廣東河源高埔崗地熱資源熱儲特征及資源潛力評價

祝小輝

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊，廣東河源517000）

河源高埔崗地熱田位于粵北后加里東隆起帶之南嶺EW向構(gòu)造帶上，區(qū)域構(gòu)造—巖漿活動強烈，規(guī)模較大，形成了豐富的地熱資源，如龍源溫泉、響水溫泉、美食下溫泉、高塘長龍溫泉、仙塘熱水溫泉、黃田祿溪溫泉、黃田沸湖溫泉、陀城咸水溫泉及陀城塔西溫泉等。高埔崗地熱田與仙塘熱水、響水溫泉和龍源溫泉在空間上具有等距分布的特征，且均位于河源斷裂“S”拐彎部位，資源儲量潛力巨大。

1 地熱田地質(zhì)條件

1.1 地層及含水特征

高埔崗地熱田出露地層主要為侏羅系吉水門組（Jjs）、古近系莘莊村組（Ex）和第四系沖積層（Q4al）（圖1），其地層及含水性特征如下：

（1）侏羅系吉水門組（Jjs）：主要分布在地熱田北西、西部及南西部區(qū)域，空間上位于河源斷裂的北西部。巖性主要為灰黑色粉砂巖、泥巖及砂巖等，產(chǎn)狀338°∠35°，厚度約86m。該組含水性主要受河源斷裂及層面裂隙控制，屬層狀巖類裂隙孔隙含水帶；富水程度不均，其中地下水的排泄主要沿裂隙呈滲出狀態(tài)成泉，匯集流量一般0.04～0.08L/s，水質(zhì)類型HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca及HCO3-Na型，可溶性總固體小于0.03g/L。

（2）古近系莘莊村組（Ex）：分布于地熱田東北部及南西部區(qū)域，巖性主要為暗紅色砂巖、粉砂巖、泥巖、暗紅色礫巖、砂礫巖及含砂礫巖等，產(chǎn)狀328°∠10°，厚度約165m。該層賦存的地下水主要受斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙及巖層孔隙控制，屬層狀巖類裂隙孔隙含水帶，在區(qū)內(nèi)富水程度屬于貧乏等級，泉流量小于0.025L/s，水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Na型，可溶性總固體小于0.02g/L。

（3）第四系沖積層（Q4al）：分布于地熱田南部及南東部區(qū)域，巖性主要為含卵石、礫石、砂的粉質(zhì)粘土等，厚度6.8～32m，結(jié)構(gòu)松散，透水性良好，含水性強，為強含水層，屬松散巖類孔隙含水帶。該層富水程度與大氣降水、地表水等補給強度關(guān)系密切，區(qū)內(nèi)民井一般出水量為30m3/d左右，水質(zhì)類型Cl·HCO3-Na·Ca型，可溶性總固體小于0.02g/L。

1.2 構(gòu)造

高埔崗地熱田以斷裂為主，總體上呈北東—南西向和北西—南東向展布（圖1）。

（1）北東向斷裂：屬于河源斷裂帶的一部分，為一多期復(fù)合構(gòu)造斷裂帶，產(chǎn)狀為130°∠65°。前期斷裂由于伴隨斷裂復(fù)活產(chǎn)生的動力和熱液作用，斷裂帶核心部位，原巖已蝕變?yōu)楣杌瘞r石，構(gòu)成成分以石英為主的硅化帶，巖石堅硬，透水性和含水性極差。后期的構(gòu)造活動，產(chǎn)生現(xiàn)存形跡的兩組斷裂，其中一組產(chǎn)生于玄武巖與硅化帶上盤接觸帶，其力學性質(zhì)以扭性為主，表現(xiàn)為上盤向下滑塌，構(gòu)造巖為斷層泥膠結(jié)的角礫巖，角礫主要為硅質(zhì)，透水性、含水性差，屬相對隔水層；另一組斷裂，產(chǎn)生于硅化帶中，力學性質(zhì)以壓扭性為主，為后期斷層的碎裂巖及糜棱巖，原巖為硅化巖，淺白—米黃色，碎裂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部可見糜棱面理條帶構(gòu)造，裂隙發(fā)育，透水性良好，富水性強，為本區(qū)熱礦水含水帶。根據(jù)研究區(qū)資料顯示，鉆井單位涌水量0.257～1.865L/(s·m)，水質(zhì)類型為HCO3-Na型，可溶性總固體0.522～1.42g/L。

圖1 高埔崗地熱田地質(zhì)簡圖

（2）北西向斷裂（F1）：代表性露頭出露于地熱田硅化帶中，產(chǎn)狀為43°∠82°，向北西切割侏羅系地層，向東南因第四系覆蓋，延伸狀況不明。經(jīng)2003年地質(zhì)勘查電測深資料表明，該斷裂亦切割玄武巖層，向深部并派生次級平行斷裂，寬約100m，其間夾條帶狀高阻帶。在地表主要為錯動鏡面及翼狀裂隙帶，局部具薄層狀糜棱質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)物。鉆井資料顯示：該構(gòu)造為構(gòu)造角礫巖帶，角礫成分為糜棱巖，硅質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)育，有涌水現(xiàn)象，該斷裂為一導(dǎo)水構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

