0引言

地熱能是一種綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源,與風能、太陽能相比,不受季節(jié)、氣候、晝夜變化等外界因素干擾,具有儲量大、分布廣及開發(fā)利用簡便等特點,是一種現實并具有競爭力的新能源。吉泰盆地位于江西省中部、贛江中游,面積約為4 550 km2, 為白堊系形成的陸相箕狀湖盆,與清江盆地、撫州盆地、贛州盆地等一起構成江西中北部晚燕山—喜馬拉雅期盆地群。

21世紀以來,為尋找地熱資源,前人已在吉泰盆地開展了一系列研究工作。2010—2011年間,江西省水文地質大隊在《江西省地熱資源預測及勘查開發(fā)研究報告》中,初步分析了吉安盆地的地熱地質條件、地熱資源類型,并預測了地熱資源的賦存規(guī)律。2014—2017年間,在吉泰盆地江子頭地區(qū)進行了物探調查并鉆鑿了1個地熱鉆孔,獲得水量 330 m3/d、水溫37℃的地熱水資源。在該項成果的指導下,又在樟山地區(qū)施工了4個地熱鉆孔,獲得水量818 m3/d、水溫57℃的地熱水資源。這些地熱勘查研究工作,進一步查明了吉泰盆地地熱地質條件,為總結吉泰盆地地熱資源的賦存特征及形成機制奠定了基礎。

1樟山地熱田地質背景

吉泰盆地位于揚子準地臺與華南褶皺系接觸帶,屬于華南褶皺系贛西南坳陷之大湖山—芙蓉山隆斷束與吉安凹陷的交接部位[4-5],樟山地熱田位于吉泰盆地北部。區(qū)內經歷多期次構造運動,印支運動使其褶皺成陸,形成了一些開闊褶皺及斷裂構造;燕山期由于強烈的斷裂及斷塊作用,形成吉安盆地等一系列陸相斷陷盆地;喜山期主要表現為抬升作用, 以北東、北西向斷裂復活,盆地被抬升為主。區(qū)域上, 贛江大斷裂從區(qū)內通過,同時,受紅盆斷陷作用,盆地內一般發(fā)育盆地同生斷裂。 

2樟山地熱田地熱地質條件

2.1地層

研究區(qū)地表出露的地層主要為第四系與白堊系,白堊系紅層下伏有二疊系小江邊組、馬平組與石炭系梓山組地層。白堊系宏岡組大面積分布于研究區(qū)北部,巖性上部為磚紅色塊狀含礫不等粒鈣質長石巖屑砂巖夾透鏡狀鈣質復成分礫巖;下部為暗紫紅色、青灰色塊狀礫巖,灰白色塊狀石英質礫巖,花斑狀礫質不等粒鈣質巖屑砂巖、含礫鈣質砂巖夾透鏡狀礫巖,灰白~淺紅色厚層狀含礫砂質灰?guī)r,與下伏周田組呈平行不整合接觸,在研究區(qū)中部與周田組呈斷層接觸。白堊系周田組大面積分布于研究區(qū)中部,巖性上段為紫紅色、磚紅色粗~中砂巖和中~細粒礫巖;中段為暗紅色薄層狀鈣質粉砂巖與中厚層狀粉砂質泥巖互層,沉積構造具水平層理及小型斜層理;下段為紫紅色巨厚層狀含礫泥質不等粒巖屑雜砂巖與巨厚層狀鈣質粉砂巖互層。

鉆孔揭穿紅層后揭露的二疊系馬平組地層厚度為95~211 m,巖性為灰白色、淺灰色、灰黑色和深灰色塊狀生物碎屑微晶灰?guī)r、變質粉砂質細晶灰?guī)r。巖礦鑒定顯示為變余含粉砂細晶結構,塊狀構造,石英砂含量約40%;方解石約59%;白云母約1%,并發(fā)育條帶狀方解石脈,脈寬多為1~5 mm,可見溶蝕、孔洞。

本區(qū)隱伏梓山組地層埋深大于1 100 m。巖性主要為灰白色中厚層狀含礫石英砂巖、灰白色砂質板巖、灰黑色中薄層狀炭質砂巖及淺灰色石英巖,主要礦物組成為長石、石英,含少量灰白色方解石。石英砂巖巖礦鑒定為細粒粒狀變晶結構,塊狀構造,石英含量約90%,長石約5%,碳酸鹽約4%,黃鐵礦約 1%,白云母及電氣石均小于1%。

