荆门城区十里牌掩埋型地热田地质特征研究

李智民， 谭光超， 彭正华， 李姗姗， 赵德君

(湖北省地质局 水文地质工程地质大队，湖北 荆州 434020)

荆门市十里牌地热田位于荆门市中心城区，是沿南漳—荆门断裂带赋存的一个水热形式的掩埋型地热田。2016年实施的两个钻孔均为自流型地热井，流量分别为2 555.52 m3/d、1 348.32 m3/d，水温分别为50.2 ℃、49.2 ℃，是近年来鄂西地区罕见的温度较高的高产地热井。

1 区域地质条件

1.1 气象水文

研究区属于亚热带温暖季风型气候，冬冷夏热，多年平均气温15.9 ℃；1月最冷，平均气温3.2 ℃；7月最热，平均气温27.8 ℃。区内水系不发育，最大的河流是穿越城区的汉江支流——竹皮河，属间歇性季节河。

1.2 地形地貌与地层岩性

地热田所处的荆门市城区位于江汉平原的西北侧边缘，地貌类型属剥蚀丘陵—弱侵蚀堆积岗波状平原地貌区，地势北高南低，高程80～130 m。十里牌地热田范围内大部分被第四系松散堆积物覆盖，东北部出露白垩系粉砂岩夹泥岩。其地热田西北—北部主要出露志留系—三叠系的粉砂岩及页岩、灰岩、白云岩，西部平原区堆积有第四系松散堆积物。

1.3 区域构造格架与断裂构造

研究区大地构造属于新华夏系第二沉降带江汉盆地西北缘与淮阳山字型构造前弧西翼(即第三隆起带荆山弧形褶皱带)的交接地带[1]，荆门断裂是测区主控断裂，以荆门断裂为界，其东侧为荆门断凹，西侧为荆当盆地，北部居中部位为荆山弧形褶皱带。

南漳—荆门断裂纵贯测区中部。在十里牌以北，构造行迹非常明显；十里牌以南，被新生界地层所覆盖成隐伏断裂[2]。十里牌以北，断裂沿古生界与白垩系红层接触处通过，断层破碎带宽20～30 m，最宽可达80 m，构造岩由压裂岩、压碎岩、角砾岩、糜棱岩及断层泥组成，断层走向N20°W，倾向NE，倾角70°。十里牌以南，断裂为中—新生界堆积物所覆盖，成隐伏状态，该段断裂总体走向N20°W，倾向NE，断层倾角>70°，断裂带宽度10余米至100 m，向下延伸深度>900 m，十里牌地热田即位于隐伏断裂带附近。

1.4 地下水系统

区内地下水的形成受地形、地层岩性和断裂构造控制。荆门断裂以东，大面积分布的白垩系—古近系红层隔水层，在与荆门断裂交界处，形成NNW向，贯穿研究区中部的隔水边界。以荆门断裂和研究区中部的地表分水岭为界，可将研究区地下水分为东、中、西等3个相对独立的地下水系统。西部以碎屑岩裂隙水为主，水量相对贫乏，地下水总体由北东—南西径流，最终向漳河水库排泄；中部为区域内主要含水层，富含岩溶水，地下水径流总体呈“漏斗状”，向东南部“咽喉”部位汇集；断裂东部大面积分布的白垩系红层富水性贫乏，尤其是深部地层孔隙、裂隙不发育，起到隔水作用，沿南漳—荆门断裂带构成地下水相对富集带，极具开发利用价值(图1)。

图1 研究区综合水文地质图Fig.1 Comprehensive hydrogeological map of the study area1.松散岩类孔隙水——水量贫乏；2.碳酸盐岩裂隙岩溶水——水量丰富；3.碳酸盐岩裂隙岩溶水——水量中等；4.碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙岩溶水——水量中等；5.碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙岩溶水——水量贫乏；6.碎屑岩孔隙裂隙水——水量贫乏；7.碎屑岩裂隙水——水量贫乏；8.火成岩裂隙水——水量贫乏；9.相对隔水层；10.上升泉；11.地下水流向；12.地热钻孔。

研究区地下水补给来源主要为大气降水，大气降水通过裸露的碳酸盐岩裂隙、构造裂隙及断裂带下渗补给，地下水总体上由西北至东南径流，在荆门断裂处受白垩系红层阻水，沿断裂带排泄，形成集中富水区。

