王孝亮 張 果

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三五隊）

龍門縣因其獨特的地質(zhì)條件，地熱資源豐富，有著中國首個“中國溫泉之鄉(xiāng)”“世界森林溫泉保養(yǎng)地”的美譽［1］，現(xiàn)有溫泉主要分布在永漢、龍?zhí)?、藍田等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。永漢地熱田位于龍門縣縣城235°方位約32 km的永漢鎮(zhèn)，分為馬星和隔陂2個熱異常區(qū)。近年來，隨著龍門縣經(jīng)濟的高速發(fā)展以及溫泉旅游業(yè)的快速崛起，永漢鎮(zhèn)因其緊鄰廣州有利的地理位置與交通條件，溫泉旅游人數(shù)和旅游收入呈直線上升，造成對永漢地熱資源的需求量也急劇增加。當前永漢鎮(zhèn)內(nèi)已探明的地熱資源可采儲量約2 800 m3/d，遠不能滿足日常所需，同時部分民宿溫泉酒店存在私自鉆探抽采地熱資源的行為，造成地熱資源的無序開采和過度浪費使用，進而引發(fā)一系列的地質(zhì)環(huán)境問題，甚至造成地熱資源的枯竭。為此，當?shù)卣岢鲆哟蟮刭|(zhì)勘探力度，進一步探明提高永漢地熱田的地熱資源儲量和開采量，通過由政府部門“統(tǒng)一管理、集中供水”方式進行合理開發(fā)利用，實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)開發(fā)利用及地質(zhì)環(huán)境保護。

本文通過利用地熱地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、地熱鉆探、降壓試驗和測溫等工作手段，分析研究了永漢地熱田地熱地質(zhì)條件，進一步探明提高了永漢地熱田地熱資源儲量，針對該地熱田地熱資源的特性，提出了資源開發(fā)利用方案和地質(zhì)環(huán)境保護有關(guān)建議，為實現(xiàn)當?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供了基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，也為類似地熱資源的勘探開發(fā)提供了借鑒。

1 地熱田地質(zhì)條件

1.1 地層巖性及構(gòu)造條件

1.1.1 地層條件

永漢地熱田內(nèi)出露地層主要有第四系（Q）、石炭系測水組（C1c）、泥盆系上統(tǒng)帽子峰組（D3C1m）和泥盆系中統(tǒng)春灣組（D2-3ch），勘查區(qū)內(nèi)第四系下部隱伏石炭系下統(tǒng)石磴子組（C1sh）灰?guī)r以及泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t）灰?guī)r［2］（圖1）。各地層由老至新分述如下：

（1）泥盆系中統(tǒng)春灣組（D2-3ch）在永漢地熱田東部零星出露，巖性為土黃、灰白色的石英砂巖與粉砂質(zhì)板巖互層或呈夾層組成，厚度約664 m。

（2）泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t）在地表沒有出露，隱伏于永漢地熱田范圍內(nèi)第四系地層之下，巖性組成為灰、青灰、灰黑色薄層或中厚層條帶狀泥晶灰?guī)r，夾少量薄層鈣質(zhì)頁巖、細砂巖組成，厚度為50～130 m。

（3）泥盆系上統(tǒng)帽子峰組（D3C1m）分布于永漢地熱田范圍中部，呈北東—南西向長條狀，巖性為上部細粒長石石英砂巖或粉砂質(zhì)細砂巖，中下部細粒石英砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層或夾層，厚度大于530 m。

（4）石炭系下統(tǒng)測水組（C1c）分布于永漢地熱田范圍中北部，巖性主要為灰色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、黃色細砂巖，厚度為109～267 m。該地層以北東—南西走向呈長條狀分布，走向總體為北東向，傾向北西，傾角為25°～35°。

（5）石炭系下統(tǒng)石磴子組（C1sh）全部為第四系所覆蓋，分布于永漢地熱田隔陂范圍，巖性組成為灰—灰黑色泥晶灰?guī)r，生物泥晶灰?guī)r，泥晶粉晶灰?guī)r，溶洞和溶蝕裂隙較為發(fā)育，厚度＞95 m。

（6）第四系（Q）分布較廣，以河谷平原沖洪積砂礫、砂、亞砂土、粉質(zhì)黏土為主，部分可見二元結(jié)構(gòu)，厚度為9.38～38.3 m。

1.1.2 構(gòu)造條件

根據(jù)物探資料及鉆探揭露情況，本地熱田內(nèi)發(fā)現(xiàn)7條斷裂［3］（圖1），即北東向斷裂F1、F2、F3、F4、F5、F6和北西向斷裂F7，現(xiàn)分述如下。

