宋爐生， 胡秋祥， 陳姍姍

(江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001)

干熱巖型地?zé)豳Y源以其分布普遍性和高熱儲溫度的優(yōu)點而更具開發(fā)潛力與前景(汪集旸等，2012)。國內(nèi)越來越多的專家學(xué)者開展了干熱巖的相關(guān)研究工作，并將中國干熱巖資源賦存類型分為高放射性產(chǎn)熱型、沉積盆地型、近代火山型和強烈構(gòu)造活動帶型(甘浩男等，2015)。目前，國內(nèi)掀起了干熱巖勘查浪潮，江西、青海、福建、山東、江蘇、廣東等地區(qū)陸續(xù)開展了相關(guān)工作，取得豐碩成果(Zhang et al.，2020；江海洋等，2019；孫明行等，2020)。

江西省巖漿巖分布面積約占全省總面積的20.58%，其中侵入巖廣泛分布于全省各地，巖漿活動以燕山期最為強烈，花崗巖類巖體發(fā)育，多呈大型巖基產(chǎn)出，存在放射性熱保存較好的高產(chǎn)熱隱伏巖體(伯慧等，2015a)。因此江西作為高熱流花崗巖地區(qū)(冉恒謙等，2010)具有較好的高放射性產(chǎn)熱型干熱巖勘查開發(fā)前景。

地殼中放射性元素鈾、釷和鉀同位素衰變產(chǎn)生的熱是地表熱流的重要組成部分(汪集旸等，2012；Al-Alfy et al.，2013；Erbek et al.，2019)。在藺文靜等(2016)對我國東南沿海干熱巖靶區(qū)選址研究確定的干熱巖賦存的9個地?zé)岬刭|(zhì)學(xué)指標(biāo)中，單位體積生熱率、巖體規(guī)模是前提和基礎(chǔ)，故生熱率是干熱巖地?zé)豳Y源評價的一個重要參數(shù)。而花崗巖具有異常高的生熱率背景(趙平等，1995)。因此對贛東南地區(qū)花崗巖類巖體放射性生熱率特征進(jìn)行研究意義重大。

1 地質(zhì)背景

贛東南地區(qū)位于江西省遂川-萬安-古縣-東鄉(xiāng)斷裂、東鄉(xiāng)-德興斷裂以東，區(qū)內(nèi)出露地層由老至新有中元古界、震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第四系等。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為三條北東向深大斷裂，自西往東依次為大余-贛州-南城斷裂、安遠(yuǎn)-鷹潭斷裂和尋烏-瑞金-資溪斷裂。

贛東南地區(qū)巖漿活動強烈，巖漿巖分布廣(圖1)，主要出露燕山期、印支期、加里東期等三期次巖漿巖，其他期次巖漿巖僅零星出露。其中燕山期巖漿活動規(guī)模最大、最為頻繁，以中酸性侵入巖為主，主要有柯樹北序列花崗巖類、車步序列輝長閃長巖類、寨背序列鋁質(zhì)A型花崗巖、“南嶺系列”花崗巖(葛仙山序列)、二云母花崗巖類(滸坑序列)等。加里東期巖漿活動也較頻繁，花崗巖類的分布廣泛，集中分布于武夷山-雩山一帶，其他地區(qū)出露較零星，巖性主要為糜棱巖化花崗巖、片麻狀二云母花崗巖等。印支期花崗巖類的分布較為零星，主要出露于贛中南地區(qū)，巖性主要為花崗閃長巖-二長花崗巖-正長花崗巖。

