广东省高沙片区地热田地热地质条件分析

2022-12-17邱明祥覃海苇白春艳

现代矿业 2022年10期

邱明祥覃海苇白春艳

（广东省有色金属地质局九三五队）

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，温泉旅游人数和旅游收入呈直线上升，现有生产规模远不能满足高沙片区地热水的长期供应。由于勘查区前期地热地质工作程度较低，未查明高沙片区地热田边界条件、地热流体赋存条件及位置、热源及地热流体通道等。本研究按照龙门县政府工作部署，组织实施高沙片区地热田资源储量详查工作，规范管理龙门县高沙片区地热资源，实现地热资源可持续利用［1-6］。

1 区域地质背景

1.1 区域地热地质概况

区域内出露的地层主要有寒武系高滩组、水石组；泥盆系杨溪组、老虎头组、春湾组、天子岭组、帽子峰组；第四系地层。勘查区外部北东方向出露岩浆岩，属晚侏罗世侵入岩（ηγJ3），岩体主要矿物斜长石占40%～45%、石英占26%～28%、钾长石占22%～24%、黑云母占7%～8%，岩体与围岩多呈侵入接触，部分地段接触接线明显，其富水性主要受风化带厚度、构造裂隙发育程度、补给条件的综合影响，富水性变化较大。勘查区地处佛冈—丰良深断裂带的南侧，该断裂带是组成南岭纬向构造带二级构造之一，省内断续延长近600 km，宽20～70 km，主要由晚侏罗世火成岩及不同时期的断裂构造带所组成。区内褶皱构造和断裂构造较为发育，构造主要以北东向、北西向为主展布延伸，近南北向次之。勘查区主要发育北西及近南北向构造形迹。新近纪以来，区域上一直处于隆起状态，以整体上升为主，断裂差异活动不明显，远场地震（半径25 km以内）活动以中小地震为主，近场地震（半径5 km以内）活动不强烈。

1.2 水文地质概况

区内地下水划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水三大类。松散岩类孔隙水富水性取决于其所处位置及厚度，一般单井涌水量可达100～300 m3/d，局部＞500 m3/d；水化学类型主要为HCO3·Cl—Na·Ca型，矿化度小于200 mg/L；隐伏岩溶谷地为覆盖型碳酸盐岩类岩溶水丰富区，其浅部多有第四系冲—洪积物覆盖，单井涌水量为1 488～1 580 m3/d，pH值为7.50～8.00，可溶性总固体为250～350 mg/L，水化学类型属HCO3—Na·Ca型；勘查区碎屑岩类裂隙水大范围分布，含水层富水性由极贫乏—丰富，泉流量达0.011～2.03 L/s，枯季地下径流模数0.66～20.75 L/（s·km2）；岩浆岩类裂隙水含水岩性为黑云母花岗岩等，水量中等—丰富；断裂构造脉状裂隙富水性丰富，近南北向断裂（F21）导水性较好，北西向断裂（F22、F23、F24）具有一定的导水性。

大气降水是地下水的主要补给来源，其次是地表水。区内年平均降雨量为2 163.4 mm，雨量充沛，发育较多河流、水塘、沟渠等。区内地形变化大，沟谷发育较深，基岩风化裂隙水短距离径流，水力坡度大。当基岩裂隙水由丘陵山区流入河流谷地或山间洼地后，则转化为潜流，一部分侧向补给松散岩类孔隙水，其它则补给成为基岩裂隙水。隐伏岩溶谷地，地下水水力坡度小，地下流体变得十分缓慢。地下水流体总体方向由北西往南东。

1.3 区域地热资源概况

区域内北东向和东西向深断裂基本上控制了地表的地热水出露点的分布，地热水大多出露于上述两组深断裂构造与北西向断裂构造交汇处。沿北东向恩平—新丰深断裂有17处地热水出露点；沿北东向河源深断裂带展布17处地热水出露点；沿东西向佛冈—丰良深断裂带见30处地热水出露。

