當(dāng)陽(yáng)市地?zé)衢_(kāi)發(fā)可行性分析

李文文

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局第四水文地質(zhì)隊(duì)，河北邯鄲056000）

1 概述

地?zé)崮苁且环N現(xiàn)實(shí)可行且具有競(jìng)爭(zhēng)力的新型能源，作為一種綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，地?zé)崮芰烤哂袃?chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。我國(guó)中低溫地下熱水分布區(qū)域廣泛，開(kāi)發(fā)地?zé)崮軐?duì)調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、治理霧霾具有重要意思，是促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。

當(dāng)陽(yáng)市歷史悠久，位于湖北省中部，地處鄂東南山地前緣，大巴山脈東麓，荊山山脈以南，南北最大縱距76.5km，東西最大相距51km，西鄰三峽宜昌，東連荊州古城，北通襄陽(yáng)隆中。2017年6月，當(dāng)陽(yáng)市被命名國(guó)家衛(wèi)生城市。2017年12月，當(dāng)選中國(guó)工業(yè)百?gòu)?qiáng)縣（市）。當(dāng)陽(yáng)市計(jì)劃開(kāi)發(fā)利用本地地?zé)豳Y源，對(duì)促進(jìn)旅游業(yè)發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)、繁榮地方經(jīng)濟(jì)，定將起到積極的作用。

2 分析區(qū)構(gòu)造特征

當(dāng)陽(yáng)市位于當(dāng)陽(yáng)復(fù)向斜漢江盆地的次級(jí)構(gòu)造單元，屬于中揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)東區(qū)西北部的鄂北斷塊區(qū)，當(dāng)陽(yáng)地區(qū)位于中揚(yáng)子臺(tái)地中段。依據(jù)斷裂結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變形特征將

中陽(yáng)子臺(tái)地主體部分劃分為：北部斷彎褶皺構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，南部斷彎褶皺活動(dòng)區(qū)及南北對(duì)沖構(gòu)造活動(dòng)區(qū)（圖1）。

據(jù)圖1分析得知，中三疊世以前，歷次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在本區(qū)主要表現(xiàn)為垂直升降運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造活動(dòng)面上、下為整合或假整合接觸關(guān)系。在中三疊世末期發(fā)生的印支運(yùn)動(dòng)，使得揚(yáng)子臺(tái)地北緣的秦嶺海槽開(kāi)始關(guān)閉，發(fā)生強(qiáng)烈褶皺，波及整個(gè)揚(yáng)子臺(tái)地。它對(duì)本區(qū)的影響尤為強(qiáng)烈，其表現(xiàn)除垂直升降外，還伴有一定程度的水平擠壓活動(dòng)，從而形成了當(dāng)陽(yáng)地區(qū)的隆起凹陷相間的構(gòu)造格局。初步分析認(rèn)為，當(dāng)陽(yáng)市旅游開(kāi)發(fā)區(qū)一帶位于當(dāng)陽(yáng)復(fù)向斜盆地地區(qū)，歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜，從而導(dǎo)致古生界埋藏很深，尤其是遠(yuǎn)安凹陷（地塹）埋藏更深。

圖1 當(dāng)陽(yáng)地區(qū)構(gòu)造位置圖

3 地?zé)岬V水形成地質(zhì)條件

3.1 工作區(qū)地溫場(chǎng)（地溫?zé)嵩矗?/h3>

據(jù)調(diào)查分析，當(dāng)陽(yáng)復(fù)向斜地層基本為連續(xù)沉積。燕山運(yùn)動(dòng)早期，隨著擠壓應(yīng)力的增強(qiáng)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造沉積幅度增大，接受了巨厚的侏羅系沉積。白堊世至晚白堊世初期，可能擠壓應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng)或構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向轉(zhuǎn)變的影響，使區(qū)內(nèi)侏羅系發(fā)生大規(guī)模抬升剝蝕，目前侏羅系最大殘留厚度不超過(guò)800m。晚白堊世以來(lái)，整個(gè)漢江盆地地殼拉張沉降，當(dāng)陽(yáng)復(fù)向斜中部、南部持續(xù)接受了晚白堊世和新生代沉積，沉積厚度為幾百米至4000余米，其北部沉積較薄甚至缺失。

