咸寧地熱地質(zhì)野外實習指導書

1、武漢大學地球物理專業(yè)本科生地熱地質(zhì)實習指導書武漢大學測繪學院張雙喜、張晨編4年一. 咸寧地熱地質(zhì)野外實習要求通過野外實習了解咸寧地熱區(qū)的地質(zhì)背景、咸寧地熱區(qū)的地熱藏結(jié)構(gòu)；參觀太乙洞的Karst地貌及地質(zhì)結(jié)構(gòu)；體會咸寧地熱資源的利用狀況；對環(huán)境保護與資源開發(fā)利用的平衡提出獨立的見解；編寫實習報告。在此基礎(chǔ)上，認知我國地熱藏類型、地熱藏勘探的規(guī)范。本實習指導書主要由參考文獻改編而成，僅供學生地熱學課間野外實習環(huán)節(jié)參考。要求：認知地熱藏；特寫局部構(gòu)造；特寫地熱的局部利用；必須個人獨立完成實習報告，重復內(nèi)容太多將視為抄襲。野外實習方式：分組考察局部構(gòu)造和地熱的局部利用；集體活動：參觀太乙洞；注意：安全

2、第一。二. 咸寧地熱地質(zhì)背景1-22.1湖北省區(qū)域地質(zhì)背景2007年，湖北省境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的地熱點有67處。其中,溫泉58處, 其余皆為鉆孔或礦坑揭露發(fā)現(xiàn)的。水溫高于90 的中溫地熱有2處,高于80 的低溫地熱資源中的熱水有1處, 皆為鉆孔揭露溫度, 主要分布于江漢盆地的江陵、潛江和鄂東北的羅田; 6080 的熱水有6處, 主要分布在該省東部的英山、羅田、應城及京山等地; 水溫4060 的地下熱水屬低溫地熱資源中的溫熱水, 溫熱水有17處, 主要分布于該省東部地區(qū), 其次是鄂西南地區(qū); 水溫2540 的溫水有41 處, 主要分布于大洪山、鄂西及鄂東南等地。詳見湖北省地熱分布與構(gòu)造體系關(guān)系圖。根據(jù)地熱

3、形成的地質(zhì)構(gòu)造條件和賦存特征, 可將其劃分為兩種基本成因類型, 即斷裂深循環(huán)型地熱和沉降盆地埋藏增溫型地熱。咸寧溫泉地處江漢盆地邊緣，為沉降盆地埋藏增溫型地熱藏。湖北省區(qū)域經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動, 其中前震旦紀的晉寧運動和中生代的燕山運動最為顯著, 它奠定了省內(nèi)新老構(gòu)造的基本輪廓, 根據(jù)地質(zhì)力學的觀點可劃分為若干個不同的構(gòu)造體系。其中北西向構(gòu)造體系、淮陽山字型構(gòu)造體系的弧頂和前弧西翼、東西向構(gòu)造體系和新華夏構(gòu)造體系為省內(nèi)最基本的構(gòu)造骨架。而江漢盆地和南襄盆地屬新華夏第二沉降帶的一部分, 盆地周邊與隆起帶多呈斷階相接。江漢盆地是在白堊紀初期下陷形成的內(nèi)陸鹽湖沉積盆地, 控制了白堊系第四系的沉積, 盆

4、地內(nèi)中新生代碎屑巖堆積厚度8001000m 。由于多期構(gòu)造運動的復合, 盆地內(nèi)形成了五凹、五隆、一塹的構(gòu)造格局, 存在大小斷層800多條, 其中一級斷層6條, 二級斷層30條。一級斷層具有延伸遠、斷距大和長期活動的特點。另外在盆地形成和沉積時期, 有過多次巖漿活動, 白堊系下第三系地層中普遍有玄武巖分布。這些斷層和巖漿活動對地溫場的變化和地下熱水的生存起著控制作用。湖北省省內(nèi)地殼厚度變化在2845km 之間, 總的變化趨勢是東部薄、西部厚。這一規(guī)律恰恰與地熱分布狀態(tài)相吻合。地熱點在數(shù)量上東部多于西部且東部水溫高, 西部低, 東部地熱點占總數(shù)的69% , 西部僅占31%，而60 以上的熱水全部分

5、布在東部的英山、羅田、應城及京山等地,40 以上的溫熱水除利川建南盆地中的熱鹵水和靠近中部的松滋卸甲坪兩個溫泉外, 其余也全部分布在東部。這種現(xiàn)象的解釋是: 地殼較薄的部位, 有利于深部熱流向地表傳遞。咸寧市處于淮陽山字型弧頂西側(cè)北西西向構(gòu)造帶與東西向構(gòu)造帶以及新華夏北北東向構(gòu)造的復合、聯(lián)合部位, 出露溫泉11處, 最高溫度60。咸寧市溫泉鎮(zhèn)地熱資源豐富。隨著地熱資源作為綠色能源被廣泛利用,日益受到重視。21世紀初期，湖北省咸寧市溫泉地熱田地熱資源進入詳查工作,對潛山帶構(gòu)造形跡的性質(zhì)、規(guī)模及其與地熱流體的分布、徑流及排泄的關(guān)系,計算評價可開采量為13320m3/d, 最高水溫達55。2.區(qū)域地

