万建军, 孙占学, 胡宝群, 王安东, 刘金辉,刘成东, 陈功新, 李小聪
(1. 东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地,江西 南昌 330013;2. 东华理工大学地球科学学院,江西 南昌 330013;3. 东华理工大学水资源与环境工程学院,江西 南昌 330013)
广东佛冈岩体放射性地球化学特征及其干热岩资源潜力研究
万建军1,2, 孙占学1,3, 胡宝群1,2, 王安东1,2, 刘金辉1,3,刘成东1,2, 陈功新1,3, 李小聪1,2
(1. 东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地,江西 南昌 330013;2. 东华理工大学地球科学学院,江西 南昌 330013;3. 东华理工大学水资源与环境工程学院,江西 南昌 330013)
干热岩资源不同于传统的化石能源,具有可再生、储量大、高度清洁等优势。粤北佛冈地区地热活动明显,岩体时代较新,出露面积巨大,有利于形成干热岩系统。佛冈岩体主体岩性为燕山期黑云母花岗岩,37个花岗岩样品U, Th, K含量的平均值分别为11×10-6,51×10-6,5.12%,Th/U比为4.96,密度为2.56 g/cm3,单位体积生热率平均值为6.77 μW/m3。区内发育的NE向、EW向深大断裂和次一级断裂,共同控制着地温场的分布。此外,研究区相对薄的岩石圈厚度表明地幔热也是佛冈岩体的重要热源之一。初步结论认为,佛冈岩体生热率远高于世界范围内花岗岩的平均值,放射性生热元素含量高,且区内导热、控热构造明显,地壳厚度低于周边地区,可做进一步详查评估工作。
干热岩;放射性生热元素;生热率;佛冈岩体
万建军,孙占学,胡宝群,等.2015.广东佛冈岩体放射性地球化学特征及其干热岩资源潜力研究[J].东华理工大学学报:自然科学版,38(4):398-406.
Wan Jian-jun,Sun Zhan-xue,Hu Bao-qun,et al.2015.Radiogenic geochemistry investigation on granitic rocks from Fogang complex, northern Guangdong province and its implications for hot dry rock resource[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 38(4):398-406.
伴随全球经济的快速增长,世界各国家对能源的需求量逐渐增大,传统化石燃料价格飙升,且由于过去大量使用而诱发了一系列的社会环境问题、增加后期治理成本。因此,减少碳排放,大力寻找并发展干净、清洁的可再生能源成为大势所趋。在此过程中,干热岩资源逐渐进入各个国家政府及科技人员的视野(Robinson et al., 1971; Blair et al., 1976; Kim, 2001; 汪集旸等, 2001, 2012)。干热岩(hot dry rock,缩写为HDR)是1970年代由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家首次提出,特指一种埋藏于地下一定深度(2~6 km),内部不存在流体(低渗透率)的高温岩体,具体温度变化范围为150~650 ℃,主要是各种变质岩或结晶岩体,包括花岗质片麻岩、花岗岩和花岗闪长岩等中酸性岩石(Robinson et al., 1971; Blair et al., 1976; Rybach, 1988; Portier et al., 2009; Clauser,2011;汪集旸等, 2012; Wang et al., 2014; Sun et al., 2015)。