广东省龙门县龙田镇赖屋地热田地质特征及成因分析

2022-10-14李华萍

现代矿业 2022年9期

李华萍

（广东省有色金属地质局九三五队）

依托丰富的地热资源，开发利用地热成为广东省龙门县龙田镇近年来经济重要的增长点，而对区内地热田进行调查评价工作是科学开发的基础。地热资源调查评价工作是根据可开采热量、流体量以及流体质量并按其开发利用方向定性评估其经济、社会、环境效益［1］。地热资源调查评价工作对实行统一规划和有效保护地热资源、将资源优势转变成社会效益具有重要的意义。

赖屋地热田作为龙田镇重要地热田之一，地质研究程度偏低，地热田成因认识不足。本次工作通过地热地质调查、地热钻探工程和测温等手段，对地热田的地层结构、热储及其盖层的地热增温率、主要热储特征、地热流体温度、压力和产量等地热地质特征进行研究，在此基础上初步探讨地热田的成因及中深层地热资源的找矿远景。

1 地热田地热地质特征

1.1 地质特征

龙田镇赖屋地热田在区域上位于华南褶皱系中南部，处于横跨全省的东西向佛冈—丰良深断裂带中段，夹持于北东向恩平—新丰深断裂带和河源深断裂带之间［2］。区域内经历加里东—海西—印支—燕山—喜山5个阶段的构造运动，在加里东—海西—印支运动时期基本形成了本区的构造形迹格局，后经燕山—喜山运动的改造形成了如今多种多样、复杂多变的构造形迹。

1.1.1 地层结构

该地热田地层结构较简单（图1），出露的地层由老至新叙述如下。

（1）泥盆系上统帽子峰组（D3C1m）分布在地热田的西南角，岩性主要为上部中—厚层状细（中）粒长石石英砂岩或粉砂质细砂岩，间夹泥质粉砂岩、粉砂质泥岩或呈互层，中部和下部多为细粒（长石）石英砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩互层或呈夹层，厚度＞530 m。

（2）石炭下统石磴子组（C1sh）主要分布于地热田中部沿北西向展布的低洼地带，大部分地段均被第四系或成炭系下统测水组覆盖。岩性主要为灰岩、大理岩化灰岩、大理岩、中部夹泥质灰岩和炭质页岩。据已有钻孔资料，该组灰岩岩溶较发育，见洞率达25%，富水性强，为热水储藏提供了良好空间。

（3）石炭系下统测水组（C1c）分布于地热田的东半边，岩性为灰色、灰黑色粉砂质页岩、页岩、细砂岩，局部央炭质页岩及劣质煤层，厚度为109～267 m。

（4）第四系更新统（Qp）主要分布在河流阶地及冲沟中下游的低洼地带，岩性以亚黏土、含黏土中粗砂和砾砂为主，局部为卵砾石，厚度多为2～5 m，局部达5 m以上。

1.1.2 岩浆岩

该地热田西侧见晚侏罗世侵入岩（J3γβ），岩性为中细粒黑云母花岗岩，多为浅灰白—灰白色，似斑状结构、变余花岗结构，岩石成分主要由42%～43%钾长石、25%～30%斜长石、27%～28%石英和少量黑云母等组成。

岩体主要在东西向的构造环境中，岩浆以辐射扩张为主的方式侵位，属中深成相，其定位深度大致为3～8 km，岩体已遭受深度剥蚀。

1.1.3 地质构造

该地热田地质构造以断裂为主，以北北西和北北东向断裂较为发育。

F35断裂走向为16°～18°，倾向东，倾角为48°左右，该断层破碎带以角砾状硅化粉砂岩和裂隙被褐铁矿充填为主，破碎带宽度较大，在LZK1 井附近可见宽度大于15 m。此外，在地热田西部也发现1条断层破碎带与F35断裂大致呈平行产出，相距650～700 m，断裂走向为8°～12°，总体倾向东，倾角为72°～78°，破碎带宽度为10～40 m，延伸大于1 km，以硅化岩、角砾岩局部夹糜棱岩为主要特征，在破碎带中的裂隙倾向西为主，倾角为65°～70°，显示多期次活动特征。由此，初步认为北北东向F35断裂可能为主要的控热构造。

