鄒國(guó)瑤, 楊 倩
(江西省勘察設(shè)計(jì)研究院,江西 南昌 330095)
地?zé)豳Y源是可再生的清潔能源,主要儲(chǔ)存在地球深部的儲(chǔ)熱系統(tǒng)中。根據(jù)地?zé)豳Y源儲(chǔ)存位置及成因類型可將其分為干熱巖型地?zé)豳Y源、水熱型地?zé)豳Y源和淺層地溫能資源。地?zé)豳Y源具有分布范圍廣、儲(chǔ)量大、開發(fā)利用安全、清潔、高效和穩(wěn)定的特征,它的利用對(duì)改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)有著重要的意義。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)和能源利用危機(jī)的轉(zhuǎn)變以及新能源的綜合利用,加強(qiáng)地?zé)豳Y源的綜合利用,緩解資源能源緊缺形勢(shì),已成為保障國(guó)家能源安全和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。江西石城縣上溫寮地區(qū)位于武夷山隆起帶西側(cè),屏山紅層盆地沉降帶核心部位。區(qū)域性主干斷裂帶通過該區(qū),在空間上具有極高的相似度,因此具有尋找地?zé)崴木薮鬂摿Α?/p>
上溫寮地?zé)釁^(qū)位處于武夷山隆起帶西側(cè),地貌類型較為簡(jiǎn)單,主要有剝蝕構(gòu)造丘陵和侵蝕堆積河谷平原兩種。剝蝕構(gòu)造丘陵地貌由加里東期花崗巖、前震旦系變質(zhì)巖、白堊系砂巖等地層組成,是地殼在緩慢上升的條件下,經(jīng)受強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕作用所形成的地貌形態(tài)。區(qū)內(nèi)標(biāo)高324.60~612.0 m,地形坡度20°~30°,山脊寬厚,連續(xù)性差,溝谷呈“U”型。侵蝕堆積河谷平原主要分布在工作區(qū)中部河流兩岸,由第四系全新統(tǒng)沖積層組成。
上溫寮地?zé)釁^(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動(dòng)屬永平—尋烏活動(dòng)性斷裂帶,處于武夷山西麓,是一條重要的導(dǎo)熱發(fā)震斷裂帶,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,巖漿活動(dòng)頻繁。構(gòu)造形跡錯(cuò)綜復(fù)雜,主要以新華夏系構(gòu)造體系為主,尤以斷裂構(gòu)造為主,各級(jí)、序構(gòu)造清晰,配套組合齊全,主干構(gòu)造主要是走向北東的大型斷裂。從區(qū)域上來,研究區(qū)及周邊沿北東方向分布著燒湖里溫泉和九寨溫泉兩處溫泉,水溫31~59 ℃,兩處溫泉均受研究區(qū)內(nèi)北東向構(gòu)造帶F1的控制。
石城上溫寮地?zé)釁^(qū)位于武夷山隆起帶西側(cè),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,巖漿活動(dòng)頻繁。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育四條斷裂,分別是北東向斷裂F1、北西向斷裂F2、Fa和北東向斷裂F3。
(1)斷裂F1為區(qū)域上一條北東向的富水?dāng)嗔?,沿?cái)嗔殉雎抖嗵帨厝?。斷裂走向呈北東—南西向,傾角70°左右,硅化破碎帶發(fā)育,可見寬度較寬,斷裂為主干斷裂,是主要的控?zé)?、?dǎo)熱構(gòu)造。根據(jù)鉆孔,ZK1孔于48.38~56.49 m揭露斷裂F1,斷裂表現(xiàn)形式為硅化破碎帶,且見有斷層泥;ZK3于9.50~201.16 m(孔底)揭露斷裂F1,其中9.50~11.10 m為糜棱巖化花崗巖,巖芯見有強(qiáng)烈的揉皺現(xiàn)象,由斷層角礫巖和斷層泥組成,11.10~59.81 m斷層表現(xiàn)形式為構(gòu)造角礫巖,59.81~64.08 m表現(xiàn)為糜棱巖化花崗巖,64.08~201.16 m表現(xiàn)為構(gòu)造角礫巖;ZK4于59.43~73.10 m揭露斷層F1,其表現(xiàn)為構(gòu)造角礫巖;ZK5于78.21~92.81 m揭露斷層F1,巖層為泥狀,巖芯受擠壓明顯,為斷層擠壓帶。F1斷裂是上溫寮區(qū)內(nèi)的富水、控?zé)針?gòu)造。
