贵州毕节中东部地温场分布特征研究_方尚武.pdf

2020年第10期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-04-14修回日期 2020-04-15 基金项目 贵州省科技计划项目 “贵州省地下热水资源赋存条件及勘查关键技术研究”（黔科合[2016]支撑2842） ；“贵州省矿泉水资源成矿机理与规 律研究”（黔地矿科合 〔2018〕 24号） ；“贵州深切河谷开放型岩溶流域地下水找水模式研究”（黔地矿科合 〔2018〕 23号） 。 第一作者简介 方尚武 （1986-） ， 男 （汉族） ， 贵州仁怀人， 工程师， 现从事西南岩溶水文地质、 环境地质、 地热地质等方面工作。 贵州毕节中东部地温场分布特征研究 方尚武*1， 2， 李强 1，2， 陈 刚 1，2， 涂明江1，2， 易世友1，2， 吉勤克补子1，2 1.贵州省地矿局第二工程勘察院， 贵州 遵义 563000； 2.贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队， 贵州 遵义 563000 摘要 以贵州毕节中东部地温场分布特征为研究对象， 根据地热井的地球物理测井资料， 结合垂向 地质结构分析， 研究区地温场垂向上地温梯度值与井深呈正相关关系， 且在同一储集单元内保温盖 层的地温梯度值比热储层大。地温场平面分布特征总体上实际地温梯度值较原值低， 其中大方黔 西金沙一线地温梯度值实为3.0℃/100m， 较原值低0.5℃； 纳雍织金一线从原来的3.0℃/100m 降低至2.0℃/100m， 较原值低1℃； 研究区内分布的平寨穹窿、 锅厂穹窿及安底穹窿的地温梯度值分 别调整为3.0℃/100m、 3.5℃/100m、 3.5℃/100m。 关键词 地温场； 地温梯度； 贵州毕节 中图分类号 P641 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202010-0130-06 地球内部所蕴藏的丰富热能在温度差的驱动下主 要通过地层或断层等介质向地表流动、 散失， 形成了地 球的热场，简称地温场。从地表向下， 一般将地壳中地 温分为三个带， 即可变带、 常温带和增温带。在增温带 内每一单位深度内温度增加的数值叫地温梯度， 一般 以℃/ 100m或℃/km来表示。原地质矿产部西南石油 地质局第八普查勘探大队在20世纪70年代对贵州开 展了普查勘探与石油地质综合研究， 运用牙形石比色 （CIA） 推算贵州古地温场[1]， 并绘制了贵州省地热增温 率等值线图。近十年来， 贵州打造 “中国温泉省” [2]， 地 热资源勘查工作蓬勃开展， 实施了较多的地热勘查钻 孔， 对地热资源勘查研究较多[3-8]， 然而对区域上地温场 的研究主要以分析地温场的分布特征及控制因素为 主[9]， 本文主要在分析研究区内地温场分布特征的基础 上， 对原地热增温率等值线图进行修正， 为在研究区开 展中、 深层地热资源勘查开发利用提供参考依据。 1研究区概况 研究区地处黔西高原向黔中山原过渡的斜坡地 带， 行政区划属贵州毕节。属北亚热带温凉湿润季风 气候区， 多年平均气温12℃～15℃， 全年无霜期260d左 右， 年平均降水量854～1444mm。总体地势呈现出由 北西向南东急剧降低之势， 因地形复杂， 海拔悬殊， 是 一个多样性的立体气候类型， 有 “地无三里平” 和 “十里 天不同” 之说。区内地表出露地层自老到新发育的有 震旦系、 寒武系、 奥陶系、 志留系、 泥盆系、 石炭系、 二叠 系、 三叠系 （见表1） ， 构造位置处于扬子准地台黔北台 隆遵义断拱之毕节北东向构造变形区， 地质构造比较复 杂。研究区内地热异常点 （温泉及地热井） 共计19处 （见 图1） ， 地热井揭露的热储层分别为P2q-m、 O1h-∈1q、 Zbdn。根据研究区内的地质构造条件及地热水资源的 禀赋特征， 其地热资源成因类型主要为褶皱隆起断裂 对流型。 2研究方法和数据采集 2.1研究方法 根据研究区内已有地热井地球物理测井成果资 料， 按钻孔揭露垂向地质结构中各地层分层深度与井 温及分层地温梯度计算成果进行统计。并根据统计数 据绘制了研究区内地温场的垂向变化特征曲线图， 分 析其垂向上的地温分布特征。 