F36断裂属区域上某断裂沿走向往南东方向的延伸部分，为推测断裂。该断裂与F35断裂构造1 对呈“X”型构造格架，共同控制本地热田地热异常区的分布。

F37断裂走向为77°，倾向南，倾角为35°～40°，经钻探揭露，见构造角砾岩、硅化岩。

1.2 水文地质特征

1.2.1 地下水类型

根据地下水分类方法，结合本区地下水赋存条件及含水岩组特征，将区内地下水划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水、碎屑岩类裂隙水和岩浆岩类裂隙水四大类，分述如下。

（1）松散岩类孔隙水主要分布于地热田内东半部某河两岸阶地及其两侧的山间谷地中，属第四系全新统冲—洪积层，岩性以亚黏土和含黏土中粗砂为主，部分地段为卵砾石层，厚度为2～5 m，少数达5 m 以上，厚度变化较大。透水性及富水性变化较大，其中在某河两岸冲—洪积阶地中含水层厚度较大，透水性及含水性较强，单井涌水最达100～300 m3/d，局部可达300 m3/d以上，在其它山间谷地含水层厚度较小，透水性及含水性较弱，单井涌水量为100 m3/d左右，富水性总体上为贫乏。

（2）碎屑岩类裂隙水分布于地热田内南东的中部及东部地段，主要为石炭系下统测水组（C1c）的砂页岩裂隙水组成，主要赋存在粉砂质页岩和细砂岩的风化裂隙及构造裂隙中。一般泉流量为0.14 L/s，地下水迳流模数小于6 L/（s·km2）。富水性总体上为贫乏。

（3）碳酸盐岩类裂隙溶洞水石炭系下统石磴子组（C1sh）主要分布于地热田中部沿北西向展布的低洼地带，大部分地段均被第四系或石炭系下统测水组（C1c）砂页岩覆盖。59 个钻孔中共有33 个孔揭露到灰岩或大理岩，其中有8 个钻孔揭露到溶洞，见溶洞率为25%，溶洞的发育和分布主要受构造的控制。在断裂构造通过的地段溶洞发育，富水性强，单井涌水量达100～2 000 m3/d。断裂带以外的钻孔，溶洞、溶隙不发育，富水性差。

（4）岩浆岩类裂隙水主要分布在地热田的西部，岩性为晚侏罗世中细粒黑云母花岗岩（J3γβ），泉流量为0.794～2.552 L/s，枯季地下径流模数为9.318～16.290 L/（s·km2），富水性中等至丰富。

1.2.2 补给、径流及排泄条件

地热水补给来源主要是大气降水，其次为地表水体。区内年降雨量大于2 000 mm，雨量充沛，枯水期短，补给来源充足。地形为低山丘陵地带，地形变化大，北部山区以缓坡为主，植被发育，南部以山间冲积平原为主，有利于地表水和地表径流对地热水的补给和汇集。山区岩石风化裂隙较发育，第四系土层薄，有利于大气降水的渗入补给。总体来说，地热水补给条件较好。

碎屑岩类裂隙水受岩层分布、产状及构造的影响，地下水的径流途径较长且复杂，地热田内地热水径流较为复杂，呈多方向性，但总体由北往南径流。

地热田内地热水排泄形式以上升泉为主，有少量向浅层地下水扩散排泄。

1.3 地热田边界条件

赖屋地热田主要受断裂及岩性条件控制。地热异常区呈近南北向的带状分布，受F37与F36断裂控制。F37与F36交错复合部位形成应力集中区，是本地热田的中心。地热流体主要赋存于这2 条断裂构造破碎带以及隐伏灰岩及大理岩断裂构造带的溶洞及溶蚀裂隙中。根据已有资料分析，地热田东、西边界主要受岩性条件控制，西侧岩性主要为晚侏罗世中细粒黑云母花岗岩及泥盆系砂页岩，裂隙发育一般，隔热性较好；东侧主要为测水组砂页岩，岩石裂隙闭合，岩心较完整，透水性差，隔热性较好，以上分别形成了地热田的东西边界。地热田南北两侧随着远离断裂交汇应力集中区，岩石裂隙发育变弱，岩芯趋近完整，透水性及富水性变差，可形成相对隔水、隔热的渐变过渡型边界。

