（地质工程专业论文）云南大峡谷地热钻井工艺及引水方案对水量水温影响评价.pdf

摘要 云南大峡谷地热钻井工艺及引水方案对水量水温影 响评价 作者简介：谷懿，男，1 9 8 2 年9 月生，2 0 0 4 年9 月师从于成都理工大学胥 建华副教授，于2 0 0 7 年6 月获硕士学位。 摘要 本文以云南大峡谷地热井为研究对象，地热井的出水量及出水水温是地热 井开发的重中之重。出水量及水温直接影响到工程质量的好坏，而地热井的施 工工艺则直接决定地热井的水温水量。另外由于该工程地理位置的特殊性：大 峡谷地热井将沉埋在9 0 米深的水下。能否将当前该地区的地热资源保存下来， 能否将地热水上引作异地开发，其面临的问题也是我国目前地下地热水开发利 用需要解决的问题，需要做出科学的，正确的认定。 本文的研究重点是地热井的施工工艺、采取的技术措施对地热井出水量的 影响和引水利用对地热资源的评价。所以地热井施工工艺和地热水上引方案对 地热井出水量和水温的影响是本文分析的重点。 文中概述了地热井区重点段的地质条件研究，查清整个地热区的水文地质 条件和大峡谷地热储层及空间展布特征，为钻井工艺及引水方案对水量水温的 影响分析评价做好基础资料的准备。介绍了大峡谷地热井钻井工艺，提出了存 在的问题。对大峡谷地热井增水措施结合施工工艺和地层特点作出了分析，归 纳和总结类似大峡谷地热井所处地环境下合理的增水措施。 本文采用g e o s l o p e 软件模拟分析大峡谷地热井区边坡稳定性；建立水文 地质模型，结合实地试验综合对地热井出水量稳定流量及热损失作出了科学的 分析与评价。 关键词：引水方案；钻井工艺；增水措施：稳定性分析；模拟 成都理工大学硕士学位论文 t h ea p p r a i s a lo fw a t e rd i s c h a r g ea n dt e m p e r a t u r eo fg r a n dc a n y o n g e o t h e r m yw e l ld r i l l i n gc r a f ta n dp l a no fg e o t h e r m a lr e s o u r c ed r a i n a g ei n y h n n a n a b s t r a c t t h i sp a d e rt a k e st h eg r a n de a n n o yg e o t h e r m a lw e l l i n m n a np r o v i n c ea st h e r e s e a r c ho b j e c t a sh eg e o t h e r m a lw e l lw a t e rv o l u m ea n dt h ew a t e rt e m p e r a t u r ei s t h em o s ti m p o r t a n c et h i n g so fg e o t h e r m a lw e l ld e v e l o p s t h ed i s c h a r g ea n dt h e w a t e rt e m p e r a t u r eo ft h eg e o t h e r m a lw e l ld i r e c t l ya f f e c t st h ep r o j e c tq u a l i t y , a n d g e o t h e l t n a lw e l lc o n s t r u c t i o nc r a f tt h e nd i r e c t l yd e c i d e s 廿l eg e o t h e r m a lw e l lt h e w a t e rt e m p e r a t u r ea n dd i s c h a r g e m o r e o v e r , a sar e s u l to ft h i sp r o j e c tg e o g r a p h i c a l p o s i t i o np a r t i c u l a r i t y ：t h eg r a n dc a n y o ng e o t h e r m a lw e l lw i l ls i n kb u r i e sd e e p l yi n 9 0m e t e r ss u b m a r i n e w h e t h e rw i l lt h ec u r r e n tt h i s1 0 c a lg e o t h e r m a lr e s o u r c e p r e s e r v e w h e t h e rw i l lm a k et h eg e o t h e r m a lr e s o u r c et oo t h e rp l a c ed e v e l o p m e n t s ，i t w i l lf a c et h eq u e s t i o na l s ow i l lb eaq u e s t i o nw h i c ht h eu n d e r g r o t m dh