6、質(zhì)環(huán)境條件1) 氣象水文咸寧市城區(qū)屬亞熱帶濕潤性氣候類型,四季分明,雨量充沛,多年平均降雨量1550mm,最大降雨量1992mm (1980年) ,降水量多集中在5月7月份,占全年降水量的44% ,多年平均氣溫15.7,最高氣溫40,最低氣溫零下9。咸寧市城區(qū)主要河流為淦河,自南向北貫穿城區(qū),最后匯入斧頭湖,年均水位20.9m (黃海高),最低水位20.26m。圖湖北省地下熱水分布與構(gòu)造體系(2,2007)2) 地形地貌咸寧市位于幕阜山脈北緣丘陵地帶與江漢平原南緣相接,總體地勢為南高北低。在汀泗橋吳家灣馬橋曾家鋪線以南為低緩的丘陵地形,在市區(qū)東南方大磨山一帶最高,高程為300-500m,上述地

7、區(qū)以北逐漸過渡為平原。地熱田分布范圍內(nèi)地貌單元主要類型為丘陵和平原,其中潛山帶為奧陶系碳酸鹽巖組構(gòu)造溶蝕丘陵;王山寨、溫泉經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、紅光中學一帶,則由志留系碎屑巖組構(gòu)成剝蝕構(gòu)造丘陵;其余地方為平原地貌,在淦河及其支流兩岸則分布一級、三級階地。3) 地層巖性地熱田范圍內(nèi)分布的主要地層有第四系全新統(tǒng)、志留系和奧陶系地層。全新統(tǒng)地層主要有沖積層(Q4al) 和坡洪積層(Q4dl-p1) 。志留系地層主要為下統(tǒng)高家邊組,主要見于橋頭呂、休干所、溫泉鎮(zhèn)、余家灣、紅光中學等地,呈條帶狀分布。上部為灰黃色泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)頁巖,中部為黃色頁巖、中厚層狀,局部為薄層狀石英砂巖,因斷裂切錯而缺失下部地層。

8、奧陶系地層上中下統(tǒng)均有分布,巖性主要為隱晶質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、含炭質(zhì)灰?guī)r,表層硅化現(xiàn)象強烈。4) 地質(zhì)構(gòu)造咸寧市地質(zhì)構(gòu)造位于為揚子準地臺梁子湖坳陷與咸寧臺褶束的交接部位,從屬于大幕山復式背斜北翼的次級構(gòu)造高橋向斜、孫鑒鋪倒轉(zhuǎn)背斜、賈家山倒轉(zhuǎn)向斜的西延部分,由一系列的緊密褶皺組成區(qū)內(nèi)的基本構(gòu)造骨架。新華夏晚期構(gòu)造體系在潛山帶表現(xiàn)強烈,其中大義山式斷裂有明顯的反映。這些不同的構(gòu)造體系互相干擾、復合,不僅控制了區(qū)內(nèi)的巖性組合、地貌、巖溶發(fā)育,而且也嚴格控制了地下水的分布及其補給、徑流和排泄。潛山背斜是地熱田的主要構(gòu)造骨架,其特點是呈梳狀,且向南東倒轉(zhuǎn),區(qū)內(nèi)溫泉斷裂規(guī)模最大,且是經(jīng)過多

9、次構(gòu)造變動的復合性斷裂,先期為縱張斷裂且以垂直運動為主,后期表現(xiàn)為逆向復合,并受逆時針的應力作用而顯壓扭性特征,是深切割斷裂,也是控制區(qū)內(nèi)地熱流體分布的主要斷裂。2.溫泉地熱田地熱地質(zhì)條件1) 熱儲蓋層在潛山背斜東側(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、粉細砂巖等巖石組成,總厚度約1762-2856m,平均厚度為2264m。由于巖石中泥質(zhì)成分含量較高透水和儲水性能差,在局部地段發(fā)育的斷裂和裂隙均被泥質(zhì)充填,因此巖石的熱傳遞性能較差。在大磨山與潛山之間形成“U”形箱狀構(gòu)造上部形成天然的蓋層,阻止了熱量的散失,對下伏熱流場的熱源起到了保溫作用,是地熱區(qū)的熱儲蓋層。2)

