Geothermal geological characteristics and resource potential of Hot Dry Rock in Rucheng, Hunan Province
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摘要:
湖南汝城地热资源丰富，但干热岩地热资源相关研究处于起步阶段。为进一步查明汝城地区干热岩地热特征及资源潜力，通过野外地质调查、采样测试、地热成因分析等方法手段，分析了该区干热岩地热赋存条件，参照国内干热岩勘查靶区选址标准对区内干热岩靶区进行了评价，采取体积法估算了资源总量。研究认为，汝城区内中酸性岩浆岩体发育，地热地质背景良好，花岗岩生热率达6.45 μW/m3，为高放射性花岗岩体，属于“热壳冷幔”热结构类型，被评为干热岩资源靶区适宜区。深度2~6 km的干热岩总资源量为13.06×1017 kJ，折合标准煤445.60×108 t，资源潜力较好。该研究为汝城地区干热岩地热资源的开发提供了科学依据和技术支持，奠定了地热能可持续利用的基础，并具有较好的指导意义。
Abstract:Although there are abundant geothermal resources in Rucheng, Hunan, research on Hot Dry Rock (HDR) geothermal resources is still in its early stages. In order to learn more about the geothermal characteristics and resource potential of HDR in the Rucheng area, this paper analyzes the geothermal occurrence conditions of HDR in this area using a field geological survey, sampling test, and geothermal resource genesis analysis. According to the site selection standard of the HDR exploration target area in China, the HDR target area in the area is evaluated, and the volume method is employed to estimate the amount of HDR resources. The research indicates that the Rucheng area has a well-developed intermediate-acid magmatic rock mass with a good geothermal geological background. The heat generation rate of granite is 6.45 μW/m3, which makes it a highly radioactive granite. It belongs to the 'hot crust and cold mantle' thermal structure type and is rated as the suitable area for the target area of HDR resources. At a depth of 2~6 km, the total amount of HDR resources is 13.06 × 1017 kilocalories, equivalent to 445.60×108 tons of standard coal, with good resource potential. This study provides a scientific basis and technical support for the development of HDR geothermal resources in the Rucheng area, lays the foundation for the sustainable utilization of geothermal energy, and has good guiding significance.
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图 1 区域大地构造位置（a）和湖南汝城区地质略图（b）（据湖南省地质调查院，2017 修改）
1—上南华统；2—下二叠统栖霞组−上二叠统龙潭组；3—上震旦统丁腰河组；4—寒武系香楠组；5—石炭系壶天群；6—2 ~ 5 km埋深隐伏岩体；7—扬子基底隆起；8—板块结合带；9—居民地；10—片岩、角岩化（或捕虏体）；11—下石炭统马栏边组−石磴子组；12—中泥盆统跳马涧组；13—中侏罗统千佛岩组；14—志留纪花岗岩；15—河流；16—华南基底隆起；17—断裂；18—不整合地质界线；19—下侏罗统心田门组；20—下震旦统埃岐岭组−上震旦统丁腰河组；21—晚三叠世花岗岩；22—中侏罗世花岗岩；23—中寒武统茶园头组；24—采样点；25—中新生代盆地；26—研究区；27—钻孔取样点
Figure 1. The tectonic location (a) and geological sketch map (b) of Rucheng area in Hunan Province
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图 2 研究区燕山期花岗岩代表性薄片鉴定特征图
