１ 引 言

 

  ２０世紀(jì)７０年代初，美國(guó)科學(xué)家提出干熱巖概念，迄今世界上先后有多個(gè)國(guó)家開展了干熱巖鉆探試驗(yàn)。由于干熱巖具有傳統(tǒng)化石能源不可比擬的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的國(guó)家將干熱巖的勘探開發(fā)列入了國(guó)家能源發(fā)展計(jì)劃，目前我國(guó)干熱巖資源開發(fā)及其技術(shù)研究尚屬起步階段。為加快我國(guó)干熱巖資源勘查開發(fā)利用步伐，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在２０１３年啟動(dòng)了我國(guó)干熱巖資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，海南陵水為沿海地區(qū)首批干熱巖靶區(qū)之一。

 

  陵水地處海南省東南部，區(qū)內(nèi)屬丘陵地貌，地勢(shì)總體中部低，南北兩側(cè)較高，海拔一般１００～５００ｍ，植被茂盛，陵水河是區(qū)內(nèi)重要的河流。陵水地區(qū)分布有陵水南平、陵水紅鞋、陵水高峰等溫泉出露點(diǎn)，南平溫泉鉆孔孔口水溫高達(dá)７７℃，眾多溫泉出露是深部豐富地?zé)豳Y源的外在表現(xiàn)，換言之，該地區(qū)具有高熱流背景，是尋找干熱巖的理想地區(qū)。

 

  ２ 地質(zhì)背景

 

  海南陵水地區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖主要為晚白堊世保城巖體，外圍區(qū)域出露小面積的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)花崗巖，與干熱源有關(guān)的巖漿巖巖體為保城巖體。保城巖體處于近東西向九所－陵水?dāng)嗔褞|端，巖體總體呈近東西向展布。各組成巖形成年齡由外向中心變新，呈完整的近東西向長(zhǎng)圓形環(huán)套狀產(chǎn)出，形成年齡接近。

 

  保城巖體為高鉀鈣堿性巖石，其地球化學(xué)特征與島弧巖石相似，為典型的Ｉ型花崗巖。研究表明，在地殼較深部位，由于處于較高的溫度、壓力環(huán)境，由幔源基性巖漿底侵誘發(fā)地殼物質(zhì)部分熔融形成的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿尚未開始結(jié)晶或結(jié)晶程度較低，基本還處于一種均勻狀態(tài)，這時(shí)幔源巖漿的注入，既有良好的混合環(huán)境，也有充分的混合時(shí)間，二者可以完全混合，產(chǎn)生均一的巖漿，形成鈣堿性花崗巖類巖石（Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ ａｎｄ Ｂａｒｂａｒｉｎ，１９９１）。保城巖體中發(fā)育一系列的包體，且包體及寄主巖具有明顯的殼?；旌系奶卣鳎òw中發(fā)育淬冷結(jié)構(gòu)，常見反向脈、雙包體，長(zhǎng)石的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，環(huán)斑結(jié)構(gòu)等），可能指示了成巖巖漿殼?；旌献饔玫陌l(fā)生，說(shuō)明保城巖體巖漿源區(qū)應(yīng)該是有部分幔源巖漿的貢獻(xiàn)。

 

  梁飛剛（２０１３）指出，根據(jù)ＦｅＯ／Ｆｅ２Ｏ３指示，保城巖體巖石屬于氧化環(huán)境形成，侵位深度較淺。

 

  根據(jù)角閃石的角閃石－黑云母全Ａｌ壓力計(jì)計(jì)算，得到保城巖體侵位時(shí)壓力為１０～３０Ｐａ之間，計(jì)算得出侵位深度為３．３ｋｍ，溫度大于７５０℃，表明保城巖體侵位深度較淺，成巖溫度較高。

 

