贵州省泥盆系地热资源成矿概念模型

蔡回炜

（贵州正业水利水电勘测设计有限公司，贵州 贵阳 550005）

地热资源是指能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分，属于矿产资源。按地热资源类型可知，贵州省地热资源是以液态水为主的地热资源（李长辉，2014），且属于中低温地热资源（韩至钧等，1996；刘明博等，2020）。地热资源和其他矿产一样，可通过对其形成规律的研究，总结其成矿模型。由于多数地热勘查单位对勘查区块的地热资源成因及成矿模式分析不足，盲目施工，导致贵州省地热温泉井成井率相对较低，因此成矿研究对于温泉资源勘探开发的重要意义逐渐凸显（陈龙等，2020）。

成矿模型是70年代以来广为流行的术语，它是地质成矿特征的理论形象概括（闻广，1989），在金属矿产、非金属矿产、固体矿产、液体矿产研究时均运用该理论进行成矿规律、成矿特征的理论总结与概括。地热资源成矿模型即是对地热资源成矿特征的理论形象概括。国外对地热系统尤其是中低温地热系统、地热成因的研究起于20世纪60年代末，White（1968）、Reed（1983）等学者率先对自然出露的中低温地热泉点成因模式及地热系统做出了研究。自20世纪以来，越来越多的学者通过地热钻孔等资料研究地热成矿。1970年以来，在李四光同志的积极倡议下，我国开始掀起一个群众性普查勘探与综合利用地热资源的热潮，1977年4月，原国家地质总局召开南方九省煤田地质与地热地质工作会议，对我国地热研究与勘探开发工作起到一定的推动作用（黄尚瑶等，1979）。自20世纪80年代至21世纪，越来越多的国内学者对我国地热资源的成因等特征进行研究，建立了相应的成因模型（李乐乐，2016）。

贵州省泥盆纪地层大致分布于赫章郎家冲-织金杜家桥-施秉-榕江一线以南地区，该线以北缺失，出露面积约5412 km2，出露最大厚度2362 m（独山布寨）（贵州省地质调查院，2017）。通过近几年地热资源勘查成果可知在贵阳、安顺、六盘水和兴义等地区多数区域内地热资源勘查经济深度内可设计目标层位仅为泥盆纪地层，因此研究泥盆系地热资源成矿模型，可为贵阳、安顺、六盘水和兴义等地区以泥盆系为地热资源勘查目标层位的勘查设计工作提供参考。

本文从岩相古地理着手，研究沉积相、岩相古地理特征与地热井特征模型因子之间的规律，初步建立贵州省泥盆系地热资源成矿概念模型，为后续贵州省泥盆系地热资源成矿数值模型研究提供理论参考，为贵州省相似地热地质条件区域地热资源成矿预测提供概念模型参考。

2 研究方法

1）研究目标

选定贵州省贵阳市以泥盆系为热储层的地热井分布区域为本文研究区，并进行系统研究，初步建立贵州省泥盆系地热资源成矿概念模型。

2）研究内容

充分收集研究区内以泥盆系为目标热储层的地热井勘查资料，研究基础地质资料及地热地质特征；研究泥盆纪岩相古地理及沉积盆地演化特征；研究地热系统形成条件及地热成因模式，并建立研究区泥盆系地热资源成矿模型。

3）技术路线

研究技术路线详见图1。

图1 研究技术路线图Fig.1 Research technology roadmap

4）地热井特征

通过对贵州省贵阳市地热井进行筛选，以泥盆系为目标热储层的地热井有2处，一处分布在双龙航空港经济区（编号：DR01），另一处分布在花溪区青岩古镇（编号：DR02）。具体位置见图2。

图2 贵阳地区以泥盆系为目标热储层的地热井分布图Fig.2 Geothermal wells distribution map which argeting devonian thermal reservoirs in Guiyang area

根据DR01号与DR02号地热井勘查设计及勘探成果，其热储特征、地温场特征、自然资源质量特征等模型因子特征见表1。

表1 DR01号和DR02号地热井模型因子特征统计表Tab.1 Statistical table of factor characteristics of geothermal well model of DR01 and DR02

