简论贵阳市地热资源特点及开发要点

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    简论贵阳市地热资源特点及开发要点

        郑州地象科技有限公司   寇伟 13903832188

    郑州地象科技有限公司受贵州某公司委托，对贵阳市有关区域开发地热资源项目进行了预可行性研究论证。虽然研究区域有限，但在查阅了较多资料的基础上发现有许多共性的问题，值得探讨、总结，简单归纳几条供借鉴参考。

    1、贵阳市已开发地热井分布及情况

    1971年发现贵阳市乌当区新添谷陇、新庄、云锦庄，水口寺一带，有数处低温热泉异常，并在新光厂、二桥转弯塘钻孔中揭露出20—24℃低温热水，初步确立了这一区域存在地热异常。1986年贵州省地矿局通过地质填图、地表物探等工作，投入2080米钻探、打井5口，其中新添寨小河口两口水井的井口水温分别为28℃和36℃,日流量均超千方，乌当区在此建立了温泉渡假村。

    2001年滇黔桂石油勘探局在贵阳市云岩区安井村乌当背斜倾伏端成功地钻探出了一 口地热井(新1号井)，钻孔深度1750米，出口水温高达58℃、日流量为1599方/天，被命名为明泽苑温泉。以后在乌当断裂带及其次级断裂上的新添寨区段陆陆续续实施了较多的地热井，仅在保利地产项目区就钻探5口地热井；在贵阳市西部的红枫湖片区和贵安新区片区也成功实施了多处地热井，出水量均在500方／天左右，出水温度均在40℃—65℃。

而在以花溪断层为主的南北向断裂带上也有几口钻井成功的地热井。据报道：贵阳市花溪区青岩镇北街村区域已实施一口地热井，井深3200米，井口水温52℃，预测热储深度2500—3200m，热储温度52.35℃—62.85℃；2018年在青岩堡附近成功实施一口地热井，井深3790米，井口水温43℃，出水量 410方/天；三桥片区地热井钻孔深度约3000米，日出水量420方/天，井底温度65.2℃，井口水温50℃。应该还有其它的已成地热井和未成地热井，具体不详。

   

    2、贵阳东部地热井较多的乌当区域并不属于地热田

    贵州工业大学毛健全在《贵阳安井一新添寨地热田初步研究》一文提出，在贵阳市东北郊存在一热储构造面积至少平方公里的传导对流型地热田，热储构造成因与长期活动的地震断裂带及逆冲推覆构造有关。主要隔热保温盖层为志留系高寨田群和奥陶系媚潭组泥页岩，主要热储层为寒武娄山关群碳酸盐岩，其深度为1300-2500米，地温梯度2.44—2.84℃/百米。提出该区域存在地热田的根据是：1971年发现在鸟当区新添寨、小谷陇、新庄、云锦庄，水口寺一带，有数处低温热泉异常；2001年在云岩区安井村乌当背斜倾伏端成功钻探的新1号地热井，钻井孔深1750米，出水温度高达58℃，出水量为1599方/天，具有很高的开发利用价值，被命名为明泽苑温泉。

    华北有色院赵璐等人在《贵阳市乌当区地热田成因及水质特征分析》一文提出，“贵阳市乌当区地热田属于隐伏型地热，热储层主要为寒武系清虚洞组一娄山关群、奥陶系桐梓组、红花园组白云岩地层，上奥陶统至三叠系为盖层，起保温隔热作用。黄丝背斜、大谷冰背斜、永乐堡缓向斜、贵阳向斜、乌当背斜和乌当断裂等构造对地下水的补径排过程起到了控制作用该区地温梯度约2.5℃／百米，无附加型热源，依靠正常的地热增温对岩溶水进行加热。”“该区地热开发始于1986年，先后施工了御温泉、新一井、天邑温泉、市南供电局以及保利温泉新城内的三口地热井。”

