咸寧市北部空間地?zé)豳Y源預(yù)測研究

趙子良，肖友發(fā)，李 強(qiáng)，占 佳，汪 瑋

(湖北省地質(zhì)局 第四地質(zhì)大隊,湖北 咸寧 437100)

咸寧市素有“香城泉都”的美譽(yù),地?zé)豳Y源十分豐富,目前地?zé)岙a(chǎn)業(yè)已成為咸寧經(jīng)濟(jì)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)的龍頭支撐點(diǎn)。隨著《咸寧市北部新區(qū)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃暨重點(diǎn)區(qū)域概念性總體規(guī)劃》的頒布與實(shí)施,北部空間將成為咸寧今后發(fā)展的重點(diǎn),其中發(fā)展的主線即“大旅游、大健康、大文化”。因此,咸寧市北部空間興起了地?zé)峥叼B(yǎng)的熱潮。但目前在咸寧發(fā)現(xiàn)的地?zé)豳Y源,均屬于構(gòu)造對流型[1],且位于城區(qū),無法滿足駐地康養(yǎng)企業(yè)的用熱要求。為配合咸寧市大健康示范區(qū)的打造,湖北省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊對咸寧北部空間做了大量的地質(zhì)工作,認(rèn)為咸寧北部空間具備“源、通、儲、蓋”等地?zé)豳Y源發(fā)育的地質(zhì)條件。

1 地?zé)岬刭|(zhì)背景

咸寧市大地構(gòu)造處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺東端的下?lián)P子臺坪的大冶臺褶帶的梁子湖凹陷和咸寧臺褶束以及幕阜臺坳的通山臺褶束等三個四級構(gòu)造單元內(nèi),區(qū)內(nèi)斷裂褶皺發(fā)育。

研究區(qū)東起賀勝橋鎮(zhèn)經(jīng)橫溝橋鎮(zhèn)西—向陽湖鎮(zhèn),囊括了綠地梓山湖項目、長島未來城項目等咸寧市近期重點(diǎn)項目。北西為嘉魚—藥姑山次級隆起帶、東為鄂城—九宮山次隆起帶,橫跨梁子湖系—崇陽次級凹陷帶[2](見圖1)。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要圖Fig.1 Outline map of regional structure⑦.坑口背斜；⑧.黃石洞向斜；⑨.大幕背斜；⑩.徐立中向斜；.高橋向斜；.孫鑒鋪背斜；.賈家山向斜；.獅子巖背斜；.隨陽山背斜；.桐梓山—五洪山背斜；.蒲圻倒轉(zhuǎn)向斜；.行將山背斜；.斗門橋—望江樓背斜；.洪山—大莊王向斜；.寶塔山—米鋪背斜；.蜜泉湖向斜；.高鐵背斜；.赤壁向斜；.貓兒洞背斜；F2.高橋—雞籠山斷裂；F3.徐家山斷裂；F8.金水閘斷裂；F9.馬鞍山—金山店斷裂；F10.嘉魚沿江斷裂；F13.咸寧—蒲圻斷裂；F38.嘉魚—新店斷裂；F28.塘口斷裂；F29、F31.梁子湖斷裂帶；F32、F34.黃沙斷裂帶；F36.武昌—羊樓洞斷裂；F37.官橋—趙李橋斷裂；F39.陸黃斷裂；F42.黃青斷裂；F43.陸水河斷裂；F45.西涼湖—通山斷裂；F50.嘉魚—黃蓋湖斷裂。

研究區(qū)出露奧陶系—第四系,基巖出露較差,總體來說南部露頭好于北部,北部地層多被新生界地層掩蓋,據(jù)勘察及區(qū)域地質(zhì)資料可知,研究區(qū)除個別地層缺失外,發(fā)育了一套較為完整的陸、海相沉積地層。奧陶系主要為灰?guī)r；志留系主要為泥頁巖、粉砂巖；石炭系主要為灰?guī)r、白云巖；二疊系主要為薄層硅質(zhì)巖、灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r；三疊系主要為灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖；侏羅系主要為砂巖、頁巖；白堊系、古近系主要為砂—礫巖、灰質(zhì)礫巖、粉砂巖,第四系以殘積及沖洪積為主。另據(jù)城區(qū)地?zé)崽镢@孔顯示,奧陶系下部為寒武系的灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云巖為主。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造特征表現(xiàn)為發(fā)育緊密近東西向線性褶皺,并發(fā)育NNE、近EW及NW向三組斷裂,其中新華夏晚期NNE向斷裂附近多出露地?zé)釡厝?。同時,受麻團(tuán)斷裂的控制,發(fā)育梁子湖—崇陽次級凹陷帶。

