黔東南洛香地區地熱資源勘查

劉明博 陳軼平

摘 要：洛香湖地熱井位于華南褶皺帶西南端，地處洛香河一級階地，周邊構造復雜，且老地層大面積出露，開發地熱資源存在水量不足的風險。通過野外地質勘查和CSAMT勘查相結合的方法，查明地熱地質條件、導熱導水斷裂、判斷斷裂形態、選擇井位。地熱井水量最終為411m3/d，出水井口溫度41℃，水質呈重碳酸鈉型，含氟、鍶、偏硅酸型淡溫泉水。物探解譯推斷Fw3為F2次級斷裂，且被F1錯斷，規模較小，但可為導熱導水網絡的一部分;根據測井數據和巖屑對比，巖層地溫率低，其中灰巖地段0.85℃/100m～1.26℃/100m，頁巖地段1.36℃/100m～2.25℃/100m，砂巖地段1.11℃/100m～1.58℃/100m，井底溫度大于69℃，井口溫度41℃，熱損失較為嚴重。

關鍵詞：地熱井;地質勘查;CSAMT;地熱資源;地溫率

Exploration of Geothermal Resources in Luoxiang Area of Southeast Guizhou Province—Taking Luoxiang Lake Geothermal Well as an Example

LIU Mingbo， CHEN Yiping

（The Sixth General Team， Guizhou Nonferrous Metals and Nuclear Industry Geological Exploration Bureau， Kaili， Guizhou 556000）

Abstract： The Luoxiang Lake geothermal well is located at the southwest end of South China fold belt， which is on the first-grade terrace of the Luoxiang River. The surrounding structure is complex， and old strata are exposed in a large area， so there is a risk of insufficient water quantity in geothermal resources development. On the basis of previous geological data， and the combination of field geological exploration and CSAMT exploration， the geothermal geological conditions， thermal conductivity and water fracture have been made clear. For example， the water yield of geothermal wells is 411m3/d， the outlet wellhead temperature is 41℃， the water quality is sodium bicarbonate type， containing fluorine， strontium， metasilicic acid type fresh spring water. For the working area being covered by Quaternary sediments， the arrangement of CSAMT survey line and data interpretation are particularly important. The interpretation of fracture pattern and the selection of well location are the focus of this work. The water quality was sodium bicarbonate type， which contains fluoride， strontium and metasilicate type fresh spring water. Based on the geophysical interpretation， it deduces that Fw3 is a secondary fault of F2， being broken by F1. It is small in scale， but it could be a part of the heat-conducting water network. According to the comparison of logging data and cuttings， the geothermal gradient of rock strata is low. Among them， the limestone section is 0.85～1.26℃/100m， the shale section is 1.36～2.25℃/100m， the sandstone section is 1.11～1.58℃/100m， the bottom holes temperature is greater than 69℃， the top holes temperature is 41℃， and the heat loss is serious.

Keywords： Geothermal well; Geological exploration; CSAMT; Geothermal resources; Geothermal gradient

0 前言

地熱是地球內部的能量資源，其來源一般認為是地球內部放射性元素衰變釋放的熱量，具有清潔、儲量豐富、可再生等特點（朱斗圣等，2018）。我國目前利用的地熱能分為淺層地熱能、水熱型地熱能和干熱巖，其中以淺層地熱能（空調系統中熱交換體）和水熱型地熱能（深層地熱溫泉）開發利用最為廣泛。貴州省近年來提出了建設“公園省”和“溫泉省”的戰略目標，省內地熱溫泉的開發利用已經成為研究重點（朱斗圣等，2018;楊榮康等，2018）。黔東南地區變質巖分布廣泛，熱儲類型為帶狀熱儲，具有勘探開發難度大的特點（孟凡濤，2015）。

洛香湖地熱井位于黔東南苗族侗族自治州從江縣洛香鎮洛香河一級階地上，在以往地質工作的基礎上，對洛香鎮周邊33km2范圍內開展1∶2.5萬地熱地質調查和局部重點范圍內的物探勘查。查明了區內地層時代、巖性特征、厚度、地質構造、可能控制或影響地熱資源形成的主要斷裂的形態、規模、產狀、力學性質及其組合關系。分析地熱地質條件，預測鉆遇地層、熱儲以及蓋層情況，并最終成功開鑿地熱井。

1 區域地質條件

工作區位于貴州省南東部，區域上屬華南（江南）褶皺帶西南端，華南褶皺帶是貴州省內與揚子地臺并列的一個一級構造單元，兩者的分界在銅仁—玉屏—凱里—三都一線，沿線斷續分布有一些規模較大的斷裂，東南面跨入湖南和廣西境內（戴傳固等，2015;范祥發，1998）。在地質歷史的進程中，經歷了四堡、加里東、印支、燕山-喜馬拉雅等運動，形成多期次、不同級別構造（尤其是斷裂構造）的疊加（戴傳固等，2015）。斷裂在加里東期較為發育，其次為燕山期，分北東向、北西向、南北向和少量近東西向四組走向。