1.1.2.1 北東向斷裂

F1斷層位于隔陂勘查區(qū)西部，走向北東27°，地表未出露，根據(jù)物探資料推斷，傾向117°，傾角為63°～75°。探采結(jié)合井ZK5于388.38～394.35 m揭露細粒黑云母花崗巖，推測F1斷裂切割深度大于1 km，可能切割下部花崗巖體。探采結(jié)合井ZK5于63.90～70.85 m揭露F1斷層，破碎帶中見構(gòu)造角礫巖，但膠結(jié)較好，經(jīng)分層降壓試驗，F(xiàn)1斷裂導(dǎo)水性較差。

F2斷層位于隔陂勘查區(qū)中心部位，走向約30°，傾向北西。探采結(jié)合井ZK4于21.61～46.57 m揭露該斷層，斷裂帶內(nèi)主要為構(gòu)造角礫巖，角礫為砂巖，斷裂帶頂部見1.8 m厚鉛鋅礦石，斷裂帶內(nèi)見黃鐵礦化。斷裂帶內(nèi)可見2層溶洞，含裂隙溶洞水，是主要的導(dǎo)水、導(dǎo)熱斷裂構(gòu)造。

F3斷層位于隔陂勘查區(qū)東部，地表未出露，根據(jù)物探資料推測，長度大于2.1 km，走向北東，南西段有反傾現(xiàn)象，傾向120°，北東段傾向270°，傾角72°。

F4斷層位于馬星勘查區(qū)西部，走向北東，傾向約300°，傾 角76°～81°。觀4孔 于127.72～128.60 m、131.80～134.90 m、137.80～138.85 m、140.05～141.55 m揭露該斷裂，為一斷裂組，均被基性巖脈充填，巖脈外接觸帶見角礫巖，角礫成分為灰?guī)r，礫徑0.5～3 cm，棱角狀。該斷裂淺部可能局部透水或含微弱地熱水，深部受方解石脈重新膠結(jié)后基本不含水。

F5斷層走向約35°，傾向約215°，傾角約75°，探采結(jié)合井ZK1（23.60～25.40 m）和觀1孔（31.58～47.30 m）揭露該斷層，斷裂帶內(nèi)為碎裂巖，該段采取率低，斷裂帶內(nèi)巖溶發(fā)育，為馬星勘查區(qū)導(dǎo)水、導(dǎo)熱斷裂構(gòu)造。

F6斷層位于馬星勘查區(qū)東部，走向北東，傾向約125°，傾角73°～85°。ZK2井于106.95～114.72 m揭露該斷層，可見密集裂隙帶和溶洞，裂隙面可見鐵質(zhì)浸染、鈣質(zhì)條帶，局部綠泥石化、和黃鐵礦化，溶蝕發(fā)育明顯。

1.1.2.2 北西向斷裂

F7斷層位于馬星區(qū)北東部，走向北西，傾向40°，傾角65°。斷裂破碎帶寬3 m，破碎帶中圍巖產(chǎn)狀混亂，見構(gòu)造角礫巖，呈棱角狀。F7斷層周邊未見地溫異常。

1.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水分類方法，結(jié)合本區(qū)地下水賦存條件及含水巖組特征，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。

（1）松散巖類孔隙水。含水層巖性以第四系含礫中粗砂、礫卵石、礫砂、粗砂、粉細砂、黏土質(zhì)砂等為主，地下水位埋深為0.20～6.10 m，單井涌水量約277.9 m3/d，水量中等。

（2）碎屑巖類裂隙水。含水層由石炭系測水組，泥盆系帽子峰組、春灣組的石英砂巖、粉砂質(zhì)細砂巖、粉砂巖組成，地下水賦存于巖石的構(gòu)造裂隙及風化裂隙中，水位埋深隨地形及季節(jié)變化，處于5.77～17.2 m，枯季地下徑流模數(shù)一般為0.4～11.6 L/（s·km2），泉常見流量為0.009～0.736 L/s，最大下降泉群水量達31.22L/s，水量中等。

（3）覆蓋型及埋藏型碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。主要含水層組為泥盆系天子嶺組和石炭系石磴子組的灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r，隱伏于第四系之下，區(qū)內(nèi)未出露地表，水位埋深為2.70～25.0 m，水量豐富區(qū)、中等區(qū)和貧乏區(qū)主要分布于中部隱伏巖溶谷地，單井涌水量為110～1 550 m3/d。