2 地?zé)岬刭|(zhì)特征

2.1 已有地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)地?zé)釡厝^發(fā)育,其主要位于咸寧市潛山一帶,為典型的構(gòu)造對流型地?zé)崽?“源、通、儲、蓋”四個基礎(chǔ)地?zé)岬刭|(zhì)條件十分明顯(見圖2)。

圖2 潛山地?zé)崽镄纬赡Ｊ綀DFig.2 Formation model of geothermal field in Qianshan1.亞粘土；2.頁巖；3.粉砂質(zhì)頁巖；4.泥質(zhì)灰?guī)r；5.含角礫灰?guī)r；6.灰?guī)r；7.粉砂巖；8.斷裂；9.溫泉。

2.1.1源

源,即地?zé)崽锏臒嵩春退?。其水源主要來自大磨山裸露的同層位碳酸鹽巖接受大氣降水補(bǔ)給；熱源來自于斷裂溝通了深部的地?zé)崮?。地下水在接受補(bǔ)給后,在重力的作用下,于碳酸鹽巖徑流系統(tǒng)中向北西進(jìn)行深循環(huán),在運(yùn)移過程中吸收了大地?zé)崃魉尫诺臒崮芏饾u增溫,當(dāng)徑流至潛山附近時,部分地?zé)崃黧w沿斷裂破碎帶往上涌,在低洼處以溫泉的形式出露。

2.1.2通

據(jù)勘查資料可知,潛山地?zé)崽飪?nèi)構(gòu)造十分發(fā)育,巖石十分破碎,且?guī)r溶現(xiàn)象密集發(fā)育,斷裂帶的裂隙及巖溶的孔洞,為地下熱水的運(yùn)移提供了充足的通道。

2.1.3儲

潛山地?zé)崽锏臒醿又饕獮楹湎怠獖W陶系的碳酸鹽巖,該層在研究區(qū)南部咸寧市幕阜山及大磨山廣泛分布,為較穩(wěn)定的碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層,為潛山地?zé)崽锏臒醿印?/p>

2.1.4蓋

蓋層是覆于熱儲層之上或周邊的不透水或若透水巖層,起隔水保溫的作用。

在潛山背斜東側(cè)至大磨山背斜北西翼之間的地層為志留系地層,巖性為泥質(zhì)粉砂巖、頁巖、粉細(xì)砂巖等巖石組成,總厚度約1 762～2 856 m,成“U”型箱狀覆蓋在寒武系—奧陶系的碳酸鹽巖之上,由于巖石中泥質(zhì)成分含量高,阻止了熱量的散失,對下伏熱流場的熱源起到了保溫作用,為區(qū)域熱儲蓋層。

2.2 地溫場特征

2.2.1大地流體值特征

省內(nèi)大地?zé)崃鞣植疾痪?基本呈現(xiàn)“南高北低,東高西低”特征,其中異常高值點(diǎn)主要在深大斷裂帶分布。江漢盆地?zé)崃髦?1.9～69 mW/m2,平均值為53.2 mW/m2,南襄盆地平均值為45 mW/m2,鄂東南地區(qū)熱流值42～69 mW/m2,平均值為54 mW/m2,鄂西地區(qū)熱流平均值根據(jù)前人分析為49 mW/m2。

2.2.2地溫梯度特征

根據(jù)地溫場資料數(shù)據(jù),湖北省內(nèi)地溫梯度為1.8～5.4 ℃/100 m,平均為2.8 ℃/100 m,略低于全國地溫梯度平均值(3 ℃/100 m)。

本次收集了咸寧市崇陽、嘉魚及通山三個地方500 m以上水文井的測溫資料(見表1),根據(jù)測溫資料可知,咸寧市的恒溫帶溫度在15.6～18.3 ℃,恒溫帶為35～100 m之間,平均地溫梯度為2.07 ℃/100 m[3]。

表1 鉆孔測溫統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of borehole temperature measurement

3 地?zé)豳x存模式

根據(jù)地?zé)岬刭|(zhì)條件及地層組合關(guān)系,將咸寧市北部空間分為“三型五區(qū)”(見圖3、圖4),即：構(gòu)造對流型勘探區(qū)、混合型勘探區(qū)、盆丘結(jié)合帶隱伏型勘探區(qū)、盆地中部隱伏型勘探區(qū)及盆地邊緣隱伏勘探區(qū)。各區(qū)帶具有不同的地?zé)豳x存模式。

圖3 咸寧市北部空間地?zé)岱謪^(qū)圖Fig.3 Spatial geothermal zoning map of northern Xianning City1.構(gòu)造對流型勘探區(qū)；2.混合型勘探區(qū)；3.盆丘結(jié)合帶隱伏型勘探區(qū)；4.盆地中部隱伏型勘探區(qū)；5.盆地邊緣隱伏型勘探區(qū)。

