地大熱能：地?zé)豳Y源是寶貴的礦產(chǎn)資源，是重要的清潔能源之一，具有資源量大、污染小、可再生等特點(diǎn)，深受世人重視，在世界能源構(gòu)成中占據(jù)重要地位。合理開發(fā)、利用地?zé)崃黧w資源，不僅是中國新能源領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一，也是加快能源轉(zhuǎn)型的客觀需要，對促進(jìn)中國康養(yǎng)、旅游、種養(yǎng)殖等行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用，在一定程度上可滿足國人對更高生活品質(zhì)的追求。作為“山楂樹之戀”電影外景取景地之一的宜昌市夷陵區(qū)百里荒生態(tài)旅游區(qū)，是宜昌市域內(nèi)熱門的休閑、度假旅游景區(qū)之一。在景區(qū)南西約 5 km 處的普溪坪成功施工了一口井深為 2387.98 m 的探采結(jié)合大口徑深井，成功獲取了水溫、水量、水質(zhì)均滿足利用需求的地下熱水資源，不僅填補(bǔ)了百里荒景區(qū)以往無地下熱水資源康養(yǎng)的空白，而且對進(jìn)一步提升百里荒景區(qū)的知名度，促進(jìn)該景區(qū)乃至宜昌市旅游業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都具有重要意義。

1區(qū)域地質(zhì)背景

宜昌市百里荒景區(qū)一帶在大地構(gòu)造上位處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺上揚(yáng)子臺坪黃陵斷穹東翼單斜構(gòu)造區(qū)。黃陵斷穹核部主要由中元古界崆嶺群的變質(zhì)雜巖、混合巖及中酸性與基性巖漿巖組成。核部以東的沉積蓋層自晚元古界震旦系—早古生界的寒武系、奧陶系、志留系及中生界均廣泛分布(見圖 1) 。地層總體向東—南東方向緩傾，傾角一般在 8° ～ 15°，局部靠近斷裂構(gòu)造帶的地段可達(dá)20° ～ 30°。第四系覆蓋層則不連續(xù)分布于河谷兩側(cè)及山坡凹谷底。其中，與區(qū)內(nèi)地下熱水存賦有密切關(guān)聯(lián)的地層主要是寒武系、奧陶系及志留系: 前兩者主要由碳酸鹽巖構(gòu)成，其中含溶隙承壓水，富水性中等，為區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w主要賦存地層; 后者巖性以粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖為主，是本區(qū)地熱流體的良好保溫蓋層。

2 地熱流體的形成條件及成生模式

2.1地?zé)?/a>流體的形成條件

地?zé)?/a>流體的成生與存儲，與特定地質(zhì)環(huán)境條件緊密相關(guān)，即所謂的“蓋、儲、補(bǔ)、滯、熱”，以下結(jié)合本次施工的地?zé)徙@井從上述 5 個方面分別來敘述百里荒一帶的地?zé)崃黧w形成條件。

( 1) “蓋”是指地?zé)?/a>分布區(qū)內(nèi)要有分布穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的不透水或弱透水地層，藉以防止下伏熱儲的熱量在地質(zhì)歷史中不致大量散失，使熱儲中儲存的熱能量得以保存。

百里荒地?zé)崽?/a>一帶熱儲蓋層主要為下古生界志留系下統(tǒng)羅惹坪組與新灘組( S1 lr + x) ，巖性主要為灰綠色粉砂質(zhì)泥巖夾薄層生物灰?guī)r及泥灰?guī)r、頁巖、泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖。鉆探時從該層獲取的巖屑，斷面均較新鮮、完整，表明該層的透水性差，具備良好的隔水、隔熱性能。鉆井揭露其埋深為 20m，厚度約 500m。

( 2) “儲”是蓋層下必須要有分布廣、厚度大且有廣泛的容水空間儲存地下水熱水的地層。區(qū)內(nèi)熱儲層為下古生界奧陶系、寒武系( O-∈) 以及上元古界震旦系燈影組( Z2∈1 d) 的碳酸鹽巖，巖性以灰?guī)r、云巖為主。鉆探至該套地層時采取的巖屑表面，見大量鈣華、鐵質(zhì)浸染及溶蝕凹面，表明該套地層巖石中的巖溶及裂隙均較發(fā)育，具備較好的容水空間和水流通道，是本區(qū)及周邊區(qū)域內(nèi)良好的熱儲層。鉆井位置處其埋深約 520 m，揭露總厚度 ＞ 1 800 m。通過終井后的物探測井，基本查明在本鉆井揭露深度內(nèi)，自井深 579 m( 該深度以上采用石油套管及 425 號水泥封閉以隔絕上部低溫段及地表水與深部熱水的聯(lián)系) 至井底，熱儲層中出水段 22 處、總厚度達(dá) 152 m———約相當(dāng)于熱儲地層( O + ∈ + Z2∈1 d) 揭露總厚度的 8%。22處出水段中有 18 處分布于寒武系上統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組( ∈3O1 l) 、1 處分布于奧陶系南津關(guān)組( O1 n) 、3處分布于震旦系上統(tǒng)燈影組( Z2∈1 d) 。