1.3 地熱地質(zhì)特征

1.3.1 熱儲巖性特征

地熱田熱儲巖性主要為灰?guī)r，其質(zhì)硬性脆，在構(gòu)造作用和地下水沖刷下，易形成溶蝕裂隙或溶洞。因此，在斷裂帶附近巖石裂隙、溶蝕溝槽及溶洞等較發(fā)育，為地熱水資源的運移及儲存提供了有利通道及空間，地熱流體分布極不均一，水量貧乏—豐富。

（1）隔陂勘查區(qū)。根據(jù)鉆孔揭露，隔陂區(qū)熱儲巖性主要為石炭系石磴子組（C1sh）灰?guī)r，溶洞和溶蝕裂隙較為發(fā)育。巖石呈灰黑色，生物碎屑結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。

（2）馬星勘查區(qū)。根據(jù)鉆孔揭露，馬星區(qū)熱儲巖性主要為泥盆系天子嶺組（D3t）灰?guī)r，溶洞和溶蝕裂隙較為發(fā)育。巖石呈灰、灰黑、灰白色，泥晶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。

1.3.2 熱源及熱流體通道

區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動強烈。根據(jù)鉆孔揭露，ZK5于388.38～394.35 m揭露到花崗巖脈，孔底溫度為64.6～64.7℃，馬星村北部山子下原施工地熱井于650 m揭露到花崗巖，南昆山慕思嘉華酒店地塊鉆孔于600～1 070 m也揭露花崗巖，觀4孔于128.60～129.50 m、135.90～138.85 m、140.05～141.55 m揭露基性巖脈，據(jù)此推測永漢地熱田深部存在大面積早白堊世侵入巖，基性巖則為幔源物質(zhì)的來源提供了直接證據(jù)。因此，初步認為永漢地熱田的熱源主要來自于溝通深部熱源的活動斷裂帶的熱對流，其次為巖漿活動產(chǎn)生的巖漿余熱、巖體中所含的放射性元素蛻變所釋放的熱能以及侵入巖體對幔源熱的熱傳導(dǎo)。深、大斷裂帶為地下水深循環(huán)獲得熱量后往淺部運移，從而為熱對流提供了有利條件。

據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查、物探推測和鉆探揭露，地熱田北東向斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，在構(gòu)造和地下水作用下易形成連通性較好的裂隙溶洞發(fā)育帶，為深部地熱流體的循環(huán)和運移提供了良好的通道及空間，形成對流型地熱系統(tǒng)。在熱異常范圍內(nèi)，當鉆孔穿過第四系，揭露到北東向斷裂帶后即可發(fā)現(xiàn)地熱水。

1.3.3 地熱流體流場特征

馬星、隔陂勘查區(qū)地處隱伏巖溶谷地，推測低山丘陵區(qū)是地熱流體的主要補給區(qū)。徑流和排泄途徑則受巖溶裂隙和構(gòu)造裂隙空間展布所控制。

1.3.3.1 地熱流體的補給

地熱流體主要補給來源是大氣降水，其次是地表水體。地熱田東部地勢較高，地下水具高勢能，在較高的勢能作用下，由常溫裂隙水下滲補給斷裂帶構(gòu)造裂隙水。

同時，近地表常溫水淺部潛流補給熱儲層。常溫水沿斷裂帶向深部徑流和循環(huán)，吸收地熱能加熱并溶解巖石中的多種礦物質(zhì)，形成了熱流體，儲存于深部構(gòu)造裂隙中。熱流體增溫后，其密度比原來的常溫水減小，在熱動力及水動力共同作用下，向上運移至地勢較低的有利儲水部位，沿裂隙頂托上升至淺部越流補給到裂隙溶洞熱儲中。由ZK1和ZK4分層降壓試驗可知，F(xiàn)2和F5富水性豐富。

1.3.3.2 地熱流體的運移

大氣降水補給轉(zhuǎn)化成裂隙水并經(jīng)斷裂帶向深部循環(huán)形成地熱流體后，在熱動力及水動力共同作用下，地熱流體沿導(dǎo)水性能較好，具有有利儲水空間的斷裂帶由深部往淺部運移，地熱流體推算的形成深度為2 982～3 269 m，由于構(gòu)造斷裂帶的復(fù)雜性，其運移路徑較為復(fù)雜。在淺部，地熱流體的運移方向大致從東側(cè)高地向隱伏巖溶集中向開采區(qū)運移擴散。

