2024, Vol. 45
2) 中国广州 510080 广东省工程勘察院
2) Guangdong Engineering Survey Institute, Guangzhou 510080, China
地热是一种可综合利用的环保型资源，在医疗保健、农业、水产养殖和发展旅游业等方面，具有良好的开发利用前景（林毅，2008）。对地热资源的开发利用，应遵循统一规划、有效保护、合理开采和综合利用的原则。为实现地热资源的可持续利用，必须将地热资源开发、利用、节约、保护和管理纳入国民经济和社会发展规划。
当前，我国许多地区的地热资源现状不详，地热液体（流量、温度、质量）动态和变化规律尚不清晰，对地热资源的开采和保护依据不足，严重制约了地热资源的开发和利用。为了有效保护地热资源（温泉水资源），实现合理、可持续的开发和利用，同时满足社会经济发展和人民生活的需求，必须完善地热开采和使用单位的采矿权手续，实现地热资源的统一管理、统一分配、统一规划、有效保护以及科学开采。因此，需要进行地热资源储量核实工作，通过地面调查、降压试验及流体质量分析等综合方法（王孝亮等，2022），查明地热流体可开采量、地热流体化学特征及其开采技术条件等，从而为地下热水的开采提供坚实的地质依据。
本文以广州市从化区温泉镇温泉风景名胜区地热资源储量核实工作为实例，旨在通过实例分析，对今后类似地热资源的储量核实工作，提出切实可行的工作方法和建议，为同行提供参考与启示。
1 工程实例概述广州市从化区属南亚热带季风气候，年平均气温约21.7 ℃，年平均降雨量约1 985 mm。从化区温泉镇温泉风景名胜区旅游产业是从化经济的重要组成部分，温泉镇是驰名中外的风景区和疗养胜地。该风景区位于广州市从化区城区，直线距离约12.9 km，行政区划隶属于广州市从化区温泉镇。核实区与省道（S105）连接，毗邻大广高速出入口，可直通广州市区及珠三角地区，陆路、公路交通便利。
为了有效保护和合理开发、利用从化区地热资源，适应社会经济发展和人民生活需要，2018年8月8日广州市从化区人民政府下达《从化区人民政府关于进一步加强温泉管理的通知》（从府[2018]10号），争取在省、市矿产管理部门支持下逐步完善从化温泉风景名胜区内的温泉开采工作。为此，对从化区温泉镇政府管辖的2眼温泉井（SK1、SK2）进行一期地热资源储量核实工作，以实现温泉风景区温泉水资源（地热资源）的统一管理、统一分配、统一规划、有效保护和科学开采，促进温泉水资源（地热资源）的保护与可持续开发利用。
该项目温泉位于广东省广州市从化区，地处广从断裂上盘，主要受NE、NW向2组断裂控制。地热田边界呈条带状分布于流溪河两侧，主要分布在温泉桥以南约50 m的流溪河东岸。经过近80年的开发，从化温泉地热资源已面临过度开发的困境，表现在：热水井分布不合理且相互影响；地表不再有温泉自然出露；原有热水井水位下降、水量减少、温度降低，部分井孔被废弃，钻探新井深度达600 m，温度降幅最大可达十余摄氏度。据调查，工作区内在用热水井14眼，备用井7眼，分别属广东温泉宾馆、广州军区从化招待所、广东省干部疗养院、流溪温泉供水管理站和温泉村委会所有。
2 区域地热地质条件 2.1 区域地层地热田上部为第四系冲积层和燕山三期中粒—中粒斑状黑云母花岗岩γ52(3)、燕山四期细粒黑云母二长花岗岩γ52(1)，其次为燕山五期花岗斑岩、石英斑岩等以及后期的辉绿岩、细晶岩、石英脉等岩脉。
2.2 区域构造地热田地处粤中海西拗陷带中部，广从断裂NE端，佛岗岩体南东部，历经多个构造发育阶段和大规模岩浆活动，使得区域构造面貌支离破碎且更趋复杂化。以升降作用、断块运动为主的华夏式构造，构成区域内新构造体系，其中存在大量NE向断裂，属张性、张扭性正断层。
3 地热田特征 3.1 热源构造断层摩擦产生的热量，火成岩中放射性元素变质过程中释放的热能和火成岩浆活动产生的余热等，综合形成本地热田的热源。
