劉偉 黃運(yùn)翠瑤 范超

*收稿日期：20200417修訂日期：20200825責(zé)任編輯：譚桂麗

基金項(xiàng)目：中國地質(zhì)調(diào)查局“全國大地?zé)崃髦禍y(cè)量與靶區(qū)優(yōu)選（編號(hào)：DD20190128）”項(xiàng)目資助。

第一作者簡(jiǎn)介：劉偉，1988年生，男，工程師，主要從事地?zé)崴辈楣ぷ?。Email：356609331@qq.com。

摘要： 利用江西省寧都縣陂下地區(qū)ZK1鉆孔取得的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過分析該區(qū)地溫場(chǎng)、基底溫度、循環(huán)深度、巖石生熱率、大地?zé)崃?、水化學(xué)等地?zé)岬刭|(zhì)特征，對(duì)該區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)，并計(jì)算了ZK1鉆孔的可采資源量和地?zé)岙a(chǎn)能。研究區(qū)地?zé)崴跍囟?5 ℃，屬于HCO3·SO4Na型地?zé)崴?，可命名為氟水、硅水、溫水、淡?ZK1鉆孔可開采資源量為759.89 m3/d，熱功率為964.76 kW，年產(chǎn)能5.07×107 MJ。

關(guān)鍵詞： 地?zé)?寧都縣;陂下;熱儲(chǔ)特征

中圖分類號(hào)：P314.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20961871（2020）0437506

國外對(duì)地?zé)豳Y源的研究始于20世紀(jì)60年代，我國有一定規(guī)模的系統(tǒng)性地?zé)嵫芯科鸩接?0世紀(jì)70年代初開展的地?zé)豳Y源普查和考察研究工作[1]。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境和熱量傳遞方式，可將地?zé)嵯到y(tǒng)劃分為對(duì)流型和傳導(dǎo)型，進(jìn)一步劃分為火山型、非火山型、斷裂深循環(huán)型、斷陷盆地型和坳陷盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)5個(gè)類型。地?zé)崮茏鳛橐环N清潔、無污染的替代能源，對(duì)緩解當(dāng)前社會(huì)能源供應(yīng)壓力、改善生態(tài)環(huán)境具有重要作用[1]。國內(nèi)一些學(xué)者對(duì)江西省地下熱水特征開展了廣泛的討論與研究[211]，認(rèn)為贛州市溫泉主要受NNE向、NE向和EW向多期活動(dòng)斷裂控制。陂下地?zé)狳c(diǎn)是近幾年新發(fā)現(xiàn)的地?zé)狳c(diǎn)，地?zé)峥辈楣ぷ鞒潭认鄬?duì)較低。在陂下地區(qū)施工鉆孔1個(gè)，編號(hào)ZK1，孔深611 m，并進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)井、抽水試驗(yàn)、取樣測(cè)試等工作。

本文以實(shí)測(cè)地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，對(duì)陂下地區(qū)地溫場(chǎng)、基底溫度、循環(huán)深度、巖石生熱率、大地?zé)崃?、水化學(xué)等地?zé)岬刭|(zhì)特征及資源進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，并計(jì)算了ZK1鉆孔的資源量和地?zé)岙a(chǎn)能，為該區(qū)今后地?zé)峥辈榕c開發(fā)利用提供基礎(chǔ)資料。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南嶺東段隆起帶寧（都）于（都）坳陷，屬華南地層區(qū)武功山—雩山地層小區(qū)及華南地層區(qū)南武夷地層小區(qū)。區(qū)內(nèi)主要出露青白口紀(jì)神山組和巖漿巖（圖1）。

神山組分布于研究區(qū)西部，巖性為灰色、淺灰色薄層狀變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)千枚狀粉砂巖、千枚巖，偶夾黑色含碳千枚巖，組成不等厚韻律互層，厚度>836.75 m。巖漿巖分布于研究區(qū)中部和東部，在西部神山組見巖體出露，巖性主要為粗粒黑云母鉀長花崗巖、中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖和中細(xì)粒黑云母花崗巖。

研究區(qū)主要發(fā)育NE向及NNE向斷裂，其中NE向斷裂規(guī)模較大，在區(qū)域上一般為控?zé)?、?dǎo)熱斷裂。F1斷裂走向NE，延伸>20 km，區(qū)域上控制了燕山期花崗巖的展布，破裂面呈強(qiáng)烈擠壓狀，破碎帶寬幾米至數(shù)十米，強(qiáng)烈硅化，剪節(jié)理極發(fā)育，帶內(nèi)常見擠壓透鏡體、構(gòu)造角礫巖，構(gòu)造角礫巖膠結(jié)物一般為硅質(zhì)，膠結(jié)良好，常有石英脈貫入，沿脈有孔洞發(fā)育。