  唐立梅（２０１０）對(duì)比分析前人在東南沿海開展的晚中生代巖漿作用的研究成果，認(rèn)為海南島１００Ｍａ左右的巖漿作用與太平洋板塊俯沖后撤引起的弧后拉張作用有關(guān)，中國(guó)東南部（包括海南島在內(nèi)）在１１０Ｍａ～９０Ｍａ左右時(shí)經(jīng)歷了強(qiáng)烈區(qū)域性拉張作用，處于太平洋板塊后撤引起的弧后拉張階段。東南沿海早白堊世巖漿活動(dòng)形成于區(qū)域伸展背景下，并帶有較明顯的消減作用影響跡象，這一成因特征延續(xù)到晚白堊世，如瓊南基性巖墻群（閃斜煌巖，全巖Ｋ－Ａｒ年齡８１Ｍａ）具有“后碰撞弧”特征等。早期太平洋板塊向大陸俯沖碰撞的擠壓階段，先熔的是鈣堿性巖漿，形成Ｉ型花崗巖，代表了區(qū)域伸展的開始，到板塊作用的晚期，在已熔過(guò)鈣堿性巖漿的基礎(chǔ)上，再融的就是堿性巖漿，形成一系列Ａ 型花崗巖，代表了強(qiáng)烈的伸展環(huán)境。

 

  在太平洋板塊俯沖的背景下，太平洋板塊回撤引起弧后拉張，導(dǎo)致區(qū)域性的伸展減薄。保城巖體代表了晚白堊世１１０Ｍａ～９０Ｍａ這期巖石圈伸展作用的開始，由幔源巖漿與其誘發(fā)地殼物質(zhì)熔融形成的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿在地殼深部混合形成殼幔混源巖漿，隨后混合巖漿可能經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用，侵位于地殼淺部成巖。

 

  ３ 地球物理方法選擇

 

  在陵水地區(qū)尋找干熱巖，需要查明區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和隱伏巖體的分布特征、巖漿通道位置、深部地質(zhì)構(gòu)造與干熱巖的關(guān)系。解決這些問(wèn)題需要從目標(biāo)體的不同物性特征入手，這就要求使用綜合的物探方法。應(yīng)用綜合物探方法不僅可以提供豐富的深部地質(zhì)體的物性資料，也可以相互驗(yàn)證提高解譯準(zhǔn)確性。

 

  陵水地區(qū)主要分布保城巖體，經(jīng)統(tǒng)計(jì)保城巖體平均密度為２．６５ｇ／ｃｍ３，圍巖密度范圍為２．５９～２．７６ｇ／ｃｍ３，保城巖體密度低于圍巖，在前人１∶２０萬(wàn)重力成果中，保城巖體就表現(xiàn)為醒目的重力低，其反演結(jié)果中顯示該地區(qū)發(fā)育巖漿通道。

 

  因此，開展大比例尺的重力測(cè)量工作可以更好地反映保城巖體的底面形態(tài)，圈定構(gòu)造隆起部位或是巖漿通道。在重力圈定的有利構(gòu)造的基礎(chǔ)上，尋找熱能相對(duì)富存的部位，這些部位往往表現(xiàn)為低阻高導(dǎo)的電性特征，開展探測(cè)深度大的電法工作有助于尋找深部的熱儲(chǔ)部位。

 

  通常情況下，斷裂構(gòu)造由于發(fā)育破碎與圍巖具有比較明顯的物性差異，整體上表現(xiàn)出相對(duì)低阻或重力梯級(jí)帶等異常特征，這為電法和重力方法了解斷裂構(gòu)造提供了物性依據(jù)。

 

  綜上所述，在海南陵水地區(qū)勘查干熱巖資源主要選用大地電磁測(cè)深和大比例尺的重力剖面測(cè)量。

 

  ４ 綜合物探方法的布置

 

  通過(guò)１∶１萬(wàn)重力剖面和大地電磁測(cè)深測(cè)量，了解區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造在深部的分布特征和延伸情況，以及深部的低阻高導(dǎo)體的分布特征，根據(jù)這些深部熱量傳導(dǎo)通道，推測(cè)深部熱源的部位，為圈定干熱巖優(yōu)選靶區(qū)提供可行性依據(jù)，最終再根據(jù)物探成果，結(jié)合水文地質(zhì)資料，以盡量避開斷裂構(gòu)造為原則，進(jìn)一步縮小鉆孔優(yōu)選靶區(qū)的范圍。

