作為一種清潔的可再生能源,地熱資源在全球范圍內受到廣泛關(guān)注。石泉村位于湖北省嘉魚(yú)縣高鐵嶺鎮,地質(zhì)構造獨特,地熱資源潛力巨大,已成為地熱能開(kāi)發(fā)的重要目標區域。隨著(zhù)碳達峰碳中和目標的提出和綠色能源利用技術(shù)的推廣,地熱資源的科學(xué)開(kāi)發(fā)對推動(dòng)區域經(jīng)濟發(fā)展、優(yōu)化能源結構和保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。因此,有必要分析石泉村地質(zhì)背景,明確地熱條件及資源分布,提出井位布局與實(shí)施建議。研究成果填補區域地熱資源勘查的空白,為高效開(kāi)發(fā)和可持續利用提供理論依據。經(jīng)科學(xué)合理開(kāi)發(fā), 石泉村地熱資源有望成為促進(jìn)地方經(jīng)濟發(fā)展的重要動(dòng)力,同時(shí)為全國類(lèi)似地區提供可借鑒的開(kāi)發(fā)模式。

1 區域地熱地質(zhì)條件

石泉村地處揚子準地臺的嘉魚(yú)-赤壁弧形構造帶中段。區域地層涵蓋寒武-奧陶系至第四系,巖性自表層疏松沉積物向下逐漸過(guò)渡為致密碳酸鹽巖,構成優(yōu)質(zhì)儲熱與隔水體系。區域構造活動(dòng)頻繁,北東向隱伏斷裂和高鐵嶺斷裂控制熱流體的遷移與富集,為地熱資源的形成提供重要條件。此外,區域的巖溶作用顯著(zhù),裂隙和溶洞發(fā)育,結合隔水性較強的蓋層, 共同形成優(yōu)良的地熱儲層體系。復雜地質(zhì)背景為石泉村地熱資源的富集與開(kāi)發(fā)奠定基礎。石泉村地熱資源受區域構造、熱儲層與蓋層條件的綜合控制,具備優(yōu)越的地熱地質(zhì)條件。

1.1 地熱儲層及蓋層特征

石泉村熱儲層主要為寒武-奧陶系、石炭系及二疊系碳酸鹽巖,因巖溶作用形成裂隙、溶溝和溶洞,具備優(yōu)良的滲透性和儲水能力。熱儲層厚度為 100~300 m,其中奧陶系巖層的巖溶發(fā)育程度最高, 是區域內地熱資源的主要富集區。熱儲層的溫度為 25~61 ℃,能夠滿(mǎn)足地熱溫泉及相關(guān)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)需求。 地熱儲層上覆的隔水蓋層以志留系泥質(zhì)粉砂巖、頁(yè)巖及第四系沖積層為主,志留系地層厚度較大,具有良好的隔水性能,有效阻隔上下熱儲層的水力聯(lián)系。第四系沉積物與志留系泥巖共同構成優(yōu)質(zhì)的隔水和保溫系統,不僅減少熱能散失,還為地熱儲層的熱能積累提供有力保障。

1.2 地熱場(chǎng)分布規律與資源富集區

石泉村地熱資源的分布主要受區域地質(zhì)構造和熱儲層特性的共同影響。北東向隱伏斷裂和高鐵嶺斷裂控制地熱流體運移路徑,其周邊為主要地熱資源富集區。在背斜核部及其兩翼,構造應力引發(fā)裂隙張開(kāi)和巖溶作用增強,為地熱流體的聚集提供有利條件。 同時(shí),該區域地溫梯度較高,局部受斷裂導熱作用影響,形成顯著(zhù)的熱流異常帶,與地熱田的空間分布高度吻合。地質(zhì)調查和物探成果表明,小蛇屋山地熱田和隱伏斷裂周邊為主要資源富集區,熱儲埋藏深度為50~250 m,水化學(xué)類(lèi)型為硫酸鈣型水,熱流體溫度為25~61 ℃,資源儲量充足,開(kāi)發(fā)潛力巨大。

2 地熱資源評估

2.1 熱儲層儲量評估

熱儲層儲量評估通過(guò)地溫梯度測定和計算,明確石泉村地熱資源潛力,為開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據。