另?yè)?jù)資料研究表明，區(qū)內(nèi)上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)在早白堊世早期達(dá)到190℃～210℃，至早白堊世末—晚白堊世初剝蝕冷卻至地表20℃～40℃；晚白堊世至古近紀(jì)沉積使該套地層又一次埋深增溫至140℃～165℃，造成裂變徑跡完全退火；喜馬拉雅期再次構(gòu)造抬升及剝蝕冷卻至現(xiàn)今70℃～90℃。區(qū)內(nèi)古近系經(jīng)歷最高地溫為100℃～120℃和現(xiàn)今40℃～50℃。古地溫梯度分別為中生代（36.3～43.0）℃/km 和新生代（30.2℃～38.8）℃/km，現(xiàn)今降至28.9℃/km。

綜合上述，總體初步認(rèn)為，區(qū)內(nèi)地?zé)嵩赐ㄟ^(guò)構(gòu)造控制來(lái)源于深部地球運(yùn)轉(zhuǎn)熱能，使得地下水加熱形成地?zé)崴?。隨著深度的增加地溫梯度也會(huì)隨之增高。工作區(qū)隱伏的碳酸鹽巖厚度較大，層位穩(wěn)定，分布廣泛，巖溶裂隙相對(duì)發(fā)育，且連通性較好，受區(qū)域構(gòu)造的影響，地下水向深部運(yùn)移易吸收深部熱能，因此工作區(qū)地溫?zé)嵩粗饕獊?lái)自地球轉(zhuǎn)運(yùn)熱。

3.2 地?zé)岬V水熱蓋層

據(jù)工作區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件分析，區(qū)內(nèi)沉積厚度較大的泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等泥質(zhì)含量高，孔隙裂隙不發(fā)育，結(jié)構(gòu)致密，且層位連續(xù)、穩(wěn)定，隔水、隔熱性能強(qiáng)，起到保溫作用的稱之為熱儲(chǔ)蓋層。

區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)蓋層主要有以下4層：

（1）第四系更新統(tǒng)及下第三系熱儲(chǔ)蓋層。巖性分別以粘土、砂質(zhì)粘土及泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉細(xì)砂巖為主。隔水、隔熱性能較強(qiáng)，但區(qū)內(nèi)厚度較薄。

（2）白堊系跑馬崗組、紅花套組、五龍組熱儲(chǔ)蓋層。以上各組的粉細(xì)砂巖與泥巖互層段隔水、隔熱性能較強(qiáng)，構(gòu)成良好的熱儲(chǔ)蓋層。

（3）侏羅系中統(tǒng)聶家山組熱儲(chǔ)蓋層。本組的厚層狀泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，以及中厚層狀細(xì)砂巖段隔水、隔熱性能較強(qiáng)，構(gòu)成良好的熱儲(chǔ)蓋層。

（4）三疊系中上統(tǒng)泥巖段熱儲(chǔ)蓋層。該系上統(tǒng)巨厚的泥巖段，以及中統(tǒng)所夾泥質(zhì)巖、頁(yè)巖、粉細(xì)砂巖等隔水、隔熱性能強(qiáng)，為良好熱儲(chǔ)蓋層。

3.3 地?zé)崴疅醿?chǔ)含水層

根據(jù)前述含水巖組劃分及巖性描述，結(jié)合地?zé)岬刭|(zhì)特征，區(qū)內(nèi)富水性相對(duì)較好，且具深循環(huán)熱儲(chǔ)含水層位有4個(gè)，分別是：

（1）白堊系羅鏡灘組及石門組礫巖段熱儲(chǔ)含水層。據(jù)礫巖成分分析，白云巖含有碳酸鹽巖成分，具有一定程度的巖溶化極易溶蝕成分，為地?zé)崴馁x存創(chuàng)造了一定空間，有利于地下水的補(bǔ)給和運(yùn)移，可視為相對(duì)較好的熱儲(chǔ)層（因埋藏較淺，可能水溫較低）。

（2）侏羅系下沙溪廟組及桐竹園組中粗粒砂巖、礫巖段含水層。巖性以該組底部厚層狀粗粒砂巖和含礫砂巖為主，可視為熱儲(chǔ)含水層之一（據(jù)剖面厚154.20m）。

