廣東省高沙片區地熱田地熱地質(zhì)資源分布規律

1 區域地質(zhì)背景

1.1 區域地熱地質(zhì)概況

區域內出露的地層主要有寒武系高灘組、水石組；泥盆系楊溪組、老虎頭組、春灣組、天子嶺組、帽子峰組；第四系地層。勘查區外部北東方向出露巖漿巖，屬晚侏羅世侵入巖（ηγJ3），巖體主要礦物斜長(cháng)石占40%～45%、石英占26%～28%、鉀長(cháng)石占22%～24%、黑云母占7%～8%，巖體與圍巖多呈侵入接觸，部分地段接觸接線(xiàn)明顯，其富水性主要受風(fēng)化帶厚度、構造裂隙發(fā)育程度、補給條件的綜合影響，富水性變化較大。勘查區地處佛岡—豐良深斷裂帶的南側，該斷裂帶是組成南嶺緯向構造帶二級構造之一，省內斷續延長(cháng)近600 km，寬20～70 km，主要由晚侏羅世火成巖及不同時(shí)期的斷裂構造帶所組成。區內褶皺構造和斷裂構造較為發(fā)育，構造主要以北東向、北西向為主展布延伸，近南北向次之。勘查區主要發(fā)育北西及近南北向構造形跡。新近紀以來(lái)，區域上一直處于隆起狀態(tài)，以整體上升為主，斷裂差異活動(dòng)不明顯，遠場(chǎng)地震（半徑25 km以?xún)龋┗顒?dòng)以中小地震為主，近場(chǎng)地震（半徑5 km以?xún)龋┗顒?dòng)不強烈。

1.2 水文地質(zhì)概況

區內地下水劃分為松散巖類(lèi)孔隙水、碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水、基巖裂隙水三大類(lèi)。松散巖類(lèi)孔隙水富水性取決于其所處位置及厚度，一般單井涌水量可達100～300 m3/d，局部>500 m3/d；水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3·Cl—Na·Ca型，礦化度小于200 mg/L；隱伏巖溶谷地為覆蓋型碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水豐富區，其淺部多有第四系沖—洪積物覆蓋，單井涌水量為1 488～1 580m3/d,p H值為7.50～8.00，可溶性總固體為250～350mg/L，水化學(xué)類(lèi)型屬HCO3—Na·Ca型；勘查區碎屑巖類(lèi)裂隙水大范圍分布，含水層富水性由極貧乏—豐富，泉流量達0.011～2.03 L/s，枯季地下徑流模數0.66～20.75 L/（s·km2）；巖漿巖類(lèi)裂隙水含水巖性為黑云母花崗巖等，水量中等—豐富；斷裂構造脈狀裂隙富水性豐富，近南北向斷裂（F21）導水性較好，北西向斷裂（F22、F23、F24）具有一定的導水性。

大氣降水是地下水的主要補給來(lái)源，其次是地表水。區內年平均降雨量為2 163.4 mm，雨量充沛，發(fā)育較多河流、水塘、溝渠等。區內地形變化大，溝谷發(fā)育較深，基巖風(fēng)化裂隙水短距離徑流，水力坡度大。當基巖裂隙水由丘陵山區流入河流谷地或山間洼地后，則轉化為潛流，一部分側向補給松散巖類(lèi)孔隙水，其它則補給成為基巖裂隙水。隱伏巖溶谷地，地下水水力坡度小，地下流體變得十分緩慢。地下水流體總體方向由北西往南東。

1.3 區域地熱資源概況

區域內北東向和東西向深斷裂基本上控制了地表的地熱水出露點(diǎn)的分布，地熱水大多出露于上述兩組深斷裂構造與北西向斷裂構造交匯處。沿北東向恩平—新豐深斷裂有17處地熱水出露點(diǎn)；沿北東向河源深斷裂帶展布17處地熱水出露點(diǎn)；沿東西向佛岡—豐良深斷裂帶見(jiàn)30處地熱水出露。

2 地熱田地熱地質(zhì)條件

2.1 地熱田邊界分析

高沙片區地熱田區域上位于佛岡—豐良深斷裂帶的南側，熱異常區主要集中于近南北向斷裂（F21）與北西向沙逕斷裂組（F22、F23、F24）和北東向斷裂（F25）交匯區域，地熱流體主要賦存于該2組斷裂構造破碎帶及隱伏的泥盆系上統天子嶺組（D3t）灰巖的巖溶洞隙之中。地熱田的邊界條件受構造和巖性條件控制。地熱田導熱構造為近SN向斷裂F21，圍巖主要為天子嶺組灰巖，其邊界條件主要取決于巖層的巖溶裂隙發(fā)育情況，在斷裂帶及附近，巖石受構造作用破碎、溶蝕裂隙及溶洞發(fā)育，為深部熱水運移提供了流通途徑，并為其循環(huán)提供了貯藏空間，形成熱儲，在遠離斷裂帶以外的巖石則較完整、致密，透水性及富水性較弱，形成相對隔水、隔熱的漸變過(guò)渡型邊界。