2 贛東南地區(qū)生熱率特征

2.1 樣品測試及生熱率計算

為了研究江西省東鄉(xiāng)-德興斷裂、遂川-萬安-東鄉(xiāng)斷裂以東地區(qū)(贛東南)花崗巖類巖體生熱率特征，從地表采集了新鮮的花崗巖體59個。樣品分析由澳實分析檢測(廣州)有限公司完成，將樣品進(jìn)行無污染碎樣至200目，采用Axios X熒光光譜儀(荷蘭PANalytical)全巖分析法測定主量元素，主要氧化物檢測下限為0.01%；采用7700x電感耦合等離子質(zhì)譜(美國Agilent)分析微量元素，鈾釷等元素檢測下限為0.05 μg/g。獲取巖體的鈾、釷、鉀(根據(jù)K2O含量換算)含量。另外收集了贛南寨背巖體(陳培榮等，1998)、贛南大吉山與漂塘巖體(華仁民等，2003)、柯樹背巖體(胡恭任等，2002)、贛南大富足巖體(張萬良，2006)的鈾、釷、鉀數(shù)據(jù)19個。

地表采集的59個樣品密度由西安交通大學(xué)地?zé)崤c環(huán)境研究實驗室通過排水法測得。收集的19個樣品密度采用中國東南地區(qū)花崗巖的平均密度2.67 t/m3(趙平等，1995)。根據(jù)Haenel等(1988)生熱率計算公式H=0.01ρ(9.52CU+2.56CTh+3.48CK)獲取78組生熱率數(shù)據(jù)(表1)，其中H為巖體生熱率(μW/m3)，ρ是密度(t/m3)，CU、CTh分別是鈾、釷的豐度值，單位是10-6，CK是鉀的豐度值，單位是%。

2.2 不同期次巖體生熱率特征

本次工作獲取的78個巖體生熱率中，最小值為1.09 μW/m3，最大值為9.74 μW/m3，平均值為4.75 μW/m3。上饒地區(qū)燕山期文象花崗巖的生熱率最小(圖2a,b)，其巖石具半自形粒狀結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。其中，斜長石含量約30%，呈自形-半自形柱狀，柱長為0.45～5.5 mm，可見聚片雙晶，大部分具較強的絹云母化、泥化，少部分伴隨方解石化；鉀長石含量約40%，呈半自形板狀，板長為0.47～3.00 mm，主要為正長石，少量為條紋長石，可見條紋結(jié)構(gòu)，普遍具較強的泥化，常與石英有規(guī)律的交生形成文象結(jié)構(gòu)；石英含量約24%，呈半自形-他形粒狀，粒徑為0.23～1.50 mm，主要與鉀長石有規(guī)律的交生形成文象結(jié)構(gòu)；角閃石含量約1%，呈半自形柱狀，柱長為0.35～0.78 mm，具次閃石化，有鐵質(zhì)析出；黑云母含量約5%，呈片狀，片徑為0.14～0.90 mm，部分已綠泥石化。生熱率最大的為龍南地區(qū)燕山期的粗?；◢弾r(圖2c,d)，巖石具半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斜長石含量約10%，呈自形-半自形柱狀，柱長為1.3～3.2 mm，聚片雙晶發(fā)育，晶粒中心具絹云母化，部分晶粒沿邊緣具鉀化；鉀長石含量約54%，呈半自形板、柱狀，柱長為0.9～6.3 mm，以條紋長石為主，次為微斜長石，卡式雙晶較常見，較大的晶粒中常包有細(xì)小鉀長石和石英；石英含量約30%，呈粒狀，粒徑為0.5～5.0 mm，具波狀、帶狀消光，部分晶粒具微弱重結(jié)晶，充填于長石粒間;黑云母含量約6%，呈片狀，片徑為0.2～2.0 mm，單偏光下呈墨綠色，晶粒有彎折現(xiàn)象，零星見于粒狀礦物間隙。

本次研究的花崗巖樣品共78個，其中燕山期59個，生熱率平均值為4.99 μW/m3，印支期10個，生熱率平均值為4.46 μW/m3，加里東期9個，生熱率平均值為3.46 μW/m3。整體生熱率呈現(xiàn)燕山期>印支期>加里東期，表現(xiàn)為時代越新，生熱率越高(圖3)。