14C同位素結(jié)果顯示，馬星勘查區(qū)ZK2井地熱水最年輕，ZK1和MK4井地熱水的年齡較老，大于10 ka.BP，ZK9井的年齡介于5～6 ka.BP。隔陂勘查區(qū)，除ZK4井地熱水年齡較老（介于14 288.76～15 807.3 a.BP），其余地熱水較為年輕，在幾百至幾千年不等。

1.3.3.3 地熱流體的排泄

本地熱田蓋層條件較差，地熱流體從深部上涌運移至淺部裂隙溶洞熱儲后，主要沿溶洞或溶蝕裂隙上升進入第四系卵礫石層，以潛流的形式擴散。本地熱田地熱流體的主要排泄形式為地熱井開采。

2 資源儲量計算

2021年3月5—22日（枯水期）通過對馬星勘查區(qū)ZK1、ZK2、ZK9、MK1、MK2、MK3、MK4的7口評價井和隔陂勘查區(qū)ZK4、ZK5、ZK6、ZK8的4口評價井進行群井降壓試驗，得出地熱田枯水期群井降壓試驗地熱流體儲量為9 925 m3/d（其中馬星勘查區(qū)5 024 m3/d，平均水溫63.3℃；隔陂勘查區(qū)為4 901 m3/d，平均水溫為52.2℃），加權(quán)平均水溫為57.8℃。

3 資源開發(fā)利用與環(huán)境保護建議

3.1 產(chǎn)品方案

本地熱田水溫29.8～77.5℃，加權(quán)平均水溫57.8℃，屬于低溫地熱資源中的溫熱水，ZK1、ZK9、MK1、MK2、MK3、MK4、ZK4、ZK5偏硅酸和氟濃度達到命名礦水濃度標準，可命名為硅水和氟水，ZK2、ZK6、ZK8偏硅酸和氟濃度達到不同程度的標準（有醫(yī)療價值濃度和礦水濃度）。因此本地熱田地熱資源開發(fā)可直接用于理療、洗浴等，利用后的廢水集中處理達標后排放。

3.2 設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模

根據(jù)永漢地熱田枯水期群井降壓試驗結(jié)果，以11口開采井群井降壓試驗產(chǎn)量9 925 m3/d作為永漢地熱田控制的可開采量，可信度系數(shù)采用0.9。①馬星、隔陂勘查區(qū)以往枯水期實際開采量均大于枯水期群井降壓試驗產(chǎn)量；②馬星、隔陂勘查區(qū)第四系沉積物厚度較薄，地熱井動水位埋深高于第一層熱儲層或主要熱儲層頂板之上；③馬星勘查區(qū)枯水期群井降壓試驗停泵后12 h，水位恢復(fù)了39%～74%，停泵后24 h，水位恢復(fù)了56%～80%，隔陂勘查區(qū)枯水期降壓試驗停泵后12 h，水位恢復(fù)了77%～88%，停泵后24 h，水位恢復(fù)了95%～100%。說明地熱流體的補給來源充足。

故永漢地熱田地熱水設(shè)計生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模為9 925 m3/d×0.9=8 932 m3/d，建設(shè)規(guī)模大于20萬m3/a，屬大型礦山。

3.3 熱礦水輸送方案

本期礦山服務(wù)年限擬定為10 a，主要采用集中供熱水方式向各用水點輸送地熱水，用水點集中分布于馬星勘查區(qū)、隔陂勘查區(qū)，根據(jù)永漢地熱資源初步規(guī)劃設(shè)計方案，計劃在2個片區(qū)各建設(shè)1座地熱水供水泵房及蓄水池，兩蓄水池相互連通，滿足高峰期用水調(diào)度，在11口生產(chǎn)井處修建地下熱水取水泵站，采用保溫管道輸送至蓄水池，然后由蓄水池通過恒壓變頻供水設(shè)備接環(huán)狀管網(wǎng)輸送至各用水點，各酒店及民宿按需報裝引申支管用水，避免資源浪費，最大程度滿足各村的居民、酒店、民宿的需要（圖2）。

3.4 地熱資源環(huán)境保護

地熱資源開發(fā)應(yīng)建立三級保護區(qū)，根據(jù)地熱田的熱異常范圍及熱儲的特征，應(yīng)將勘查區(qū)內(nèi)近南北向及北西向斷裂破碎帶及周邊，以及溝溪、河流作為重點劃定保護區(qū)域，三級保護區(qū)劃定如下。