10、控熱、導熱構(gòu)造在區(qū)內(nèi),溫泉斷裂是具有代表性的主干斷裂,它的切割深度和規(guī)模也是最大的,在潛山南東一帶,他控制了志留系地層與奧陶系地層的接觸邊界,在碳酸鹽巖中徑流的地熱流體,至溫泉斷裂附近時徑流受阻,為區(qū)內(nèi)的控熱斷裂。另外在月亮灣一帶,北西西向發(fā)育的張性斷裂為導熱導水斷裂。3) 熱儲根據(jù)鉆探所獲得的資料分析,地熱流體的補給、運移和儲存都是在碳酸鹽巖地層中進行的,并且在巖溶發(fā)育的碳酸鹽巖地層中獲得了較豐富的地熱流體,因此在硅化巖石和志留系地層之下的角礫狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r、龜裂紋灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,巖石裂隙巖溶發(fā)育,局部地段是地熱流體的主要儲存場所,是熱儲巖層。4) 地熱田的形成根據(jù)同位素資

11、料分析,本區(qū)內(nèi)地熱流體的主要來源為大氣降水,且為高山降水補給,溫泉地熱田的補給高程效應應該在500m左右,并且經(jīng)歷了50年以上的徑流時間后才進入地熱區(qū)。在大磨山背斜的北西翼出露的震旦、寒武、奧陶系地層,主要由灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)白云巖、白云巖等碳酸鹽巖組成,巖石裸露,地表巖溶發(fā)育,利于地表降水的入滲補給,并且受構(gòu)造的控制,與地熱區(qū)的巖溶系統(tǒng)具有水力聯(lián)系,也為地下水的深部運移提供了通道。在北西翼巖石出露高程為500m左右,是地熱區(qū)熱泉水出露高程的20倍左右,這樣天然的水頭差為地下水的深部循環(huán)創(chuàng)造了條件。當大氣降水在重力的作用下順碳酸鹽巖徑流系統(tǒng)向深部進行循環(huán),加之地形高度的差異,為地下水的補給

12、、運移、儲存提供了良好的地質(zhì)條件。在奧陶系上部為志留系泥質(zhì)成分含量較高的粉砂巖,在潛山和大磨山之間形成了地熱的天然蓋層,根據(jù)區(qū)域資料,蓋層的平均厚度可達2264m,這樣既保護了地球深部熱量的儲存,又為深循環(huán)的地下水吸收熱量儲備了能源。當?shù)責崃黧w徑流至潛山附近,由于溫泉斷裂和一組北西西向斷裂的切割作用,地熱流體沿破碎帶出露,形成溫泉和地熱田。三. 咸寧溫泉地熱田地熱資源量估計.地熱流量計算根據(jù)咸寧市地熱田的地熱地質(zhì)條件(包括蓋層、熱儲、控熱導熱構(gòu)造等)特征,結(jié)合地熱資源評價方法(DZ40-85) 及有關(guān)地熱資源評價方法的研究資料采用熱儲法對地熱資源進行評價。經(jīng)過計算,整個地熱田的資源量為12.4

13、23501013kcal,可開采量為1.1013kcal,相當于標準煤266.22104t,根據(jù)試驗推斷法計算其日可開采量11919.35m3/d。按照規(guī)范要求計算,整個地熱田的熱量為: .51084.088341000 = 335.7108(J) ,折合熱功率為: 335.7108/(24365124.883600)=19.3456MW,故咸寧市溫泉地熱田為中型地熱田。本次地熱資源評價是在充分收集利用前人已有資料基礎(chǔ)上進行的,基本控制了地熱田的邊界條件,查明了熱儲的特征,并且通過抽水試驗以及其它試驗方法獲得了進行儲量計算的主要參數(shù)。通過對地熱流體的動態(tài)監(jiān)測,掌握了一年以上的動態(tài)監(jiān)測資料,達到

14、C+ D級儲量(GB11615-1989)。在利用熱儲法計算地熱資源量時,概化了熱儲的空間幾何形態(tài),并考慮熱儲中巖石地熱流體固液相系統(tǒng)的熱物理性質(zhì)的不均性,所選擇的方法公式合理;地熱田面積參數(shù)依據(jù)地熱田的邊界、地熱田的導水導熱斷層構(gòu)造和裂隙、控制性鉆孔測溫、40等值線確定。熱儲厚度依據(jù)二氧化硅地球化學溫標推算的熱儲埋深、第四系松散層的厚度及評價深度綜合分析確定,溫度考慮了深部溫度和孔口井口溫度,巖石熱物理性質(zhì)參數(shù)依據(jù)前人實測值取其各類巖石的平均值,因此,選擇的參數(shù)具有代表性。綜上所述,計算的地熱資源儲量具有可靠性。.地熱流體質(zhì)量評價地熱田地熱流體質(zhì)量主要指地熱流體的溫度(能量) 、化學成分的品