對不同期次的花崗巖類巖體的鈾、釷、鉀含量特征進(jìn)行統(tǒng)計分析，燕山期鈾含量平均為10.33×10-6，印支期鈾含量平均為8.52×10-6，加里東期鈾含量平均為6.36×10-6，各期次鈾含量規(guī)律與生熱率特征相對應(yīng)。各期次的釷含量也呈現(xiàn)時代越老含量越低，但相差不大，依次為燕山期(30.17×10-6)、印支期(29.13×10-6)、加里東期(24.40×10-6)。各期次鉀含量規(guī)律性不明顯。

2.3 不同地區(qū)燕山期巖體生熱率特征

獲取的59個燕山期花崗巖類巖體生熱率為1.09～9.74 μW/m3，平均生熱率為4.99 μW/m3，高于青海共和盆地花崗巖平均生熱率(2.7 μW/m3，Zhang et al.，2018)、福建漳州花崗巖放射性生熱率平均值(4.22 μW/m3，楊立中等，2016)，低于廣東佛岡地區(qū)花崗巖平均生熱率(6.77μW/m3，萬建軍等，2015)。

贛東南地區(qū)巖體的生熱率平均值呈現(xiàn)南高(大余-崇義-上猶、龍南、安遠(yuǎn)-尋烏)、北低(寧都-興國-宜黃黃陂-崇仁、上饒-鷹潭)，西高(大余-崇義-上猶)、東低(上饒-鷹潭)的規(guī)律(表2)。巖體生熱率從南至北，龍南(5.60 μW/m3)>安遠(yuǎn)-尋烏(5.15 μW/m3)>寧都-興國-宜黃黃陂-崇仁(3.19 μW/m3)>上饒-鷹潭(1.96 μW/m3)。巖體生熱率從西至東，大余-崇義-上猶(7.35 μW/m3)>龍南(5.60 μW/m3)>安遠(yuǎn)-尋烏(5.15 μW/m3)>上饒-鷹潭(1.96 μW/m3)。

表2 贛東南燕山期不同地區(qū)的巖體生熱率

由于巖體U、Th和K含量不同，其放射性熱貢獻(xiàn)率也不同，其中大余-崇義-上猶U放射性熱貢獻(xiàn)率明顯高于其他地區(qū)，而Th放射性熱貢獻(xiàn)率低于其他地區(qū)，大余-崇義-上猶、龍南、安遠(yuǎn)-尋烏地區(qū)K放射性熱貢獻(xiàn)率低于其他地區(qū)(表3)。

表3 贛東南燕山期巖體中U、Th和K放射性熱貢獻(xiàn)率

3 熱參1井生熱率特征

為了獲取巖體垂向上的生熱率規(guī)律，選擇在干熱巖資源前景良好的龍南南有利區(qū)施工熱參1井進(jìn)行研究。該區(qū)火山盆地下推測有隱伏巖體，巖體生熱率高，周邊湯湖地?zé)崽餃囟容^高，存在明顯的地溫異常，推測地層深部存在高溫巖體，上覆火山碎屑巖蓋層熱導(dǎo)率低于花崗巖，花崗巖產(chǎn)生的熱量可較好地保存(伯慧等，2015b)。

3.1 熱參1井地質(zhì)特征及采樣測試

熱參1井位于龍南縣火山碎屑巖盆地的東北邊緣，開孔地層為三疊系下統(tǒng)大冶組，67.30 m進(jìn)入二疊系上統(tǒng)樂平組，163.10 m進(jìn)入斷層破碎帶(177.40 m以深為花崗巖)，186.05 m穿過斷層進(jìn)入燕山期花崗巖巖體，并于1 000.35 m終孔。按間隔50 m左右選擇較完整、新鮮的巖芯取樣。

