◎?qū)O 超，黃春陽(yáng)，康志強(qiáng)

1.廣西地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023

2.廣西地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，廣西 南寧 530023

干熱巖是清潔可再生地?zé)豳Y源，空間分布廣、資源儲(chǔ)量大、能源供給穩(wěn)定，且不受氣候和季節(jié)變化的影響[1-3]。已有研究表明，廣西大地?zé)崃髦蹈摺⒛裘媛裆顪\，且具有高放射性巖漿巖體，具備干熱巖地?zé)豳Y源成藏條件[4-5]。研究小組在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，基于廣西越城嶺巖體巖石樣品放射性生熱率測(cè)試和鉆孔測(cè)溫作業(yè)，綜合分析了該地區(qū)大地?zé)崃魈卣骱透蔁釒r資源賦存條件，為進(jìn)一步開(kāi)展干熱巖資源勘查提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及工作量布置

越城嶺巖體地處湘桂兩?。▍^(qū)）交界處，橫跨廣西興安、全州、資源和湖南新寧、東安五縣，毗鄰貓兒山花崗巖體，面積1418 km2，是南嶺成礦帶西段出露面積最大的花崗巖體之一[6]。大地構(gòu)造上位于揚(yáng)子陸塊東南側(cè)的桂北臺(tái)隆越城嶺褶皺帶[7]，是由多期次多階段巖漿侵入活動(dòng)形成的復(fù)式巖基，主要有加里東期、印支期和燕山期3 個(gè)成巖期次[8]。加里東期花崗巖體位于越城嶺巖體的南部，平面上南窄北寬，呈NE 向往東凸的半橢圓形；印支期花崗巖體位于越城嶺巖體的北部，平面呈橢圓狀；燕山期花崗巖主要成巖株出露，未見(jiàn)大的巖體。

2021年，研究小組在研究區(qū)開(kāi)展了地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查工作。期間共采集10 件花崗巖樣品進(jìn)行巖石放射性生熱率測(cè)試；在資源縣城東面約8 km 處的寶鼎瀑布附近施工了1 眼孔深為100 m 的地?zé)峥辈榭?，用于抽水試?yàn)及淺孔測(cè)溫。

2 測(cè)試方法及結(jié)果

2.1 花崗巖樣品測(cè)試結(jié)果

研究小組把從越城嶺巖體中采集的10 件花崗巖樣品送往重慶卓華工程勘測(cè)有限公司實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熱物性參數(shù)測(cè)試，實(shí)測(cè)了塊體密度（ρ）、熱導(dǎo)率（K）、比熱容（C）和熱擴(kuò)散系數(shù)（k）等4 項(xiàng)指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 越城嶺巖體巖石熱物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

在穩(wěn)定的大陸地區(qū)，大地?zé)崃髦饕獊?lái)源于地殼熱流與地幔熱流[9]。地殼熱流（Qc）主要來(lái)自地殼巖石中放射性生熱元素（U、Th、K）衰變產(chǎn)生的熱量[10]。越城嶺地區(qū)相對(duì)富集U、Th、K 放射性同位素的上地殼花崗巖層，是形成地?zé)岙惓５挠欣責(zé)岬刭|(zhì)條件[11]。較高的導(dǎo)熱率和熱擴(kuò)散系數(shù)，有利于深部熱源熱量傳導(dǎo)，也有利于放射性生熱的傳導(dǎo)。

程順波等在越城嶺地區(qū)開(kāi)展了巖體地球化學(xué)研究，其研究成果顯示，越城嶺巖體中U 平均含量為9.96×10-6，Th 平均含量為27.90×10-6，K 平均含量為4.68%[12]（見(jiàn)表2）。

表2 越城嶺巖體U、Th、K 含量特征表[11]

2.2 巖石放射性生熱率計(jì)算結(jié)果

巖石放射性生熱率是指一定體積的巖石在單位時(shí)間內(nèi)由所含放射性元素衰變所產(chǎn)生的熱量，是判定巖體放射性生熱能力的重要參數(shù)。越城嶺巖體花崗巖放射性生熱率可由實(shí)測(cè)巖體中的U、Th、K 元素含量及巖石密度計(jì)算得出。

式中，A為巖石總放射性生熱率（μW/m3）；ρ為塊體密度（g/cm3）；CU、CTh和CK分別為巖石中U（10-6）、Th（10-6）和K（%）的含量；AU、ATh、AK分別為3 種放射性元素的熱貢獻(xiàn)率。

根據(jù)以上測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算得到越城嶺巖體花崗巖平均放射性生熱率為4.71 μW/m3，其中U 熱貢獻(xiàn)率占比為52%，Th 熱貢獻(xiàn)率占比為39%，K 熱貢獻(xiàn)率占比為9%。

2.3 淺孔鉆探及測(cè)溫結(jié)果

鉆孔揭露巖石巖性為（粗）中粒二長(zhǎng)花崗巖，其中0～3.4 m 為中—弱風(fēng)化的黑云二長(zhǎng)花崗巖（推測(cè)為轉(zhuǎn)石），3.4～11.0 m 為全風(fēng)化的細(xì)砂層，11.0 m 以下為新鮮黑云二長(zhǎng)花崗巖。3.4～11.0 m 為承壓含水層，鉆至3.4 m 處遇地下水，水即涌出孔口，并一直保持自流狀態(tài)。11.0～100.0 m 為完整基巖，水文地質(zhì)鉆探編錄和物探測(cè)井資料顯示，巖石干燥無(wú)水，為承壓水隔水底板。鉆孔施工結(jié)束后，進(jìn)行了3 次全孔測(cè)溫。于2021 年8 月27 日在抽水試驗(yàn)前進(jìn)行第1 次測(cè)溫；在抽水試驗(yàn)結(jié)束靜置24 h 后，于8 月30 日進(jìn)行第2 次測(cè)溫；在靜置47 d 后，于10 月16 日進(jìn)行第3 次測(cè)溫。測(cè)試結(jié)果如圖1 所示。

