湖南省長沙市麻林橋地熱資源評價

黃馨瑩 鄭鵬飛 何建軍

摘 要：作者通過對長沙市麻林橋地區地熱資源勘查工作，基本查明了該區地熱地質條件和熱儲特征，并對勘探控制區內地熱資源進行了計算評價，為后續麻林橋地熱資源的開發利用和管理提供了依據。

關鍵詞：地熱；資源評價；湖南長沙；馬林橋

1 區域地質背景

1.1 地理位置

麻林橋溫泉位于長沙市北東部郊區，距市區約15km，交通便捷，地理位置優越。

1.2 地層巖性

區內地層簡單，僅有冷家溪群（Ptln）和第四系（Q）地層分布，花崗巖為燕山晚期第二次侵入的大型中深相巖基，侵入于冷家溪群內，巖性為似斑狀中——細粒二云母二長花崗巖。

1.3 主要控熱構造

燕山晚期以來構造運動頻繁，斷裂構造發育，為地熱水運移、儲存的通道和空間。工作區及附近規模較大的斷裂見圖1。

（1）麻林橋斷層（F1）

走向北北東，傾向北西，傾角48～85°，具壓扭性，由糜棱巖及角礫巖組成。位于廣福奄溪溝底（麻林橋處），硅化斷層角礫巖裂隙帶有32℃的溫泉水涌出，是一條地熱顯示明顯的斷裂帶。DR01孔在37m處揭露該破碎帶即發生涌水現象，孔口水溫最高達36℃。

（2）F109斷層

該斷層與F1斷層交于麻林橋附近，斷層走向北東，傾向南東，傾角75～85°，為一正斷層。

（3）F188斷層

該斷層走向北西，傾向北東，傾角60～70°，與F1和F109斷層交于麻林橋溫泉附近，并將F1和F109斷層錯斷，為一張扭性平移斷層。受該斷裂影響，DR02孔上部巖芯均很破碎，抽水試驗降落漏斗長軸沿北西向呈帶狀分布。≥20℃淺層地溫異常長軸方向亦沿該斷裂帶展布。

（4）F113斷層

該斷層為一推測斷裂，東西走向。斷層破碎帶為糜棱巖化細粒花崗巖，并有石英脈與偉晶巖脈穿插，因風化嚴重，斷層產狀與規模不清。

（5）F2斷層

為物探推定。斷層走向北東，傾向南東，產狀較陡。被北西向F188斷層截斷，推測為與F109斷層同期次形成的次級斷層。

2 區域水文地質條件

區內地下水類型可分為富水性中等松散巖類孔隙水、含水貧乏花崗巖風化裂隙水、變質巖裂隙水及富水性中等——豐富的斷裂構造水。前三類地下水因條件簡單不詳述，后者按其走向分為：

（1）北東向斷裂構造裂隙水

主要由F109、F1及其次級斷裂組成，斷裂破碎及影響帶寬100～150m。鉆孔巖芯可見明顯的地下水溶蝕現象，斷層上、下盤花崗巖體節理裂隙發育，含、透水性好，地下水活動強烈。鉆孔揭到構造裂隙帶即發生涌水現象，水頭高出地面0.3～2.0m，鉆孔單位涌水量2.17～2.52L/s.m，平均2.37L/s.m。含豐富的構造裂隙水。

（2）北西向斷裂構造裂隙水

主要由F188及其次級斷裂組成，斷裂破碎及影響帶寬50～150m。斷裂下盤含、透水性較好，鉆孔單位涌水量0.17-0.32L/s.m，平均0.23L/s.m，含中等構造裂隙水。

3 地熱地質條件及特征

3.1 地熱地質條件

麻林橋地熱異常區位于望湘巖體東部的花崗體內，有多條不同方向活動性斷裂在溫泉出露處及附近交匯，呈放射狀分布，表明該處為一地應力集中區。F188、F1斷裂在本區，既是控熱構造又是導水構造，其上下盤花崗巖為隔水、保溫層。斷裂溝通深部，巖漿余熱及巖體內放射性元素蛻變是其熱源。