2.1.1 地溫梯度與儲量計算方法

根據地質(zhì)調查和鉆孔數據,石泉村地溫梯度平均值為3.02 ℃/100 m,局部因斷裂導熱作用略高于平均值。特別是在隱伏斷裂及其周邊區域,熱流異常顯著(zhù),表明該區域導熱性能較強,是地熱流體的重要遷移和富集區。根據《地熱資源地質(zhì)勘查規范》 (GB/T 1 1615—2010),采用體積法估算地熱資源儲量，采用式（1）進(jìn)行計算?；?a href="http://www.yg06.cn/t/區域地質(zhì).html" >區域地質(zhì)資料和勘查數據,初步計算顯示,石泉村熱儲層儲量約為1.5×1016J,具有良好的開(kāi)發(fā)潛力。

式中:Q為地熱儲量,J;C為儲層巖石和流體的比熱容,J/(kg·℃);V為儲層體積,m3;ρ為儲層巖石和流體的平均密度,kg/m3;?T為儲層溫升, 即儲層溫度與環(huán)境溫度之差,℃。

2.1.2 熱流體資源分布及其特性

熱流體資源主要分布于小蛇屋山地熱田及斷裂帶周邊,熱儲層深度為50~250 m,富集面積約為67 500 m2,水體分布范圍面積達96 000 m 2,構成穩定的地熱資源儲備區。區域內熱流體為硫酸鈣型水, 礦化度適中,水質(zhì)清澈,無(wú)明顯雜質(zhì),熱水溫度范圍為25~61 ℃,流量穩定,經(jīng)估算,日可開(kāi)采量約為 2 000 m3,符合地熱溫泉及相關(guān)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)要求。小蛇屋山地熱水形成機理如圖1所示。

2.2 地熱資源開(kāi)發(fā)潛力評估

石泉村地熱資源開(kāi)發(fā)潛力評估需要從熱儲層的溫度特性、補給來(lái)源以及開(kāi)采條件和技術(shù)可行性等角度進(jìn)行綜合分析。

2.2.1 熱儲層溫度與補給來(lái)源分析

根據區域地質(zhì)調查和鉆孔測溫數據,石泉村熱儲層溫度為25~61 ℃,淺層溫度較低,深部溫度更高,這與地溫梯度和斷裂導熱作用密切相關(guān)。該溫度范圍適合進(jìn)行溫泉開(kāi)發(fā)、農業(yè)種植、養殖加溫及工業(yè)用水加熱等應用,具備較高的市場(chǎng)適應性。石泉村熱儲層的主要補給來(lái)源為大氣降水,地表碳酸鹽巖的廣泛分布及巖溶作用為熱儲層提供良好的補給條件。同位素分析顯示,熱水主要來(lái)源于當地大氣降水,水化學(xué)分析表明其補給穩定。隱伏斷裂等主要斷裂系統為熱流體的運移和儲層補給提供高效通道,使熱流體能夠快速循環(huán)并吸收地溫梯度熱能。區域水動(dòng)力條件優(yōu)越,熱儲層循環(huán)能力強,補給充足且排泄穩定,為長(cháng)期開(kāi)發(fā)提供可靠保障。

2.2.2 開(kāi)采條件與技術(shù)可行性

石泉村熱儲層以寒武-奧陶系碳酸鹽巖為主, 巖溶發(fā)育程度高,溶洞和裂隙廣泛分布,具有良好的儲熱性能。志留系泥巖作為隔水蓋層,厚度大且隔水性強,有效減少熱能散失并維持儲層壓力。鉆孔數據估算顯示,熱流體日可開(kāi)采量達2 000 m3,單井開(kāi)采能力強,足以滿(mǎn)足商業(yè)化開(kāi)發(fā)需求。地熱資源分布集中且富集范圍明確,為高效開(kāi)發(fā)和集中利用提供有利條件。石泉村熱儲層埋深為50~250 m,采用中深井鉆探技術(shù)即可實(shí)現高效開(kāi)采。資源適合直接或梯級利用,技術(shù)成熟且經(jīng)濟性強。

