1 地質概況

合浦盆地位于廣西北海市北部,屬中—新生代斷陷向斜沉積盆地,呈向西南張開、北東收斂的似喇叭狀,盆地寬9～20 km,長68 km,面積2 459 km2,地勢北東高,南西低,海拔5～70 m,向西南延伸入北部灣.盆地兩側基巖出露,呈殘丘地形.合浦盆地的大地構造位置為南華準地臺的南端北部灣拗陷區與欽州殘余地槽、云開臺隆交匯處,其形成和發展受北東向區域性大斷裂所控制.基底為古生界志留系、泥盆系砂泥(頁)巖、碳酸鹽巖以及華力西期、燕山期花崗巖,基底埋深最大約4 000 m.盆地蓋層由白堊系、古近系—新近系和第四系組成.區內地質構造發育,花崗巖體分布廣、規模大.

2 盆地地熱田地熱地質條件

2.1 地熱田主要地質特征

合浦盆地沒有溫泉直接出露,但淺井的水溫普遍較高,為26～29℃,有的達32℃.石油勘探樂參井綜合測井結果表明,在600～2 400 m范圍內,厚大于5 m的熱水層有190多層,水溫最高達70多℃ .經初步圈定,合浦盆地地熱田總面積580 km2.綜合地質調查、地震勘探剖面及石油探孔資料.

新近系上新統—中新統南康組(Nn):雜色河流相粗碎屑洪沖積沉積,巖性為卵石(局部為漂礫)、含粘土卵石、細礫、礫砂、含粘土礫砂夾粘土、粉質粘土.古近系漸新統沙崗組(E3s):上段(E3s2)為泥巖、含礫泥巖、粉砂質泥巖與含礫粉砂巖互層;下段(E3s1)為含礫砂泥巖、礫巖、泥巖與含礫粉砂巖互層.砂巖與泥巖的厚度比為(0.71～1.73)∶1.古近系始新統酒席坑組(E2j):四段為厚層狀泥巖局部夾砂巖及黑色褐煤,厚48.00～225.00 m;三段為泥巖或砂礫巖、泥質粉砂巖互層,厚72.00～279.00 m;二段為粉砂巖、泥質粉砂巖、砂礫巖等,局部夾碳酸鹽巖,厚44.00～145.00 m;一段為炭質泥巖、泥質粉砂巖、細粒砂巖、含礫砂巖互層,厚36.00～284.50 m.本組地層砂巖與泥巖的厚度比為(0.19～1.73)∶1.古近系古新統上洋組(E1s):上段為砂質泥巖、含膏泥巖、泥巖,厚152.00 m;下段為泥巖、含膏粉細粒砂巖、含泥砂巖、粉砂巖互層,厚度156.80 m.砂巖與泥巖的厚度比為為0.23∶1,孔隙度為13%～22.5%.白堊系上統羅文組(K2l):上部粉砂質泥巖、細粒砂巖、粉砂巖,厚501.00 m;中部泥巖、粉砂巖、砂巖互層,厚314.00 m.下部泥巖,砂巖互層,厚233.50～318.00 m.砂巖與泥巖的厚度比為為(0.20～0.49)∶1.前中生界:志留系為一套砂巖頁巖的輕變質碎屑巖系;泥盆系下—中統為砂巖、泥巖,上統為碳酸鹽巖.基底局部地段有燕山期黑云母花崗巖和中粒花崗巖及華力西期黑云母花崗巖.基底巖石受現代活動斷裂帶的擾動,構造裂隙發育.

圖1 合浦盆地構造綱要圖

根據地震勘探和重力解譯,熱田基底為一北東-南西向兩翼不對稱的向斜構造,總體上形成五洼四突形狀,即西場凹陷的西場洼地、沙崗南洼地、沙崗東洼地、沙崗低突起、上洋高突起、岑屋低突起和常樂凹陷的大山角洼地、天堂坡—常樂洼地及沙朗村低突起,基底凹陷的埋深在2 000～4 200 m.基底被一系列北東、北西向斷裂切割得支離破碎,斷裂性質以張性為主,向上切割古近系—新近系,規模一般較大,主斷層形成于加里東期,為區域上深大斷裂即岑溪—博白斷裂帶西南段主干斷層,屬上地殼斷裂,具有明顯的張性正斷層性質,盆地基底深洼地均沿該斷層分布,它控制著合浦斷陷盆地的形成及發展演化.沿斷裂帶有巖漿巖體侵入,現代地震活動頻繁發生,新構造活動明顯,預測基底地層中的許多斷裂和裂隙膠結程度差,為熱水的運移和賦存提供良好的途徑和空間.

