中山虎池围地热田地热资源储量计算与评价研究

(广东省地质局第四地质大队，广东 湛江 524049)

1 环境地质条件概况

1.1 自然地理

虎池围地热田位于中山市南蓢镇翠亨村东南侧金星门港的滩涂内。中心地理坐标为E 113°31′31″～113°34′30″，N 22°24′22″～22°26′48″，总面积23 km2，其中海域面积16 km2，陆地面积7 km2。

1.2 气象水文

地热田地处北回归线以南的低纬度地区，属于亚热带海洋性季风气候，具有日照时间长，昼夜温差较大，温暖潮湿，雨量充沛，降雨集中，冬暖霜少等气候特点。

1.3 地形地貌

地热田由陆地和海域两部分组成。陆地部分主要为滨海平原及剥蚀残丘，其中滨海平原地形平坦开阔，地势西高东低，微向海倾斜，倾角<6°，地面高程6～19 m；剥蚀残丘植被发育，岩石多被风化残积土覆盖，仅局部见基岩出露。海域部分主要是滩涂，涨潮时水深2～5 m，退潮时水深0～3 m，每月朔望其间，海水退潮露出滩涂，能见大量热泉出露，目前区内滩涂大部分被围垦成养殖场。

1.4 地层与岩浆岩

地热田分布的地层主要为第四系，从上到下依次分为人工堆积层、灯笼沙组、万顷沙组、三角组及花岗岩风化残积层。岩浆岩为燕山三期侵入花岗岩(γ52(3))，区内广泛分布，多埋于地下，岩性为粗粒及中粒黑云母花岗岩，岩石致密坚硬，粗粒等粒结构，块状构造。

1.5 地质构造

地热田地处珠江三角洲南部，区域构造上位于河源深断裂带的南西段，区域地壳经历了多期次复杂的构造运动(加里东-印支及燕山期构造运动)和不同期次的岩浆活动(主要是燕山期强烈岩浆活动)，形成了相互切割、错综复杂的区域断裂构造格架。综合地质、水文地质资料分析，区域地质构造以相互切割的断裂构造为主，共有不同方向的区域断裂12条，并产生一系列次一级断裂，区域地质构造较为复杂。热泉出露点位于次一级断裂，它是根据地热等温线图及地热钻探等资料推测的一条次一级断裂，沿东西方向展布。

1.6 水文地质特征

1.6.1 地下水赋存概况

地热田位于珠江口西侧，依山傍海，总的地势是由西向东倾斜，属亚热带海洋性气候，雨量充沛，加上区内地壳经历了多期次复杂的构造运动，尤其是燕山期强烈的断块运动和多期的岩浆活动，致使区内断裂发育，岩石破碎，为地下水的补给、运移及赋存提供有利的地质环境条件。松散岩类孔隙水主要分布于地热田西部滨海平原地带，由于地热田为近海地带，地势低，地下水位埋深浅，受海潮影响，地下水循环交替作用迟缓，松散岩类孔隙水常有海水滞留，形成咸水区。

1.6.2 地下水类型及富水性划分

根据地热田内地下水的赋存条件、水理性质及其水力特征，将区内地下水划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两大类。其中，松散岩类孔隙水包括淡水和咸水，基岩裂隙水只有块状岩类裂隙水。

1.6.3 地下水的富水性及水质特征

1)松散岩类孔隙水含水层

(1)淡水水量贫乏区：分布于地热田西部，含水层岩性主要为粉细砂及粉土，厚2.65～10.67 m。水化学类型为HCO3—Na或HCO3·Cl—Na·Ca型，可溶性总固体120～570 mg/L，pH值6.4～7.5。

(2)咸水水量贫乏区：沿海岸线条带状分布，含水层主要岩性为淤泥质粉细砂、含粘土砾砂、中粗砂，厚5.27～48.53 m。水化学类型为Cl—Na型，可溶性总固体1 200～3 400 mg/L，pH值6.9～7.5。

2)基岩裂隙水

本地热田的基岩裂隙水均为块状岩类裂隙水，水量中等—贫乏，简述如下：

(1)水量中等区：分布于地热田西部，含水层岩性主要为黑云母花岗岩、细粒花岗岩，裂隙发育，富水性中等。水化学类型为HCO3—Na·Ca型，可溶性总固体45～258 mg/L，pH值6.3～7.1。

