曾晨暉 古南開 楊萬夫 陳嘉強

（廣東省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊）

地熱能是一種清潔可再生能源，其儲量是地熱資源開采價值的主要評判指標［1-3］。興寧盆地是梅州地區(qū)最大的山間盆地，目前在興寧盆地范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)5處熱泉，興寧盆地為形成豐富的地熱資源構(gòu)建了較好的地質(zhì)條件，但龍?zhí)锼榈責豳Y源現(xiàn)狀潛力不清，地熱水動態(tài)尚不明確，并且對地熱資源的儲量、水溫缺乏全面的了解，地熱開發(fā)利用依據(jù)不足。本文在《地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T 11615-2010）指導下，通過動態(tài)觀測、降壓試驗等手段，對龍?zhí)锏責豳Y源儲量進行評價與分析，為適應地方經(jīng)濟發(fā)展的需要，合理開發(fā)地熱資源提供水文地質(zhì)依據(jù)。

1 地熱資源的邊界條件

據(jù)區(qū)域資料，構(gòu)成興寧盆地的神光山斷層F2、永和圩斷層F3等復活斷層帶附近均有熱泉出露，其中，在永和圩斷層F3外接觸帶沉積巖中出露有石子嶺117#泉，為中低溫熱水，而本次研究的對象龍?zhí)镦?zhèn)水陂村地熱，正好位于其北西向約7.5 km處。

1.1 儲存特征

興寧市龍?zhí)镦?zhèn)水陂村地熱資源熱儲的邊界條件受到巖性和構(gòu)造共同控制。地下熱礦水主要埋藏于白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn）鈣質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)的砂巖、砂礫巖以及泥盆系—石炭系下統(tǒng)峽山群（D-C1sh）砂巖、砂礫巖的孔隙裂隙中，屬于層間孔隙裂隙承壓水。熱礦水的對流通道主要為F3斷裂構(gòu)造及其次生構(gòu)造。該套地層隱伏于下第三系丹霞群砂礫巖（Edn）、第四系松散層或直接出露在丘陵平地上，為地熱流體的熱對流提供了很好的條件，同時也為區(qū)域地下水系統(tǒng)循環(huán)提供了很好的補徑排條件。

1.2 圍巖特征

區(qū)域上，熱儲周邊的圍巖有震旦系（Z）、泥盆系—石炭系下統(tǒng)峽山群（D-C1sh）、石炭系中—上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）、下第三系丹霞群（Edn）等地層。地層的周邊還分布有印支期花崗閃長巖（γδ51）和燕山三期花崗巖（γ52（3）），以巖株形式產(chǎn)出。周邊巖漿巖體較發(fā)育，說明巖漿活動強烈，地熱場的形成與印支和燕山期的巖漿活動有著密切的關系［4］。

1.3 構(gòu) 造

據(jù)區(qū)域資料，隱伏基底斷層是深部巖體控熱和熱礦水向淺部運移的通道，而北西向斷層構(gòu)造對地下熱礦水中淺部儲存、運移和排放起主導作用。本區(qū)處于南嶺東西向構(gòu)造帶，據(jù)航測磁異常和重力異常的解釋推斷：在興寧地區(qū)深部的潛伏基底斷層發(fā)育，巖漿活動強烈。東西構(gòu)造控制了深部的地熱場，而北東與北西向斷層構(gòu)造只對熱礦水的儲存、運移和排泄起主導作用。對于深循環(huán)熱礦水，深（淺）構(gòu)造都有著重要的控制作用。龍?zhí)镦?zhèn)水陂村地熱正處于北西向的F3永和圩斷層上盤地段，說明ZK1 鉆孔揭露的熱礦水層與該斷層存在密切的聯(lián)系。

1.4 蓋 層

興寧市龍?zhí)镦?zhèn)水陂村地下熱礦水主要埋藏白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn）鈣質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)的砂巖、砂礫巖以及泥盆系—石炭系下統(tǒng)峽山群（D-C1sh）砂巖、砂礫巖的孔隙裂隙中，熱儲頂板巖層為白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn）上部紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和下第三系丹霞群（Edn）紫紅色泥質(zhì)粉砂巖及頁巖。

