摘要：武山縣溫泉巖體是甘肅省潛力較大的干熱巖靶區(qū)。為了定量評(píng)價(jià)武山縣溫泉巖體干熱巖的資源潛力，本文在武山縣溫泉鎮(zhèn)開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查，采集12件花崗巖樣品，對(duì)巖石放射性生熱率進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)評(píng)價(jià)，溫泉巖體的總干熱巖儲(chǔ)量為0.3×106 EJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤10.25×1012 t，若按可采資源量的下限（2%）計(jì)算，折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.05×1011 t，武山縣溫泉巖體干熱巖具有可觀的開(kāi)采前景。

關(guān)鍵詞：溫泉巖體；干熱巖；資源儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：P314 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）02-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.014

Analysis on the Status of Dry-Hot Rock Resources in Wushan County Hot Spring Rock Mass and Its Development and Utilization Prospects

HAI Cunbin， SUN Wenli

（Gansu Industrial Polytechnic College， Tianshui 741025， China）

Abstract： Wushan County hot spring rock mass is a dry-hot rock target area with great potential in Gansu Province. In order to quantitatively evaluate the resource potential of dry-hot rock of hot spring rock mass in Wushan County， this paper carries out a geological survey in Wenquan Town， Wushan County， and collects 12 granite samples to calculate the radioactive heat generation rate of rocks. According to the evaluation， the total dry-hot rock reserve of the hot spring rock mass is 0.3×106 EJ， equivalent to 10.25×1012 t standard coal， if calculated according to the lower limit （2%） of recoverable resources， it is equivalent to 2.05×1011 t of standard coal， the dry-hot rock of the hot spring rock mass in Wushan County has considerable exploitation prospects.

Keywords： hot spring rock mass; dry-hot rock; resource reserve evaluation

干熱巖屬于地?zé)豳Y源的一種，是指一般溫度大于200 ℃，內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體[1]，主要用于發(fā)電供暖，具有綠色環(huán)保、儲(chǔ)量大、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，是一種可循環(huán)利用的可再生能源。從區(qū)域分布來(lái)看，我國(guó)干熱巖資源主要分布在云南省、廣東省、福建省等地，近幾年，青海省、山東省、江蘇省等地相繼通過(guò)鉆探發(fā)現(xiàn)高溫干熱巖，最高溫度達(dá)到236 ℃。目前，甘肅省尚未鉆獲優(yōu)質(zhì)的干熱巖資源。筆者廣泛收集武山縣的地質(zhì)、物探等資料，選擇兩條線路采集花崗巖樣品，計(jì)算其放射性生熱率，探討武山縣溫泉巖體存在優(yōu)質(zhì)干熱巖資源的可能性。

1 地質(zhì)背景

武山縣溫泉巖體處于祁連-北秦嶺造山帶的復(fù)合部位。祁連-北秦嶺造山帶的復(fù)合銜接關(guān)系在區(qū)域上呈反S形扭動(dòng)構(gòu)造格局，褶皺、斷裂發(fā)育，并伴隨有燕山期巖體的大規(guī)模侵入。隨著地質(zhì)演化，西秦嶺經(jīng)歷了五臺(tái)期、加里東期、海西期、印支期、燕山期及喜馬拉雅期六個(gè)階段的改造，區(qū)內(nèi)出露的地層由老至新依次為古元古界秦嶺巖群，下古生界關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖單元、李子園群、太陽(yáng)寺巖組，上古生界泥盆系舒家壩群、西漢水群、大草灘群、石炭系，中生界白堊系，新生界古近系、新近系、第四系。其中，上古生界在本區(qū)廣泛分布。區(qū)域內(nèi)巖體巖性為淺紅色、肉紅色中-細(xì)粒黑云二長(zhǎng)花崗巖，呈斑狀結(jié)構(gòu)或片麻狀結(jié)構(gòu)，巖石主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石等組成。如圖1所示，調(diào)查區(qū)內(nèi)出露溫泉花崗巖巖基且花崗巖分布廣泛，巖體出露面積約為260 km2，且溫泉的花崗巖巖基侵入泥盆系和秦嶺群中，被第三系沉積物覆蓋?；◢弾r的廣泛分布為調(diào)查區(qū)研究花崗巖放射性生熱率提供了良好條件。

2 樣品采集與測(cè)試分析

為調(diào)查武山縣溫泉巖體酸性侵入巖衰變的生熱狀況，筆者選取的調(diào)查范圍北起大南石、馬家灘村一帶，南至劉家溝、大南岔一帶，西起新莊里、大崖上一帶，東至東溝里、燕家灣一帶。如圖1所示，調(diào)查分東西、南北兩個(gè)剖面，東西路線為武山礦泉療養(yǎng)院—小南村—石房下—莊兒溝—馬家山—周原坪，共采集5件花崗巖樣品，南北路線為張家溝—武山溫泉—冷家溝門下—趙莊村—王家場(chǎng)—中壩村—下花臺(tái)溝，共采集7件花崗巖樣品。兩條路線共采集12件花崗巖樣品。涉及的花崗巖為肉紅色中-細(xì)粒黑云二長(zhǎng)花崗巖、淺肉紅色-灰色似斑狀細(xì)粒含角閃石二長(zhǎng)花崗巖、肉紅色似斑狀正長(zhǎng)花崗巖、灰白色細(xì)粒含斑黑云二長(zhǎng)花崗巖。