(2)水量贫乏区：分布于地热田西北角，含水层岩性主要为黑云母花岗岩、细粒花岗岩、二长花岗岩等。水化学类型为HCO3·Cl—Na型，可溶性总固体105.2～756.1 mg/L，pH值6.5～7.2。

2 地热田地质特征

2.1 热储及其盖层的地质特征

本地热田位于滨海滩涂中，周边地势较高，有多条断裂从地热田穿过，这为地下热水的形成提供了良好的补给及储存条件。本地热田为带状热储，其上部覆盖着良好的盖层，地热流体以热水的形式赋存于热储层(带)中并自下而上运移。

2.1.1 热储盖层特征

热储盖层主要为全新统海相沉积的淤泥和燕山期花岗岩风化残积的粘性土等，隔热保温性良好。

2.1.2 热储层特征

热储层主要由燕山期花岗岩风化裂隙带及断裂破碎带组成，属带状热储。沿断裂构造部位，岩心破碎，节理裂隙发育，热蚀变、热溶蚀、热沉淀现象明显，节理中见绿泥石、叶腊石、萤石充填，这些空隙通道为地下热水的形成提供了良好的储存和运移条件。

2.2 地温场特征

虎池围地热田位于金星门港的滩涂中，常年被浅海水淹没，每月朔望期间海水退潮时能见成群热泉露出滩涂，热泉出露范围约0.262 km2，最高水温达102℃，一般40℃～60℃，并有大量热雾冒出。目前，地热异常区已蓄堤围池养鱼，水深3 m以上，很难看见明显的泉眼，仅在退潮放水后热泉群仍清晰可见。

2.3 地热田的补给、径流及排泄特征

大气降雨渗入补给是本地热田地下热水的主要补给来源。地热田位于金星门港浅海滩涂中，其西及西南部为地势相对较高的丘陵环绕，丘陵山区植被发育，表土层岩性主要为花岗岩风化残积土，有利于大气降雨入渗，其下伏基岩经历了多期次复杂的构造活动及岩浆活动，岩石破碎，裂隙发育，是地下水补给、径流的良好通道。

综合本区地形、地貌及地质环境条件分析，虎池围地热田西及南部地势相对较高的丘陵山区为本地热田的主要补给区，大气降雨通过补给区残积土层的孔隙入渗补给后，形成浅层地下水，其中部分浅层水渗出补给河溪，另一部分则继续沿着岩石风化裂隙带、断层破碎带等导水通道侧向补给，并往地下深部径流获得热能，形成地下热水。在热力及水头压力作用下，沿导水裂隙带、断层破碎带通道向上运移，最终以自流或人工开采形式排泄出海。

由于地下水在补给、径流过程中，不断溶解其周围岩石的易溶物质，使得本地热田地热流体含有一些异于一般地下水的特殊矿物成份。

3 地热资源储量计算与评价

地热资源储量计算与评价主要是地热流体资源可开采储量的计算与评价，本地热田储量的计算评价是以抽水试验为基础。

3.1 抽水试验

由于本地热田位于水深达3～4 m的浅海滩涂中，施工需借助拖船等辅助工具，孔口水温高达99℃(有时达102℃)，成井时，长年积压的高温高压热水喷涌而出，最大高度达8.2 m，给钻孔施工、抽水试验及动态监测带来了极大困难，地热田的抽水试验结果是根据钻井自流的水头高度及自流量确定的，见表1及图1、图2所示。

3.2 地热资源储量计算

本地热田为带状热储，地热流体的分布直接受断裂构造的控制，钻孔涌水量的大小主要取决于断裂性质、裂隙发育及充填程度。因此，本地热田地热资源可开采储量不宜采用均匀布井法计算，可结合本地热田的实际情况，根据单井抽水试验资料、钻孔(井)自流量资料及地下热水动态观测资料计算确定。

3.2.1 单井抽水试验确定可开采储量

地热田的抽水试验情况如第一节所述及表1、图1、图2所示。为了确定统一降深和口径的管井可开采储量，本次根据抽水试验资料及曲线类型，采用相应的公式计算。据抽水试验资料，经绘制的Q=f(x)曲线及曲线类型判别式判别，其曲线类型均为指数型，故可根据管井涌水量经验公式的指数型方程式计算本地热田管井设计降深的涌水量。

