浙南下應地區地熱地質條件及熱儲概念模型

金 博，周偉明

（浙江省第一地質大隊，浙江杭州310000）

浙南下應地區地熱地質條件及熱儲概念模型

金 博*，周偉明

（浙江省第一地質大隊，浙江杭州310000）

分析了浙江仙居下應地區地熱資源的地質條件，在此基礎上建立了熱儲概念模型。DR1號井儲水空間為構造裂隙型熱儲水，屬帶狀熱儲，熱儲頂板埋深在300m左右，斷裂是主要控熱和儲水斷裂。大氣降水和地表徑流，可沿斷裂逐漸向深部循環補給砂巖熱儲，形成熱水。

地熱；地質條件；熱儲；模型

1 概述

隨著地熱地質研究水平的提高和研究領域的拓寬，其成果除了繼續支持地震的觀測預報和巖石圈結構研究、油氣地質研究、環境工程研究等領域外，還被廣泛應用于地熱資源的評價、開發[1]。我國自20世紀70年代開始在西南地區和東部地區開展了比較系統的地溫場及地熱資源的研究[2]，地熱資源是地球內部普遍存在且環境友好的可再生能源，因其穩定性好、利用系數高、成本低等優點而受到全世界的高度重視和大力倡導。熱儲工程研究貫穿地熱資源開發利用的全過程，而熱儲模型的建立、模擬和評價是從區域尺度的調查評價到地熱田尺度的開發利用實踐之間的關鍵環節[3]。

仙居縣大戰鄉下應村地熱資源是2010年開采仙金螢石礦中發現，在開采坑道中炮眼中涌出，當時采礦坑道中測量水溫28℃。該礦為小型螢石礦床，屬低溫熱液充填型。該地熱資源已完成水文地球化學特征和水質評價[4]。但地熱地質特征未有詳細刻畫，熱儲概念模型為系統建立，這制約了區域內地熱資源勘查。基于此，本文在詳細野外地質調查和對DR1井編錄的基礎上，分析了地熱地質條件，建立了熱儲概念模型，以期為下一步勘探提供理論依據。

2 地質背景

本區地處浙東南地塊，位于仙居白堊紀斷陷盆地東南部，由兩組斷裂交匯切割陷落而成[5]。盆地中央的白塔—田市一帶為第四系沖積、洪積層所覆蓋，形成平原區。第四系覆蓋層厚度一般為2～10m。盆地南北兩側為丘陵區，主要由白堊系紅色巖層組成。出露地層主要為上白堊世到下侏羅世，包括上白堊統赤城山組（K2c）、兩頭塘組（K2l）、塘上組（K2t），下統小平田組（K1x）、朝川組（K1c）、館頭組（K1g），侏羅系上統西山頭組（J3x）、九里坪組（J3j）。天臺群火山沉積建造組成的盆（洼）地，東南側以火山噴發或超覆不整合接觸為主，北西側以斷裂為主，與下伏永康群成魔石山群接觸。盆地南東側為大套的流紋質角礫凝灰巖夾沉積巖與下巖系火山流紋巖，流紋巖玻屑熔結凝灰巖呈疊覆關系。西北側是盆外大套的流紋質玻屑凝灰巖與盆內紅色砂礫—泥巖截然分界，顯示了盆邊陡坡帶特征。盆地南部火山巖建造為主的地層劃分了3套即：①西山頭組和九里坪組、②小平田組、③塘上組，均為酸性火山巖組合，代表了火山噴發的一個新階段開始。這套火山巖產狀平緩、構成盆地南東側盆緣低丘地貌，向北西過渡洪沖積盆地，邊界向南東凸出形成弧形。山區主要出露侏羅系上統西山頭組，上亞段主要巖性為流紋質晶屑玻屑熔結凝灰巖、強熔結凝灰巖，夾噴溢相流紋巖、角礫熔巖，夾凝灰質砂巖等，下亞段主要巖性為流紋質晶屑玻屑熔結凝灰巖。

根據物探成果在盆中及盆緣推測有北東和北西向斷裂，根據盆內的沉積建造分布和永安溪的延展方向，南部斷裂構造不發育。盆地西部外緣北西向斷裂的規模也不大，在火爐堂一帶發育北西向斷裂，巖石破碎，斷裂兩側均為西山頭組火山巖，斷距不大，向深部延伸可能消失。北東向斷裂的規模最大，北東向斷裂據斷層三角面(地貌)與硅化蝕變帶的總體產狀判斷，傾角60°～70°。是一條多次活動的斷裂帶，從井頭村向西追索的點上資料分析，斷裂帶內有強烈的硅化、次生石英巖化，石英脈充填，分布較廣。

