湖北省咸宁市温泉地热田地热资源评价及开发利用

(湖北省地质环境站)

介绍了湖北省咸宁市温泉地热田的热地质条件和成因类型，对地热资源进行了评价，展示了近年来开发利用的成果和基本经验，提出了开发过程中存在的问题，并提出了合理可行的建议。

咸宁市位于湖北省东南部，长江中游南岸，湘鄂赣三省交界处。它是从南到北的主要通道，被称为“湖北的南大门”。全市辖四县一市一区和一个经济技术开发区，即嘉鱼县、铜山县、崇阳县、通城县、赤壁市、咸安区和温泉经济技术开发区。

咸宁市地热资源丰富，分布广泛，所辖一区四县一市均有温泉出露。随着地热资源作为绿色能源被广泛利用，越来越受到重视，20世纪初，先后开展了湖北省咸宁市地热资源详查、湖北省赤壁市五红山地热资源评价、湖北省赤壁市五红山地热资源普查、湖北省崇阳县浪口地热田地热资源详查、嘉鱼县蛇屋山地热资源勘查。其中，咸宁市温泉地热田地热资源详查在前期勘探的基础上，对潜山地区构造特征的性质和规模及其与地热流体分布、径流和排泄的关系进行了较深入的研究。经计算，其可开采量为13320.1m3/d，最高水温为55℃。勘探成果就分布范围、可采资源量而言，以地热田最高。

1区域地热地质条件

1.1地质构造简介

咸宁地质构造位于扬子准地台梁紫湖凹陷与咸宁地台褶皱束的交汇处，属于大木山复式背斜北翼——高桥向斜、孙涧铺反转背斜和贾家山反转向斜西延的次级构造，由一系列致密褶皱组成，构成了本区的基本构造格架。新华夏晚期的构造体系在潜山地区是强烈的，其中大义山断裂有明显的反映。这些不同的构造体系相互干扰、相互复合，不仅控制了区内的岩性组合、地貌和岩溶发育，而且严格控制了地下水的分布及其补给、迁移和排泄。潜山背斜是地热田的主要构造格架，呈梳状，向东南反转。区内温泉断裂规模最大，是一条多构造变动的复合型断裂。早期为纵向断裂，以垂向运动为主，后期为反向复合，逆时针应力下表现为压扭。它是一条深切割断层，是控制区内热流体分布的主要断层。

1.2水文地质条件

温泉出露部分是西北断层和东北断层相交切割热储层所致。交汇处岩石破碎强烈，有碎裂岩、角砾岩和裂隙。断层构造带中构造岩的孔隙度大于原岩，特别是在断层交汇处，为地热流体的储存和运移提供了有利的空间。该区断裂经历了多期活动。由于它们的构造方式和强度不同，岩石破碎和胶结程度不同，与其他断层的相互作用导致断层富水性和热导率的不均一性。在岩石破碎胶结差、裂缝发育的地区，地热流体相对丰富，水量大。在岩石破碎、裂隙连通性差的地区，由于储水空间狭窄、通路不畅，水温低，水量小。

根据地热田地热流体取样分析，咸宁市温泉地热田地热流体中主要气体成分为N2、O2和CO2，其中N2占逸出气体的94.60% ~ 95.70%，溶解气体的66.30% ~ 68.80%。高丰度的N2主要存在于大气中，地热流体中的N2来源由大气降水带入地下，地热流体主要由大气降水入渗补给。

大气降水的δD和δ18O具有海拔效应。根据地热流体同位素结果和大气降水取样，估算咸宁市温泉地热田的补给高程应为470m m左右。根据区域地形地貌分析，在地热田东南300 ~ 500 m的低中山地区，出露的碳酸盐岩受大气降水补给，通过岩溶通道补给咸宁市温泉地热田。

另外，根据地热流体中氚含量的分析可知，地热流体应该是1954之前大气降水渗入的地热流体经过长期径流循环，即该区地热流体从补给到排泄经历了50年或更长时间的径流，代表了地热区地热流体的径流时间。在表层盖层薄、裂缝发育的地区，近期有地表水和裂隙水的混合。