根據《GB/T11615-2010》附錄A，本區熱儲埋藏于不太深的低溫地熱區，適宜采用鉀、鎂地熱溫標計算熱儲溫度，求得的平均溫度（t）為78.35℃。

采用無蒸汽損失SiO2地熱溫標法計算地熱水形成時在水熱（巖）交換區平均溫度為132.24℃。對應地熱水形成（循環）深度約2187m。

根據DR02鉆孔巖芯分析，熱儲層巖石密度均值為2.58 g/cm3、熱導率均值為1.89W/m·K、比熱均值為0.67kJ/kg·K。

3.2 地熱水流場及動態變化特征

3.2.1 地熱水流場特征

據DR01、DR02多孔抽水試驗觀測資料，DR01、DR02、ZK1及ZK4孔均位于北西向F188斷裂上，其中DR01、ZK1及ZK4孔位于北西向F188斷裂與北東向F1、F109斷裂交匯處附近（見圖2），抽水降落漏斗長軸方向與斷裂走向方向一致，表明斷裂間的水力聯系密切，地下水沿斷裂構造帶自北西及南西二個方向向麻林橋地熱區徑流、排泄，并與淺層地溫異常分布區一致。

3.2.2 地熱水動態特征

據ZK1孔一個水文年的觀測資料，井口水溫最高33℃，最低32℃，年變幅1℃，流量最大82.5m3/d（出現于1986年6月23日），最小流量62.41m3/d（出現于1987年2月24日），年變幅20.1m3/d，涌水量明顯受季節控制，動態變化大約滯后2～3個月。

3.3 地溫場特征

3.3.1 淺層地溫平面分布特征

據工作區110余處民井及鉆孔淺層地溫測量的等值線圖（圖3），≥18℃淺層地溫分布范圍以北東向和北西向斷裂交匯處為中心，順地形沿麻林河向下游河谷擴散，≥20℃地溫異常區范圍主要沿北西向F188斷層展布明顯，分布范圍以麻林橋溫泉為中心，長軸呈北西—南東走向。

3.3.2 垂向地溫場變化特征

據勘查區6個孔深大于300m鉆孔測溫資料區內平均地溫梯度為5.26℃/hm，增溫幅度大的區段主要為F1斷層上盤。

3.4 地熱流體化學特征

淺層地下水化學類型屬HCO3-Ca型淡水。

地熱水物理性質良好，水質無色透明，具硫化氫味。地熱水化學類型為HCO3.SO4-Na型的低礦淡水。水中偏硅酸、H2S、氡的含量均達到醫療礦泉水標準。

據二十多年采樣對比，熱水中陰陽離子、微量元素等含量變化不大，化學類型基本穩定。

4 地熱資源計算與評價

按照地熱資源地質勘查規范（GB/T11615-2010）要求，結合區內地熱地質條件和實際工作程度，采用熱儲法和鉆孔抽水試驗資料（解析法）對該區地熱資源儲量進行評價，并計算熱儲中的地熱儲量（J）、地熱水儲存量（m3）、可開采量（m3/d）和可利用的地熱能（kW）。

4.1 主要計算參數

4.1.1 地熱孔參數：詳見表1。

4.1.2 熱儲幾何參數

①熱儲水平面積A=1.62×106m2；

②熱儲垂向厚度M=200m。

4.1.3 熱儲物理性質

熱儲巖石的平均密度（ρr）為2580kg/m3、比熱（Cr）為670 J/kg.℃、熱導率（kr）為1.89W/m.℃、熱儲巖石空隙率φ=0.635%、熱儲溫度tr為56.2℃、地熱水密度ρw取985.2kg/m3、比熱Cw取4180J/ kg.℃、井口地熱水溫度tw取35℃、當地平均氣溫t0取17.2℃。

4.2 地熱儲量計算結果見表2

地熱儲量計算結果見表2。

4.3 地熱水可開采量計算評價

4.3.1 地熱水可采資源量計算評價

利用DR01、DR02孔抽水，ZK1、ZK4孔為觀測孔多次穩定流抽水試驗和一次干擾抽水試驗成果，采用水動力學法承壓完整井公式計算的水文地質參數，求得的相關水量見表3、表4、表5。

4.3.2 可利用的熱能量計算評價

根據地熱資源地質勘查規范（GB/T11615-2010）給出的（公式）計算。計算結果見表6。

4.3.3 地熱水資源可開采量

B級（探明的）可采水量16.87L/s（1458m3/d），可采熱能量2.45×1013J /a；

B+C級（控制的）可采水量33.74L/s（2915m3/d），可采熱能量4.89×1013J /a；

B+C+D級（推斷的）可采水量47.02L/s（4063m3/d），可采熱能量6.81×1013J /a。

參考文獻

[1] 湖南省區域地質志[R].1988.湖南省地質礦產局.

[2] 1：20萬瀏陽幅區域地質調查報告[R].1978.湖南省地質局區測隊.

[3] 湖南省長沙市地下熱水資源普查階段性工作成果總結[M].2011.湖南省地質礦產勘查開發局四○二隊.

[4] 彭和求，賈寶華等.湘東北望湘巖體的熱年代學與幕阜山隆升[J].地質科技情，2004，23（1）：11-15.