2 地热田地热地质条件

2.1 地热田边界分析

高沙片区地热田区域上位于佛冈—丰良深断裂带的南侧，热异常区主要集中于近南北向断裂（F21）与北西向沙迳断裂组（F22、F23、F24）和北东向断裂（F25）交汇区域，地热流体主要赋存于该2组断裂构造破碎带及隐伏的泥盆系上统天子岭组（D3t）灰岩的岩溶洞隙之中。地热田的边界条件受构造和岩性条件控制。地热田导热构造为近SN向断裂F21，围岩主要为天子岭组灰岩，其边界条件主要取决于岩层的岩溶裂隙发育情况，在断裂带及附近，岩石受构造作用破碎、溶蚀裂隙及溶洞发育，为深部热水运移提供了流通途径，并为其循环提供了贮藏空间，形成热储，在远离断裂带以外的岩石则较完整、致密，透水性及富水性较弱，形成相对隔水、隔热的渐变过渡型边界。

2.2 热储特征及其埋藏条件分析

（1）岩性特征。根据钻孔揭露，热储岩性主要为泥盆系上统天子岭组灰岩。岩石呈灰白色，泥晶结构、生物碎屑结构，层状构造。矿物成分：主要有泥晶方解石含量65%～67%，生物碎屑含量18%～20%，其次重结晶方解石含量8%～10%及少量炭质物等。

（2）构造特征。近南北向F21断裂控制长度约2.7 km，走向近南北，倾向西，倾角60°～85°，南端交汇于F22附近，往北可能延伸至花岗岩体中，断裂带往下增温较慢或呈下降趋势，说明F21断裂是热矿水的主要通道，是本地热田的导热、导水构造；近北西向F22、F23、F24断裂位于沙迳—油田村一带，大致平行产出，该断裂组控制长度约7.5 km，走向北西300°左右，倾向北东，倾角60°～80°，均为逆断层，暂命名为沙径断裂组。据深部物探探测解译成果显示，沙迳断裂组地表出露较宽、切割深，沟通了深部热源，有助于地下水的深循环，为主要的导热构造。

（3）热储特征。高沙地热田由于近南北断裂和北西向断裂交汇处是岩溶较为发育的地段，且岩面以上直接覆盖卵石层，故出露为温泉，热储属裂隙溶洞型。勘查区40℃等温线平面上呈不规则提灯形，其长轴由F21、F22断裂所控制，短轴由F24断裂控制，反映了F21断裂的导热、导水作用和F24断裂的导水作用；30℃等温线平面上呈不规则长轴形，圈定热异常面积为1.33 km2，也反映了F22断裂的导水作用。

（4）热储埋藏条件。地热田的热储埋藏主要受断裂带控制。由于断裂构造的复杂性，在不同部位钻探所揭露到的热储厚度及埋深均不相同，不同孔段热储的空隙率、渗透性也不相同，因此，热储的埋藏条件总体较复杂。前人施工的SZK1、SZK2和SZK21井揭露到的热储埋深分别为17.20～83.50 m（SZK1）、16.85～74.70 m（SZK2）、40.42～142.92 m（SZK21）、24.00～102.20 m（ZK22）、26.00～96.00 m（ZK24）、106.80～163.00 m（ZK26），热储渗透性强的部位（主热储带）埋深为45.30～56.40 m（SZK1）、42.20～74.70 m（SZK2）、111.45～112.30 m（SZK21）、40.00～91.00 m（ZK22）、46.00～89.50 m（ZK24）和106.80～121.00 m（ZK26），地热流体温度为38.2～47.6℃。

2.3 热源及地热流体通道分析

（1）热源。勘查区外北东方向约400 m出露的岩浆岩，属晚侏罗世侵入岩（ηγJ3）。地下深部蕴藏着巨大的热源，地下水沿断裂形成的通道将深部热能运移至浅层形成地热田。所以，高沙片区地热田的热源主要为深部岩浆热对流，其次为浅层地壳岩浆余热、放射性元素衰变所释放的热能及构造摩擦热。