图1 R1号热水井抽水曲线图

图2 R2号热水井抽水曲线图

1)计算公式

曲线类型判别式：m=(lgS2-lgS1)/(lgQ2-lgQ1)

钻孔(井)涌水量计算经验公式：

指数型方程 Q=n·S1/m

经验系数关系式 lgn=lgQ1-1m lgS1

管径水量换算式 η=(1+r/r1)/2

式中：

Q、Q1、Q2分别为管井设计降深涌水量、抽水试验第一、第二落程的涌水量(m3/d)；S、S1、S2分别为管井设计降深、抽水试验第一、第二落程降深(m)；n为经验系数；m为降深—水量关系数；η为管径—水量换算系数；r、r1分别为设计开采井内径和实际抽水井内径(mm)。

2)计算参数的确定

设计降深S:根据本地热田的实际情况，取水井的设计降深均取实际最大降深的1.75倍，分别设定为12.7 m(R1号井)、3.6 m(R2号井)；

设计井径(r)：抽水井的内径(直径)统一设定为200 mm。

3)计算结果

根据上述计算公式及相关参数，利用抽水试验法确定本地热田可开采储量为2 558 m3/d(表2)。

3.2.2 钻孔(井)自流量确定可开采储量

本次在2002年12月(枯水期)共施工热水井两口，第一口(R1号井)成井后稳定自流量为5.56 L/s(即480 m3/d)，第二口(R2号井)成井后稳定自流量为13.89 L/s(即1 200 m3/d)。据观测，R2号井成井后，R1号井自流量明显减少，为原自流量的三分之二，经测定为320 m3/d，即R2号井成井后的稳定自流量为1 200 m3/d时，R1号井稳定的自流量为320 m3/d。同时，对完井后的热水井进行为期1年(1～12月)的动态监测，结果表明，两热水井的自流量、水温及水质基本稳定(表3)。故以两热水孔成井后在枯水期稳定的自流量共1200+320=1 520 m3/d作为本地热田的可开采储量是有保证的。

表1 R1、R2号井抽水(自流)试验成果表

表2 抽水试验法计算可开采储量一览表

3.3 地热资源储量计算

根据地热田的实际情况，本次地热资源可开采储量的计算采用了抽水试验法及钻孔(井)自流量统计法两种方法。其中钻孔(井)自流量统计法确定的可开采储量(共1 520 m3/d)是两口热水井枯水期稳定的自流量，并经过了一年的动态监测，其水质、水量、水温均较稳定，其值的地质可靠程度较高，以之作为本地热田的可开采储量是有很大保证的，可作为本地热田的C级储量；抽水试验法计算的地热资源可开采储量是根据本地热田的实际抽水试验结果计算确定的，抽水时间达80～178 h，稳定时间达72～168 h，且经过了一年的动态监测，水质、水量、水温均较稳定，所选的计算参数 符合本地热田的实际情况，计算方法合理，计算结果可靠，其值(2 558 m3/d)达到了地热田D级储量的勘查要求，可作为本地热田开发规划的依据。

据钻孔揭露，本地热田热储埋深多为13～30 m，地热田成井深度小于100 m，为最经济的热水井成井深度；地热田热水井单位涌水量大于50 m3/(d·m)，为地热资源的最适宜开采区。

综上所述，本地热田为最经济的可开发地热田，地热资源的C+D级储量为2 558 m3/d，其中C级储量为1 520 m3/d，D级储量为1 038 m3/d。

表3 R1、R2号热水井动态监测一览表

4 地热资源开发利用与环境保护评价

4.1 地热资源的开发利用评价

4.1.1 医疗保健方面

热矿水中常含有一些有益于人体健康的微量元素及矿物组分，通过淋浴等方法可被人体吸收利用，对人体有一定的医疗保健作用。虎池围地热田地下水温度及矿物质含量均较高，矿化度大于1 000 mg/L，富含氟、锂、锶、溴和偏硅酸等多种有利于人体健康的微量元素和矿物组分，有多项指标达到医疗热矿水水质标准。对人体有较好的医疗保健作用。但其医疗效果如何，必须通过临床试验确定。

