南陽市區地熱礦水資源開發應用分析

王洪彥

(河南省第一地質勘查院，河南 南陽 473003)

南陽市位于河南省西南部，處于南陽盆地中北部。南陽盆地屬于有一定規模的新生代山間盆地，具有積存和形成熱水的地質環境，開發潛力巨大。地熱、礦泉資源是一種寶貴的天然資源，它集能源和水源于一體，與煤炭、石油相比，其廉價、清潔、易開采、可再生等特點，直接利用于發電、取暖、洗浴、種植、養殖等行業。早已被人們所關注，在美國、日本，北歐及發達國家，地熱開發利用起步較早。我國的天津、北京、云南、西藏等地相繼大規模開發利用地熱資源。80年代河南省地熱資源的開發也搞得十分紅火。南陽對地熱礦水的開發利用起步較晚，自1995年以來，河南省第一地質勘查院在市區開展地熱地質，水文地質和綜合地球物理勘探，獲得了研究成果和地熱信息，已成功勘探施工了幾眼地熱井。單井深度700～1 000 m，水溫40℃ ～46.5℃。成功揭示了南陽市區賦存地下熱礦水的地質條件。如南陽溫泉花園、南陽市中級人民法院、南陽市體育中心等，從而改善了南陽居民的生活條件，緩解南陽能源緊張局勢，減少城市環境污染做出了開拓性的貢獻。

1 南陽市區地熱地質特征

南陽盆地屬于有一定規模的新生代山間盆地，具有積存和形成熱礦水的理想地質環境，在1995年以前，由于針對地熱的勘探研究程度較低，加之地熱資源埋藏相對較深，因此除去幾處溫泉出露外，南陽市的地熱開發幾乎屬于空白區。1995年以來，在南陽市區及鄰近地區開展了地熱地質、水文地質和綜合地球物理勘探，獲得了豐富的資料和地熱信息，并經過幾年的鉆探驗證，已鉆探成功幾口地熱井，掀起了地熱開發利用的高潮。

1.1 區域地質構造

南陽盆地為三面環山向南開口的新生代山間盆地。盆地受東西緯向構造體系及新華夏聯合復合構造體系的控制，呈不對稱形態東西向展布。發生時代為老第三紀結束時代新第三紀。南陽市區及其鄰近地區所處構造部位，既有東西緯向構造帶的形跡，又有新華夏聯合復合構造的特點。構造特征主要表現為凹陷的不對稱性，即盆地南深北淺，向南傾斜，北部出現斜坡帶。南陽市區位于盆地北部斜坡帶的前緣。據人工地震勘探資料，在市區白河南側有北西西向和北東向隱伏斷裂通過。

1.2 主要斷裂帶

區域內深大斷裂交錯發育，對礦產形成、巖漿活動及地熱礦水的運移和存儲等有明顯的控制作用。

南陽斷裂帶:位于南陽、鄧州的東側，呈北東向展布，長50 km，在南陽市附近傾角較陡，鄧州近側傾角變緩，斷裂兩側構造活動差異明顯。

朱陽關—夏館—南陽—大河斷裂帶:走向北西300°～310°，長350 km。西端與瓦穴子—鴨河口—明港斷裂帶相交，東端與西關莊—鎮平—梅山斷裂帶交會。南陽市位于該斷裂帶中段，即夏館—南陽段，長90 km，該斷裂帶近期在南陽市、馬山口等地尚有地震發生，說明該帶在中條運動已經形成，加里東運動、燕山運動得到加強，至近期仍有活動，為一長期活動的深大斷裂帶。

根據地球物理特性勘探資料，在市區有北西向和北東向隱伏斷裂通過，且兩組斷裂在白河南交匯，轉折，并有一基底坳陷區，基底埋深700～1 000 m，對地熱礦水的運移及儲存起重要的控制作用。主要斷裂帶有:木家埡—內鄉斷裂帶，朱陽關—夏館—南陽—大河斷裂帶。

1.3 地球物理異常特征

通過淺層(1.3 m)地溫測量和鉆孔測量，南陽盆地的平均溫度3.82℃/100m，地溫場有北高南低、東高西低的特征。基底自北向南逐漸加深，由于基底埋藏較深，盆地內部為徑流緩滯帶，因此南陽盆地內部具有積存和形成熱水的理想地質環境。

2 地熱蓋層、基底分布特征

據井(孔)揭露和前人綜合研究，本區基底由下元古界秦嶺群雁嶺溝組、中古元界信陽群南灣組及巖漿巖構成，新生界古近系、新生系第四系組成基底蓋層。

2.1 基底埋深及分布

基底分布受斷裂構造控制。下元古界秦嶺群雁嶺溝組主要分布于南陽—方城斷裂與西官莊—鎮平—梅山斷裂夾持地帶。華力西期酸性侵入巖體分布于南陽—方城斷裂以北，不同期次的花崗閃長巖位于朱陽關—夏館—大河斷裂與南陽—方城斷裂復合部位，侵入于下元古界秦嶺群雁嶺溝組中。

