Temperature field characteristics and thermal control factors of banded reservoirs geothermal field an example of Reshui-town geothermal field Hunan Province
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摘要:
带状热储地热田是高品质地热资源的集中赋存区, 热储构造分布极不均一, 钻探风险高, 温度场是认识热储分布的重要窗口。以湖南省温度最高、流量最大的汝城县热水圩地热田为例, 通过温度场、水流量和岩心差异, 识别了热田内不同热储构造区空间分布, 探讨了控热因素的耦合关系, 分析了形成高温大流量地热田的主控因素。研究结果表明, 热储构造受走滑断裂破碎带控制, 在平面上分异为6个区, 主通道区、侧通道区和渗流通道区井温曲线形态依次为高幅蘑菇状、高幅瀑布状和高幅阶梯状, 水温度依次降低, 流量依次减小, 水化学类型由HCO3-Na型变为HCO3-Ga-Na型, 水流量等值线呈带状分布。温度在变质岩区迅速降低, 显示出变质岩的侧向隔水隔热作用, 垂向高温中心随埋深增大向东部迁移, 热储裂隙内充填SiO2与辉沸石, 深部热水主要来自东部花岗岩区。热田发育在地形高差大、走滑断裂深切、岩石脆而致密的地区, 受地形、断裂和岩性的共同控制, 来自花岗岩地区的深循环热水, 在浅部受到变质岩的侧向封堵, 最终在多组断裂交会的山间洼陷集中排泄, 形成高温大流量地热田。
Abstract:The banded reservoirs geothermal field is a storage areas of high-quality geothermal resources, and the temperature field is a window on the thermal storage structure which is extremely unevenly distributed. Taking Reshui-town geothermal field with the highest temperature and the largest flow in Hunan Province as an example, this paper identifies six different structural areas of reservoirs through the analysis of the temperature field, water flow and drilling cores in the geothermal field, and discusses the spatial coupling relationship of thermal control factors. The main conclusions are as follows: ① The reservoir structure is controlled by the damage zone of strike-slip fracture and is divided into six areas on the plane; the main channel area, the side channel area and the seepage channel area have the well temperature curves shape of high-amplitude mushroom, high-amplitude waterfall and high-amplitude ladder; the water temperature and volume decreases accordingly; the hydrochemical type changes from HCO3-Na type to HCO3-Ga-Na type, and the water flow contours are distributed in bands. ② The temperature drops rapidly in the area of metamorphic rocks, indicating the water insulation effect of metamorphic rocks in the sideways; the vertical high temperature center migrates to eastward with the increase of burial depth; the fillings of SiO2 and stilbite in the thermal reservoir cracks, and the deep hot water mainly come from the eastern granite area. ③ The geothermal fields are developed in areas with large terrain height differences, deep strike-slip faults, brittle and compact rocks area, and are jointly controlled by topography, fractures and lithology. The deep circulating hot water from the granite area is blocked laterally by metamorphic rocks in the shallow part, and finally discharged centrally in the inter-mountain depression where multiple faults intersect, forming the geothermal field with high temperature and large flow.
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表 1 热储构造的井温曲线类型
