張進(jìn)平，何鐵柱，王雨石，蔣貞貞，丁海崢，郭金華（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

蘇南花崗巖地區(qū)地?zé)豳Y源勘探技術(shù)研究

張進(jìn)平，何鐵柱，王雨石，蔣貞貞，丁海崢，郭金華
（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

文章簡(jiǎn)要敘述了我國(guó)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的歷史與現(xiàn)狀。蘇南地區(qū)正處于地?zé)峥焖侔l(fā)展階段，本文以江蘇省溧陽(yáng)市戴埠鎮(zhèn)戴南村的一眼1788.18m地?zé)峋目碧綖槔敿?xì)闡述了花崗巖地區(qū)的深部地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用，必須要充分分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以及地?zé)岬刭|(zhì)條件，合理布置地球物理勘探，綜合解譯物探成果。物探的關(guān)鍵是深部地層是否有節(jié)理裂隙發(fā)育，可控源音頻大地電磁測(cè)深技術(shù)是行之有效的前期勘查方法，判斷斷層的位置和走向。地?zé)峋┕げ捎孟绕诔删に?，?jiān)硬地層結(jié)合螺桿鉆進(jìn)技術(shù)，增大鉆探效率，目的層鉆孔直徑為216mm，三開(kāi)裸眼終孔成井，洗井采用焦磷酸鈉和草酸浸泡，大功率空壓機(jī)物理洗井，效果較好。此地?zé)峋疄榻窈蠡◢弾r地區(qū)構(gòu)造裂隙地?zé)豳Y源的勘探提供參考。

花崗巖；地?zé)豳Y源；構(gòu)造裂隙；物理探測(cè)

0　引言

我國(guó)地?zé)豳Y源分布廣泛，種類繁多，資源量相對(duì)較為豐富（藺文靜等，2013）。自1960年李四光提出大規(guī)模開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源，到90年代走向成熟，取得了舉世矚目的成就。近20年來(lái)，我國(guó)地?zé)嶂苯永每偭扛沁B續(xù)保持世界第一的地位，盆地型的地?zé)豳Y源如雨后春筍般被勘探開(kāi)發(fā)，在東北、華北、蘇中、關(guān)中一帶均開(kāi)發(fā)出了較為理想的中低溫地?zé)豳Y源（≤150℃）（龐忠和等，2014）。江蘇省處于中國(guó)東部沿海高熱流地?zé)岙惓?，特殊的?gòu)造位置造就了江蘇豐富的地?zé)豳Y源，不僅有溫泉、淺層地溫能和中淺層地?zé)崴疑顚痈蔁釒r資源也極為豐富（廖志杰等，2015；杜建國(guó)等，2012；江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，2006-2011）。據(jù)初步估算，江蘇可分為16個(gè)地?zé)豳Y源遠(yuǎn)景區(qū)，7個(gè)地?zé)豳Y源預(yù)測(cè)區(qū)，面積39500km2，在1000～3000m深度內(nèi)，預(yù)測(cè)地?zé)峥刹少Y源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤 56億噸（地?zé)崴疁囟劝?5℃計(jì)算）（徐立，2014），預(yù)測(cè)年可采資源量0.56億噸。這其中，有相當(dāng)一部分賦存在花崗巖地區(qū)。花崗巖質(zhì)地堅(jiān)硬而難以被腐蝕和風(fēng)化，若沒(méi)有構(gòu)造裂隙的存在，巖石發(fā)育完整，其透水性和含水性較差，一般視為隔水層，所以構(gòu)造裂隙水是花崗巖地區(qū)的主要含水類型。我國(guó)的地?zé)嵘罹鄶?shù)在深部的碳酸巖以及砂巖常規(guī)含水層取水，由于深部花崗巖構(gòu)造復(fù)雜難以準(zhǔn)確判斷和鉆井工藝的影響，花崗巖地區(qū)勘探地?zé)豳Y源的成功率很低。

江蘇省溧陽(yáng)市地處蘇、浙、皖結(jié)合部，位于蘇錫常“金三角”的西南端，研究區(qū)南山花園度假酒店處于溧陽(yáng)天目湖旅游度假區(qū)與南山竹海生態(tài)旅游區(qū)之間，在大地構(gòu)造上屬于下?lián)P子地塊的溧陽(yáng)火山巖盆地之戴埠火山盆地。地層出露不全，花崗巖地層較為發(fā)育（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1997；江蘇省地方志編纂委員會(huì)，1999；江蘇地礦局，1991）。