o tw a t e r d e v e l o p m e n tu s en e e d st os o l v ei no u rc o u n t r ya tp r e s e n t i tn e e dt om a k et h e s c i e n c ea n dc o r r e c tr e c o g n i z i n g t h ek e yp o i n to fa t i c l ei st h eg e o t h e r m a lw e l lc o n s t r u c t i o nc r a f t a d o p t st h e t e c h n i c a lm e a s u r et ot h eg e o t h e r m a lw e l ld i s c h a r g ei n f l u e n c e ，a p p r a i s a lo n g e o t h e r m a lr e s o u r c ed r a i n a g et oh i g h e rp l a c eu s e t h e r e f o r e 1 eg e o t h e r m a lw e l l c o n s t r u c t i o nc r a f ta n dp l a no fg e o t h e r m a lr e s o u r c ed r a i n a g et oh i g h e rp l a c eu s et o t h eg e o t h e r m a lw e l ld i s c h a r g ea n dt h ew a t e rt e m p e r a t u r ei n f l u e n c ei sak e yp o i n t w h i c ht h i sa r t i c l ea n a l y z e s i nt h ea r t i c l eh a so u t l i n e dt h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o nr e s e a r c ho fg e o t h e r m a lw e l l a r e a ，i n v e s t i g a t e st h o r o u g h l yt h ee n t i r eg e o t h e r m i cr e g i o nt h eh y d r og e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ，a t e r b e a r i n gs t r a t u mo ft h eg r a n dc a n y o ng e o t h e r m a lw e l la n dt h e c h a r a c t e r i s t i co fs p a c ed i s t r i b u t i o n ，a n dp r e p a r e sf o rt h eb a s i cd a t af o rt h ew a t e r v o l u m ea n dt e m p e r a t u r ei n f l u e n c ea n a l y s i s i nt h ea r t i c l eh a si n t r o d u c e dt h eg r a n d c a n y o ng e o t h e r m a l w e l l d r i l l i n gc r a f t ，p r o p o s e dt h e e x i s t e n c eq u e s t i o n t h e m e a s u r e st oi n c r e a s ed i s c h a r g e c o n s i d e r i n gc o n s t r u c t i o n e r a f la n dt h es t r a t u m c h a r a c t e r i s t i ct ot h eg r a n dc a n y o ng e o t h e r m a lw e l lh a sm a d et h ea n a l y s i s ，t h e r e a s o n a b l em e a s u r e sf o ri n c r e a s i n gt h ed i s c h a r g eo fd e e pg e o t h e r m a lw e l l sh a v e c o n c l u d e da n ds u m m a r i z e du n d e rs i m i l a rg e o l o g ye n v i r o n m e n t t h i sa r t i c l eu s e st h eg e 0 s l o p es o f t w a r es i m u l a t i o nt oa n a l y z et h es l o