3 礦區地質

仙金螢石礦位于大戰鄉下應村，為小型低溫熱液充填型螢石礦床。礦區呈近東西方向的長條狀，東西長約2040m，南北寬約150m，面積0.306km2。

區內出露地層為第四系和下白堊統館頭組及上侏羅統西山頭組，上侏羅統西山頭組巖性主要為灰、灰紫色流紋質含角礫晶玻屑熔結凝灰巖。下白堊統館頭組巖性主要為灰紫、黃綠、紫紅色凝灰質砂巖、粉砂巖，下部常見凝灰質含礫砂巖、砂礫巖。區內構造以近東西向和北東向斷裂構造為主，北西向斷裂次之，褶皺不發育。含礦構造蝕變帶主要受近東西向斷裂控制，呈先張后壓扭、多期次活動特點。礦區及附近未見侵入巖體。

礦床位于羊平鳥—雙廟螢石礦帶的中段，賦礦地層主要為下白堊統館頭組，東部小范圍為上侏羅統西山頭組。在長約2km、寬約0.3km的近東西向長條狀范圍內，分布有Ⅰ-Ⅶ號7條大小不等的螢石礦體。從地質背景看，該螢石礦區位于雙廟-大洪北東向斷裂帶、仙金-雙廟東西向斷裂、大戰—上林沉積火山盆地和大洪火山洼地復合地段，含礦圍巖有J3x1流紋質含角礫晶屑玻屑熔結凝灰巖、凝灰質粉砂巖和角礫凝灰巖。容礦構造為一組東西向壓扭性斷裂，共見4條，其中一條較大、屬主干斷裂。圍巖蝕變有硅化、絹云母化、高嶺石化、黃鐵礦化等。礦體呈脈狀、透鏡狀，主要賦存于主干斷裂中，即Ⅰ號礦帶。Ⅰ號礦帶地表控制長660m，有數個小礦體組成，礦體厚0.2～1.5m，局部達5m以上，膨縮現象明顯，平均厚0.85m，平均品位CaF260.22%。礦石礦物為灰白色、淺紫、淺綠色螢石。脈石礦物為石英、圍巖角礫。礦石具他形晶狀結構，塊狀構造，少量條帶狀、角礫狀構造。礦石類型主要為石英—螢石型。

4 地熱地質

4.1 DR1井地質

DR1號井位于仙居縣大戰鄉下應村，距仙居縣城13km仙居縣大戰鄉下應DR1號地熱井所鉆遇地層主要有：0～11m井段地層為第四系，11～65m為玄武巖，65～84.3m為淺灰、灰紫色粉砂巖、泥巖，84.3～130m為凝灰巖，從測井曲線反映來看，該井段自然伽馬與時差值較高，時差曲線跳躍明顯。造成這種異常的原因是火山灰降落后常與泥巖混合形成沉凝灰巖，其粒間孔較多，對放射性物質有較強的吸附性。130～157m為砂質泥巖，該段電阻率較低，自然伽馬與時差值較高，在部分井段上自然伽馬曲線呈低值，可能含砂質成分較多。157～204m為凝灰巖，在160m與200m兩處時差曲線變化較大，可能有裂隙發育。204～277m為泥巖，電阻率較低。277～310m為凝灰巖。310m以下為安山玄武玢巖，多處有裂隙隙、孔洞，該段巖石致密，電阻值較高，時差值較小。系統地層柱狀圖見圖1。

由于泥巖、凝灰巖富水性差，該井水的來源主要靠安山玄武玢巖體的構造裂隙水與孔洞作為補充來源。含水層在測井參數曲線上的響應是：低電阻率，自然伽馬較大，井溫曲線異常波動，聲波時差曲線出現明顯“周波跳躍”現象。從該孔的物性曲線及巖芯分析來看，310.40～388.20m，厚77.8m，為斷裂裂隙破碎帶，主要巖性為安山玄武玢巖。

區內構造運動十分強烈，特別在燕山運動晚期，以新華夏系為主的斷裂發育，NE-NEE向和NW向兩組斷裂，切割了白堊系地層，構成了勘查區內的主要構造格架。由于斷裂的強烈活動，地下水經斷裂帶深循環時，在深部加熱，形成地熱，斷裂構造對地下熱水起著一定的控制作用，也有利于地下熱水的儲存。

F1是近東西向斷裂代表性的主體構造，斷裂帶長約1000m，寬一般1～3m，最寬可達6m；帶內主要由構造角礫和粘土礦物，以及局部呈膠結物狀的螢石、硅質等組成，斷裂傾向350°左右，傾角65°～75°。另2條主要的近東西向構造，F2長約1250m，寬1～3m，斷裂中段帶內有硅化、螢石礦化構造角礫巖出露，產狀355°∠70°。

4.2 采礦巷道地熱異常

仙金螢石礦采用地下開采、汽車運輸開拓方式采礦，PD5巷道呈螺旋形。當采礦巷道推進到X= 3185158.912，Y=579281.599，Z=39.85時，遇第一個熱水涌水點，估計涌水量200～300m3/d，實測水溫28℃。涌水點位于F1斷裂中的螢石礦體頂板一側。