要提取干热岩的能量,需要在地面挖掘深井并进行人工激发,资料中通常称这种获取干热岩能量的系统为EGS—Enhanced Geothermal Systems,即增强型地热系统(Portier et al., 2009; Wang et al., 2014)。理论上,干热岩地热资源无处不在,但受制于开发技术和生产成本,目前全球范围内适合干热岩开发的区域并不多。最近理论研究和勘探开发实践均表明,适合干热岩开发的区域显示出一定的岩石学、构造地质学、年代学、地热学和放射性地球化学特征。跟据最新报道统计,目前世界上已经有8个国家,包括美国、英国、日本、瑞士、瑞典、法国、德国和澳大利亚开展了干热岩钻探实验(Wang et al., 2014)。截止到目前为止,干热岩EGS试验中最重要几个代表性实例主要包括美国Fenton山、英国康沃尔、日本的Hijiori以及法国的Soults。其中,美国Fenton山基地热储深度2.8~4.2 km,生产温度为155~183 ℃;英国康沃尔热储深度2.2 km,生产温度为70 ℃;日本的Hijiori热储深度1.8~2.2 km,生产温度为165~180 ℃;法国的Soults浅部热储2.9~3.5 km,生产温度为135 ℃。
地热学和已有的干热岩研究结果显示,热流值较高区域和高产热区通常是位于板块运动活跃带或构造活动带,我国滇藏和东南沿海等地区具备这样的条件(汪集旸等, 1988,2012)。华东南南岭山系粤北佛冈地区是欧亚板块的重要组成之一,构造活动频繁,地热活动强烈,地表热流明显。此外,区内有大量中生代及新生代火成岩,结晶岩多为花岗岩及花岗闪长岩,且已探明大量铀矿点,放射性生热元素(U,Th,K)的含量明显高于其它地区,符合Rybach等(1988)以及Chopra等(2003)提出的干热岩识别标准(Robinson et al., 1971; 胡圣标等, 1994; 赵平等, 1995; 张旗等, 2013)。此外,佛冈岩体属华南褶皱系的粤北坳陷区域,周围发育大量规模较大、对于热量存储有重要作用的断陷盆地,沉积了巨厚的中新生代红色岩系,如河源盆地、南雄盆地、仁化丹霞盆地等(凌秋贤等, 2005; 杨振强等, 1996; 王军等, 2014)。
因此,岩石类型、地表热流分布和地表储热盖层等地质特征均表明佛冈岩体具有较好的干热岩开发潜力。目前,我国干热岩研究尚属于起步阶段,在粤北及其周边地区尚未开展系统全面的调查工作。因此,在佛冈岩体尽快进行进一步详细的干热岩地质评估,对于推动东南沿海省份、乃至全国范围的干热岩资源的研究工作,以及建立一些干热岩评价体系和标准,都具有重要的意义。本文在前人岩石学、构造地质学、地热学、地球化学和年代学研究成果的基础上,对佛冈岩体主体花岗岩开展放射性地球化学研究,探讨该地区干热岩开发潜力。
佛冈花岗岩体位于粤北地区,出露面积大致为6000 km2,分布范围跨越清远、新丰、佛冈、从化等多个县(市),整体呈东西向分布于北纬23°39′—24°27′和东经113°17′—114°47′的区域内(陈小明等, 2002)。大地构造上,佛冈岩体位于华南板块的东南缘,其东部属滨西太平洋构造域,西部则进入滨特提斯-喜马拉雅构造域,与大东山-贵东、骑田岭-九峰山两条近EW向的花岗岩带彼此平行,共同组成华南规模巨大的南岭花岗岩群。研究表明,佛冈岩体所处位置发育在华南前震旦纪-早古生代强烈褶皱-变质的基底上;自印支期华南-华北(北侧)、华南-印支(南西侧)诸陆块拼合以来,又经历了中、新生代陆内的多期构造-岩浆-沉积作用。同时该区也发育了华南地区最大规模的早中生代花岗岩和裂谷盆地。由于佛冈岩体所处粤北地区处于板块构造活跃地区,其地表热流较高,内有丰富的地下热水资源,包括有汤塘温泉、大陂九鳅落湖温泉、石角镇塘二温泉与水头龙美温泉等,水温可达73~81 ℃。据汪集旸等(1988)研究,佛冈及其周边地区地表大地热流值范围大致为61.5~93.8 mW/m2。佛冈岩体主要受控于EW向的佛冈-丰顺深大断裂,伴有NE向的恩平-新丰断裂,处于构造夹持区,由二者联合控制侵位(陈小明等, 2002; 包志伟等, 2003; 刘昌实等, 2003; 舒良树等, 2006),如图1所示。
