李善民，刘红舟，王新伟，唐名富，吴继炜
(中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004)
地热资源作为一种绿色、洁净的能源早已被人们所共识，尤其是在当今环境问题趋于严重和能源短缺问题的困扰下，科学合理开发地热资源已被越来越多地重视[1-4]。
杨梅冲温泉位于贺州市平桂区黄田镇路花村姑婆山脚下。温泉区内有1处温泉露头及3处钻孔(ZK01地热勘探孔、ZK02地热井、ZK03地热井)，受构造断裂控制，热储呈带状分布，平均涌水量3.84～45.79 m3/h，平均涌水温度37.2℃～46.0℃，地热类型为中低温地热田。地热水中偏硅酸(H2SiO3)含量为51.6～53.9 mg/L，氟(F)含量为5.03～6.66 mg/L，氡(Rn)浓度为195.24～1369.30 Bq/L，水化学类型属低矿化度、低硬度的偏碱性 HCO3-Na型水。根据《地热资源地质勘查规范》(GB/T 11615-2010)，温泉为具有医疗价值的含氟、偏硅酸、氡理疗热矿水。
本文通过分析研究杨梅冲温泉的地热地质条件特征，采用热储法评价地热田资源储量，为减少开发风险、保持地热资源的可持续利用提供科学依据，为该地区发展温泉旅游、促进经济发展提供数据支持。
1.1 交通位置
杨梅冲温泉位于广西贺州市路花温泉—里松温泉带的西侧，直距贺州市近正北方向约16 km处，有贺州—里松镇的X991县道公路过路花村，另有路花—姑婆山国家森林公园公路经过，地理坐标：东经111°34′29″-111°35′20″，北纬24°31′42″-24°33′16″，行政区划属贺州市平桂区黄田镇管辖，交通方便(图1)。
图1 杨梅冲温泉交通位置图
1.2 地形地貌与气象水文特征
杨梅冲地热田位于姑婆山南部边缘，属于花岗岩低山窿丘谷地貌，地势呈北高南低、西高东低的格局。西北侧牛温顶至大横冲分水岭高程为953～1032 m，杨梅冲的地面高程大约为200 m。地热田南面有杨梅冲溪流流过，自西北向东南经杨梅冲和龙洞蜿蜒流入马尾河。
地热田汇流区属亚热带季风气候区，一年四季分明。春季温暖湿润，阴雨连绵，时有倒春寒现象；
夏季高温多雨；
秋季天高气爽，干旱明显；
冬季温和干燥。最低气温0℃，最高气温40℃，气温一般在9℃～35℃范围内，多年平均气温约22.5℃。区内降雨量比较充沛，属贺州市多雨区之一，多年年平均降雨量为1579.7 mm。降雨量主要集中在夏秋两季，占全年降雨量的80%。全年无霜期约为320天。夏季炎热多雨，冬季有冰冻和霜冻。
黄田镇地表河溪比较发育，主要河流为马尾河，自东北向西南流过地热区东南侧，年平均流量约为15 m3/s，其支流有杨梅冲、江华水等，年平均流量为0.5～5 m3/s，无工业污染，地表水清澈见底，水质优良。
1.3 地层岩性
区内出露的地层主要有第四系全新统冲洪积层(Qhal)、第四系残坡积层(Qhedl)及中生代燕山期侵入的花岗岩新路岩体(K1ηγ或K1ξγ)：
第四系全新统冲洪积层(Qhal)：仅在杨梅冲溪流两岸出露，岩性为褐黄色砂砾石层、砂质黏性土，厚1～15.6 m。
第四系残坡积层(Qhedl)：主要分布于山体表面，岩性为粉土、亚黏土、黏土夹砾石，厚度一般为0～20 m。
新路岩体(K1ηγ或K1ξγ)：岩性为中—细粒斑状黑云母二长花岗岩和细粒斑状黑云母正长花岗岩，花岗结构，块状构造，主要矿物为石英、长石、黑云母，偶见普通角闪石[5]。
1.4 地质构造
区内发育的断裂构造有两条，即姑婆山断层(F1)和杨梅冲断层(F1-1)。
姑婆山断层(F1)具有规模大、延伸远，且切割深、破碎带宽的特征，是区内的控水控热构造[6]。断层切割姑婆山岩体、新路岩体花岗岩，东盘下降，为正断层，垂向断距约800 m，平面上断层具右行平移性质，水平位移600 m，断层走向NNW345°，全长大于77 km。
