龙门县永汉地热田地热资源储量计算及其开发利用建议

王孝亮 张 果

（广东省有色金属地质局九三五队）

龙门县因其独特的地质条件，地热资源丰富，有着中国首个“中国温泉之乡”“世界森林温泉保养地”的美誉［1］，现有温泉主要分布在永汉、龙田、蓝田等乡镇。永汉地热田位于龙门县县城235°方位约32 km的永汉镇，分为马星和隔陂2个热异常区。近年来，随着龙门县经济的高速发展以及温泉旅游业的快速崛起，永汉镇因其紧邻广州有利的地理位置与交通条件，温泉旅游人数和旅游收入呈直线上升，造成对永汉地热资源的需求量也急剧增加。当前永汉镇内已探明的地热资源可采储量约2 800 m3/d，远不能满足日常所需，同时部分民宿温泉酒店存在私自钻探抽采地热资源的行为，造成地热资源的无序开采和过度浪费使用，进而引发一系列的地质环境问题，甚至造成地热资源的枯竭。为此，当地政府提出要加大地质勘探力度，进一步探明提高永汉地热田的地热资源储量和开采量，通过由政府部门“统一管理、集中供水”方式进行合理开发利用，实现地热资源的可持续开发利用及地质环境保护。

本文通过利用地热地质调查、地球物理勘探、地热钻探、降压试验和测温等工作手段，分析研究了永汉地热田地热地质条件，进一步探明提高了永汉地热田地热资源储量，针对该地热田地热资源的特性，提出了资源开发利用方案和地质环境保护有关建议，为实现当地社会经济的可持续发展提供了基础地质数据，也为类似地热资源的勘探开发提供了借鉴。

1 地热田地质条件

1.1 地层岩性及构造条件

1.1.1 地层条件

永汉地热田内出露地层主要有第四系（Q）、石炭系测水组（C1c）、泥盆系上统帽子峰组（D3C1m）和泥盆系中统春湾组（D2-3ch），勘查区内第四系下部隐伏石炭系下统石磴子组（C1sh）灰岩以及泥盆系上统天子岭组（D3t）灰岩［2］（图1）。各地层由老至新分述如下：

（1）泥盆系中统春湾组（D2-3ch）在永汉地热田东部零星出露，岩性为土黄、灰白色的石英砂岩与粉砂质板岩互层或呈夹层组成，厚度约664 m。

（2）泥盆系上统天子岭组（D3t）在地表没有出露，隐伏于永汉地热田范围内第四系地层之下，岩性组成为灰、青灰、灰黑色薄层或中厚层条带状泥晶灰岩，夹少量薄层钙质页岩、细砂岩组成，厚度为50～130 m。

（3）泥盆系上统帽子峰组（D3C1m）分布于永汉地热田范围中部，呈北东—南西向长条状，岩性为上部细粒长石石英砂岩或粉砂质细砂岩，中下部细粒石英砂岩、粉砂质泥岩互层或夹层，厚度大于530 m。

（4）石炭系下统测水组（C1c）分布于永汉地热田范围中北部，岩性主要为灰色页岩、粉砂质页岩、黄色细砂岩，厚度为109～267 m。该地层以北东—南西走向呈长条状分布，走向总体为北东向，倾向北西，倾角为25°～35°。

（5）石炭系下统石磴子组（C1sh）全部为第四系所覆盖，分布于永汉地热田隔陂范围，岩性组成为灰—灰黑色泥晶灰岩，生物泥晶灰岩，泥晶粉晶灰岩，溶洞和溶蚀裂隙较为发育，厚度＞95 m。

（6）第四系（Q）分布较广，以河谷平原冲洪积砂砾、砂、亚砂土、粉质黏土为主，部分可见二元结构，厚度为9.38～38.3 m。

1.1.2 构造条件

根据物探资料及钻探揭露情况，本地热田内发现7条断裂［3］（图1），即北东向断裂F1、F2、F3、F4、F5、F6和北西向断裂F7，现分述如下。

1.1.2.1 北东向断裂

F1断层位于隔陂勘查区西部，走向北东27°，地表未出露，根据物探资料推断，倾向117°，倾角为63°～75°。探采结合井ZK5于388.38～394.35 m揭露细粒黑云母花岗岩，推测F1断裂切割深度大于1 km，可能切割下部花岗岩体。探采结合井ZK5于63.90～70.85 m揭露F1断层，破碎带中见构造角砾岩，但胶结较好，经分层降压试验，F1断裂导水性较差。