1　地?zé)岬刭|(zhì)及物探

1.1區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)

研究區(qū)地層隸屬于揚(yáng)子地層區(qū)，區(qū)域內(nèi)地層出露不全，中志留世以前地層未見(jiàn)，中志留世晚期—晚泥盆世早期地層有出露，石炭系、二疊系和下三疊統(tǒng)為火山巖地層掩蓋，早—中侏羅世、晚白堊世晚期—漸新世地層缺失。地質(zhì)構(gòu)造上位于溧陽(yáng)火山巖盆地之戴埠火山巖盆地東南側(cè)，東側(cè)為宜興-張渚褶皺山區(qū)。地質(zhì)構(gòu)造屬于下?lián)P子地塊的溧陽(yáng)火山巖盆地之戴埠火山盆地（圖1）。北東向和北東東向斷裂發(fā)育，勘探區(qū)靠近金壇-如皋斷裂。溧陽(yáng)火山巖盆地本身是受構(gòu)造控制且沉積了較厚的火山巖地層，控制火山巖盆地?cái)嗔延锌赡艹蔀闇贤ㄉ畈繜嵩吹耐ǖ?。加?qiáng)了與深部熱源的溝通，同時(shí)也導(dǎo)致深部含水層富水性增強(qiáng)。本區(qū)位于巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈?guī)В捎趲r體的侵入，使得區(qū)內(nèi)地層遭到嚴(yán)重破壞，完整性差，增強(qiáng)了地下地層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（葛云等，2013；郭金華等，2014；地質(zhì)部南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，1981）。

圖1　蘇南地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖Fig.1 South of Jiangsu regional structure map注釋：①郯廬斷裂②嘉山-響水?dāng)嗔癣鄞_山-肥東斷裂④六合-江浦?jǐn)嗔癣萁蠑嗔癣藿饓?如皋斷裂⑦休寧斷裂⑧湖蘇斷裂⑨德興-歙縣斷裂⑩江山-紹興斷裂

1.2地球物理勘查

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件及地層的巖性特征，研究區(qū)采用可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT法）的方法進(jìn)行地球物理勘查工作。

可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）最大優(yōu)點(diǎn)是橫向分辨率高，可靈敏的發(fā)現(xiàn)斷層，在地電條件較有利時(shí)，亦有較好的縱向分辨率，較適宜花崗巖地區(qū)的地?zé)峥睖y(cè)（劉延忠等，2004）。研究區(qū)野外工作先后使用美國(guó)Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ和加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀進(jìn)行探測(cè)，GDP-32Ⅱ原始數(shù)據(jù)測(cè)量出來(lái)后，用不同參數(shù)，邀請(qǐng)不同專家進(jìn)行了二次解譯，以檢查數(shù)據(jù)解譯的可信度，兩次解譯結(jié)果較一致。在這基礎(chǔ)上圈定出異常地段，用V8進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證了20線1000～2050點(diǎn)、30線1050～2050點(diǎn)、40線1000～2050點(diǎn)、50線1000～2050點(diǎn)，共計(jì)4.15km（圖2）。

通過(guò)4條剖面的可控源音頻大地電磁測(cè)深的2次測(cè)量、3次解譯，基本了解了本區(qū)深部地層及地質(zhì)構(gòu)造特征。

根據(jù)可控源音頻大地電磁測(cè)深資料分析，結(jié)合鄰區(qū)地質(zhì)資料推斷，反演電阻率斷面圖上反映了3000m以淺大致分為兩個(gè)大的電性層（圖3）。第一層深度0～10m，中低電阻層，電阻率值1000Ωm以下，厚度10m左右，為第一電性分層，推斷為第四系地層。第二層深度10～3000m，中高電阻層，電阻率值1000Ωm以上，厚度較大，為第二電性分層，推斷為侏羅系地層或中生代侵入巖。

在電阻率斷面圖上橫向上出現(xiàn)電阻率突變或縱向上見(jiàn)陡立的低阻異常一般是判斷斷層存在的主要標(biāo)志。反演電阻率斷面圖上存在這些電阻率橫向突變帶，被推斷由斷層產(chǎn)生。4條測(cè)線共出現(xiàn)了多處很明顯的電阻率橫向突變帶，可能為斷裂的反映。本次勘查推斷出了F1、F2兩條斷裂，F(xiàn)1、F2斷裂走向北北西，傾向南西（圖4、圖5）。