佛冈岩体为典型的复式岩体,出露花岗岩的时代包括加里东期、海西期、印支期和燕山期,其中最为发育,分布最为广泛的是燕山早期花岗岩。佛冈主体花岗岩为中粗粒黑云母二长花岗岩、中粗粒斑状黑云母花岗岩,分布少量花岗闪长岩和碱性正长岩等(陈小明等, 2002; 刘昌实等, 2005)。佛冈地区盆地性质主要属中国东南部晚中生代-新生代陆相断陷盆地,典型特征为成分复杂,盆地规模较小,但常常成群、成带分布,成因机制较为复杂。研究区内盆地性质及展布规律严格受周围NE-EW向深大断裂控制,盆地岩石组合主要为凝灰岩、砾岩和夹沉积碎屑岩层(刘昌实等, 2003,2005; 舒良树等, 2006)。
2.1 岩石学特征
佛冈大规模花岗岩基的主体岩石包括燕山期的中粗粒斑状含角闪石黑云母花岗岩、中粒黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩、中细粒黑云母二长花岗岩以及少量的中基性闪长岩、角闪辉长岩,岩石总体表现为从早期中性到晚期酸性演化,它们主要分为五期,形成的时间跨度为早侏罗世-晚白垩世,推测应属同一期大的岩浆事件产物(陈小明等, 2002; 包志伟等, 2003; 刘昌实等, 2003,2005)。区内花岗岩常呈肉红色或灰白色,普遍含较自形的钾长石斑晶,大小及分布不均匀,为典型的斑状结构,块状构造(图2)。此外,所采花岗岩中部分样品还可见少量细粒的中基性石英闪长质-花岗闪长质岩石包体,这与徐夕生等(2007)在该地区所报道的岩石描述一致。
图1 佛冈岩体区域地质图(据包志伟等, 2003)Fig.1 The geological sketch map of the Fogang pluton ( modified from Bao et al., 2003 )1.燕山第二期石英闪长岩; 2. 燕山第三期黑云母花岗岩; 3. 燕山第四期黑云母花岗岩; 4. 燕山第四期二长花岗岩; 5. 燕山第五期花岗斑岩; 6. 燕山第五期碱性花岗岩; 7. 推测及实测断裂; 8. 深大断裂; 9. 温泉出露点; Cm1. 震旦系复理石建造; Cm2. 寒武纪复理石建造; lm1. 泥盆至下石炭碎屑岩建造; By1. 上三叠-下侏罗碎屑岩建造
本次研究共在佛冈岩体12个不同位置采集了37块地表出露的新鲜花岗岩样品,未见明显蚀变现象,表1列出了花岗岩样品手标本的主要造岩矿物平均含量。
表1 花岗岩样品手标本主要造岩矿物含量
注:表中含量为岩石样品中对应矿物的体积分数平均值。
2.2 U,Th,K放射性地球化学特征
放射性元素衰变过程中产生的放射性衰变热是岩石圈内热的主要来源之一。组成岩石中自然产出的各类矿物内部放射性元素种类繁多,对于放射性生热贡献较大的元素,需满足丰度高、半衰期长、生热量高等条件(Robinson et al., 1971; Rybach, 1988)。前人研究证实放射性元素U,Th,K具备上述特点,是干热岩放射性生热的主要来源,其含量也成为考量干热岩质量的重要标准之一(Robinson et al., 1971; Rybach, 1988; 赵平等, 1995)。
本次花岗岩样品的U,Th,K含量测试工作由广州澳实矿物实验室完成,其中K2O含量通过X荧光光谱法(XRF)测定,U和Th含量通过电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定,分析结果如表2所示。从表中可以看出,佛冈地区花岗岩的U含量变化范围为(30~77)×10-6,平均值为51.41×10-6,Th含量变化范围为(4~23)×10-6,平均值为11.46×10-6,K2O含量变化范围为3.27%~6.17%,平均值为5.12%,Th/U比值较为稳定,比值范围为2.46~2.62。与粤北地区其他岩体(诸广、贵东、下庄、热水岩体)相比较,优势明显,高于大部分岩体及粤北地区花岗岩的平均值(Sun et al., 2015)。
