0 引言

干热岩是清洁可再生地热资源，其空间分布广、资源储量大、能源供给稳定且不受气候变化和季节的影响^[1-2]。据初步估算，中国大陆地区3~10 km深度段干热岩地热资源总量大于2×10²⁵ J^[3-4]。干热岩勘探开发研究历经半个世纪，取得了很多成果^[5-11]。我国在共和盆地、松辽盆地等地均取得了干热岩勘探的重大突破^[12-13]。广西北部湾地处亚欧板块、印度板块与太平洋板块的交接地带，岩石圈厚度较薄，断裂构造发育，岩浆岩大面积出露且放射性元素含量较高，具有较好的干热岩地热资源成生条件。基于地球物理数据的重新解译，对广西深部地质构造有了新的认识。以合浦盆地为例，通过系统的地热地质调查，对盆地干热岩成生条件进行分析，初步圈定了干热岩资源勘查的重点区域，以期为干热岩资源勘探提供科学参考。

1 广西地热地质条件解析 1.1 广西居里面反演

广西地处亚欧板块、印度板块与太平洋板块的交接地带，地壳厚度较薄，断裂构造发育，岩浆岩大面积出露且放射性元素含量较高，因而具有较好的生热、储热条件^[14]。居里面(Curie point depth)是岩石中铁磁性矿物因温度升高达到居里点而由铁磁性变为顺磁性时的温度界面，在这个面以下的岩石由于温度超过居里点而被认为几乎无磁性，其埋深大小主要与近期地壳构造变动所形成的地热状态有关。基于1:100万航磁测量数据^[15]，采用Parker-Oldenburg法反演了广西居里面深度^[16]。结果显示，广西中部地区，南北向一条明显的带状居里面较浅，钦州—防城港—北海一带的居里面埋深达到广西地区的最浅，仅为19.5 km(图 1)。

1.2 大地热流密度空间分布特征

大地热流密度指单位时间内热量由壳幔深部垂直向上通过单位面积地球表面向大气层散发的热量^[17]。已有资料显示，广西大地热流密度值空间分布上呈西低东高的特征，其中临近广东的局部地段大地热流值高达90 mW/m^2[18-19]，高于全国平均水平(63.5mW/m²)。但结合以往数据测点的空间分布发现，广西区内仅有的4个有效值大多处于边界位置，西南部和西北部均缺乏数据约束，直接用少量的数据进行空间插值，其结果出现了明显的虚假异常。东部的高异常值很大可能是受广东信宜实测值(98.2 mW/m²)^[20]的影响。本文采用居里面深度(CPD)对大地热流密度值进行反演计算^[21-22]，其方法为

式中：λ为热导率，W/(m·K)；T_C为居里面温度，℃，本文取值为580 ℃；Q为大地热流密度，mW/m²；D为居里面深度，km。

基于图 1中居里面深度的空间分布数据，根据式(1)可以得到广西全区的大地热流密度值空间分布特征(图 2)，图 2显示防城港—北海一带大地热流密度值最高。

1.3 地温场演算

依据地下温度场的分布规律，自上而下可分为变温层、恒温层和增温层。恒温带一般很薄，可以看做一个面，温度略高于当地平均气温值^[23]。恒温带以上，地温受太阳辐射热影响而呈周期性变化；恒温带以下地温的变化则受制于地球的内热，随深度的增加而不断增加。采用广西中深孔测温数据进行统计，广西绝大部分地区恒温带地面埋深小于30 m(表 1)，只有少数半开放岩溶区(HZZK1)，近地表岩溶水动力较强，因而恒温带明显较厚^[24]。统计得到恒温带温度为22.11~24.42 ℃。基于国家气象科学数据中心提供的广西各县城气象站地面累年值数据集(1981—2010年)进行统计得到当地平均气温值，发现恒温带温度整体上高于当地平均气温2~3 ℃。在数据处理过程中，将年平均气温值上浮2.5 ℃作为恒温带温度值。

基于居里面深度数据和恒温带温度分布状况进行反算，得到广西地温梯度的空间分布状况(图 3)。从图 3中可知，在广西钦州—防城港一带，地温梯度值最大，可达到30 ℃/km，其值与广西现有的深孔测温数据基本吻合^[14]。

同样，在已知恒温层深度和居里面深度的情况下，可以计算出地温梯度及不同深度温度场：

式中：dT为地温梯度，℃/km；T_a为年平均气温，℃；H_a为恒温层深度，km；T为深度为处h处的地温，℃；T₀为恒温带地温，℃；Δh为计算深度至恒温带的垂直高差，km。

5 km埋深地温空间分布特征见图 4。从图 4中可看出，钦州—防城港—北海一带以及梧州一带是2个明显的地热异常区，其5 km埋深处地温均超过150 ℃，可作为干热岩资源进行开采。本文以工作程度相对较高的合浦盆地作为重点研究对象，分析干热岩地热资源的生成条件。

