金 博，周偉明

（浙江省第一地質(zhì)大隊，浙江杭州310000）

浙南下應(yīng)地區(qū)地熱地質(zhì)條件及熱儲概念模型

金 博*，周偉明

（浙江省第一地質(zhì)大隊，浙江杭州310000）

分析了浙江仙居下應(yīng)地區(qū)地熱資源的地質(zhì)條件，在此基礎(chǔ)上建立了熱儲概念模型。DR1號井儲水空間為構(gòu)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(huán)補給砂巖熱儲，形成熱水。

地熱；地質(zhì)條件；熱儲；模型

1 概述

隨著地熱地質(zhì)研究水平的提高和研究領(lǐng)域的拓寬，其成果除了繼續(xù)支持地震的觀測預(yù)報和巖石圈結(jié)構(gòu)研究、油氣地質(zhì)研究、環(huán)境工程研究等領(lǐng)域外，還被廣泛應(yīng)用于地熱資源的評價、開發(fā)[1]。我國自20世紀70年代開始在西南地區(qū)和東部地區(qū)開展了比較系統(tǒng)的地溫場及地熱資源的研究[2]，地熱資源是地球內(nèi)部普遍存在且環(huán)境友好的可再生能源，因其穩(wěn)定性好、利用系數(shù)高、成本低等優(yōu)點而受到全世界的高度重視和大力倡導(dǎo)。熱儲工程研究貫穿地熱資源開發(fā)利用的全過程，而熱儲模型的建立、模擬和評價是從區(qū)域尺度的調(diào)查評價到地熱田尺度的開發(fā)利用實踐之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。

仙居縣大戰(zhàn)鄉(xiāng)下應(yīng)村地熱資源是2010年開采仙金螢石礦中發(fā)現(xiàn)，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(zhì)評價[4]。但地熱地質(zhì)特征未有詳細刻畫，熱儲概念模型為系統(tǒng)建立，這制約了區(qū)域內(nèi)地熱資源勘查?；诖耍疚脑谠敿氁巴獾刭|(zhì)調(diào)查和對DR1井編錄的基礎(chǔ)上，分析了地熱地質(zhì)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(jù)。

2 地質(zhì)背景

本區(qū)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(qū)。第四系覆蓋層厚度一般為2～10m。盆地南北兩側(cè)為丘陵區(qū)，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(tǒng)赤城山組（K2c）、兩頭塘組（K2l）、塘上組（K2t），下統(tǒng)小平田組（K1x）、朝川組（K1c）、館頭組（K1g），侏羅系上統(tǒng)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(cè)以火山噴發(fā)或超覆不整合接觸為主，北西側(cè)以斷裂為主，與下伏永康群成魔石山群接觸。盆地南東側(cè)為大套的流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r夾沉積巖與下巖系火山流紋巖，流紋巖玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r呈疊覆關(guān)系。西北側(cè)是盆外大套的流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r與盆內(nèi)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(fā)的一個新階段開始。這套火山巖產(chǎn)狀平緩、構(gòu)成盆地南東側(cè)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(qū)主要出露侏羅系上統(tǒng)西山頭組，上亞段主要巖性為流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、強熔結(jié)凝灰?guī)r，夾噴溢相流紋巖、角礫熔巖，夾凝灰質(zhì)砂巖等，下亞段主要巖性為流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。

根據(jù)物探成果在盆中及盆緣推測有北東和北西向斷裂，根據(jù)盆內(nèi)的沉積建造分布和永安溪的延展方向，南部斷裂構(gòu)造不發(fā)育。盆地西部外緣北西向斷裂的規(guī)模也不大，在火爐堂一帶發(fā)育北西向斷裂，巖石破碎，斷裂兩側(cè)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(guī)模最大，北東向斷裂據(jù)斷層三角面(地貌)與硅化蝕變帶的總體產(chǎn)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(nèi)有強烈的硅化、次生石英巖化，石英脈充填，分布較廣。

3 礦區(qū)地質(zhì)

仙金螢石礦位于大戰(zhàn)鄉(xiāng)下應(yīng)村，為小型低溫熱液充填型螢石礦床。礦區(qū)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(qū)內(nèi)出露地層為第四系和下白堊統(tǒng)館頭組及上侏羅統(tǒng)西山頭組，上侏羅統(tǒng)西山頭組巖性主要為灰、灰紫色流紋質(zhì)含角礫晶玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。下白堊統(tǒng)館頭組巖性主要為灰紫、黃綠、紫紅色凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖，下部常見凝灰質(zhì)含礫砂巖、砂礫巖。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以近東西向和北東向斷裂構(gòu)造為主，北西向斷裂次之，褶皺不發(fā)育。含礦構(gòu)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(qū)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(tǒng)館頭組，東部小范圍為上侏羅統(tǒng)西山頭組。在長約2km、寬約0.3km的近東西向長條狀范圍內(nèi)，分布有Ⅰ-Ⅶ號7條大小不等的螢石礦體。從地質(zhì)背景看，該螢石礦區(qū)位于雙廟-大洪北東向斷裂帶、仙金-雙廟東西向斷裂、大戰(zhàn)—上林沉積火山盆地和大洪火山洼地復(fù)合地段，含礦圍巖有J3x1流紋質(zhì)含角礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖和角礫凝灰?guī)r。容礦構(gòu)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(shù)個小礦體組成，礦體厚0.2～1.5m，局部達5m以上，膨縮現(xiàn)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(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，少量條帶狀、角礫狀構(gòu)造。礦石類型主要為石英—螢石型。