杨梅冲断层(F1-1)是姑婆山断层(F1)西盘的次级张性断层，断层走向NNW345°，倾向75°，倾角80°，推测长度约800 m。杨梅冲次级断层作为导水导热断层与区域性控水控热的姑婆山断层(F1)连通，为地热流体的运移和富集提供了通道和储存空间。
1.5 水文地质条件
1.5.1 地下水类型
地热区主要赋存3种类型的地下水。
第四系松散岩类孔隙水：主要分布在杨梅冲溪流两岸的全新统冲洪积层(Qhal)中，含水岩组主要由砂砾石、砂质黏性土、砂质黏土夹砾石层组成，厚1～15.6 m，地下水主要储存于这些松散岩类的孔隙中。钻孔单位涌水量为20～200 m3/(d·m)，富水性为弱—中等。
花岗岩风化带网状裂隙水：分布于花岗岩全风化—中风化带内。据地热钻探孔及浅层测温孔揭露，该层位于第四系残坡积、冲洪积层之下，岩性主要为全风化—中风化的中—细粒斑状黑云母二长花岗岩和细粒斑状黑云母正长花岗岩。根据贺县幅1∶20万区域水文地质普查报告[7]，该类地下水的径流模数大于3 L/(s•km2)，水量丰富。
花岗岩断裂构造裂隙水：分布于姑婆山断层(F1)和杨梅冲断层(F1-1)内。岩性为断层角砾岩和强风化的花岗岩组成的混合层，沿着断裂构造部位岩心破碎，节理裂隙发育，这些空隙通道为地下水的形成提供了良好的储存和运移条件，西北侧姑婆山为本区域补给区，高程多在950 m以上，本区域地面高程约为200 m，地下水由西北向东南径流。
1.5.2 地下水的补给、径流、排泄条件
断裂构造裂隙水主要由大气降水、地表水的直接补给和花岗岩风化带网状裂隙水的间接补给。姑婆山断层带沿NNW向发育穿过地热田，沿着断层地形切割深度大，岩层破碎，地表水可通过构造裂隙和张性节理裂隙等通道补给热储层地下水。大气降水则从大面积分布的花岗岩山区源源不断地垂向渗入地下补给热储层地下水。温泉区地势呈北高南低、西高东低的格局，因此地下水流为西北向东南径流。地下水通过钻孔或裂隙通道上升地表进行排泄。
2.1 热储结构特征
2.1.1 热储带的平面分布特征
热储带的平面分布范围，东侧以F1断层为界，西侧以F1-1断层为界，顺断层方向受勘探工程和自然水文地质条件限制，北侧取局部地下水分水岭为界，南侧取杨梅冲溪流冲沟附近的F1与F1-1交汇处为界，热储带范围面积约为0.15 km2(图2)。
图2 杨梅冲温泉地质简图
2.1.2 热储带的剖面分布特征
根据地热钻探及物探工作成果综合分析，杨梅冲地热田热储带由浅层至深层发育的三层断层破碎带组成。热储带的空间几何分布特征、热储体积等相关参数见表1。
表1 热储带空间几何参数
2.2 导水控热构造
区内水热活动主要沿断层分布，主要的导水、控热断层由姑婆山断层(F1)控制，次级导水构造由次级断层(F1-1)控制。
2.3 热源条件
地热田的热源为断裂带水热对流传导传递深部的大地热流，其次还可能存在花岗岩体内放射性元素的蜕变热能[8-9]。
2.4 热水补给条件
深部地热流体来源主要由地表水和大气降水的直接补给，以及花岗岩风化带裂隙水的间接补给。
2.5 隔水保温层
该地热田为地热对流型的带状热储，无需盖层。断裂带压紧密实的地段岩心较完整，透水性差，构成热储的相对隔水层和相对保温层，对地热流体的封闭和蓄积起到隔水保温的作用。
3.1 热储概化模型
本地热田属于典型的隆起山地断裂对流型地热系统(图3)。沿着姑婆山断层带由北向南包括降雨补给区、断裂导水径流区和排泄区。地下水由大气降水、地表水的直接补给以及花岗岩风化带裂隙水的间接补给，在水力和热力的驱动下沿着断裂带和岩石孔隙向深部运移，经过缓慢的循环交替、水热对流运动后被加热，形成地热水[10-13]。
图3 杨梅冲地热田热储概化模型