2.2地質構造

研究區(qū)內發(fā)育兩條北北東向斷裂———F1斷裂與 F2斷裂。F1斷裂橫穿研究區(qū)中南部,長約2.7 km,走向北北東,傾向不明,是宏岡組礫巖與周田組粉砂巖的接觸斷層。但受地表植被覆蓋與風化作用影響,出露條件并不理想,本斷裂規(guī)模較小,是紅盆形成過程的組間斷裂,對本地熱田找熱意義較小。F2斷裂位于 F1段以南,長約2.5 km,走向北北東-北東,傾向南東,傾角約為50°。

2.3地溫場特征

2.3.1地熱流體分布特征

通過本地熱田實施的4個鉆孔系統(tǒng)測溫資料分析,本地熱田深部的熱量主要通過巖石熱傳導和載熱地下水運動向地表傳輸。平面上,鉆孔穿透紅層后,同一深度下4個鉆孔的溫度差異整體較小;垂向上,則因地熱區(qū)內的地質、水文地質條件不同而呈現差異?？傮w上14個鉆孔的地溫均隨鉆孔深度的增加而升高,表現出典型的傳導式增溫特征。當鉆孔穿透紅層后,孔內溫度達到最高值,隨后底部出現拐點, 溫度降低,呈現從慢增溫到近乎不增溫的特征,這與該段穿過熱儲時水巖比熱容差異導致的熱量單向傳遞有關,冷水下移,熱水上涌,造成上部水溫高,下部水溫度低的分層現象。水文測井數據顯示,該段流體電阻率和自然伽馬等參數也存在明顯突變。

2.3.2地熱增溫率

地熱增溫率常用來評價盆地型地熱田的熱儲溫度,鉆孔揭穿紅層后會出現較大的溫度拐點,但對于熱儲上部的蓋層,可用地溫梯度來評價其熱異常特征,具體方法為選取灰?guī)r以上的紅層計算地熱田的地熱增溫率。樟山地熱田的地熱增溫率如表1所示。

2.4熱儲特征及其埋藏條件

2.4.1熱儲類型與分布

樟山地熱田的地下熱儲表現出典型的傳導式增溫特征,其熱源深埋于巨厚層的紅層之下,以地下水為載體,通過熱傳導方式吸收巖石骨架中的熱能,升溫形成層狀地熱水。以ZK1為例,鉆進至1 105.95 m (未揭穿紅層)時開展了抽水試驗,測得水溫為28℃, 而鉆進至1 143.20 m揭穿紅層后,揭露灰?guī)r地層,繼續(xù)鉆進至1 190.30 m時出現涌水,測得自流量為 0.102 L/s,巖芯顯示發(fā)育溶隙,1 221.50 m處發(fā)育小斷層,1 279.40 m發(fā)育高0.5 m、部分為黏土填充的溶洞;終孔抽水試驗測得地熱水水溫為42℃,產量為135.60 m3/d。這些特征共同表明,ZK1孔地熱水賦存于灰?guī)r巖溶空隙中,巖性為淺灰色灰?guī)r,屬盆地層狀傳導型地熱水。ZK4孔的井內測溫數據顯示, 在1 322 m、1 390 m兩處測溫曲線拐彎較明顯,孔內溫度隨著深度的增加逐漸升高,巖性為淺灰、灰白灰?guī)r。這些特征進一步證實,灰?guī)r段是地熱水的相對富集區(qū)。

2.4.2熱儲埋藏條件

根據本地熱田鉆探、簡易水文、系統(tǒng)測溫與抽水資料,本地熱田的熱儲層為馬平組灰?guī)r,埋深為 1 143.20~1 440.0 m,研究區(qū)熱儲埋藏深度較穩(wěn)定,厚度變化較小,4個地熱孔的熱儲上覆地層均為白堊系河口組磚紅色厚層狀泥質粉砂巖與復雜成分礫巖, 具有較好的隔熱保溫性能。

2.4.3熱儲溫度

熱儲溫度可通過地球化學溫標結合水質分析資料來估算。由于研究區(qū)內巖石中的SiO2主要以石英形式存在,熱水中的SiO2也來源于石英溶解,加之該區(qū)地熱水為中低溫類型,不存在蒸汽損失,故采用無蒸汽損失的石英溫標進行計算。根據水質分析成果, 各鉆孔中SiO2平均含量為29.62 mg/L,計算結果表明,研究區(qū)內熱儲溫度為63.44~85.41℃,平均熱儲溫度為78.88℃。