p e s t a b i l i t yn e a r b yt h e g r a n dc a n y o ng e o t h e r m a lw e l la r e a ；t h ee s t a b l i s h m e n t h y d r o l o g yg e o l o g ym o d e l ，c o n s i d e r i n ge x p e r i m e n t sr e s u l tm a k et h es c i e n c ea n a l y s i s a n dt h ea p p r a i s a lt ot h eg e o t h e r m a lw e l ld i s c h a r g es t a b l ec u r r e n tc a p a c i t ya n dt h e h e a tl o s t k e y w o r d s ：p l a no fg e o t h e r m a lr e s o u r c ed r a i n a g e ；m e a s u r e o fi n c r e a s i n g d i s c h a r g e ；d r i l l i n gc r a f t ；s t a b i l i t ya n a l y s i s ；s i m u l a t i o n i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛壑堡王太堂或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 ) 押7 年月万日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权盛壑堡工盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：腑 渊7 年r 月西日 第1 章引言 1 1 选题研究意义 第1 章引言 我国地热资源的最广泛利用是继承了传统优势的温泉洗浴和医疗，近十余 年来，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，利用温泉的品位开发的地 热休闲和保健项日受到越来越多大众的青睐，各种形式的温泉游泳和娱乐，以 及人性化的温泉泡浴和保健理疗都有稳定持久的发展，更有“温泉入户”的房 地产适应于富裕家庭的消费享受。我国日前已建温泉地热水疗养院2 0 0 余处， 公共温泉浴池和温泉游泳池1 6 0 0 处，突出医疗利用的温泉浴疗有4 3 0 处“”。 金沙江从地热井北面流过，受岩性和构造的控制，形成深达6 0 0 m 的峡谷， 两岸山势壮观、悬崖直壁、植被葱茏，宜于休闲沐浴，经多年开发，已成为滇、 川、渝有名的旅游区，水富县的支柱产业。泉址下游1 5 k m ，为正在兴建的世 界级巨型水电站一向家坝水电站，水库正常蓄水位高程3 8 0 m ，将回水至云南永 善县、溪洛渡电站。电站建成后将淹没两县一镇、一区一云南绥江县、四川屏 山县、新市镇，和大峡谷地热旅游区。大峡谷地热将沉埋在9 0 多米深的库水下 删。正是由于该工程地理位置的特殊性，能否将当前该地区的地热资源保存下 来，能否将地热水上引作易地开发，其面临的问题也是我国目前地下地热水开 发利用需要解决的问题，需要做出科学的，正确的认定。 大峡谷地热井的开发过程中对上述问题的分析解决对我国地热井的开发和 远距离引水利用有重大意义。 1 2 国内外地热开发技术水平现状 2 0 世纪7 0 年代初，开展地热勘查与开发钻探。最初工作范围较小，探采 埋藏较浅的地热资源，一般孔深在5 0 0 1 0 0 0m 。钻进和成井工艺方法仍是6 0 年代的小径间隔取心、大径多级扩孔成井的工艺方法。千米深的地热井，井身 结构一般采用终孔直径1 7 0 一1 1 0i f i l l 的4 级口径倒塔式结构。此时期钻井效率 低，成井周期长，一般完成一眼千米地热井需8 1 2 个月。 2 0 世纪7 0 年代中后期，地热勘查范围扩大，井深增加，浅孔岩心钻机已 不能满足要求，需逐渐更新设备。此阶段由于设备能力的增加，钻进、成井工 艺也有较大改进。在电测井和岩屑录井的配合下，逐渐采用牙轮钻头和刮刀钻 头全面钻进方法，简化了井身结构，1 5 0 0m 以内的地热井，基岩以上井段仅一 成都理工大学硕士学位论文 级口径，减少了扩孔次数，提高了钻进效率，缩短了成井周期1 1 5 个月。 2 0 世纪8 0 年代中期后，在钻具组合和成井管材方面，借鉴石油钻井和a p i 标准，结合地区特点，初步形成了水文水井及地热井钻井的钻杆、钻铤和套管 的标准系列，采用多种钻井工艺，钻进效率高，成井质量好。一般完成一眼2 0 0 0 i l l 地热井仅需3 6 个月。 2 0 世纪9 0 年代开始尝试应用地源热泵技术，进入2 1 世纪以后在我国普遍 推广，其中以京津地区发展最快到2 0 0 4 年底，北京已有4 2 0 万m 2 的建筑物利 用地源热泵系统供暖( 冷) ，使用单位已有2 0 0 余家，已完成的最大单项上程供 暖( 冷) 面积达十几万m 2 日前我国地源热泵系统供暖( 冷) 总面积尚无确切统计数 字。 