基底埋深受北東向南陽—方城斷裂影響，基底埋深由北至南向南陽斷陷中心傾伏加深，南陽—方城斷裂以北，基底埋深0～600 m左右，坡降大致呈漸變過程;南陽—方城斷裂以南，基底埋深由500～600 m逐漸變為2 250 m左右，基底呈緩傾斜狀向南陽斷陷中心延展，比降10‰～20‰。

2.2 蓋層分布

垂向上蓋層由古近系、新近系、第四系組成。第四系在全區分布，自北向南厚40～400 m。南陽—方城斷裂(白河以北)以北古近系基本缺失，而穩定分布于白河以南，厚度可達1 800 m。

3 熱儲層組及水化學特征

依地熱礦水的介質巖性、水溫、水量、水質特征及熱儲蓋層巖性特征，本區可劃分為四個熱儲層:

第四系熱儲:埋深200 m以下，水溫22℃ ～28℃，賦存于第四系底層。屬于 HCO3—Ca型水，礦化度 0.683—0.803 g/L，偏硅酸、鋰含量達到飲用天然礦泉水標準。

新近系熱儲:分布于312國道以南，含水層頂板埋深自北至南250～400 m，底板埋深320～550 m。

據油田官莊S4油井，井深600 m，井口水溫32℃，單井涌水量 440m3/d，水化學類型 HCO3—Ca型，礦化度 0.46g/L，鋰、偏硅酸分別為 0.89、42.9 mg/L，屬于低礦化飲用淡水。五里堡地熱井，井深700 m，井口溫度41℃，具有承壓水頭大、水位恢復快、富水性較差的特點。

古近系熱儲:頂板埋深560 m左右，底板埋深1 800 m以上。

據鄧州市自來水公司地熱井、油田官莊油井，在500～1 000 m埋深內水溫40℃ ～60℃，單井涌水量600～1 500 m3/d，1 000～2 000 m埋深水溫50℃ ～90℃，單井涌水量600～800 m3/d，水化學類型 Cl－Na型水，礦化度 6.8—17.0 g/L。

大理巖熱儲:主要賦存于下元古界雁嶺溝組大理巖中，地熱井最大揭露厚度320 m，井口水溫40℃ ～45℃，水頭高出地表21～26 m，受巖溶發育程度控制，富水性不均一，中級法院單井涌水量60 t/h，而市體育中心單井涌水量108h/t，該層水是南陽城區地熱水賦存、富集有開采價值熱儲層位。其水化學類型 HCO3—Na型水，礦化度 1.4 ～1.5 g/L，pH=7.3～8.1，水溫40℃ ～46.6℃，偏硅酸、鍶、鋰含量達到礦泉水標準。

4 大理巖熱儲層深部溫度及深度推算

根據能源公司、中級法院地熱井資料，采用鉀、鎂溫標計算，、深部熱儲層源溫度85℃ ～98℃，源深度1 400～1 750 m。

5 熱儲量

根據已鑿地熱井資料，采用熱儲體積法、斷面流量法、回采系數法等，對熱儲層進行地熱能量和地熱儲量計算:

第四系熱儲:地溫梯度5.4℃ ～6.5℃/100 m，熱儲儲存量0.492億 m3，每平方公里儲存量16.11萬 m3，水頭平均下降1米可釋放水量32.78萬 m3。熱儲熱能總量545.046兆瓦，可采熱能為130.262兆瓦。

新近系熱儲:地溫地溫梯度4.9℃/100m，熱儲儲存量1.31億 m3，每平方公里儲存量42.96萬 m3，承壓水頭平均下降1米可獲得彈性釋水量32.78萬 m3。熱儲熱能總量1 246.674兆瓦，可采熱能為 311.669 兆瓦。

古近系熱儲:地溫梯度3.49℃/100 m，熱儲儲存量1.64億 m3，每平方公里儲存量53.7萬 m3，承壓水頭平均下降1 m可獲得彈性釋水量32.78萬m3。熱儲熱能總量6 439.062兆瓦，可采熱能為1 609.766兆瓦。

大理巖熱儲:地溫梯度4.7～6.1℃/100m，側向運移，補給量為 20 625 m3/d，可采儲存量 0.455億 m3，熱能總量840.999兆瓦，可采熱能為191.459兆瓦。