15、位。其品位的高低直接決定了地熱田的開發(fā)利用社會經(jīng)濟價值。依據(jù)我國的現(xiàn)行的有關(guān)評價標準對地熱流體質(zhì)量進行綜合評價。咸寧溫泉地熱田地熱流體中偏硅酸、鍶和氟含量達到地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范(GB11615-89)之附錄C醫(yī)療熱礦水,命名為氟水、鍶水和硅水;地熱流體中肉眼可見物、鍶含量、鉛含量、砷含量、氟含量、鐳放射性和總放射性超過標準,不能作為飲用熱礦水;總硬度、鐵、氟化物、溶解性總固體、砷、鉻、鉛含量超標,總、總放射性超標不能作為生活飲用水;城區(qū)地熱流體溫度、鉻離子、氟化物超過標準,不宜用于農(nóng)田灌溉;地熱流體中鉛含量、鉻含量、銅離子含量、砷含量和氟化物含量超標,不適宜用于一般的漁業(yè)養(yǎng)殖。在城區(qū)月亮灣和

16、潛山南東側(cè),地熱流體溫度最高溫度為4855,為低溫地熱資源,主要可用于醫(yī)療、洗浴、溫室等;另一部分溫度則在40以下屬于溫水,為低溫地熱資源,可用于農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖、土壤加溫等。四. 地熱資源的開發(fā)利用.1開發(fā)利用歷史咸寧市開發(fā)地熱資源歷史悠久,人工開采利用始于20世紀60年代,到80年代得到發(fā)展, 90年代以來逐步向法制化、科學化的方向發(fā)展。地熱流體的利用大致經(jīng)歷了三個階段:1) 自然利用階段: 20世紀60年代以前,主要是利用溫泉進行洗浴,稻谷、紅芋催芽,宰豬、殺雞褪毛;2) 單一利用階段: 70年代,利用自流孔的地熱流體進行科學研究:地熱養(yǎng)魚、孵化禽類、育秧、烘干、為沼池加溫等,但相對較單一

17、;3) 初級綜合利用階段: 80年代以來,利用自流井孔、生產(chǎn)開采井進行科學研究、預報地震、地熱養(yǎng)魚、地熱灌溉、醫(yī)療保健、旅游、體育、療養(yǎng)、居民生活等領(lǐng)域。目前地熱流體的應用主要在服務(wù)、醫(yī)療、水產(chǎn)養(yǎng)殖、居民生活、科研等領(lǐng)域,并且取得了良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。.2開發(fā)利用現(xiàn)狀目前地熱資源開發(fā)利用主要集中在溫泉經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)月亮灣一帶, 2005 年日均開采地熱流體總量4470 m3 ,年總開采量m3 , 地熱流體溫度2855,屬于中低溫地地熱流體資源,主要用于沐浴,醫(yī)療,目前尚處于初級綜合利用階段,地熱利用率相對較低。主要表現(xiàn)在:1) 不合理開采局部超量，*。2) 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理*。3) 環(huán)境

18、破壞嚴重*。4) 浪費嚴重*。注：“*”為學生觀察和體會之處。.3開發(fā)利用建議為使咸寧市溫泉地熱田地熱資源更好地可持續(xù)開發(fā),梯度綜合利用,避免浪費,避免引起環(huán)境地質(zhì)問題,可采用如下建議。1) 統(tǒng)一開發(fā),綜合利用成立地熱開發(fā)公司,統(tǒng)一管理和經(jīng)營溫泉地下熱水。將現(xiàn)有地熱成井收歸地熱開發(fā)公司所有,變“自成體系”、“各自為政”為“統(tǒng)一開發(fā),獨家經(jīng)營”。2) 調(diào)整地熱井布局關(guān)閉和封填已經(jīng)廢棄的地熱生產(chǎn)井,在井位密集橡皮壩地段只保留2個生產(chǎn)井,在195醫(yī)院淦河兩岸各保留1個生產(chǎn)井,共保留4個生產(chǎn)井,其余井封填或者作為地熱流體監(jiān)測孔,建立統(tǒng)一的供水體系,興建大型保溫蓄水設(shè)施集中供水。3) 控制地熱開采量結(jié)合地熱資源可開采量,劃分地熱資源控制開采區(qū)和鼓勵開采區(qū)。在橡皮壩區(qū)段,應該控制地熱資源開采量,目前該區(qū)開采量已經(jīng)大于允許開采量,如果長期超采,將造成溫泉景點的慢慢消失,建議對該區(qū)開采量進行控制,其它地段開采量目前均沒有超過允許開采量,對于高屋呂帶目前沒有生產(chǎn)井,該區(qū)開發(fā)前景好,應鼓勵開采。4) 加強地熱流體動態(tài)監(jiān)測工作和綜合研究工作加強地熱資源開采過程中其動態(tài)變化特征的監(jiān)測,建立系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng),觀測地熱流體在開采條件下的水質(zhì)、溫度