目前在地热井开采施工中最常用的钻井工艺是：泥浆正循环钻井工艺、气 举反循环钻井工艺、高压喷射钻井工艺和泡沫增压钻井工艺。它们各有特点， 但全国范围来看，泥浆正循环钻井工艺由于防止地热井井喷和对护壁效果好的 优点，应用最为广泛，但是由于井内泥浆柱静压力和动压力较高，将导致泥浆 辐射性渗透和污染地下含水层，再加之没有先进的洗井方法，则容易造成水量 偏低等问题m ，。 1 3 地热开发工艺特点及存在的问题 1 3 1 目前地热开发特点 从钻井深度上来看，日前的地热井深度一般在1 0 0 0 - - 4 0 0 0m 之间，地热流 体温度多数在4 0 一1 0 0 之问。钻井所遇地层主要是第四系、第二系、一迭系、 二迭系、石炭系、奥陶系等。在钻井工艺方面，其共同点是：基本都以泥浆正 循环牙轮回转钻进为主，钻头为三牙轮钻头( 镶齿或钢齿) ；主要的不同是：石 油、煤田和地矿系统的钻井工艺都具有行业特点，主要反应在钻井结构、固井 止水、成井材料等方面的差异“”。 从日前地热井使用的情况来看，石油和煤田系统采用的水泥固井和石油套 管较为合理，而地矿系统采用的投砾或下入贴砾滤水管较为合理。无论怎样，对 国内多数地区地热井调查和检测的结果显示，在日前技术经济条件下，地热井 流量减少是一种在地热开发利用中非常普遍方的现象。由于地热井成井施工大 多采用无芯钻进、泥浆护壁、正循环的施工工艺，含水层的孔隙、裂隙易被岩 屑、泥浆等其它物质堵塞，直接造成井内出水量减少及出水温度降低o “。同时， 钻孔深度大，含水层埋藏深，水头压力高，使得洗井和井内处理难度极大。一 旦成井后未达到预计设计效果，将给地热井的开发单位和施工单位造成经济损 2 第1 章引言 失。因此，如何采用合理的钻井工艺和井内处理方法，最大限度地增加出水量， 提高出水温度是当前地热井勘探开发亟待解决的问题。 目前我国低温地热资源开发处于高发展但是利用效率较低的阶段，远距离 输送异地利用情况还是不多，绝大多数为本地开发本地利用，使得地热资源的 浪费比较严重。 目前远距离传输利用主要需要考虑的问题有：长距离输水管道水头的损失 对出水量的影响，远距离输送过程中地热水的热量损失。以上两问题的计算主 要运用水利学和热力学相关学科的知识近似模拟实际情况或用合适条件的经验 公式计算。 综上所述，当前地热井的出水量主要受施工工艺，地热井所处地质条件和 使用环境的影响。增加出水量的方法有洗井、酸及化学物品处理法、真空作业 法、井内爆破法等。应该指出，这些方法都有一定的局限性，再加上地热井温 度较高，效果也不稳定。另外解决本工程中地热井的远距离引水对水量及水温 的影响也是一种对地热资源高效利用的探讨。因此，完善现有的增水方法和探 讨远距离对出水量和水温的影响是地热井利用急待解决的一个课题。 1 3 2 我国地热能开发利用中存在的问题 1 国家对地热资源勘查投入严重不足，我国地热资源勘查评价程度低 日前，我国大部分地区尚未开展大比例尺的地热资源勘查，特别是我国西 部地区的中低温地热资源，基本未开展正规的地热勘探。我国地热资源总量是 个概数，至今尚未取得公认的统一数据，勘查评价滞后于开发利用，严重影响 地热资源开发规划的制定以及地热产业的发展，尤其是自2 0 世纪9 0 年代以来， 国家在地热资源勘查方面基本上没有投入，地热勘查开发基本上是由市场在推 动，个别地区的地热开发管理上作缺乏科学依据，处于盲目开采状态。 2 地热资源开发利用水平低，资源浪费现象严重 日前尚有相当一部分地热开采井未进行回灌，弃水量大、弃水温度高，热 能利用率仅为2 0 3 0 。造成这一现象的主要原因除管理、出投资等因素外， 勘探、回灌以及梯级利用技术亟待提高亦是其中重要原因。这一问题若不解决， 不仅造成资源浪费，由此还会产生对周围环境和地下水的污染。 3 地热资源开发工艺应用的滞后及施工工艺本身的局限性 目前国外地热开发主要运用地源热泵技术，而在我国地热井开采施工中最 常用的钻井工艺是：泥浆正循环钻井工艺、气举反循环钻井工艺、高压喷射钻 井工艺和泡沫增压钻井工艺。它们各有特点，但全国范围来看，泥浆正循环钻 井工艺由于防止地热井井喷和对护壁效果好的优点，应用的最为广泛。同时由 3 成都理工大学硕士学位论文 于井内泥浆柱静压力和动压力较高，将导致泥浆辐射性渗透和污染地下含水层， 再加之没有先进的洗井方法，则容易造成水量偏低等问题。 4 地热资源分布的不均衡利用水平较低 地热资源的生成需要合适的地质构造，需要有稳定的水源补给和地下含水 层作为水流通道。上述地质条件使得地热资源的分布不可能是均衡的，以福建 省为例：福建温泉一般出露在地形低洼处，如山间盆地、河流一级阶地、河漫 滩上，有的亦出露在河床中。温泉分布自北而南、由西向东、由山区至滨海密 度逐渐增大，8 0 的温泉分布在闽清一永定一线以东，其中以南靖至厦门一带最 密集。正是由于地热资源与用户的距离，成造成了地热资源利用水平较低“。 1 4 解决的意义及途经 由于地热井成井施工大多采用无芯钻进、泥浆护壁、正循环的施工工艺， 含水层的孔隙、裂隙易被岩屑、泥浆等其它物质堵塞，直接造成井内出水量减 少及出水温度降低。同时，钻孔深度大，含水层埋藏深，水头压力高，使得洗 井和井内处理难度极大。