根据地热井的平均地热增温率计算结果， 分别投 到平面图上， 结合研究区区域地质、 地质构造、 大地构 造单元等地质背景， 对研究区地温场的平面变化特征 130 2020年第10期西部探矿工程 进行分析， 从而对原贵州省地热增温率等值线图进行 部分修正。 2.2数据采集 本次收集了研究区内7口地热井的测温数据。有 6口地热井的地球物理测井工作是由中国石油川庆钻 探测井公司测井技术发展中心承担， 该公司具有石油 工程技术服务测井资质证书及营业执照等。测井设备 为车载HH2530快速平台测井系统， 测井项目包括井 径、 井温、 井斜、 自然电位、 补偿声波、 电阻率 （深浅双侧 向） 、 自然伽马共7项。测井方法为在裸眼井内开展综 合测井， 以测井资料为依据， 结合实际钻探地质成果资 料， 对所测地热井的相关数据质量进行全面综合评 价。测井工作严格按照 水文测井工作规范 DZ/ T0181-1997进行。其中ZK4地热井测温数据来自于 原地质矿产部西南石油地质局第八普查勘探大队编制 的 贵州大方背斜方深一井完井石油地质总结报告 [10]。 3结果与讨论 3.1地温场垂向分布特征 据表2及图2可看出， 井温与井深呈正相关关系， 随着井深的增加井温亦增加。热储层Zbdn的地温梯度 值为1.82℃～2.68℃/100m， 平均2.25℃/100m， 保温盖 层∈1j-∈1n的地温梯度值为2.75℃～3.17℃/100m， 平均 2.96℃/100m； 热储层 P2q-m 的平均地温梯度值为 1.97℃/100m， 保温盖层T1-P3的地温梯度值为2.73℃/ 100m。反映出保温盖层的地温梯度值比热储层大， 同 时也反映了不同地层在地热水资源赋存条件中的作 用 即热储层具有储存地热水的空间， 地热增温较低； 盖层相对致密、 连通性差， 隔热保温， 地热增温较高。 编号 CK1 CK2 ZK1 ZK4 ZK5 ZK3 地层代号 T1f-P3l-d P2q-m P2l-O1m O1h-∈1q ∈2-3Ls-∈1q ∈1j-∈1n Zbdn P3l P2q-m P2l-O1m O1t-h-∈2-3Ls P2q P2l ∈2-3ls-∈1q ∈1j-∈1n Zbdn T1yn T1y-P3β P2q-m P2l ∈2-3ls-∈1q Zbdn 储、 盖单元 划分 盖层 储热层 盖层 储热层 盖层 储热层 盖层 储热层 盖层 储热层 盖层 储热层 盖层 储热层 盖层 储热层 盖层 储热层 储热层 井深 （m） 772.0 1278.0 1352.0 2285.0 323.0 1096.44 1301.3 270.0 1041.0 1223.0 1934.62 11.9 35.5 968 1785 2445.5 340.0 1154.0 1628.0 1663.44 2152.0 1448 井温 （℃） 42.48 50.46 51.54 76.08 20.8 45.3 50.8 28.1 34.8 44 53.4 31．5 32．3 62．5 85 97 23.4 36.6 53.1 54.1 68.9 64.8 分层地温梯度 （℃/100m） 1.63 1.58 1.46 2.63 1.11 3.17 2.68 3.10 0.87 5.05 1.32 2．52 3．39 3．24 2．75 1．82 1.77 1.62 3.48 2.82 3.03 3.7 备注 井深 2301.21m； 测井井底温度 76℃； 全孔地温梯度 2.8℃/100m 井深 1301.3m； 测井井底温度 50.8℃； 全孔地温梯度 3.07℃/100m 井深 1934.62m； 测井井底温度 53.4℃； 全孔地温梯度 2.2℃/100m 井深 2471.37m； 测井井底温度 97℃； 全孔地温梯度 3.50℃/100m 井深 2200.07m； 测井井底温度 72.6℃； 全孔地温梯度 2.7℃/100m 井深 1448m； 测井井底温度 64.8℃； 全孔地温梯度 3.7℃/100m 表2研究区地热井井深、 井温及分层地温梯度统计表 132 2020年第10期西部探矿工程 表1研究区主要地层岩性特征表 地层名称 三叠系下统夜郎组 二叠系上统 二叠系中统栖霞茅口组 二叠系中统梁山组 石炭系上统黄龙马平组 石炭系下统摆佐组大塘组 泥盆系上统 志留系下统龙马溪组 奥陶系中上统 奥陶系下统湄潭组 