3地熱流體化學特征

3.1地熱水化學組分特征

根據水樣礦泉水全分析結果,本區(qū)地熱水陽離子以鈣離子為主,鈉離子次之,鎂離子再次之,并含微量鋁離子;陰離子中以碳酸氫根離子為主,硫酸根離子次之,氯離子、硝酸根離子及氟離子含量極少。 地熱水中含有鐵、錳、銅、鋅、鉻、鍶、鋇等多種微量元素離子,其中鐵離子、鋇離子、錳離子、鋰離子和鍶離子含量較高。地熱水水化學類型主要為弱堿性硫酸重碳酸鈉型水(SO4·HCO3-Na)和弱堿性重碳酸鈣鈉型水(HCO3-Ca·Na)。地熱水中偏硅酸含量為45.0~ 51.4 mg/L,屬于含偏硅酸重碳酸鈣鈉型理療溫礦水, 適合洗浴及醫(yī)療用途。

3.2地熱水動態(tài)特征

通過對地熱孔一個水文年的自流量、水溫動態(tài)監(jiān)測數據進行分析,結果如表2所示。由表2可知,鉆孔自流量、水溫動態(tài)曲線呈波狀起伏狀,總體較平穩(wěn)。

4地熱資源成因分析與熱儲模型

研究區(qū)上覆白堊系河口組與周田組紅層,結構致密、裂隙不發(fā)育,具備導水性差、隔熱保溫性好的優(yōu)點。同時,紅層厚度穩(wěn)定在1 143.20~1 250.0 m,厚度適中,為地熱田的形成提供了良好的蓋層條件。根據鉆孔系統(tǒng)測溫資料,研究區(qū)及其周邊地溫梯度為 23.9~31.5℃/km,略高于江西省地溫梯度平均值(20~ 25℃/km),證實大地熱流是研究區(qū)的主要熱源。鉆孔揭穿紅層進入馬平組后均出現涌水或漏漿現象,并發(fā)育不規(guī)則溶蝕空隙,抽水水溫與紅層段存在顯著差異,表明二疊系的灰?guī)r地層是本地熱田的熱儲。同時, 基于地熱田區(qū)域地質構造特征及地熱流體場特征,推測地熱水補給源位于地熱田北西30 km處的吉安盆地北西緣,層狀巖溶空隙構成地熱水的徑流通道。

綜合分析,本地熱田為層狀分布的盆地型地熱系統(tǒng),熱儲為層狀海相碳酸鹽巖地層,勘查類型為Ⅱ-1 型,地熱水的形成機制可概括為:大氣降水在研究區(qū)北西30 km處吉安盆地北西緣出露的二疊系灰?guī)r地層中沿巖溶、裂隙等通道下滲,并隨著向南東逐步隱伏的灰?guī)r層狀熱儲徑流,在受大地熱流供熱、千米厚紅層保溫的作用下,在研究區(qū)一帶賦存地熱流體。但由于深部巖溶發(fā)育極不均一,本次實施的地熱井揭露的均是主巖溶通道末端,獲得的地熱水數量相對有限。

5結語

樟山地熱田深部地熱水主要來源于大氣降水, 該降水在研究區(qū)北西30 km處吉安盆地北西緣出露的二疊系灰?guī)r地層中沿巖溶、裂隙等通道下滲,并隨著向南東逐步隱伏的灰?guī)r層狀熱儲徑流,沿途通過傳導等方式吸收圍巖熱量及溶濾圍巖微量元素,在受大地熱流供熱、千米厚紅層保溫的作用下,在深部溶腔(溶孔、溶洞等)中富集賦存形成熱水資源。根據樟山地熱田地熱條件分析,吉泰盆地紅層下伏二疊系馬平組碳酸鹽巖溶裂隙為地熱勘查開發(fā)主要目標層段,屬沉積盆地傳導型地熱資源,熱儲巖性比較復雜且局部富水性極好,但分布不均。樟山地熱找熱成果是吉泰盆地迄今為止發(fā)現的找熱溫度最高、開發(fā)價值最大的地熱水資源,為吉泰盆地尋找盆地傳導型巖溶熱儲地熱水資源和盲區(qū)靶區(qū)優(yōu)選提供了研究方向。