.09 m3/d增至968.46 m3/d，涌水温度由29.4 ℃增至33.2 ℃，涌水温度升高了3.8 ℃。穿过含水段后孔内温度平缓上升。

ZK2孔揭露到F5断裂或者连通断裂的裂隙密集带时，孔内温度升高了0.7 ℃～1.2 ℃，穿过含水段后孔内温度平缓上升。

ZK3孔揭露到F5断裂或者连通断裂的裂隙密集带时，孔内温度升高了0.8 ℃～1.4 ℃，穿过含水段后孔内温度平缓上升。

4.2.2 热储温度

研究区地热水为低温地热资源温水-温热水，不存在蒸汽损失，故采用无蒸汽损失的石英温标法估算地热水热储温度，计算方法如下：

(1) ZK1孔热储温度

式中,t为热储温度(℃)；C1为热水中SiO2含量(取41.44～61.02 mg/l)。

经此公式计算，ZK1孔热储温度t为93.52 ℃～111.85 ℃。

(2) ZK2、ZK3孔热储温度

式中,C1为热水中SiO2含量(取68.21～76.73 mg/l)。

经此公式计算，ZK2、ZK3孔热储温度t为116.43 ℃～122.32 ℃。

4.2.3 热储埋藏深度估算

(1) ZK1孔热储埋藏深度

采用下列公式计算：

式中，d为热储埋藏最大深度，单位m；t为热储温度，单位℃，取93.52 ℃～111.85 ℃；t0为当地年平均气温，单位℃，取18.3 ℃；△t/△h为地温增温率，单位℃/m，取0.032 ℃/m；h为常温层埋藏深度，单位m，取20 m。

经计算，ZK1孔热储最大埋深为2 370～2 943 m。

(2) ZK2、ZK3孔热储埋藏深度

ZK2、ZK3孔热储埋藏深度计算公式同ZK1孔，经计算，ZK2、ZK3孔热储最大埋深为1 827～2 514 m。

综上，研究区已施工3个钻孔内水温度随钻进深度的增加均平缓上升；由于勘查条件限制，目前施工的3个钻孔钻进最大深度800.10 m，与估算的热储埋藏深度相比还有很大的勘查空间。为此，推断研究区具有可观的深层开发潜力。

5 结论及建议

根据勘查结果及分析，江西省宁都县罗陂地热的控热构造为F4、F5断裂，该地热田具有可观的深层开发潜力。由于勘查资金有限，工作量主要布置在地热水有利富集地段，对整个地热田的边界控制尚不足，有待今后工作中加强研究。建议在研究区热储向下延伸的部位，增加钻孔的勘探深度，寻找温度更高的地热水，发掘更大的开发潜力。