湖南汝城干热岩地热地质特征及资源潜力

    叶见玲, 粟琼玉, 李奋强, 杨汉元

    叶见玲, 粟琼玉, 李奋强, 杨汉元. 2024: 湖南汝城干热岩地热地质特征及资源潜力. 地质通报, 43(7): 1149-1157. DOI: 10.12097/gbc.2023.02.027
    引用本文: 叶见玲, 粟琼玉, 李奋强, 杨汉元. 2024: 湖南汝城干热岩地热地质特征及资源潜力. 地质通报, 43(7): 1149-1157. DOI: 10.12097/gbc.2023.02.027
    Ye J L, Su Q Y, Li F Q, Yang H Y. Geothermal geological characteristics and resource potential of Hot Dry Rock in Rucheng, Hunan Province. Geological Bulletin of China, 2024, 43(7): 1149−1157. DOI: 10.12097/gbc.2023.02.027
    Citation: Ye J L, Su Q Y, Li F Q, Yang H Y. Geothermal geological characteristics and resource potential of Hot Dry Rock in Rucheng, Hunan Province. Geological Bulletin of China, 2024, 43(7): 1149−1157. DOI: 10.12097/gbc.2023.02.027

    湖南汝城干热岩地热地质特征及资源潜力

    基金项目: 湖南省财政厅、自然资源厅地质勘查项目《湖南省汝城县干热岩资源调查评价》(编号:201703007)
    详细信息
      作者简介:

      叶见玲(1985− ),女,硕士,高级工程师,从事基础地质、能源地质、地热地质研究。E-mail:50316961@qq.com

    • 中图分类号: P61; TK521+.33

    Geothermal geological characteristics and resource potential of Hot Dry Rock in Rucheng, Hunan Province

    • 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.

    • 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

      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

      图  3   研究区钻孔测温曲线图

      Figure  3.   Borehole temperature measurement curve in the study area

      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

      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
      阶段
      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)bγ52-(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
      aηγ52-(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

      /10−6
      Th
      /10−6
      K
      /%
      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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    出版历程
    • 收稿日期:  2023-02-13
    • 修回日期:  2023-12-16
    • 刊出日期:  2024-07-29

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