黔东南洛香地区地热资源勘查

2020-03-31刘明博陈轶平

城市地质 2020年1期

刘明博陈轶平

摘要：洛香湖地熱井位于华南褶皱带西南端，地处洛香河一级阶地，周边构造复杂，且老地层大面积出露，开发地热资源存在水量不足的风险。通过野外地质勘查和CSAMT勘查相结合的方法，查明地热地质条件、导热导水断裂、判断断裂形态、选择井位。地热井水量最终为411m3/d，出水井口温度41℃，水质呈重碳酸钠型，含氟、锶、偏硅酸型淡温泉水。物探解译推断Fw3为F2次级断裂，且被F1错断，规模较小，但可为导热导水网络的一部分;根据测井数据和岩屑对比，岩层地温率低，其中灰岩地段0.85℃/100m～1.26℃/100m，页岩地段1.36℃/100m～2.25℃/100m，砂岩地段1.11℃/100m～1.58℃/100m，井底温度大于69℃，井口温度41℃，热损失较为严重。

关键词：地热井;地质勘查;CSAMT;地热资源;地温率

Exploration of Geothermal Resources in Luoxiang Area of Southeast Guizhou Province—Taking Luoxiang Lake Geothermal Well as an Example

LIU Mingbo， CHEN Yiping

（The Sixth General Team， Guizhou Nonferrous Metals and Nuclear Industry Geological Exploration Bureau， Kaili， Guizhou 556000）

Abstract： The Luoxiang Lake geothermal well is located at the southwest end of South China fold belt， which is on the first-grade terrace of the Luoxiang River. The surrounding structure is complex， and old strata are exposed in a large area， so there is a risk of insufficient water quantity in geothermal resources development. On the basis of previous geological data， and the combination of field geological exploration and CSAMT exploration， the geothermal geological conditions， thermal conductivity and water fracture have been made clear. For example， the water yield of geothermal wells is 411m3/d， the outlet wellhead temperature is 41℃， the water quality is sodium bicarbonate type， containing fluorine， strontium， metasilicic acid type fresh spring water. For the working area being covered by Quaternary sediments， the arrangement of CSAMT survey line and data interpretation are particularly important. The interpretation of fracture pattern and the selection of well location are the focus of this work. The water quality was sodium bicarbonate type， which contains fluoride， strontium and metasilicate type fresh spring water. Based on the geophysical interpretation， it deduces that Fw3 is a secondary fault of F2， being broken by F1. It is small in scale， but it could be a part of the heat-conducting water network. According to the comparison of logging data and cuttings， the geothermal gradient of rock strata is low. Among them， the limestone section is 0.85～1.26℃/100m， the shale section is 1.36～2.25℃/100m， the sandstone section is 1.11～1.58℃/100m， the bottom holes temperature is greater than 69℃， the top holes temperature is 41℃， and the heat loss is serious.

Keywords： Geothermal well; Geological exploration; CSAMT; Geothermal resources; Geothermal gradient

0 前言

地热是地球内部的能量资源，其来源一般认为是地球内部放射性元素衰变释放的热量，具有清洁、储量丰富、可再生等特点（朱斗圣等，2018）。我国目前利用的地热能分为浅层地热能、水热型地热能和干热岩，其中以浅层地热能（空调系统中热交换体）和水热型地热能（深层地热温泉）开发利用最为广泛。贵州省近年来提出了建设“公园省”和“温泉省”的战略目标，省内地热温泉的开发利用已经成为研究重点（朱斗圣等，2018;杨荣康等，2018）。黔东南地区变质岩分布广泛，热储类型为带状热储，具有勘探开发难度大的特点（孟凡涛，2015）。

洛香湖地热井位于黔东南苗族侗族自治州从江县洛香镇洛香河一级阶地上，在以往地质工作的基础上，对洛香镇周边33km2范围内开展1∶2.5万地热地质调查和局部重点范围内的物探勘查。查明了区内地层时代、岩性特征、厚度、地质构造、可能控制或影响地热资源形成的主要断裂的形态、规模、产状、力学性质及其组合关系。分析地热地质条件，预测钻遇地层、热储以及盖层情况，并最终成功开凿地热井。

1 区域地质条件

工作区位于贵州省南东部，区域上属华南（江南）褶皱带西南端，华南褶皱带是贵州省内与扬子地台并列的一个一级构造单元，两者的分界在铜仁—玉屏—凯里—三都一线，沿线断续分布有一些规模较大的断裂，东南面跨入湖南和广西境内（戴传固等，2015;范祥发，1998）。在地质历史的进程中，经历了四堡、加里东、印支、燕山-喜马拉雅等运动，形成多期次、不同级别构造（尤其是断裂构造）的叠加（戴传固等，2015）。断裂在加里东期较为发育，其次为燕山期，分北东向、北西向、南北向和少量近东西向四组走向。