3 井位設計與論證

3.1 井位選址原則

井位設計是地熱資源開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節,其科學(xué)性直接影響資源開(kāi)發(fā)的效率與效益。在石泉村,井位選址應以地質(zhì)構造和資源富集區為基礎,優(yōu)先選擇靠近隱伏斷裂、高鐵嶺斷裂及其周邊區域的斷裂延伸部位及碳酸鹽巖熱儲層交匯區域,這些區域導水性能良好且資源富集。裂隙發(fā)育區和儲層滲透性高的地帶也是優(yōu)選位置,以確保資源開(kāi)發(fā)的穩定性和效率。選址還需要兼顧熱儲層厚度大、溫度較高(40~61 ℃) 的區域,同時(shí)避開(kāi)補給不足或排泄強度過(guò)大的區域。 結合廣域電磁法成果,在地熱異常帶集中分布區域布設井位,以提高開(kāi)采量和熱能利用效率。此外,井位設計需要考慮埋藏深度適中(50~250 m)、靠近基礎設施的區域,降低鉆井成本,并避開(kāi)生態(tài)敏感區和居民集中區,減少對環(huán)境的影響,確保資源開(kāi)發(fā)的可持續性。

3.2 井位分析

3.2.1 物探與化探成果疊加分析

廣域電磁法測量表明,隱伏斷裂與高鐵嶺斷裂為熱流體富集的主要通道,交匯區域儲層厚度和導水性增強。熱儲層的埋藏深度集中在50~250 m,淺部?jì)酉鄬?深部儲層局部異常富集,顯示出適合井位布置的優(yōu)良條件?；焦ぷ魍ㄟ^(guò)氡氣測量圈定地熱異常區域,在小蛇屋山地熱田和斷裂帶周邊,氡氣濃度異常值顯著(zhù)高于背景值,顯示出斷裂導水作用顯著(zhù),熱流體活動(dòng)頻繁。氡氣高值區與物探低阻區的高度重合進(jìn)一步驗證這些區域為地熱資源富集區,同時(shí)明確斷裂構造在熱流體運移中的關(guān)鍵作用。綜合物探和化探成果的疊加分析,明確石泉村資源富集區域的空間分布,其重點(diǎn)集中在斷裂帶周邊、碳酸鹽巖儲層厚度較大的小蛇屋山區域及隱伏斷裂集中帶。這些結果為后續的井位布設提供科學(xué)依據。

3.2.2 優(yōu)選井位布局

結合物探與化探成果的疊加分析,對石泉村井位布局進(jìn)行優(yōu)化,以提高熱流體開(kāi)采的效率和經(jīng)濟性。 井位優(yōu)選布局的原則包括3個(gè)方面。一是優(yōu)先選擇靠近隱伏斷裂的區域,確保良好的補給與熱流體遷移條件;二是在氡氣異常高值區與物探低阻區交匯部位布置井位,確保資源開(kāi)發(fā)的穩定性和可持續性;三是避開(kāi)巖層厚度過(guò)薄、隔水層破碎及補給不足的地質(zhì)不良區,以保障開(kāi)采的安全性和經(jīng)濟性?；谏鲜鲈瓌t, 提出井位優(yōu)化建議。第一,布置井位于小蛇屋山地熱田中心區域,該地熱田熱儲層埋藏深度為80~150 m, 地溫梯度較高,資源富集程度顯著(zhù),是地熱開(kāi)發(fā)的理想選擇。第二,在隱伏斷裂東南延伸帶布置井位,該區域與碳酸鹽巖儲層交匯,儲熱性能優(yōu)越,適合作為補充開(kāi)采井。第三,選擇高鐵嶺斷裂交匯區布置井位, 該區域熱流體補給充足,井位布局有助于提升資源開(kāi)采率,可作為后備井位使用。該優(yōu)化布局充分考慮儲層特性、資源富集區分布及施工條件,既降低鉆井成本,又提高單井開(kāi)采效率,為地熱資源的規?；_(kāi)發(fā)奠定堅實(shí)基礎。

3.3 井位建議

根據石泉村地熱資源勘查的物探、化探和地質(zhì)調查成果,結合區域地熱資源分布特點(diǎn)與開(kāi)發(fā)需求, 科學(xué)確定具體鉆孔位置并提出實(shí)施建議。

