广东省五华县转水镇维龙地热田地热资源特征及储量评价

杨 伟

(广东省地质局第八地质大队,广东 梅州 514089)

1 研究区概况

调查区地貌类型属山间冲积平原及残坡积丘陵地貌,四周为丘陵残坡,中部为冲积平原,平面上呈长条带状分布,地势较平坦,最低点为溪沟出口。周边山体植被发育,自然山体较稳定;冲积平原较平坦,附近建(构)筑物密集,居民点分布集中。调查区属亚热带季风气候,受东南季风影响明显,且处于低纬度地区,太阳辐射强,日照充足温和潮湿,多年平均气温20.6℃,多年平均降雨量1 530 mm。区域地层由老到新依次为震旦系、侏罗系中统漳平组、下统金鸡组及第四系。岩浆岩主要为燕山二期花岗闪长岩(γδ52(2))和燕山三期花岗岩(γ52(3))。

2 地热资源特征

2.1 地热田边界条件

维龙地热田平面上呈现出北东、南西向展布,维龙地热田地热异常区范围呈条带状,一侧为花岗岩、一侧为侏罗系砂岩,构造成为热流体边界,这种边界的形成是由维龙地热田的地层、构造及岩浆岩共同控制的结果(图1)。

图1 五华县转水镇维龙地热田矿区平面图

2.1.1 地层岩石

维龙地热田温泉点往往都是出露在该套岩石出露与燕山二期花岗闪长岩(γδ52(2))交接的地段。而在该套岩石埋深比较大、地势较高且断裂构造不甚发育的地段则形成地热田边界。

2.1.2 构造

维龙地热田为北东向构造断裂的地段,断裂构造发育,主要包括断裂破碎带及次生的节理裂隙,地热田热储正是储存在断裂构造破碎带中,通过断裂构造次生节理裂隙通道形成热对流,即断裂构造发育的地段热储发育、出露条件好,无断裂构造或者断裂构造发育程度不够的地段则形成地热田的边界。

2.1.3 岩浆岩

维龙地热田核实区及周边岩浆岩发育程度比较高,一方面为北东向深大断裂沟通深部热源形成热对流的提供了条件,另外一方面由于岩浆岩坚硬致密,透水性弱,密封性好,因此岩浆岩的发育,也为热储的形成提供了圈闭作用,形成热储边界。

2.2 热储特征

根据以往调查资料[1]提供的钻探揭露情况及本次储量核实钻探的揭露情况,热储特征及埋藏条件均体现出以下特点:

(1)维龙地热田地热异常区平面上为不规则的椭圆形,长轴展布方向总体为北西向、北东向(地热异常核心区长轴方向由北东向渐变为近北西向);热储埋藏于F1汤里断裂带破碎带及其次一级断裂带中,早期以泉的形式出露,后期由于大量的抽取地下水,基本不自流,不进行抽水时均能自流。

(2)维龙地热田核心区,热储埋藏浅,含水程度高,径流条件好,地热早期以温泉的形式出露,温度最高。在核心区与边界区过渡地段,热储埋深变大,径流条件相对差,温度向周边递减,热储埋藏变化情况可见水文地质Ⅰ- Ⅰ′、Ⅱ- Ⅱ′剖面(见图2和图3)。从1#～5#热水井情况可知,热储由切割侏罗系中统漳平组(J2zh)砂岩的F1汤里断裂带构造岩组成。

图2 Ⅰ-Ⅰ’地质剖面示意图 图3 Ⅱ-Ⅱ’地质剖面示意图

2.3 地热流体特征

2.3.1 地热存在形式及其出露条件

维龙地热田热储平面分布及埋藏受构造和岩性共同控制[2],平面上为条带状,长轴展布方向为近北东向、北西向(地热异常核心区长轴方向由北东向渐变为近北西向),在土层孔隙涌出,最高泉温为94.0℃。通过水下热泉调查和观察,热泉基本上垂直于北东向及北西向断裂成条带状分布,出水的裂隙是该断裂产生的次生裂隙。根据降压试验时各钻孔的静压水头与周边温泉点自流情况的观测,地热田总体流向推测为由地热异常区流向北东(图4)。

图4 研究区构造纲要图

2.3.2 热流体循环特征

本区地热田地下流体可体现在带状垂直对流运动的特征,热矿水的补给与运动复杂,主要是大气降雨补给围岩裂隙水,再通过构造裂隙带再补给深部热流体。大气降雨补给基岩裂隙水后,通过构造裂隙带往深部运移,适当的深度吸收了地热能,在热动力与水动力的共同作用下[3],沿断裂带(北西向汤里断裂F1、近南北向F2断裂)往浅部径流上涌,最后在地势较低处出露。在天然条件下,地热流体主要以温泉的形式排泄。