白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn）上部紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和下第三系丹霞群（Edn）紫紅色泥質(zhì)粉砂巖及頁巖，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，巖石裂隙不太發(fā)育，透水性及含水性弱，可視作弱含水層或隔水層。上述巖層在區(qū)域上有大面積的分布，為一連續(xù)均勻分布的地層，區(qū)域地層厚度大于3 000 m，巖層具有良好的隔熱保溫性，是地熱資源的良好蓋層。

2 熱儲特征及其埋藏條件

根據(jù)《1∶20 萬興寧幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》資料顯示，龍?zhí)锏責釁^(qū)附近地表未見熱泉出露，僅在35，36號2個深孔揭露到中低溫熱水，均為自流熱井，鉆孔水文地質(zhì)特征見表1。熱儲主要位于興寧盆地北東內(nèi)緣，其巖性主要為砂巖、砂礫巖，巖層中孔隙和裂隙較為發(fā)育，在和K12～K32有2 層較穩(wěn)定的熱水層（表2）［5］。

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龍?zhí)锏責釁^(qū)鉆孔ZK1 位于35 與36 號孔之間（其中距離35 號孔位置約100 m），其熱儲特征與埋藏條件與上述情況基本一致，熱儲賦存白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn）鈣質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)的砂巖、砂礫巖以及泥盆系—石炭系下統(tǒng)峽山群（D-C1sh）砂巖、砂礫巖的孔隙裂隙中，永和圩斷層F3在區(qū)域上對熱礦水的儲存、運移和排泄起主導作用，3 個鉆孔（ZK1、35 號、36 號）揭露的熱水層在剖面上呈層狀展布，同時熱儲受構(gòu)造和巖性共同控制，地熱資源規(guī)模較小，熱儲類型為層狀孔隙裂隙型熱儲。

綜上所述，興寧市龍?zhí)镦?zhèn)水陂村熱儲及埋藏受巖性和構(gòu)造共同控制，其中NW 向斷裂（永和圩斷層F3）為主要控熱構(gòu)造，亦為龍?zhí)锏責釁^(qū)導水導熱構(gòu)造；熱儲類型為層狀孔隙裂隙型熱儲。

3 地熱流體場特征及動態(tài)

3.1 流場特征

據(jù)《1∶20 萬興寧幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》，距離龍?zhí)锏責釁^(qū)南東向約7.5 km 處（永和圩斷層F3外接觸帶沉積巖中）出露有興寧盆地石子嶺117#泉，為中低溫熱水，而興寧市龍?zhí)镦?zhèn)水陂村熱儲及埋藏受構(gòu)造和巖性共同控制，剖面上呈層狀展布，熱礦水屬層間孔隙裂隙承壓水。ZK1熱水井為自流井，孔口溫度約44.6 ℃，龍?zhí)锏責釁^(qū)范圍內(nèi)未見有熱泉出露，僅在附近的35，36 號2 個深孔揭露到中低溫熱水，地表范圍未見有異常，垂直方向異常與含熱巖石的導熱性有關，更主要的是取決于熱水的儲存與運移。

本區(qū)的熱儲主要賦存于白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn）鈣質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)的砂巖、砂礫巖以及泥盆系—石炭系下統(tǒng)峽山群（D-C1sh）砂巖、砂礫巖的孔隙裂隙中，證明熱水的儲存與運移，均明顯地受巖層產(chǎn)狀控制。北西向F3斷裂破碎帶為地下熱水儲存和運移創(chuàng)造了良好的條件，同時在區(qū)域上周邊出露有印支期花崗閃長巖（γδ51）和燕山三期花崗巖（γ52（3）），為主要控熱巖體，構(gòu)成深部地熱場，為地下熱水提供源源不斷的熱源。