表中数据显示,U,Th,K在不同类型花岗岩中的含量也有一定差异,具体体现为随岩石酸性程度的递增,三种元素的含量呈正相关增加的趋势。此外,按主要造岩矿物的粒度区分,也可看出矿物颗粒较大者,放射性元素的含量较高,推测可能与成岩过程中矿物结晶程度有关。Webb 等(1987)也提出,U,Th作为大离子亲石元素,会在岩浆演化过程中随岩浆分异程度而逐渐增加。
图2 佛冈花岗岩野外露头(A)及样品手标本照片(B)Fig.2 The photograph of field outcrop (A) and samples of Fogang granite (B)
2.3 放射性生热率特征
岩石放射性生热率参数是判断干热岩的生热能力的重要参数,岩石生热率(QA)是指一定体积的岩石在一定时间内由所含放射性元素通过放射性衰变所产生的能量,单位为μW/m3,可由实测的岩石中U,Th,K三种放射性元素含量计算获得(Rybach, 1988; Chopra et al., 2003)。本文采用Rybach等(1988)提出,且据天然放射性核参数修正过的计算式:
QA[μW/m3]=10-2×ρ[g/cm3]×(9.52×CU[×10-6]+2.56×CTh[×10-6]+3.48×CK[%])
式中,QA为岩石生热率(μW/m3),CU,CTh分别为岩石中的U,Th含量(10-6),CK为K的重量百分比(wt.%),ρ为岩石密度(g/cm3)。其中,岩石密度通过蜡封法测定,测试工作在东华理工大学核资源与环境重点实验室完成,同一样品的多次测试结果显示其分析精度在±5‰误差范围内(赵天宇等, 2009)。岩石放射性生热率计算结果如表2所示。
从表2可以看出,佛冈岩体花岗岩密度值相对集中,变化范围为2.46~2.62 g/cm3,平均值为2.57 g/cm3,与世界范围内花岗岩的平均值一致。岩石生热率除少许特高值外,表现出生热率依岩性变化而波动较大的现象,变化范围为4.27~9.65 μW/m3,平均值为6.77 μW/m3,这与赵平(1993)的结果完全一致,主要集中在5~8 μW/m3区间,远高于世界范围内花岗岩放射性生热率的平均值2.5 μW/m3,可称之为高产热花岗岩(HHP)。
值得注意的是,将佛冈岩体(重熔型花岗岩)与华南26个岩体进行对比(张祖还等, 1991),其U均值高于华南地区均值9.7 ×10-6,其中,重熔型花岗岩11.9 ×10-6(5.2×10-6~21.9 ×10-6),同熔型花岗岩6.9 ×10-6(3.7×10-6~13.9×10-6),幔源型3.0 ×10-6。表明佛冈地区干热岩指标较其它地区高之外,还说明重熔型花岗岩往往具有较高的生热率,大于同熔型和幔源型,进一步指出大规模多阶段多期次的岩浆活动可以促使生热元素向地壳表层迁移(张祖还等, 1991)。
遥感解译工作主要通过ERDAS IMAGINE 9.2和MAPGIS 6.7软件共同进行,源图像数据来自中国资源卫星应用中心,卫星编号为CBERS-02,传感器型号为CCD,空间分辨率为20 m。
从大地构造上看,佛冈岩体所在的南岭岩浆-构造带属于华南褶皱系的分支,其历史演化过程大致包括三个大的构造旋回:即加里东构造旋回,印支构造旋回以及燕山构造旋回(杨振强等, 1996; 陈小明等, 2002; 凌秋贤等, 2006; 舒良树等,2006; 曹豪杰等, 2011)。其中,佛冈地区燕山期构造事件形成了区域主要的深大断裂和大量的次级断裂,控制着区内岩浆侵入及热流活动(杨振强等, 1996; 凌秋贤等, 2006; 包志伟等, 2003; 刘昌实等, 2003,2005)。通过遥感解译(图3),图中可见两条主要的深大断裂,切割深度大,延伸长度长,分别为NE走向的恩平-新丰断裂带、EW走向的佛冈-丰良断裂带。深大断裂旁常见多组走向的次一级断裂伴生,该类型断裂数量众多,构造复杂,走向同样大致以NE向、EW向为主,多集中于岩体西南部和北东部,具体包括汤塘断裂、大白洞-九曲刃断裂、永胜-下白沙断层等,大致百余条。