當 采 礦 巷 道 推 進 到 X=3185258.303，Y= 579272.977，Z=38.71時，遇第二個熱水涌水點，估計涌水量240～300m3/d，實測水溫30℃。這時第一個涌水點水量逐漸減少。涌水點位于F2斷裂中的螢石礦化帶內。

當采礦巷道繼續推進到X=3185260.502，Y= 579264.925，Z=39.64時，遇第三個熱水涌水點，估計涌水量大于200m3/d，實測水溫37℃（據礦主測溫）。這時第一個涌水點干枯。螢石礦體、礦化體內發育小溶洞。

圖1 仙居縣大戰鄉下應村DR1號地熱井鉆孔柱狀圖

4.3 熱儲

根據采礦巷道內地熱異常顯示，地熱水均在螢石礦（化）帶內涌出，地熱水與螢石礦有關，礦體、礦化體內發育小溶洞，連通性好。從礦坑和排水鉆孔抽水試驗看，F1、F2斷裂是連通的。310.40～388.20m，為斷裂裂隙破碎帶，巖性以青灰色安山玄武玢巖為主，厚度為77.8m，是較好的熱儲層。

因此認為大戰下應地區地熱水屬斷裂深循環對流型帶狀熱儲，其儲水空間主要為斷裂構造破碎帶、含礦構造帶及基巖裂隙帶。

4.4 熱源

大戰下應地熱資源的形成，是大地內部熱能通過熱傳導作用使下滲至深部的水體增溫，即熱源為正常的地溫梯度增溫，增溫后地熱水通過構造破碎帶向上運移，熱水在淺部熱儲部位富集，形成淺部次級熱儲中的熱水資源。在熱水開采過程中，上部的冷水也會通過斷裂破碎帶下滲，與上升的熱水混合，造成水量增大、水溫降低的現象。

4.5 蓋層

根據已知螢石礦勘探資料顯示，本區第四系厚度較薄，一般小于10m，下部為透水性較好的白堊系砂礫石，下伏為堅硬的火山巖類，受構造斷裂的影響，裂隙發育，保溫作用較差。因此本區不存在較理想的熱儲蓋層，這也是形成不了較高熱水的一個主要原因。

但是火山巖一般為塊狀結構，較厚的巖層、巖石的低孔隙率和弱透水性，形成上部有一定封閉的斷裂模式，和上部的白堊系及第四系一起能起到一定效果的蓋層作用。

5 熱儲概念模型

根據區內地貌、地質構造條件及仙金螢石礦礦區地質特征，認為該井熱水水源為大氣降水，其補給區在礦區南側晚侏羅世火山巖組成的山區，相對高差產生的靜水壓力是地表水深循環徑流的動力條件。大氣降水沿周邊斷裂下滲至深部熱儲，在深循環過程中，在正常的區域地溫梯度條件下吸取圍巖傳導熱而增溫，并與周圍的圍巖發生溶濾作用。勘查區為對流型地熱系統，對流通道、地熱流體存儲空間為控礦斷裂破碎帶，特別是螢石礦體溶蝕帶。由于斷裂具有壓性—張性演化特征，早期擠壓作用形成的破碎帶在中期被膠結的石英、螢石或方解石脈充填，脈巖中溶蝕孔隙，裂隙或晶洞較發育，后受斷裂多期活動影響，形成有一定規律的較連續的破碎帶，從而構成良好的儲水空間。同時由于斷裂作用，斷裂兩側較窄范圍內圍巖節理裂隙較發育，構成了一定寬度的儲水空間。屬帶狀熱儲，以控礦斷裂破碎帶和圍巖裂隙發育帶共同組成了大戰下應地熱資源的儲水構造。熱儲概念模型見圖2。

圖2 仙居大戰下應地區熱儲慨念模型圖

[1]鄭希民，王多云，李鳳杰，等.蘭州—民和斷陷盆地地熱地質條件分析及熱儲概念模型[J].高校地質學報，2003，25(3): 215-220.

[2]王鈞，黃尚瑤，黃歌山，等.中國地溫分布的基本特征[M].北京:地震出版社，1990:1-39.

[3]李勝濤，Guoni Axelsson，龍慧，等.基于集中參數模型的HOFFELL低溫地熱田熱儲模擬與評價[J].水電能源科學，2015，33(11):41-44.

[4]浙江省地質學會.浙江省地熱資源及其開發利用研究[R]. 2008：115-118.

[5]浙江省地質礦產局.浙江省區域地質志[R].1989：47-69.

P314.1

A

1004-5716(2016)12-0097-04

2016-01-20

2016-01-26

金博（1988-），男（漢族），湖北咸寧人，助理工程師，現從事地質礦產和地熱資源勘查工作。