a—燕山早期细粒含石榴二长花岗岩；b—燕山早期粗中粒斑状黑云母二长花岗；c—燕山早期粗中粒二云母二长花岗岩；d—燕山早期细粒白云母二长花岗岩。Q—石英；Pl—斜长石；Kf—钾长石；Bi—黑云母；Ms—白云母；Gt—石榴子石
Figure 2. Characteristics of representative Yanshanian granite thin sections in the study area
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图 4 研究区大地热流等值线图
1—居民地；2—热流值等值线（mW/m2）
Figure 4. Geothermal flow contour map of the study area
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图 5 研究区地热成因模式图
Q—第四系；P—二叠系；D—泥盆系；Ptlx—新元古界岭秀组；Є—寒武系；Z—震旦系；1—燕山期花岗岩；2—深大断裂；3—地下水流向；4—热传导；5—断裂
Figure 5. Geothermal genesis model of the study area
表 1 研究区主要岩体特征
Table 1 Statistical table of main rock mass characteristics in the study area
地质时代 岩浆期次 代号 代表性岩体及岩性特征 产状 期 阶段 次 上侏罗统 燕山早期 (3) ηγ52-（3） 荒洞、牛形庙、山里亭等微细粒、细粒石榴子石白云母二长花岗岩，
二云母花岗岩岩体岩脉 中侏罗统 燕山早期 (2) b γ52-（2）b 城口、后溪、道士仙等细粒、中细粒、中粒斑状黑云母花岗岩，
二云母花岗岩，二长花岗岩岩体岩基或岩株 a ηγ52-（2）a
γ52-（2）a城溪细粒、细中粒、中粒斑状黑云母花岗岩，二云母花岗岩、
二长花岗岩体岩基 αβb 汝城横山安山玄武岩屑-火山角砾岩 岩层 Βμ52 汝城横山庙门口、下山辉绿岩 岩脉或岩床 (1) Bt 汝城横山沉积灰岩 岩层 下二叠统 印支期 (3) γδ51-（3） 苦蕨岭、上山片麻状中细粒黑云母角闪石花岗闪长岩 残留岩株状 中志留统 加里东期 γ32 益将乡细粒石英闪长岩 岩株、岩鞍 
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表 2 研究区岩石热物性
Table 2 Statistical table of rock thermophysical properties in the study area
序号 样品编号 导热率/（W·(m·K)−1） 比热容/（kJ·(kg·K)−1） 密度/（g·cm−3） 1 D1 1.96 0.64 2.58 2 D2 1.98 0.73 2.63 3 D3 1.86 0.77 2.62 4 D4 1.93 0.91 2.56 5 D5 1.55 0.85 2.62 6 D6 1.50 0.63 2.65 7 D7 1.96 0.63 2.63 8 D8 1.73 0.76 2.66 9 D9 1.67 0.78 2.63 10 D10 1.61 0.67 2.63 11 D11 1.67 0.65 2.62 12 D12 1.62 0.67 2.61 13 D13 1.99 0.90 2.60 14 D14 1.87 0.64 2.61 15 D15 1.73 0.62 2.65 16 D16 1.61 0.86 2.65 17 D17 1.86 0.65 2.61 18 D18 1.71 0.63 2.61 19 D19 1.94 0.77 2.62 20 zk1 2.00 0.74 2.65 21 zk2 2.17 0.77 2.65 22 zk3 1.91 0.67 2.68 23 zk4 1.96 0.64 2.69 平均 1.82 0.72 2.63
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表 3 研究区花岗岩样品生热率
Table 3 Heat generation rate of granite samples in the study area
序号 样品
编号Ｕ
/10−6Th
/10−6K
/%生热率
/（μW·m−3）1 D1 19.6 25.2 4.51 6.88 2 D2 5.34 35.1 4.91 4.15 3 D3 14.1 47.4 4.56 7.11 4 D4 15 41.2 4.51 6.76 5 D5 11.5 14.4 3.35 4.14 6 D6 10.5 26.7 3.45 4.78 7 D7 8.87 40.3 3.89 5.29 8 D8 13.4 18.6 5.2 5.14 9 D9 16.8 45.9 4.5 7.71 10 D10 17.5 44.8 4.16 7.78 11 D11 23.1 12.2 3.79 6.93 12 D12 9.66 24.8 3.9 4.41 13 D13 12.6 31.1 3.73 5.53 14 D14 16.8 17.3 3.52 5.65 15 D15 9.29 28.8 4.5 4.71 16 D16 19.3 30 4.03 7.28 17 D17 16 34.9 4.08 6.68 18 D18 23.9 13 3.73 7.15 19 D19 25.3 14.7 3.44 7.61 20 zk1 15.4 47.6 4.76 7.55 21 zk2 20.3 40.8 4.05 8.26 22 zk3 23.1 48.5 4.39 9.63 23 zk4 18.4 29.7 4.51 7.18 平均值 15.90 31.00 4.15 6.45