图3 佛冈岩体遥感解译图Fig.3 Remote sensing inter pretation chart of Fogang pluton①佛冈-丰良断裂; ②恩平-新丰断裂; ③高要-惠丰断裂;
将遥感解译图与佛冈地区区域地质图比较不难发现,区域内大规模的岩体与断裂关系密切,花岗质岩浆侵入受构造控制明显。而且,深断裂引发的一些重熔型花岗岩体的侵位,为生热元素的活化和迁移提供了通道,提供了放射性生热元素U,Th,K的来源与赋存空间,对地温场的温度聚集也产生了积极作用(张祖还等, 1991; 赵平, 1993;罗文积等,1997)。此外,从遥感图中后期标注的温泉出露位置也可以侧面看出,佛冈地区较高的地温场绝大部分位于北西向断裂与北东向断裂的夹持区,其中,北东向断裂是控热构造,北西向断裂是导热构造(姚金等, 2011)。在两组断裂的交汇地段,温泉常呈串珠状产出,如NE向的恩平-新丰断裂带上可见10处温泉出露,EW向的佛冈-丰良断裂带上有14处温泉出露。
因此,遥感解译分析结果显示,佛冈岩体内广泛发育NE向、EW向的深大断裂和次一级断裂,其共同控制着地温场的分布。
前人研究发现,稳定大陆地区地表热流值主要由两部分组成,分别是地壳放射性元素衰变所产生的地壳热流和地幔上涌所引起的地幔热流(汪集旸等, 1988; 胡圣标等, 1994; 赵平等, 1995; 赵天宇等, 2009; 欧阳庆等, 2011; 张旗等, 2013; 黄海波等, 2014)。因此,受地表热流影响较大的干热岩体系,在其热量来源方面,地幔的热贡献也占有一定比重,而地壳厚度将直接影响地幔的热流强度、分布区域、影响范围等(Anderson et al., 1984; 赵平等, 1995; Chopra et al., 2003; 姚金等, 2011)。
从图4东南沿海地区地壳厚度图中可以看出,广东省及其邻省地壳厚度变化范围为26~32 km,并且由NW向SE方向,地壳厚度表现为逐渐变薄,具有明显分块特征。据此,可以间接推测从大陆内部到沿海地区,地壳一定深度内地温场受地幔热的作用将会逐渐增强(汪集旸等, 1988; 赵天宇等, 2009; 汪集旸等, 2012; 张旗等, 2013; 黄海波等, 2014)。图中红色矩形区域为佛冈岩体,区内地壳厚度变化范围为26~30 km,大部分区域处于29 km以下,低于世界平均地壳厚度35 km,为地壳较薄区域。区内中部及西南部,存在较为明显的蓝色地壳减薄区域,地壳厚度为26 km左右,符合干热岩靶区指标评价体系中合适的居里面埋深参数标准。因此,除放射性热贡献之外,地幔热也是佛冈杂岩体的重要热贡献源之一。
图4 研究区域地壳厚度图(据黄海波等, 2014)Fig.4 The average crustal thickness of study area(modified from Huang et al., 2014)1.南澳-长乐断裂带;2.政和-大埔断裂带;3.高要-长宁断裂带;4.西江断裂带;5.四会-吴川断裂带
佛冈地区地壳厚度减薄引起的大规模岩浆-热事件(张旗等, 2013; 黄海波等, 2014),还将会导致地壳内放射性元素的活化、迁移,进一步富集。将地壳厚度图与区域内断裂对比,也可以佐证区内生热岩体、地壳厚度与断裂关系密切的特点。此外,汪洋(2006)和叶卓等(2013)通过地热学研究以及岩石圈电性结构特征分析显示,粤闽等东南沿海地区岩石圈由较强的上地壳和较弱的下地壳组成,推测类似环境的地区岩石圈遭受热侵蚀,或局部的软流圈底辟(汪洋等, 2006; 叶卓等, 2013)。