F2断层位于隔陂勘查区中心部位，走向约30°，倾向北西。探采结合井ZK4于21.61～46.57 m揭露该断层，断裂带内主要为构造角砾岩，角砾为砂岩，断裂带顶部见1.8 m厚铅锌矿石，断裂带内见黄铁矿化。断裂带内可见2层溶洞，含裂隙溶洞水，是主要的导水、导热断裂构造。

F3断层位于隔陂勘查区东部，地表未出露，根据物探资料推测，长度大于2.1 km，走向北东，南西段有反倾现象，倾向120°，北东段倾向270°，倾角72°。

F4断层位于马星勘查区西部，走向北东，倾向约300°，倾 角76°～81°。观4孔 于127.72～128.60 m、131.80～134.90 m、137.80～138.85 m、140.05～141.55 m揭露该断裂，为一断裂组，均被基性岩脉充填，岩脉外接触带见角砾岩，角砾成分为灰岩，砾径0.5～3 cm，棱角状。该断裂浅部可能局部透水或含微弱地热水，深部受方解石脉重新胶结后基本不含水。

F5断层走向约35°，倾向约215°，倾角约75°，探采结合井ZK1（23.60～25.40 m）和观1孔（31.58～47.30 m）揭露该断层，断裂带内为碎裂岩，该段采取率低，断裂带内岩溶发育，为马星勘查区导水、导热断裂构造。

F6断层位于马星勘查区东部，走向北东，倾向约125°，倾角73°～85°。ZK2井于106.95～114.72 m揭露该断层，可见密集裂隙带和溶洞，裂隙面可见铁质浸染、钙质条带，局部绿泥石化、和黄铁矿化，溶蚀发育明显。

1.1.2.2 北西向断裂

F7断层位于马星区北东部，走向北西，倾向40°，倾角65°。断裂破碎带宽3 m，破碎带中围岩产状混乱，见构造角砾岩，呈棱角状。F7断层周边未见地温异常。

1.2 水文地质条件

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、碎屑岩类裂隙水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水。

（1）松散岩类孔隙水。含水层岩性以第四系含砾中粗砂、砾卵石、砾砂、粗砂、粉细砂、黏土质砂等为主，地下水位埋深为0.20～6.10 m，单井涌水量约277.9 m3/d，水量中等。

（2）碎屑岩类裂隙水。含水层由石炭系测水组，泥盆系帽子峰组、春湾组的石英砂岩、粉砂质细砂岩、粉砂岩组成，地下水赋存于岩石的构造裂隙及风化裂隙中，水位埋深随地形及季节变化，处于5.77～17.2 m，枯季地下径流模数一般为0.4～11.6 L/（s·km2），泉常见流量为0.009～0.736 L/s，最大下降泉群水量达31.22L/s，水量中等。

（3）覆盖型及埋藏型碳酸盐岩类裂隙溶洞水。主要含水层组为泥盆系天子岭组和石炭系石磴子组的灰岩、炭质灰岩，隐伏于第四系之下，区内未出露地表，水位埋深为2.70～25.0 m，水量丰富区、中等区和贫乏区主要分布于中部隐伏岩溶谷地，单井涌水量为110～1 550 m3/d。

1.3 地热地质特征

1.3.1 热储岩性特征

地热田热储岩性主要为灰岩，其质硬性脆，在构造作用和地下水冲刷下，易形成溶蚀裂隙或溶洞。因此，在断裂带附近岩石裂隙、溶蚀沟槽及溶洞等较发育，为地热水资源的运移及储存提供了有利通道及空间，地热流体分布极不均一，水量贫乏—丰富。

（1）隔陂勘查区。根据钻孔揭露，隔陂区热储岩性主要为石炭系石磴子组（C1sh）灰岩，溶洞和溶蚀裂隙较为发育。岩石呈灰黑色，生物碎屑结构、泥晶结构，层状构造。

（2）马星勘查区。根据钻孔揭露，马星区热储岩性主要为泥盆系天子岭组（D3t）灰岩，溶洞和溶蚀裂隙较为发育。岩石呈灰、灰黑、灰白色，泥晶结构，层状构造、条带状构造。

1.3.2 热源及热流体通道

区域内断裂构造发育，岩浆活动强烈。根据钻孔揭露，ZK5于388.38～394.35 m揭露到花岗岩脉，孔底温度为64.6～64.7℃，马星村北部山子下原施工地热井于650 m揭露到花岗岩，南昆山慕思嘉华酒店地块钻孔于600～1 070 m也揭露花岗岩，观4孔于128.60～129.50 m、135.90～138.85 m、140.05～141.55 m揭露基性岩脉，据此推测永汉地热田深部存在大面积早白垩世侵入岩，基性岩则为幔源物质的来源提供了直接证据。因此，初步认为永汉地热田的热源主要来自于沟通深部热源的活动断裂带的热对流，其次为岩浆活动产生的岩浆余热、岩体中所含的放射性元素蜕变所释放的热能以及侵入岩体对幔源热的热传导。深、大断裂带为地下水深循环获得热量后往浅部运移，从而为热对流提供了有利条件。