總之，本區地熱能總量和可采地熱能總量分別為9 071.781兆瓦和2 243.156兆瓦，屬大型中高溫地熱田，適宜直接開發利用。

6 水質及醫療保健

據市區幾眼地熱井的水質分析，南陽市區地下熱礦水的水化學類型為重碳酸鈉型溫熱醫療礦泉水，即HCO3—Na型水，礦化度 1.40 ～1.50 g/L，PH 值為 7.3 ～8.1，水溫 40℃左右。熱礦水含有偏硅酸、鋰、鍶、鋅、硼等多種有益健康的微量元素。其中偏硅酸 28～36 mg/L，鍶 0.2～0.4 mg/L，鋰0.2～0.3 mg/L。這些微量元素與溫度的統一，達到理化作用，洗浴后能使人體皮膚潤滑舒適，改善人體物質的新陳代謝和心血管系統神經機能，達到增強血液循環、產生鎮靜止痛、活血化淤之功效，增強身體的抵抗力，改善體質，起到延年益壽的效果。

7 經濟效益分析

利用地下熱礦水不僅節煤，而且有利于環境保護。它在多方面得到應用，已取得顯著的經濟效益。主要用于農業生產、城市居民采暖、洗浴、工業利用等。每燃燒一噸煤，要向大氣中排放 SO2、CO、NO2等污染物107.37 kg，而地下熱水具有潔凈、環保、持續開采等特點，這是煤炭和石油所不可比擬的。

地下熱礦水資源應用于游泳和洗浴，不僅節約能源，利于環境，提高游泳館品位，檔次，而且節約資金。例如天津體育俱樂部利用43℃地下熱水，來解決室內游泳池用水、房間采暖及生活用水，此一項年節約資金數十萬元。

其效益還表現在:

節省一次性建設投資，利用地熱供暖、洗浴，可以不建鍋爐房，不購置鍋爐全套設備節省煤炭，經計算每噸熱水需7 kg標準煤熱量。假如游泳池長60 m，寬40 m，年需熱水172 800 t，可折合標準煤 1 209.6 t。南陽煤價按 200元/噸計算，全年可節約煤炭費用241 920元。

所以，地下熱礦水的開發利用，應用于各種行業，都將帶來豐厚的經濟效益，它具有深遠的發展前景。

8 建議及發展規劃

南陽盆地具有較高的地溫梯度，較高的深、淺層地溫，又有地下熱水富集的隔水隔熱條件和良好的斷裂通道條件，其基底又是溫度相對較高的變質巖系和火成巖體，因此，南陽盆地在某種程度上講，應是一個“熱盆”。

南陽市區位于“熱盆”的邊緣，特定的地層構造條件，加上地殼運動過程中遺留下來的古巖溶遺跡，更給地下熱能的儲集創造了良好的條件。來自西、北、東部的基巖裂隙水在向深循環過程中，經圍巖和基底的增溫加熱，深部熱源沿深大斷裂上涌，因此，該區的地下熱水具有承壓、分布相對集中、水溫穩定等特征。

南陽市區地下熱礦水受地質構造控制，分布具局限性，市區地熱井分布零散，無形成一定規模，為了更好的利用這一寶貴資源，我們應該進一步對市區做地熱資源地質勘查工作，充分、詳細調查地下熱礦水的賦存范圍、儲量、水溫、水質等地熱地質參數，為今后科學布局、合理開發、充分利用打下基礎，避免資源枯竭，提倡綜合利用，充分發揮潛在的經濟價值，比如建立供熱取暖—洗浴—養殖業的利用模式。走邊開發邊勘查評價的路子，加快地熱資源的勘查評價步伐。建立科學有序的地熱礦水資源開發市場，建立先進的專家管理系統和開發利用模型。分區段開采不同深度、不同水質類型的熱礦水，保護資源防止水質污染與枯竭。

總之，南陽市區有著得天獨厚的地熱礦水資源，這是一項高技術、高投入、高風險、高收益和高附加值的開發利用項目。由于地熱礦水與目前的常規能源(如石油、煤炭等)相比，有很強的競爭能力，開發利用地熱礦水資源有著廣泛前景。如果進行科學布局，合理開發，充分利用有限的地熱礦水資源，將會帶來十分可觀的經濟效益和社會效益。

綜上所述，利用地熱資源，可節約大量能源，利國利民，必將產生巨大的經濟效益和社會效益。市委、市政府已批準在南陽市濱河路建設大型綜合體育中心，其中萬人體育館及大型游泳館設計利用地熱礦水，除用于供暖及開展國家、省、市大型游泳、跳水比賽外，還向社會開放，大力推進全民健身運動。

［1］南陽溫泉花園地熱井完井報告.

［2］南陽市中級法院地熱井完井報告.

［3］南陽市體育中心地熱井完井報告.

［4］南陽市城區深層地下水與地熱資源綜合地球物理勘察與研究.

［5］河南省南陽市水資源研究.

［6］南陽幅區域水文地質普查報告(1:20萬).