在垂向上热储层主要由燕山期花岗岩断裂破碎带组成，属于带状热储。沿着断裂构造部位岩心破碎，节理裂隙发育，导热导水性好，这些空隙通道为地下水的形成提供了良好的储存和运移条件。热储断裂带上盘和断层面是舒缓波状起伏的，断裂带压紧密实的地段岩心较完整，透水性差，构成热储的相对隔水层和相对保温层，对地热流体的封闭和蓄积起到隔水保温的作用。
3.2 主要计算参数
1)计算区面积：以地热田圈定的范围面积取值0.15 km2(150×103m2)。
2)热储带倾斜延伸深度：地热田第一层热储带倾斜延伸深度取值3055 m，第二、三层热储带倾斜延伸深度取值2475 m。
3)热储岩石和水的比热(kJ/kg·℃)和密度(kg/m3)：根据《地热资源地质勘查规范》(GB/T 11615-2010)的规定查表确定，本区的热储岩石是中—细粒二长花岗岩，比热值、热水比热和密度可分别查表得知。
4)热储岩石孔隙率(或裂隙率)：根据《水文地质手册》(第2版)查表得知。
5)热储温度和恒温层温度(℃)：第一层热储顶界温度由ZK01、ZK02孔口水温和地温梯度推算后取平均值为46.30℃，底界温度按地温梯度(2.25℃/100 m)和第一层热储带倾斜延伸深度(3055 m)可推算的温度为115.04℃，则热储平均温度为80.67℃；
第二、三层热储顶界温度由ZK03实测井温取两层的平均值为65.13℃，底界温度按地温梯度(2.25℃/100 m)和第二、三层热储带倾斜延伸深度(2475 m)可推算的温度为120.82℃，则热储平均温度为92.98℃；
地热田恒温带温度，根据浅部、深部测温数据确定取值为18.5℃。
6)计算参数可靠性评价：本次计算参数的选取均符合规范要求，满足本次资源评价需要。计算参数见表2。
表2 地热田资源量计算引用参数
3.3 地热田资源量计算
3.3.1 计算公式
根据现有参数，选择热储法计算其热储量、地热水储存量。根据《地热资源地质勘查规范(GB/11615-2010)》，热储层中储存的热量、水量可按以下公式计算[13]：
Q=Qr+Qw
(1)
Qr=Adρrcr(1-φ)(tr-t0)
(2)
Qw=Aφdcwρw(tr-t0)
(3)
QL=Aφd
(4)
其中：Q为热储中储存的热量，J；
Qr为岩石中储存的热量，J；
Qw为水中储存的热量，J；
QL为热储中储存的水量，m3；
A为计算区面积，m2；
d为热储倾斜延伸深度，m；
ρr为热储岩石密度，kg/m3；
cr为热储岩石比热，J/kg·℃；
φ为热储岩石的空隙度，无量纲；
tr为热储温度，℃；
t0为恒温带温度，℃；
ρw为地热水密度，kg/m3；
cw为水的比热，J/kg·℃。
3.3.2 计算结果
将已确定的参数代入计算模型公式，计算得出地热田中储存的热能总量(Q总)和热水总量(QL总)，见表3。
表3 地热田资源量计算结果
通过对研究区地热地质条件分析可知，其地热系统为隆起山地断裂对流型带状热储系统。主要热源为大地热流，主要控热构造为姑婆山断裂带，地热水来源于地表水和大气降水的直接补给以及花岗岩风化带裂隙水的间接补给，在水力和热力的驱动下，沿着断裂带和岩石孔隙向深部运移，经过缓慢的循环交替、水热对流运动后被加热，形成地热水。
根据热储所在的构造形态特征，结合野外勘查结果，采用热储法计算得出研究区地热资源总量为1.55×1017J，地热水资源总量为2.48×108m3。其中，温度范围在25℃～40℃的地热资源量为7.85×1016J，地热水资源量为1.37×108m3；
温度范围在40℃～60℃的地热资源量为7.62×1016J，地热水资源量为1.11×108m3。
区内地热资源受构造控制，资源储量有限，建议仅对现有的自流资源量进行合理的开发，避免由于实际开采量大于温泉流量，而出现温泉流量减小甚至干涸的现象。
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