區域內出露的地層從老到新有青白口系板溪群、震旦系、石炭系、二疊系和第四系等。第四系與下伏地層呈角度不整合接觸。

2 地熱地質條件

（1）熱源及導熱、導水通道

從貴州省地下熱水資源地熱形成的構造條件看，地熱異常點主要分布于區域性大斷裂束、褶皺束帶及短軸狀背斜傾伏端，北東向多期復合斷裂與燕山期形成的不同方向的構造帶（區）復合部位常見熱礦泉出露。在這些部位，往往經過多次構造運動，應力經過多次重新分布，改變了含水介質條件及熱傳導條件，從而在一定條件下形成地下熱水資源，多具有補給范圍廣、運移途徑長、歷經時間久的特點（張成忠，2016;高福興，2018）。工作區主要有肇興—洛香—郎寨近東西-北西西向斷層（F1）、龍圖—干團—郎寨一線北東向斷層（F2）、得卡—盤羊—雞色北西西向斷層（F3）以及工作區東邊寨柳向斜（圖1）。且F1與F2相互切割，F2與F3相互切割，大小型斷裂相互貫通，同時亦位于區域導熱構造網絡中，并導通上下含水層，有利于導水以及熱對流，因此工作區具備導熱導水通道，地熱資源熱儲為帶狀形式。

（2）熱儲和蓋層

熱儲層為板溪群拱洞組，地層厚度大，巖性為板巖、千枚巖為主，局部夾變質砂巖。拱洞組地層巖性致密且為脆性，易形成構造裂隙，基巖裂隙水發育，是較好的熱儲層。

蓋層為第四系、震旦系富祿組、長安組。富祿組、長安組地層以砂巖為主，局部夾黏土巖、頁巖地層，巖性致密，厚度巨大，尤其是黏土巖、頁巖地層隔水性較好，是區域內很好的蓋層。

3 地熱井勘查方法

由于工作區內熱儲為板溪群拱洞組致密巖性，且為中低溫帶狀熱儲（II-2），因此，地熱井的井位選擇至關重要。洛香湖地熱井的井位主要取決于斷裂的位置，而斷裂位置的定位依賴于野外地質構造勘查和物探（CSAMT）勘查。

3.1 野外地質構造勘查

從貴州省地下熱水資源形成的構造條件看，地熱異常點主要分布于區域性大斷裂束、褶皺束帶及短軸狀背斜傾伏端，北東向多期復合斷裂與燕山期形成的不同方向的構造帶（區）復合部位常見熱礦泉出露。在這些部位，往往經過多次構造運動，應力經過多次重新分布，改變了含水介質條件及熱傳導條件，從而在一定條件下形成地下熱水資源，多具有補給范圍廣、運移途徑長、歷經時間久的特點（張成忠，2016;高福興，2018）。工作區受F1、F2和F3斷裂的影響，次級構造較為發育，大小型斷裂相互貫通，同時亦位于區域導熱構造網絡中，并導通上下含水層，有利于導水以及熱對流，因此工作區具備導熱導水通道。

通過對重點工作區內25個構造點詳細地質調查分析，推斷出Fd1、Fd2、Fd3和Fd4斷層（圖2），其中除Fd1為北西走向外，其余為北東東-北東向，結合地質資料、地形地貌，綜合分析認為：Fd2、Fd3和Fd4斷層上盤為地熱資源開發有利區域。

3.2 可控源音頻大地電磁（CSAMT）法勘查

（1）設備使用和測線布置

測地工作使用南方測繪生產的靈銳S86型GPS進行測網布設。電法工作使用美國Zonge公司生產的GDP-32Ⅱ多功能電法儀。共布設6條可控源音頻大地電磁（CSAMT）法測線，測線編號為1、2、4、6、8、10，共計完成11.3km，其中2、4、6、8和10線剖面方向128°，1線剖面方向360°。測線布置如圖2所示（王軍成，2018;黃立勇等，2015）。

（2）數據解譯

斷層往往造成地層間相互錯動，在電阻率斷面圖上斷層兩側會出現電阻率橫向間斷現象。有時斷層活動使斷層層面及附近出現斷裂破碎帶，斷裂破碎帶往往呈現相對低阻，一定產狀的低阻異常帶也是判斷斷層存在的重要標志（黃力軍，2007）。本文只對6和10線作范例解譯，其余不一一列舉。

圖3為6線剖面可控源音頻大地電磁測深勘查綜合斷面圖，忽略斷裂構造產生的低阻，剖面通過地段反演電阻率曲線為A型。剖面地表處為相對低阻，過了淺部低阻層隨著深度增加電阻率逐漸升高。x=200m和x=750m附近出現明顯縱向低阻帶，x=500m附近出現電阻率橫向梯度帶，推斷這3處電阻率異常為編號Fw3、Fw2和Fw1斷裂構造產生。

