嘉魚縣石泉地?zé)豳Y源勘查的可行性研究

摘要：地?zé)豳Y源的科學(xué)開發(fā)可以推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。石泉村位于湖北省嘉魚縣高鐵嶺鎮(zhèn)，憑借獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造條件和良好的地?zé)豳Y源潛力，成為地?zé)崮荛_發(fā)的重要目標(biāo)區(qū)域。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果，分析嘉魚縣石泉村地?zé)醿优c蓋層特性、資源富集區(qū)分布及熱儲層儲量，明確地?zé)豳Y源特征及開發(fā)潛力。其間通過廣域電磁法和氡氣測量結(jié)果疊加，圈定小蛇屋山地?zé)崽锛半[伏斷裂周邊為主要資源富集區(qū)，從而優(yōu)化井位布局。研究顯示，熱儲層埋藏深度為50～250 m，溫度為25～61 ℃，熱流體日可開采量約為2 000 m3，適合進(jìn)行溫泉開發(fā)、供暖及農(nóng)業(yè)應(yīng)用。研究成果為石泉村地?zé)豳Y源的高效開發(fā)與可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)，為類似區(qū)域地?zé)豳Y源開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：地?zé)豳Y源；勘查；地質(zhì)條件；井位優(yōu)化；儲層特性

中圖分類號：P314 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-0-04

Feasibility Study on Geothermal Resource Exploration in

Shiquan， Jiayu County

HONG Biao

（Fourth Geological Team of Hubei Geological Bureau， Chongyang 437500， China）

Abstract： The scientific development of geothermal resources can promote regional economic development， optimize energy structure， and protect the ecological environment. Shiquan village is located in Gaotieling town， Jiayu county， Hubei province， with its unique geological structure and excellent geothermal resource potential， it has become an important target area for geothermal energy development. Based on the results of regional geological surveys， the characteristics of geothermal reservoirs and cap rocks， distribution of resource enrichment areas， and reserves of geothermal reservoirs are analyzed in Shiquan village， Jiayu county， and the characteristics and development potential of geothermal resources are clarified. During this process， by overlaying the results of wide area electromagnetic method and radon gas measurement， the Xiaoshewu Mountain thermal field and the surrounding areas of hidden faults are delineated as the main resource enrichment areas， thereby optimizing the well layout. The research shows that the buried depth of the thermal reservoir is 50～250 m， the temperature range is 25～61 ℃， and the daily mining output of the thermal fluid is about 2 000 m3， which is suitable for the development of hot springs， heating and agricultural applications. The research results provide scientific basis for the efficient development and sustainable utilization of geothermal resources in Shiquan village， and provide reference for the development of geothermal resources in similar areas.

Keywords： geothermal resources; exploration; geological conditions; well location optimization; reservoir characteristics

作為一種清潔的可再生能源，地?zé)豳Y源在全球范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注。石泉村位于湖北省嘉魚縣高鐵嶺鎮(zhèn)，地質(zhì)構(gòu)造獨(dú)特，地?zé)豳Y源潛力巨大，已成為地?zé)崮荛_發(fā)的重要目標(biāo)區(qū)域[1]。隨著碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出和綠色能源利用技術(shù)的推廣，地?zé)豳Y源的科學(xué)開發(fā)對推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義[2]。因此，有必要分析石泉村地質(zhì)背景，明確地?zé)釛l件及資源分布，提出井位布局與實(shí)施建議。研究成果填補(bǔ)區(qū)域地?zé)豳Y源勘查的空白，為高效開發(fā)和可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。經(jīng)科學(xué)合理開發(fā)，石泉村地?zé)豳Y源有望成為促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要動力，同時為全國類似地區(qū)提供可借鑒的開發(fā)模式[3]。

1 區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件

石泉村地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺的嘉魚-赤壁弧形構(gòu)造帶中段。區(qū)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渡為致密碳酸鹽巖，構(gòu)成優(yōu)質(zhì)儲熱與隔水體系。區(qū)域構(gòu)造活動頻繁，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?zé)豳Y源的形成提供重要條件。此外，區(qū)域的巖溶作用顯著，裂隙和溶洞發(fā)育，結(jié)合隔水性較強(qiáng)的蓋層，共同形成優(yōu)良的地?zé)醿芋w系。復(fù)雜地質(zhì)背景為石泉村地?zé)豳Y源的富集與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。石泉村地?zé)豳Y源受區(qū)域構(gòu)造、熱儲層與蓋層條件的綜合控制，具備優(yōu)越的地?zé)岬刭|(zhì)條件。