2.4 地热水水化学特征

2017年2月10日-2017年6月30日期间,在1#～5#热水井枯、丰水期各取1件水样,共计10件水样送国土资源部放射性矿产资源监督检测中心作化学分析检测和放射性元素检测。地热水水化学类型均为HCO3-Na型及HCO3·SO4-Na型。可溶性总固体含量614.0～852.0 mg/L;pH值7.18～8.45;H2SiO3含量144.20～176.19 mg/L,阴离子以HCO3-、SO42-、Cl-、F-为主,阳离子以Na+为主;通过枯水期及丰水期对比,水质变化不大,地热流体化学成分总体较稳定。

3 地热储量计算与评价

3.1 地热储量计算

3.1.1 本次核实期间自流量观测成果

在温泉出露点(目前为汤湖周边)测得自流量为7.523 L/s(即650 m3/d),由于周边施工了67个热水民井,核实区内5口热水井亦大量的抽取地下水,对原温泉点自流造成了影响,目前只能采用抽取方式进行取水,而凌晨不抽水时均会自流。核实期间(2017年2月-2017年7月),对地热田核实区范围的1#～5#共5个热水井进行了半年的流量及温度监测。在监测期间,1#热水井出水流量110～125 m3/d,温度60.5℃～61.5℃; 2#热水井出水流量125～143 m3/d,温度60.3℃～63.0℃;3#热水井出水流量105～130 m3/d,温度78.0℃～82.0℃;4#热水井出水流量80～110 m3/d,温度45.0℃～47.5℃;5#热水井出水流量160～175 m3/d,温度70.5℃～73.2℃;以上5口热水井的出水流量及温度变化不大。

表1 本次转水镇维龙温泉热水井天然流量观测成果表

总体来看,1#～5#热水井井流量及温度随季节性变化明显且变化同步性强,最高温及最大流量均出现在夏季丰水期,最低温及最小流量均出现在冬季枯水期,流量温度变化较小(见表1)。

图5 单井孔抽水试验(枯水期)Q-S曲线图

转水温泉5口热水井天然总流量随季节变化在590～679 m3/d间。此外,转水温泉采矿许可证内有67口民用热水井(1#～4#民用热水井群),其中1#民用热水井群(21口热水井)自流量约180 m3/d、2#民用热水井群(17口热水井) 自流量约130 m3/d、3#民用热水井群(25口热水井) 自流量约230 m3/d、4#民用热水井群(4口热水井)基本不自流,民用热水井群合计自流量约540 m3/d。

从调查记载[1]和目前的观测资料可以看出,根据以往调查资料,转水温泉天然流量没有减少,随着资源的挖掘和开采,天然流量也随之增加,目前包括民井在内天然总流量随季节变化在1 130～1 219 m3/d间。

图6 单井孔抽水试验(丰水期)Q-S曲线图

3.1.2 降压试验

(1)单井降压试验

本核实区共进行过两个阶段的单井降压试验,即2017年2月11-3月7日(枯水期)和2017年5月06日-5月30日(丰水期),在1#～5#热水井各进行了3次压力降单井降压试验,结果见图5及图6。

(2)群井降压试验

2017年3月9日8:00-3月19日20:30(枯水期),对1#-5#热水井进行一次最大降压的群井降压试验,本次地热资源储量核实于2017年03月8日-03月18日,对1#-5#热水井进行了1次最大降压的群井降压试验(结果见表6-4),出水水温为46℃～80.5℃,延续时间252:30 h,水位下降5.40～6.30 m,群井降压试验总产量2 135 m3/d,详情见表2。

表2 枯水期群井降压试验结果表

3.2 地热流体可开采量计算与评价

3.2.1 可开采量的确定

1982年,经广东省地质局水文地质观测站、水文工程地质二大队调查,维龙地热田热水自流量为392.9 m3/d,水温最高为87℃。2007年,广东省地质勘查局七二三地质大队对转水温泉5口热水井天然流量进行了13次的监测,总量随季节变化,为619～656 m3/d。在本次勘查工作持续时间为2017年03月8日-03月18日,采用动态观测,结合单井、群井降压试验和结合以往的地质资料对本区的地热资源进行计算。根据资料显示,1980年至今地热水自流量变化不大,水质变化亦不大,因些取最新测得自流量为探明的产量(590 m3/d)。维龙地热田(1#热水井-5#热水井)的总产量为2 135 m3/d;其中控制可开采量为1 545 m3/d,探明可开采量为590 m3/d。

3.2.2 热功率、年可采热能量计算

(1)依据地热流体可开采量所采出的热量,按下式计算地热田的产能。

Wt=4.186 8Q(t-t0)

(1)

式中:Wt为热功率,单位为千瓦(kW);Q为地热流体可开采量,单位为升每秒(L/s);t为地热流体温度,单位为摄氏度(℃);t0为当地年平均气温,单位为摄氏度(℃)(取值20.6℃)。

(2)地热流体累计可利用的年可采热能量的计算

∑Wt=86.4DWt/K

(2)

式中:∑Wt为开采一年可利用的热能,单位为兆焦(MJ);D为全年开采日数(按24h换算的总日数,取330 d),单位为天(d);Wt计算得出的热功率值,单位为千瓦(kW);86.4为单位换算系数;K为热效比(按燃煤锅炉的热效率0.6计算),计算结果见表3。