( 3) “補(bǔ)”是地下熱水要有豐富的補(bǔ)給來源(包括大氣降水、地表水、相鄰或相近含水層的越流補(bǔ)給等) ; 熱儲( 奧陶系、寒武系、震旦系碳酸鹽巖) 分布區(qū)一帶屬亞熱帶溫濕氣候區(qū)，雨量充沛，年總降水量在 1 100 mm 以上，使得主要依靠大氣降水入滲補(bǔ)給的熱儲層具有充沛且穩(wěn)定的補(bǔ)給來源。

( 4) “滯”是指熱儲中的地下水處于滯緩徑流的環(huán)境，這樣既可使地下水較好地接受地球深部的地?zé)?/a>傳導(dǎo)或兼有斷裂構(gòu)造的對流傳熱加溫，同時又可使地下熱水與圍巖介質(zhì)有充分時間進(jìn)行水化學(xué)作用，從而形成礦化度和各元素含量均較高的熱礦水。該環(huán)境是地?zé)崴?/a>形成的關(guān)鍵因素之一。對本區(qū)而言，熱儲地層的傾角普遍僅 15°左右，地下水水力坡度不大，運(yùn)移速度較小，從而為其接受外部熱能加溫創(chuàng)造了較好的條件。擁有滯留環(huán)境，也使深部地下熱水與圍巖間有充足時間進(jìn)行充分的水化學(xué)作用，形成高礦化度和各元素富集等有別于淺部常溫地下水的特點(diǎn)。

( 5) “熱”是地下熱水的熱能來源。地?zé)崮?/a>主要源于莫霍面以下熔融巖漿的熱擴(kuò)散傳導(dǎo)和放射性物質(zhì)的裂變放熱以及太陽能的聚熱等。在當(dāng)?shù)?a href="http://m.622810.cn/t/恒溫.html" >恒溫帶以下，隨深度的增加，地溫逐漸增高是普遍的規(guī)律。本鉆井位置處，主要熱儲已深入恒溫帶以下數(shù)百米，因此，自然增溫作用是本井中地下熱水熱能的重要來源之一。

按照宜昌地區(qū)年平均氣溫( t₀ ) 為 16． 7 ℃、鉆井一帶恒溫帶深度( h) 為 60 m、井深 2 370 m( H) 處溫度( T) 為 66． 44 ℃ ( 終井后實(shí)測，圖 2) 計算，鉆井一帶地溫梯度( C_t ) 平均為:

另外，鉆孔北側(cè)約 500 m 處有霧渡河斷裂通過，該斷層是區(qū)域性構(gòu)造。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，該斷層在挽近期有微弱活動，時有微震發(fā)生，是一條活動性斷層，因此推測霧渡河斷層傳導(dǎo)地球深部熱量加熱地下水，亦可能是本區(qū)地下熱水熱能的熱源之一。由于以往及本次工作均未對“霧渡河斷層對地?zé)豳Y源成生的影響”開展研究，故其對本區(qū)地下熱水資源成生的確切作用及影響尚有待今后開展進(jìn)一步工作予以查明。 宜昌百里荒景區(qū)南西面普溪坪勘查區(qū)，“蓋、儲、補(bǔ)、滯、熱”五個條件均具備，因而施工的地?zé)?a href="http://m.622810.cn/t/探采結(jié)合.html" >探采結(jié)合井獲得了出水水量( ＞ 1 700 m³ / d) 和出水溫度( 51℃ ) 均較理想的地?zé)崃黧w，尤其出水溫度是目前宜昌地域內(nèi)發(fā)現(xiàn)的地熱流體溫度最高者。本勘查區(qū)按地?zé)岬某梢蚍诸悾藢儆凇皩訝顭醿橹鞯膯涡睒?gòu)造傳導(dǎo)型地?zé)崽?/a>”。 總之，從本區(qū)熱儲和蓋層的分布與特點(diǎn)及可能存在的帶狀熱儲對流傳熱增溫等方面來看，賦熱地質(zhì)條件是較好的。而且由目前在百里荒景區(qū)南西普溪坪已成功施工的地?zé)峥辈?/a>井再往南東方向，仍存在找到溫度更高的地下熱水資源的可能，只不過是其埋深將會 ＞3 000 m 甚至達(dá)到 4 000 m，且熱水的埋深將 ＞ 200 m或更深，這樣開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險增大，適宜性亦會顯著降低。

