荊門城區十里牌掩埋型地熱田地質特征研究

李智民， 譚光超， 彭正華， 李姍姍， 趙德君

(湖北省地質局 水文地質工程地質大隊，湖北 荊州 434020)

荊門市十里牌地熱田位于荊門市中心城區，是沿南漳—荊門斷裂帶賦存的一個水熱形式的掩埋型地熱田。2016年實施的兩個鉆孔均為自流型地熱井，流量分別為2 555.52 m3/d、1 348.32 m3/d，水溫分別為50.2 ℃、49.2 ℃，是近年來鄂西地區罕見的溫度較高的高產地熱井。

1 區域地質條件

1.1 氣象水文

研究區屬于亞熱帶溫暖季風型氣候，冬冷夏熱，多年平均氣溫15.9 ℃；1月最冷，平均氣溫3.2 ℃；7月最熱，平均氣溫27.8 ℃。區內水系不發育，最大的河流是穿越城區的漢江支流——竹皮河，屬間歇性季節河。

1.2 地形地貌與地層巖性

地熱田所處的荊門市城區位于江漢平原的西北側邊緣，地貌類型屬剝蝕丘陵—弱侵蝕堆積崗波狀平原地貌區，地勢北高南低，高程80～130 m。十里牌地熱田范圍內大部分被第四系松散堆積物覆蓋，東北部出露白堊系粉砂巖夾泥巖。其地熱田西北—北部主要出露志留系—三疊系的粉砂巖及頁巖、灰巖、白云巖，西部平原區堆積有第四系松散堆積物。

1.3 區域構造格架與斷裂構造

研究區大地構造屬于新華夏系第二沉降帶江漢盆地西北緣與淮陽山字型構造前弧西翼(即第三隆起帶荊山弧形褶皺帶)的交接地帶[1]，荊門斷裂是測區主控斷裂，以荊門斷裂為界，其東側為荊門斷凹，西側為荊當盆地，北部居中部位為荊山弧形褶皺帶。

南漳—荊門斷裂縱貫測區中部。在十里牌以北，構造行跡非常明顯；十里牌以南，被新生界地層所覆蓋成隱伏斷裂[2]。十里牌以北，斷裂沿古生界與白堊系紅層接觸處通過，斷層破碎帶寬20～30 m，最寬可達80 m，構造巖由壓裂巖、壓碎巖、角礫巖、糜棱巖及斷層泥組成，斷層走向N20°W，傾向NE，傾角70°。十里牌以南，斷裂為中—新生界堆積物所覆蓋，成隱伏狀態，該段斷裂總體走向N20°W，傾向NE，斷層傾角>70°，斷裂帶寬度10余米至100 m，向下延伸深度>900 m，十里牌地熱田即位于隱伏斷裂帶附近。

1.4 地下水系統

區內地下水的形成受地形、地層巖性和斷裂構造控制。荊門斷裂以東，大面積分布的白堊系—古近系紅層隔水層，在與荊門斷裂交界處，形成NNW向，貫穿研究區中部的隔水邊界。以荊門斷裂和研究區中部的地表分水嶺為界，可將研究區地下水分為東、中、西等3個相對獨立的地下水系統。西部以碎屑巖裂隙水為主，水量相對貧乏，地下水總體由北東—南西徑流，最終向漳河水庫排泄；中部為區域內主要含水層，富含巖溶水，地下水徑流總體呈“漏斗狀”，向東南部“咽喉”部位匯集；斷裂東部大面積分布的白堊系紅層富水性貧乏，尤其是深部地層孔隙、裂隙不發育，起到隔水作用，沿南漳—荊門斷裂帶構成地下水相對富集帶，極具開發利用價值(圖1)。

圖1 研究區綜合水文地質圖Fig.1 Comprehensive hydrogeological map of the study area1.松散巖類孔隙水——水量貧乏；2.碳酸鹽巖裂隙巖溶水——水量豐富；3.碳酸鹽巖裂隙巖溶水——水量中等；4.碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水——水量中等；5.碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水——水量貧乏；6.碎屑巖孔隙裂隙水——水量貧乏；7.碎屑巖裂隙水——水量貧乏；8.火成巖裂隙水——水量貧乏；9.相對隔水層；10.上升泉；11.地下水流向；12.地熱鉆孔。

研究區地下水補給來源主要為大氣降水，大氣降水通過裸露的碳酸鹽巖裂隙、構造裂隙及斷裂帶下滲補給，地下水總體上由西北至東南徑流，在荊門斷裂處受白堊系紅層阻水，沿斷裂帶排泄，形成集中富水區。

2 地熱田地質特征

2.1 熱儲模型

研究區位于荊山弧形褶皺帶南端，沿荊門斷裂呈條帶狀展布，北至十里牌林場，南至雙泉林場南約2 km處，寬約2 km，長約3 km。

施工的ZK1和ZK2孔均是在揭穿侏羅系底部炭質頁巖進入三疊系嘉陵江組灰巖中的溶洞時發生熱水噴涌，可見荊當盆地內沉積的巨厚層新近系泥灰巖、粘土巖和侏羅系碎屑巖及底部的炭質頁巖是良好的天然隔熱層，是熱儲層上部的蓋層，下部熱儲層為三疊系嘉陵江組灰巖，荊門斷裂是區內的控熱構造(圖2)。