F1、F2斷裂：走向北北西，傾向南西，與區(qū)域內(nèi)北西向觀山—長(zhǎng)山斷裂性質(zhì)較一致，應(yīng)是該斷裂在研究區(qū)的一部分或觀山—長(zhǎng)山斷裂的次級(jí)斷裂（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，2001）。

圖2　研究區(qū)地球物理勘查解譯結(jié)果圖Fig.2 Interpretation of geophysical exploration study area results

圖3　CSAMT勘查20線反演電阻率及地質(zhì)解譯斷面Fig.3 20 CSAMT survey line inversion resistivity and geological interpretation section

圖4　CSAMT-1500m電阻率分布面Fig.4 CSAMT-1500m resistivity distribution surface

圖5　CSAMT-2000m電阻率分布面Fig.5 CSAMT-2000m resistivity distribution surface

根據(jù)研究區(qū)物理探測(cè)成果及區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件，確定了RLDN1、RLDN2兩眼地?zé)峋唬▓D2），最后施工選取RLDN1井位進(jìn)行鉆探。CSAMT勘查反演斷面上，RLDN1井位處縱深1000～3000m存在一個(gè)相對(duì)低阻帶，推測(cè)為富水?dāng)嗔哑扑閹Х从?。該點(diǎn)位于F1斷裂的南西側(cè)不遠(yuǎn)，是深部熱流向上運(yùn)移的有利地帶。本區(qū)1000m以淺存在地層為侏羅系火山巖、花崗巖、閃長(zhǎng)巖，裂隙不發(fā)育，有較好地?zé)嵘w層。1000m以下地層，推測(cè)斷裂構(gòu)造發(fā)育，是較好的地?zé)醿?chǔ)層。

2　地?zé)峋@探施工

2.1鉆探施工概述

研究區(qū)地?zé)峋O(shè)計(jì)深度2000m，鉆探施工選用TSJ-3000型鉆機(jī)。在施工過(guò)程中采用正循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿為低固相優(yōu)質(zhì)泥漿，粘度為45s，出水段采用低粘度泥漿鉆進(jìn)。針對(duì)花崗巖巖性較硬，第三次開(kāi)鉆使用螺桿技術(shù)，增加鉆進(jìn)效率，保證施工質(zhì)量。成井深度1788.18m。

2.2井管裝置及井身結(jié)構(gòu)

地?zé)峋捎孟绕诔删に嚕婚_(kāi)使用Φ445mm牙輪鉆頭，鉆至300.30m，下入Φ339.72mm石油用無(wú)縫鋼管，下入深度0～300.30m，使用42.5R優(yōu)質(zhì)水泥27t固井，水泥上返至地面；二開(kāi)使用Φ311mm牙輪鉆頭，鉆進(jìn)深度達(dá)900.07m，下入Φ244.5mm石油用無(wú)縫鋼管，下入深度268.23～900.07m，總長(zhǎng)631.84m，與表層套管重疊32.07m，使用42.5R優(yōu)質(zhì)水泥24t固井，水泥全部封固Φ244.5mm技術(shù)套管；三開(kāi)使用Φ216mm牙輪鉆頭，鉆進(jìn)深度至1788.18m終孔，裸眼終孔。

2.3地層驗(yàn)證

根據(jù)可控源音頻大地電磁測(cè)深資料分析，電阻率分為兩層：淺部為第四系地層，深部為侏羅系地層或有中生代侵入巖。

實(shí)際施工鉆遇地層：5m以淺為第四系粘土以及砂礫層，5～1788.18m為侏羅系火山角礫巖、閃長(zhǎng)巖、花崗巖以及花崗斑巖等為主的地層。鉆遇地層與物探解譯結(jié)果相比較，地層劃分基本相同。

通過(guò)物理探測(cè)與與實(shí)際鉆探綜合對(duì)比分析，可控源音頻大地電磁測(cè)深解譯對(duì)巖性相對(duì)單一的地層劃分有一定的參考價(jià)值。

