海南省瓊中縣南流地熱水形成機制與物理化學性質研究

符啟基,唐培宣,沈金羽

(海南省資源環境調查院,海南 ?？?570206)

1 區域地質背景

1.1 地層巖性

研究區出露地層比較簡單,僅有第四系地層分布。主要分布于南流河兩岸及地形低洼處。第四系全新統(Qh),巖性為砂、砂礫及粘土。

1.2 地質構造

研究區域位于尖峰～吊羅東西向構造帶的北部,隸屬華南褶皺系五指山褶皺帶。區內北西向斷裂較為發育,斷層(F1)規模較大,主要分布于研究區中部,遙感影像圖上影象較清晰,以線狀山脊、溝谷,溝谷突然拐彎或不同色調的條帶等影象出現。此外,還發育北東向、南北向等斷層,地質構造較發育。

1.3 巖漿巖

巖漿巖廣泛分布,以中酸性巖為主。巖漿巖主要有白堊紀新村細中粒斑狀黑云正長花崗巖(ξγmK2)、侏羅紀馬翁嶺閃長巖(δJ3)、二疊紀長塘嶺中細粒斑狀黑云母二長花崗巖(ηγP2)、二疊紀通什中粒巨斑狀角閃黑云二長花崗巖(ηγрP2)、二疊紀行干細中粒石英二長閃長巖(δηoP1)等。研究區巖性為新村細中粒斑狀黑云正長花崗巖[3](見圖1)。

圖1 區域地質簡圖

2 水文地質條件

2.1 水文地質特征

根據含水層介質特征、水力特征及地下水賦存條件,本區主要為第四系松散孔隙水和基巖裂隙水兩大類。

第四系松散孔隙水:主要賦存于南流河河流一級階地和河漫灘沖洪積層和殘坡積層中,以及基巖上覆的殘坡積層孔隙中,呈層狀分布。一級階地和河漫灘沖洪積層和殘坡積層含水層厚度,階地后緣為0.50～4.06 m,前緣為3.22～8.14 m。水位埋深0.29～5.82 m;殘坡積層水位埋深2.0～17.0 m。

基巖構造裂隙水:分布于整個研究區構造裂隙帶,受風化裂隙、構造裂隙及地形地貌等條件控制,富水性不均一。根據鉆孔ZK1的資料,58.70～172.60 m巖心十分破碎,熱水蝕變現象明顯,局部有方解石充填,軸夾角51°～72°?；鶐r裂隙承壓水水量豐富,但是存在不均一行。

(1)構造帶、新老巖脈與斷裂構造交叉部位。裂隙發育,巖石破碎,裂隙呈張扭性,連通性好,有利于地下水的貯存,水量豐富;

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(2)巖脈與圍巖接觸帶,由于后期巖脈作用,產生破裂,有利于地下水賦存,水量較豐富,并且離接觸帶越近,富水性越好;

(3)除了斷裂構造帶和巖脈與圍巖接觸帶富水性較好外。其他段,由于巖漿巖呈致密塊狀,水量較為貧乏。

2.2 地下水補、徑、排條件及動態特征

第四系松散孔隙水:地下水徑流、排泄主要受地形控制。河流階地具一定的坡度,旱季地下水經短距離徑流后,以滲透的方式排泄到河流中,徑流、排泄條件較好。另外,在第四系孔隙水標高大于下部基巖裂隙水水位標高時,以垂直入滲方式補給下部基巖裂隙水,地下水開采會加速了地下水的徑流和排泄。

基巖裂隙水:基巖裂隙水主要以大氣降水入滲補給為主,次為區外裂隙水側向排泄補給。此外,局部覆蓋地段為第四系孔隙水垂直入滲通過斷層、裂隙等通道補給。地下水徑流主要受構造帶控制,在區內沿裂隙或者鉆孔排泄出地表。

2.3 熱儲結構特征

根據調查結果和鉆孔資料,熱儲層厚度度約200 m,熱儲巖性主要為白堊紀新村細中粒斑狀黑云正長花崗巖,巖石破碎,受斷裂構造(F1)控制,斷層在區內的長度約11.78 km,走向NWW,傾向NE,傾角約70°～80°。

2.4 物探成果與分析

針對該區的實際地形地貌情況,本次物探工作主要采用激發激化法,主要是查明深部構造含水層的位置。查清構造的規模、產狀,以便圈定地熱異常區,分析熱儲特征,推斷其導水情況。本次使用物探儀器為DWJ-3B微機激電儀進行數據采集,共布線8條物探剖面。

從圖2可以看出,地熱水與低阻高極化率異常源有著直接的關系。綜合分析視電阻率與視極化率剖面圖;視電阻率與視極化率平面等值線圖等,推斷了區內控制溫泉的斷裂構造(F1)的規模、空間位置和產狀。結合研究區地質調查成果,最終確定了本次施工鉆孔的具體位置,通過施工ZK1鉆孔,最終取得了查找地下熱水的成功案例。