区域内出露的地层从老到新有青白口系板溪群、震旦系、石炭系、二疊系和第四系等。第四系与下伏地层呈角度不整合接触。

2 地热地质条件

（1）热源及导热、导水通道

从贵州省地下热水资源地热形成的构造条件看，地热异常点主要分布于区域性大断裂束、褶皱束带及短轴状背斜倾伏端，北东向多期复合断裂与燕山期形成的不同方向的构造带（区）复合部位常见热矿泉出露。在这些部位，往往经过多次构造运动，应力经过多次重新分布，改变了含水介质条件及热传导条件，从而在一定条件下形成地下热水资源，多具有补给范围广、运移途径长、历经时间久的特点（张成忠，2016;高福兴，2018）。工作区主要有肇兴—洛香—郎寨近东西-北西西向断层（F1）、龙图—干团—郎寨一线北东向断层（F2）、得卡—盘羊—鸡色北西西向断层（F3）以及工作区东边寨柳向斜（图1）。且F1与F2相互切割，F2与F3相互切割，大小型断裂相互贯通，同时亦位于区域导热构造网络中，并导通上下含水层，有利于导水以及热对流，因此工作区具备导热导水通道，地热资源热储为带状形式。

（2）热储和盖层

热储层为板溪群拱洞组，地层厚度大，岩性为板岩、千枚岩为主，局部夹变质砂岩。拱洞组地层岩性致密且为脆性，易形成构造裂隙，基岩裂隙水发育，是较好的热储层。

盖层为第四系、震旦系富禄组、长安组。富禄组、长安组地层以砂岩为主，局部夹黏土岩、页岩地层，岩性致密，厚度巨大，尤其是黏土岩、页岩地层隔水性较好，是区域内很好的盖层。

3 地热井勘查方法

由于工作区内热储为板溪群拱洞组致密岩性，且为中低温带状热储（II-2），因此，地热井的井位选择至关重要。洛香湖地热井的井位主要取决于断裂的位置，而断裂位置的定位依赖于野外地质构造勘查和物探（CSAMT）勘查。

3.1 野外地质构造勘查

从贵州省地下热水资源形成的构造条件看，地热异常点主要分布于区域性大断裂束、褶皱束带及短轴状背斜倾伏端，北东向多期复合断裂与燕山期形成的不同方向的构造带（区）复合部位常见热矿泉出露。在这些部位，往往经过多次构造运动，应力经过多次重新分布，改变了含水介质条件及热传导条件，从而在一定条件下形成地下热水资源，多具有补给范围广、运移途径长、历经时间久的特点（张成忠，2016;高福兴，2018）。工作区受F1、F2和F3断裂的影响，次级构造较为发育，大小型断裂相互贯通，同时亦位于区域导热构造网络中，并导通上下含水层，有利于导水以及热对流，因此工作区具备导热导水通道。

通过对重点工作区内25个构造点详细地质调查分析，推断出Fd1、Fd2、Fd3和Fd4断层（图2），其中除Fd1为北西走向外，其余为北东东-北东向，结合地质资料、地形地貌，综合分析认为：Fd2、Fd3和Fd4断层上盘为地热资源开发有利区域。

3.2 可控源音频大地电磁（CSAMT）法勘查

（1）设备使用和测线布置

测地工作使用南方测绘生产的灵锐S86型GPS进行测网布设。电法工作使用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ多功能电法仪。共布设6条可控源音频大地电磁（CSAMT）法测线，测线编号为1、2、4、6、8、10，共计完成11.3km，其中2、4、6、8和10线剖面方向128°，1线剖面方向360°。测线布置如图2所示（王军成，2018;黄立勇等，2015）。

（2）数据解译

断层往往造成地层间相互错动，在电阻率断面图上断层两侧会出现电阻率横向间断现象。有时断层活动使断层层面及附近出现断裂破碎带，断裂破碎带往往呈现相对低阻，一定产状的低阻异常带也是判断断层存在的重要标志（黄力军，2007）。本文只对6和10线作范例解译，其余不一一列举。

图3为6线剖面可控源音频大地电磁测深勘查综合断面图，忽略断裂构造产生的低阻，剖面通过地段反演电阻率曲线为A型。剖面地表处为相对低阻，过了浅部低阻层随着深度增加电阻率逐渐升高。x=200m和x=750m附近出现明显纵向低阻带，x=500m附近出现电阻率横向梯度带，推断这3处电阻率异常为编号Fw3、Fw2和Fw1断裂构造产生。