3.2 熱流體循環(huán)特征

本區(qū)地熱資源地下流體可體現(xiàn)在垂直對流運動的特征，表現(xiàn)如下：

（1）地熱流體的下滲。熱礦水的補給與運動復雜，主要是大氣降雨補給圍巖裂隙水，再通過構(gòu)造裂隙帶再補給深部熱流體［6］。雨季熱水位明顯升高，觀測井內(nèi)溫度沒有下降跡象，說明水位的升高不是降雨后的短途補給，而是地下水位升高后的頂托和壓力傳遞的結(jié)果。經(jīng)過鉆孔降壓試驗的觀測，說明含熱構(gòu)造中的地下熱水與基巖中一般的裂隙水聯(lián)系不密切。

（2）地熱流體的運動。根據(jù)地熱流體補給條件分析，大氣降雨補給基巖裂隙水，通過構(gòu)造裂隙帶往深部運移，使深部地下水在適當?shù)纳疃任樟说責崮埽跓釀恿εc水動力的共同作用下，帶著大量的熱能沿著斷裂（永和圩斷裂F3）上升，在巖層裂隙和孔隙發(fā)育部位儲存和運移，最后在地勢較低處出露。當大氣降雨沿斷裂帶下滲遇灼熱巖石，由于加熱和熱膨脹的結(jié)果，產(chǎn)生了流體的垂直對流運動，密度低的熱流體沿著熱區(qū)破碎帶上升，并不斷為補給源供給冷流體代替。地下水動態(tài)變化受大氣降雨的影響，在不同的徑流條件下，其變化幅度有所不同，總的規(guī)律是補給區(qū)→徑流區(qū)→排泄區(qū)，地下徑流速度從急至緩，變化幅度從大到小。在補給區(qū)地形較高，徑流速度快，則地下水位變化幅度也大。在徑流區(qū)，標高較低，地下水位變幅相對較小。在排泄區(qū)，勢能較低，變幅較小。在垂直方向上，地熱流體緩慢增溫，屬開啟型的。

（3）地熱流體的排泄。在天然條件下，地熱流體主要以溫泉的形式排泄。如距離地熱區(qū)南東向約7.5 km 處（永和圩斷層F3外接觸帶沉積巖中）出露有興寧盆地石子嶺117#泉，為中低溫熱水。

3.3 地熱流體形成條件

3.3.1 水源條件

龍?zhí)锏責釁^(qū)的補給水源主要為大氣降水，大氣降雨補給圍巖裂隙水，再通過構(gòu)造裂隙帶再補給深部熱流體。根據(jù)本次工作水文試驗及水量監(jiān)測，熱水位及水量均顯示出季節(jié)性特點，龍?zhí)镦?zhèn)水陂村所處的氣象區(qū)為亞熱帶季風氣候區(qū)，水源條件相對充足。

3.3.2 熱源條件

熱源條件是地熱田的決定性條件［7］，龍?zhí)镦?zhèn)水陂村區(qū)域上巖漿巖發(fā)育，說明龍?zhí)镦?zhèn)水陂村處在的區(qū)域巖漿活動較為活躍，北東向、北西向斷裂溝通了深部的巖漿熱，經(jīng)過深部熱傳導，形成對流熱，為興寧市龍?zhí)镦?zhèn)水陂村提供了熱源條件。

3.3.3 儲運條件

龍?zhí)镦?zhèn)水陂村地下熱礦水主要埋藏于白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn），泥盆系—石炭系下統(tǒng)峽山群（DC1sh）砂巖、砂礫巖中，利于存儲熱水。

圍巖為震旦系（Z）、石炭系中—上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）、下第三系丹霞群（Edn）等地層。地層的四周還分布有印支期花崗閃長巖（γδ51）和燕山三期花崗巖（γ52（3）），圍巖堅硬致密，透水性差，為地下熱水的存儲提供了良好的圈閉條件。

