广东中新生代盆地热资源利用条件分析

广东中新生代盆地热资源利用条件分析

东莞盆地位于广东省珠江三角洲东北部，东江下游。主要部分位于东莞市西北部，仅西、北缘属于番禺区、广州、增城市和博罗县。区域构造上,位于近EW-NEE向广州-福田大断裂(又称罗浮山断裂或瘦狗岭断裂)南面,NE向紫金-博罗大断裂北西面,NW向黄埔-莲花山断裂东面,是一个自西而东,由NE转NEE走向的狭长形白垩-早第三纪断陷盆地,面积约1800km2(图1)。盆地北缘残丘地带见上白垩统砂岩、砾岩、泥岩与下古生界变质岩或燕山期花岗岩呈断层接触,心组泥岩与上白垩统岩层呈断层接触。盆地南缘残丘地带见上白垩统岩层超覆不整合在下古生界变质岩或燕山期花岗岩上。下古生界变质岩和燕山期花岗岩组成盆地的复合型基底,其上沉积了厚达2505m的白垩-第三系地层。盆地内火成岩活动相当频繁。11地质背景1.1盆地基底岩相特征东莞盆地广泛被第四纪松散沉积层覆盖。据零星露头和各类钻工井揭露[1～2],覆盖之下发育有下白垩统百足山群、上白垩统及下第三系古新统莘庄组、始新统心组(图2)。下白垩统百足山群(K1b):沉积一套以河流洪积相为主的紫红色、浅灰色粉砂岩、砂砾岩、砂岩夹凝灰岩,厚度不详,不整合在基底之上;上白垩统(K2):沉积一套河流洪积相和浅湖沉积交替的棕红色粉砂岩、不等粒砂岩、含砾粉砂岩、砾岩互层,厚度大于1000m;下第三系古新统莘庄组(E1x):下部棕红色不等粒砂岩与含砾不等粒砂岩,厚度可达246.32m,中上部沉积一套深灰色、绿灰色,间夹棕红色泥岩、粉砂岩夹砂岩、砂砾岩,厚度可达288.41m;下第三系始新统心组(E2b):一至三段为一套深灰色、灰黑色泥岩、含灰泥岩夹灰岩、含硬石膏泥岩、灰岩及盐岩旋回沉积,厚度>700m,四段自上而下沉积物中硬石膏逐渐减少,出现较多粉砂岩和细砂岩,泥岩含灰质增加,常见较多薄层灰岩和有机质页岩,残留厚度可达287.93m。盆地基底主要由下古生界变质岩、燕山期侵入岩、加里东期部分侵入岩,经受了区域变质的花岗片麻岩、花岗闪长片麻岩、混合花岗岩组成。侵入岩岩性主要为中细粒斑状黑云母二长花岗岩和中粒黑云母花岗岩,岩浆岩产状以岩基为主,其次为岩株。1.2新中国地区南缘断陷盆地群东莞盆地位于华南褶皱系粤中拗陷区,为界于近EW向广州-福田大断裂和NE向紫金-博罗大断裂之间所形成的单斜状断陷盆地。盆地总体构造NEE向,由白垩统、下第三系及其开阔的褶皱组成。据现有钻井资料及1:10万重力、磁力测量资料初步分析(1),盆地北缘靠近断层部位,见由下第三系组成的次级小型背、向斜拱曲,岩层倾向多为130°～220°,倾角5°～15°。在NE、EW向构造的复合控制下,盆地内EW、NW和NE向三组断层均较发育,其主要断层要素见表1。EW、NE向断层一般控制着盆地的外形轮廓,而NW向断层又切割盆地。据地矿部广州海洋地质调查局第二石油普查勘探大队20世纪80年代初所编盆地地质图,在燕山-喜马拉雅期断裂作用下,盆地基底不断下沉,北深南浅,形成了具有两凹两凸基本构造格局的断陷盆地,盆地主要构造单元自东而西为:铁场凹陷、塘厦凸起、中堂凹陷、观龙凸起(2)。断裂构造是本区出现地热异常的主要因素。区内地热条件不仅受新华夏系NE向断裂带的控制,还与南岭EW向构造带有一定的内在联系,如NE向东莞断裂(隶属于河源断裂带)和紫金-博罗大断裂,活动时间长,规模巨大,断裂以张性-压扭性为主,是控制地下热水的主要构造。而切割NE向深大断裂的NW向张性断裂则是区内良好的导热构造。2盆地的地质条件2.1区域热流特征该区地热类型属层控型,热源主要来自地球内部的传导热。东莞盆地是一个中新生代断陷-断坳型盆地,地处欧亚板块的东南边缘,区域上邻近太平洋板块和印度洋板块交接地带,以及大陆性地壳过渡到大洋性地壳的变异地带,莫霍面深度约在32～34km,可从地球内部向地表传导相对高的热流量,这是该区地温增高的主要原因之一。