                    图1  贵阳市乌当地热田地质图

    “地热田是指现代地壳内占有一定空间位置，有利地质构造部位、具有一定的物理特性(温度、压力、相态)和特殊化学组分的地下热水和蒸汽。同时是大量富集的地域，可通过钻井钻取的合理深度内，可供经济利用的地热区。”按照此定义，地热井较多的乌当区域并非属于地热田，而是属于断裂构造型地热资源。判定依据：一是地热热源不足，虽然在小块区域浅层揭露出20—24℃低温热水，但后期钻探2000—3000米深度地热井显示底层温度仅超过60℃，增温梯度都在2—2.8℃/百米，地热异常并不突出；二是地热异常区域有限，所谓地热田就是有较大片区的地热异常区，而从现有成功地热井位置来看，基本上都是在断裂带或次级断裂带上，并非是在片形区域内随便钻井都可成功，而只是在断裂构造带内钻井才有希望成井；三是热储层明显受断裂构造控制，热储层是能够富集和储存地热能、并使载热流体做对流运动的地下岩层，其特征为热储层裂隙或孔隙发育、水在整个岩层内流动性较好，但从现有地热井位置分布、出水量、出水温度等情况来看，并非只要是钻井穿过该热储层即可抽取到较大出水量、温度较高的热水，说明并不是在整个岩层内都有热储层且流动性较好、可确保补给，而是仅在断裂构造内才形成带状热储层。

    3、深部地热资源主要受断裂构造控制

    从地质地层岩性角度评价区域深层地热资源，通常都认为向斜是良好的储水构造、背斜属于阻水聚水构造。有人认为乌当地热异常区的形成是由于黄丝背斜、大谷冰背斜构造对岩溶水起富集作用，永乐堡向斜有利于岩溶水受热，贵阳向斜、乌当断层等断裂构造带构成了研究区岩溶水运动的阻水边界。此乃典型的地层论学说，意为地下赋水性较好的某一地层内赋水，会在向斜构造内缓缓流动、并被加热，流向背斜构造边界被阻断后汇聚富集，而安井村地热井就是在乌当背斜倾伏端钻井成功的。

    这种地层论学说在盆地地区描述地下地热资源尚有一席之地，因为那里的断裂构造不明显、层状沉积地层变化不大；而在地形变化较大的山区丘陵地区，断裂构造较多、地层变化较大，仅靠向斜背斜大面积构造判断储热层区域定地热井肯定是不行的。传统地热理论强调热源、盖层、储热层三大条件，是否有热源是早期地壳运动形成的、且与断裂构造有关，深层的富水储热层能否通过水为媒提取地热资源的关键；但在断裂带和次级断裂带纵横交错的贵阳地区，很难依靠大面积的向斜构造缓慢蓄水、背斜构造阻水聚水形成储热层区，只能通过含水裂隙发育较好的断裂构造形成带状储热层，只有在断裂构造内储热层的地热水才会有较好的流动性和长期补给能力。地热井是否有足够的热度取决于深部热源，其热能是靠断裂带的裂缝上逸出来的，地壳浅层的地温都低于断裂带内被深部热能加热后的水温，有盖层的优点只是能够使得储热层的热能扩散速度慢一些，并不是确保形成地下地热资源的必备条件；相反，所谓的盖层都是由渗透性较差的泥岩或泥质砂岩等构成的，起着阻挡地表水向地下渗透的作用，有盖层的断裂构造内含水裂隙发育及渗水性相对较差，导致构造内深层储热层赋水短缺、供给不畅；很可能有盖层的区域因透水性不好、深部储水层补给不足，会导致出水量较少、成井率不高。

    贵阳市区域地质构造受多期构造作用影响，区内地质构造较复杂，断裂构造较发育。形成的构造以北东向乌当断裂、黔灵山断裂、鸡场坝断层组为主；南北向以花溪断层、螃海井断层、贵阳向斜、图云关断层为主；还有一些错综复杂的中小断裂与之交错。这些断裂带构成了贵阳市区域地下深层的网状热储层，现有成功地热井基本上都是在这些断裂带的构造内。

