金海國際花園地熱井綜合分析

張唯聰　趙利軍

摘 要：“金海國際花園”地熱井大地構造位置處于中朝準地臺（Ⅰ級構造單元）復州—大連凹陷（Ⅳ級構造單元）單元中部西側，屬于地溫增溫型地熱井。本文從地質背景、地熱地質形成條件等方面分析了該地熱井形成原因，并與附近地區已鉆鑿成功地熱井進行分析對比，總結出該地熱井水溫較高的內在原因。

關鍵詞：地熱；構造；熱儲；蓋層

中圖分類號：P634 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0140-02

1 引言

大連地區地熱田分兩個類型，一是巖漿巖型（俗稱溫泉），如龍門湯、安波、步云山、儉湯溫泉，水溫38-71℃，均為天然中溫淺層地熱水，熱源巖性主要為印支—燕山期花崗巖；二是地溫增溫型，經過搜集資料統計，大連市區、金州區、開發區和金石灘等地已打成地熱井開采深度1500-3020m，水溫32-55℃，主要儲熱層巖性為震旦系石英巖、板巖、石灰巖等，地熱地質背景相同，均屬于地溫增溫型地熱井。“金海國際花園”地熱井位于大連市金州區西海邊，其井深2000m，出水溫度41℃，是該地區地熱井中出水溫度相對較高者之一，本文對其與附近地區地熱井進行比較，分析其地熱水水溫較高的原因，為該地區以后勘查開發出更高價值地熱井提供了依據。

2 地質背景

2.1 地質構造

“金海國際花園”地熱井大地構造位置處于中朝準地臺（Ⅰ級構造單元）復州—大連凹陷（Ⅳ級構造單元）單元中部西側，城子坦斷塊的凸起端。印支、燕山和喜山運動在本區均有活動，形成了軸線方向為東西向、北東向與北西向的褶皺，以緊密線形的倒轉同斜褶曲為主。并受北東向、北北東向和北西向斷層控制，構造復雜（圖1）。燕山運動晚期，本區曾發生裂陷、火山噴發和巖漿侵入，但巖漿活動較弱，僅有晚侏羅世的輝綠巖和花崗斑巖侵入，輝綠巖多呈巖脈或巖床侵入于上元古界和古生界中，其走向隨巖層走向變化。

勘查區地質構造發育，是褶皺構造倒轉端，斷裂構造受東西向壓扭性斷裂和北西向擠壓斷裂控制。通過地質研究和物探資料綜合分析，查明一北西向斷裂（董家溝斷裂帶），產狀305°∠50°，為繼承性斷裂，斷層寬30-50m，切割深度大（沿斷裂帶有基性巖侵入）。

2.2 地層巖性

大連地區內地層具地臺型二元結構特征，基底由太古界和下元古界組成。蓋層為上元古界細河群、五行山群、金縣群及古生界寒武系—白堊系，缺失上奧陶統—下石炭統，中石炭世—早二疊世僅有局部岀露，有早白堊世的中—基性巖噴發。

“金海國際花園”地熱井在鉆至520-610m處，泥漿大量漏失，并發生埋鉆事故，判定為一個大的構造破碎帶，即為上文所述的北西向斷層（董家溝斷裂帶）。其上盤為震旦-寒武系干島子灰巖，下盤為震旦系營城子組—震旦-寒武系干島子灰巖，地層發生倒轉，為一平臥褶皺經后期北西向斷層擠壓錯斷形成。在鉆至1437-1510m處，泥漿亦漏失嚴重，處于北西向斷裂帶影響范圍內，巖石節理裂隙發育，為地下熱水提供了良好的儲存空間。鉆探揭露地層巖性自上而下為：

（1）第四系全新統（Q4）：主要由素填土、亞砂土、粘土及砂礫石組成。揭露層位：0-20m。

（2）震旦-寒武系干島子灰巖（Z-∈gh）：巖性以灰白色白云質灰巖為主，夾有灰色層紋石灰巖，并伴生有黑綠色輝綠巖侵入其中，具有絹云母化、碳酸鹽化。揭露層位：20-610m。

（3）震旦系營城子灰巖（Zyh）：巖性為深灰色、灰色中厚層含砂屑、礫屑細粉晶灰巖，偶夾頁巖，近底部發育疊層石灰巖及層紋石灰巖。揭露層位：610-855m。

（4）震旦系十三里臺灰巖（Zsh）：巖性以紫色、灰色中厚層-厚層疊層石灰巖為主，夾黃灰色、紫色頁巖及泥質條帶灰巖。揭露層位：855-1280m。

（5）震旦系馬家屯灰巖（Zmh）：巖性以灰色薄層～中厚層含粘土質泥晶灰巖為主，夾礫屑灰巖，上部夾黃綠色頁巖，底部有2m厚的紫灰色薄層碳酸鹽質細粒石英雜砂巖。揭露層位：1280-1430m。