2 合浦盆地地热地质条件 2.1 合浦盆地深部结构

合浦盆地走向为北东50°~60°方向，呈北东收敛，西南撒开的喇叭形条带状箕状断陷盆地，长约80 km，宽7~15 km，向西南延伸入海域，陆上面积约1 040 km²。盆地及周围出露地层有古生界志留系、泥盆系和石炭系，中生界白垩系，新生界古近系、新近系和第四系。地貌上属于中国东南广西沿海山地丘陵区南缘，南临北部湾。主要为新生代松散岩层组成的冲积平原、滨海平原，以及古生代—中生代地层及岩浆岩组成的丘陵，海拔高5~50 m。属亚热带气候，受海洋气候影响，年平均气温22~23 ℃，年降水量1 600~1 900 m。

合浦盆地受博白—合浦区域性大断裂控制，是中新生代以来由断陷盆地演化形成的拗陷盆地，受断裂控制，具有较高的大地热流值。盖层沉积较厚，以泥岩、粉砂岩为主，裂隙、孔隙度、导热率低，圈闭性好；合浦盆地莫霍面埋深为29.5~30.5 km，康拉德界面埋深为14.0~15.5 km，结晶基底面埋深为4.0~5.5 km，处于广西地壳最薄、地幔埋深最浅地段，具有有利于地壳深部和地幔热流向地表浅部传递的地壳结构和构造条件。

盆地东南缘布格重力异常梯度带非常明显，形成断阶带。断层附近沉降幅度大，沉降中心和向斜轴靠近东南翼。通过区域重力资料解译，合浦盆地布格重力异常显现3个负值区(凹陷)和2个相对高值隆脊(凸起)(表 2)^[25]。据此将盆地二级构造单元划分为西场凹陷、上洋凸起、常乐凹陷、新圩凸起和石埇凹陷(图 5)。其中西场凹陷基底埋深最大值为4 000 m左右，常乐凹陷则为4 300 m。

合浦盆地内进行的大量地质勘探工作^[25]表明，西场凹陷基底为志留系浅变质泥、砂岩，上洋凸起合浦县城附近基底为泥盆系砂岩、砾岩，常乐凹陷基底为燕山早期的花岗岩。在后续的油气勘探过程中，位于西场凹陷的西参2井和位于常乐凹陷的沙1井、乐参1井均揭露志留系(表 3)，其岩性为浅变质泥、砂岩。基于以上钻孔揭露的地层资料，结合盆地周缘地面调查，认为盆地基底岩系主要是志留系，部分为泥盆系，局部地区为燕山早期花岗岩^[26]。

然而，限于钻孔的深度，盆地基底下方的构造情况依然不是太清楚。本次调查布置一条长约90 km的大地电磁测深(MT)剖面，并在测点11至测点19部分用重磁勘探加密。经过多种反演方式显示，合浦盆地深部的高阻体虽有所偏移，但高阻特征明显且范围较大。在TM(transverse magnetic)、TE(transverse electric)+TM反演模式中，该高阻体处于合浦盆地正下方(图 6)。结合重力正演拟合及大地电磁测深成果，认为深部高阻体为隐伏岩体，且范围较大。

2.2 合浦盆地地热异常

合浦盆地内部没有温泉直接出露，但浅井水温普遍高于周围其他地区1~2 ℃。近些年，合浦盆地地热详查项目的实施过程中，成功施工2口水热型地热井(表 4)。物探测温资料^[27]显示：合浦1井测深1 807 m处温度为79.6 ℃，百米最高增温3.4 ℃；合浦2井测深1 800 m处温度为65.0 ℃，百米最高增温3.21 ℃。

基于镜煤反射率(R_o)数据对盆地内部分深孔的地温梯度进行模拟计算，其结果显示，大部分孔的地温梯度较高(表 5)。陆明德等^[25]认为西场凹陷内地温梯度为33~37 ℃/km，常乐凹陷内平均地温梯度为30~32 ℃/km，为广西地温梯度较高的区域，与图 3中的计算结果相吻合。

2.3 合浦盆地热源及导热通道

合浦盆地位处桂东南地区，莫霍面和结晶基底面埋藏较浅，大地热流值高于全球平均水平，说明该区有较好的资源成热条件。盆地周缘地表出露元古代—古生代地层，盆地基底被一系列北东、北西向断裂切割。从图 6可以看出，盆地底部11— 12测点之间和15—17测点之间断裂带发育，并切割下伏岩体，表现出明显的低阻特征。在第16测点附近，受断裂控制，地表有白垩纪花岗斑岩脉出露。而在17—18测点之间，发育北东向断裂的韧性变形带。以上断裂构造形成明显的导热通道，使得地球深部热量能快速到达地壳。