（3）三疊系下統(tǒng)厚層灰?guī)r熱儲(chǔ)含水層。據(jù)構(gòu)造條件分析，區(qū)內(nèi)灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，巖溶化明顯，巖溶水補(bǔ)、蓄條件良好，構(gòu)成較為理想的熱儲(chǔ)含水層之一（中統(tǒng)碎屑巖夾灰?guī)r及白云巖段，也可視為熱儲(chǔ)含水層）。

（4）二疊系茅口組、棲霞組灰?guī)r熱儲(chǔ)層。據(jù)區(qū)域地表溫泉出露條件看，區(qū)域有多處溫泉出露于該層，多沿?cái)嗔褞б绯龀扇?。說(shuō)明灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，有利于巖溶水的補(bǔ)給與富集。

根據(jù)大地電場(chǎng)探測(cè)解釋成果如下：

（1）有含水層顯示的層段埋深分別為530～590m、915～955m、 1620～1660m、 1800～1840m、 2140～2190m、2860～2940m（DY1點(diǎn)）；

（2）斷層破碎帶跡象，在埋深1100～1450m之間。

4 地?zé)岬V水熱儲(chǔ)分析

根據(jù)所處地質(zhì)構(gòu)造的位置及地下熱水的形成條件，初步分析認(rèn)為，其賦存形式應(yīng)屬于深循環(huán)型和沉積盆地型。按熱儲(chǔ)構(gòu)造類型劃分，應(yīng)屬于裂隙型，即熱水儲(chǔ)存于基巖蓄水構(gòu)造中。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境和地?zé)醾鲗?dǎo)方式，其熱儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)屬于傳導(dǎo)型，也是中低溫地下熱水的主要賦存方式。熱儲(chǔ)的地質(zhì)要素是遠(yuǎn)離補(bǔ)給區(qū)，具有深循環(huán)的地下水系統(tǒng)，熱儲(chǔ)蓋層隔水、隔熱性能強(qiáng)，且連續(xù)、穩(wěn)定，地下水徑流緩慢，是裂隙型熱儲(chǔ)發(fā)育的主要前提條件。

區(qū)內(nèi)地下熱水應(yīng)屬于孔隙裂隙及巖溶裂隙地下水的研究范疇。在構(gòu)造條件、巖性條件、埋藏條件的有利地段，巖溶裂隙發(fā)育，為地?zé)崴馁x存提供了良好空間，從而有利于地下水的形成于賦存。

根據(jù)熱儲(chǔ)的地質(zhì)要素分析，其地?zé)崴难h(huán)條件具有以下基本特征：①熱儲(chǔ)層埋藏較深，具有深循環(huán)特征的地下水系統(tǒng)；②熱儲(chǔ)蓋層隔水、隔熱性能相對(duì)較強(qiáng)，且連續(xù)、穩(wěn)定；③距地下水補(bǔ)給區(qū)較遠(yuǎn)，地下水徑流緩慢。因此，按熱儲(chǔ)構(gòu)造類型及傳導(dǎo)方式同時(shí)基本具備裂隙型及傳導(dǎo)型熱儲(chǔ)發(fā)育的前提條件，也同時(shí)具備中低溫地下熱水的形成條件。

本區(qū)地下熱水基本符合基巖地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與其上覆基巖地下水所不同的是它聚集于深埋蓄水構(gòu)造，運(yùn)移于深埋徑流區(qū)。由于熱儲(chǔ)層埋藏深徑流途徑長(zhǎng)，速度相對(duì)緩慢，能夠吸收深部熱能，水溫會(huì)隨深度增加及與沉積基底距離的減小而增高，并與圍巖發(fā)生溶濾作用，從而形成溫度相對(duì)較高的地?zé)崴?/p>

5 地?zé)岬V水開(kāi)發(fā)可行性分析

5.1 地?zé)岙惓Ｃ黠@區(qū)

