東南沿海地熱調查探獲高產能地熱井

摘要：通過開展東南沿海重點區(qū)地熱地質調查，對廣東惠州黃沙洞地熱田深部地質結構及淺地表構造斷裂特征進行了精細勘查，并實施惠熱1井鉆探，調查深部高溫巖體空間展布及熱結構特征，評價地熱干熱巖資源潛力?；轃?井成功探獲127℃的自噴水熱資源，是迄今為止中國東部水溫最高，壓力和流量最大的高產能自噴地熱井。地熱井出水穩(wěn)定溫度118℃，流量137m3/h，對指導東南沿海中高溫地熱找礦具有十分重要的意義。

1.項目概況

我國東南沿海地區(qū)是我國空氣質量良好的一片地區(qū)，同時面臨能源缺乏，傳統(tǒng)能源燃燒帶來的一系列環(huán)境問題。東南沿海地區(qū)地熱資源潛力巨大，開展東南沿海地熱資源調查是東南沿海地區(qū)緩解自身能源壓力的有效渠道。為調查我國東南沿海地區(qū)地熱資源賦存特征和評價深部地熱資源潛力，中國地質調查局自2012年以來組織實施了福建漳州、廣東惠州、陽江、雷瓊地區(qū)等重點地熱有利目標區(qū)地熱資源調查。在前期基礎上，中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所在東南沿海開展了“東南沿海廈門-瓊北地區(qū)地熱資源調查”項目，項目周期為2016—2018年。其中北京探礦工程研究所為參加單位并負責惠熱1井鉆探現(xiàn)場施工。項目目標任務為面向國家能源需求，積極開展東南沿海廈門-瓊北地區(qū)地熱資源調查評價，查明重點目標區(qū)區(qū)域地熱地質條件、巖漿巖的分布及埋藏條件，開展干熱巖開發(fā)利用相關技術研究，初步形成系統(tǒng)的干熱巖資源調查、開發(fā)技術支撐體系，逐步引領或推動我國干熱巖資源的大規(guī)模開發(fā)利用。通過項目實施，提出了東南沿海區(qū)域聚熱地熱成藏理論，初步形成了高溫熱巖鉆進技術體系，基于以上理論和技術，在廣東惠州施工的惠熱1井成功探獲中高溫自噴水熱資源，對于支撐服務東南沿海地熱資源勘查開發(fā)具有重要意義。

2.成果簡介

(1)基本查明東南沿海重點地區(qū)地熱地質條件，揭示出重點工作區(qū)地熱資源分布與導熱構造的關系(圖1)。東南沿海地區(qū)是我國最主要的高熱流花崗巖分布區(qū)，干熱巖熱源成因與深部殼?；顒痈鼮榫o密，這與東南沿海所處的歐亞板塊、菲律賓板塊和南海地塊復雜交匯大地構造背景直接相關。福建地區(qū)地熱異常以溫泉出露為主，福建南靖、南埕地區(qū)溫泉主要出露于NE向與NW向構造的交匯處，地下熱水化學類型為Na·HCO3、SO4·HCO3-Na型，熱儲溫度分別為115~153℃及144~148℃，水熱活動受斷裂控制明顯。廣東地區(qū)溫泉出露廣泛，主要出露在巖體或巖體與沉積盆地邊緣地帶，受巖體和區(qū)域性斷裂控制明顯。從化-永漢、橫瀝重點區(qū)地下熱水水化學類型為Na-HCO3、Ca-Na-HCO3及Na-Ca-HCO3型，熱儲溫度分別為56~108℃及120~150℃。瓊北地區(qū)新生代火山噴發(fā)活動強烈，玄武巖區(qū)調查未發(fā)現(xiàn)地熱異常?；鹕娇诜植紖^(qū)整體具有出口溫度低、pH值相對偏酸性、相對偏還原環(huán)境及TDS值偏低的特點。地下熱水化學類型主要為Na·HCO3。總體來看東南沿海地熱資源具有中低溫、裂隙深循環(huán)加熱、構造控制明顯的特點，目前的開發(fā)利用以洗浴療養(yǎng)和水產養(yǎng)殖為主。