2.4地質(zhì)構(gòu)造驗(yàn)證

根據(jù)可控源大地音頻電磁測(cè)深解譯，研究區(qū)附近發(fā)育兩條北北西走向的斷裂，地?zé)峋豢v深1000 m以深存在一相對(duì)低阻電性帶，兩側(cè)電性不連續(xù)，為構(gòu)造破碎帶的反映。

綜合測(cè)井資料顯示，孔內(nèi)存在兩處地層裂隙較為發(fā)育的層段，第一段1225～1236m，破碎帶厚10.50m；第二段1285～1313m，破碎帶厚26.25m。在鉆探施工過(guò)程中，水文地質(zhì)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在1230～1248m處，泥漿漏失36m3，漏失一直延續(xù)到深度1330m處，總計(jì)漏失泥漿100m3左右，這一層段應(yīng)該是深部斷裂、裂隙和節(jié)理發(fā)育的表征。地?zé)峋膶?shí)際鉆探、測(cè)井解譯情況與可控源大地音頻電磁測(cè)深解譯基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了該物探方法對(duì)斷裂構(gòu)造判斷的有效性（圖6）。

圖6　實(shí)鉆測(cè)井（1200～1350m段）與CSAMT解譯對(duì)比示意圖Fig.6 Real-drilling （1200～1350m above） and CSAMT interpretation schematic comparison

3　洗井作業(yè)

洗井作業(yè)是地?zé)峋碧竭^(guò)程中的關(guān)鍵步驟，有效的洗井方案及精心的施工作業(yè)有利于地?zé)豳Y源的勘探成功（增瑞祥等，2003）。

根據(jù)該地?zé)峋膶?shí)際情況，采用針對(duì)性的洗井方法：首先用清水由上至下分層替清孔內(nèi)泥漿，直至井內(nèi)返出的漿液接近于清水。在裸眼井段替漿過(guò)程中，視泵壓表現(xiàn)，采取逐步加深、自上而下的方法，確保替漿徹底與操作安全。替漿完成后，采用8‰的焦磷酸鈉浸泡裸眼段破壞泥皮，浸泡24h后采用高壓噴頭和鋼刷沖刷井壁，從上到下循環(huán)替出孔內(nèi)藥液。替清藥液后，再次向孔內(nèi)注入8‰的焦磷酸鈉，繼續(xù)浸泡裸眼段24h，接下來(lái)采用高壓噴頭和鋼刷沖刷井壁，從上到下循環(huán)替出孔內(nèi)藥液。壓風(fēng)機(jī)負(fù)壓洗井，將風(fēng)管下入孔內(nèi)850m處，觀察地?zé)崴嫌块g隔時(shí)間的變化，上水前后壓力變化以及出水時(shí)間、水溫等變化。48h達(dá)到水清砂凈后停止洗井，觀察動(dòng)水位變化，并測(cè)量靜水位，再下入熱水潛水泵試水，記錄水溫、水量、水位及水質(zhì)渾濁度的變化。

由于施工時(shí)泥漿漏失量較大，水質(zhì)渾濁，研究決定進(jìn)行第二次洗井，采用草酸浸泡目的層，最大限度的疏通導(dǎo)水構(gòu)造裂隙，以達(dá)到該井的最大出水量。首先在裸眼段打入濃度為4%的草酸，待草酸與地層反應(yīng)24h后，壓風(fēng)機(jī)風(fēng)管再次下到850m處，壓風(fēng)機(jī)負(fù)壓洗井。與第一次洗井情況不同，噴出的水開(kāi)始為微綠色的草酸顏色，并攜帶出大量的巖屑及泥漿成分，證明采用草酸洗井，對(duì)導(dǎo)水構(gòu)造裂隙疏通效果明顯，經(jīng)過(guò)壓風(fēng)機(jī)洗井41h后，基本達(dá)到水清砂凈。

4　抽水試驗(yàn)及水質(zhì)

按照相關(guān)規(guī)范于2014年11月4日—11月11日進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，選用200QJR20/300型熱水潛水泵，采用變頻及閥門控制，進(jìn)行3次降深抽水試驗(yàn)，水頭穩(wěn)定，溫度基本恒定。結(jié)果見(jiàn)表1。