3.2 地热流体通道及形成机理分析在构造应力作用下，岩石破碎，节理、裂隙发育，形成透水裂隙带，为地热流体上涌和运移创造了空间。研究区内分布的NE向断裂与NW向断裂构造相互切割，在构造应力作用下，形成连通性较好的断裂破碎带，当钻探至断裂组破碎带时，井内出现漏水现象。因此，区内断裂构造既是热流体通道也是地热流体的主要赋存空间，断裂交会部位成为主要的控热和导热断裂。
4 开采技术条件地热田地热水赋存于断裂构造裂隙，属于构造裂隙承压水，主要受花岗岩岩性和断裂构造等因素控制，地热水呈带状分布，富水性不均一，局部施工条件受限制，地热田水文地质条件勘查类型属第二类，水文地质条件复杂程度简单；地热水开采采用钻探成井，成井工艺成熟，岩石井壁基本稳定，局部破碎带存在掉块现象，地热田工程地质勘查类型为第三类，工程地质条件复杂程度简单；地热田位于平原地带，基底为稳定的花岗岩，主要开采深部构造裂隙地热水，不会引发地面沉降等地质灾害（李健梅等，2020）；长期开采会导致浅层地下水和地表水入渗，地热流体温度持续下降，化学成分发生变化，地热流体氟处理达标后方能排放，地热田地质环境类型属第二类，地质环境质量中等。综上所述，地热田开采技术条件属地质环境质量中等类型（Ⅱ-3）。
5 地热资源计算与评价从化温泉风景名胜区地热田为断裂带控热的构造裂隙型热储，热储形态较为复杂。按现有资料，不足以建立一个更加合理和全面的地热系统概念模型，仅能从以下几方面大致反映热储的部分参数和特征。评价主要采用降压试验和动态观测方法来确定可开采量及判定其可靠性（张思桃，2018）。
5.1 热储模型根据资料收集及核实工作共同研究，该地热田的热储模型主要为：大气降水入渗补给浅层水后，部分继续沿断裂破碎带或构造裂隙发育带深循环运移，在缓慢深循环过程中，受到构造活动产生的摩擦热及岩浆余热加温后形成热水，深部形成的地热流体在地势相对较低且具有良好通道的部位向上位移，在浅部有利的储水部位（断裂带）储存，形成裂隙型带状热储。
5.2 主要计算参数 5.2.1 储量核实井结构及热储层根据井孔资料，地热流体含水层主要为构造裂隙带，主要富水段埋深为10.53—90.59 m。
5.2.2 降压试验对勘查孔SK1、SK2井进行多孔抽水试验（主孔抽水，附孔作观测孔），其中：SK1井3次降深分别为9.32 m、6.20 m、3.79 m，涌水量分别为629.60 m3/d、330.05 m3/d、227.49 m3/d，孔口水温42.0 ℃—46.5 ℃；SK2井3次降深分别为52.50 m、44.48 m、35.50 m，涌水量分别为463.62 m3/d、330.05 m3/d、245.72 m3/d，孔口水温33.0 ℃—36.5 ℃。
根据水文试验资料，经验系数取1.31，按关系曲线Q—f (s)、q—f (s)类型，采用钻孔（井）涌水量经验公式进行计算，计算结果表明涌水量方程式呈指数型（张思桃，2018）。抽水试验成果见表 1，渗透系数计算结果见表 2。
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表 1 主孔SK1、SK2抽水试验成果 Table 1 Pumping test results of main hole SK1、SK2 |
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表 2 渗透系数计算结果 Table 2 Calculation results of permeability coefficient |
SK1井、SK2井3个落程降深降压试验结果表明，SK1井地热流体压力降不大，动压力（水位降深分别为9.32 m、6.20 m、3.79 m）均在热储层中上层，SK2井地热流体压力降不大，动压力（水位降深分别为52.50 m、44.48 m、35.50 m）均在热储层中上层。因此，采用储量核实井降压试验最大降深涌水量作为从化温泉风景名胜区地热田地热流体的可开采量，拥有更可靠的水文地质基础。
5.2.4 地热流体动态变化特征根据SK1井、SK2井一个水文年地热流体的温度、压力、产量以及温度的动态观测结果对不同季节的动态变化小，属动态稳定型。