圖4 咸寧市北部空間部分地區(qū)地?zé)豳x存模式圖Fig.4 Geothermal occurrence pattern of some areas in the northern space of Xianning City1.第四系；2.白堊系—第三系；3.石炭系—二疊系；4.志留系；5.震旦系—青白口系；6.泥質(zhì)粉砂巖；7.斷層；8.角度不整合接觸；9.平行不整合接觸；10.盆丘結(jié)合帶隱伏型勘探區(qū)；11.盆地中部隱伏型勘探區(qū)；12.盆地邊緣隱伏型勘探區(qū)。

3.1 構(gòu)造對流型勘探區(qū)

該區(qū)主要受斷裂控制,勘探深度<1 000 m,地表多有熱泉、沸波涌現(xiàn),位于咸寧市潛山一帶,即已有的地?zé)崽锓秶?第二節(jié)已詳細(xì)介紹其“源、通、儲、蓋”,本節(jié)不再贅述。

3.2 混合型勘探區(qū)

混合型指其熱源來自兩方面,一個是來自構(gòu)造導(dǎo)熱,另外一個來自地溫梯度增溫,其主要位于溫泉辦事處—地質(zhì)隊集貿(mào)市場—十六潭公園一帶,為潛山地?zé)崽锟責(zé)針?gòu)造的一個延伸段,其地?zé)豳x存模型式見圖5。

圖5 混合型地?zé)豳x存模式圖Fig.5 Pattern of mixed geothermal occurrence1.第三系；2.新灘組；3.寒武系—奧陶系；4.礫巖；5.灰?guī)r；6.泥質(zhì)粉砂巖；7.破碎帶；8.斷裂；9.擬布設(shè)鉆孔；10.溫泉。

其熱儲層與潛山地?zé)崽锏臒醿右恢聻楹湎怠獖W陶系的碳酸鹽巖,埋深約1 000 m,熱儲層上部覆蓋志留系的泥質(zhì)粉砂巖、泥巖,為保溫層,潛山及大磨山背斜核部大面積裸露的同層位碳酸鹽巖為補(bǔ)給區(qū),接受補(bǔ)給后,地下水向北東、北西低洼處徑流,徑流過程中接受圍巖及導(dǎo)熱構(gòu)造的熱源補(bǔ)給,形成地?zé)崃黧w,碳酸鹽巖的巖溶及構(gòu)造引起的破碎帶為地?zé)崃黧w的富集、運(yùn)移及儲存提供了良好的通道及空間,地?zé)豳x存模式為近源—中埋深型。根據(jù)潛山地?zé)崽锏臏囟群退靠赏茰y,該區(qū)極可能發(fā)現(xiàn)水溫約50 ℃,單井涌水量達(dá)800 m3/d的地?zé)崃黧w。

3.3 盆丘結(jié)合帶隱伏型勘探區(qū)

該區(qū)主要指梁子湖凹陷周邊的中低丘陵地帶,主要分為兩塊：一塊為賀勝橋—長島·未來城區(qū)域,以凹陷北部邊緣為界；一塊以凹陷南部邊緣為界,涵蓋永安辦事處—廣東畈—鳳凰山區(qū)域。其地?zé)豳x存模式為遠(yuǎn)程—深埋隱伏型(見圖4中4-1)。

地表出露地層為石炭系—二疊系的灰?guī)r、志留系的泥巖、粉砂巖,地層厚度1 800～3 700 m之間(局部見逆沖推覆構(gòu)造,致使地層疊加),為熱儲蓋層。熱儲層為寒武系—奧陶系的碳酸鹽巖,整體形態(tài)呈現(xiàn)揉皺狀,據(jù)咸寧市全域地?zé)嵴{(diào)查評價氡氣測量結(jié)果可知,該兩區(qū)域次級構(gòu)造較為發(fā)育,地層的揉皺及次級構(gòu)造的疊加,使得剛性巖石破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育,為地下水的運(yùn)移和富集,提供了良好的通道。

地下水的補(bǔ)給來源為南部幕阜山地區(qū)大面積裸露的碳酸鹽巖接受大氣降水補(bǔ)給而來,接受補(bǔ)給后,同層為徑流,補(bǔ)給路徑達(dá)數(shù)十千米,屬遠(yuǎn)程補(bǔ)給。地下水在運(yùn)移過程中,不斷吸收周邊巖石的熱能及放射熱源,使得地下水升溫,變成地?zé)崃黧w。根據(jù)咸寧市地?zé)釄銮闆r可推測,該區(qū)若在合適地區(qū)施工鉆孔揭露寒武系—奧陶系碳酸鹽巖,則可發(fā)現(xiàn)出水水溫45 ℃,單井涌水量達(dá)400 m3/d的地?zé)崃黧w。

