貴州省泥盆系地熱資源成礦概念模型

蔡回煒

（貴州正業水利水電勘測設計有限公司，貴州 貴陽 550005）

地熱資源是指能夠經濟地被人類所利用的地球內部的地熱能、地熱流體及其有用組分，屬于礦產資源。按地熱資源類型可知，貴州省地熱資源是以液態水為主的地熱資源（李長輝，2014），且屬于中低溫地熱資源（韓至鈞等，1996；劉明博等，2020）。地熱資源和其他礦產一樣，可通過對其形成規律的研究，總結其成礦模型。由于多數地熱勘查單位對勘查區塊的地熱資源成因及成礦模式分析不足，盲目施工，導致貴州省地熱溫泉井成井率相對較低，因此成礦研究對于溫泉資源勘探開發的重要意義逐漸凸顯（陳龍等，2020）。

成礦模型是70年代以來廣為流行的術語，它是地質成礦特征的理論形象概括（聞廣，1989），在金屬礦產、非金屬礦產、固體礦產、液體礦產研究時均運用該理論進行成礦規律、成礦特征的理論總結與概括。地熱資源成礦模型即是對地熱資源成礦特征的理論形象概括。國外對地熱系統尤其是中低溫地熱系統、地熱成因的研究起于20世紀60年代末，White（1968）、Reed（1983）等學者率先對自然出露的中低溫地熱泉點成因模式及地熱系統做出了研究。自20世紀以來，越來越多的學者通過地熱鉆孔等資料研究地熱成礦。1970年以來，在李四光同志的積極倡議下，我國開始掀起一個群眾性普查勘探與綜合利用地熱資源的熱潮，1977年4月，原國家地質總局召開南方九省煤田地質與地熱地質工作會議，對我國地熱研究與勘探開發工作起到一定的推動作用（黃尚瑤等，1979）。自20世紀80年代至21世紀，越來越多的國內學者對我國地熱資源的成因等特征進行研究，建立了相應的成因模型（李樂樂，2016）。

貴州省泥盆紀地層大致分布于赫章郎家沖-織金杜家橋-施秉-榕江一線以南地區，該線以北缺失，出露面積約5412 km2，出露最大厚度2362 m（獨山布寨）（貴州省地質調查院，2017）。通過近幾年地熱資源勘查成果可知在貴陽、安順、六盤水和興義等地區多數區域內地熱資源勘查經濟深度內可設計目標層位僅為泥盆紀地層，因此研究泥盆系地熱資源成礦模型，可為貴陽、安順、六盤水和興義等地區以泥盆系為地熱資源勘查目標層位的勘查設計工作提供參考。

本文從巖相古地理著手，研究沉積相、巖相古地理特征與地熱井特征模型因子之間的規律，初步建立貴州省泥盆系地熱資源成礦概念模型，為后續貴州省泥盆系地熱資源成礦數值模型研究提供理論參考，為貴州省相似地熱地質條件區域地熱資源成礦預測提供概念模型參考。

2 研究方法

1）研究目標

選定貴州省貴陽市以泥盆系為熱儲層的地熱井分布區域為本文研究區，并進行系統研究，初步建立貴州省泥盆系地熱資源成礦概念模型。

2）研究內容

充分收集研究區內以泥盆系為目標熱儲層的地熱井勘查資料，研究基礎地質資料及地熱地質特征；研究泥盆紀巖相古地理及沉積盆地演化特征；研究地熱系統形成條件及地熱成因模式，并建立研究區泥盆系地熱資源成礦模型。

3）技術路線

研究技術路線詳見圖1。

圖1 研究技術路線圖Fig.1 Research technology roadmap

4）地熱井特征

通過對貴州省貴陽市地熱井進行篩選，以泥盆系為目標熱儲層的地熱井有2處，一處分布在雙龍航空港經濟區（編號：DR01），另一處分布在花溪區青巖古鎮（編號：DR02）。具體位置見圖2。

圖2 貴陽地區以泥盆系為目標熱儲層的地熱井分布圖Fig.2 Geothermal wells distribution map which argeting devonian thermal reservoirs in Guiyang area

根據DR01號與DR02號地熱井勘查設計及勘探成果，其熱儲特征、地溫場特征、自然資源質量特征等模型因子特征見表1。

表1 DR01號和DR02號地熱井模型因子特征統計表Tab.1 Statistical table of factor characteristics of geothermal well model of DR01 and DR02