据野外地质调查、物探推测和钻探揭露，地热田北东向断裂构造较为发育，在构造和地下水作用下易形成连通性较好的裂隙溶洞发育带，为深部地热流体的循环和运移提供了良好的通道及空间，形成对流型地热系统。在热异常范围内，当钻孔穿过第四系，揭露到北东向断裂带后即可发现地热水。

1.3.3 地热流体流场特征

马星、隔陂勘查区地处隐伏岩溶谷地，推测低山丘陵区是地热流体的主要补给区。径流和排泄途径则受岩溶裂隙和构造裂隙空间展布所控制。

1.3.3.1 地热流体的补给

地热流体主要补给来源是大气降水，其次是地表水体。地热田东部地势较高，地下水具高势能，在较高的势能作用下，由常温裂隙水下渗补给断裂带构造裂隙水。

同时，近地表常温水浅部潜流补给热储层。常温水沿断裂带向深部径流和循环，吸收地热能加热并溶解岩石中的多种矿物质，形成了热流体，储存于深部构造裂隙中。热流体增温后，其密度比原来的常温水减小，在热动力及水动力共同作用下，向上运移至地势较低的有利储水部位，沿裂隙顶托上升至浅部越流补给到裂隙溶洞热储中。由ZK1和ZK4分层降压试验可知，F2和F5富水性丰富。

1.3.3.2 地热流体的运移

大气降水补给转化成裂隙水并经断裂带向深部循环形成地热流体后，在热动力及水动力共同作用下，地热流体沿导水性能较好，具有有利储水空间的断裂带由深部往浅部运移，地热流体推算的形成深度为2 982～3 269 m，由于构造断裂带的复杂性，其运移路径较为复杂。在浅部，地热流体的运移方向大致从东侧高地向隐伏岩溶集中向开采区运移扩散。

14C同位素结果显示，马星勘查区ZK2井地热水最年轻，ZK1和MK4井地热水的年龄较老，大于10 ka.BP，ZK9井的年龄介于5～6 ka.BP。隔陂勘查区，除ZK4井地热水年龄较老（介于14 288.76～15 807.3 a.BP），其余地热水较为年轻，在几百至几千年不等。

1.3.3.3 地热流体的排泄

本地热田盖层条件较差，地热流体从深部上涌运移至浅部裂隙溶洞热储后，主要沿溶洞或溶蚀裂隙上升进入第四系卵砾石层，以潜流的形式扩散。本地热田地热流体的主要排泄形式为地热井开采。

2 资源储量计算

2021年3月5—22日（枯水期）通过对马星勘查区ZK1、ZK2、ZK9、MK1、MK2、MK3、MK4的7口评价井和隔陂勘查区ZK4、ZK5、ZK6、ZK8的4口评价井进行群井降压试验，得出地热田枯水期群井降压试验地热流体储量为9 925 m3/d（其中马星勘查区5 024 m3/d，平均水温63.3℃；隔陂勘查区为4 901 m3/d，平均水温为52.2℃），加权平均水温为57.8℃。

3 资源开发利用与环境保护建议

3.1 产品方案

本地热田水温29.8～77.5℃，加权平均水温57.8℃，属于低温地热资源中的温热水，ZK1、ZK9、MK1、MK2、MK3、MK4、ZK4、ZK5偏硅酸和氟浓度达到命名矿水浓度标准，可命名为硅水和氟水，ZK2、ZK6、ZK8偏硅酸和氟浓度达到不同程度的标准（有医疗价值浓度和矿水浓度）。因此本地热田地热资源开发可直接用于理疗、洗浴等，利用后的废水集中处理达标后排放。

3.2 设计生产规模

根据永汉地热田枯水期群井降压试验结果，以11口开采井群井降压试验产量9 925 m3/d作为永汉地热田控制的可开采量，可信度系数采用0.9。①马星、隔陂勘查区以往枯水期实际开采量均大于枯水期群井降压试验产量；②马星、隔陂勘查区第四系沉积物厚度较薄，地热井动水位埋深高于第一层热储层或主要热储层顶板之上；③马星勘查区枯水期群井降压试验停泵后12 h，水位恢复了39%～74%，停泵后24 h，水位恢复了56%～80%，隔陂勘查区枯水期降压试验停泵后12 h，水位恢复了77%～88%，停泵后24 h，水位恢复了95%～100%。说明地热流体的补给来源充足。