Table 1. Different types of well temperature curves and geothermal reservoir scale
热储构造 温度/℃ 埋深/m 裂隙厚度/m 流量/(L·s-1) 井温曲线形态 岩性 主通道区 >90 19.6 69 20.1~26 高幅蘑菇状(Ⅰ) 变质岩 侧通道区 60~90 40.7~74.7 166~245 1~15.8 高幅瀑布状(Ⅱ) 变质岩 渗流通道区 65~90 169 42~131 0.25~1.9 高幅阶梯状(Ⅲ) 花岗岩 过渡区 50~70 153~280 0~12 0~0.2 中幅阶梯状(Ⅳ) 花岗岩与变质岩 侧封区 40~50 100 98.8 0~6.5 中幅瀑布状(Ⅴ) 变质岩 边界区 30 130 13, 3 0~1.67 低幅平缓状(Ⅵ) 变质岩 
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表 2 不同热储构造区水化学特征
Table 2. The hydrochemical characteristics of different thermal storage structures
热储构造 井名 水温/℃ 矿化度/M HCO3-/% SO42-/% CO32-/% F-/% Cl-/% SiO2/(mg·L-1) Na+/% Ca2+/% Mg2+/% 主通道区 ZK1 90 152 48 23 17 112 83 13 ZK4 89 164 53 28 10 88 侧通道区 ZK3 61 150 49 21 14 70 18 ZK16 70 145 41 38 13 88 80 12 渗流通道区 ZK15 59.5 128 58 20 13 46 55 36 ZK19 49 140 62 18 30 59 30 ZK21 30.5 90 98 60 33 43 21 过渡区 ZK2 40 84 92 24 53 20 侧封区 ZK8 38 194 84 29 41 27 边界区 ZK7 26 113 99 31 44 23
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表 3 地热田不同热储构造区岩心特征
Table 3. The core feature of different thermal storage structures in the field
热储构造 岩心特征 主通道区 ZK1:变质岩，岩心破碎呈块状和碎块状，裂隙张开，裂隙面倾角5组，40°~80°，宽0.1~0.5 cm，由石英和沸石混合充填，并见较多小孔穴沿断裂呈线性分布，孔径0.1~0.5 cm，是地下热水活动的良好通道，深度16~100 m，破碎带中偶见花岗岩细脉。100 m以下变质岩完整，夹2层断裂破碎带，绿泥石化、硅质胶结
ZK4:变质岩，3层构造角砾岩，倾角60°~90°，厚度依次为1.4 m、3.1 m、6.6 m，被石英、方解石、沸石半充填，脉中见小孔洞，孔径0.2~2 cm。变质岩层内裂隙发育，被石英、方解石、沸石充填或半充填，深度11~148 m。148 m以下变质岩完整侧通道区 ZK3:变质岩，2层构造角砾岩，倾角80°，厚度依次为7.9 m、64 m，脉宽0.1~3cm，被方解石、石英、沸石充填或半充填，见小孔洞。2层角砾岩之间的变质岩裂隙极发育，脉宽0.1~12 cm，多为石英、皂石充填或半充填，少许沸石钙质，脉中小孔洞，直径0.4~0.7 cm，地下水活动明显。其他层段变质岩中裂隙较发育，有细小孔洞和地下水活动痕迹，变质岩，深度22~330 m。
ZK16: 变质岩，3层构造角砾岩，倾角70°，厚度依次为2.3 m、9.6 m、3.8 m，被石英、沸石充填，其余层段裂隙普遍不发育，局部脉宽0.1~0.3 cm，石英、方解石充填，部分裂隙有小孔洞渗流通道区 ZK15:花岗岩，多层破碎带，被石英、方解石、沸石混合充填，倾角70°~80°，沿部分裂隙有小孔洞，透水孔洞周围多被石英充填，深度68~227 m。表层56 m以上为强风化花岗岩，227 m以下裂隙不发育
ZK19:花岗岩，多层破碎带，裂隙被方解石、沸石、石英充填，其中146~208 m一段裂隙内见不连续小孔洞，孔径0.2~1.3 cm。表层32 m以上为强风化花岗岩，298m以下裂隙不发育
ZK21:花岗岩，多层破碎带，裂隙均被方解石、沸石混合脉充填，倾角75°~80°，脉中见小孔洞，局部见黄铁矿小屋点。表层34 m以上为强风化花岗岩过渡区 ZK2:变质岩夹2层花岗岩，花岗岩比例2%。多层角砾岩，解离面平直，被方解石或石英充填，仅在花岗岩夹层中含弱裂隙水
ZK6:变质岩与花岗岩互层，花岗岩比例57%。裂隙不发育，夹细小裂隙发育层，胶结闭合，倾角60°~80°，不含水或微弱含水
ZK11:变质岩与花岗岩互层，花岗岩比例28%。多层角砾岩，发育在岩性接触面，挤压揉皱发育，见裂隙面倾角70°，擦痕倾角30°，为走滑断裂特征，角砾由压碎岩屑胶结，局部张裂缝被方解石充填
ZK14:变质岩与花岗岩互层，花岗岩比例47%。花岗岩内细小裂隙被方解石及石英充填，角砾岩较发育，糜棱岩化，胶结良好，被方解石充填
ZK20:变质岩与花岗岩互层，花岗岩比例65%。岩性接触面上下裂隙较发育，倾角多为60°~75°，方解石全充填，局部裂隙串珠小孔洞发育，微弱含水侧封区 ZK8:变质岩，上段破碎带发育。倾角70°~80°，石英和沸石半充填或全充填
ZK10:变质岩，上段破碎带发育。裂隙面沸石半充填或全充填
ZK17:变质岩，中上段裂隙较发育，含一层断裂破碎带，糜棱岩化，方解石和石英半充填或全充填，为地下水活动段边界区 ZK5:变质岩，4层断裂破碎带，挤压强烈，裂隙发育，石英全充填
ZK7:变质岩，仅上部裂隙较发育，少量铁锰浸染
ZK9:变质岩，仅上部见一层断裂破碎带，铁泥质薄膜附着
ZK12:变质岩，仅上部见断裂破碎带，铁质侵染，见小褶皱和断层泥
ZK13:变质岩，上部见2层断裂破碎带，糜棱岩化，钙质胶结
ZK18:变质岩，见2层断裂破碎带，厚45 m、27 m，糜棱岩化，被方解石和石英充填，见黄铁矿化
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图(7)
表(3)
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