奥陶系下统桐梓红花园组 寒武系中上统娄山关群 寒武系中统高台组 寒武系下统清虚洞组 寒武系下统金顶山明心寺牛蹄塘组 震旦系灯影组 地层代号 T1y P3 P2q-m P2l C3hn-mp C1b-d D3 S1l O2-3 O1m O1t-h ∈2-3Ls ∈2g ∈1q ∈1j-m-n Zbdn 岩性特征 泥岩、 灰岩、 页岩 灰岩、 硅质岩、 砂岩、 玄武岩 灰岩、 白云质灰岩、 燧石灰岩 石英砂岩、 炭质页岩及泥岩 灰岩、 白云质灰岩夹瘤状灰岩 白云岩、 白云质灰岩、 燧石灰岩 白云质条带石灰岩、 白云岩 炭质页岩夹粉砂质粘土岩 炭质页岩、 泥灰岩、 龟裂纹灰岩 页岩、 粘土岩、 生物碎屑灰岩 生物碎屑灰岩、 白云岩、 泥质白云岩 白云岩、 泥质白云岩及砂质白云岩 泥质白云岩、 粉砂质页岩 灰岩、 白云质灰岩 砂岩、 页岩、 炭质页岩 白云岩 131 2020年第10期西部探矿工程 3.2地温场平面分布特征 根据研究区内施工的地热井、 石油普查孔获取的 相关参数进行地温梯度值的计算， 计算结果见表3。计 算公式如下 编号 CK1 CK2 ZK1 ZK3 ZK4 ZK5 ZK8 井深 （m） 2301.21 1301.3 1934.62 1448 2471.37 2200.07 1903.75 井底温度 （℃） 76.0 50.8 53.4 64.8 97.0 72.6 65.0 平均地温梯度值 （℃/100m） 2.8 3.0 2.2 3.7 3.5 2.7 2.8 测温资料评价 较好[8] 较好[8] 较好[10] 较好[13] 较好[10] 较好[12] 较好[6] 表3地温梯度值计算结果统计表 地温梯度值＝ （Td-Th） /[H-Hh/100m] 式中 Td井底温度， ℃； Th恒温点温度， 研究区内取15℃； H井深， m； Hh恒温点深度， 取30m。 据表3可看出， 研究区地温场平面变化规律总体表 133 2020年第10期西部探矿工程 现为 大方长石、 安乐金沙一线的增温率最大， 平均 地温梯度值为3.0℃～3.7℃/100m。以该线为界， 往北 东延伸增温率没有变化， 但往南西延伸增温率降至 2.2℃～2.8℃/100m。研究区内分布的平寨穹窿、 锅厂 穹窿及安底穹窿构造内， 其地热增温率均在3.0℃/100m 以上， 尤其是安底穹窿构造达到了3.7℃/100m。据分 析， 该区域地温异常明显受隆起构造的控制， 使得其地 温梯度值要高于其它区域。 3.3地热增温率等值线图特征 将研究区部分地热井的平均地温梯度值计算结果 （表3） 分别投到平面图上， 从图3、 图4对比可知 原大 方黔西仁怀一线其地温梯度值为3.5℃/100m， 往 南逐渐降低， 在纳雍织金一线为3.0℃/100m。修正 后的地温梯度值总体上比原来要低， 其中大方黔西 金沙一线其地温梯度值实则为3.0℃/100m， 较原来低 0.5℃。纳雍织金一线从原来的3.0℃/100m降低至 2.0℃/100m， 较原值低1℃。毕节市仁怀一线地温梯 度值调整为2.5℃/100m。平寨穹窿、 锅厂穹窿及安底 穹窿的地温梯度值则调整为3.0℃/100m、 3.5℃/100m、 3.5℃/100m。 4结论 （1） 研究区地温梯度值与井深呈正相关关系， 随着 井深的增加而增加。 （2） 热储层Zbdn的平均地温梯度值2.25℃/100m， 保温盖层∈1j-∈1n的平均地温梯度值2.96℃/100m； 热 储层P2q-m的平均地温梯度值为1.97℃/100m， 保温盖 层T1-P3的地温梯度值为2.73℃/100m，同一储集单元 内保温盖层的地温梯度值比热储层大。 （3） 研究区实际地温梯度值总体上比原值要低， 其中 大方黔西金沙一线其地热增温率实则为3.0℃/100m， 较原值低0.5℃； 纳雍织金一线从原来的3.0℃/100m 降低至2.0℃/100m， 较原值低1℃； 毕节仁怀一线地 温梯度值调整为2.5℃/100m。 （4） 平寨穹窿、 锅厂穹窿及安底穹窿的地温梯度值 则调整为3.0℃/100m、 3.5℃/100m、 3.5℃/100m。 参考文献 [1]周希云.贵州石油地层古生物工作的三十年成就[J].石油实 验地质， 1990， S1 （6） 55-60. [2]张恒.打造中国温泉省 谱写旅游新篇章[J].当代贵州， 2018，3 254-55. [3]王明章，王尚彦.