研究區(qū)地表未見巖漿巖出露，但在鉆孔中揭露出玄武巖，為喜山期巖漿噴發(fā)的產(chǎn)物。玄武巖的含水性與風化程度、構(gòu)造作用密切相關(guān)，其中全風化玄武巖呈紫紅色、灰褐色，土狀，手捏可碎，含水性弱，透水性差，為相對隔水層；強風化玄武巖呈紫紅色、灰紫色，半土半巖狀，屬弱含水層，其賦存的地下水與構(gòu)造裂隙關(guān)系密切，屬塊狀巖類裂隙含水帶；弱風化玄武巖呈深灰色、灰綠色，具氣孔狀、杏仁狀結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，巖石堅硬，屬相對隔水層。出露于玄武巖范圍內(nèi)的泉水流量約0.025L/s，水質(zhì)類型為Cl·HCO3-Na·Ca·Mg型，可溶性總固體小于0.02g/L。

1.4 地熱田邊界條件

高埔崗地熱田位于河源斷裂上盤，以河源斷裂與北西向F1斷裂交叉部位為中心，周邊溫度逐漸降低，但熱儲總體以河源斷裂為主，熱儲溫度隨河源斷裂傾向方向深度的增加而增加。因此，該地熱田地熱邊界大致范圍：北西側(cè)以河源斷裂為邊界，南西側(cè)及北東側(cè)以ZK9及ZK10附近為邊界，南東沿F1斷裂至地熱田邊界，熱儲面積約0.053km2（圖1）。

2 地熱田熱儲特征

高埔崗地熱田主要位于兩組構(gòu)造帶的交匯部位，熱礦水賦存于河源斷裂破碎硅化帶中。主要受斷裂構(gòu)造控制，呈帶狀，其空間位置與河源斷裂傾角相關(guān)，由北西向南東逐漸加深，熱儲厚度12.4～25.7m，對應(yīng)高程-16.3～-229.1m。在地熱田區(qū)域熱儲溫度以北西向構(gòu)造F1及其附近為中心，周邊溫度逐漸降低。但熱儲總體以河源斷裂為主，熱儲溫度隨河源斷裂傾向方向深度的增加而增加。鉆井資料顯示：鉆井揭露構(gòu)造前，主要巖性為完整性較好的玄武巖，其裂隙不發(fā)育，透水性差，富水性弱，屬弱含水層；揭露構(gòu)造時表現(xiàn)為先漏水，后涌水，其巖性頂部為完整的硅化帶，其巖石堅硬，結(jié)構(gòu)緊密，透水性差，富水性弱，屬相對隔水層，下部為硅質(zhì)碎裂巖、構(gòu)造角礫巖或硅質(zhì)糜棱巖，透水性好，富水性強，為主要含水層[1]。故熱儲類型為構(gòu)造裂隙帶狀熱儲，玄武巖與構(gòu)造中完整的硅化帶共同組成熱儲的蓋層。

3 地熱流體流場特征及動態(tài)

高埔崗地熱田的熱礦水主要賦存于河源斷裂的硅化破碎帶中，為構(gòu)造裂隙帶狀熱儲，主要受河源斷裂和北西向斷裂（F1斷裂等）控制。其中河源斷裂作為熱儲的儲存及熱循環(huán)空間，地表水通過下滲或北西向斷裂進入河源斷裂，經(jīng)過一系列的熱循環(huán)最終形成成分復(fù)雜的熱礦水。其補徑排過程如下：

（1）地熱流體的補給：地熱田位于東江水系匯水區(qū)的地下水一級排泄區(qū)，地形地貌變化較小，地表植被較發(fā)育，地熱流體主要賦存于河源斷裂的構(gòu)造破碎帶中，屬受斷裂構(gòu)造控制的帶狀熱儲。地熱流體的補給來源較為復(fù)雜，但主要是大氣降水，其次是淺層常溫地下水。地熱田北西側(cè)地勢較高，地下水具高勢能，大氣降水補給淺層地下水后，在較高的勢能作用下，沿構(gòu)造裂隙下滲補給深部基巖裂隙水。常溫地下水經(jīng)深循環(huán)加熱后，形成了熱流體，儲存于構(gòu)造破碎帶中。構(gòu)造熱儲的熱流體增溫后，其密度比原來常溫水減小，運移至地勢較低的盆地邊緣部位后，部分沿構(gòu)造裂隙上升至淺部，甚至出露地表形成溫泉。

（2）地熱流體的徑流：根據(jù)斷裂的走向和地形條件分析，大氣降水和淺層常溫地下水不斷地滲入地下，再通過斷裂帶往深部運移、循環(huán)，吸收地熱能[2]。同時，通過沿途溶解巖石中的多種礦物質(zhì)，形成地熱流體。再在水動力和熱動力的共同作用下，熱流體沿斷裂帶往淺部徑流，其徑流路徑較為復(fù)雜。

