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摘要：通过开展东南沿海重点区地热地质调查，对广东惠州黄沙洞地热田深部地质结构及浅地表构造断裂特征进行了精细勘查，并实施惠热1井钻探，调查深部高温岩体空间展布及热结构特征，评价地热干热岩资源潜力。惠热1井成功探获127℃的自喷水热资源，是迄今为止中国东部水温最高，压力和流量最大的高产能自喷地热井。地热井出水稳定温度118℃，流量137m3/h，对指导东南沿海中高温地热找矿具有十分重要的意义。
1.项目概况
我国东南沿海地区是我国空气质量良好的一片地区，同时面临能源缺乏，传统能源燃烧带来的一系列环境问题。东南沿海地区地热资源潜力巨大，开展东南沿海地热资源调查是东南沿海地区缓解自身能源压力的有效渠道。为调查我国东南沿海地区地热资源赋存特征和评价深部地热资源潜力，中国地质调查局自2012年以来组织实施了福建漳州、广东惠州、阳江、雷琼地区等重点地热有利目标区地热资源调查。在前期基础上，中国地质科学院水文地质环境地质研究所在东南沿海开展了“东南沿海厦门-琼北地区地热资源调查”项目，项目周期为2016—2018年。其中北京探矿工程研究所为参加单位并负责惠热1井钻探现场施工。项目目标任务为面向国家能源需求，积极开展东南沿海厦门-琼北地区地热资源调查评价，查明重点目标区区域地热地质条件、岩浆岩的分布及埋藏条件，开展干热岩开发利用相关技术研究，初步形成系统的干热岩资源调查、开发技术支撑体系，逐步引领或推动我国干热岩资源的大规模开发利用。通过项目实施，提出了东南沿海区域聚热地热成藏理论，初步形成了高温热岩钻进技术体系，基于以上理论和技术，在广东惠州施工的惠热1井成功探获中高温自喷水热资源，对于支撑服务东南沿海地热资源勘查开发具有重要意义。
2.成果简介
(1)基本查明东南沿海重点地区地热地质条件，揭示出重点工作区地热资源分布与导热构造的关系(图1)。东南沿海地区是我国最主要的高热流花岗岩分布区，干热岩热源成因与深部壳幔活动更为紧密，这与东南沿海所处的欧亚板块、菲律宾板块和南海地块复杂交汇大地构造背景直接相关。福建地区地热异常以温泉出露为主，福建南靖、南埕地区温泉主要出露于NE向与NW向构造的交汇处，地下热水化学类型为Na·HCO3、SO4·HCO3-Na型，热储温度分别为115~153℃及144~148℃，水热活动受断裂控制明显。广东地区温泉出露广泛，主要出露在岩体或岩体与沉积盆地边缘地带，受岩体和区域性断裂控制明显。从化-永汉、横沥重点区地下热水水化学类型为Na-HCO3、Ca-Na-HCO3及Na-Ca-HCO3型，热储温度分别为56~108℃及120~150℃。琼北地区新生代火山喷发活动强烈，玄武岩区调查未发现地热异常。火山口分布区整体具有出口温度低、pH值相对偏酸性、相对偏还原环境及TDS值偏低的特点。地下热水化学类型主要为Na·HCO3。总体来看东南沿海地热资源具有中低温、裂隙深循环加热、构造控制明显的特点，目前的开发利用以洗浴疗养和水产养殖为主。
图1 东南沿海地热地质调查野外现场
a—岩性构造调查;b—同位素水样采集;c—野外井泉调查
(2)构建了东南沿海对流型地热资源勘查评价的技术方法与地热成藏模式，为区域地热找矿提供理论技术支撑。以往东南沿海隐伏岩体区缺乏深部热储测试参数及资源量评价方法，经过实地调查、深入研究，建立起地面调查为基础，重点区开展地球物理勘查与地球化学调查，选定靶区开展地热钻探，开展测井和热储工程测试获取深部岩石地质、热物性参数，评价资源量和开发利用潜力的东南沿海对流型地热资源勘查评价技术方法。在该技术方法指导下，创新总结了东南沿海地热具有酸性岩体放射性生热，断裂导热加之盖层保热的聚热模式，燕山晚期花岗岩生热率可达6.4μW/m3，是壳源热源的主要组成部分;区域性断裂构造作为导热通道沟通深部热源与浅地表，将深部热量传导至浅部;沉积盖层对酸性岩体放射性生热和断裂传导至浅部的热量起到盖层保温作用，阻挡了热量的散逸。聚热地热成藏理论和勘查评价技术方法的建立为东南沿海地热找矿提供了理论和技术依据。
(3)广东惠州钻获中国东部温度最高，压力和流量最大的高产能地热井，地热发电潜力显著，为东南沿海中高温地热资源勘查开发指明方向。惠热1井位于惠州市惠城区横沥镇黄沙洞村，区域上位于北东向紫金-博罗区域性断裂带的南东侧约12km，莲花山区域性断裂带北西侧约40km。井位工区主要为北东向压扭性断裂与北西向张性断裂控制，且北西向张性断裂显示为低阻，且前期温泉(井)在北西向断裂带内出露，因此认为黄沙洞地热田的热成因模式为深部热源沿北东向压扭性断裂带传导至浅部，遇到北西向张性低阻断裂带，以流体为介质将热传递至地表，形成温泉。按照此热成因模式，钻探选址于压扭性断裂带北西侧下盘，且位于张性低阻断裂带中。钻井深度为3009m，钻遇地层从浅至深依次为第四系(0~20m)、寒武系(21~466m)、震旦系(467~1565m)和侏罗系岩体(1566~3009.17m)(图2)。通过岩屑录井、取心、测井工作，发现东南沿海地区典型岩体热侵位垂向变质序列，钻孔于1550m深处成功揭穿沉积盖层，进入下部隐伏花岗岩体，钻遇地层岩性从浅至深依次是砂岩、千枚状页岩、炭质/粉砂质板岩、构造角砾岩、硅化石英砂岩、绢英岩化花岗岩以及二长花岗岩。
图2 惠热1井综合岩性柱状图
在新的勘查评价技术方法指导下，惠热1井于2900m测得热水温度为127.7℃(图3)。在此基础上开展了放喷试验热储工程测试，自2019年3月26日安装放喷井口装置至4月9日关井，历经3次引喷，历时16天。测试显示，井口最高稳定温度118℃，最大流量137m3/h，最大允许开采量268.3m3/h，井口工作压力0.22MPa。据初步测算，按照16%的发电效率，考虑综合利用发电后温度50℃，惠热1井单井产能达到3MW。
图3 惠热1井热储工程测试现场图
a—放喷井口装置;b—放喷水汽效果;c—温度、压力、流量记录
3.成果意义
东南沿海地热地质条件的查明为我国东南沿海地区中低温地热资源的勘查评价提供了基础，通过本次调查评价，项目总结出的东南沿海对流型地热资源勘查评价的技术方法与地热成藏模式，为寻找同类型地热资源提供了理论和技术依据。惠热1井探获的中高温地热资源说明东南沿海地区地热资源不仅可以实现温泉洗浴疗养的规模化开发，而且具备中高温发电潜力，梯级开发利用前景十分广阔。
(中国地质科学院水文地质环境地质研究所 甘浩男;北京探矿工程研究所 张德龙供稿)