3 巖相古地理及沉積盆地特征

3.1 巖相古地理特征

1）泥盆紀巖相古地理特征

根據前人研究成果，貴州省泥盆紀巖相古地理分4個階段，分別為早泥盆世郁江—四排期、中泥盆世應堂期、中泥盆世東崗嶺期和晚泥盆世。研究區泥盆紀巖相古地理特征分述如下（圖3）：①DR01號與DR02號地熱井在早泥盆世郁江—四排期屬陸源碎屑灘相，距今約416～398 Ma，巖性組合主要為砂巖。②DR01號地熱井分布區域在中泥盆世應堂期屬陸源碎屑灘相，距今398～392 Ma，巖性組合為砂巖；DR02號地熱井分布區域在中泥盆世應堂期屬臺地邊緣礁灘相，距今398～392 Ma，巖性組合為灰巖與砂巖組合。③DR01號地熱井分布區域在中泥盆世東崗嶺期屬海岸沙灘相，距今392～385 Ma，巖性組合主要為砂巖與白云巖組合；DR02號地熱井分布區域在中泥盆世東崗嶺期屬開闊臺地相，距今392～385 Ma，巖性組合主要為灰巖與砂巖組合。④DR01號與DR02號地熱井在晚泥盆世屬局限臺地相，距今385～359 Ma，巖性組合主要為白云巖組合。

圖3 研究區泥盆紀巖相古地理圖Fig.3 Map of lithofacies and paleography of the devonian in study area

2）泥盆系對應地層巖性組合特征及熱儲蓋層特征

綜合分析DR01號地熱井和DR02號地熱井勘探成果資料，結合DR01號和DR02號泥盆紀各階段對應地層巖性組合特征及熱儲蓋層特征，具體見表2。

表2 研究區各巖相古地理時期地層巖性組合特征及儲蓋特征Tab.2 Lithologic combination and reservoir cap characteristics of strata in each Lithofacies Paleogeography period in the study area

3.2 沉積盆地特征

根據前人研究成果，研究區在泥盆紀經歷的地質構造期主要為海西-印支-燕山構造旋回期（晚古生代-早白堊世），該時期沉積盆地演化階段處于早期裂谷盆地階段，在貴陽地區為右江盆地，從中泥盆世—早石炭世沉積巖性為：碳酸鹽巖、泥質巖（圖4）。

圖4 中泥盆世至早石炭世右江盆地沉積示意圖Fig.4 Diagrammatic sketches showing the evolution of the YOUJIANG basin from middle devonian to early carboniferous

4 地熱成礦模型

通過對DR01與DR02地熱井的開孔地層、熱儲層、隔熱保溫蓋層、熱源和水源等模型因子的綜合研究，依據貴陽市各地層巖性及厚度資料（貴州省地質局區測大隊，1976），建立研究區泥盆系成礦模型如圖5。

圖5 研究區泥盆系地熱資源成礦模型示意圖Fig.5 Schematic diagram of metallogenic modle about geothermal resources of devonian in study area

5 結論

研究區泥盆系地熱資源成礦概念模型顯示：1）區內泥盆系中上統巖相以碳酸鹽巖為主，該地層中的巖溶空隙和構造空隙共同組成了地熱水的賦存空間；石炭系下統以碎屑巖為主，具有較好的隔熱保溫性。2）熱源主要來自深部的熱傳導，也包含有沿斷裂形成的熱對流。3）水源主要為大氣降水的下滲補給，下滲、徑流通道既有淺部碳酸鹽巖地層的巖溶空隙，也有因構造作用形成的構造空隙；地下水在下滲過程中，不斷吸收圍巖熱量，水溫逐漸升高，同時對含水介質的溶解反應作用也逐漸增強。4）地熱水化學特征主要受泥盆系中上統地層背景值影響。因此可初步預測，在研究區及其周邊泥盆系未缺失地區，地表出露地層為三疊系中統、三疊系下統，可設計泥盆系為目標熱儲層、石炭系下統為隔熱保溫蓋層。

該模型在地質構造的導熱導水特征方面還需要加強研究，運用模型進行地熱資源成礦預測時，應考慮地質構造作用造成的地層缺失與地層重復特點，提高地熱資源熱儲深度和地熱井成井深度的預測。