6 地热流体可开采量计算与评价 6.1 地热流体资源量估算范围和方式工作期间，对SK1和SK2井孔分别进行枯水期、平水期和丰水期单井降压试验，并在枯水期和丰水期分别进行群井干扰降压试验。
6.2 降压试验可开采量对资源储量核实井进行枯水期、平水期和丰水期降压试验，SK1井孔枯水期降压试验3个落程延续时间252 h，稳定时长226 h，最大降深落程延续时间152 h，稳定时长139 h，静止水位埋深7.09 m，水位降深9.32 m，涌水量629.60 m3/d，单位涌水量0.782 L/s·m，井口平均水温为44.3 ℃：SK2井枯水期降压试验3个落程延续时间252 h，稳定时长236.5 h，最大降深落程延续时间152 h，稳定时长140.5 h，静止水位埋深7.14 m，水位降深52.50 m，涌水量463.62 m3/d，单位涌水量0.102 L/(s·m)，井口平均水温为34.8 ℃。地热流体的压力、产率和温度均较为稳定，减压试验期间获得的地热流体产率基本等同于动态水文年期间在相同减压深度观测到的地热流体产率。因此，地热田地热流体的可开采量采用枯水期降压试验最大水位降深的涌水量，结合一个水文年的动态观测资料作为评价依据，本次勘查以枯水期降压试验中最大水位降深的涌水量（SK1井629.60 m3/d、SK2井463.62 m3/d）作为本地热田控制的可开采量。
6.3 地热田热能计算依据地热流体流量，计算地热田产能，计算公式如下
| $ W_t=4.1868 Q\left(t-t_0\right) $ | (1) |
式中，Wt为热功率（t指在热量传递过程结束时的温度），Q为地热流体流量，t为地热流体温度，t0为当地平均温度。
设ΣWt为地热流体开采1年的可利用热能，计算公式如下
| $ \sum W_t=86.4 D W_t / K $ | (2) |
式中，D为全年开采日数，Wt为热功率，K为热效比。
将SK1和SK2井每日可开采量（QSK1 = 629.60 m3/d、QSK2 = 463.62 m3/d）代入式（1），得到二者热流体可综合利用的热能分别为689.51 kW和294.31 kW，代入式（2），得到二者年开采热能ΣWt分别为32 765 515 MJ和13 985 611 MJ，可见按热能划分，地热田均为小型规模温泉井。
6.4 地热流体可开采量评价在枯水期对储量核实井进行3段落程降压试验，试验时长253 h。在试验过程中，当SK1井抽水量保持在629.60 m3/d（相应水位降深9.32 m）时，水温保持稳定；当SK2井抽水量保持在463.62 m3/d（相应水位降深52.50 m）时，水温保持稳定。因此，将SK1和SK2井枯水期降压试验最大水位降深涌水量629.60 m3/d和463.62 m3/d，作为控制的可开采量是可靠的。
7 结果通过对广州市从化区温泉镇温泉风景名胜区地热资源储量核实工作，可以得出以下结果：①该区地热田地热液体属低温地热资源的温水、温热水。②地热田开采技术条件属地质环境质量中等类型（Ⅱ-3）。③通过地热资源储量计算，得出区内热资源储量为：SK1井控制的地热液体可开采量为630 m3/d，热功率为690 kW，年开采热能为32 765 515 MJ；SK2井控制的地热液体可开采量为464 m3/d，热功率为294 kW，年开采热能为13 985 611 MJ。按热能划分，地热田均为小型规模温泉井。
从化温泉镇地热资源利用历史悠久，该区开采井较多，在开采过程中加强监测，对地热流体（流量、温度、质量）进行观测研究，及时掌握开采井的变化规律及相互影响情况。在地热田未对深部热矿水进行勘查及开发时，应按照可开采水量进行合理开发。强化地热资源保护和开发利用的统一规划、统一管理，严格控制开采总量，避免地热流体温度持续下降。
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