2 地热田地质特征

2.1 热储模型

研究区位于荆山弧形褶皱带南端，沿荆门断裂呈条带状展布，北至十里牌林场，南至双泉林场南约2 km处，宽约2 km，长约3 km。

施工的ZK1和ZK2孔均是在揭穿侏罗系底部炭质页岩进入三叠系嘉陵江组灰岩中的溶洞时发生热水喷涌，可见荆当盆地内沉积的巨厚层新近系泥灰岩、粘土岩和侏罗系碎屑岩及底部的炭质页岩是良好的天然隔热层，是热储层上部的盖层，下部热储层为三叠系嘉陵江组灰岩，荆门断裂是区内的控热构造(图2)。

图2 热储模型剖面图Fig.2 Profile of thermal storage model

2.2 热储埋藏特征

十里牌地热田热储为沿荆门断裂带分布的三叠系碳酸盐岩。研究区在第四系松散堆积物之下分布有三个含水层(组)，自上而下依次为：①上部为新近系掇刀石组(N2d)碳酸盐岩夹碎屑岩含水层(组)，局部裸露于地表，厚度为50～180 m，由北向南逐渐增厚；②中部为侏罗系香溪群(J1X)碎屑岩含水层(组)，含水层顶板分布高程+50～-100 m，厚度为150～550 m，由北向南埋深增大、厚度增加；③下部为三叠系嘉陵江组(T1j)碳酸盐岩含水层(组)，顶板分布高程-50～-650 m，由北向南埋深增大，厚度>270 m(荆23孔)，探测深度内未见底(图3)。

图3 研究区侏罗系碎屑岩与三叠系碳酸盐岩顶板等高线图Fig.3 Contour map of the top plate of Jurassic clastic rocks andTriassic carbonate rocks in the study area.侏罗系碎屑岩含水层顶板等高线；2.三叠系碳酸盐岩含水层顶板等高线；3.荆门断裂；4.勘探钻孔及编号。

2.3 热异常特征

荆门十里牌地热田地表无热异常显示，根据钻孔施工过程中测温的结果分析，十里牌地热田的热传递形式主要为热对流型，其介质主要为地下水。在热对流作用下，地温梯度值较上覆岩石低，测温曲线往往显示下部斜率大于上部，在气温相对稳定的情况下，水温随钻孔深度的增加而上升(图4)，这种传递形式主要发生在储热、导热破碎带、岩溶裂隙含水系统内。

3 地热田成因简析

通过地热田地质条件、水化学特征、同位素化学特征等分析，可以清晰地认识到该地热田是特定的地质、水文地质、地形等条件的产物。

按热储层岩性类型划分，该地热田属于碳酸盐岩储热类型；按形成的地质构造条件划分，该地热田属于荆当盆地岩溶裂隙水深循环——荆门断裂导水型；按照赋存与出露特征划分，该地热田属于掩埋型。

该地热田地下热水的成因可概括为：地下水于荆门市西北部肖堰—栗溪一带中低山裸露的碳酸盐岩区接受补给，补给高程400～500 m[3]；向南于荆当盆地深部运移至工作区，工作区下伏三叠系嘉陵江组灰岩岩溶裂隙和构造裂隙是地下热水的运移通道、储存空间；荆门断裂是地热田的控热构造，延伸长170 km，切割深度上千余米，使得地下水能够与地壳深部产生热量交换，热储循环深度达1 180 m，并与岩体发生充分的水岩相互作用；地下热水运移至工作区一带，上部受荆当盆地侏罗系碎屑岩与新近系泥灰岩、粘土岩覆盖，东侧受荆门断凹沉积白垩系—第三系巨厚的红色岩系阻挡，西侧受荆当盆地侏罗系砂页岩阻挡，南侧在曹家山一带受侏罗系砂页岩隆起的影响，径流减缓，从而使得地下热水在工作区处呈现狭长条带状赋存、径流缓慢的承压水特征，当钻孔揭穿上部热储盖层时，地下热水喷涌而出。

4 结语

荆门市十里牌地热田位于中心城区，区位优势非常明显，在600～700 m即可揭露地热流体，水质优良，开采技术条件良好。地热资源的开发，将为荆门市增加新的经济增长点，同时带动旅游等相关产业的发展，城市品位也必将得到很大提升。

荆门市十里牌地热田为掩埋型地热田，地表无热异常显示。十里牌地热田的形成严格受南漳—荆门断裂控制，并受到东部汉江夹道和南部江汉盆地碎屑岩隔水边界控制。因此，加强该断裂(尤其是隐伏段)研究，对地热勘查和开发利用有着十分重要的意义。研究表明，在构造掀斜作用下，沿荆门断裂隐伏段由北向南，三叠系碳酸盐岩热储埋深逐渐增大，但热流体温度增高明显，在今后的勘查中，应将沿荆门断裂南段十里牌林场—团林作为重点靶区开展研究，进一步查明其地热田边界条件，为地热资源开发利用提供科学依据。