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表 4 干热岩地热资源性指标评价标准（据马峰等，2015修改）
Table 4 Evaluation criteria of hot dry rock geothermal resource index
指标取值 大地热流/
（mW·m−2）热储岩性 覆盖层厚/
km居里面埋深/
km地应力及
活动构造放射性生热率/
（μW·m−3）地温梯度/
（℃·km−1）区域经济 A（4 分） ＞100 花岗岩花岗闪长岩 ＜0.3 ＜20 张性 ＞4 ＞40 用电需求大 B（3 分） 90~100 片麻状花岗岩 0.3~1.0 20~23 张扭性 3~4 35~40 供电充足或旅游地区 C（2 分） 70~90 凝灰岩 1.0~2.0 23~26 压性 2~3 30~35 适宜清洁能源发电 D（1 分） ＜70 其他 ＞2.0 ＞26 / ＜2 ＜30 电力充足 权重 1 0.6 0.7 0.8 0.6 1 1 0.7
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表 5 干热岩地热资源性指标数据
Table 5 Hot dry rock geothermal resource index data statistics table
指标取值 大地热流/
（mW·m−2）热储岩性 覆盖
层厚/
km居里面
埋深/
km地应力及活动构造 放射性
生热率/
（μW·m−3）地温梯度/
（℃·km−1）区域经济 湖南汝城 83.06 燕山早期细粒二云母花岗岩、中粗粒二云母花岗岩 0~0.5 km 21~23 北西西—南南东向，北北东向、北东向压性断裂 6.45 约76 供电充足或旅游地区 羊八井 108
（zk308）火山角砾碎屑凝灰岩、碎裂花岗岩 240
（zk 4001）16-18 北西—北北西为主，最大水平主应力值 3.3~10.4 MPa 4.5
(0~12 km)约44 年发电量在拉萨电网中占45%，经济总量较低 漳州 62.5
（HDR-1）燕山晚期花岗闪长岩 20~30 17~18 北北东向压性及北西西向张性，主要受断裂控制 4.4 局部为40 用电需求年增长较大 陵水 70~85 花岗岩类 20~3300 20~23 东西向和北西向断裂构造 按花岗岩平均值4 约31 农牧为主，温泉众多 腾冲 极大值 120.5 古近纪花岗岩 >4000 16.7 北东向及南北向，北东向断裂张扭性新构造 10 km以内 1.67~1.12 40~140
（岩浆囊干扰）地热资源丰富，但无地热发电站
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表 6 干热岩资源靶区评价结果
Table 6 Evaluation results of hot dry rock resource target area
指标取值 大地热流/
（mW·m−2）热储
岩性覆盖层厚/
km居里面埋深/
km地应力及
活动构造放射性生热率/
（μW·m−3）地温梯度/
（℃·km−1）区域
经济综合
得分湖南汝城 C A B B C A A B 20.2 羊八井 A A A A B A A A 25.0 漳州 A A A A A A B B 20.9 陵水 C A A B B A C B 20.5 腾冲 A B B A A D A B 20.4
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Lin B Q, Li Z. 2022. Towards world's low carbon development: The role of clean energy[J]. Appl Energy, 307: 118160. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.118160
Abbady A G E, Al−Ghamdi A H. 2018. Heat production rate from radioactive elements of granite rocks in north and southeastern Arabian shield Kingdom of Saudi Arabia[J]. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 11(4): 281−290. doi: 10.1016/j.jrras.2018.03.002
曹锐, 多吉, 李玉彬, 等. 2022. 我国中深层地热资源赋存特征、发展现状及展望[J]. 工程科学学报, 44(10): 1623−1631. doi: 10.3321/j.issn.1001-053X.2022.10.bjkjdxxb202210002 段平国, 王兴光. 2016. 湖南省地热水资源勘查开发利用现状及规划建议[J]. 地下水, 38(2): 64−66. 甘浩男, 王贵玲, 蔺文静, 等. 2015. 中国干热岩资源主要赋存类型与成因模式[J]. 科技导报, 33(19): 22−27. 何建军. 2013. 长沙市地下热水资源形成条件及潜力研究[D]. 中国地质大学(北京)硕士学位论文. 何淼, 龚武镇, 许明标, 等. 2021. 干热岩开发技术研究现状与展望分析[J]. 可再生能源, 39(11): 1447−1454. doi: 10.3969/j.issn.1671-5292.2021.11.005 胡圣标, 何丽娟, 汪集旸. 2001. 中国大陆地区大地热流数据汇编(第三版)[J]. 地球物理学报, 44(5): 611−626. doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.2001.05.005 湖南省地质调查院. 2017. 