（6）震旦系崔家屯組（Zcj）：巖性以灰綠色、黃綠色粉砂質頁巖為主，間夾薄層含海綠石細粒石英砂巖及疊層石灰巖透鏡體。揭露層位：1430-1555m。

（7）震旦寒武系干島子灰巖（Z-∈gh）：巖性以灰色薄層含粘土質泥粉晶灰巖為主，夾有黃綠色鈣質頁巖、層紋石灰巖，底部石灰巖受擠壓破碎，形成構造巖及糜棱巖。揭露層位：1555-2005m。

3 地熱地質條件

3.1 地熱形成條件

尋找地熱的首要條件就是地下熱源，勘查區所處的區域巖漿活動很弱，僅有晚侏羅世輝綠巖呈巖脈（床）狀分布，巖漿巖熱量已全部散失。地幔和地殼中放射性元素衰變產生的熱是該地區的主要熱源，依靠大地熱流供熱，在地殼表層形成地溫場。另外，已查明的北西向斷裂（董家溝斷裂帶），是一條古老而又斷續活動的區域性活動性大斷裂。在大和尚山前錯斷中生代輝綠巖脈及桂云花組地層，具有多期活動的特點。采斷裂破碎帶樣品經熱釋光鑒定為15萬年，因此斷裂的活動期主要在第四紀中更新世。其多期活動產生的熱能為該地熱井提供了又一熱量來源。

地熱蓋層是地熱田形成的必備條件，勘查區岀露的地層中震旦系上部石灰巖常夾有粘土質頁巖、砂巖，產狀285∠30—40°，據資料介紹，砂巖、頁巖的導熱率1.256w/m·k，石灰巖的導熱率1.884w/m·k，可知砂巖和頁巖對下部石灰巖儲熱層起到了較好的隔熱保溫作用，為該區域的良好蓋層。

3.2 地熱水的賦存與水質

地下水類型分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶裂隙水。“金海國際花園”地熱井揭露巖性主要為震旦系石灰巖，巖石堅硬性脆，受斷裂構造影響，節理裂隙發育，且彼此有網絡連系，利于地下水徑流、深循環和儲存，形成斷裂裂隙熱儲，為良好的儲層，屬于基巖裂隙水和巖溶裂隙水類型。地表無河流，只接受海水和大氣降水下滲補給。依據成井報告，抽水試驗最大降深57m，最大出水量1500m3/d，地下水資源豐富。

據水化學分析結果，PH值為6.84，礦化度為24718mg/L，水化學類型為Cl-—Na+型水，其中氟化物和鍶含量分別為0.29mg/L、61.56mg/L，鍶已達到醫療熱礦水水質標準，適用于洗浴及理療保健。

4 綜合分析

搜集近年來附近地區已鉆鑿成功的地熱井資料（表1），開采深度1500-3020m，水溫30-55℃，均距離海岸線較近。“金海國際花園”地熱井與其相比，開采深度不大，地熱井出水溫度相對較高。

上述地熱井主要儲熱層巖性為震旦系石英巖、板巖、石灰巖等，受斷裂構造控制，均屬于地熱增溫類型，地熱背景基本相同，地熱增溫率為1～2℃/100m，為該地區正常值范圍。“金海國際花園”地熱井不同之處主要表現在如下三點：

（1）具有附加熱源。北西向斷裂為多期次構造活動斷裂，構造運動產生的熱能為該地熱井提供了又一熱源，因此，擁有附加熱源為該地熱井開采到較高的熱水資源的首要原因。據測井資料，1200—2000m平均地溫梯度1.76℃/100m左右，地熱增溫率較該地區平均值偏高。由此可證明附加熱源的存在。

（2）鉆探揭露的地層為震旦系石灰巖，其上部夾有多層粘土質頁巖、砂巖，累計厚度達100m，為勘查區的主要蓋層。蓋層是地熱地質條件中必不可少的條件之一，據測井資料，100—400m平均地溫梯度0.8℃/100m，明顯低于該地區的平均地熱增溫率，說明蓋層地熱資源的形成過程中產生了作用。

（3）設計護壁管下至1200m，位于蓋層以下，該施工工藝有效阻隔了淺層低溫水體在井孔內對深層熱水的補給，保證開采到的地下熱水為深層高溫熱水。

5 結語

綜上所述，可以得出如下結論：

（1）大連地區地下熱水資源分布受斷裂構造控制，首先應尋找斷裂構造切割深度大的斷層，其次，在有較多選擇的條件下，要選擇具有多期次活動的斷裂構造帶。

（2）震旦系上部石灰巖中夾有的粘土質頁巖、砂巖為良好的隔熱保溫層。

（3）在保證開采水量的情況下，護井管埋設越深，對開采地下熱水資源越有利。

參考文獻

[1]白尚金，等.金海國際花園地熱井可行性報告[R].大連金州遼南地礦工程勘測院，2012.

[2]遼寧省地質礦產局.遼寧省區域地質志[M].北京：地質出版社，1989.

[3]鄒宏義等.大連金州新區地質調查報告[R].遼寧省地質勘查院，2013.