合浦盆地基底構造地質圖 (據石油部門地震Tg反射層構造圖修編)

2.2 地熱田熱儲層、蓋層劃分

熱儲層:據石油測井資料,熱水賦存于新近系上新統—古近系漸新統砂巖熱儲孔隙裂隙與其它基巖熱儲構造裂隙中,按熱田熱儲埋藏條件與介質特征,劃分為3種類型:孔隙熱儲、孔隙裂隙熱儲和基巖構造裂隙、溶隙熱儲層.熱儲溫度按下式推算

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

式中:tr為熱儲溫度(℃);D為熱儲埋藏深度(m);h為常溫層埋藏深度(m),取25 m;G為平均地溫梯度(℃/m);t0為常溫層溫度(℃),取25.0 ℃.推算結果見表2.根據有利于熱水儲集的各地層中砂巖、砂礫巖、粉砂巖的厚度、介質特征,又將地熱田熱儲按優劣程度劃分3個等級:

(Ⅰ)好的熱儲層.包括西場凹陷的南康組和沙崗組,以及常樂凹陷的南康組、沙崗組和酒席坑組孔隙與孔隙裂隙熱儲.南康組砂巖與泥巖厚度比為為1∶1,呈互層狀;沙崗組砂巖泥巖呈互層狀;酒席坑組在常樂凹陷呈泥巖夾砂巖至互層狀;砂巖厚度大,成巖程度低,孔隙度大,滲透性能較好,分布面廣,是熱田開發的目的熱儲層.

(Ⅱ)一般熱儲層.包括分布于西場凹陷的酒席坑組一段和二段孔隙裂隙熱儲層和熱田基底基巖構造裂隙、巖溶裂隙熱儲層.酒席坑組一段和二段以砂、泥巖互層為主,成巖程度差、孔隙度高,但砂巖熱儲累計厚度相對常樂凹陷小而影響熱水的富集.古生界基底中的砂巖、灰巖層,受現代活動斷裂帶擾動,裂隙極為發育,灰巖層在熱水的作用下,可形成溶蝕裂隙,有利于熱水賦存.同時,基底基巖構造裂隙、巖溶裂隙熱儲層埋深大,與其它熱儲相比,具有熱水溫度最高的優點.

(Ⅲ)差的熱儲層.包括西場凹陷的酒席坑組4～3段,上洋組及羅文組熱儲層.它們均以泥巖為主,含煤、 螺、 瀝青、 油、 膏鹽等不良成分,砂巖的單層厚度及累計厚度小.上洋組及羅文組成巖程度高、孔隙度小、滲透性差,該熱儲的賦水條件較差,基本上不具可利用性.

蓋層:泥巖熱導率低,導熱性能明顯低于砂巖特別是飽水砂巖層.熱田內泥巖單層厚度與累計厚度大,分布穩定,對大地熱流具有很強的滯留作用.熱田內的泥巖橫向分布到邊,豎向分布則與砂巖呈相間疊置狀產出,單層厚度多在數米至十數米之間,累計厚度占巖層總厚度一半以上,厚度巨大且連續分布.新生代斷裂在上部成巖程度較低的地層中,錯動小,巖層松軟,后期容易自行閉合,因而泥巖層形成了對熱田的圈閉作用,且密封性好,是熱田良好的隔熱保溫蓋層.

2.3 熱田地溫場特征分析

地熱來自地球內部的熱量,地殼結構決定了區域性熱流強度.本區鄰近太平洋板塊和印度洋板塊交接地帶,以及大陸性地殼過渡到大洋性地殼的變異地帶,莫氏面埋深29.5～30.5 km、康氏面埋深14～15.5 km、結晶基底埋深僅為4～5.5 km,處于廣西地殼最薄、地幔埋深最淺的地段.本區地殼相對較新,經歷了華力西等多期次的構造運動,存在多期次巖漿侵入活動,控制合浦盆地熱田的合浦斷層,切割深約25 km,深達上地殼.在盆地內由8條大斷層組成,沿斷裂帶有花崗巖體充填及多處溫泉分布.該斷裂形成于加里東期,至今仍有活動,屬張扭性,是深大斷裂即博白—岑溪斷裂帶向西南延伸部分.由此可見,合浦盆地具有地殼厚度薄、結晶基底埋深較淺、深大斷裂深切等有利于地殼深部和地幔熱流向地表淺部快速傳遞的地殼結構和構造條件.

根據熱田地熱地質條件以及鉆孔溫度測量成果,鉆孔的深度—溫度曲線基本上呈直線,直線斜率基本上相當于區域背景地溫梯度值,屬典型的大地熱流傳導型曲線.至今可供利用的熱田地溫梯度值資料很少,根據收集到的前人資料整理分析,其地溫梯度值見表3.由于受熱田上部豐富冷水影響,區內的地溫梯度與有利的殼層構造條件比較,卻相對較低,但影響熱田地溫梯度的因素很多,除受淺部冷水影響外,還受基底起伏形態及構造影響;地溫梯度值與介質的熱導率有密切聯系,介質熱導率高,則地溫梯度小,熱田巖層介質在橫向上的變化較大,地溫梯度也將隨之有所變化.熱田區內大地熱流值平均為52.43 mW/m2,高于所處構造地塊的平均值45.0 mW/m2,這與本地區殼層埋深淺的背景條件相吻合,合浦地熱田具有良好的熱源供給條件.

合浦盆地地溫及地溫梯度曲線