             图2  贵阳地区地质构造体系图

    4、贵阳各区不同地层内均存在赋水性较好的热储层

    贵阳市各区出露地层由新到老依次为第四系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系。查阅资料得知，贵阳各区自上至下各个地层的主要热储含水层为：三叠系中统杨柳井组、关岭组，泥质灰岩、白云岩、白云质灰岩；三叠系下统安顺组、大冶组，白云岩、角砾白云岩、灰岩；二叠系中统阳新统栖霞-茅口组，灰岩；石炭系上统马平组—下统摆佐组，灰岩；泥盆系上统高坡场组、尧梭组—中统独山组、龙洞水组，石灰岩、白云质灰岩、灰岩；奥陶系下统红花园组—寒武系下统清虚洞组，石灰岩、白云质灰岩；寒武系中上统娄山关群—清虚洞组，灰岩；震旦系上统灯影组，中厚层白云岩。这些地层中含水层的裂隙发育良好、赋水性较强。

    从资料显示已成井的测井结果来看，不同区域在1000米深度之下都存在岩性不同的热储层，热储水温主要受深度层位和断裂构造规模控制，出水量则主要受储热层岩性、厚度和断裂构造规模控制。由此而论，基本上不存在哪个区域范围或出露什么地层可以打地热井的问题，地热井能否获取较高的出水量及水温，主要取决于断裂构造规模及深层蓄水层的数量与厚度，关键是能否在V形含水裂隙构造中心位置定井。

    5、成功勘探定井开发地热资源的要点

    根据上述情况分析，若是要在贵阳区域成功勘探定井开发地热资源，须把握以下几点：

    （1）在断裂带和次级断裂带纵横交错的贵阳地区，很难依靠大面积的向斜构造缓慢蓄水、背斜构造阻水聚水形成储热层区，只能通过含水裂隙发育较好的断裂构造形成带状储热层，只有在断裂构造内储热层的地热水才会有较好的流动性和长期补给能力。

    （2）不能盲目相信传统地热理论强调形成地热资源的热源、盖层、储热层三大条件，断裂构造才是以深层富水层热水为媒质提取地热资源的关键。热储水温主要受深度层位和断裂构造规模控制，出水量则主要受储热层岩性、厚度和断裂构造规模控制。

    （3）在山区做地热井项目不能被地层论所蒙蔽，贵阳各区自上至下各个地层都存在赋水性较好的热储含水层，只要是在断裂构造V形含水裂隙中心位置凿井都能采集到地热水，只是不同的断裂构造规模和地层岩性分布下地热井的出水量和出水温度不同罢了。

（4）通过低高程点连线查找出隐伏断裂构造，再加上地质地形地貌等分析，即可初步判断出勘查区域内断裂构造的大致走向，确定详细勘探定井的靶区范围。这样就可以省却大范围查找隐伏断裂构造的普查勘探工作，使勘探工作收到事半功倍的效果。

    （5）能否成井的关键是选择具有多层V形含水裂隙构造、深层赋水性好的位置定地热井。形成断裂带的裂缝开裂时会拉动两侧地层向中间倾斜，两侧被拉伸错位的地层间出现小的断裂和裂隙，都会随着原有地层从两侧向断裂中心倾斜汇聚，形成多层V形含水裂隙构造。每个V形谷底都会存在一个沿断裂带连通的含水通道，只有通过点间距5米的多条线路详细勘探形成的高分辨率成像剖面图进行分析，找到V形断裂构造中心位置钻井，才能够确保地热井钻井成功。

    （6）从现有地热井的出水温度和出水量综合分析可知，即使是在乌当地热异常区，地热水的百米增温梯度也没有超过3℃，其它区域的百米增温梯度都在2—2.8℃之间。地热水增温梯度明显受断裂构造控制，只有规模大的断裂构造张裂深度才能足够大、深部含水裂隙发育才好、深层储热层水温才会高。初步估测若凿井深度3000米、固井深度在1200米时，日出水量可达200—500方、出水温度42—60 oC。

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