（1）一級保護區(qū)。馬星勘查區(qū)ZK2、MK4井臨近高層建筑，以井位中心半徑50 m的范圍設(shè)立為一級保護區(qū)，ZK1、MK1、MK2、MK3、ZK9以已有地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀空間分布和影響半徑劃分安全保護范圍，設(shè)立為一級保護區(qū)，面積共0.14 km2。隔陂勘查區(qū)ZK4、ZK5井臨近高層建筑，以井位中心外擴50 m范圍設(shè)立為一級保護區(qū)；ZK6井周邊開采井較多，淺部巖溶發(fā)育且相互連通，ZK8井與50 m以淺開采井巖溶通道相互連通，故ZK6和ZK8井以井位中心外擴80 m的范圍劃分安全保護范圍，設(shè)立為一級保護區(qū)，面積共0.09 km2。一級保護區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)采取適當?shù)姆罎B措施，禁止興建與地熱流體取水無關(guān)的建筑物，已建的地熱水水源地要實行統(tǒng)一管理，消除一切可能導(dǎo)致地熱流體污染及影響熱儲安全的因素，防止地熱田的熱儲蓋層遭到人為破壞。

（2）二級保護區(qū)。以評價井位外擴800～1 000 m范圍設(shè)立為二級保護區(qū)，二級保護區(qū)呈長方形，面積3.59 km2。二級保護區(qū)范圍包括熱異常范圍、地表水及潛水向取水井流動的徑流區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)不準有害污染物進入，在二級保護區(qū)范圍內(nèi)禁止設(shè)置任何可導(dǎo)致地熱水水質(zhì)、水量、水溫改變的引水工程，禁止進行任何可能引起含水層污染或破壞的人類工程活動，嚴禁在區(qū)內(nèi)排放生活廢水和廢棄的地熱水及其他廢棄物，嚴禁建設(shè)滲水式化糞池，注意建設(shè)生活廢水及廢棄地熱水排放設(shè)施。

（3）三級保護區(qū)。以水源免受污染為原則，根據(jù)自然匯水和地熱流體補給條件，結(jié)合當?shù)丨h(huán)境地質(zhì)特征，劃定三級保護區(qū)，三級保護區(qū)呈不規(guī)則多邊形。地熱田民用開采深井分布密集，為避免民用深井開采影響深部地熱循環(huán)系統(tǒng)，因此三級保護區(qū)做適當外擴：東邊以丘陵地表分水嶺為界，西、南邊以二級保護區(qū)外擴1 000 m為界，北界適當外延，包括熱水村原有地熱水天然出露點和周邊主要深井（＞500 m），面積9.82 km2。該區(qū)可允許開展對地熱流體水源地沒有危害的工程建設(shè)和生產(chǎn)活動，保護地熱區(qū)的生態(tài)環(huán)境，禁止未經(jīng)批準私自進行地熱資源勘查和開采活動。

4 結(jié) 論

（1）永漢地熱田熱儲巖性主要為灰?guī)r，其質(zhì)硬性脆，地熱田范圍內(nèi)北東向斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，在構(gòu)造和地下水作用下易形成連通性較好的裂隙溶洞發(fā)育帶，為深部地熱流體的循環(huán)和運移提供了良好的通道及空間，形成對流型地熱系統(tǒng)?，F(xiàn)場鉆探顯示，在熱異常范圍內(nèi)，當鉆孔穿過第四系地層，揭露到北東向斷裂帶后即可發(fā)現(xiàn)地熱水。

（2）在枯水期通過對永漢地熱田范圍內(nèi)的11口評價井進行群井降壓試驗和測溫，計算出永漢地熱田地熱資源儲量為9 925 m3/d，加權(quán)平均水溫為57.8℃；其中馬星勘查區(qū)資源儲量為5 024 m3/d，平均水溫為63.3℃；隔陂勘查區(qū)資源儲量為4 901 m3/d，平均水溫為52.2℃。

（3）通過采集地熱水樣進行檢測化驗，本地熱田的地熱水資源偏硅酸和氟濃度達到命名礦水濃度標準，可命名為硅水和氟水，具有醫(yī)療價值，可直接開發(fā)用于溫泉理療、洗浴等，利用后的廢水需集中處理達標后方可排放。結(jié)合本地熱田地熱資源的特性，設(shè)計生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模為8 932 m3/d，服務(wù)年限暫定10 a，通過集中供熱水方式由供水管道向各用水點輸送地熱水；同時劃定出了本地熱田三級保護區(qū)范圍。