在对佛冈地区地表温度图的对比中也可以发现,区内确实存在若干个地表温度高于背景温度值的区域,如图5所示。但其具体的高温形成机制,可能并不一定是由地壳减薄这一单一机制引起,还需进一步详细的工作验证。
图5 佛冈地区地表温度图(红色方框为地表温度异常区)Fig.5 The average ground surface temperature of Fogang area
由前文放射性元素特征分析可知,佛冈地区花岗岩样品U, Th, K含量的平均值分别为11×10-6,51×10-6,5.12%,Th/U比为4.96,岩石密度为2.56 g/cm3,单位体积生热率平均值为6.77 μW/m3。以上各项数据都指示佛冈地区花岗岩属于高产热花岗岩,其干热岩参数显著优于周边岩体或中国东南部其他省份岩体。本次研究表明佛冈岩体大部分区域地壳厚度小于29 km,低于广东及其邻省统计的大部分地壳厚度(26~32 km),有利于深部幔源热量对干热岩资源潜力的贡献。
大地热流值主要由地壳热流值贡献(Qc)和地幔热流值贡献(Qm)两部分组成(Morgan, 1984),如下式:
大地热流值=地壳热流值贡献(Qc) + 地幔热流值贡献(Qm)
据汪集旸等(1988),可知佛冈及其周边地区地表大地热流值范围为61.5~93.8 mW/m2。佛冈花岗岩平均生热率为6.77 μW/m3,假设放射性集中层厚度取值范围为9~11 km,可计算得地壳热流值(Qc)范围为60.9~74.5 mW/m2。因此,佛冈岩体地幔热流值(Qm)为0.6~19.3 mW/m2,明显低于地壳热流值贡献(Qc),Qc/Qm>1,Qm对地表热流值的贡献率为21%~31%。由此表明,在该地区干热岩资源岩石圈热结构中,主要由地壳放射性元素衰变热为主,地幔热流占一定比例,但其比重较小。
佛冈地区构造活动明显,区内发育大量NNE,NW向断裂,这些断裂严格控制了佛冈地区花岗质岩体的分布以及岩浆活动,有利于放射性生热元素的活化及深部热流的运移。然而,干热岩开发潜力的评估,并不只是高产热花岗质岩体及控热、导热构造单一控制,还必须具备能够保存热量的沉积盖层。佛冈地区内出露大量晚中生代-新生代陆相断陷盆地,成分复杂,常常成群、成带分布,主要成分为凝灰岩、砾岩和夹沉积碎屑岩层,可以有效保存热量,形成一个完整的增强型地热系统。
综上所述,佛冈地区地热资源丰富,广泛分布的花岗岩单位体积生热率与热导率高,导热储热性好,干热岩开发潜力巨大,优势明显。
在对佛冈岩体进行多学科系统的分析和评价之后,得到以下结论:
(1) 佛冈岩体花岗岩样品单位体积生热率及U,Th,K含量等参数显著高于同处于粤北地区的诸广、贵东等岩体,在南岭地区干热岩开发前景中具有较明显优势;
(2) 佛冈岩体内广泛发育的NE向、EW向的深大断裂和次一级断裂,共同控制着地温场的分布;
(3) 佛冈地区地壳厚度相对较薄,来自深源的幔源热流也将为该地区干热岩提供热源。
佛冈岩体的生热率可达6.77 μW/m3,远高于世界范围内花岗岩放射性生热率的平均值2.5 μW/m3,放射性生热元素含量高,且区内导热、控热构造明显,地壳厚度低于周边地区。可对其进行进一步细致的干热岩评价工作,在一定范围内圈定干热岩示范靶区,完成基础数据、体系的补充工作,为广东省乃至整个华南的干热岩开发奠定基础。
致谢:野外工作期间得到广东省核工业地质局293大队冯志军工程师的帮助指导,在此表示感谢!
包志伟,赵振华. 2003. 佛冈铝质A型花岗岩的地球化学及其形成环境初探[J]. 地质地球化学,31(1): 52-61.
曹豪杰,黄乐真,沈渭洲,等. 2011. 粤北牛岱辉绿岩脉的地球化学特征及其成因研究[J]. 东华理工大学学报:自然科学版,34(4): 323-331.
陈小明,王汝成,刘昌实,等. 2002. 广东从化佛冈(主体)黑云母花岗岩定年和成因[J]. 高校地质学报,8(3): 293-307.