研究區(qū)位于武夷山山脈西側(cè)、于山山脈東南側(cè)，總體地勢(shì)北高南低。最高點(diǎn)位于西北部凌云山，海拔1 454.9 m;最低處為南部陂下河出口，海拔約180 m。按山體標(biāo)高、相對(duì)高差劃分為中低山、高丘陵、河谷階地等地貌。

2.1 鉆孔揭露特征

F1斷裂在鉆孔井位處規(guī)模較大，具硅化，局部硅化強(qiáng)烈并發(fā)育孔洞，連通性較好，有利于形成斷裂深循環(huán)型地?zé)嵯到y(tǒng)，是ZK1鉆孔的選址依據(jù)。ZK1鉆孔設(shè)計(jì)孔深600 m，施工深度611 m，主要目的是在深部揭露F1斷裂特征，尋找地?zé)崴Y源。該孔自淺至深依次揭露粗粒黑云母鉀長花崗巖、中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖，未見F1主斷層（圖2）。其中154.0～157.5 m、291.5～293.4 m、339.0～340.0 m、461.0～469.0 m、586.8～588.5 m孔段構(gòu)造裂隙發(fā)育，推測(cè)為F1斷裂的次級(jí)構(gòu)造，是主要的出水位置。154.0～157.5 m巖性為粗粒黑云母鉀長花崗巖，291.5～293.4 m、339.0～340.0 m、461.0～469.0 m巖性為中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖，586.8～588.5 m為兩期花崗巖接觸位置，上部為中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖，下部為粗粒黑云母鉀長花崗巖。

2.2 垂向地溫場(chǎng)

ZK1鉆孔孔深611 m，最低溫度為19.6 ℃，位于水面;最高溫度為49.8 ℃，位于孔底;井溫算術(shù)平均值為34.7 ℃，位于孔深190.4～192.5 m處。ZK1鉆孔井溫表現(xiàn)為漸增型（圖3），隨孔深增加，孔內(nèi)溫度逐漸升高，淺部增溫快，深部增溫慢，地溫梯度為4.9 ℃/100 m。

2.3 熱儲(chǔ)基底溫度及循環(huán)深度估算

熱儲(chǔ)基底溫度采用二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算公式

t=1 3095.19-lgC1-273.15 ，（1）

式中：t為熱儲(chǔ)溫度， ℃;C1為熱水中溶解H4SiO4形式的SiO2含量， mg/L。

地?zé)嵫h(huán)深度采用計(jì)算公式

H1=t1-t2I+H2，（2）

式中：H1為地?zé)崴h(huán)深度，m;t1為熱儲(chǔ)基底溫度，℃;t2為常溫帶溫度，℃;I為地溫梯度，℃/100 m;H2為常溫帶深度，m。

采用二氧化硅溫標(biāo)法計(jì)算的熱儲(chǔ)基底溫度為118 ℃，按照地?zé)嵫h(huán)深度計(jì)算公式計(jì)算的熱儲(chǔ)循環(huán)深度為2 018 m。

2.4 巖石放射性生熱率

ZK1鉆孔采集放射性巖石樣品8件，檢測(cè)U、Th、K含量，并計(jì)算了巖石放射性生熱率。放射性生熱率最小為3.35 μW/m3，放射性生熱率最大為7.73 μW/m3，平均值為5.32 μW/m3，生熱率分布情況見圖4。

垂向上，孔內(nèi)放射性生熱率具有“兩降兩升”的特征，87.90～161.00 m放射性生熱率由3.87 μW/m3降至3.35 μW/m3（孔內(nèi)最低值），161.0～372.0 m放射性生熱率由3.35 μW/m3升至7.73 μW/m3（孔內(nèi)最高值），372.0～453.2 m放射性生熱率由7.73 μW/m3降至5.44 μW/m3，453.2～608.0 m放射性生熱率由5.44 μW/m3升至5.94 μW/m3，生熱率垂向分布特征如圖5所示。

按照巖性劃分，采集粗粒黑云母鉀長花崗巖樣品5件，中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖樣品3件。粗粒黑云母鉀長花崗巖放射性生熱率為3.35～5.94 μW/m3，平均值為4.636 μW/m3;中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖放射性生熱率為5.45～7.73 μW/m3，平均值為6.46 μW/m3。總體而言，中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖放射性生熱率更大（圖6）。

2.5 大地?zé)崃魈卣?/p>

大地?zé)崃魇堑厍騼?nèi)部熱量在地表的直接標(biāo)志，是其在地表唯一可直接測(cè)得的物理量，是地溫場(chǎng)的重要參數(shù)。大地?zé)崃饔?jì)算公式為

q=-KdTdZ，（3）

式中：負(fù)號(hào)表示熱流傳導(dǎo)方向;q為大地?zé)崃髦?，mW/m2;K為巖石熱導(dǎo)率， W/（m·K）;dTdZ為地溫梯度，℃/km。