1.3地热田特征

根据勘探资料综合分析，咸宁市温泉地热田常温层埋深一般在25m左右，区内钻孔温度有平缓升高的趋势，即随着钻孔深度的增加，温度升高。根据钻孔温度变化特征分析，该区钻孔温度上升缓慢，钻孔温度变化范围为0.045 ~ 0.231℃/m，由于导热蓄热构造埋深或部分钻孔揭露深度不同，温度变化范围也不同。导热蓄热结构埋深不同，断层带上方温度升高明显，断层破碎带温度升高不明显。地热田的地温梯度值与地质环境条件(位置、岩性、地质构造、地下水等)直接相关。)的地热田。热区岩石的地温梯度值有一定的变化，其值多为1.15 ~ 26.74℃/100m，根据钻井测温资料，区内平均温度梯度为6.57℃/100m，热异常明显。

平面温度等值线的长轴方向为290°西北，与地表出露的温泉方向大致一致，表明该段地热流体的分布和出露主要受北西向构造控制。

1.4地热流体的水化学特征

根据勘探区人工出露的地热流体井取样分析，地热流体的水化学类型为硫酸-钙水。另外，根据硫酸根离子含量与温度的关系，检测到的地热流体中硫酸根离子的浓度在一定范围内与水温呈线性关系。当水温为20 ~ 50℃时，硫酸根离子浓度变化范围为17.50 ~ 131。地表水和常温地下水的水化学类型为碳酸氢盐，与地热流体有很大不同。从以上数据可以看出，勘查区地热流体中的特征离子为钾离子、钙离子、镁离子、硫酸根离子和氟离子，是地热田的重要水化学标志和主要标准元素。

2温泉地热田地热资源评价

2.1蓄热模型的建立

2.1.1热储盖层

潜山背斜东侧至大漠山背斜西北翼之间地层为志留系，岩性为泥质粉砂岩、页岩、粉砂岩等岩石，总厚度1762 ~ 2856 m，平均厚度2264m，由于岩石中泥质成分含量高，渗透性和储水性能差，局部地区发育的裂隙和裂缝被泥质充填，岩石传热性能差在大漠山和潜山之间形成“U”形的箱形结构，上部形成天然覆盖，防止热量散失，保持下伏热流场热源温暖。它是地热区的蓄热盖。

2.1.2热控和导热结构

在该区，温泉断层是一条具有代表性的主断层，其切割深度和规模也是最大的。在潜山东南部地区，它控制着志留系地层与奥陶系地层的接触边界，碳酸盐岩中流动的地热流体在到达本区的控热断层温泉断层附近时被阻断。此外，在月亮湾一带，北西向发育的张性断层为导热、导水断层。

2.1.3蓄热

根据钻井资料分析，地热流体的供给、运移和储存都是在碳酸盐岩地层中进行的，在岩溶发育的碳酸盐岩地层中获得了丰富的地热流体。因此，在硅化岩和志留系地层下，角砾岩灰岩、结晶灰岩、龟纹裂隙灰岩、生物碎屑灰岩和白云质灰岩、岩石裂隙和岩溶发育，局部地区是地热流体和热储层的主要储存场所。

2.1.4地热田的形成

根据前人同位素资料分析，该区地热流体的主要来源是大气降水，并有高山降水的补给。温泉地热田的高程效应在500m左右，进入地热区需要50年以上。

大漠山背斜西北翼出露的震旦系、寒武系和奥陶系地层主要由灰岩、白云质灰岩或灰岩白云岩、白云岩等碳酸盐岩组成。出露岩石有利于地表降水的入渗和补给，受构造控制，与地热区岩溶系统有水力联系，为地下水的深层运移提供了通道。西北翼岩石出露标高约500米

当大气降水在重力作用下沿碳酸盐径流系统深部循环，以及地形高度的差异，为地下水的补给、运移和储存提供了良好的地质条件。上奥陶统为富含志留系泥质成分的粉砂岩，在潜山与大漠山之间形成地热天然盖层。区域资料显示，覆盖层平均厚度可达2264m，既保护了地球深部热量的散失，又为深层循环地下水吸热储备了能量。

局部地热流体流向潜山附近。由于温泉断层和一组北西向断层的切割作用，地热流体沿断裂带出露，形成温泉和地热田。

2.2地热资源储量的计算

根据地热地质条件的特点(包括盖层、热储、热控和导热构造等。)地热田，结合《地热资源评价方法》(DZ40-85)及相关地热资源评价方法的研究资料，建议采用蓄热法进行地热资源评价。

经计算，整个地热田的资源量为12.1145×1013 kcal，折合标准煤17.3× 65438。地热流体静态储量为3875.5×104m3。按照0.15的采出率，可利用地热资源量为2074.40×104kcal/h，相当于发电量2.44×104kW，相当于10.7×标准煤。