1.1 地?zé)醿蛹吧w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(qū)域內(nèi)地?zé)豳Y源的主要富集區(qū)。熱儲層的溫度為25～61 ℃，能夠滿足地?zé)釡厝跋嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)開發(fā)需求。地?zé)醿由细驳母羲w層以志留系泥質(zhì)粉砂巖、頁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(gòu)成優(yōu)質(zhì)的隔水和保溫系統(tǒng)，不僅減少熱能散失，還為地?zé)醿拥臒崮芊e累提供有力保障。

1.2 地?zé)釄龇植家?guī)律與資源富集區(qū)

石泉村地?zé)豳Y源的分布主要受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)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?zé)崃黧w運(yùn)移路徑，其周邊為主要地?zé)豳Y源富集區(qū)。在背斜核部及其兩翼，構(gòu)造應(yīng)力引發(fā)裂隙張開和巖溶作用增強(qiáng)，為地?zé)崃黧w的聚集提供有利條件。同時，該區(qū)域地溫梯度較高，局部受斷裂導(dǎo)熱作用影響，形成顯著的熱流異常帶，與地?zé)崽锏目臻g分布高度吻合。地質(zhì)調(diào)查和物探成果表明，小蛇屋山地?zé)崽锖碗[伏斷裂周邊為主要資源富集區(qū)，熱儲埋藏深度為50～250 m，水化學(xué)類型為硫酸鈣型水，熱流體溫度為25～61 ℃，資源儲量充足，開發(fā)潛力巨大。

2 地?zé)豳Y源評估

2.1 熱儲層儲量評估

熱儲層儲量評估通過地溫梯度測定和計(jì)算，明確石泉村地?zé)豳Y源潛力，為開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

2.1.1 地溫梯度與儲量計(jì)算方法

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆孔數(shù)據(jù)，石泉村地溫梯度平均值為3.02 ℃/100 m，局部因斷裂導(dǎo)熱作用略高于平均值。特別是在隱伏斷裂及其周邊區(qū)域，熱流異常顯著，表明該區(qū)域?qū)嵝阅茌^強(qiáng)，是地?zé)崃黧w的重要遷移和富集區(qū)。根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》

（GB/T 11615—2010），采用體積法估算地?zé)豳Y源儲量[4]，采用式（1）進(jìn)行計(jì)算?；趨^(qū)域地質(zhì)資料和勘查數(shù)據(jù)，初步計(jì)算顯示，石泉村熱儲層儲量約為1.5×1016 J，具有良好的開發(fā)潛力。

Q=C×V×ρ×?T（1）

式中：Q為地?zé)醿α?，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?zé)崽锛皵嗔褞е苓叄瑹醿由疃葹?0～250 m，富集面積約為67 500 m2，水體分布范圍面積達(dá)96 000 m2，構(gòu)成穩(wěn)定的地?zé)豳Y源儲備區(qū)。區(qū)域內(nèi)熱流體為硫酸鈣型水，礦化度適中，水質(zhì)清澈，無明顯雜質(zhì)，熱水溫度范圍為25～61 ℃，流量穩(wěn)定，經(jīng)估算，日可開采量約為2 000 m3，符合地?zé)釡厝跋嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)開發(fā)要求。小蛇屋山地?zé)崴纬蓹C(jī)理如圖1所示。