(2)F2斷裂屬于低序次斷裂帶,走向呈北西—南東向,延伸長(zhǎng)度約4 km,傾向南西,傾角大于60°。
(3)Fa斷裂走向呈北西—南東向,傾向南西,傾角50°左右,該斷裂為研究區(qū)內(nèi)一條次級(jí)斷裂,規(guī)模較小。
(4)F3斷裂走向呈北東—南西向,傾向東南,傾角70°左右,延伸長(zhǎng)度70余公里。由于受研究區(qū)工作范圍的限制,本次地?zé)峥辈檫^程未涉及鉆探工程控制,故未能揭示該斷裂深部變化特征。
通過鉆孔系統(tǒng)測(cè)溫資料分析(表1),地溫異常區(qū)域位于北東向F1斷裂的西側(cè),從平面溫度等值線形態(tài)上看(圖1),靠近斷裂附近越往西溫度越高,等值線的形態(tài)與本區(qū)內(nèi)的重要斷裂F1的走向有一定的聯(lián)系。在同一埋深200 m位置,ZK2孔水溫度最高,ZK3孔因有自流導(dǎo)致全孔系統(tǒng)測(cè)溫變化不大,且水溫最低。
表1 鉆孔孔深系統(tǒng)測(cè)溫統(tǒng)計(jì)表(℃)
圖1 200 m深地溫等值線圖
Q—第四系;γ—花崗巖;1—地質(zhì)界線;2—破碎帶;3—抽水鉆孔;4—觀測(cè)鉆孔;5—200 m等值線;6—河流
從ZK1~ZK5鉆孔溫度變化曲線圖(圖2)可以看出,ZK1孔曲線50~60 m開始出現(xiàn)拐點(diǎn),水溫出現(xiàn)極值,后至110 m左右水溫有逐步降低的趨勢(shì);ZK2孔曲線無明顯拐點(diǎn),水溫隨孔深的增加而增加;ZK3孔因鉆孔自流水溫變化不大,不進(jìn)行比較;ZK4孔曲線無明顯拐點(diǎn),水溫隨孔深的增加而增加;ZK5孔曲線分別在10 m和85 m處明顯出現(xiàn)拐點(diǎn),水溫突變較大,隨后水溫開始下降。
圖2 鉆孔溫度變化曲線圖
熱儲(chǔ)是埋藏于地下、具有有效空隙和滲透性的地層、巖體或構(gòu)造帶,其中儲(chǔ)存的地?zé)崃黧w可供開發(fā)利用,根據(jù)其儲(chǔ)存形態(tài)又可將熱儲(chǔ)分為層狀熱儲(chǔ)和帶狀熱儲(chǔ)兩種。地?zé)岬膬?chǔ)存條件總體上與地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。上溫寮地?zé)崴?jīng)深部循環(huán)和對(duì)流之后,儲(chǔ)集于北東向斷裂F1裂隙的硅化破碎帶之中,熱水呈脈狀分布,熱儲(chǔ)的幾何狀態(tài)較復(fù)雜,地下水力聯(lián)系緊密。北東向斷裂F1規(guī)模大,延伸數(shù)百公里,為壓扭性斷裂,斷裂旁見派生的次級(jí)構(gòu)造。該斷裂切穿白堊系地層,活動(dòng)周期較長(zhǎng)。在工作區(qū)內(nèi)出露明顯,形成斷層三角面,大氣降水沿?cái)鄬尤敲娴撞康牧严都捌扑閹聺B至熱儲(chǔ)形成載熱流體。由于熱儲(chǔ)各處的溫度不同,熱水輕而上升,冷水重而下沉,產(chǎn)生對(duì)流,熱水沿著導(dǎo)熱構(gòu)造裂隙上升至地表形成溫泉。
石城縣上溫寮溫泉的形成主要受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地層巖性等條件的控制。