3地热资源的开发利用

3.1概述

咸宁市开发地热资源历史悠久。明代天顺五年(1461)，《咸宁县志》记载温泉“水有硫磺之气”，“疮痈皆浴而愈”。1938年底，温泉被侵华日军占领并划为禁区，建起了“军医院”。抗战胜利后，国民党军队在温泉设立训练营。1949年9月，中国人民解放军南迁温泉，在温泉旧址建立解放军195医院。从此，咸宁温泉地热开始造福人民。人工开发利用温泉始于20世纪60年代，80年代得到较大发展。20世纪90年代以来，逐渐向法制化、科学化方向发展。

随着温泉的开发利用日益受到社会各界的关注，咸宁温泉经济技术开发区先后有中国人民解放军195医院、泉山宾馆、郑州铁路局疗养院、汉商集团有限公司咸宁温泉山庄、武汉尹畅集团温泉酒店等20家企业开发利用地热资源。地热资源的开发利用主要集中在温泉经济技术开发区。有28口地热井，现在有13个单位，共有15口井仍在开采。地热流体由离心泵、真空泵、潜水泵等设备抽取，取水能力一般为30 ~ 100 m3/h..2005年地热流体日均量为4470m3，高峰期可达5020 m3/d，最低为3320 m3/d..

目前，地热流体的应用主要在服务、医疗、水产养殖、居民生活、科学研究等领域，取得了良好的经济、社会和环境效益。

3.2主要问题

随着地热流体的广泛应用，地热流体的开采量也相应增加，在开发利用地热资源的过程中也产生了一些环境地质问题。

目前在地热区，主要问题是井泉与钻孔相互干扰，地热流体温度降低，地热流体质量变化，区域地下水位下降。

3.3建议

为了使咸宁温泉地热田的地热资源得到更好的可持续发展和梯度综合利用，避免浪费和环境地质问题。建议:

(1)严格地热资源开发利用管理，实行科学规划，统一集中开采，统一供热，对取水和配水进行全时调控管理。加强集中供热工程建设，建设大容量保温调节池，采用先进技术，提高资源利用率，提高利用水平，改进工艺技术，优化系统参数，合理使用新材料，物尽其用。加强管理，杜绝跑、冒、滴、漏、废。搞好综合利用和延迟开发。

(2)制定颁布《咸宁市地热资源管理办法》，加快地热管理立法。

(3)严格审批开采地热资源，控制总量、强度和利用条件。

(4)遵循地热资源勘探开发程序，严格控制当地地热资源的开采量和开采强度。

(5)提高地热资源利用率，调整产业结构，控制高能耗的利用方式，逐步淘汰高能耗的落后设备，使设备和系统向节约型方向发展。

(6)建立地热保护区。

(7)加强地热资源在开采过程中的动态变化特征监测，建立系统的监测网络，观测地热流体在开采条件下的水质、温度、水量和水位变化，重视环境地质问题的调查研究。

(8)地热矿区地质环境评价每年一次。

(9)争取国家资金，建立国家级地热流体监测点。

(10)建立动态监测网络。动态数据库是管理和开发中对资源最直接、最直观的趋势反应。因此，温泉区应建立和完善动态监测网络，加强开采动态监测，为资源可靠性评价和资源管理制定相关政策提供依据。

(11)地热资源利用示范工程建设。地热资源的开发利用涉及多个领域，每个领域和利用方式都必须实现资源、环境和经济效益的统一。因为很多技术和指标还处于探索阶段，所以非常有必要以示范工程的作用促进发展，选择不同类型的利用领域，培育和建立集约利用方式的地热示范工程，在管理过程中以示范工程为样板，推广应用示范工程技术，起到整体提升的作用。

4结论

地热资源是咸宁市的优势矿产。由于地热本身是不能以商品形式在市场上流通的直接矿产品，其价值是通过热能的开发利用和地热资源的产业化所获得的良好的经济、社会和环境效益来综合体现的。因此，对地热资源进行统一规划、科学开发、合理利用和有效保护，是咸宁市经济、社会和环境协调发展的有力保障。

地热资源开发利用要以市场为导向，以资源为基础，以产业为基础，充分发挥地热资源优势，充分利用地理交通优势，结合当地自然景观、人文历史背景等旅游资源，开发风格鲜明、个性突出的设施，构成地热资源开发利用新格局，为咸宁市经济建设和社会进步做出更大贡献。