圖4為10線剖面可控源音頻大地電磁測深勘查綜合斷面圖。忽略斷裂構造產生的低阻，剖面通過地段反演電阻率曲線主體為A型。剖面地表處為相對低阻，過了淺部低阻層隨著深度增加電阻率逐漸升高。x=200m附近出現明顯縱向低阻帶，x=500m附近出現電阻率橫向梯度帶，x=900m附近出現微弱縱向低阻帶，推斷這3處電阻率異常為編號Fw3、Fw1和Fw2斷裂構造產生。

圖3和圖4是6線和10線地質解釋剖面圖。根據反演電阻率推斷淺部低阻應為第四系（Q）產生，第四系厚度應不足50m，第四系以下應為上古生界碳酸鹽巖，上古生界下部為新元古代沉積巖。全區反演電阻率斷面看出，大多數剖面電阻率沒有明顯層狀特征，也無法對這些剖面進行電性分層。

通過6條可控源音頻大地電磁測深勘查綜合斷面圖的數據及形態解譯，推斷出Fw3、Fw1和Fw2斷裂北東走向，傾向北西，推斷斷裂地表平面示意圖如圖5所示。

3.3 綜合井位

根據野外地質構造勘查推斷出Fd1、Fd2、Fd3和Fd4斷層，CSAMT推斷的Fw1、Fw2和Fw3，以及斷層形態，綜合認為：Fd3與Fw3吻合程度較高（圖2，最終井位推薦如圖5所示ZK1、ZK2和ZK3。

4 完井分析

地熱井井位最終定在ZK3附近。

（1）井身結構

該地熱井原設計二開結構，但在成井過程中由于對取水段的增加，最終采用三開結構，成井深度2402m一開0～560m，井徑?311.1mm，下J55×244.5mm套管，下放深度0～560m，并采用水泥全井段封固;二開561～2240m，井徑?215.9mm，下J55×177.8mm套管，下放深度527～2240m，重疊33m，采用穿鞋帶帽固井;三開采用?152.4mm鉆頭裸眼成井，深度至2402m（李奇龍，2016;王虎等，2017）。

（2）熱儲與蓋層條件

該地熱井的測井成果報告由“江漢油田駟聯石油技術潛江有限公司”提供，鉆遇地層特征如表1所示。

由表1可知：鉆遇地層的平均增溫率在1.42℃/100m。同時將測井數據與巖屑對比，灰巖地段增溫率在0.85℃/100m～1.26℃/100m，隔熱保溫效果較弱;頁巖地段增溫率在1.36℃/100m～2.25℃/100m，具有較好的隔熱保溫作用;砂巖地段增溫率在1.11℃/100m～1.58℃/100m，也有一定的隔熱保溫效果（趙連海等，2018）。

（3）水溫和水量

地熱井進行了兩次抽水試驗，第一次280m3/d，井口溫度47℃;第二次采取增水措施（井深加深、洗井和射孔）后（王洪偉，2015），水量達到411m3/d，井口溫度41℃，最大降深為760m，最大降深值的影響半徑為341m，平均滲透系數為0.00047m/d。

（4）地熱水化學特征

地熱井出水井口溫度41℃，屬低溫地熱資源水。水質檢測報告由貴州省地質礦產中心實驗室提供，pH為8.01，重碳酸鈉型、含氟、鍶、偏硅酸（30.93mg/L）淡溫泉水，指標達到礦水濃度熱礦水水質標準，具有理療、洗浴、恒溫游泳、采暖、溫室等多種用途。

5 結論

（1）經過野外地質調查和勘查，基本查清洛香湖地熱井的地熱地質條件，第四系、石炭系和震旦系為蓋層，熱儲為青白口系板溪群拱洞組致密巖層破碎帶。地熱井所處區域受多期構造作用影響，次級構造較為發育，大小型斷裂相互貫通，同時亦位于區域導熱構造網絡中，并導通上下含水層，有利于導水以及熱對流，具備導熱導水通道。熱儲類型為中低溫帶狀熱儲（II-2），具備成礦條件。

（2）采取野外地質勘查與CSAMT勘查相結合的方法，對比分析地質推斷斷層與物探推斷斷層，進而在吻合程度高的斷層（Fd3與Fw3）上定出地熱井井位。

（3）洛香湖地熱井最終采用三開結構，井深2402m，并完成物探測井，基本查明了工作區內垂向的地層結構，地熱地質條件以及對應巖層的地溫率。

（4）洛香湖地熱井水量最終為411m3/d，井口出水溫度41℃，最大降深值的影響半徑為341m，平均滲透系數為0.00047m/d。水質為重碳酸鈉型，含氟、鍶、偏硅酸型淡溫泉水，具有理療、洗浴、恒溫游泳、采暖、溫室等多種用途。

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