广西合浦盆地地热资源分布规律

1 地质概况

合浦盆地位于广西北海市北部,属中—新生代断陷向斜沉积盆地,呈向西南张开、北东收敛的似喇叭状,盆地宽9～20 km,长68 km,面积2 459 km2,地势北东高,南西低,海拔5～70 m,向西南延伸入北部湾.盆地两侧基岩出露,呈残丘地形.合浦盆地的大地构造位置为南华准地台的南端北部湾拗陷区与钦州残余地槽、云开台隆交汇处,其形成和发展受北东向区域性大断裂所控制.基底为古生界志留系、泥盆系砂泥(页)岩、碳酸盐岩以及华力西期、燕山期花岗岩,基底埋深最大约4 000 m.盆地盖层由白垩系、古近系—新近系和第四系组成.区内地质构造发育,花岗岩体分布广、规模大.

2 盆地地热田地热地质条件

2.1 地热田主要地质特征

合浦盆地没有温泉直接出露,但浅井的水温普遍较高,为26～29℃,有的达32℃.石油勘探乐参井综合测井结果表明,在600～2 400 m范围内,厚大于5 m的热水层有190多层,水温最高达70多℃ .经初步圈定,合浦盆地地热田总面积580 km2.综合地质调查、地震勘探剖面及石油探孔资料.

新近系上新统—中新统南康组(Nn):杂色河流相粗碎屑洪冲积沉积,岩性为卵石(局部为漂砾)、含粘土卵石、细砾、砾砂、含粘土砾砂夹粘土、粉质粘土.古近系渐新统沙岗组(E3s):上段(E3s2)为泥岩、含砾泥岩、粉砂质泥岩与含砾粉砂岩互层;下段(E3s1)为含砾砂泥岩、砾岩、泥岩与含砾粉砂岩互层.砂岩与泥岩的厚度比为(0.71～1.73)∶1.古近系始新统酒席坑组(E2j):四段为厚层状泥岩局部夹砂岩及黑色褐煤,厚48.00～225.00 m;三段为泥岩或砂砾岩、泥质粉砂岩互层,厚72.00～279.00 m;二段为粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩等,局部夹碳酸盐岩,厚44.00～145.00 m;一段为炭质泥岩、泥质粉砂岩、细粒砂岩、含砾砂岩互层,厚36.00～284.50 m.本组地层砂岩与泥岩的厚度比为(0.19～1.73)∶1.古近系古新统上洋组(E1s):上段为砂质泥岩、含膏泥岩、泥岩,厚152.00 m;下段为泥岩、含膏粉细粒砂岩、含泥砂岩、粉砂岩互层,厚度156.80 m.砂岩与泥岩的厚度比为为0.23∶1,孔隙度为13%～22.5%.白垩系上统罗文组(K2l):上部粉砂质泥岩、细粒砂岩、粉砂岩,厚501.00 m;中部泥岩、粉砂岩、砂岩互层,厚314.00 m.下部泥岩,砂岩互层,厚233.50～318.00 m.砂岩与泥岩的厚度比为为(0.20～0.49)∶1.前中生界:志留系为一套砂岩页岩的轻变质碎屑岩系;泥盆系下—中统为砂岩、泥岩,上统为碳酸盐岩.基底局部地段有燕山期黑云母花岗岩和中粒花岗岩及华力西期黑云母花岗岩.基底岩石受现代活动断裂带的扰动,构造裂隙发育.

图1 合浦盆地构造纲要图

根据地震勘探和重力解译,热田基底为一北东-南西向两翼不对称的向斜构造,总体上形成五洼四突形状,即西场凹陷的西场洼地、沙岗南洼地、沙岗东洼地、沙岗低突起、上洋高突起、岑屋低突起和常乐凹陷的大山角洼地、天堂坡—常乐洼地及沙朗村低突起,基底凹陷的埋深在2 000～4 200 m.基底被一系列北东、北西向断裂切割得支离破碎,断裂性质以张性为主,向上切割古近系—新近系,规模一般较大,主断层形成于加里东期,为区域上深大断裂即岑溪—博白断裂带西南段主干断层,属上地壳断裂,具有明显的张性正断层性质,盆地基底深洼地均沿该断层分布,它控制着合浦断陷盆地的形成及发展演化.沿断裂带有岩浆岩体侵入,现代地震活动频繁发生,新构造活动明显,预测基底地层中的许多断裂和裂隙胶结程度差,为热水的运移和赋存提供良好的途径和空间.

