湖北省神农架～黄陵地区深部地下热水找矿实践

邓海涛,袁金榜,杨朋,何小东,汪力,王波,杨筱涵,林肖荣

摘要：地下热水是指贮存地球内部可再生、清洁能源。广泛用于地热采暖、旅游温泉、医疗洗浴等方面，具有良好的经济效益、社会效益与环境效益。湖北省地质局第七地质大队（简称：地质七队）挟“十二五”宜昌磷矿北部深部找矿重大突破之势，在“十三五”期间的“宜兴保”磷矿勘查工作中，在“水”上深耕、在“热”上作文章，实施转型探索。通过磷矿钻探深孔地热增温率测量、“钻孔自动测温仪”研发、区域温泉信息收集和加强地热、页岩气勘查技术培训等技术储备。坚持“三调整一进军”工作原则，成功实施神农架林区—鄂西地区地热第一钻，完成神农架温水河（孔深2350m）、宜昌上上城（孔深3005m）、百里荒生态旅游区（孔深2300m）地热资源勘查工作。形成地质+水文+物探+钻探、区域调查～异常区综合水文地质测量～物探电测深井位论证～成井与固井水井钻验证等多兵种配合、多学科集成的以理论指导找矿的工作方法。实现地下热水—深地资源探测突破，开拓鄂西地区地下热水勘查市场、带动全省中深层地热行动，促进绿色低碳、清洁能源开发利用的兴起。

关键词：地质七队；地热勘查；工作方法；地热行动；深地资源；开发利用

1勘查实例简介

现以其中神农架温水河一带地下热水资源勘查项目的情况简要叙述:

勘查区位于神农架林区中部温水河村高家屋场一带，工作区内有209国道经过，交通便利。

项目实施周期为自2017年7月至2018年8月。在经过区域地质背景分析、研究确定：“查明区域地质背景～热储含水层“补、迳、泄”水文地质条件与类型～圈定地热异常区～结合物理探测确定井位～实施水井钻工程验证”的技术路线。

通过1/2.5万区域调查、1/1万异常区地质与综合水文地质调查，形成“带状热储”、“层状热储”二者叠加为“储热”有利地段的认识；结合物探V8（AMT）探测发现断裂构造2条，完成2个井位技术论证。经过地表综合地质调查、地球物理勘探、孔位论证、钻探工程及一系水文地质工作后 ，获得“流量1800m³/天、温度40.3℃”的优质地下热水。该项目最终圆满成功，获得了业主方的高度认可。并成为鄂西地区中深层地下热水勘查、探采结合的精典之作。

本地热田属于“褶皱山地断裂带深循环地下热水类型”；热储盖层为神农架群石槽河组上部岩溶裂隙不发育的泥质白云岩、硅质云岩、含碳质云岩与碎屑岩，以及上覆的南华系冰碛砾岩；热储层为石槽河组和其下的温水河组上中部岩溶裂隙和构造裂隙较发育的碳酸盐岩。大气降水入渗补给至热储层后通过黄宝坪深大断裂传导地球深部的热源增温。

本地下热水资源属“低温的温热水地热资源”，勘查区属“较适宜开采和经济开发（成井深度1000~3000m）的地热资源区”。该井水源适宜于康养洗浴、温泉疗养以及锅炉用水，甚至可作为优质饮用水源。

2项目论证、研究过程简述

在开展工作前，我们收集了神农架地区的区域地质和水文地质资料，对区域地层、构造情况及地下水补、径、排情况进行了详细分析，得出了如下结论：

“按根据神农架幅地质图圈出了热储（Pt2s+Pt2w）分布面积约288km2、降水渗入系数取较弱岩溶化灰岩的最低值0.1、当地年平均降水量1200mm估算：热储地层年平均接受大气降水的总补给量约为3456万m3/年。另据1:20万神农架幅综合水文地质图，在上述热储分布区出露泉水14个，流量0.102~175.0L/s，合计419.52L/s，约相当于年总排泄量为1323万m3。根据上述总不给量及排泄量，估算出在288 km2补给范围内，每年大气降水有效渗入补给地下水总量约2133万m3，平均单位补给量为74062.5m3/ km2·a。依此来看，热储中地下水的补给来源是相当丰富的，未来施工钻孔后在水量方面保障度较高。