表3 维龙地热田可采储(水)量、热功率、年可采热能量一览表

本次储量核实基准日为2017年7月15日,维龙地热田地热资源控制+探明的可采量为2 135 m3/d(24.711 L/s),其中控制的可采量为1 545 m3/d,探明的可采量为590 m3/d,热功率4 780 kW,即4.78 MW(≤10 MW,属小型规模),年可采热能量227 145 600 MJ,本地热田规模分级属小型[4]。

4 地热流体质量评价

在本次地热资源储量核实工作期间,在1#～5#热水井中枯、丰水期共取10件水样送国土资源部放射性矿产资源监督检测中心作化学分析和作放射性元素检测,分别进行对调查区地热流体进行理疗热矿水、生活饮用水、农田灌溉水、渔业用水、有用矿物组分和地热流体腐蚀性等方面的水质进行评价[5]。

4.1 理疗热矿水水质评价

根据规范[4]中有关理疗热矿水水质标准(附录E),五华县转水镇维龙地热资源中氟、铁、偏硅酸共3项达到命名矿水浓度的界限指标(表4-1)。温度在46.0℃～82.0℃,加权平均温度63.8℃,符合理疗热矿水水温≥34℃,地热资源温度分级为低温地热资源中的热水(温度t界限为:60℃≤t<90℃)。五华转水维龙地热水属以HCO3-Na水化学类型的理疗热矿水。

4.2 生活饮用水水质评价

据现场取样情况,各个取水点的水均有微硫磺味。经化验,氟质量浓度为8.54～10.89 mg/L,超出《生活饮用水卫生标准》水质常规指标中氟为1 mg/L的限值要求。由于存在异味,且氟含量超标,故不能作为生活饮用水源。

4.3 农田灌溉水质评价

研究区地热温度在46℃～82℃,高于《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中水温的界限要求,应对其采取降温措施。氟质量浓度为8.54～10.89 mg/L,超出水质标准中氟≤2.0 mg/L(高氟区)、3.0 mg/L(一般地区)的限值要求。故不宜作为农田灌溉水源。

4.4 渔业用水水质评价

研究区水质具硫磺味,可能使鱼、虾、贝、藻类带有异色、异臭、异味;氟化物(以F-计)质量浓度为8.54～10.89 mg/L,高于《渔业水质标准》中氟化物质量浓度为≤1 mg/L的要求。故不能作为渔业水源。

4.5 矿物质组分评价

在维龙地热田地热流体中未发现含有达到工业利用可提取有用元素的最低含量标准的矿物质,没有工业利用价值。

4.6 腐蚀性评价

按要求[4],可参照工业上用的腐蚀性系数(Kk)来衡量地热流体的腐蚀性。根据本次核实在核实区共取的10件水样的分析测试结果显示,10件水样pH值范围在7.18～8.45,经计算全部样品的腐蚀系数Kk<0,并且Kk+0.050 3 Ca2+<0,该地热流体均为非腐蚀性水。

5 结语

(1)五华县转水镇维龙热田构造主要为北西向的紫金断裂(F3)及次一级近南北向F2断裂、NW向的F1汤里断裂,其中NW向的F1汤里断裂是导水和导热构造,次一级的F2断裂为控热构造。地热田热储呈带状,热储受构造和岩性共同控制,热储类型为带状裂隙型热储。热水井为承压热矿水。

(2)截止2017年7月15日,维龙地热田地热资源控制+探明的可采量为2 135 m3/d(24.7116 L/s),其中控制的可采量为1 545 m3/d(17.882 L/s),探明的可采量为590 m3/d(6.829 L/s),热功率4 780 kW,即4.78 MW(≤10 MW,属小型规模),年可采热能量227 145 600 MJ,本地热田规模分级属小型,地热田出水温度46℃～82℃,加权平均温度66.8℃。地热水利用的节煤量为7 634.262 t/a。

(3)五华县维龙地热田,水化学类型以HCO3-Na型为主,出水口水温46℃～82℃,加权平均温度为66.8℃,地热资源温度分级为低温地热资源中的热水(温度t界限为:60℃≤t<90℃)。根据理疗矿水命名的定义,本地热流体属低温地热资源中的热水地热资源。

(4)根据本次地热资源储量核实水质分析结果,氟质量浓度枯、丰水期为8.54～10.89 mg/L;偏硅酸质量浓度为144.20～176.19 mg/L;热水的枯水期氡浓度分别为2.3 ～3.9 Bq/L;可溶性总固体614.0～852.0 mg/L,属淡热矿水。因此,五华县转水镇维龙地热田地热水可命名为HCO3-Na型为主的理疗用氟、铁、硅热矿水。

(5)为确保长期合理开采地热流体,保证水质的长期稳定,应建立水动态长期观测制度,坚持对自流泉的水位、水量、水温和水质进行长期观测,并将观测资料整理归档,用以指导合理开发。