胡圣标,汪集旸.1994. 中国东南地区地壳生热率与地幔热流[J].中国科学(B辑),24(2): 185-193.
黄海波,郭兴伟,夏少红,等. 2014. 华南沿海地区地壳厚度与泊松比研究[J]. 地球物理学报,57(12): 3896-3906.
凌秋贤,张显球,林建南. 2005. 南雄盆地白垩纪—古近纪地层研究进展[J]. 地层学杂志,29(增刊): 596-601.
刘昌实,陈小明,王汝成,等. 2003. 广东龙口南昆山铝质A型花岗岩的成因[J]. 岩石矿物学杂志,22(1): 1-10.
刘昌实,陈小明,王汝成,等. 2005. 广东南昆山A型花岗岩定年和环带云母研究[J]. 地质论评,51(2): 193-200.
罗文积,陈家清. 1997. 双向汇聚热液成矿[J]. 甘肃地质学报,6(增刊): 44-49.
欧阳庆,钟江明,廖见海等. 2011. 庐山温泉地热水的成因解析[J]. 东华理工大学学报:自然科学版,34(1):81-85.
舒良树,周新民,邓平,等. 2006. 南岭构造带的基本地质特征[J]. 地质论评,52(2): 251-265.
汪集旸,胡圣标,庞忠和,等. 2012. 中国大陆干热岩地热资源潜力评估[J]. 科技导报,30(32): 25-31.
汪集旸,黄少鹏. 1988. 中国大陆地区热流数据汇编[J]. 地质科学,(2): 196-204.
汪集旸,孙占学. 2001. 神奇的地热[M]. 北京: 清华大学出版社: 1-80.
汪洋,汪集旸,邓晋福. 2001. 中国大陆地壳和岩石圈化学成分模型可信吗?——来自大地热流值的检验[J]. 地球化学,30(2): 186-193.
王军,张辉仁,赖中信,等. 2014. 粤北下庄矿田断裂构造对铀成矿的控制作用及其成矿模式[J]. 东华理工大学学报:自然科学版,37(2): 136-142.
徐夕生,鲁为敏,贺振宇. 2007. 佛冈花岗岩基及乌石闪长岩-角闪辉长岩体的形成年龄和起源[J]. 中国科学(D辑),37(1): 27-38.
杨振强,陈开旭,陈善庆,等.1996. 粤北晚古生代沉积盆地扩张和金属成矿作用[J].华南地质与矿产,(3): 23-30.
姚金,李静荣,凌造.2011. 粤北地热资源遥感调查探测模式与应用[J]. 地球信息科学学报,13(1): 144-150.
叶卓,李秋生,高锐,等. 2013. 中国大陆东南缘地震接收函数与地壳和上地幔结构[J]. 地球物理学报,56(9): 2947-2958.
张旗,金惟俊,李承东,等.2013. 地热场中“岩浆热场”的识别及其意义[J].地球物理学进展,28(5): 2495-2507.
张祖还,章邦桐. 1991. 华南产铀花岗岩及有关铀矿床研究[M]. 北京: 原子能出版社.
赵平. 1993. 中国东南地区岩石生热率研究[D]. 北京:中国科学院地质研究所.
赵平,汪集旸,汪缉安,等.1995. 中国东南地区岩石生热率分布特征[J].岩石学报,11(3): 292-305.
赵天宇,张虎元,严耿升,等. 2009. 电子天平在蜡封法密度试验中的应用[J]. 工程勘察,(5):6-9.
Anderson D L, Bass J D. 1984. Minerology and composition of the upper mantle[J]. Geophys, 11: 637-640.
Blair A G, Tester J W, Mortensen J J. 1976. LASL Hot Dry Rock geothermal project progress report[M]. New Mexico: Los Alamos National Laboratory.
Chopra P, Wyborn D. 2003. Australia’s first Hot Dry Rock geothermal energy extraction project is up and running in granite beneath the Cooper Basin, NE South Australia[C]//Proceedings of the Ishihara Symposium: Granites and Associated Metallogenesis: 43-45.