圖1 鉆孔測(cè)溫曲線圖

3 干熱巖資源成生條件分析

3.1 放射性生熱率

廣西境內(nèi)的中酸性巖體中U 含量平均值為6.79×10-6，Th 含量平均值為25.3×10-6[14]。全球花崗巖中U 含量平均值為5×10-6，Th 含量平均值為20×10-6[10]。由此可以看出，越城嶺巖體花崗巖中U、Th 平均含量均高于廣西和全球平均含量。越城嶺巖體花崗巖平均放射性生熱率為4.71 μW/m3，而全球花崗巖放射性生熱率平均值為2.05±1.07 μW/m3[13，15]?？梢?jiàn)，越城嶺巖體花崗巖放射性生熱率遠(yuǎn)高于全球平均值，屬于高放射性生熱率花崗巖[16]。

3.2 大地?zé)崃?/h3>

地球物理資料顯示，越城嶺巖體所處的桂東北地區(qū)地殼總厚度平均值為30 km 左右[17]，其中上地殼厚度約為8 km[18-20]?；谇拔姆治觯匠菐X巖體花崗巖平均放射性生熱率為4.71 μW/m3。在不考慮衰減的情況下，可估算出越城嶺巖體花崗巖放射性生熱貢獻(xiàn)的熱流高達(dá)37.68 mW/m2。

3.3 地溫梯度

從測(cè)溫曲線來(lái)看，研究區(qū)自地表向下，可明顯分成3 個(gè)溫度分帶，其中變溫帶為0～11 m，恒溫帶介于11～30 m，30 m 以下為增溫帶。變溫帶受地表氣溫變化的影響極為明顯，3 次測(cè)試均呈現(xiàn)出不同特征；恒溫帶和增溫帶的測(cè)試結(jié)果基本一致。從測(cè)溫曲線上看，自30 m 以降，巖體溫度隨深度增大而增高，到孔底100 m 處仍保持增溫趨勢(shì)不變。

對(duì)鉆孔30～100 m 段測(cè)溫曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到地溫梯度關(guān)系式：

式（1）中，T為地溫（℃）；H為埋深（100 m）；R2為決定系數(shù)。

由式（1）計(jì)算得到的研究區(qū)地溫梯度高達(dá)4.17℃/100 m。基于式（1）推算，在埋深2835.9 m 和3555.3 m 處可能分別探獲150℃和180℃的高溫巖體，該區(qū)干熱巖勘查前景較好。

雖然施工的鉆孔較淺，變溫帶溫度差異較大，但在恒溫帶和增溫帶3 次測(cè)量的增溫趨勢(shì)幾乎一致，因此，經(jīng)推算的地溫梯度數(shù)據(jù)具有一定的可信度。

3.4 儲(chǔ)熱及運(yùn)熱構(gòu)造

研究區(qū)NNE 向的資源—新寧斷裂帶是一條區(qū)域性深大斷裂，是區(qū)內(nèi)的一級(jí)控巖、控盆、控礦構(gòu)造帶，有利于放射性生熱元素的活化及深部熱流的運(yùn)移。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在剪應(yīng)力作用下，在地下6～10 km 深部原片麻巖帶之上疊加形成數(shù)條韌性剪切帶，并顯示多次活動(dòng)的特征[21]。有學(xué)者認(rèn)為，活動(dòng)韌性剪切帶是干熱巖儲(chǔ)熱和導(dǎo)熱的良好通道[4]。另外，在越城嶺巖體與貓兒山巖體之間發(fā)育的中生代盆地，為紅色砂礫巖覆蓋的斷陷盆地，構(gòu)成了一個(gè)良好的熱儲(chǔ)蓋層，有益于下部生熱巖體的熱量保存。

綜上所述，越城嶺地區(qū)具有較好的干熱巖地?zé)豳Y源的生熱條件、導(dǎo)熱通道和儲(chǔ)熱條件，具有較好的干熱巖勘查前景。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）研究區(qū)花崗巖中U、Th、K 等放射性元素含量較高，放射性生熱率為4.71 μW/m3，遠(yuǎn)高于全球花崗巖放射性生熱率平均值，屬于高放射性生熱率花崗巖。

（2）研究區(qū)淺層地溫梯度高達(dá)4.17℃/100 m，為地?zé)岙惓^(qū)。假定巖體中保持該地溫梯度不變，則在埋深2835.9 m 和3555.3 m 處可分別探獲150℃和180℃高溫巖體。

（3）研究區(qū)具備干熱巖地?zé)豳Y源的生熱條件、導(dǎo)熱通道和儲(chǔ)熱條件，具有較好的干熱巖勘查前景。

（4）建議在越城嶺巖體西側(cè)近SN 向展布的韌性剪切帶分布區(qū)開(kāi)展干熱巖資源調(diào)查評(píng)價(jià)，為下一步干熱巖的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。