圖1 東南沿海地熱地質調查野外現(xiàn)場

a—巖性構造調查;b—同位素水樣采集;c—野外井泉調查

(2)構建了東南沿海對流型地熱資源勘查評價的技術方法與地熱成藏模式，為區(qū)域地熱找礦提供理論技術支撐。以往東南沿海隱伏巖體區(qū)缺乏深部熱儲測試參數(shù)及資源量評價方法，經過實地調查、深入研究，建立起地面調查為基礎，重點區(qū)開展地球物理勘查與地球化學調查，選定靶區(qū)開展地熱鉆探，開展測井和熱儲工程測試獲取深部巖石地質、熱物性參數(shù)，評價資源量和開發(fā)利用潛力的東南沿海對流型地熱資源勘查評價技術方法。在該技術方法指導下，創(chuàng)新總結了東南沿海地熱具有酸性巖體放射性生熱，斷裂導熱加之蓋層保熱的聚熱模式，燕山晚期花崗巖生熱率可達6.4μW/m3，是殼源熱源的主要組成部分;區(qū)域性斷裂構造作為導熱通道溝通深部熱源與淺地表，將深部熱量傳導至淺部;沉積蓋層對酸性巖體放射性生熱和斷裂傳導至淺部的熱量起到蓋層保溫作用，阻擋了熱量的散逸。聚熱地熱成藏理論和勘查評價技術方法的建立為東南沿海地熱找礦提供了理論和技術依據(jù)。

(3)廣東惠州鉆獲中國東部溫度最高，壓力和流量最大的高產能地熱井，地熱發(fā)電潛力顯著，為東南沿海中高溫地熱資源勘查開發(fā)指明方向?；轃?井位于惠州市惠城區(qū)橫瀝鎮(zhèn)黃沙洞村，區(qū)域上位于北東向紫金-博羅區(qū)域性斷裂帶的南東側約12km，蓮花山區(qū)域性斷裂帶北西側約40km。井位工區(qū)主要為北東向壓扭性斷裂與北西向張性斷裂控制，且北西向張性斷裂顯示為低阻，且前期溫泉(井)在北西向斷裂帶內出露，因此認為黃沙洞地熱田的熱成因模式為深部熱源沿北東向壓扭性斷裂帶傳導至淺部，遇到北西向張性低阻斷裂帶，以流體為介質將熱傳遞至地表，形成溫泉。按照此熱成因模式，鉆探選址于壓扭性斷裂帶北西側下盤，且位于張性低阻斷裂帶中。鉆井深度為3009m，鉆遇地層從淺至深依次為第四系(0~20m)、寒武系(21~466m)、震旦系(467~1565m)和侏羅系巖體(1566~3009.17m)(圖2)。通過巖屑錄井、取心、測井工作，發(fā)現(xiàn)東南沿海地區(qū)典型巖體熱侵位垂向變質序列，鉆孔于1550m深處成功揭穿沉積蓋層，進入下部隱伏花崗巖體，鉆遇地層巖性從淺至深依次是砂巖、千枚狀頁巖、炭質/粉砂質板巖、構造角礫巖、硅化石英砂巖、絹英巖化花崗巖以及二長花崗巖。

圖2 惠熱1井綜合巖性柱狀圖

在新的勘查評價技術方法指導下，惠熱1井于2900m測得熱水溫度為127.7℃(圖3)。在此基礎上開展了放噴試驗熱儲工程測試，自2019年3月26日安裝放噴井口裝置至4月9日關井，歷經3次引噴，歷時16天。測試顯示，井口最高穩(wěn)定溫度118℃，最大流量137m3/h，最大允許開采量268.3m3/h，井口工作壓力0.22MPa。據(jù)初步測算，按照16%的發(fā)電效率，考慮綜合利用發(fā)電后溫度50℃，惠熱1井單井產能達到3MW。

圖3 惠熱1井熱儲工程測試現(xiàn)場圖

a—放噴井口裝置;b—放噴水汽效果;c—溫度、壓力、流量記錄

3.成果意義

東南沿海地熱地質條件的查明為我國東南沿海地區(qū)中低溫地熱資源的勘查評價提供了基礎，通過本次調查評價，項目總結出的東南沿海對流型地熱資源勘查評價的技術方法與地熱成藏模式，為尋找同類型地熱資源提供了理論和技術依據(jù)?；轃?井探獲的中高溫地熱資源說明東南沿海地區(qū)地熱資源不僅可以實現(xiàn)溫泉洗浴療養(yǎng)的規(guī)模化開發(fā)，而且具備中高溫發(fā)電潛力，梯級開發(fā)利用前景十分廣闊。

(中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所 甘浩男;北京探礦工程研究所 張德龍供稿)