一旦成井后未达到预计设计效果，将给地热井的开发 单位和施工单位造成经济损失。因此采用合适的施工工艺和增水井内处理措施 对地热井开发具有重要的经济意义。 地热能直接开发利用，是各国地热科学工作者重点研究的问题之一。地热 引水工程填补了我国地热能开发利用的一项空白。而科学的设计地热引水利用 工程的方案对地热资源的合理高效的开发具有重要的社会和经济效益。 本文针对解决地热资源开发工艺的局限性和地热资源分布不均、利用水平 较低两个问题进行探讨，以云南大峡谷地热井的开发和引水工程为例，对完善 地热资源开发的施工工艺和地热远距离引水利用工程作出评价，并分别提出参 考建议。 4 第2 章云南大峡谷地热井地质条件 第2 章云南大峡谷地热井地质条件 2 1 地形、地貌 水富地处长江、金沙江、横江交汇地带，扼滇川往来之要冲，位于云南最 北端，素称“云南北大门”。1 9 7 4 年设区，1 9 8 1 年建县，幅员面积4 3 9 8 平方 公里，辖两乡两镇，总人口9 5 万人。境内属亚热带季风气候，海拔最高1 9 8 6 4 米，最低2 6 7 米，年降雨量1 0 0 0 毫米左右，年平均气温1 7 8 。大峡谷温泉 位于川西高原、四川盆地、滇北山地的交界部位。地处我国三大地貌阶梯中青 藏高原( 第一阶梯) 向四川盆地( 第二阶梯) 过渡的大斜坡前缘，也是云贵高 原、滇东北山地向四川盆地过渡的斜坡前缘。区域地形的总体特征表现为大峡 谷温泉以西为中山地形区，以东为四川盆地低山丘陵区，温泉以南为中山地形 】 2 2 区域地质条件 2 2 1 区域地质环境 研究区地形地貌由西向东逐次降低，从五指山、五角堡以西1 7 0 0 余米向东 直到宜宾降至3 0 0 m 5 0 0 m 左右，相对高差近1 2 0 0 m 。水系的发育受地形地势的 控制，主干河流金沙江自西向东贯穿全区，支流水系呈树枝状由两侧向干流汇 聚。总体上地形高低起伏、沟壑纵横，形成山岳与河谷交织的地貌形态。不同 地貌特征如下0 1 ： 1 ) 新市镇以西地区 属中山区，本段内山势陡峻，山体雄厚，冲沟、植被均较为发育。海拔高 度一般为1 0 0 0 2 0 0 0 m ，山岭走向以北北西向为主，其形成多为与构造有关的 褶皱山。本段内夷平面高度1 4 0 0 1 6 0 0 m 。 金山江在区内蜿蜒曲折，走向变化较大，其中桧溪一大岩洞一段走向为北 北西向，大岩洞一新市镇一段为北北东向。沿线河谷狭窄，岸坡陡峻，多见急 流险滩，以“v ”型谷发育为特点，两岸坡度5 0 。6 0 。，河谷宽l o o m ，阶地 不发育，坡角多见崩坡积物。 2 ) 新市镇一楼东段 属中低山区，本段内山势总体变缓，植被发育，冲沟宽缓、切割不深，局 部地段发育单面山，海拨高度5 0 0 1 0 0 0 m ，山岭走向为北东东或北北东向，夷 s 成都理工大学硕十学位论文 平面高度6 0 0 7 0 0 m 。 金沙江在本段内呈北东东或近东西向延伸，局部有迂回弯曲，新市镇一带 因中都河、西宁河的汇入而江面加宽，河谷相对开阔，一般为3 0 0 6 0 0 m 。两 岸坡度相对变缓，一般为2 0 3 0 。，总体呈现“u ”型谷的特点。沿江多见阶 地和漫滩沉积，尤其在屏山、楼东等开阔地段，阶地阶序清楚，保存完好。 3 ) 楼东一新滩坝 低中山区，山势总体平缓，冲沟不发育，海拔高度3 0 0 7 0 0 m 。本段内金 沙江走向为北北东向，河谷相对变窄、岸坡变陡而呈现“峡谷”形态。河谷宽 2 0 0 5 0 0 m ，岸坡4 0 5 5 。沿江阶地和漫滩均不发育，是金沙江由低山丘陵 区进入四川盆地前的一个相对狭窄的地段。 2 2 2 区域地层岩性 研究区地层的分布与区域构造有关。西部相对为隆升区，出露地层较老， 主要为古生界；东部相对为沉降区，出露地层较新，主要为中生界。自下而上， 由海相沉积向陆相沉积过渡，但随沉积环境的变化，在沉积建造上形成了碳酸 盐岩与碎屑岩交替出现的格局。其中与温泉成生有关的地层单元主要为上古生 界二叠系与中生界三叠系。各套地层由老至新叙述如下”3 ： ( 1 ) 前寒武：仅出露震旦系灯影组，零星分布于研究区西南角的长坪、大 造场一带，与上覆下古生界寒武系呈假整合接触，主要为海相沉积碳酸盐岩， 其下部为白云质灰岩夹白云岩，上部为白云质灰岩夹硅质灰岩，局部含粉砂岩。 ( 2 ) 下古生界：主要分布于研究区西南部芭蕉滩、糖坊坝、长坪、纸厂坝、 大造场等地，自寒武系至志留系出露较为齐全，各层间呈假整合或整合接触关 系。总体为海相沉积，以砂页岩为主的碎屑岩与以灰岩、白云岩为主的碳酸盐 岩交替出现。其中寒武系主体上以灰岩、泥灰岩及白云岩为主，仅在下统的底 部和上统夹有泥岩、粉砂岩；奥陶系下统以碎屑岩为主夹少量白云岩，中、上 统则为碳酸盐岩夹碎屑岩；志留系上统缺失，主体以碎屑岩为主，局部夹灰岩 薄层。 ( 3 ) 上古生界：与下伏地层为假整合接触，除二叠系发育广泛外，区内普遍 缺失石炭系。泥盆系出露于西南一带，上、下统缺失，主要为碳酸盐岩夹砂页 岩；二叠系主要出露于西部的芭蕉滩、糖坊坝、大造厂、五角堡等地，北部五 指山、东部芙蓉煤矿一带亦有零星出露。其下统岩性以碳酸岩盐为主，底部有 海陆交互相的砂页岩分布；上统为峨眉山玄武岩和含煤建造。 ( 4 ) 中生界：出露齐全，广泛分布于区内，与下伏地层为假整合接触。自下 而上由滨海一浅海相沉积逐渐向内陆湖盆、河湖相过渡。其中三叠系大面积出 6 第2 章云南大峡谷地热井地质条件 露于研究区西南和东南部，其下统主要为滨海相碎屑岩沉积，下统上部、中统 为碳酸岩盐沉积，上统为内陆湖相含煤建造；侏罗系为湖相沉积，西部较薄， 东部较厚，厚度变化较大，沉积环境不稳定，岩性主要是以砂岩为主的碎屑岩； 白垩系主要出露于北部地区，中部亦有零星分布，为一套河湖相含盐的红层沉 积。 ( 5 ) 新生界：主要为第四系河湖相、河流相沉积，集中分布于区内洼地与 河谷地带。 2 2 3 区域地质构造 1 ) 构造格局 按构造的空间展布特征，可以将研究区划分为三个构造区：1 ) 西部北北西 向构造区( i ) ，系指五指山一五角堡一回龙堡一线以西地区，南北向和北西向构 造集中分布于本区，以断裂与褶曲共同发育为特点：2 ) 东部北东向构造区( i i ) ， 主要为五指山一五角堡一回龙堡一线以东、屏山一宜宾一线以南地区，本区褶曲 构造发育、断裂相对较少，因北东向的褶曲构造密集发育而与其他两区相区别。 区内褶曲构造总体上向北东倾伏，在空间上呈现出背向斜相问平行排列且近等 间距分布的特点，大峡谷温泉位于该区内：3 ) 北部盆地构造区( ) ，五指山一 五角堡一回龙堡一线以东、屏山一宜宾一线以北地区，为四川盆地。本区内构造 发育稀疏，构造形迹不甚明显，除北东向、北西向的构造外亦见有近东西向的 构造。 2 ) 地质构造特征“1 ( 1 ) 褶曲构造的空间展布特征 褶曲构造是区内主要的地质构造之一，在西构造区，多为由北东和北西向 褶曲叠加而成的不规则菱形状或扁豆状的穹窿或构造盆地，在穹窿处形成岩层 向四周倾斜、在构造盆地处形成岩层由四周向内倾斜的特点。不同的褶曲彼此 相连造成岩层产状的突变和空间上的起伏跌宕，所卷入的地层由下古生界寒武 系至新生界白垩系，范围较广；东部构造区，褶曲构造主体上呈不协调带状北 东向延伸，以背斜相对紧闭向斜相对宽缓为特点呈隔挡式展布，褶曲两翼基本 对称，轴面近于直立或微微倾向北西。所卷入的地层主要为中生界和新生界： 北部构造区褶曲形态疏缓开阔，岩层起伏变化不大，所卷入的地层主要为新生 界。区内主要褶曲的空间特征如下： ( 2 ) 断层的空间展布特征 区内断层的发育较不均衡，西部构造区内集中分布n n w 向和s n 向的断层 而东部构造区除柏树溪断层外均为n e 向延伸的断层。各类断层以中陡倾角为 7 成都理工大学硕士学位论文 主，且多为逆断层。常与褶皱伴生而切割褶皱的翼部。在地表延伸数公里到数 十公里，破碎带宽数米到数十米。除中都、楼东、湾湾滩为切割较浅的盖层断 裂外，其余多为深切基底的断裂，各断层的空间特征如下： 3 ) 温泉区域主干骨架构造的特征”1 温泉区域主干构造为五指山一龙桥背斜与五角堡一楼东背斜。前者是东西部 不同构造区的分界构造，后者是贯穿泉区的控制性构造。 ( 1 ) 五指山一龙桥背斜： 五指山一龙桥背斜主体出露于绥江县新市镇以北的生基坪七星包一带， 总体呈带状北西西向展布，于龙桥一带与金沙江相交。地表延伸2 0 余公里，其 北西端延出图外与北东走向的褶曲相接，其南东端倾伏于龙桥一带且与五角堡 背斜北西翼复合。轴部出露地层为乐平组和峨眉山玄武岩，两翼主要为三叠系， 产状不对称，南西翼产状稍缓，倾角4 5 6 0 。；北东翼产状稍陡，倾角7 0 8 0 。，局部地层有倒转现象。褶皱轴面总体倾向南西。 ( 2 ) 五角堡一楼东背斜 西起绥江县庙子乡，向东经黑竹林、大包项至楼东一带，是东部构造区最 主要褶曲构造之一，同时也是与大峡谷温泉在空间上联系最紧密的构造。五角 堡楼东背斜总体呈北东向延伸( 详细特征见后述储水构造一节) ，其北东端倾伏 于楼东一新滩坝一带，与地热井区的骨架构造一糖房湾背斜呈缓鞍相接；其北 西翼与五指山一龙桥背斜南端毗连，在空间上形成南短北长的不对称“+ ”字 形构造框架。 4 ) 主要构造的水文地质意义 对区内地质构造的空间展布特征研究表明，研究区主要是以北东向的五角 堡一楼东背斜与北西向的五指山一龙桥背斜的叠加复合为总体构造框架，形成 东西分区、南北分带的构造格局。这样的构造格局在很大程度上控制了地下水 的空间活动规律和运移富集特征，因此具有重要的水文地质意义。 ( 1 ) 褶曲构造 研究区东南部一系列北东向褶曲构造对区内地下水的形成、运移、富集具 有明显的控制作用，区域地形地貌上自南西向北东由高山向盆地的过渡，较大 的高差是区内地表水、地下水总体由南西向北东运移的关键所在，而北东向褶 曲构造大多向北东方向以较大的坡度倾伏，且大致与地形的总体趋势一致，是 大峡谷温泉高水头、自流喷出的主要原因之一。相对而言，位于新滩溪一龙桥 一带的五指山龙桥北西向褶曲构造，轴线与金沙江流向近于垂直，分布于背斜 核部近1 0 0 0 m 厚的玄武岩、三叠系飞仙关泥岩、粉砂岩成为分隔龙桥以西金沙 江( 上游) 与龙桥以东金沙江( 下游) 两侧阳新灰岩、三叠系灰岩中地下水的控制 8 第2 章云南大峡谷地热井地质条件 性构造。从而形成以龙桥背斜为分界的西、东两个大的水文地质分区。 ( 2 ) 断裂构造 断层的发育与褶曲有关，区内出露的断层一般发育在褶曲翼部且多与褶曲 的轴部平行。同褶曲构造类似，不同走向不同性质的断层，其水文地质意义不 同。北东向或北西向的断层均有导水作用，但同时也有阻水作用，北东向的断 层有利于地下水由西向东的运移，但对地下水的东西向径流却有阻隔作用；南 北向或北西向的断层有利于地下水的南北向径流但同时又对地下水的东西向径 流形成阻隔。 2 2 4 区域水文地质 研究区内出露主要为各类沉积岩，少量玄武岩。沉积岩中以碎屑岩类为主， 碳酸盐岩类及泥岩类次之，第四系松散沉积物主要分布于金沙江河床及两岸阶 地。分析各地层的富水性以及影响其富水性的因素，是认识温泉的形成条件， 分析水库蓄水对温泉影响的基础。本次水文地质调查、分析涉及面积近7 0 0 0 平方公里，统计区内出露全部泉点1 3 0 个，全区泉总流量3 9 6 7 2 0 9 升秒“1 。 对各地层富水性的评价，以本次调查、统计的资料为基础，评价各地层的 富水性主要考虑的因素是：各地层单位面积泉点个数以及单位面、积泉水流 量；泉水流量量值的主要分布区间。 1 ) 第四系松散沉积物 松散沉积物分布于金沙江两岸的漫滩和一级阶地，主要为砂卵石层及粘质 砂土，属第四系全新统及上更新统。单井出水量有5 0 0 - - - - 1 0 0 0 1 1 1 3 d ，富水性强 且与金沙江水有较为密切联系。 2 ) 自垩系夹关组、侏罗系自流井、沙溪庙、遂宁组 出露面积约4 3 3 7 6 平方公里，主要分布于研究区中南部。主要为泥岩、砂 岩互层，裂隙较发育，地下水一般明显承压。研究区出露5 1 个泉，每1 0 0 平方 公里的面积泉数量为1 1 7 5 7 6 5 个，单位面积泉流量0 0 0 8 0 5 升秒平方公里， 泉主要流量介于0 1 o 5 升秒，富水性弱或相对隔水。 3 ) 三迭系须家河组 出露面积约4 1 6 1 3 平方公里，为一套河流相沉积的砂岩上部夹煤线碎屑。 分布于五角堡背斜及大峡谷温泉泉址，区内有1 4 个泉，每1 0 0 平方公里的面积 泉数量为3 3 6 4 个，单位面积泉流量0 0 5 5 1 3 升秒平方公里，最常见流量 介于0 5 5 升秒，富水性中等偏弱。 4 ) 雷口坡组、嘉陵江组 主要分布于研究区中南部，出露面积6 4 0 6 8 平方公里，岩性以薄层至中厚 q 成都理工大学硕士学位论文 层状石灰岩、白云质灰岩为主，夹岩溶角砾岩、页岩。每1 0 0 平方公里的面积 泉数量为5 4 6 3 个，单位面积泉流量3 ，8 7 4 4 6 升秒平方公里，最常见流量 介于l 5 0 升秒，富水性强。 5 ) 飞仙关组 出露面积约1 0 4 9 4 平方公里，岩性主要为粉砂岩、泥岩。每1 0 0 平方公里 的面积泉数量为0 9 5 3 个，单位面积泉流量0 0 1 3 7 8 升秒平方公里，最常 见流量介于0 1 1 0 升秒，富水性中偏弱 7 ) 蛾眉山玄武岩 主要分布于五角堡背斜核部以及新场、长坪等地。出露面积约3 3 2 5 平方 公里。每1 0 0 平方公里的面积泉数量为9 0 2 3 个，单位面积泉流量0 0 2 1 7 7 4 升秒平方公里，最常见流量介于0 1 1 升秒。裂隙构造不发育，富水性 弱或相对隔水层。 8 ) 二叠系下统阳新灰岩 出露面积1 2 8 3 0 平方公里，主要分布于五角堡背斜核部以及研究区西南 角。每1 0 0 平方公里的面积泉数量为6 2 3 5 个，单位面积泉流量9 9 3 7 5 7 升 秒平方公里，大泉流量多为5 0 7 0 0 升秒，富水性强。 大峡谷温泉形成不涉及二叠系以前的地层，故在本文中不作讨论。 地下水化学成分的形成是地下水在埋藏、运移过程中与岩石相互作用的结 果。因此，地下水化学成分记录和反应地下水的形成条件及成因。研究和分析 地下水化学成分特征及相互关系，对分析研究区温泉形成及与水库蓄水对大峡 谷温泉影响具有重要意义。 研究区金沙江及主要地下水类型的水化学特征如下”： ( 1 ) 水化学类型及其分布 研究区地下水水化学类型以重碳酸盐、低矿化度水为主，局部地区为重碳 酸盐、硫酸盐型水或重碳酸氯化物的水。各种水化学类型及分布简述： 重碳酸盐型水 此类地下水主要为h c 0 3 一c a ，h c o 。一c a m g 型水，是研究区广泛出露各含水 岩组中均有分布的水化学类型，矿化度大部分小于0 3 9 l ，p h 值6 5 8 6 。 区内三叠系嘉陵江、雷口坡组等有白云岩及白云质灰岩的地层内，m g ”含量较高。 出h c o 。一c a 蟾型水。 重碳酸、硫酸盐混合型水 以重碳酸硫酸盐型水为主，常见类型为h c o 。s o , c a 、s o , h c 0 3 c a ，该 类型水主要分布于三叠系须家河组、二叠系龙潭组含水盐组等地层，矿化度多 小千0 5 9 1 ，p h 值6 5 8 0 ，部分小于5 8 。 1 0 第2 章云南大峡谷地热井地质条件 重碳酸盐、氯化物混合型水 以h c 0 3 c 1 - c a 、c 1 h c 0 3 一c a 型水为主，分布于夹关组和第四系松散沉积 物中，阳新灰岩地层深部水也常出现该类型。矿化度小于0 5 9 1 ，p h 值6 5 7 8 。 硫酸盐型水 以s 0 。一c a 和s o 。