2.2 地?zé)豳Y源開發(fā)潛力評估

石泉村地?zé)豳Y源開發(fā)潛力評估需要從熱儲層的溫度特性、補(bǔ)給來源以及開采條件和技術(shù)可行性等角度進(jìn)行綜合分析。

2.2.1 熱儲層溫度與補(bǔ)給來源分析

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和鉆孔測溫?cái)?shù)據(jù)，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(dǎo)熱作用密切相關(guān)。該溫度范圍適合進(jìn)行溫泉開發(fā)、農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖加溫及工業(yè)用水加熱等應(yīng)用，具備較高的市場適應(yīng)性。石泉村熱儲層的主要補(bǔ)給來源為大氣降水，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(bǔ)給條件。同位素分析顯示，熱水主要來源于當(dāng)?shù)卮髿饨邓?，水化學(xué)分析表明其補(bǔ)給穩(wěn)定。隱伏斷裂等主要斷裂系統(tǒng)為熱流體的運(yùn)移和儲層補(bǔ)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(qū)域水動力條件優(yōu)越，熱儲層循環(huán)能力強(qiáng)，補(bǔ)給充足且排泄穩(wěn)定，為長期開發(fā)提供可靠保障[5]。

2.2.2 開采條件與技術(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(qiáng)，有效減少熱能散失并維持儲層壓力。鉆孔數(shù)據(jù)估算顯示，熱流體日可開采量達(dá)2 000 m3，單井開采能力強(qiáng)，足以滿足商業(yè)化開發(fā)需求。地?zé)豳Y源分布集中且富集范圍明確，為高效開發(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(xiàn)高效開采。資源適合直接或梯級利用，技術(shù)成熟且經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。

3 井位設(shè)計(jì)與論證

3.1 井位選址原則

井位設(shè)計(jì)是地?zé)豳Y源開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其科學(xué)性直接影響資源開發(fā)的效率與效益。在石泉村，井位選址應(yīng)以地質(zhì)構(gòu)造和資源富集區(qū)為基礎(chǔ)，優(yōu)先選擇靠近隱伏斷裂、高鐵嶺斷裂及其周邊區(qū)域的斷裂延伸部位及碳酸鹽巖熱儲層交匯區(qū)域，這些區(qū)域?qū)阅芰己们屹Y源富集。裂隙發(fā)育區(qū)和儲層滲透性高的地帶也是優(yōu)選位置，以確保資源開發(fā)的穩(wěn)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(qū)域，同時避開補(bǔ)給不足或排泄強(qiáng)度過大的區(qū)域。結(jié)合廣域電磁法成果，在地?zé)岙惓Ъ蟹植紖^(qū)域布設(shè)井位，以提高開采量和熱能利用效率。此外，井位設(shè)計(jì)需要考慮埋藏深度適中（50～250 m）、靠近基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域，降低鉆井成本，并避開生態(tài)敏感區(qū)和居民集中區(qū)，減少對環(huán)境的影響，確保資源開發(fā)的可持續(xù)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(qū)域儲層厚度和導(dǎo)水性增強(qiáng)。熱儲層的埋藏深度集中在50～250 m，淺部儲層相對集中，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^氡氣測量圈定地?zé)岙惓^(qū)域，在小蛇屋山地?zé)崽锖蛿嗔褞е苓?，氡氣濃度異常值顯著高于背景值，顯示出斷裂導(dǎo)水作用顯著，熱流體活動頻繁。氡氣高值區(qū)與物探低阻區(qū)的高度重合進(jìn)一步驗(yàn)證這些區(qū)域?yàn)榈責(zé)豳Y源富集區(qū)，同時明確斷裂構(gòu)造在熱流體運(yùn)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(qū)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(qū)域及隱伏斷裂集中帶。這些結(jié)果為后續(xù)的井位布設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

3.2.2 優(yōu)選井位布局

結(jié)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，以提高熱流體開采的效率和經(jīng)濟(jì)性。井位優(yōu)選布局的原則包括3個方面。一是優(yōu)先選擇靠近隱伏斷裂的區(qū)域，確保良好的補(bǔ)給與熱流體遷移條件；二是在氡氣異常高值區(qū)與物探低阻區(qū)交匯部位布置井位，確保資源開發(fā)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性；三是避開巖層厚度過薄、隔水層破碎及補(bǔ)給不足的地質(zhì)不良區(qū)，以保障開采的安全性和經(jīng)濟(jì)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?zé)崽镏行膮^(qū)域，該地?zé)崽餆醿勇癫厣疃葹?0～150 m，地溫梯度較高，資源富集程度顯著，是地?zé)衢_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(qū)域與碳酸鹽巖儲層交匯，儲熱性能優(yōu)越，適合作為補(bǔ)充開采井。第三，選擇高鐵嶺斷裂交匯區(qū)布置井位，該區(qū)域熱流體補(bǔ)給充足，井位布局有助于提升資源開采率，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(qū)分布及施工條件，既降低鉆井成本，又提高單井開采效率，為地?zé)豳Y源的規(guī)?；_發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.3 井位建議