當(dāng)陽(yáng)市周邊無(wú)天然溫泉出露，地面也未見(jiàn)地?zé)岙惓ｏ@示。但據(jù)北部山區(qū)溫泉調(diào)查資料表明，溫泉出露地層多為三疊系、二疊系、奧陶系、震旦系，且泉水多沿大型斷裂帶或裂隙密集帶溢出成泉，水溫一般在30℃～45℃，最高可達(dá)60℃以上。另從收集到的中石化南方勘探開(kāi)發(fā)分公司《江漢盆地當(dāng)陽(yáng)復(fù)向斜當(dāng)深3#熱史恢復(fù)及其油氣勘探意義》提供的資料，據(jù)熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果，現(xiàn)今地溫梯度為（2.0℃～2.48℃）/100m；與區(qū)域相比，場(chǎng)區(qū)熱儲(chǔ)層埋藏深，有利于地?zé)峋纬膳c賦存。

5.2 基本具備地?zé)崴男谐虠l件

對(duì)照地?zé)崴纬衫碚摰?個(gè)條件，本區(qū)有相對(duì)較高的地溫場(chǎng)，有較理想的地?zé)崴a(bǔ)給源，有相對(duì)較好的儲(chǔ)水層位，有相對(duì)良好的熱儲(chǔ)蓋層。

據(jù)本區(qū)地?zé)崴疅醿?chǔ)類型與特征的分析，本區(qū)熱水儲(chǔ)存形式、熱儲(chǔ)構(gòu)造類型、傳遞方式，以及熱儲(chǔ)地質(zhì)要素等均符合中低溫地下水的形成條件，在當(dāng)陽(yáng)市一帶開(kāi)發(fā)地?zé)崴幕驹O(shè)想和要求是可行的。

5.3 地?zé)峋A(yù)測(cè)

（1）水溫。根據(jù)區(qū)內(nèi)調(diào)查資料分析，當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁貫?8℃左右，現(xiàn)今地溫梯度為（2.0℃～2.48℃）/100m，平均值為2.24℃/100m。例如，止水深度1100m，終井深度2500m計(jì)算，理論計(jì)算得出出水段水溫在42℃～74℃之間，但是受淺層含水層徑流條件影響，預(yù)測(cè)水溫約大于45℃。

（2）水量。在當(dāng)陽(yáng)復(fù)向斜盆地范圍內(nèi)，目前尚無(wú)深層裂隙水及巖溶水含水層富水性的依據(jù)可循。本次依據(jù)地表泉水調(diào)查及個(gè)別淺層鉆孔資料分析，白堊系及侏羅系富水性弱（視為熱儲(chǔ)蓋層）；三疊系中統(tǒng)富水性弱，下統(tǒng)相對(duì)較好，系熱儲(chǔ)含水層之一；二疊系下統(tǒng)富水性較強(qiáng)，視為較理想的熱儲(chǔ)含水層。鑒于地?zé)峋疅醿?chǔ)層位埋藏很深，一般情況下，隨埋深的增加巖溶裂隙發(fā)育程度會(huì)逐漸變差，熱儲(chǔ)含水層的富水性也會(huì)隨之減弱。據(jù)概略預(yù)測(cè)，如地?zé)峋咨钤?500m左右時(shí)，出水量大于500m3/d。

6 結(jié)語(yǔ)

本次地?zé)岬刭|(zhì)條件勘查工作，選擇了區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)資料收集，并在綜合分析研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展工作區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查及地面物探工作，通過(guò)分析論證得出以下結(jié)論：

（1）調(diào)查區(qū)具有地?zé)豳Y源，具備地下熱水形成條件，開(kāi)發(fā)地?zé)崴Y源的基本可行。

（2）當(dāng)陽(yáng)地區(qū)具有熱儲(chǔ)發(fā)育的前提條件，符合熱儲(chǔ)的地質(zhì)要素及基本要求。按熱儲(chǔ)構(gòu)造類型劃分，應(yīng)屬于裂隙型，按傳遞方式應(yīng)屬于傳導(dǎo)型。

（3）初步確定地?zé)崴∷畬右匀B系中統(tǒng)巴東組、下統(tǒng)嘉陵江組和大冶組為主。在出水量和水溫不能滿足要求的情況下，可將井深延至二疊系下統(tǒng)茅口組和棲霞組。

（4）預(yù)測(cè)井深在2300～2500m時(shí)，出水量大于500m3/d，水溫大于45℃。