图4为10线剖面可控源音频大地电磁测深勘查综合断面图。忽略断裂构造产生的低阻，剖面通过地段反演电阻率曲线主体为A型。剖面地表处为相对低阻，过了浅部低阻层随着深度增加电阻率逐渐升高。x=200m附近出现明显纵向低阻带，x=500m附近出现电阻率横向梯度带，x=900m附近出现微弱纵向低阻带，推断这3处电阻率异常为编号Fw3、Fw1和Fw2断裂构造产生。

图3和图4是6线和10线地质解释剖面图。根据反演电阻率推断浅部低阻应为第四系（Q）产生，第四系厚度应不足50m，第四系以下应为上古生界碳酸盐岩，上古生界下部为新元古代沉积岩。全区反演电阻率断面看出，大多数剖面电阻率没有明显层状特征，也无法对这些剖面进行电性分层。

通过6条可控源音频大地电磁测深勘查综合断面图的数据及形态解译，推断出Fw3、Fw1和Fw2断裂北东走向，倾向北西，推断断裂地表平面示意图如图5所示。

3.3 综合井位

根据野外地质构造勘查推断出Fd1、Fd2、Fd3和Fd4断层，CSAMT推断的Fw1、Fw2和Fw3，以及断层形态，综合认为：Fd3与Fw3吻合程度较高（图2，最终井位推荐如图5所示ZK1、ZK2和ZK3。

4 完井分析

地热井井位最终定在ZK3附近。

（1）井身结构

该地热井原设计二开结构，但在成井过程中由于对取水段的增加，最终采用三开结构，成井深度2402m一开0～560m，井径?311.1mm，下J55×244.5mm套管，下放深度0～560m，并采用水泥全井段封固;二开561～2240m，井径?215.9mm，下J55×177.8mm套管，下放深度527～2240m，重叠33m，采用穿鞋带帽固井;三开采用?152.4mm钻头裸眼成井，深度至2402m（李奇龙，2016;王虎等，2017）。

（2）热储与盖层条件

该地热井的测井成果报告由“江汉油田驷联石油技術潜江有限公司”提供，钻遇地层特征如表1所示。

由表1可知：钻遇地层的平均增温率在1.42℃/100m。同时将测井数据与岩屑对比，灰岩地段增温率在0.85℃/100m～1.26℃/100m，隔热保温效果较弱;页岩地段增温率在1.36℃/100m～2.25℃/100m，具有较好的隔热保温作用;砂岩地段增温率在1.11℃/100m～1.58℃/100m，也有一定的隔热保温效果（赵连海等，2018）。

（3）水温和水量

地热井进行了两次抽水试验，第一次280m3/d，井口温度47℃;第二次采取增水措施（井深加深、洗井和射孔）后（王洪伟，2015），水量达到411m3/d，井口温度41℃，最大降深为760m，最大降深值的影响半径为341m，平均渗透系数为0.00047m/d。

（4）地热水化学特征

地热井出水井口温度41℃，属低温地热资源水。水质检测报告由贵州省地质矿产中心实验室提供，pH为8.01，重碳酸钠型、含氟、锶、偏硅酸（30.93mg/L）淡温泉水，指标达到矿水浓度热矿水水质标准，具有理疗、洗浴、恒温游泳、采暖、温室等多种用途。

5 结论

（1）经过野外地质调查和勘查，基本查清洛香湖地热井的地热地质条件，第四系、石炭系和震旦系为盖层，热储为青白口系板溪群拱洞组致密岩层破碎带。地热井所处区域受多期构造作用影响，次级构造较为发育，大小型断裂相互贯通，同时亦位于区域导热构造网络中，并导通上下含水层，有利于导水以及热对流，具备导热导水通道。热储类型为中低温带状热储（II-2），具备成矿条件。

（2）采取野外地质勘查与CSAMT勘查相结合的方法，对比分析地质推断断层与物探推断断层，进而在吻合程度高的断层（Fd3与Fw3）上定出地热井井位。

（3）洛香湖地热井最终采用三开结构，井深2402m，并完成物探测井，基本查明了工作区内垂向的地层结构，地热地质条件以及对应岩层的地温率。

（4）洛香湖地热井水量最终为411m3/d，井口出水温度41℃，最大降深值的影响半径为341m，平均渗透系数为0.00047m/d。水质为重碳酸钠型，含氟、锶、偏硅酸型淡温泉水，具有理疗、洗浴、恒温游泳、采暖、温室等多种用途。

参考文献：

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