熱礦水的對流通道主要為永和圩斷層F3，且熱水層巖石的孔隙裂隙較發(fā)育，地熱流體溝通深部熱源形成熱對流提供了良好徑流條件。

4 地溫場特征

據(jù)區(qū)域資料，興寧盆地下部有白堊系砂礫巖和砂巖組成的孔隙裂隙儲熱含水層，上部有厚達約3 000 m 的白堊系和第三系泥質(zhì)巖石構(gòu)成的隔熱蓋層，有較理想的熱儲結(jié)構(gòu)，并在盆地東、西側(cè)為北西向斷層所切，構(gòu)成地塹型盆地，斷層帶硅化、綠泥石化和螢石化等蝕變強烈，特別是西緣神光山正斷層出露中高溫和高溫熱水多處，此外，在東緣（即龍?zhí)锏責釁^(qū)附近）亦揭露到熱水（圖1）。

據(jù)35，36 號孔的熱水層換算增溫梯度為2.4～3.0（℃/100 m），從36 至35 號孔，西移僅0.9 km，而水溫平均增加8 ℃，含水層頂板埋深增加約300 m，依此類推，可推算出從石壁至向斜軸部（葉塘附近）相距約9 km，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，其水溫應相應增加80 ℃，加上35號孔的水溫40 ℃，在向斜軸部深處熱水層水溫，大約120 ℃，埋深約3 000 m。這一溫度接近于葉南114#泉用SiO2溫度法推算的溫度131.3 ℃。

5 地熱儲量動態(tài)特征

5.1 歷史流量

根據(jù)區(qū)域鉆孔資料記載，20 世紀70 年代施工的35，36 號2 個深孔揭露到中低溫熱水，均為自流井。35 號井水溫40℃，流量6.143 L/s（即531 m3/d）；36 號井水溫33.3～33.5℃，流量11.797 L/s（即1 199 m3/d）。

5.2 動態(tài)監(jiān)測

2022年1—12月，對ZK1熱水井進行了流量及水溫監(jiān)測。在監(jiān)測期間，ZK1 熱水井自流量658.08～781.20 m3/d，水溫43.9～44.7 ℃，出水流量及水溫均相對變化不大?？傮w來看，ZK1熱水井流量及溫度隨季節(jié)性變化不明顯但變化同步性強，最高溫及最大流量均出現(xiàn)在6—9 月（豐水期），最低溫及最小流量均出現(xiàn)在1，11，12月（枯水期），流量溫度變化較小。動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖2。

5.3 降壓試驗

本次工作在2022年11月15日—12月03日（枯水期）對ZK1 熱水井完成了3 次降深的多井降壓試驗。

通過動態(tài)監(jiān)測、多井降壓試驗并結(jié)合以往的地質(zhì)資料可對該地熱資源儲量進行評價，本次儲量計算可采用枯水期降壓試驗最大一次降深的井產(chǎn)量為允許開采量，即龍?zhí)镦?zhèn)水陂村（ZK1熱水井）的地熱流體允許開采量為1 574 m3/d。

6 結(jié) 語

通過研究分析，興寧盆地之所以具有豐富的地熱資源，是因為其上部有厚達約3 000 m 的白堊系和試驗的主要成果：出水水溫為44.5～45℃，最大降深抽水延續(xù)時間340 h，穩(wěn)定時間125.5 h，水位下降32.34 m，井產(chǎn)量1 574 m3/d。降壓試驗成果如圖3所示。第三系泥質(zhì)巖石構(gòu)成的隔熱蓋層，有較理想的熱儲結(jié)構(gòu)，地層巖性的分布和構(gòu)造特征也為該地熱資源的賦存和運移形成良好的地質(zhì)條件。實踐表明，龍?zhí)锼閆K1 熱水井流量及溫度隨季節(jié)性變化不明顯但變化同步性強，最高溫及最大流量均出現(xiàn)在6月—9 月（豐水期），最低溫及最小流量均出現(xiàn)在1 月、11月、12 月（枯水期），流量溫度變化較小。與此同時，以枯水期降壓試驗最大一次降深的井產(chǎn)量為允許開采量，即為1 574 m3/d，屬于C級允許開采量，開發(fā)利用潛力較大。