采用厚度加權(quán)法計(jì)算ZK1鉆孔大地?zé)崃髦担ū?）。ZK1鉆孔大地?zé)崃髦禐?5.62 mW/m2，全球大陸平均熱流值為（65±1.6） mW/m2，中國大陸平均熱流值為（61±15.5） mW/m2。

2.6 水化學(xué)特征

2.6.1 主要組分

陂下地區(qū)地下熱水中的陽離子以Na+為主，含量81.27 mg/L，水中的Na+含量主要受與溫度有關(guān)的礦物流體平衡體系控制。其次為Ca2+，含量11.08 mg/L，Ca2+主要受水巖相互作用中各礦物（螢石等）溶解度及富鈣鋁硅酸鹽（鈣長石等）控制。地下熱水中K+和Mg2+含量相對(duì)較低，陰離子HCO-3、SO2-4占優(yōu)勢(shì)，含量分別為115 mg/L和81.69 mg/L，Cl-含量為0.05 mg/L。

2.6.2 次要組分

次要組分指在水中含量介于主要組分和微量組分之間的組分，主要包括Fe2+、Fe3+、CO2-3、NO-3、偏硼酸、亞硝酸鹽和溴化物等。陂下地?zé)崴锌侳e含量為0.22 mg/L，CO2-3含量為7.56 mg/L，NO-3、NO-2含量分別為0.009 4 mg/L和0.004 mg/L，偏硼酸含量為0.004 mg/L，Br-含量為0.006 8 mg/L。

2.6.3 微量組分

微量組分指地下水中極少見且含量一般<0.1%的組分和化合物。不同微量組分有特殊功能和性質(zhì)，如鍶與人體骨骼密切相關(guān)，硒具有抗癌、增強(qiáng)人體免疫力等醫(yī)療價(jià)值。陂下地?zé)崴械匿嚒㈡J、鋅、硒、鋇、錳及鋁等微量元素含量分別為0.22 mg/L、0.13 mg/L、1.15 μg/L、0.26 μg/L、1.31 μg/L、0.0082 mg/L及0.29 mg/L。

2.6.4 理療熱礦水評(píng)價(jià)

對(duì)照理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，陂下地區(qū)地?zé)崴瓼-含量為6.8 mg/L，可命名為氟水。偏硅酸含量為69.26 mg/L，可命名為硅水。井口（抽出水）溫度為45 ℃，可命名為溫水。溶解性總固體含量為306 mg/L，可命名為淡水。

2.6.5 水化學(xué)類型

將地?zé)崴畼影粗饕M分K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、CO-3、SO2-4、Cl-的毫克當(dāng)量百分比投影到Piper三線圖（圖7）上，對(duì)其水化學(xué)類型進(jìn)行分析，可知陂下地?zé)崴畬儆贖CO3·SO4Na型地?zé)崴?/p>

3 地?zé)豳Y源量

3.1 抽水試驗(yàn)

ZK1鉆孔靜止水位1.76 m，采用深井熱水泵進(jìn)行3個(gè)降深的抽水試驗(yàn)。最大降深44.61 m，抽水流量695.26 m3/d，抽水延續(xù)時(shí)間52 h，井口水溫45 ℃;第二降深27.07 m，抽水流量496.53 m3/d，抽水延續(xù)時(shí)間28 h，井口水溫45 ℃;第三降深16.39 m，抽水流量338.88 m3/d，抽水延續(xù)時(shí)間20 h，井口水溫45 ℃。

3.2 單井資源量

根據(jù)ZK1鉆孔抽水試驗(yàn)資料擬合QS曲線，擬合結(jié)果為ZK1鉆孔QS曲線為冪函數(shù)型，表達(dá)式為lgQ=0.717 7 lgS+1.661 4。

采用QS曲線外推法計(jì)算，降深至50 m時(shí)ZK1鉆孔地?zé)崴砷_采量為759.89 m3/d，其中控制的可開采資源量為695.26 m3/d，推斷的可開采資源量為64.63 m3/d，井口水溫為45 ℃。

3.3 年產(chǎn)能

地?zé)岙a(chǎn)能采用公式

Wt=4.186 8QT-T0，（4）

式中：Wt為熱功率，kW;Q為地?zé)崃黧w可開采量，L/s;T為地?zé)崃黧w溫度，℃;T0為當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶞囟龋?4.186 8為單位換算系數(shù)。