圖2 熱儲模型剖面圖Fig.2 Profile of thermal storage model

2.2 熱儲埋藏特征

十里牌地熱田熱儲為沿荊門斷裂帶分布的三疊系碳酸鹽巖。研究區在第四系松散堆積物之下分布有三個含水層(組)，自上而下依次為：①上部為新近系掇刀石組(N2d)碳酸鹽巖夾碎屑巖含水層(組)，局部裸露于地表，厚度為50～180 m，由北向南逐漸增厚；②中部為侏羅系香溪群(J1X)碎屑巖含水層(組)，含水層頂板分布高程+50～-100 m，厚度為150～550 m，由北向南埋深增大、厚度增加；③下部為三疊系嘉陵江組(T1j)碳酸鹽巖含水層(組)，頂板分布高程-50～-650 m，由北向南埋深增大，厚度>270 m(荊23孔)，探測深度內未見底(圖3)。

圖3 研究區侏羅系碎屑巖與三疊系碳酸鹽巖頂板等高線圖Fig.3 Contour map of the top plate of Jurassic clastic rocks andTriassic carbonate rocks in the study area.侏羅系碎屑巖含水層頂板等高線；2.三疊系碳酸鹽巖含水層頂板等高線；3.荊門斷裂；4.勘探鉆孔及編號。

2.3 熱異常特征

荊門十里牌地熱田地表無熱異常顯示，根據鉆孔施工過程中測溫的結果分析，十里牌地熱田的熱傳遞形式主要為熱對流型，其介質主要為地下水。在熱對流作用下，地溫梯度值較上覆巖石低，測溫曲線往往顯示下部斜率大于上部，在氣溫相對穩定的情況下，水溫隨鉆孔深度的增加而上升(圖4)，這種傳遞形式主要發生在儲熱、導熱破碎帶、巖溶裂隙含水系統內。

3 地熱田成因簡析

通過地熱田地質條件、水化學特征、同位素化學特征等分析，可以清晰地認識到該地熱田是特定的地質、水文地質、地形等條件的產物。

按熱儲層巖性類型劃分，該地熱田屬于碳酸鹽巖儲熱類型；按形成的地質構造條件劃分，該地熱田屬于荊當盆地巖溶裂隙水深循環——荊門斷裂導水型；按照賦存與出露特征劃分，該地熱田屬于掩埋型。

該地熱田地下熱水的成因可概括為：地下水于荊門市西北部肖堰—栗溪一帶中低山裸露的碳酸鹽巖區接受補給，補給高程400～500 m[3]；向南于荊當盆地深部運移至工作區，工作區下伏三疊系嘉陵江組灰巖巖溶裂隙和構造裂隙是地下熱水的運移通道、儲存空間；荊門斷裂是地熱田的控熱構造，延伸長170 km，切割深度上千余米，使得地下水能夠與地殼深部產生熱量交換，熱儲循環深度達1 180 m，并與巖體發生充分的水巖相互作用；地下熱水運移至工作區一帶，上部受荊當盆地侏羅系碎屑巖與新近系泥灰巖、粘土巖覆蓋，東側受荊門斷凹沉積白堊系—第三系巨厚的紅色巖系阻擋，西側受荊當盆地侏羅系砂頁巖阻擋，南側在曹家山一帶受侏羅系砂頁巖隆起的影響，徑流減緩，從而使得地下熱水在工作區處呈現狹長條帶狀賦存、徑流緩慢的承壓水特征，當鉆孔揭穿上部熱儲蓋層時，地下熱水噴涌而出。

4 結語

荊門市十里牌地熱田位于中心城區，區位優勢非常明顯，在600～700 m即可揭露地熱流體，水質優良，開采技術條件良好。地熱資源的開發，將為荊門市增加新的經濟增長點，同時帶動旅游等相關產業的發展，城市品位也必將得到很大提升。

荊門市十里牌地熱田為掩埋型地熱田，地表無熱異常顯示。十里牌地熱田的形成嚴格受南漳—荊門斷裂控制，并受到東部漢江夾道和南部江漢盆地碎屑巖隔水邊界控制。因此，加強該斷裂(尤其是隱伏段)研究，對地熱勘查和開發利用有著十分重要的意義。研究表明，在構造掀斜作用下，沿荊門斷裂隱伏段由北向南，三疊系碳酸鹽巖熱儲埋深逐漸增大，但熱流體溫度增高明顯，在今后的勘查中，應將沿荊門斷裂南段十里牌林場—團林作為重點靶區開展研究，進一步查明其地熱田邊界條件，為地熱資源開發利用提供科學依據。