圖2 00線對稱四極測深視電阻率、視極化率擬斷面圖

3 地下熱水形成機制

當前對海南島地熱場的研究,尚缺乏室內系統實驗資料和野外地溫測量數據,但有資料顯示[4-5],我國東南沿海地區水熱帶的熱背景值為70～80 mW/m,略高于全球平均熱流值(62.8 w/m)。海南島地處歐亞板塊、印度一澳洲板塊和菲律賓海板塊的交匯部位,從大地構造上,可歸入華夏古板塊,仍屬于板內古陸塊,距板塊邊界較遠[6]。

尖峰-吊羅是區域性的深大斷裂,該斷裂控制著巖漿活動,是引發巖漿侵入和噴發的通道,也形成深部熱源儲存和運移通道,當次一級斷裂構造溝通與其水力聯系時,便成為熱水運移的通道,而研究區位于深大斷裂的北部,次一級斷層較發育。

研究區在地質作用下形成了斷裂(F1),是北西向的次一級斷裂,其規模較大,深度較深,地熱水主要由地下水深循環的補給加熱并儲存,地熱資源熱源主要來源于地殼深部或地幔熱能,熱源隨地熱增溫及化學熱、機械熱、放射熱等因素影響使地下水水溫增高。本區主要為花崗巖地區,地熱水的徑流條件主要受斷裂(F1)控制,地熱水由北西向南東方向徑流,沿斷裂裂隙或鉆孔排泄出地表,屬于構造裂隙地熱水[7]。

4 地熱水資源物理化學性質評價

本區主要出露花崗巖,地熱水的水化學組分主要是受圍巖白堊紀新村細中粒斑狀黑云正長花崗巖的影響,地熱水經長期運移,儲存,并于圍巖通過溶解作用進行分解,組分離子進入地熱水中,形成了豐富、獨特的,有益于人體健康的地熱水類型。

4.1 物理性質

本次鉆孔采集水樣進行分析,其水質分析結果為色度小于10°,渾濁度<0.5 NTU,水溫56℃,礦化度257 mg/L,屬淡水,總硬度19 mg/L,屬軟水,pH值8.0,屬弱堿性水。

4.2 水量

ZK1鉆孔抽水試驗成果,地熱水允許開采量為695.52 m3/d。根據地質調查的結果,研究區斷層較發育,尤其F1斷層規模較大,深度較深。ZK1鉆孔系在斷裂地帶施工發現的,因此,在該斷裂帶上具有查找地熱水的潛力,前景十分廣闊。

4.3 水質評價

經采樣化驗分析,主要陰離子含量SO42-為20.0 mg/L,HCO3-為102.0 mg/L;主要陽離子含量:Na+為48.2 mg/L,Mg2+為1.2 mg/L,Ca2+為5.9 mg/L,K+為2.01 mg/L,F-為2.2 mg/L,H2SiO32-為106 mg/L,ZK1熱礦水可命名為氟、硅醫療熱礦水,具有理療價值。此外,水中還含有Sr、Li、Zn、Cu、Mn等多種對人體有益的常量元素、微量元素和組分(見表1)。根據以上數據可知研究區地熱水具有較高的醫療價值,可作為汽浴、沐浴及治療皮膚病等專項醫療用水,稱為醫療熱礦水[8]。

表1 ZK1鉆孔水質結果對照表 mg/L

4.4 醫療評價

衡量熱礦水醫療價值的重要指標是溫度和水中所含的礦物質等對人體有益的物質和組份。據國內外專家對熱礦水浴療效用的多年臨床研究表明,醫療熱礦水的最佳浴療溫度為40℃～60℃,ZK1水溫為56℃,水溫適合浴療,具有較高的醫療價值。ZK1鉆孔中地熱水含微量元素、常量元素和組分,具有一定的沐浴治療作用[9]。

4.5 飲用熱礦水評價

ZK1熱礦水中富含多種對人體有益的微量元素、常量元素和組分,其中,H2SiO3含量106 mg/L,達到飲用天然礦泉水國家標準(≥25.0 mg/L),根據其水化學特征,可命名為氟水、硅水。由于水中F離子含量(2.2 mg/L)較高,超出了飲用天然礦泉水國家標準,因此,必須在醫生的指導下飲療[10]。

5 結語

(1)南流地熱水屬于構造裂隙控制類型,區內構造斷裂帶及裂隙較發育,斷層(F1)為北西向,其規模較大,縱向延伸長度長,深度較深,有利于深部地下水接受大氣降雨的補給,向深部滲透循環加熱儲存,是本區主要的儲存地熱水含水層。因此,在本區具有較大的地熱水資源潛力,前景十分廣闊。

(2)通過鉆井揭露,熱儲層為F1斷裂帶,熱儲巖性主要為白堊紀新村細中粒斑狀黑云正長花崗巖,熱儲層厚度在200 m以上。該區地熱水水質較好,達到可命名為氟、硅醫療熱礦水的標準。

(3)海南島中部地區發現地熱水極少,區內發現的地熱水意義重大。南流地熱水是在瓊中地區查找地熱水的成功案例,將為在瓊中縣查找構造斷裂裂隙地熱水提供借鑒和指導。

(4)可持續開發利用好南流地熱水資源將為當地旅游業插上騰飛的翅膀,是推動瓊中縣全域旅游高質量發展的一項重要舉措。