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。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)?/a>資源的科學(xué)開發(fā)對(duì)推動(dòng)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。因此,有必要分析石泉村地質(zhì)背景,明確地?zé)?/a>條件及資源分布,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?jiǎng)恿?同時(shí)為全國(guó)類似地區(qū)提供可借鑒的開發(fā)模式。

1 區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件

石泉村地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)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(chǔ)熱與隔水體系。區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)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?chǔ)層體系。復(fù)雜地質(zhì)背景為石泉村地?zé)?/a>資源的富集與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。石泉村地?zé)?/a>資源受區(qū)域構(gòu)造、熱儲(chǔ)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?chǔ)層及蓋層特征

石泉村熱儲(chǔ)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(chǔ)水能力。熱儲(chǔ)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(chǔ)層的溫度為 25~61 ℃,能夠滿足地?zé)釡厝?/a>及相關(guān)產(chǎn)業(yè)開發(fā)需求。 地?zé)醿?chǔ)層上覆的隔水蓋層以志留系泥質(zhì)粉砂巖、頁(yè)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(chǔ)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?chǔ)層的熱能積累提供有力保障。

1.2 地?zé)釄?chǎng)分布規(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(chǔ)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(shí),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?/a>的空間分布高度吻合。地質(zhì)調(diào)查和物探成果表明,小蛇屋山地?zé)崽?/a>和隱伏斷裂周邊為主要資源富集區(qū),熱儲(chǔ)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(chǔ)量充足,開發(fā)潛力巨大。

2 地?zé)豳Y源評(píng)估

2.1 熱儲(chǔ)層儲(chǔ)量評(píng)估

熱儲(chǔ)層儲(chǔ)量評(píng)估通過地溫梯度測(cè)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(chǔ)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 1 1615—2010),采用體積法估算地?zé)豳Y源儲(chǔ)量，采用式（1）進(jìn)行計(jì)算。基于區(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(chǔ)層儲(chǔ)量約為1.5×1016J,具有良好的開發(fā)潛力。

式中:Q為地?zé)醿?chǔ)量,J;C為儲(chǔ)層巖石和流體的比熱容,J/(kg·℃);V為儲(chǔ)層體積,m3;ρ為儲(chǔ)層巖石和流體的平均密度,kg/m3;?T為儲(chǔ)層溫升, 即儲(chǔ)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?/a>及斷裂帶周邊,熱儲(chǔ)層深度為50~250 m,富集面積約為67 500 m2,水體分布范圍面積達(dá)96 000 m 2,構(gòu)成穩(wěn)定的地?zé)豳Y源儲(chǔ)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(wú)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?/a>及相關(guān)產(chǎn)業(yè)開發(fā)要求。小蛇屋山地?zé)崴?/a>形成機(jī)理如圖1所示。

2.2 地?zé)豳Y源開發(fā)潛力評(píng)估

石泉村地?zé)豳Y源開發(fā)潛力評(píng)估需要從熱儲(chǔ)層的溫度特性、補(bǔ)給來(lái)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(chǔ)層溫度與補(bǔ)給來(lái)源分析

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)據(jù),石泉村熱儲(chǔ)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(chǎng)適應(yīng)性。石泉村熱儲(chǔ)層的主要補(bǔ)給來(lái)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(chǔ)層提供良好的補(bǔ)給條件。同位素分析顯示,熱水主要來(lái)源于當(dāng)地大氣降水,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(chǔ)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(dòng)力條件優(yōu)越,熱儲(chǔ)層循環(huán)能力強(qiáng),補(bǔ)給充足且排泄穩(wěn)定,為長(zhǎng)期開發(fā)提供可靠保障。

2.2.2 開采條件與技術(shù)可行性

石泉村熱儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(jí)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)層厚度大、溫度較高(40~61 ℃) 的區(qū)域,同時(shí)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(duì)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(cè)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(chǔ)層厚度和導(dǎo)水性增強(qiáng)。熱儲(chǔ)層的埋藏深度集中在50~250 m,淺部?jī)?chǔ)層相對(duì)集中,深部?jī)?chǔ)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(cè)量圈定地?zé)岙惓^(qū)域,在小蛇屋山地?zé)崽?/a>和斷裂帶周邊,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(dòng)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(shí)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(chǔ)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(duì)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(gè)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,該地熱田熱儲(chǔ)層埋藏深度為80~150 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(chǔ)層交匯,儲(chǔ)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(chǔ)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?井位1)位于小蛇屋山地?zé)崽锏暮诵膮^(qū)域(東經(jīng)1 14.605°,北緯29.913°), 該井熱儲(chǔ)層厚度為80 150 m,埋藏深度適中,儲(chǔ)層裂隙和溶洞發(fā)育,熱儲(chǔ)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)?/a>流體,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)1 14.610°, 北緯29.910°),該井與碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層相交,儲(chǔ)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(chǔ)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)1 14.615°,北緯29.917°), 裂隙系統(tǒng)發(fā)育,地溫梯度較高,熱儲(chǔ)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(zhǎng)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(jí)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(chǔ)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(shí),在鉆探過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地溫、流量、礦化度和水質(zhì)等水文地質(zhì)參數(shù),動(dòng)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(chǔ)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(shí),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(duì)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(shí)監(jiān)測(cè)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(chǔ)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(shì)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(chǔ)層具備良好的滲透性與儲(chǔ)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(shí),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)。科學(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)?a href="http://xldcn.com/t/資源勘查.html" >資源勘查的空白,還為推動(dòng)當(dāng)?shù)?a href="http://xldcn.com/t/綠色能源.html" >綠色能源開發(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。