2.2 熱儲特征及其埋藏條件分析

(1）巖性特征。根據鉆孔揭露，熱儲巖性主要為泥盆系上統天子嶺組灰巖。巖石呈灰白色，泥晶結構、生物碎屑結構，層狀構造。礦物成分：主要有泥晶方解石含量65%～67%，生物碎屑含量18%～20%，其次重結晶方解石含量8%～10%及少量炭質(zhì)物等。

(2）構造特征。近南北向F21斷裂控制長(cháng)度約2.7km，走向近南北，傾向西，傾角60°～85°，南端交匯于F22附近，往北可能延伸至花崗巖體中，斷裂帶往下增溫較慢或呈下降趨勢，說(shuō)明F21斷裂是熱礦水的主要通道，是本地熱田的導熱、導水構造；近北西向F22、F23、F24斷裂位于沙逕—油田村一帶，大致平行產(chǎn)出，該斷裂組控制長(cháng)度約7.5 km，走向北西300°左右，傾向北東，傾角60°～80°，均為逆斷層，暫命名為沙徑斷裂組。據深部物探探測解譯成果顯示，沙逕斷裂組地表出露較寬、切割深，溝通了深部熱源，有助于地下水的深循環(huán)，為主要的導熱構造。

(3）熱儲特征。高沙地熱田由于近南北斷裂和北西向斷裂交匯處是巖溶較為發(fā)育的地段，且巖面以上直接覆蓋卵石層，故出露為溫泉，熱儲屬裂隙溶洞型?？辈閰^40℃等溫線(xiàn)平面上呈不規則提燈形，其長(cháng)軸由F21、F22斷裂所控制，短軸由F24斷裂控制，反映了F21斷裂的導熱、導水作用和F24斷裂的導水作用；30℃等溫線(xiàn)平面上呈不規則長(cháng)軸形，圈定熱異常面積為1.33 km2，也反映了F22斷裂的導水作用。

(4）熱儲埋藏條件。地熱田的熱儲埋藏主要受斷裂帶控制。由于斷裂構造的復雜性，在不同部位鉆探所揭露到的熱儲厚度及埋深均不相同，不同孔段熱儲的空隙率、滲透性也不相同，因此，熱儲的埋藏條件總體較復雜。前人施工的SZK1、SZK2和SZK21井揭露到的熱儲埋深分別為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），熱儲滲透性強的部位（主熱儲帶）埋深為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），地熱流體溫度為38.2～47.6℃。

2.3 熱源及地熱流體通道分析

(1）熱源?？辈閰^外北東方向約400 m出露的巖漿巖，屬晚侏羅世侵入巖（ηγJ3）。地下深部蘊藏著(zhù)巨大的熱源，地下水沿斷裂形成的通道將深部熱能運移至淺層形成地熱田。所以，高沙片區地熱田的熱源主要為深部巖漿熱對流，其次為淺層地殼巖漿余熱、放射性元素衰變所釋放的熱能及構造摩擦熱。

(2）地熱流體通道。地熱田位于區域性佛岡—豐良深斷裂南側，區內近南北向、北西向斷裂構造發(fā)育，斷裂破碎帶和裂隙溶洞發(fā)育帶的連通性較好，為深部熱水運移提供了流通途徑并為其循環(huán)提供了貯藏空間，形成了對流型熱水系統。深部地熱流體沿F21斷裂由北向南運移，至勘查區上升至淺部后與常溫巖溶水混合并沿F21斷裂兩側賦存于巖溶洞隙中形成熱儲。

2.4 地熱流體補徑排條件分析

高沙片區地熱田地處隱伏巖溶谷地，低山丘陵區是地熱流體的主要補給區。徑流和排泄途徑則受巖溶裂隙和構造裂隙空間展布所控制。

(1）大氣降水是地熱流體主要補給來(lái)源，其次是地表水體。地熱田周邊地下水在較高的勢能作用下，構造裂隙水受常溫裂隙水下滲補給。同時(shí)，近地表常溫水淺部潛流補給熱儲層。常溫水在向下徑流和循環(huán)過(guò)程中，逐漸吸收深部熱能并溶解多種礦物質(zhì)，形成了熱流體，儲存于深部構造裂隙中。熱流體增溫后，其密度比原來(lái)的常溫水減小，在熱動(dòng)力及水動(dòng)力共同作用下，向上運移至有利儲水部位，沿構造裂隙上升至淺表越流補給到裂隙溶洞熱儲中。