2.2地熱流體資源成生模式

本地?zé)崽?/a>分布區(qū)位于黃陵斷穹東翼單斜構(gòu)造區(qū)內(nèi)，熱儲層不僅厚度大，分布廣，且較穩(wěn)定，總體為向南東方向緩傾，推斷百里荒一帶地下熱水的成生過程為:地下水在黃柏河以西的熱儲裸露區(qū)接受大氣降水和地表水入滲補(bǔ)給后，總體為往南東方向的區(qū)域性最低侵蝕基準(zhǔn)面緩慢運(yùn)移，并在運(yùn)移過程中接受地球深部熱源傳導(dǎo)( 還可能接受北面近鄰的霧渡河斷裂帶中地下熱水的對流傳熱加溫) 。其成生模式可概括為: 大氣降水和地表水入滲補(bǔ)給→側(cè)向徑流→地下水流達(dá)到一定深度后受到傳熱加溫，屬層狀熱儲為主的類型。其成生模式示意圖見圖 3。

3熱儲的含、富水性及地?zé)崃黧w的水化學(xué)特征

3.1熱儲的含、富水性

根據(jù)地?zé)?a href="http://m.622810.cn/t/探采.html" >探采結(jié)合鉆井的揭露情況，本區(qū)熱儲(奧陶系、寒武系、震旦系碳酸鹽巖) 的埋深 ＞ 500 m，靜水位埋深在70 m左右( 高出熱儲頂板400 m以上) 。其上覆地層為不透水—弱透水的志留系砂頁巖。熱儲地層均屬可溶性的碳酸鹽巖，在鉆井施工過程中雖未發(fā)現(xiàn)地下溶洞，但在巖屑中普遍可見溶蝕裂隙發(fā)育跡象( 如巖屑表面見褐鐵礦膜渲染、石灰華沉積及水蝕痕跡等) ，尤其是在主要熱儲( 寒武系婁山關(guān)組) 中更是如此，顯示熱儲中地下水類型為巖溶裂隙承壓水。區(qū)內(nèi)探采結(jié)合井在施工完畢經(jīng)洗井后，采用“排水量 80 m³ / h、最大揚(yáng)程 272 m”的深井潛水泵進(jìn)行了降壓( 抽水) 試驗(yàn)，試驗(yàn)時進(jìn)行了 3 次水位降低，試驗(yàn)延續(xù)總時間為159小時30分，試驗(yàn)結(jié)束后穩(wěn)定靜水位埋深68.9 m( 為抽水試驗(yàn)降深起算點(diǎn)) 。試驗(yàn)結(jié)果分別為:水位降低 42.07 m( S₁ ) 時，對應(yīng)出水量Q₁為 6.99L / s( 603.9 m³ / d) ，出水溫度51 ℃，本試段持續(xù)時間40h，穩(wěn)定時間20 h，水位與涌水量波動相對誤差 0.006 4%和0.006 3% ; 水位降低 73．8 m( S₂ ) 時，對應(yīng)出水量Q₂為 11.57 L / s( 999.6 m³ / d) ，出水溫度51 ℃，本試段持續(xù)時間46小時30分，穩(wěn)定時間24 h，水位與涌水量波動相對誤差0.014 2%和 0.024 1% ; 水位降低 134.89 m( S³ ) 時，對應(yīng)出水量 Q₃ 為 19.7 L / s( 1 702.1 m³ / d) ，出水溫度 52 ℃，本試段持續(xù)時間73 h，穩(wěn)定時間 63 h，水位與涌水量波動相對誤差 0.014 3% 和 0.015 1% 。 進(jìn)行抽水試驗(yàn)時，開泵約10 min 后水溫即達(dá)到 43 ℃，其后溫度穩(wěn)步增加，約 1 h 后達(dá)到 51 ℃。在進(jìn)行最大一次降深( S3 ) 時，最高出水溫度為 52 ℃。在進(jìn)行本次抽水試驗(yàn)工作過程中，溫度上升至穩(wěn)定狀態(tài)后未出現(xiàn)較明顯的波動，至抽水結(jié)束時，穩(wěn)定水溫仍為52 ℃。根據(jù)現(xiàn)場繪制的 Q = f( s) 曲線( 圖 4) ，確定水位降低與出水量呈直線關(guān)系，故采用承壓完整井公式計算滲透系數(shù)與影響半徑，公式分別為:

試驗(yàn)成果表明熱儲中地下水類型為承壓水、富水性屬中等。本次試驗(yàn)過程的延續(xù)時間及各降深的穩(wěn)定時長、水位與降深數(shù)據(jù)的相對誤差均滿足相關(guān)規(guī)范的要求，所獲取的資料成果可靠。