3.2 生熱率計算

熱參1井共采取花崗巖樣20個，全部進(jìn)行巖石化學(xué)成分分析，得到鈾、釷、鉀數(shù)據(jù)。對編號LHDR08-LHDR19樣品進(jìn)行密度測定，編號YRC01-YRC09樣品的密度采用LHDR19樣品的密度(2.75 t/m3)，按生熱率計算公式計算各樣品生熱率(表4)。

表4 熱參1井巖石生熱率

3.3 生熱率與深度變化關(guān)系

對熱參1井所采樣品的巖石樣品中鈾、釷、鉀含量及生熱率規(guī)律進(jìn)行分析。U含量4.65×10-6～30.10×10-6，平均為16.42×10-6，U含量隨深度增加而增加，約到800 m以后趨于穩(wěn)定。Th含量最大為65.50×10-6，最小為6.31×10-6，平均為35.04×10-6，其含量也隨深度增加而增加，在約1 000 m以后趨于穩(wěn)定。K含量隨深度的變化規(guī)律不明顯。

熱參1井采集的20個樣品中，生熱率最大為11.37 μW/m3，位于699.05 m深，最小為2.61 μW/m3，位于217.90 m深，平均為7.08 μW/m3。生熱率呈現(xiàn)隨深度增加而增加的規(guī)律，規(guī)律性較強，但在800 m深左右往后趨向于穩(wěn)定且略減小(圖4)。

生熱率與深度相關(guān)性多項式為

y=-2×10-5x2+0.032x-3.385(100

擬合系數(shù)R2= 0.858，表明相關(guān)性較好。

4 討論

本次研究發(fā)現(xiàn)贛東南地區(qū)巖體生熱率從南至北，逐漸降低，與江西省大地?zé)崃鞣植家?guī)律相似(李學(xué)禮等，1993)。研究區(qū)西南部巖體生熱率最高，大余-崇義-上猶地區(qū)巖體生熱率為2.47～9.20 μW/m3，平均為7.35 μW/m3；龍南地區(qū)巖體生熱率為3.96～9.74 μW/m3，平均為5.60 μW/m3。許保良等(1995)按巖體的Th/U比值大小將巖體劃分為富鈾花崗巖(Th/U<3)，正?；◢弾r(36)。大余-崇義-上猶地區(qū)巖體Th/U平均為1.28，為富鈾花崗巖，其生熱率在贛東南地區(qū)也是最高。因為大余-崇義-上猶地區(qū)花崗巖屬于諸廣-桃山鈾成礦帶(趙如意等，2020)，此成礦帶內(nèi)的巖體多為富鈾巖體。龍南地區(qū)巖體Th/U平均為4.32，為正常花崗巖，由于其鈾及釷含量比其他正常花崗巖體相對較高，故生熱率也較高。根據(jù)本研究成果，大余-崇義-上猶地區(qū)和龍南地區(qū)生熱率高，可作為干熱巖勘查有利區(qū)進(jìn)一步工作。

5 結(jié)論

(1)江西省東鄉(xiāng)-德興斷裂、遂川-萬安-東鄉(xiāng)斷裂以東地區(qū)(贛東南)的燕山期、印支期、加里東期巖體鈾、釷含量以及生熱率呈現(xiàn)時代越新生熱率越高的整體趨勢。

(2)贛東南地區(qū)燕山期巖漿巖生熱率呈現(xiàn)南高北低、西高東低的規(guī)律，以大余-崇義-上猶地區(qū)生熱率最高，且其鈾含量及生熱率先高于龍南地區(qū)，但釷含量又低于龍南地區(qū)。

(3)龍南地區(qū)施工的熱參1井揭示該地區(qū)巖體鈾、釷含量及生熱率隨深度增加而增加而后趨于穩(wěn)定且略減小。

(4)大余-崇義-上猶地區(qū)和龍南地區(qū)巖體生熱率較高，可作為江西省干熱巖勘查優(yōu)選有利區(qū)。