2.4 合浦盆地干热岩资源储盖组合条件

合浦盆地为伸张断裂而产生的断陷盆地，基底深洼地沿深部断裂分布^[28]。新生代沉积物稳定分布且厚度较大，第四系、新近系、古近系的黏土、煤层和泥岩导热率低，为干热岩热能富集提供了很好的盖层。从表 2得知，合浦盆地基底埋深最大值在西场凹陷约4 000 m，在常乐凹陷约4 300 m，一般均介于2 000~3 000 m之间。该厚度既能满足干热岩盖层保温效果，又可以满足干热岩资源勘探开发的经济可行性^[14]。根据物探工作解译，认为合浦盆地基底大部分为古生代地层，但厚度较薄，且下部存在规模较大的隐伏岩体。结合地表出露情况和地球物理参数特征综合分析，推测该岩体为中生代三叠纪酸性花岗岩，是干热岩资源赋存的良好储层。总之，合浦盆地具备良好的储盖组合条件。

3 合浦盆地干热岩资源评价 3.1 干热岩靶区选择

合浦盆地陆上面积共计1 040 km²，选择盖层连续且分布面积较大的西场凹陷、上洋凸起和常乐凹陷3个地质单元作为评价区，以古近系盖层埋深厚度大于2 000 m为界，圈出干热岩开采靶区C1和C2，其面积分别为167.10 km²和72.90 km²(图 7)。基于前述物探勘查资料，虽然盆地基底为古生代浅变质岩，但其厚度相对较薄，借此认为其与下伏花岗岩共同构成干热岩储层；限于目前干热岩资源开采的经济可行性，资源评价模型深度取值为地表 5 km以浅。

3.2 干热岩资源量评价

基于三维地质模型，采用热储法进行干热岩资源量评价^[3-4]，其方法为

式中：Q_r为地热资源总量，J；ρ为岩石的密度，kg/m³；V为岩体体积，m³；T_z为计算深度的岩体温度，℃；C_p为岩石的比热容，J/(kg·℃)。

在本次计算过程中，放射性生热率采用值为3.01 μW/m^3[18]；大地热流值用西1井和西参1井平均数据，为52.43 mW/m²；合浦县平均气温为22.4 ℃，因而恒温带温度按24.9 ℃取值；热储温度采取图 4中的计算值158.5 ℃。根据已有的实际综合测井资料和模拟计算数据，该热储温度的取值略显保守，但可提高资源量评价的可靠度。基于14个三叠纪花岗岩样品的检测资料，统计其平均值作为本次计算采用的平均密度值和平均比热容值参数。具体参数和计算结果见表 6。

已有研究通过模拟计算，在热储激发体积超过10⁸ m³时，干热岩资源采收率接近常数(40±7)%，而且这个可采系数不受地热井布置、裂缝间隔和渗透性的影响。据统计^[29]，2018年广西全区能源生产总量为3 756.69×10⁴ t标准煤，能源消费总量为10 823.39×10⁴ t标准煤。若按开采量中值20%的采收率计算^[3]，合浦盆地干热岩资源量共计52.01×10¹⁵ J，折合标准煤177.48×10⁴ t，可占2018年广西全区能源生产总量的4.72%。说明开发合浦盆地的干热岩地热资源，有助于极大地改善广西的能源结构。

该计算方法仅是计算了静态资源储量，并未考虑地下热源的补给速率。而对于酸性花岗岩热储来说，热传导性能好，能及时补充由人工开采而亏空的热能。综合干热岩地热资源蕴藏量和开采技术条件进行比选，建议对西场凹陷的C1靶区进行优先勘探。

4 结论

1) 综合地热地质条件分析，合浦盆地内西场凹陷和常乐凹陷具有干热岩资源成生条件。根据合浦盆地干热岩资源的储层和盖层条件，初步圈定出2个干热岩勘查靶区C1和C2，分别位于西场凹陷和常乐凹陷，面积分别为167.10 km²和72.90 km²。

2) 对C1和C2两个靶区进行干热岩资源量评价，结果显示，C1区干热岩资源量为182.48×10¹⁵ J，折合标准煤622.63×10⁴ t；C2区干热岩资源量为77.59×10¹⁵ J，折合标准煤264.76×10⁴ t。按20%的采收率，合浦盆地干热岩资源量可开采量为52.01×10¹⁵ J，折合标准煤177.48×10⁴ t，分别占2018年广西全区能源生产总量3 756.69×10⁴ t标准煤和能源消费总量10 823.39×10⁴ t标准煤的4.72%和1.64%。

3) 综合干热岩地热资源蕴藏量和开采技术条件进行比选，位于西场凹陷的C1靶区是下一步优先勘探的目标区。