根據(jù)石泉村地?zé)豳Y源勘查的物探、化探和地質(zhì)調(diào)查成果，結(jié)合區(qū)域地?zé)豳Y源分布特點(diǎn)與開發(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?zé)崽镏行木ň?）位于小蛇屋山地?zé)崽锏暮诵膮^(qū)域（東經(jīng)114.605°，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，表明熱流體富集程度高。該井功能定位為開發(fā)主井，主要用于開采地?zé)崃黧w，以滿足溫泉開發(fā)及農(nóng)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(qū)域（東經(jīng)114.610°，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發(fā)井，用于保障熱流體供給的穩(wěn)定性，并提升整體開采效率。高鐵嶺斷裂交匯區(qū)井（井位3）位于多條斷裂交匯區(qū)域（東經(jīng)114.615°，北緯29.917°），裂隙系統(tǒng)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(kuò)展開發(fā)或其他用途提供資源保障，以支持區(qū)域地?zé)豳Y源的長期可持續(xù)開發(fā)。

3.3.2 實(shí)施建議

為確保鉆井過程的順利實(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(hù)壁為輔，以保證井壁穩(wěn)定性。設(shè)備方面，應(yīng)選用高效空氣鉆機(jī)，配備多級泵送設(shè)備和降溫裝置，以適應(yīng)地?zé)峋@探的特殊需求。鉆探深度應(yīng)根據(jù)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，在鉆探過程中實(shí)時監(jiān)測地溫、流量、礦化度和水質(zhì)等水文地質(zhì)參數(shù)，動態(tài)調(diào)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，建議在主井開發(fā)的基礎(chǔ)上配套回灌井，形成閉合的水循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)開發(fā)。同時，建議避開生態(tài)敏感區(qū)，采用低干擾施工，嚴(yán)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(xiàn)資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù)的雙贏。另外，規(guī)劃輸送管道，減少熱損失，部署監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測流體溫度、壓力及流量，保障安全與持續(xù)利用。

4 結(jié)論

綜合分析嘉魚縣高鐵嶺鎮(zhèn)石泉村的地質(zhì)構(gòu)造、熱儲層特性及地?zé)豳Y源分布規(guī)律，可以明確區(qū)域地?zé)豳Y源的開發(fā)優(yōu)勢和潛力。研究發(fā)現(xiàn)，石泉村地?zé)豳Y源富集性顯著，主要集中于小蛇屋山地?zé)崽锛半[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，為資源的富集和開發(fā)提供保障。同時，優(yōu)選井位布局及具體鉆孔位置，為熱流體的高效開采提供科學(xué)依據(jù)?？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(xiàn)資源可持續(xù)開發(fā)。研究成果不僅填補(bǔ)區(qū)域地?zé)豳Y源勘查的空白，還為推動當(dāng)?shù)鼐G色能源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要支撐，為類似區(qū)域的地?zé)豳Y源開發(fā)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

1 韓永強(qiáng).安徽省亳州市王花園井地?zé)豳Y源可行性勘查研究[J].地下水，2024（5）：53-55.

2 湯 皓.安徽省黃山區(qū)二龍橋地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查研究[J].地下水，2024（3）：44-45.

3 孫 薇，霍 濤.內(nèi)蒙古自治區(qū)商都縣七臺-小海子地區(qū)地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查報告[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2024（1）：110-112.

4 張鳳鳴，張 統(tǒng).江蘇省邳州市鐵富地區(qū)地?zé)豳Y源勘查開發(fā)前景分析[J].能源技術(shù)與管理，2022（2）：135-136.

5 陳建兵，姜風(fēng)強(qiáng).安康市漢濱區(qū)地?zé)豳Y源淺析[J].陜西地質(zhì)，2021（1）：91-95.

收稿日期：2024-12-02

作者簡介：洪標(biāo)（1992—），男，湖北崇陽人，助理工程師。研究方向：水工環(huán)。