12件花崗巖樣品的放射性元素含量測(cè)定均使用激光熒光法，為明確花崗巖的生熱特性，根據(jù)式（1）計(jì)算巖石放射性生熱率，如表1所示。經(jīng)計(jì)算，溫泉巖體中，12件花崗巖樣品的平均生熱率為3.06 μW/m3。

式中：A為巖石放射性生熱率；ρ為巖石密度；ωU、ωTh和ωK分別為巖石中元素U、Th和K的含量。

3 干熱巖開(kāi)發(fā)利用的可行性分析

3.1 武山縣溫泉巖體與青海省共和盆地干熱巖對(duì)比分析

目前，國(guó)內(nèi)品質(zhì)最高的干熱巖為青海省共和盆地恰卜恰巖體，其在深度3 705 m處鉆獲的干熱巖溫度高達(dá)236 ℃[2]，在我國(guó)干熱巖歷史上創(chuàng)造新的突破。青海省共和盆地和武山縣溫泉巖體同處祁連-北秦嶺造山帶，在干熱巖的開(kāi)采成藏方面有極大的參考價(jià)值。通過(guò)分析武山縣溫泉巖體的構(gòu)造、熱儲(chǔ)巖性與熱源特征，對(duì)比青海省共和盆地恰卜恰巖體，筆者發(fā)現(xiàn)，武山縣溫泉巖體雖然比青海省共和盆地的干熱巖埋藏深、放射性生熱率低，但是基本符合干熱巖的成藏條件。

3.2 武山縣溫泉巖體干熱巖資源潛力評(píng)價(jià)

干熱巖蘊(yùn)藏的地?zé)豳Y源量取決于干熱巖的溫度及放射性生熱率，干熱巖資源量就是巖石介質(zhì)中所賦存的熱量[3-5]，可采用式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q為干熱巖資源量；Cp為巖石比熱；V為巖石體體積；T為特定深度的巖石溫度；Tc為地表平均溫度（或特定參考溫度）。

地表溫度Tc可以由地表多年平均氣溫得到，而巖石某一特定深度的溫度T可以采用式（3）進(jìn)行計(jì)算。

式中：q0為地表熱流量；k為巖石熱導(dǎo)率；z為深度。

根據(jù)武山縣地表多年平均氣溫，Tc為18 ℃，q0為70.78 mW/m2。巖石熱導(dǎo)率可以反映巖石的導(dǎo)熱能力，與巖石的結(jié)構(gòu)成分、含水率與溫度有關(guān)，本研究中，其取值與深度有關(guān)。本研究中深度為4～6 km，因此巖石熱導(dǎo)率取2.7 W/（m·K）。武山縣溫泉巖體的放射性生熱率A為3.06 μW/m3。深度為3 km時(shí)，巖石溫度為91.5 ℃；深度為10 km時(shí)，巖石溫度為223.54 ℃。根據(jù)式（2）計(jì)算，武山縣溫泉巖體干熱巖資源量為0.3×106 EJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤10.25×1012 t，

按可采資源量的下限（2%）計(jì)算，折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.05×1011 t，相當(dāng)于2021年全國(guó)能源消耗量的39倍（2021年全國(guó)能源消耗量為52.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤），具有相當(dāng)可觀的開(kāi)發(fā)前景。

干熱巖資源量根據(jù)熱流數(shù)據(jù)和熱物性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其中有些數(shù)據(jù)有不確定性。為了檢驗(yàn)，可用溫度梯度來(lái)計(jì)算不同深度的溫度，更粗略地得到干熱巖資源量。武山縣溫泉巖體的實(shí)測(cè)溫度梯度為20～25 ℃/km，平均值為22.5 ℃/km，將其作為武山縣溫泉巖體溫度梯度的上限，以15 ℃/km作為溫度梯度的下限，分別計(jì)算不同深度的溫度，然后得到武山縣干熱巖資源量的上限（0.46×106 EJ）與下限（0.30×106 EJ），中值為0.38×106 EJ，基本符合前面計(jì)算的資源量。

4 結(jié)論

經(jīng)分析，武山縣溫泉巖體具有溫泉分布密集、大地?zé)崃髦荡蟆⒎派湫陨鸁崧矢?、地溫梯度大等特點(diǎn)，花崗巖放射性生熱率平均值為3.06 μW/m3，干熱巖的地質(zhì)成礦背景與青海省共和盆地相似，同處祁連-北秦嶺造山帶上，與青海省共和盆地相比，武山縣溫泉巖體具有干熱巖成藏的基本條件。經(jīng)計(jì)算，武山縣溫泉巖體干熱巖資源量為0.3×106 EJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤10.25×1012 t，按可采資源量的下限（2%）計(jì)算，折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.05×1011 t，相當(dāng)于2021年全國(guó)能源消耗量的39倍，具有可觀的開(kāi)發(fā)前景。武山縣溫泉巖體是甘肅省有利的干熱巖找礦靶區(qū)之一，建議下一步開(kāi)展地?zé)釡y(cè)量和地質(zhì)探測(cè)，尋找最有利靶區(qū)，圈定最優(yōu)的開(kāi)發(fā)地點(diǎn)，然后著手開(kāi)展干熱巖鉆探、人工壓裂試驗(yàn)、回灌試驗(yàn)、熱儲(chǔ)模擬等，推進(jìn)甘肅省干熱巖開(kāi)采。

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