 

  高精度重力測(cè)量主要是提取與基底、斷裂、局部構(gòu)造有關(guān)的地質(zhì)信息以反映區(qū)域構(gòu)造，對(duì)勘查區(qū)進(jìn)行定位。本次重力剖面穿過(guò)１∶２０萬(wàn)重力資料推測(cè)的巖漿通道，目的是相對(duì)準(zhǔn)確地定位巖漿通道，熱能集中的巖漿通道分布于巖體內(nèi)部，因此所布置的１∶１萬(wàn)重力剖面并沒有延伸至巖體外。

 

  如圖１所示，布置１∶１萬(wàn)重力剖面測(cè)量５５ｋｍ，點(diǎn)距４０ｍ；１∶１萬(wàn)重力剖面兩條，Ⅰ－Ⅰ′線近東西向，方位角為８５°，長(zhǎng)度３５ｋｍ，連接南平溫泉點(diǎn)和保亭加茂鎮(zhèn)東南側(cè)的巖漿通道；Ⅱ－Ⅱ′線近南北向，方位角為１７５°，長(zhǎng)度２０ｋｍ，連接南平溫泉點(diǎn)和東部陵水南平地?zé)崽?/a>附近的巖漿通道。

  大地電磁測(cè)深測(cè)量主要獲得來(lái)自地下不同頻率的電磁波。由于趨膚效應(yīng)，不同頻率的電磁波帶來(lái)不同深度巖石的巖性信息，大地電磁測(cè)深儀在地面上分別接收來(lái)自地下不同深度的巖石巖性信息及儲(chǔ)層流體信息，以此判斷地層深部的巖性變化，推斷地下巖性界面、斷層、地下熱儲(chǔ)等。布置大地電磁法測(cè)量剖面２條，剖面總長(zhǎng)５５ｋｍ，點(diǎn)距１ｋｍ，探測(cè)深度１０ｋｍ，其與１∶１萬(wàn)重力剖面重合。

 

  １∶１萬(wàn)的重力剖面測(cè)量野外工作使用的是目前精度較高的ＣＧ－５ 重力儀，儀器精度為±０．０１６×１０－５ ｍ／ｓ２；大地電磁測(cè)深野外工作使用的是Ｖ５－２０００測(cè)深儀，野外工作開始前和結(jié)束后，對(duì)儀器和磁探頭進(jìn)行了兩次標(biāo)定和一致性試驗(yàn)；兩次標(biāo)定的相對(duì)誤差小于２％；開工和收工一致性試驗(yàn)中儀器同一極化模式的視電阻率和相位的均方相對(duì)誤差均小于５％。

 

  ５ 綜合物探成果分析

 

  ５．１ 剖面Ⅰ—Ⅰ′、剖面Ⅱ—Ⅱ′重力推斷解釋剖面Ⅰ－Ⅰ′北東起陵水縣花株村，南西至保亭縣的番俄嶺附近，全長(zhǎng)３５ｋｍ，呈北東—南西走向，布格重力異常的變化趨勢(shì)是由北東往南西逐漸減??；剖面Ⅱ－Ⅱ′北西起陵水縣芬坡村，南東至溝圩村附近，全長(zhǎng)２０ｋｍ，呈北西—南東走向，布格重力異常的變化趨勢(shì)是由南東往北西逐漸減小。

 

  兩條重力剖面布格重力異常曲線均比較圓滑，經(jīng)各種數(shù)據(jù)圓滑和場(chǎng)的分離處理后，沒有出現(xiàn)反映相對(duì)小巖體或小古生巖塊的重力異常。本次以及前人的重力數(shù)據(jù)均按《區(qū)域重力調(diào)查技術(shù)規(guī)范（ＤＺ／Ｔ００８２－２００６）》進(jìn)行過(guò)“五統(tǒng)一”改算。

 