地?zé)崃髂戤a(chǎn)能利用熱能量計(jì)算公式

∑Wt=86.4DWtK，（5）

式中：∑Wt為開采一年可利用的熱能，MJ;D為全年開采天數(shù)，d;K為熱效比，按燃煤鍋爐熱效率0.6計(jì)算;86.4為單位換算系數(shù)。

根據(jù)前述計(jì)算公式，計(jì)算ZK1鉆孔熱功率Wt為964.76 kW，年產(chǎn)能∑Wt為5.07×107 MJ。

4 地?zé)岢梢蛱接?/p>

4.1 熱源

研究區(qū)地?zé)醽碓捶謩e是隱伏深部燕山期侵入的花崗巖體殘余熱，NE向、NNE向活動(dòng)性斷裂深循環(huán)熱和花崗巖中U、Th、K等元素放射性衰變熱。研究區(qū)周邊地?zé)狳c(diǎn)均分布于NE向、NNE向斷裂帶上，該方向斷裂帶形成時(shí)代晚，切割深度大，活動(dòng)時(shí)間長，測(cè)溫資料顯示溫度隨深度增加而升高，推測(cè)活動(dòng)性斷裂深循環(huán)熱是該區(qū)地?zé)岬闹饕獰嵩础?/p>

4.2 導(dǎo)熱通道

NE向斷裂規(guī)模較大，對(duì)溝通深部熱源具有重要作用。NE向斷裂是一條活動(dòng)性導(dǎo)熱斷裂，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)造成帶內(nèi)巖石破碎，裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，為地?zé)崴膶?duì)流、運(yùn)移提供通道。ZK1鉆孔地溫梯度為4.9 ℃/100 m，大地?zé)崃髦禐?5.62 mW/m2，地?zé)岙惓Ｃ黠@，證明該區(qū)斷裂對(duì)流導(dǎo)熱的可能性較大。

4.3 熱儲(chǔ)層

根據(jù)ZK1鉆孔資料，共揭露5層熱儲(chǔ)，均為構(gòu)造裂隙型熱儲(chǔ)，巖性為粗粒黑云母鉀長花崗巖和中細(xì)粒黑云母鉀長花崗巖，第5層熱儲(chǔ)層分布于上述兩期花崗巖接觸帶附近。綜上所述，區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層主要位于花崗巖構(gòu)造裂隙（主構(gòu)造帶及次級(jí)構(gòu)造）和兩期花崗巖接觸破碎帶中，熱儲(chǔ)分布受NE向斷裂和巖漿活動(dòng)共同影響。

4.4 蓋層

根據(jù)ZK1鉆孔資料，蓋層巖性為粗粒黑云母鉀長花崗巖，鉆遇厚度284.11 m，該套花崗巖極完整，鉆進(jìn)過程中有多個(gè)回次取出完整巖心，裂隙不發(fā)育，是地?zé)岬牧己蒙w層。區(qū)內(nèi)地表大面積出露粗粒黑云母鉀長花崗巖，熱儲(chǔ)保溫條件好。

5 結(jié) 論

（1）NE向斷裂是寧都縣陂下地區(qū)控?zé)?、?dǎo)熱斷裂，該斷裂通過的區(qū)域是地?zé)崴欣患瘏^(qū)，可作為地?zé)峥辈檫h(yuǎn)景區(qū)。該區(qū)地溫梯度為4.9 ℃/100 m，具淺部增溫快、深部增溫慢的特點(diǎn)。該區(qū)熱儲(chǔ)基底溫度為118 ℃，地?zé)崴h(huán)深度為2 018 m，大地?zé)崃髦禐?5.62 mW/m2。

（2）寧都縣陂下地區(qū)地?zé)崴|(zhì)類型為HCO3·SO4Na型，可命名為氟水、硅水。

（3）寧都縣陂下地區(qū)ZK1鉆孔地?zé)崴刹少Y源量為759.89 m3/d，井口水溫為45 ℃，熱功率為964.76 kW，年產(chǎn)能5.07×107 MJ。

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Geological characteristics and resource evaluation of Pixia geotherm in Ningdu County， Jiangxi Province

LIU Wei， HUANG Yuncuiyao， FAN Chao

（Gannan Geological Survey Party， Bureau of Geology and Exploration and Development of Mineral Resources of Jiangxi Province， Ganzhou 341000， China）

Abstract：Based on the relevant data obtained from borehole ZK1 in Pixia area of Ningdu County， Jiangxi Province， the geothermal characteristics and resources are preliminarily evaluated and the recoverable resources and geothermal capacity of ZK1 borehole are calculated by analyzing the geothermal field， base temperature， circulation depth， heat generation rate of rocks， terrestrial heat flow and hydrochemistry. The wellhead temperature of geothermal water in the study area is 45 ℃， belonging to HCO3·SO4Na type， which can be named as fluorine water， silicon water， warm water and fresh water. The recoverable resource of borehole ZK1 is 759.89 m3/d， with the Wt thermal power of 964.76 kW and annual capacity of 5.07×107 MJ.

Key words：geotherm; Ningdu County; Pixia; geothermal reservoir characteristics