經(jīng)內(nèi)插法確定Q-S曲線類型為直線型（圖7），水位降深60m時(shí)，涌水量為518.01 m3/d，經(jīng)計(jì)算地?zé)峋绊懓霃綖?57.38m。水樣分析表明，熱水水化學(xué)類型屬SO4-Na型，pH值8.94屬中性偏堿性水，氟含量為2.70mg/L（大于2mg/L）達(dá)到命名礦水濃度標(biāo)準(zhǔn)，偏硅酸含量為31.1 mg/L（大于25mg/L）達(dá)到有醫(yī)療價(jià)值礦水濃度標(biāo)準(zhǔn)。

圖7　地?zé)峋樗囼?yàn)曲線結(jié)果圖Fig.7 Geothermal wells pumping test curve results

5　結(jié)論

通過(guò)在江蘇溧陽(yáng)一帶花崗巖地區(qū)勘探地?zé)豳Y源，得到如下認(rèn)識(shí)：

（1）中深部地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)必須在充分分析區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造及地?zé)岬刭|(zhì)條件的基礎(chǔ)上展開(kāi)，必須布置合理的地球物理勘探，并進(jìn)行綜合解釋，才能較大程度降低風(fēng)險(xiǎn)，取得較為可靠的成果。

表1　抽水試驗(yàn)結(jié)果表Tab.1 Pumping test results table

（2）位于火山盆地內(nèi)的花崗巖區(qū)的地?zé)豳Y源勘探關(guān)鍵是確定深度是否有節(jié)理裂隙的存在，本次在溧陽(yáng)市的實(shí)踐證明，可控源音頻大地電磁測(cè)深技術(shù)是花崗巖地區(qū)地?zé)峋捌诳辈榈挠行Х椒ǎ环N方法采用不同的設(shè)備勘測(cè)，不同專家解譯，能進(jìn)一步增加勘探成果的準(zhǔn)確性與可靠性。

（3）地?zé)峋阢@進(jìn)時(shí)，必須要采用科學(xué)的地?zé)峋┕すに嚰坝行У南淳鳂I(yè)。溧陽(yáng)市戴埠鎮(zhèn)戴南村地?zé)峋捎孟绕诔删に?，三開(kāi)成井，目的層直徑達(dá)到216mm，增加了過(guò)水?dāng)嗝?，增大了出水量。花崗巖質(zhì)地堅(jiān)硬，采用螺桿技術(shù)鉆探，增加了鉆探效率，縮短了施工周期；施工過(guò)程中采用低粘度泥漿鉆進(jìn)，減少了泥漿對(duì)含水層的堵塞，有利于后期洗井。最后，洗井作業(yè)是地?zé)峋鏊看笮〉臎Q定性因素，該井采用焦磷酸鈉、草酸及大功率壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行物理洗井，效果較好。

最后，需要指出的是本文所述花崗巖地區(qū)勘探只是一個(gè)成功的范例，必須說(shuō)明在這種地區(qū)勘探地?zé)岽嬖谝欢ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)，尤其是出水量的風(fēng)險(xiǎn)。但另一方面在一定的地層和構(gòu)造條件下，地下熱水利于形成具有一定醫(yī)療和理療價(jià)值的地?zé)釡厝绫敬慰碧降匿嚓?yáng)市戴埠鎮(zhèn)戴南村地?zé)崴姆推杷岱謩e達(dá)到了命名礦水和具有醫(yī)療價(jià)值礦水濃度標(biāo)準(zhǔn)。

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Research on Geothermal Resource Exploration Technology in Granite Area within Southern Jiangsu Province

ZHANG Jinping， HE Tiezhu， WANG Yushi， JIANG Zhenzhen，DING Haizheng， GUO Jinhua
（Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering， Beijing 100048）

The history and current situation of the development of geothermal resources in China are described briefly in this paper. Southern Jiangsu Province is in a stage of rapid development of geothermal resource exploration. Based on the exploration of geothermal wells with depth 1788.18m in Liyang city， Jiangsu Province，the main and key processes including the early geophysical exploration， drilling engineering， and the washing well methods are described in the typical granite geothermal exploration. The authors hope that the exploration example in this paper will provide a reference for future mining in granite area of structural fissure geothermal resources exploration.

Granite； Geothermal resources； Structural fracture； Geophysical exploration

P314

A

1007-1903（2016）01-0030-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.01.007

張進(jìn)平（1974- ），男，高級(jí)工程師，主要從事地?zé)豳Y源勘查與開(kāi)發(fā)研究，淺層地溫能開(kāi)發(fā)與利用。Email：zjp10385588@126.com