根据区域地质资料，工作区一带，位处黄宝坪断裂破碎带上，且附近有辉绿岩脉出露，该现象说明断裂带的切割深度很大，已达到莫霍面以下。加上工作区一带本就有天然温泉出露，说明地下导热、导水通道均较发育，因此，最终揭露到温度适宜的地下水的可能性较大。”

对于水量和水温有了预判结果后，在场地内何处施工钻孔是另外一个必须慎重对待的问题。在进行地表综合地热地质调查阶段，我们在场地内布设了4条物探剖面，采用“音频大地电磁法（AMT）”进行了物探工作。

物探结果显示，高家屋场一带为一北西~南东走向的低阻带，并据此圈定了施工“探采结合”钻井的有利区，初步确定了两处井位。单从物探成果来看，两处井位均较为理想。

但是考虑到该场地内以往曾施工的两口深度不大（＜300m）的钻孔在“孔距仅不足40米、孔口高差不足5米”的情况下，孔内地下水位却有明显差别的情况（靠近场地南侧边缘的钻孔内，地下水位埋深在40米左右；而位于场地中部的钻孔，孔内地下水呈自流状态，常年不断，水温17.5℃），我们没有贸然选用靠近国道、施工条件更佳的井位，仍然对物探成果建议的孔位进行了细致的论证：

1、高家屋场的两个温泉均出露于该场地斜坡中下部，泉口标高分别为1618m和1645m，均高于当地最低侵蚀基准面（坡下的温水河河谷）。就宏观来看，这与水往低处流的自然规律相违背。究其因，显然是与高家屋场温水河右岸斜坡下部（标高约1540.0~1600.0m）分布的走向北东东~南西西、具阻水性能辉绿岩脉的客观存在是密不可分的。由于此岩脉的阻隔，导致地下热水在沿黄宝坪导水、导热断层带上升至浅部与冷水混合后顺坡运移受阻，从而逼使温水只能在隔水岩脉分布地带以上的有利地段出露。而上述具隔水性的辉绿岩脉的存在，也使高家屋场一带的地下热水被分隔为补给、循环系统有一定差异的南北两区，两个温泉均分布于南区，这是地下存在热异常的明显特征，针对热异常区首先施工勘查井乃是地热地质工作布置的基本原则，因此从地质角度来说，优先选择在南区施工探采结合钻井，无疑是最有利和有的放矢的。

2、从物探解译剖面上看，位于场地内南侧的井位处，垂向上低阻带特征明显且连续，推测该处地下岩体富水性较好且水力通道的连通性好；而位于北侧的井位处，虽然也存在一垂向上的低阻带，但在深部有一横向的高阻带将该低阻带一分为二。结合场地内地质情况分析，该高阻带可能是前述的具阻水作用的辉绿岩脉的电性反映，相对而言，在该处施工的话存在一定的不确定性。因此从物探解译结果来看，也是优先在南区施工，可行性相对更高。

最终，在对出水量与水温有充足信心，且充分结合地表调查与物探成果后，选择了目前成功完井的南区的井位，获得了水量、水温、水质均较理想的热水资源。

3结语

1、地热资源的形成和赋存需要满足比较苛刻的地质条件，其勘查工作必须以客观地质背景条件为依据，本着尊重科学规律的原则，采取经济可行的手段和循序渐进的路线开展。

2、深部地下热水资源多埋藏在地下数百米甚至超过千米，且地下热水类型不一，找矿风险较大。开展工作时应依据不同地区地热地质条件，深入开展综合研究分析工作，提前初步建立与工作区地质条件相对应的成矿模式，采用适当的找矿方法以指导具体工作的开展。

3、在实施具体项目时，对项目中存在的风险应进行提前预判，最大程度地降低成井风险。工作过程中应重视收集各种地质资料，包括区调、各类深井、物探和已有地热钻孔以及地下水补、径、排条件等资料，加强综合分析研究，为布设钻井提供依据。

参考文献：

[1]汪力、袁梦、邓海涛等.湖北省宜昌市上上城地热田预可行性勘查报告[R].湖北宜昌：湖北省地质局第七地质大队，2018.

[2]袁金榜、邓海涛、李小勇等.湖北省神农架温水河高家屋场WZ2地热探采结合井成井报告[R].湖北宜昌：湖北省地质局第七地质大队，2018.

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