(2）大氣降水補給轉化成裂隙水并經(jīng)斷裂帶向深部循環(huán)形成地熱流體后，在熱動(dòng)力及水動(dòng)力共同作用下，地熱流體沿導水性能較好、具有利儲水空間的斷裂帶由深部往淺部運移，地熱流體推算的形成深度約1 636 m，由于構造斷裂帶的復雜性，其運移路徑較為復雜。在淺表，地熱流體的運移方向大致與地表水一致，總體上由北向南、由北西向南東方向運移。

(3）地熱田蓋層條件較差，地熱流體從深部上涌運移至淺部裂隙溶洞熱儲后，主要沿溶洞或溶蝕裂隙往第四系卵礫石層以潛流的形式擴散。2022年3月分別在地熱田上游（高沙河上游、勘查區北部地表水）、下游（地表水匯集排泄處）取水樣檢測p H、偏硅酸（H2Si O3）與氟（F-）含量，檢測結果顯示高沙河上游p H為6.86，偏硅酸（H2Si O3）含量為9.8 mg/L，氟（F-）含量小于0.05 mg/L；勘查區北部地表水p H為7.60，偏硅酸（H2Si O3）含量為13.6 mg/L，氟（F-）含量為0.36 mg/L；地熱田下游p H為7.02，偏硅酸（H2Si O3）含量為14.4 mg/L，氟（F-）含量為0.11 mg/L。水質(zhì)變化有些差異，但變化不大，說(shuō)明在枯水期有部分水量的地熱流體排泄到高沙河中。鉆探揭露后，井、孔成了人工排泄點(diǎn)，在地熱井開(kāi)采情況下，成為地熱流體的主要排泄形式，天然溫泉斷流，喪失自然排泄功能。

2.5 地溫場(chǎng)特征

(1）平面地溫場(chǎng)特征。據鉆孔測溫資料及30 m埋深等溫線(xiàn)特征，熱異常中心位于勘查孔ZK26附近，較高溫度（44℃以上）等溫線(xiàn)明顯受近SN向斷裂F21控制，沿F21斷裂呈帶狀展布，形狀呈長(cháng)條透鏡體狀，30℃等溫線(xiàn)圈定熱異常面積為1.33 km2。地熱田自熱中心往外溫度逐漸降低，其中，往南至F22斷裂段降溫較慢，平均溫度遞減率為0.5℃/10 m，過(guò)F22斷裂后降溫較快，平均溫度遞減率為0.9℃/10 m；往西方向降溫相對較慢，平均溫度遞減率為0.1～0.3℃/10m；往東方向過(guò)F21斷裂后降溫較快，平均溫度遞減率為0.3℃/10 m。

(2）垂向地溫場(chǎng)特征。本次勘查深度在200 m以淺，鉆孔的增溫率為0.4～3.7℃/10 m，平均增溫率為2.2℃/10 m。其中，熱異常范圍內的測溫孔因揭露深度淺及受淺部巖溶洞隙、卵石層地熱流體擴散的影響，其增溫率較高（一般為2.4～3.7℃/10 m），主要反映熱儲蓋層的增溫梯度；觀(guān)1、觀(guān)2孔位于熱異常中心區的外側，其增溫率也較高（為0.9～1.0℃/10 m），說(shuō)明熱異常中心區以外熱儲的滲透性較差，地下溫度不能直接通過(guò)地下水對流傳導，垂向增溫較快；揭露到熱儲的ZK1、ZK2探采井，受地熱流體上涌影響，整體增溫率相對較低（0.5～0.6℃/10 m），孔內增溫特征是在熱儲段溫度最高、增溫最快，穿過(guò)熱儲帶后，增溫率明顯下降，ZK2孔還出現隨深度增加而降溫的現象（在現有鉆探揭露深度內），說(shuō)明ZK1、ZK2明顯揭露到并穿過(guò)了熱儲帶，同時(shí)也說(shuō)明熱儲沿近南北向斷裂F21呈帶狀分布的特征。

3 結論

(1）圈定地熱田的熱異常面積為1.33 km2，邊界條件受構造和巖性條件控制。東、西邊界以漸變過(guò)渡型邊界為主，南、北邊界以相對隔水隔熱的帽子峰組砂頁(yè)巖為良好的隔水邊界，熱儲蓋層主要為第四系土層，部分地段蓋層性能較差。

(2）明確了熱儲主要埋藏深度為40.00～121.00 m及地熱田地熱流體主要賦存于泥盆系上統天子嶺組（D3t）灰巖的裂隙溶洞中，為斷裂帶控熱的裂隙溶洞型熱儲，主要受近SN向斷裂F21控制，呈帶狀分布。

(3）確定了本地熱田地熱流體通道為區內近南北向斷裂構造應力作用下形成的連通性較好的斷裂破碎帶和裂隙溶洞發(fā)育帶。

(4）通過(guò)本次資源儲量詳查工作，為高沙片區地熱田申請擴大礦區范圍，提高地熱水生產(chǎn)規模，滿(mǎn)足龍門(mén)縣高沙片區集中穩定供應地熱水需求。