贵州省地热资源开发问题及对策建议[J].贵 州地质，2007，2419-12. [4]张林，陈刚等.贵州省遵义市中部地热水形成条件及找矿远 景[J].贵州地质， 2014，1760-66. [5]陈刚.地热资源勘查技术在贵州地区的应用[J].资源信息与 工程， 2016，4255-57. [6]李强，涂明江，易世友，方尚武，陈涛，黄世超等.贵州省地下热 水资源赋存条件及勘查关键技术研究[R].2019. [7]李强，易世友，涂明江，方尚武，等.贵州省地热能开发利用规 划 （2015-2020年） [R].2014. [8]陈刚，方尚武，张林，李强，易世友，涂明江，等.贵州省毕节市中 东部地热水资源整装勘查报告[R].2015. （下转第136页） 134 2020年第10期西部探矿工程 工作停止， 对整体的爆破效果产生影响； 第二， 雷管的 接线方法不够合理， 对引爆工作产生阻碍， 整体影响了 爆破的过程； 第三， 网线连接由于电阻超标发生短路， 进而造成深孔爆破效果不够理想。 2.2解决方案 为了解决深孔爆破实施过程中出现的故障问题， 首先重要的一点是挖掘故障发生的可能原因。当深孔 爆破过程中设备产生问题的时候， 要做到尽早更换坏 的装置， 并且对新的装置稳定性进行检查， 才能进一步 推进相关的工作。从具体的操作步骤上， 在进行深孔 爆破之前要对线路连接进行仔细的检查， 确保其合理 性， 规避路线连接错误对后续工作产生不利的影响。 同时， 要深刻基于煤矿矿井掘进的环境对是否选择深 孔爆破技术进行思考， 并综合考虑相关工作人员所具 备的素质和能力， 充分安排好相应的准备工作， 降低不 利影响因素所带来的阻碍。 3应用研究 3.1准备阶段 在确定实施深孔爆破的准备阶段中， 要求相关的 操作人员充分了解需要实施爆破位置的地质环境和情 况。根据实际情况对炮眼的位置进行合理地布局， 同 时合理设定炮眼的深度， 以确保达到爆破的效果。并 且， 需结合专业技术的角度对爆破的位置进行精准的 定位确定。此外， 在正式开始之前还需要对各设备进 行综合的检查， 确保设备能够安全地运作， 并且符合爆 破的各项要求。 3.2技术分析 在前期准备工作都完成的前提下， 比如装药、 布置 炮眼等即可以进行深孔爆破。在具体的施工前需要对 煤矿井周围岩石的稳定性进行勘探， 对施工设备进行 检查， 这些准备工作完成之后， 从技术角度结合煤矿井 周围岩石的稳定性和力学专业特性来确定适宜的掏槽 技术， 达到更好的爆破效果以增进施工的整体进程。 在爆破完成之后， 也要进一步对其产生的效果进行检 验。通常情况下， 反向爆破在矿井掘进作业中常被用 于完成相应的工作， 在前期设计合理的爆破点， 把炸药 装入钻孔当中， 进行相应的爆破工程。并且， 该项技术 出于操作简单并且效果理想的优势， 能够有效提高煤 矿生产的工作效率， 如今在矿井掘进作业过程中被大 范围地应用。 3.3需要注意的事项 在进行深孔爆破的一系列环节中， 为了确保最终 达到预期的爆破效果， 在每一个阶段都有相应的注意 事项。比如， 在具体实施深孔爆破之前， 要对矿井的地 质环节和情况进行充分地调查和了解， 并形成专业的 调查报告， 以作为相应爆破参数设定的参考依据。并 且， 在整个过程中要加强对有关设备的定期检查和实 时监控， 确保设备能够正常运作。在操作人员方面， 应 加强对技术的培训， 提高操作人员自身具备的专业技 能和熟练程度， 以确保深孔爆破实施的正常进行。在 完成深孔爆破工作之后， 还应对现场进行反复检查， 防 止还存在未引爆的雷管， 留下安全隐患， 造成重大事 故。 4研究结论 通过以上对深孔爆破技术的深入分析可见， 在合 理正确操作深孔爆破的前提下能够有效地提高巷道掘 进的效率， 提高矿井开采生产的效率。但是， 尽管深孔 爆破在矿井掘进作业中得到广泛的应用， 然而在具体 实施深孔爆破的过程中， 也需要注意各方面的准备工 作、 前期勘探工作、 监督检查工作以及复检工作等等， 以确保达到预期的爆破效果， 整体提高矿井巷道掘进 的水平， 并进一步提升矿井生产的效率。 参考文献 [1]吴胜明.深孔预裂爆破在工作面过大落差断层中应用[J].山 西能源学院学报， 2020 （2） 66-68. 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