合浦盆地基底构造地质图 (据石油部门地震Tg反射层构造图修编)

2.2 地热田热储层、盖层划分

热储层:据石油测井资料,热水赋存于新近系上新统—古近系渐新统砂岩热储孔隙裂隙与其它基岩热储构造裂隙中,按热田热储埋藏条件与介质特征,划分为3种类型:孔隙热储、孔隙裂隙热储和基岩构造裂隙、溶隙热储层.热储温度按下式推算

tr=(D-h)G+t0. (1)

式中:tr为热储温度(℃);D为热储埋藏深度(m);h为常温层埋藏深度(m),取25 m;G为平均地温梯度(℃/m);t0为常温层温度(℃),取25.0 ℃.推算结果见表2.根据有利于热水储集的各地层中砂岩、砂砾岩、粉砂岩的厚度、介质特征,又将地热田热储按优劣程度划分3个等级:

(Ⅰ)好的热储层.包括西场凹陷的南康组和沙岗组,以及常乐凹陷的南康组、沙岗组和酒席坑组孔隙与孔隙裂隙热储.南康组砂岩与泥岩厚度比为为1∶1,呈互层状;沙岗组砂岩泥岩呈互层状;酒席坑组在常乐凹陷呈泥岩夹砂岩至互层状;砂岩厚度大,成岩程度低,孔隙度大,渗透性能较好,分布面广,是热田开发的目的热储层.

(Ⅱ)一般热储层.包括分布于西场凹陷的酒席坑组一段和二段孔隙裂隙热储层和热田基底基岩构造裂隙、岩溶裂隙热储层.酒席坑组一段和二段以砂、泥岩互层为主,成岩程度差、孔隙度高,但砂岩热储累计厚度相对常乐凹陷小而影响热水的富集.古生界基底中的砂岩、灰岩层,受现代活动断裂带扰动,裂隙极为发育,灰岩层在热水的作用下,可形成溶蚀裂隙,有利于热水赋存.同时,基底基岩构造裂隙、岩溶裂隙热储层埋深大,与其它热储相比,具有热水温度最高的优点.

(Ⅲ)差的热储层.包括西场凹陷的酒席坑组4～3段,上洋组及罗文组热储层.它们均以泥岩为主,含煤、 螺、 沥青、 油、 膏盐等不良成分,砂岩的单层厚度及累计厚度小.上洋组及罗文组成岩程度高、孔隙度小、渗透性差,该热储的赋水条件较差,基本上不具可利用性.

盖层:泥岩热导率低,导热性能明显低于砂岩特别是饱水砂岩层.热田内泥岩单层厚度与累计厚度大,分布稳定,对大地热流具有很强的滞留作用.热田内的泥岩横向分布到边,竖向分布则与砂岩呈相间叠置状产出,单层厚度多在数米至十数米之间,累计厚度占岩层总厚度一半以上,厚度巨大且连续分布.新生代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田的圈闭作用,且密封性好,是热田良好的隔热保温盖层.

2.3 热田地温场特征分析

地热来自地球内部的热量,地壳结构决定了区域性热流强度.本区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,莫氏面埋深29.5～30.5 km、康氏面埋深14～15.5 km、结晶基底埋深仅为4～5.5 km,处于广西地壳最薄、地幔埋深最浅的地段.本区地壳相对较新,经历了华力西等多期次的构造运动,存在多期次岩浆侵入活动,控制合浦盆地热田的合浦断层,切割深约25 km,深达上地壳.在盆地内由8条大断层组成,沿断裂带有花岗岩体充填及多处温泉分布.该断裂形成于加里东期,至今仍有活动,属张扭性,是深大断裂即博白—岑溪断裂带向西南延伸部分.由此可见,合浦盆地具有地壳厚度薄、结晶基底埋深较浅、深大断裂深切等有利于地壳深部和地幔热流向地表浅部快速传递的地壳结构和构造条件.

根据热田地热地质条件以及钻孔温度测量成果,钻孔的深度—温度曲线基本上呈直线,直线斜率基本上相当于区域背景地温梯度值,属典型的大地热流传导型曲线.至今可供利用的热田地温梯度值资料很少,根据收集到的前人资料整理分析,其地温梯度值见表3.由于受热田上部丰富冷水影响,区内的地温梯度与有利的壳层构造条件比较,却相对较低,但影响热田地温梯度的因素很多,除受浅部冷水影响外,还受基底起伏形态及构造影响;地温梯度值与介质的热导率有密切联系,介质热导率高,则地温梯度小,热田岩层介质在横向上的变化较大,地温梯度也将随之有所变化.热田区内大地热流值平均为52.43 mW/m2,高于所处构造地块的平均值45.0 mW/m2,这与本地区壳层埋深浅的背景条件相吻合,合浦地热田具有良好的热源供给条件.

合浦盆地地温及地温梯度曲线