4 地熱地質(zhì)

4.1 DR1井地質(zhì)

DR1號井位于仙居縣大戰(zhàn)鄉(xiāng)下應(yīng)村，距仙居縣城13km仙居縣大戰(zhàn)鄉(xiāng)下應(yīng)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?guī)r，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?guī)r，其粒間孔較多，對放射性物質(zhì)有較強的吸附性。130～157m為砂質(zhì)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(zhì)成分較多。157～204m為凝灰?guī)r，在160m與200m兩處時差曲線變化較大，可能有裂隙發(fā)育。204～277m為泥巖，電阻率較低。277～310m為凝灰?guī)r。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(tǒng)地層柱狀圖見圖1。

由于泥巖、凝灰?guī)r富水性差，該井水的來源主要靠安山玄武玢巖體的構(gòu)造裂隙水與孔洞作為補充來源。含水層在測井參數(shù)曲線上的響應(yīng)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(xiàn)明顯“周波跳躍”現(xiàn)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(qū)內(nèi)構(gòu)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(fā)育，NE-NEE向和NW向兩組斷裂，切割了白堊系地層，構(gòu)成了勘查區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造格架。由于斷裂的強烈活動，地下水經(jīng)斷裂帶深循環(huán)時，在深部加熱，形成地熱，斷裂構(gòu)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(gòu)造，斷裂帶長約1000m，寬一般1～3m，最寬可達6m；帶內(nèi)主要由構(gòu)造角礫和粘土礦物，以及局部呈膠結(jié)物狀的螢石、硅質(zhì)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(gòu)造，F(xiàn)2長約1250m，寬1～3m，斷裂中段帶內(nèi)有硅化、螢石礦化構(gòu)造角礫巖出露，產(chǎn)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(cè)。

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(nèi)。

當采礦巷道繼續(xù)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(jù)礦主測溫）。這時第一個涌水點干枯。螢石礦體、礦化體內(nèi)發(fā)育小溶洞。

圖1 仙居縣大戰(zhàn)鄉(xiāng)下應(yīng)村DR1號地熱井鉆孔柱狀圖

4.3 熱儲

根據(jù)采礦巷道內(nèi)地熱異常顯示，地熱水均在螢石礦（化）帶內(nèi)涌出，地熱水與螢石礦有關(guān)，礦體、礦化體內(nèi)發(fā)育小溶洞，連通性好。從礦坑和排水鉆孔抽水試驗看，F(xiàn)1、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(zhàn)下應(yīng)地區(qū)地熱水屬斷裂深循環(huán)對流型帶狀熱儲，其儲水空間主要為斷裂構(gòu)造破碎帶、含礦構(gòu)造帶及基巖裂隙帶。

4.4 熱源

大戰(zhàn)下應(yīng)地熱資源的形成，是大地內(nèi)部熱能通過熱傳導(dǎo)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(gòu)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(xiàn)象。

4.5 蓋層

根據(jù)已知螢石礦勘探資料顯示，本區(qū)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(gòu)造斷裂的影響，裂隙發(fā)育，保溫作用較差。因此本區(qū)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(jié)構(gòu)，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(jù)區(qū)內(nèi)地貌、地質(zhì)構(gòu)造條件及仙金螢石礦礦區(qū)地質(zhì)特征，認為該井熱水水源為大氣降水，其補給區(qū)在礦區(qū)南側(cè)晚侏羅世火山巖組成的山區(qū)，相對高差產(chǎn)生的靜水壓力是地表水深循環(huán)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(huán)過程中，在正常的區(qū)域地溫梯度條件下吸取圍巖傳導(dǎo)熱而增溫，并與周圍的圍巖發(fā)生溶濾作用。勘查區(qū)為對流型地熱系統(tǒng)，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(jié)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(fā)育，后受斷裂多期活動影響，形成有一定規(guī)律的較連續(xù)的破碎帶，從而構(gòu)成良好的儲水空間。同時由于斷裂作用，斷裂兩側(cè)較窄范圍內(nèi)圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，構(gòu)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(fā)育帶共同組成了大戰(zhàn)下應(yīng)地熱資源的儲水構(gòu)造。熱儲概念模型見圖2。

圖2 仙居大戰(zhàn)下應(yīng)地區(qū)熱儲慨念模型圖

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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(xiàn)從事地質(zhì)礦產(chǎn)和地熱資源勘查工作。