3.2地?zé)崃黧w的水化學(xué)特征與評價

根據(jù)區(qū)內(nèi)地?zé)?a href="http://m.622810.cn/t/探采結(jié)合.html" >探采結(jié)合井在抽水試驗(yàn)后所采水化學(xué)全分析樣的檢測結(jié)果，地?zé)崃黧w的水化學(xué)類型屬SO₄、HCO₃—Ca、Mg 型微咸水; pH 值為 7.58; 另外，該井地下熱水中的放射性同位素氚，其檢測值 ＜ 1 T.U，反映其補(bǔ)給來源主要為 20 世紀(jì) 50 年代初期進(jìn)行核爆試驗(yàn)之前的大氣降水，其成生年齡起碼 ＞ 67 年; 該水源中氧的穩(wěn)定同位素18O 的含量為 9．9‰，這點(diǎn)說明該井地下熱水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水。從該水源地的水化學(xué)類型為 SO₄、HCO₃—Ca、Mg型和水的礦化度為 1 123 mg /L 可看出，本區(qū)地下熱水的礦化作用已進(jìn)入第二階段，這點(diǎn)與本區(qū)為緩傾單斜儲水構(gòu)造、水的徑流緩慢，導(dǎo)致地下水與圍巖介質(zhì)間具備較充分的水化學(xué)作用條件是相吻合的; 同時也說明熱儲中的地?zé)崃黧w由于上覆的蓋層具有良好的隔水性而未與淺部地表水發(fā)生密切聯(lián)系。本區(qū)地下熱水中，氟含量為 3.12 mg /L，按《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》( GB 11615—2006) 中附錄 E 所列的“理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”衡量，達(dá)到了“氟礦水”的命名濃度標(biāo)準(zhǔn)?！胺北蛔u(yù)為溫泉中的“藍(lán)寶石”，堪稱溫泉中的珍品，除了能殺菌消毒外，對關(guān)節(jié)炎、高血壓、風(fēng)濕病、偏癱都有一定的特殊治療效果。另外，熱水中偏硅酸含量和水溫分別為 36.08 mg /L 和 51 ℃，均達(dá)到“有醫(yī)療價值濃度”標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)為一處難得的“處位適宜、水溫得當(dāng)、水量較豐、水質(zhì)良好”，適宜于沐浴、理療康養(yǎng)的溫?zé)崴吹亍?

4開發(fā)利用效益初步分析

在百里荒普溪坪施工的地?zé)徙@井，按可開采水量1 000 m³ / d( 抽水試驗(yàn)時S2降深對應(yīng)數(shù)據(jù)) 估算，年累計可利用熱量達(dá) 43 079 040 MJ( 年開采天數(shù)按 180 d計) ，相當(dāng)于11 966 400 kWh 電能。在產(chǎn)生相同熱量的情況下，按當(dāng)前農(nóng)村用電價格0.60元/度估算，每年可節(jié)省電費(fèi)為718 萬元; 按使用燃煤估算，包括節(jié)煤1 470 t的費(fèi)用和節(jié)省的排污治理費(fèi)用，每年可節(jié)省不下750 萬元。

另外，本地?zé)豳Y源開發(fā)利用后，按1 000 m³ / d 的開采量估算，將可滿足每天2 500人次沐浴的用水需要; 若按一年用水天數(shù)180天計、每天沐浴理療為1 000人次、每人次收費(fèi)150元估算，則一年營業(yè)收入可達(dá)2 700萬元( 180 × 1 000 × 150) 。在運(yùn)營期間按照宜昌周邊一些地下熱水資源開發(fā)利用單位的初步調(diào)查結(jié)果，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)費(fèi)和人員工資及稅費(fèi)等合計約為營業(yè)額的35% ～ 40% 。則年利潤不下 1 600萬元。因此，只要合理規(guī)劃，充分利用本區(qū)地下熱水資源，必將帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。

5 結(jié)語

宜昌市夷陵區(qū)百里荒旅游區(qū)普溪坪一帶的地下熱水資源，熱儲層主要為寒武系、奧陶系及震旦系的碳酸鹽巖構(gòu)成，蓋層主要為志留系砂、頁巖; 允許開采量不下 1 000 m³ / d; 出水水溫 51 ～ 52 ℃，為目前宜昌市域內(nèi)可抽水量最大、出水溫度最高的地下熱水水源地。該地?zé)豳Y源的發(fā)現(xiàn)，不僅對今后在宜昌地區(qū)內(nèi)地下熱水資源的進(jìn)一步勘查具有頗大的借鑒意義，而且在開發(fā)利用本區(qū)地下熱水資源后，又必將進(jìn)一步拓展百里荒景區(qū)乃至宜昌市域內(nèi)的旅游業(yè)，填補(bǔ)百里荒旅游區(qū)及宜昌市“一小時生活圈”內(nèi)無溫泉度假、理療沐浴康養(yǎng)場所的空白，屆時其經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益都會獲得同步提高，因而其開發(fā)利用前景的廣闊性及長效性乃是不言而喻的。