Clauser C. 2011. Radiogenic heat production of rocks[J]. Encyclopedia of Solid Earth Geophysics: 1018-1024.
Kim E E K. 2001. The economic value of sustainable development as applied to enhanced geothermal power generation[D]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology: 1-81.
Morgan P. 1984. The thermal structure and thermal evolution of the continental lithosphere[J]. Physics and Chemistry of the Earth, 15: 107-193.
Portier S, Vuataz F D, Nami P, et al. 2009. Chemical stimulation techniques for geothermal wells: experiments on the three-well EGS system at Soultz-sous-Forěts, France[J]. Geothermics, 38(4): 349-359.
Robinson E S, Potter R M, McInterr B B, et al. 1971. A preliminary study of the nuclear subterrene[M]. New Mexico: Los Alamos National Laboratory.
Rybach L. 1988. Determination of heat production rate[C]//Hänel R, Rybach L, Stegena L. Handbook of Terrestrial Heat Flow Density Determination[M]. Dordrecht:125-142.
Sun Z X, Wang A D, Liu J H, et al. 2015. Radiogenic Heat Production of Granites and Potential for Hot Dry Rock Geothermal Resource in Guangdong Province, Southern China[C]//Proceedings World Geothermal Congress 2015, Melbourne, Australia:1-5.
Wang A D, Sun Z X, Hu B Q, et al. 2014. Guangdong, a potential province for developing Hot Dry Rock geothermal resource[J]. Applied Mechanics and Materials, 492: 583-585.
Webb P C, Tindle A G, Barritt S D. 1987. Factors controlling the distribution of heat production in selected UK granites[J]. Geophysical Research Letters, 14(3): 299-302.
Radiogenic Geochemistry Investigation on Granitic Rocks from Fogang Complex, Northern Guangdong Province and its Implications for Hot Dry Rock Resource
WAN Jian-jun1,2, SUN Zhan-xue1,3, HU Bao-qun1,2, WANG An-dong1,2, LIU Jin-hui1,3,LIU Cheng-dong1,2, CHENG Gong-xin1,3, LI Xiao-cong1,2
(1. State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resources and Environment, East China Institute of Technology, Nanchang, JX 330013, China; 2. School of Earth Sciences, East China Institute of Technology, Nanchang, JX 330013, China; 3. School of Water Resources Environmental Engineering, East China Institute of Technology, Nanchang, JX, 330013, China)
Hot dry rock (HDR) resources is a kind of renewable, stable, clean energy with great potential in the future energy framework. The Fogang pluton located in the Northern Guangdong has obvious geothermal activities, lower age of rock mass and huge outcrop area, which is beneficial to form HDR geo-system. The major lithology of Fogang pluton is Yanshanian biotite granite, which has average U, Th, K contents iare 11×10-6, 51×10-6and 5.12%, respectively. The Th/U ratio and density is 4.96 and 2.56 g/cm3. The average radiogenic heat production of the investigated granite samples is 6.77 μW/m3with a range of 4.27~9.65 μW/m3. The heat flux of the Fogang area was controlled by both NE and EW deep faults and the second-order faults. In addition, the relatively thinner lithosphere thickness of the studied area implies that the mantle thermal also play an important role. The current study indicates that the radiogenic heat production of Fogang pluton is higher than the average of granite around the world, the contents of radiogenic heat elements is high, also the structures of heat-conduction and heat-coontrol are abundant. So this article believe that some further work are needed to be done in the future.
hot dry rock; radioactive element; heat production; Fogang pluton
2015-06-14
中国地调局地热地热调查项目(〔2011〕01-17-31);国家自然科学基金项目(41303041);江西省教育厅科研项目(GJJ14476);东华理工大学核资源与环境实验室自主基金项目(Z201403)
万建军(1991— ),男,硕士研究生,主要从事地球化学及地热学相关研究。E-mail: 15297946127@163.com 通讯作者:王安东(1985—),男,博士,讲师,主要从事同位素地球化学及地热学研究。E-mail: adw008@mail.ustc.edu.cn
10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.010
P595
A
1674-3504(2015)04-0398-09