3.3.1 具體鉆孔位置

小蛇屋山地熱田中心井(井位1)位于小蛇屋山地熱田的核心區域(東經(jīng)1 14.605°,北緯29.913°), 該井熱儲層厚度為80 150 m,埋藏深度適中,儲層裂隙和溶洞發(fā)育,熱儲溫度為4 061 ℃,且氡氣濃度異常顯著(zhù),表明熱流體富集程度高。該井功能定位為開(kāi)發(fā)主井,主要用于開(kāi)采地熱流體,以滿(mǎn)足溫泉開(kāi)發(fā)及農業(yè)綜合利用需求。隱伏斷裂東南延伸井(井位2) 位于隱伏斷裂的東南延伸區域(東經(jīng)1 14.610°, 北緯29.910°),該井與碳酸鹽巖熱儲層相交,儲層滲透性良好,熱流體富集程度較高,埋藏深度為 100~180 m,具備優(yōu)良的儲熱條件。其功能定位為輔助開(kāi)發(fā)井,用于保障熱流體供給的穩定性,并提升整體開(kāi)采效率。高鐵嶺斷裂交匯區井(井位3)位于多條斷裂交匯區域(東經(jīng)1 14.615°,北緯29.917°), 裂隙系統發(fā)育,地溫梯度較高,熱儲資源豐富,埋藏深度為120~250 m。其功能定位是備用井,為后期擴展開(kāi)發(fā)或其他用途提供資源保障,以支持區域地熱資源的長(cháng)期可持續開(kāi)發(fā)。

3.3.2 實(shí)施建議

為確保鉆井過(guò)程的順利實(shí)施,建議采用中深井鉆探技術(shù),鉆進(jìn)方式以空氣潛孔錘為主,泥漿護壁為輔,以保證井壁穩定性。設備方面,應選用高效空氣鉆機,配備多級泵送設備和降溫裝置,以適應地熱井鉆探的特殊需求。鉆探深度應根據熱儲層的埋藏情況控制在80~250 m,井口直徑建議不小于200 mm, 以確保熱流體的輸送能力。同時(shí),在鉆探過(guò)程中實(shí)時(shí)監測地溫、流量、礦化度和水質(zhì)等水文地質(zhì)參數,動(dòng)態(tài)調整鉆孔深度和方向,確保鉆探與資源分布高度匹配。 為維持熱儲層的壓力并防止干涸,建議在主井開(kāi)發(fā)的基礎上配套回灌井,形成閉合的水循環(huán)系統,實(shí)現資源的可持續開(kāi)發(fā)。同時(shí),建議避開(kāi)生態(tài)敏感區,采用低干擾施工,嚴格控制泥漿排放,減少對地下水與地表環(huán)境的污染,從而實(shí)現資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)保護的雙贏(yíng)。另外, 規劃輸送管道,減少熱損失,部署監控系統實(shí)時(shí)監測流體溫度、壓力及流量,保障安全與持續利用。

4 結論

綜合分析嘉魚(yú)縣高鐵嶺鎮石泉村的地質(zhì)構造、 熱儲層特性及地熱資源分布規律,可以明確區域地熱資源的開(kāi)發(fā)優(yōu)勢和潛力。研究發(fā)現,石泉村地熱資源富集性顯著(zhù),主要集中于小蛇屋山地熱田及隱伏斷裂周邊,熱儲層具備良好的滲透性與儲水能力,覆蓋層具有優(yōu)質(zhì)的隔水和保溫性能,為資源的富集和開(kāi)發(fā)提供保障。同時(shí),優(yōu)選井位布局及具體鉆孔位置,為熱流體的高效開(kāi)采提供科學(xué)依據?？茖W(xué)鉆探技術(shù)與資源回灌措施可有效降低環(huán)境影響,實(shí)現資源可持續開(kāi)發(fā)。 研究成果不僅填補區域地熱資源勘查的空白,還為推動(dòng)當地綠色能源開(kāi)發(fā)和經(jīng)濟發(fā)展提供重要支撐,為類(lèi)似區域的地熱資源開(kāi)發(fā)提供借鑒。