中国区域地质志·湖南志[M]. 北京: 地质出版社: 1001-1008. 姜光政, 高堋, 饶松, 等. 2016. 中国大陆地区大地热流数据汇编(第四版)[J]. 地球物理学报, 59(8): 2892−2910. 李超文, 彭头平. 2001. 湖南地热资源分布及远景区划[J]. 湖南地质, 20(4): 272−276. 李福. 2010. 海南陵水地区深层干热岩地热发电项目的勘查选址[J]. 地热能, 3(1): 21−27. 李胜涛, 张森琦, 贾小丰, 等. 2018. 干热岩勘查开发工程场地选址评价指标体系研究[J]. 中国地质调查, 5(2): 64−72. 李亭昕, 蔺文静, 甘浩男, 等. 2020. 东南沿海干热岩资源成因模式探讨及勘查进展[J]. 地质力学学报, 26(2): 187−200. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2020.26.02.018 李统桂, 沈松林, 刘振忠. 1981. 湖南省汝城县热水圩地热田水文地质普查报告[R]. 长沙: 湖南省地质局水文队. 李佐海. 1985. 湖南省地下热水特征及其成因类型和开发利用[J]. 湖南地质, 4(3): 36−49. 林乐夫, 孙占学, 王安东, 等. 2017. 南岭地区与东南沿海地区中生代花岗岩放射性地球化学特征及岩石圈热结构对比研究[J]. 岩石矿物学杂志, 36(4): 488−500. doi: 10.3969/j.issn.1000-6524.2017.04.004 蔺文静, 王凤元, 甘浩男, 等. 2015. 福建漳州干热岩资源选址与开发前景分析[J]. 科技导报, 33(19): 28−34. 蔺文静, 王贵玲, 甘浩男. 2023. 华南陆缘火成岩区差异性地壳热结构及地热意义[J]. 地质学报, 97: 1−14. 龙西亭, 袁瑞强, 邓新平, 等. 2015. 汝城干热岩地热资源研究[J]. 科技导报, 33(19): 68−73. 马峰, 孙红丽, 蔺文静, 等. 2015. 中国EGS示范工程靶区选址与指标矩阵评价[J]. 科技导报, 33(8): 41−47. 毛翔, 国殿斌, 罗璐, 等. 2019. 世界干热岩地热资源开发进展与地质背景分析[J]. 地质论评, 65(6): 1462−1472. 彭头平, 李超文, 彭冰霞. 2002. 湖南地热资源的构造制约与勘查标 志[J]. 湖南地质, (1): 56−60.
齐晓飞, 上官拴通, 张国斌, 等. 2020. 河北省乐亭县马头营区干热岩资源孔位选址及开发前景分析[J]. 地学前缘, 2020,27(1): 94−102. 苏正, 王晓星, 胡剑, 等. 2014. 我国增强型地热系统选址问题探讨[J]. 地球物理学进展, 29(1): 0386−0391. 王安东, 孙占学, 刘金辉, 等. 2015. 漳州地区岩石放射性地球化学特征及岩石圈热结构[J]. 科技导报, 33(24): 41−45. 王贵玲, 陆川. 2022. 碳中和目标驱动下地热资源开采利用技术进展[J]. 地质与资源, 31(3): 412−425. 王文中, 邵东云, 程新科, 等. 2022. 中国浅层和中深层地热能的开发和利用[J]. 水电与新能源, 36(3): 21−25. 许崇鑫. 2022. 汝城水热型地热储层的温度场反演[D]. 中南大学硕士学位论文. 杨汉元. 2020. 湖南汝城地区干热岩资源前景及参数孔选址研究[J]. 中国煤炭地质, 32(6): 41−47. doi: 10.3969/j.issn.1674-1803.2020.06.07 杨立中, 刘金辉, 孙占学, 等. 2016. 漳州岩体放射性生热率特征及干热岩资源潜力[J]. 现代矿业, 32(3): 123−127. doi: 10.3969/j.issn.1674-6082.2016.03.045 杨支援, 叶见玲. 2021. 湖南汝城干热岩赋存条件及资源类型分析[J]. 湘潭大学学报(自然科学版), 43(6): 107−116. 张保建, 李燕燕, 高俊, 等. 2020. 河北省马头营干热岩的成因机制及其示范意义[J]. 地质学报, 94(7): 2036−2051. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2020.07.012 张超, 胡圣标, 黄荣华, 等. 2022. 干热岩地热资源热源机制研究现状及其对成因机制研究的启示[J]. 地球物理学进展, 37(5): 1907−1919. doi: 10.6038/pg2022FF0441 张超, 胡圣标, 宋荣彩, 等. 2020. 共和盆地干热岩地热资源的成因机制: 来自岩石放射性生热率的约束[J]. 地球物理学报, 63(7): 2697−2709. doi: 10.6038/cjg2020N0381 张森琦, 文冬光, 许天福, 等. 2019. 美国干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”与中美典型 EGS 场地勘查现状对比[J]. 地学前缘, 26(2): 2−18. 章邦桐, 凌洪飞, 陈培荣, 等. 2010. 岩石古放射性生热率的校正及其地球化学意义[J]. 矿物岩石地球化学通报, 29(2): 181−184. doi: 10.3969/j.issn.1007-2802.2010.02.010 赵宝峰, 汪启年, 官大维, 等. 2022. 带状热储地热田温度场特征及控热因素——以湖南省汝城县热水圩地热田为例[J]. 地质通报, 41(11): 2035−2046. doi: 10.12097/j.issn.1671-2552.2022.11.012
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