1.4 地温场特征

1.4.1 平面地温场特征

赖屋地热田25℃等温线圈闭埋深14 m，为近南北向带状，受F37与F36断裂影响，热异常范围较大。30℃等温线呈长椭圆形，长轴为北北东向，与主控热断裂F35走向基本一致，最大宽度为125 m，热异常范围较小。地温变化总体为由高温中心往北—南向降低，趋势较缓慢，而往东—西方向迅速降低。

1.4.2 垂直地温场特征

据钻孔测温资料分析（图2），赖屋地热田垂向温度变化有一定规律。从钻孔LZK1 来看，孔深在0～60 m 水温随孔深增加而快速增加，60 m 以深孔段，随着深度增加温度变化不大，甚至还出现水温缓慢下降的现象。观察孔8 和观察孔9 因靠近构造带近地表温泉出露位置，增温非常快，但同时受浅部地下冷水影响，水温出现一定的波动。

1.5 热储特征及其埋藏条件

赖屋地热田地热流体主要赋存于石炭系下统测水组（C1c）硅化粉砂岩和砂岩的断裂构造破碎带中以及石炭系下统石磴子组（C1sh）灰岩及大理岩断裂构造带的溶洞及溶蚀裂隙中。

目前认为，地热田热储层受呈“X”型构造格架的F37与F36断裂及岩性共同控制，形成呈南北东向展布的带状热储。平面上其影响的宽度约125 m，长度约300 m。垂向上，钻探揭露石磴子组灰岩热储层厚度达150 m，尚未揭穿底板，推测热储厚度较大，埋藏深。

地热田盖层岩性为测水组粉砂页岩和第四系黏性土层，厚度为16～55 m，其透水性差，保温性好。

2 地热资源成因

通过综合分析赖屋地热田地热地质特征，参考相关的资料和文献，初步探讨地热田资源成因。

目前认为，赖屋地热田为水热型地热系统，热储类型为开放型—半圈闭型带状热储［3］，受断裂构造以及岩性控制，以碳酸盐岩裂隙溶洞储水为主要特征，其地热的形成机理基本相同。其水热成因的机制是大气降水、地表水体或常温地下水通过断裂构造和风化裂隙下渗，在断裂破碎带深循环过程中，汲取正常或偏高大地热流背景下被深部热流加热了的岩石热量获得增温，热水沿断裂带上涌，在有一定盖层条件的构造带或岩溶溶洞裂隙带中储存形成热储，若遇贯通地表与深部的断裂，在地形低凹处出露成为温泉［4］。

综上，初步构建该地热田的成因模式图（图3）。

3 资源远景分析

赖屋地热田勘查工作对浅层热储层取得了一定的认识，但都局限在600 m 以浅，对中深部热储尚未有钻探揭露和验证。结合已有的地质资料分析认为，赖屋地热田中深地热资源的找矿远景潜力较大，主要具有以下3个有利条件。

（1）赖屋地热田大地构造位置处于横跨全省的东西向佛岗—丰良深断裂带中段南侧，北东向恩平—新丰深断裂带和河源断裂带夹持部位。区内经历了多期次、不同方向的构造应力作用，断裂构造发育，为地下冷水进入深循环增温形成热水提供良好条件。区内北东向断裂构造发育，且切割较深，为深部热水向上运移提供了通道，当叠加北西向、近东西向的断裂构造时，其交汇部位往往是地热形成的有利部位。

（2）赖屋地热田岩浆活动强烈，西部、北部大面积分布燕山期花岗岩，同时深部还可能存在较大规模的隐伏花岗岩体。花岗岩体富含U、Th、K 等放射性元素，其放射性元素衰变热为地热水的形成提供了良好的热源。

（3）地热田内有大面积隐伏的石炭系和泥盆系碳酸盐岩，具有相对封闭性，盖层条件较好，为热水的储存提供了良好空间。