  為獲得剩余重力異常值，１∶１萬(wàn)重力剖面的區(qū)域背景場(chǎng)使用前人２０萬(wàn)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算參數(shù)與前人一致，采用１６ｋｍ×１６ｋｍ的窗口，窗口滑動(dòng)平均的異常值作為窗口中心點(diǎn)的區(qū)域背景場(chǎng)。為反演整個(gè)保城巖體的基底情況，提取前人１∶２０萬(wàn)重力剩余重力異常數(shù)據(jù)，將本次重力測(cè)量的兩條剖面的兩端延長(zhǎng)至保城巖體之外，拼接部位做線性平滑處理，依據(jù)收集到巖體（平均密度為２．６５ｇ／ｃｍ３）和圍巖（為古生代或元古代，其密度為２．５９～２．７６ｇ／ｃｍ３）的密度資料，取剩余密度為－０．０８ｇ／ｃｍ３，采用ＲＧＩＳ軟件開展２．５Ｄ人機(jī)交互反演。剖面Ⅰ－Ⅰ′反演結(jié)果顯示下底面變化范圍為－２ ５００～－８ ０００ｍ，并有巖漿通道顯示，巖漿通道向下延伸最深約８．４ｋｍ（圖２）；剖面Ⅱ－Ⅱ′反演結(jié)果顯示下底面變化范圍為－２ ５００～－７ ５００ｍ，并有巖漿通道顯示，巖漿通道向下延伸約８．１ｋｍ（圖２）。并結(jié)合本區(qū)的地質(zhì)資料，推斷其基底為元古代地層。

 

  ５．２ 剖面Ⅰ—Ⅰ′、剖面Ⅱ—Ⅱ′大地電磁測(cè)深推斷解釋根據(jù)大地電磁測(cè)深反演結(jié)果，剖面Ⅰ－Ⅰ′和Ⅱ－Ⅱ′的電性結(jié)構(gòu)整體上可以劃分為三層結(jié)構(gòu)（圖３、圖４）。第一層是表層的電阻層，厚度較薄，為十幾到幾十米不等，對(duì)應(yīng)于第四系的沉積或表面的巖石風(fēng)化層；第二層是高阻層，也就是對(duì)應(yīng)的巖體發(fā)育區(qū)。從剖面圖上看，大部分地區(qū)是高阻反映，說(shuō)明該區(qū)巖體的發(fā)育程度非常高，剖面Ⅰ－Ⅰ′底面深度變化范圍為－５ ８００～－８ ６００ｍ，剖面Ⅱ－Ⅱ′底面深度變化范圍為－６ ０００～－８ ８００ｍ，基本上與重力反演相吻合。第三層是相對(duì)低阻層，結(jié)合１９９５年６月海南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局完成的《華南地區(qū)１∶１００萬(wàn)物化遙綜合解釋成果編圖》

 

  項(xiàng)目的成果以及重力的反演結(jié)果，推斷第三層低阻層為元古代變質(zhì)巖地層（海南島的基底）的反映。另外，在剖面Ⅰ－Ⅰ′上的局部地段出現(xiàn)低阻高導(dǎo)層，推斷該地區(qū)可能有軟流圈層底侵和隆起。

 

  ６ 深部熱源分析及概念模型

 

  根據(jù)重力反演資料，其顯示的保城巖體范圍比地表出露的范圍大很多，在其測(cè)區(qū)的北東部和西北部該巖體側(cè)伏于二疊紀(jì)花崗巖體中，在其東南部和西南部則側(cè)伏于三疊紀(jì)花崗巖體中。同時(shí)，反演顯示保城巖體有兩個(gè)巖漿通道，分別位于測(cè)區(qū)東部陵水南平地?zé)崽?/a>附近和測(cè)區(qū)西部的保亭加茂鎮(zhèn)東南側(cè)一帶。其中，位于測(cè)區(qū)東部陵水南平地?zé)?/a>田附近的巖漿通道可能與南平地?zé)?/a>田有關(guān)，而位于測(cè)區(qū)西部的保亭加茂鎮(zhèn)東南側(cè)一帶的巖漿通道處于保城巖體與三疊紀(jì)花崗巖體的接觸帶附近，該巖漿通道很可能被出露地表的三疊紀(jì)花崗巖覆蓋。因此，該巖漿通道具有較好的蓋層。