- n a 型水为主，主要散布于三叠系嘉陵江和雷口坡组的石灰 岩中，矿化度较高，一般2 3 9 1 ，个别大于l o g l ，p h 值6 2 7 8 。 ( 2 ) 浅层地下水水化学特征 本区各类地层的风化裂隙、构造裂隙、溶隙发育浅层地下水，由于本区气 候湿润，雨量丰富，水文网深切，浅层地下水交替强烈，通常地下水矿物质低， t d s 小于0 5 9 1 。水化学类型主要为重碳酸钙镁型水。部分与膏盐、黄铁矿有 关的地层或与断裂带深部水相混合的地下水为s q c a 、h c 0 3 c l - n a 型水。 ( 3 ) 深部水水化学特征 据钻孔资料，区内地下水化学成分在垂直方向上矿化度随着埋深的增加而 增加高，水化学类型正常以重碳酸盐型水为主，但变化较复杂，与所处地层的 岩性、构造、地貌密切相关。泉域区典型深部水层有嘉陵江、雷口坡组和二叠 系阳新灰岩。前者为硫酸s 0 4 ，盐型高矿化度水，后者为低矿化度h c 0 3 一c a n a 型水。 综上所述，研究区在地形地貌上，自西向东呈现由中山区向低山丘陵区过 渡的特征：在地层岩性上，二叠系、三叠系广泛出露，在沉积建造上形成碳酸 盐岩与碎屑岩交替出现的层序格架；地质构造上，西部以北西向构造为主，东 部以北东向构造为主，呈现分区特征，而五角堡一楼东背斜与五指山龙桥背斜 或为控制全区的骨架构造；在水文地质上，地下水埋藏和分布较不均一，含水 层与隔水层相间分布，一般情况下互不联通，并且各含水层水化学组成差异较 大。 2 3 储水层展布 2 3 1 地热井区地层 根据原石油部门钻探地热井的资料，温泉揭露的地层与区域地层基本一致： 表部为河流堆积卵石层，向下依次为三迭系上统须家河组砂岩、中三叠统雷口 坡、嘉陵江灰岩、峨眉山玄武岩、二叠系下统阳新灰岩、奥陶系下统牯牛潭组 白云岩、砂岩，缺失志留、泥盆和石炭纪地层( 表2 - 1 ) 嗍。 成都理工大学硕士学位论文 表2 1 温泉区地层综合表 地层名称地层代号岩性简述 钻井揭露厚度( m ) 第四系q黄、棕灰色砂砾卵石层及粘质砂土4 1 黄灰、灰白色细至粗粒含长石石英砂 须家河组 x j 4 2 5 层，夹薄层灰黑色泥岩、炭质页岩及煤 灰色、深灰色石灰岩、白云质灰岩，下 雷口坡组 t 2 l 1 9 5 5 部夹紫色页岩及粉砂岩。( 含水层) 嘉陵江组t ，j白云岩为主夹白云质石膏( 含水层)3 4 5 暗紫色粉砂岩、细砂岩、砂质泥岩，夹 飞先关组t l f + t石灰岩薄层，砂质泥岩也泥岩呈不等厚5 9 3 层 乐平组 p 2 1 黄灰、褐黄色砂岩、页岩夹薄煤层 1 7 4 兰灰、深灰、黑绿色致密状玄武岩，夹 蛾眉山玄武岩 p 2 b2 0 4 多层泥岩 深灰色生物碎屑灰岩、生物灰岩、石灰 阳新灰岩p l y 5 0 0 岩( 含水层) 白云岩、粉砂岩、石英砂岩、泥质灰岩 牯牛潭组 0 l 未见底 不等厚互层 2 3 2 大峡谷温泉储层特征 钻井揭露的含热水的地层有两个。即三叠系雷口坡组、嘉陵江组和二叠系 阳新灰岩。 雷口坡组、嘉陵江组岩性为灰岩、白云质灰岩，钻井揭露岩层厚度6 8 3 5 米，该段岩层顶板埋深8 3 5 米，其上有4 2 5 米厚的三叠系须家河组和4 1 米厚 的第四系地层覆盖。热水储层主要出水段为埋深5 3 5 7 6 7 米段，地热井自动向 外溢流量为2 1 6 0 立方米日，水温为3 9 ，水化学类型为c l s 0 4 一n a 型水， 为大峡谷地区浅埋藏的温热水含水层。大峡谷温泉在进井过程中将此层封堵止 水，目前该储层水未进入大峡谷地热井”3 。 二叠系下统阳新灰岩热水储层，是大峡谷地热井的出水层，岩性主要为灰 白色、深灰色灰岩，其顶板埋深1 5 9 5 米，钻井揭露底板位置2 3 4 6 米，钻厚达 7 5 1 米，据该区阳新灰岩厚度对比统计，阳新灰岩厚度为5 0 0 米左右，因此地 热井钻井揭露地层增厚是断层所致。地热井主要出水段为埋深1 5 9 5 - 2 3 4 6 米段， 1 2 第2 章云南大峡谷地热井地质条件 自流量为4 8 2 8 立方米日，水温为8 0 ，水化学类型为h c 0 3 c 卜c a 型水。 在两个水层之间有三叠系飞仙关组粉砂岩、泥岩、二叠系峨眉山玄武岩相 对隔水地层。 据区域水文地质资料，区域上热水含水层主要有三叠系雷口坡组( t ：1 ) 嘉陵 江组( t j ) 和二叠系茅口组( p j 、栖霞组( p 。) 以及震旦系的灯影组白云岩等碳酸 盐岩层。楼东一井未揭露震旦系地层，从钻井和物理测井等资料看，揭露的三 叠系雷口坡组( t ：。) 、嘉陵江组( t 。) 和二叠系茅口组( p - ) 、栖霞组( p 。) 两大碳酸 盐岩层均为热水层，表明研究区含热水的地层与区域上是一致的。大量地热热 水探表明( 表2 2 ) ，在四川地区，特别是川南地区阳新灰岩是主要的热水储层 之一 6 】。 表2 2 西南地区阳新灰岩钻遇热水情况” 劈纪 储层埋深水温 地热井 地点热水储层水化学类型构造位置 ( m )( ) 峨眉山柿子坪蛾眉山阳新灰岩 4 0 0 - - 8 0 03 8 c 0 3 _ i c a 背斜翼部 海螺构热水塘泸定魔西阳新灰岩 5 0 08 4 h c o 。c a断裂带 麻一井四川犍为阳