故永汉地热田地热水设计生产建设规模为9 925 m3/d×0.9=8 932 m3/d，建设规模大于20万m3/a，属大型矿山。

3.3 热矿水输送方案

本期矿山服务年限拟定为10 a，主要采用集中供热水方式向各用水点输送地热水，用水点集中分布于马星勘查区、隔陂勘查区，根据永汉地热资源初步规划设计方案，计划在2个片区各建设1座地热水供水泵房及蓄水池，两蓄水池相互连通，满足高峰期用水调度，在11口生产井处修建地下热水取水泵站，采用保温管道输送至蓄水池，然后由蓄水池通过恒压变频供水设备接环状管网输送至各用水点，各酒店及民宿按需报装引申支管用水，避免资源浪费，最大程度满足各村的居民、酒店、民宿的需要（图2）。

3.4 地热资源环境保护

地热资源开发应建立三级保护区，根据地热田的热异常范围及热储的特征，应将勘查区内近南北向及北西向断裂破碎带及周边，以及沟溪、河流作为重点划定保护区域，三级保护区划定如下。

（1）一级保护区。马星勘查区ZK2、MK4井临近高层建筑，以井位中心半径50 m的范围设立为一级保护区，ZK1、MK1、MK2、MK3、ZK9以已有地质灾害现状空间分布和影响半径划分安全保护范围，设立为一级保护区，面积共0.14 km2。隔陂勘查区ZK4、ZK5井临近高层建筑，以井位中心外扩50 m范围设立为一级保护区；ZK6井周边开采井较多，浅部岩溶发育且相互连通，ZK8井与50 m以浅开采井岩溶通道相互连通，故ZK6和ZK8井以井位中心外扩80 m的范围划分安全保护范围，设立为一级保护区，面积共0.09 km2。一级保护区范围内应采取适当的防渗措施，禁止兴建与地热流体取水无关的建筑物，已建的地热水水源地要实行统一管理，消除一切可能导致地热流体污染及影响热储安全的因素，防止地热田的热储盖层遭到人为破坏。

（2）二级保护区。以评价井位外扩800～1 000 m范围设立为二级保护区，二级保护区呈长方形，面积3.59 km2。二级保护区范围包括热异常范围、地表水及潜水向取水井流动的径流区域。在此区域内不准有害污染物进入，在二级保护区范围内禁止设置任何可导致地热水水质、水量、水温改变的引水工程，禁止进行任何可能引起含水层污染或破坏的人类工程活动，严禁在区内排放生活废水和废弃的地热水及其他废弃物，严禁建设渗水式化粪池，注意建设生活废水及废弃地热水排放设施。

（3）三级保护区。以水源免受污染为原则，根据自然汇水和地热流体补给条件，结合当地环境地质特征，划定三级保护区，三级保护区呈不规则多边形。地热田民用开采深井分布密集，为避免民用深井开采影响深部地热循环系统，因此三级保护区做适当外扩：东边以丘陵地表分水岭为界，西、南边以二级保护区外扩1 000 m为界，北界适当外延，包括热水村原有地热水天然出露点和周边主要深井（＞500 m），面积9.82 km2。该区可允许开展对地热流体水源地没有危害的工程建设和生产活动，保护地热区的生态环境，禁止未经批准私自进行地热资源勘查和开采活动。

4 结 论

（1）永汉地热田热储岩性主要为灰岩，其质硬性脆，地热田范围内北东向断裂构造较为发育，在构造和地下水作用下易形成连通性较好的裂隙溶洞发育带，为深部地热流体的循环和运移提供了良好的通道及空间，形成对流型地热系统。现场钻探显示，在热异常范围内，当钻孔穿过第四系地层，揭露到北东向断裂带后即可发现地热水。

（2）在枯水期通过对永汉地热田范围内的11口评价井进行群井降压试验和测温，计算出永汉地热田地热资源储量为9 925 m3/d，加权平均水温为57.8℃；其中马星勘查区资源储量为5 024 m3/d，平均水温为63.3℃；隔陂勘查区资源储量为4 901 m3/d，平均水温为52.2℃。

（3）通过采集地热水样进行检测化验，本地热田的地热水资源偏硅酸和氟浓度达到命名矿水浓度标准，可命名为硅水和氟水，具有医疗价值，可直接开发用于温泉理疗、洗浴等，利用后的废水需集中处理达标后方可排放。结合本地热田地热资源的特性，设计生产建设规模为8 932 m3/d，服务年限暂定10 a，通过集中供热水方式由供水管道向各用水点输送地热水；同时划定出了本地热田三级保护区范围。