此外，地热田区有大量富含矿物质的淤泥，属极好的矿泉泥，将热矿水浸泡过的矿泉泥敷于身体或患处，具有健身治病之功效。因此，本地热田还可作为当今世界流行的温泉新理疗项目—泥浴加以开发。

4.1.2 农业利用方面

地热田所在的中山市素有“广东粮仓”之称，除种植稻麦等粮食作物外，还种植甘蔗、蚕桑、水果、蔬菜、花卉等，可利用地下热水资源发展“三高”农业，如利用低温热水催芽、育苗、培育优良品种及温室培植盆果、花草等，既可缩短生长周期，又可提高农作物产量。

利用地下热水催芽可省时、省钱、省力且环保。地热催芽可使种子发芽时间短一半以上，且节省燃料和劳动力，操作简单，管理方便。催芽后的种子播种后生长情况良好。此外，地下热水还可用于农作物冬季育苗。

4.1.3 水产养殖方面

地热田地处“鱼米之乡”的珠三角地区，水产养殖业发达，历史悠久，但冬季时受寒潮袭击，非洲鲫鱼等多种鱼类越冬困难。地下热水养殖非洲鲫鱼，可使其安全越冬，这在全国很多地方有利用。此外，利用地下热水养殖甲鱼具有周期短，产量高的优势，经济效益十分显著。目前虎池围地热田已被围垦成水产养殖场，养殖多种优质鱼类(如非洲鲫鱼、鯧鱼、甲鱼、虾、蟹),为使水产养殖场发挥更好的经济效益，合理开发利用虎池围地热田很有必要。

4.1.4 发展旅游业方面

虎池围地热田位于中山与珠海交界的金星门港内，东临珠江，与深圳、香港隔海相望，南与珠海、澳门毗邻，北与番禺、顺德接壤直通广州，京珠高速公路就从地热田的西侧通过，交通十分方便。这里蓝天碧海、环境优美，地理位置优越，周边的名胜古迹、自然景观众多，若把这些名胜古迹、自然景观与本地热田连为一体，作为中山市的旅游资源加以开发，必将吸引大批海内外客，对中山市旅游业产生积极影响。

4.2 地热资源开发利用对环境影响评价

由上述分析可知，本地热田地理位置优越，热矿水应用范围广泛，符合环保、卫生、节能等优点，具有很大的开采价值，只要合理开发利用，一般不会对周围环境产生不良影响。但若不合理开采，可能会引起海水入侵。此外，地热流体的直接排放也会对周围环境产生一些影响。

4.2.1 海水入侵

本地热田长年淹没在海水中，热储层主要由燕山三期花岗岩风化裂隙带、断层破碎带等组成，顶板埋深13～30 m，上覆盖层为淤泥、粘土、粉质粘土等，其厚度较大，地下水补给充足，只要开采合理，一般不会产生大面积海水入侵。但是，地热资源与所有的地下水资源一样，虽然是可再生资源，然其补给毕竟有限，若乱开滥采，会导致地下热水资源枯竭，地下水位大幅下降，使地热田产生地下水位负压区(地下水位高程低于0m的部分)，引起海水大面积入侵。因此，在开采本地热资源时，必须先进行开发性的抽水试验，利用试验参数，求取合理的开采降深、单井涌水量及开采井间距离，并严格控制其开采量，以免因不合理开采及过量开采引起地热开采区大面积海水入侵。

4.2.2 地热流体的排放对环境的影响

水样分析结果表明，区内地热流体虽含有一些有害元素或组分，如铅、氟等，但其含量较低，一般不会对周围环境造成污染。但是，废地热流体的直接排放，可能会对周围环境造成热污染。因此，在开发地热田的过程中，应对排出的废地热流体进行冷却处理，以免对周围环境造成污染。

5 结语

本次对中山市虎池围地热田的地热地质综合勘查，基本上查清了地热异常的范围、热储层的埋藏分布特点及主要的控热构造特征，基本上查明了地下热水的化学成份和特殊矿物成份，并建成了 热水井(探采结合井)，为进一步勘查、评价及开发虎池围地热资源提供了科学依据。