  另外，據(jù)區(qū)內(nèi)開展的大地電磁測(cè)深資料分析，在區(qū)內(nèi)深部局部地段發(fā)現(xiàn)低阻高導(dǎo)層，推斷該測(cè)區(qū)軟流圈層有底侵和隆起現(xiàn)象，而且存在兩個(gè)巖漿侵入通道，巖漿通道控制著部分巖漿的侵入和分布，深部的熱源可以通過(guò)巖漿通道或斷裂向上傳導(dǎo)，并在地表形成具有一定熱量的地?zé)崽?/a>。圖５為該測(cè)區(qū)深部構(gòu)造及概念模型。

  ７ 勘探孔選址分析

 

  根據(jù)本次在該測(cè)區(qū)的重力測(cè)量、大地電磁測(cè)深勘查結(jié)果，結(jié)合其地質(zhì)、水文等資料，擬設(shè)計(jì)勘探孔兩個(gè)，分別為ＺＫ１和ＺＫ２。其中ＺＫ１孔位于Ⅰ－Ⅰ′剖面的４號(hào)點(diǎn)（為大地電磁測(cè)深的點(diǎn)號(hào)）附近（圖３），距離南平地?zé)崽?/a>西南方向２３．４ｋｍ附近。ＺＫ２孔位于Ⅰ－Ⅰ′剖面的２４號(hào)點(diǎn)（為大地電磁測(cè)深的點(diǎn)號(hào)）附近，距離南平地?zé)?/a>田西南方向３．４ｋｍ附近。

  平滑，無(wú)深大斷裂反映；大地電磁測(cè)深剖面雖顯示一些斷裂，但規(guī)模都較小。結(jié)合前人地質(zhì)、物探、水文、環(huán)境等各種資料可得，測(cè)區(qū)內(nèi)未發(fā)育深大斷裂，這為布置鉆孔尋找干熱巖提供了一個(gè)必要前提條件。

 

  ７．１ 熱儲(chǔ)部位分析

 

  １：１萬(wàn)重力剖面測(cè)量數(shù)據(jù)反演的巖體基底形

 

  態(tài)和大地電磁測(cè)深的反演結(jié)果也與１：２０萬(wàn)重力數(shù)據(jù)反演結(jié)果吻合，顯示測(cè)區(qū)內(nèi)分布２個(gè)巖漿通道，通道１位于Ⅰ－Ⅰ′剖面４號(hào)點(diǎn)（保亭加茂鎮(zhèn)東南側(cè)一帶）（圖３），通道２位于Ⅱ－Ⅱ′剖面１６號(hào)點(diǎn)以南（陵水南平地?zé)?/a>田附近）（圖４）。另外，在綜合剖面成果圖上可以看到Ⅰ－Ⅰ′剖面上的２４號(hào)點(diǎn)下方的基底特征和４號(hào)點(diǎn)下方相似，巖體厚度變小，深部地層相對(duì)上拱，上拱部位表現(xiàn)為低阻高導(dǎo)電性特征和相對(duì)低密度特征，類似熱源的反映。

  綜上所述，本次勘探鉆孔布置的有利地方主要有兩個(gè)，分別為Ⅰ－Ⅰ′剖面的４號(hào)點(diǎn)和２４號(hào)點(diǎn)（大地電磁測(cè)深的點(diǎn)號(hào)）附近。

 

  ７．２ ＺＫ１孔選址綜合分析

 

  １）ＺＫ１鉆孔處于通道１附近，即Ⅰ－Ⅰ′剖面的４號(hào)點(diǎn)附近，有低阻高導(dǎo)層上拱特征和相對(duì)低密度特征，顯示熱源的反映。

 

  ２）ＺＫ１鉆孔東側(cè)發(fā)育韌性剪切帶，根據(jù)收集的資料，重力剖面顯示未發(fā)現(xiàn)深大斷裂，大地電磁測(cè)深顯示發(fā)育的斷裂延伸深度不大，且傾向北東，未切割ＺＫ１，因此，ＺＫ１不會(huì)受到韌性剪切帶太大的影響，且除韌性剪切帶外附近構(gòu)造不發(fā)育。