（3）地熱流體的排泄：地熱流體主要集中在山坡坡腳及F1斷裂附近以上升溫泉的形式排泄。經(jīng)過多年開采，熱泉點已斷流，現(xiàn)主要以深井潛水泵抽水為主，成為地熱流體的人工排泄方式。

（4）地熱流體動態(tài)：經(jīng)過多年開采，對比可知地熱流體水位及溫度下降較明顯。在2003年核實時除ZK2以外，各孔均可見有自流現(xiàn)象，并有兩處熱泉點。但通過后期勘查發(fā)現(xiàn)，后期所施工鉆井及原有鉆井均未見有自流現(xiàn)象，地熱流體溫度及水位相對下降較明顯。2010年左右巴伐利亞開始抽水后的一段時間，該地熱田水溫及水位下降明顯，后逐漸穩(wěn)定。

（5）地下熱水流向：在群井降壓試驗前，該地熱田區(qū)域已停止抽水時間約34h，進行了多次統(tǒng)一測量靜水位，結(jié)合鉆井相對高程，認為研究區(qū)地下水流向為由西往東流。

4 地溫場特征及熱源

利用地熱田4個抽水孔及4個觀測孔的井下30m深度測溫資料（表1），分析了該地熱田30m深度的溫度變化規(guī)律（圖1）。研究表明：等溫線整體溫度南西側(cè)低而北東側(cè)高，以鉆井ZK8、ZK11溫度最高，最高溫度為47.6℃，溫度由南西側(cè)向北東溫度逐漸增加。

表1 高埔崗地熱田井下30m溫度統(tǒng)計表

從平面上由ZK2到ZK5的增溫率為14℃/100m，由ZK9到ZK11的增溫率為13℃/100m，由ZK5到ZK11的增溫率為-2℃/100m，地熱田熱異常的賦存，在空間上主要與河源斷裂及北西向F1斷裂關(guān)系密切。由ZK11及ZK12增溫資料顯示：鉆孔最大增溫率為15℃/100m～29℃/100m；最低增溫率為2℃/100m～6℃/100m，平均增溫率為10℃/100m。當鉆孔直接揭露熱儲之后，受地熱流體上涌影響，增溫率有所降低，當鉆孔未揭露熱儲帶，增溫率較高，因此，熱儲帶以外的透水性較差，地下溫度不能直接通過地下水對流傳導(dǎo)。

高埔崗地熱田經(jīng)過多年開采，現(xiàn)均未見有自流現(xiàn)象，且熱礦水溫度下降較明顯。井下30m等溫線及平面增溫趨勢表明本地熱田中心位于河源斷裂與F1斷裂交匯部位附近，熱礦水溫度隨河源斷裂傾向方向深度的增加而加大。此外，研究區(qū)內(nèi)的玄武巖及其他巖石有斷裂構(gòu)造碾碎后的重結(jié)晶現(xiàn)象，說明在該區(qū)內(nèi)曾有多次的巖漿侵入活動[3]；同時，景觀取樣化驗的熱礦水氡含量較高，地下存在不同程度的放射性物質(zhì)，各井氡放射性含量變化較大。據(jù)此認為巖漿余熱及放射性物質(zhì)的蛻變產(chǎn)生的熱能是高埔崗地熱田的主要熱源，區(qū)域斷裂構(gòu)造活動產(chǎn)生摩擦熱是高埔崗地熱田的次要熱源。

5 資源潛力評價

經(jīng)過多年開采后，高埔崗地熱田的水溫、水位及水質(zhì)變化較穩(wěn)定，以試驗過程中的抽水總水量2155m3/d(24.942L/s)作為控制的可開采量，溫度采用加權(quán)平均水溫44.7℃，根據(jù)表2數(shù)據(jù)按熱功率換算公式Wt=4.1868Q(t-t0)，計算的熱功率（熱能）為2.433MW，按溫度分級屬低溫地熱資源的溫熱水（40℃≤t＜60℃），地熱田規(guī)模屬中型（500～5000m3/d）。綜上所述，高埔崗地熱田屬中型低溫地熱田。此外，高埔崗地熱田主要熱源屬于巖漿余熱及放射性物質(zhì)的蛻變產(chǎn)生的熱能，因此，深部熱源穩(wěn)定，具有長期開發(fā)利用的優(yōu)勢。

6 結(jié)束語

高埔崗地熱田的熱礦水主要賦存于河源深斷裂帶中，熱礦水的埋藏與出露主要受河源深斷裂控制，熱儲呈帶狀展布，北西向的斷裂為河源斷裂的切割斷裂，是本地熱田的導(dǎo)水導(dǎo)熱斷裂。根據(jù)抽水試驗成果評價，本區(qū)地熱水可開采量為2155m3/d，加權(quán)平均水溫44.7℃，高埔崗地熱田的潛在熱功率（熱能）為2.433MW，屬于中型低溫地熱田。

表2 高埔崗地熱資源潛力評價結(jié)果對比表