(1)熱源來自于地殼深部、通過深大斷裂控制與傳導(dǎo)??辈閰^(qū)處位于武夷山隆起帶西側(cè),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,發(fā)育一系列北東向斷裂構(gòu)造?;◢弾r大范圍的侵入震旦系變質(zhì)巖之中,北東向構(gòu)造F1是溝通地下熱源的主要渠道,也是區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)熱構(gòu)造。從區(qū)域上來看,九寨溫泉、燒湖里溫泉、上溫寮溫泉均出露于北東向富水?dāng)嗔褬?gòu)造F1之上,水溫31~59 ℃。從形成模式上來看,該區(qū)地?zé)犷愋蛯儆谥械蜏貙?duì)流型地?zé)嵯到y(tǒng),主要靠裂隙及破碎帶導(dǎo)水,在地下循環(huán)至一定的深度,在地形高差的影響和水力壓差作用下出露于地表,形成地下熱水系統(tǒng)。北東向斷裂F1規(guī)模大,延伸數(shù)百公里,為壓扭性斷裂,斷裂旁見派生的次級(jí)構(gòu)造,該斷裂切穿白堊系地層,活動(dòng)周期較長(zhǎng)。在工作區(qū)內(nèi)出露明顯,形成斷層三角面,大氣降水沿?cái)鄬尤敲娴撞康牧严都捌扑閹聺B至熱儲(chǔ)形成載熱流體。由于熱儲(chǔ)各處的溫度不同,熱水輕而上升,冷水重而下沉,產(chǎn)生對(duì)流,熱水沿著導(dǎo)熱構(gòu)造裂隙上升至地表形成溫泉。
(2)地?zé)崴难a(bǔ)給、徑流、排泄。上溫寮溫泉出露于山間河谷中,兩側(cè)為連綿起伏的低山丘陵,區(qū)內(nèi)標(biāo)高315~695 m,地形坡度20°~30°,山脊寬厚,連續(xù)性差,溝谷呈“U”型。在地形高差的影響下,大氣降水沿巖石裂隙或斷裂帶向地下深部滲透,經(jīng)一定深度的深部循環(huán),吸收圍巖中的熱量成為溫度不等的熱水,在地形高差、相應(yīng)的水力壓差和水溫等因素的作用下形成地下水環(huán)流系統(tǒng),熱水賦存于北東向斷裂裂隙發(fā)育部位,最終以溫泉的形式排泄。
綜上所述,石城縣上溫寮地?zé)釁^(qū)是屬受斷裂構(gòu)造控制的、熱儲(chǔ)呈帶狀分布的對(duì)流型熱儲(chǔ)地?zé)嵯到y(tǒng)。
本地?zé)崽餅閿嗔褜?duì)流型地?zé)崴纬赡J?,這一類型的地?zé)崴纬煽筛爬椋捍髿饨邓霛B補(bǔ)給→地下水經(jīng)歷深循環(huán)并獲得大地?zé)崃骰驇r漿巖熱源的加熱→上升至地表以溫泉的形式出露。熱源為正常或稍偏高的區(qū)域大地?zé)崃鲝牡撞總鲗?dǎo)供給的,也可能獲取部分花崗巖中放射性元素衰變生成的附加熱源,熱儲(chǔ)為節(jié)理密集帶,熱傳遞方式以對(duì)流為主。本區(qū)主要發(fā)育1條北東向斷層硅化破碎帶,傾角較大,傾角約70°,為區(qū)內(nèi)的導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔选4髿饨邓畯墓ぷ鲄^(qū)北部山區(qū)入滲,地下水流向整體上是由北東向西南,在地下水徑流深循環(huán)過程中,不斷地吸取圍巖的熱量,遇斷層F1受阻而上升,出露于地表,從而形成地?zé)崴?/p>
上溫寮地?zé)釁^(qū)及周邊地?zé)崴男纬芍饕鼙睎|向斷裂及旁側(cè)低序次北西向構(gòu)造控制,同時(shí)火成巖體的分布與地?zé)崴纬梢泊嬖诿芮嘘P(guān)系,這些地質(zhì)條件為在區(qū)內(nèi)及周邊尋找地?zé)崴该髁丝辈榉较颉?/p>
上溫寮地?zé)崴軘嗔褬?gòu)造、地形地貌、地層巖性等條件控制明顯,為帶狀分布的對(duì)流性地?zé)嵯到y(tǒng)。F1為主要的控?zé)釋?dǎo)熱構(gòu)造,其余次級(jí)斷裂是區(qū)內(nèi)有力的導(dǎo)水通道,熱水呈帶狀分布,熱儲(chǔ)的幾何狀態(tài)復(fù)雜,與節(jié)理裂隙、破碎帶等儲(chǔ)水空間形態(tài)關(guān)系密切,主要受大氣降水及地表補(bǔ)給。