从大地热流值分析可知,本区为地热正常区域,区域平均热流值约为70～75mW/m2,略高于我国大陆热流平均值与全球热流平均值,不存在特殊高的地热背景条件,区域大地热流是本区热储层的恒定“热源”。在地面以下可及深度范围内,它赋予并维持着热储层以一定温度,热源的供给是持续而均匀的。本区基岩热导率为盖层的1.5～2倍,使基底凸起区的总热阻低于凹陷区,从地壳深部来的较均一的热流,在传导过程中向阻抗小的凸起汇集,从而形成凸起地带地温梯度相对较高的中低温传导型地热系统。2.2土、粉质粘土泥岩地层厚度盖层对来自地球内部的热流起隔热保温的作用。盆地内的热储盖层为第四系、下第三系始新统心组和古新统莘庄组上段,岩性主要为粘土、粉质粘土、粉土、淤泥、砂类土、泥岩、粉砂岩,总厚度一般为300～1200m。泥岩单层厚度与累计厚度大,导热性能差,热阻大,对大地热流具有很强的滞留作用。在水平方向分布上,巨厚的泥岩层延伸到盆地的边缘。喜马拉雅期断裂在上部成岩程度较低的地层中,错动小,岩层松软,后期容易自行闭合,因而泥岩层形成了对热储的圈闭保温作用,且密封性好,是良好的隔热保温盖层。2.3上、下白垩统沉积期岩相特征(1)下第三系古新统莘庄组下段、上白垩统及下白垩统百足山群热储:下第三系古新统莘庄组下段、上白垩统及下白垩统百足山群孔隙裂隙热储总体趋势东部埋藏较浅,西部较深。其中下第三系古新统莘庄组下段为棕红色不等粒砂岩与含砾不等粒砂岩。上白垩统岩性主要为棕红色粉砂岩、不等粒砂岩、含砾粉砂岩、砾岩互层。下白垩统百足山群岩性主要为紫红色、浅灰色粉砂岩、砂砾岩、砂岩夹凝灰岩。该套地层岩性以砂岩为主,砂泥比>0.5,有利于地下水的赋存,为相对含水层或热储层。(2)基岩热储:区内基岩热储主要指盆地基底基岩构造裂隙热储。热储层主要为下古生界变质岩、燕山期侵入岩(花岗岩、酸性斑岩)、加里东期部分侵入岩,经受了区域变质的花岗片麻岩、花岗闪长片麻岩、混合花岗岩,受多期次活动断裂带扰动,裂隙较发育,有利于热水赋存。同时,基底基岩构造裂隙热储总体埋藏深度较大,热水温度较高。2.4巨厚的低热导率地层,制约热流的传导区内的热流体以传导型为主,如图3所示。基岩是良好的导热体,热流在地壳深部均匀地向上传递,凹陷区巨厚的低热导率地层阻碍了热流的传导,凸起区高热导率的地层则为热流的传导创造了有利条件,构造或裂隙发育带成为热水产生对流的通道,从而导致热流向凸起区聚集。在较大断裂或基岩斜坡带热能局部富集,易形成地热异常。因此较大的断裂不仅是热流的通道,也是深部热水的良好储集场所和良好的运移通道。3地下工地类型及构造环境东莞盆地地处欧亚板块的东南边缘,区域大地热流背景值较高,断裂构造较发育,相互切割,火成岩活动相当频繁,具有较好的热源条件、盖层条件、热储条件和热水通道条件。热储以下第三系古新统莘庄组下段、上白垩统、下白垩统百足山群孔隙裂隙热储和基底基岩构造裂隙热储为主,其分布较稳定,范围较广,厚度大,水温及出水量均有开发潜力。从浅层地下水水质特征看,盆地自东往西具有明显的分带性:东部(东莞市-梁家村以东)属强循环带,矿化度小于0.21g/L,水质类型以HCO3为主;中部(中堂、望牛墩、高埗、潢涌一带)为过渡带,矿化度0.21～0.87g/L,水质类型为HCO3·Cl-Cl·HCO3及SO4-HCO3;西部河口地段(麻涌-黄埔新港)为地下水滞流带,水质为Cl-Na型微咸-咸水。据推断,东莞盆地是一呈NEE向展布的北断南超的单斜状断陷盆地,在NE和EW向构造的复合控制下,盆地内EW、NW和NE向三组断层均较发育。按“洼中隆”理论,塘厦凸起对地热分布具有一定的控制作用。在塘厦凸起西北部靠近东江断裂部位,白垩-下第三系地层倾角为10°～20°,在构造上反映为椭圆形平缓的箕状向斜和穹状背斜。NW、NE向断裂又在此相切控制塘厦凸起区边界,具备形成导热通道的构造因素,上覆地层存在隔水保温的完整碎屑岩层,深部热水沿断裂破碎