3.4 盆地中部隱伏型勘探區(qū)

該區(qū)主要位于梁子湖凹陷中部,在咸寧北部空間主要涵蓋向陽湖、大洲湖濕地公園、恒大養(yǎng)生谷及橫溝橋部分地區(qū)。其地?zé)崮Ｊ綄儆谠搅鳌盥耠[伏型(見圖4中4-2)。

地?zé)崃黧w主要賦存于梁子湖凹陷深部的石炭系—二疊系的碳酸鹽巖中,地層埋深1 800～2 200 m,且局部存在逆沖推覆構(gòu)造,致使石炭系—二疊系碳酸鹽巖視厚度超1 000 m,上覆白堊系公安寨組礫巖,屬弱含水層,保溫效果良好,其熱源為地?zé)嵩鰷?。熱儲層多呈斷陷階梯狀,部分不連續(xù),間夾弱透水含水層,當(dāng)含水層之間存在較大的水頭差時,水頭高的含水層中的水通過弱透水層向水頭低的含水層中排泄的現(xiàn)象稱為越流[4]。其補(bǔ)給來源主要為含水層中的越流補(bǔ)給,故稱越流—深埋隱伏型。據(jù)長島·未來城供水水井可知,淺部的石炭系—二疊系的碳酸鹽巖單位涌水量為1.8 L/(m·s),屬強(qiáng)富水含水層,且兩處水頭高差大于1 800 m,故水源補(bǔ)給有充足保障。預(yù)測該區(qū)若在合適地區(qū)施工鉆孔,則可發(fā)現(xiàn)出水水溫約50 ℃,單井涌水量達(dá)400 m3/d的地?zé)崃黧w。

3.5 盆地邊緣隱伏型勘探區(qū)

該區(qū)主要指梁子湖凹陷NW及SE邊緣,主要分為兩塊,一塊為楊下村—東外環(huán)區(qū)域,以銀泉大道為界；一塊靠近斧頭湖,主要為咸寧服務(wù)區(qū)—咸寧北高速出口以東區(qū)域。其地?zé)豳x存模式為遠(yuǎn)程—深埋隱伏型(見圖4中4-3)。

地層層序自上而下依次為白堊系礫巖、二疊系—石炭系的灰?guī)r、志留系的粉砂巖、頁巖,據(jù)鉆孔顯示,此區(qū)域石炭系—二疊系碳酸鹽巖埋深較淺,且厚度較薄,水溫水量滿足不了實(shí)際生產(chǎn)需求。故熱儲層位為寒武系—奧陶系的碳酸鹽巖,補(bǔ)給來源為南部幕阜山地下水遠(yuǎn)程補(bǔ)給,熱儲層埋深為1 500～2 800 m,熱源來自地下水遠(yuǎn)程徑流過程中吸收地?zé)崮芏鴣?。地?zé)崃黧w的溫度與徑流循環(huán)的深度成正相關(guān)關(guān)系。預(yù)測該區(qū)若在合適地區(qū)施工鉆孔,則可發(fā)現(xiàn)出水水溫約46 ℃,單井涌水量達(dá)600 m3/d的地?zé)崃黧w。

4 結(jié)語

咸寧市北部空間中深層地?zé)豳x存模式的提出,為咸寧市北部空間地?zé)峥辈樘峁┝烁鼮槊鞔_的目標(biāo),并根據(jù)不同巖性組合和地質(zhì)條件,概略出了勘查井大致施工深度,為下一步咸寧市高質(zhì)量發(fā)展“大康養(yǎng)、大健康”的北部空間奠定了有利的地質(zhì)基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的投入、技術(shù)手段的更新、研究的深入,對北部空間的地?zé)豳x存模式的認(rèn)識將會有進(jìn)一步的加深。

根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)、各區(qū)的地?zé)豳x存模式及地質(zhì)條件,提出如下勘查建議：

(1) 優(yōu)先勘查南部地質(zhì)隊集貿(mào)市場混合型地?zé)峥碧絽^(qū)、南部盆丘結(jié)合帶隱伏型地?zé)峥碧絽^(qū),再勘探中部盆地中部隱伏型勘探區(qū),最后勘查北部的隱伏型勘探區(qū)。

(2) 區(qū)內(nèi)地?zé)峥碧缴疃容^大,紅盆地層覆蓋較厚,應(yīng)著重對構(gòu)造破碎帶的研究,因大地構(gòu)造致使北部空間多呈緊密線性構(gòu)造,其地?zé)崃黧w主要受斷裂構(gòu)造控制呈帶狀分布,避免施工鉆孔出現(xiàn)有熱無水的情況。