 

  ３）ＺＫ１鉆孔上部覆蓋的二疊紀(jì)或三疊紀(jì)的花崗巖是下部保城巖體熱量較好的保熱蓋層。

 

  ４）ＺＫ１地勢(shì)較高，水量較貧乏，發(fā)育干熱巖的幾率更大。

 

  ５）ＺＫ１孔處于荒坡田野上，其周邊沒有城填、村莊等居民地，僅分布有一些農(nóng)作物，其施工環(huán)境比較理想，同時(shí)施工征用土地的問(wèn)題也容易解決，認(rèn)為是理想的施工場(chǎng)所。

 

  ７．３ ＺＫ２孔選址綜合分析

 

  １）ＺＫ２鉆孔處于Ⅰ－Ⅰ′剖面的２４號(hào)點(diǎn)附近，基底特征和４號(hào)點(diǎn)下方相似，有低阻高導(dǎo)層上拱特征和相對(duì)低密度特征，顯示熱源的反映。

 

  ２）從推斷成果圖３看，南平地?zé)崽锔浇m無(wú)

 

  深大斷裂發(fā)育，但淺部小斷裂相對(duì)發(fā)育，這些斷裂規(guī)模較小，向下延伸不大，但組成的熱礦泉循環(huán)系統(tǒng)發(fā)達(dá)，且此處地勢(shì)較低，為大氣降水匯集的地方，水量豐富。ＺＫ２位于南平溫泉的西南邊，相距３ｋｍ多，在一定程度上避開了沿陵水河的熱礦泉發(fā)育地帶。

 

  ３）ＺＫ２北西側(cè)靠近一個(gè)北東向的小斷裂，如果此斷裂向北西傾，那么不會(huì)切割ＺＫ２，如果向南東傾，那么一般只會(huì)影響ＺＫ２的淺部，不會(huì)影響到ＺＫ２孔的深部，因此，ＺＫ２不會(huì)受到附近斷裂太大的影響。

 

  ４）ＺＫ２孔處于荒坡田野上，距城填、村莊等居民地較遠(yuǎn)，僅分布有一些農(nóng)作物，其施工環(huán)境比較理想，同時(shí)施工征用土地的問(wèn)題也容易解決，是理想的施工場(chǎng)所。

 

  ８ 勘探孔預(yù)期深度與溫度

 

  依據(jù)本次在該測(cè)區(qū)開展的重力測(cè)量、大地電磁測(cè)深工作成果，以及該測(cè)區(qū)各種物探資料，綜合其地質(zhì)、水文等資料研究分析，本次設(shè)計(jì)的勘探孔至３ ５００ｍ 深溫度可達(dá)２００℃以上，溫度達(dá)到干熱巖定義標(biāo)準(zhǔn)。

 

  ８．１ 地溫梯度估算

 

  １９７０年至１９７３年，廣東省地質(zhì)局海南地質(zhì)大隊(duì)對(duì)保亭新村（七仙嶺）熱水進(jìn)行了勘探，孔深６４６ｍ時(shí)孔口自流水溫為８８℃?？碧剑矗澳旰?，溫泉自流水溫保持不變。如果按ＺＫ１１       孔資料，鉆孔自－２００～－５００ｍ標(biāo)高，地溫梯度為３．９℃／（１００ｍ）。

 

  ９ 結(jié) 論

 

  利用重力測(cè)量與大地電磁測(cè)深方法組合，結(jié)合地質(zhì)、水文、環(huán)境等資料，推斷保城巖體中斷裂構(gòu)造的展布以及其基底構(gòu)造特征和性質(zhì)，開展深部熱源研究分析，建立陵水地區(qū)深部溫度場(chǎng)的模型概念圖。依據(jù)以上研究分析結(jié)果，確定了ＺＫ１、ＺＫ２兩個(gè)勘探鉆孔位置，估算兩個(gè)勘探孔在深度３ ５００ｍ溫度可大于２００℃，滿足干熱巖開發(fā)的要求。