3 岩相古地理及沉积盆地特征

3.1 岩相古地理特征

1）泥盆纪岩相古地理特征

根据前人研究成果，贵州省泥盆纪岩相古地理分4个阶段，分别为早泥盆世郁江—四排期、中泥盆世应堂期、中泥盆世东岗岭期和晚泥盆世。研究区泥盆纪岩相古地理特征分述如下（图3）：①DR01号与DR02号地热井在早泥盆世郁江—四排期属陆源碎屑滩相，距今约416～398 Ma，岩性组合主要为砂岩。②DR01号地热井分布区域在中泥盆世应堂期属陆源碎屑滩相，距今398～392 Ma，岩性组合为砂岩；DR02号地热井分布区域在中泥盆世应堂期属台地边缘礁滩相，距今398～392 Ma，岩性组合为灰岩与砂岩组合。③DR01号地热井分布区域在中泥盆世东岗岭期属海岸沙滩相，距今392～385 Ma，岩性组合主要为砂岩与白云岩组合；DR02号地热井分布区域在中泥盆世东岗岭期属开阔台地相，距今392～385 Ma，岩性组合主要为灰岩与砂岩组合。④DR01号与DR02号地热井在晚泥盆世属局限台地相，距今385～359 Ma，岩性组合主要为白云岩组合。

图3 研究区泥盆纪岩相古地理图Fig.3 Map of lithofacies and paleography of the devonian in study area

2）泥盆系对应地层岩性组合特征及热储盖层特征

综合分析DR01号地热井和DR02号地热井勘探成果资料，结合DR01号和DR02号泥盆纪各阶段对应地层岩性组合特征及热储盖层特征，具体见表2。

表2 研究区各岩相古地理时期地层岩性组合特征及储盖特征Tab.2 Lithologic combination and reservoir cap characteristics of strata in each Lithofacies Paleogeography period in the study area

3.2 沉积盆地特征

根据前人研究成果，研究区在泥盆纪经历的地质构造期主要为海西-印支-燕山构造旋回期（晚古生代-早白垩世），该时期沉积盆地演化阶段处于早期裂谷盆地阶段，在贵阳地区为右江盆地，从中泥盆世—早石炭世沉积岩性为：碳酸盐岩、泥质岩（图4）。

图4 中泥盆世至早石炭世右江盆地沉积示意图Fig.4 Diagrammatic sketches showing the evolution of the YOUJIANG basin from middle devonian to early carboniferous

4 地热成矿模型

通过对DR01与DR02地热井的开孔地层、热储层、隔热保温盖层、热源和水源等模型因子的综合研究，依据贵阳市各地层岩性及厚度资料（贵州省地质局区测大队，1976），建立研究区泥盆系成矿模型如图5。

图5 研究区泥盆系地热资源成矿模型示意图Fig.5 Schematic diagram of metallogenic modle about geothermal resources of devonian in study area

5 结论

研究区泥盆系地热资源成矿概念模型显示：1）区内泥盆系中上统岩相以碳酸盐岩为主，该地层中的岩溶空隙和构造空隙共同组成了地热水的赋存空间；石炭系下统以碎屑岩为主，具有较好的隔热保温性。2）热源主要来自深部的热传导，也包含有沿断裂形成的热对流。3）水源主要为大气降水的下渗补给，下渗、径流通道既有浅部碳酸盐岩地层的岩溶空隙，也有因构造作用形成的构造空隙；地下水在下渗过程中，不断吸收围岩热量，水温逐渐升高，同时对含水介质的溶解反应作用也逐渐增强。4）地热水化学特征主要受泥盆系中上统地层背景值影响。因此可初步预测，在研究区及其周边泥盆系未缺失地区，地表出露地层为三叠系中统、三叠系下统，可设计泥盆系为目标热储层、石炭系下统为隔热保温盖层。

该模型在地质构造的导热导水特征方面还需要加强研究，运用模型进行地热资源成矿预测时，应考虑地质构造作用造成的地层缺失与地层重复特点，提高地热资源热储深度和地热井成井深度的预测。