（2）地热流体通道。地热田位于区域性佛冈—丰良深断裂南侧，区内近南北向、北西向断裂构造发育，断裂破碎带和裂隙溶洞发育带的连通性较好，为深部热水运移提供了流通途径并为其循环提供了贮藏空间，形成了对流型热水系统。深部地热流体沿F21断裂由北向南运移，至勘查区上升至浅部后与常温岩溶水混合并沿F21断裂两侧赋存于岩溶洞隙中形成热储。

2.4 地热流体补径排条件分析

高沙片区地热田地处隐伏岩溶谷地，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）大气降水是地热流体主要补给来源，其次是地表水体。地热田周边地下水在较高的势能作用下，构造裂隙水受常温裂隙水下渗补给。同时，近地表常温水浅部潜流补给热储层。常温水在向下径流和循环过程中，逐渐吸收深部热能并溶解多种矿物质，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，向上运移至有利储水部位，沿构造裂隙上升至浅表越流补给到裂隙溶洞热储中。

（2）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约1 636 m，由于构造断裂带的复杂性，其运移路径较为复杂。在浅表，地热流体的运移方向大致与地表水一致，总体上由北向南、由北西向南东方向运移。

（3）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往第四系卵砾石层以潜流的形式扩散。2022年3月分别在地热田上游（高沙河上游、勘查区北部地表水）、下游（地表水汇集排泄处）取水样检测pH、偏硅酸（H2Si O3）与氟（F-）含量，检测结果显示高沙河上游pH为6.86，偏硅酸（H2SiO3）含量为9.8 mg/L，氟（F-）含量小于0.05 mg/L；勘查区北部地表水pH为7.60，偏硅酸（H2Si O3）含量为13.6 mg/L，氟（F-）含量为0.36 mg/L；地热田下游pH为7.02，偏硅酸（H2SiO3）含量为14.4 mg/L，氟（F-）含量为0.11 mg/L。水质变化有些差异，但变化不大，说明在枯水期有部分水量的地热流体排泄到高沙河中。钻探揭露后，井、孔成了人工排泄点，在地热井开采情况下，成为地热流体的主要排泄形式，天然温泉断流，丧失自然排泄功能。

2.5 地温场特征

（1）平面地温场特征。据钻孔测温资料及30 m埋深等温线特征，热异常中心位于勘查孔ZK26附近，较高温度（44℃以上）等温线明显受近SN向断裂F21控制，沿F21断裂呈带状展布，形状呈长条透镜体状，30℃等温线圈定热异常面积为1.33 km2。地热田自热中心往外温度逐渐降低，其中，往南至F22断裂段降温较慢，平均温度递减率为0.5℃/10 m，过F22断裂后降温较快，平均温度递减率为0.9℃/10 m；往西方向降温相对较慢，平均温度递减率为0.1～0.3℃/10 m；往东方向过F21断裂后降温较快，平均温度递减率为0.3℃/10 m。

（2）垂向地温场特征。本次勘查深度在200 m以浅，钻孔的增温率为0.4～3.7℃/10 m，平均增温率为2.2℃/10 m。其中，热异常范围内的测温孔因揭露深度浅及受浅部岩溶洞隙、卵石层地热流体扩散的影响，其增温率较高（一般为2.4～3.7℃/10 m），主要反映热储盖层的增温梯度；观1、观2孔位于热异常中心区的外侧，其增温率也较高（为0.9～1.0℃/10 m），说明热异常中心区以外热储的渗透性较差，地下温度不能直接通过地下水对流传导，垂向增温较快；揭露到热储的ZK1、ZK2探采井，受地热流体上涌影响，整体增温率相对较低（0.5～0.6℃/10 m），孔内增温特征是在热储段温度最高、增温最快，穿过热储带后，增温率明显下降，ZK2孔还出现随深度增加而降温的现象（在现有钻探揭露深度内），说明ZK1、ZK2明显揭露到并穿过了热储带，同时也说明热储沿近南北向断裂F21呈带状分布的特征。