河南省靈寶市朱陽盆地地熱形成條件分析

黃繼超，王金山，宋高舉，周 攀，王金山

(河南省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質隊，河南鄭州450000)

認識熱儲、地熱異常的基本特征，了解地熱地質調查的工作過程，掌握熱儲層、熱異常的勘察方法及資料的獲取、整理方法，掌握所需工程圖件的MAPGⅠS繪制方法。通過相應的地熱資源調查工作，是初步查明朱陽盆地區的地熱地質條件和熱儲層特征。

通過對靈寶市朱陽盆地地質條件進行研究，選擇適當的調查方法，查明熱儲、地熱異常的基本特征及分布規律。論證盆地區地熱資源的開發利用前景，為朱陽鎮政府進一步開發利用地熱資源提出建議。

1 地質概況

工作區為華北地層區，區內主要出露有太古界太華群、中元古界官道口群、上元古界震旦系羅圈組，古生界寒武系，新生界新近系、第四系。

工作區較大的斷裂有松樹地—周家山斷裂、小河斷裂和芋園村—五畝斷裂。

1.1 松樹地—周家山斷裂

該斷裂為南傾正斷層，傾角70°～80°，斷裂帶主要由角礫巖組成。該斷裂有元古界花崗巖分布，斷裂早期可能形成于晚太古代，是控制朱陽鎮斷陷帶的北緣斷裂。

1.2 小河斷裂

該斷裂是小秦嶺南部斷裂，東起靈寶周家山，向西經小河、白花峪延入陜西境內，全長大于100 km，靈寶境內長22 km，是控制朱陽斷陷帶南側的活動性斷裂。

1.3 芋園村—五畝斷裂

該斷裂為北東向斷裂構造帶，從朱陽鎮以東隱伏于第四系下，在芋園村一帶分為兩支，為北東與北北東的組合斷裂。

2 地下水類型

根據區內地下水賦存條件等將區內地下水劃分為二種類型:松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。

2.1 松散巖類孔隙水

依據地下水的埋藏條件，含水層組的組合特征，工作區松散巖類孔隙水主要為淺層水。丘陵區淺層水系指第四系及第三系中的地下水，含水空間由黃土中的裂隙、孔隙和鈣質結核的孔洞及砂礫石層孔隙所組成，地下水極貧乏，水位埋深變化較大;河谷區淺層水系指第四系砂卵石中的地下水，含水層較薄，地下水富水程度中等，水位埋深較小。

2.2 基巖裂隙水

主要分布在基巖山區，巖性為變質巖、砂礫巖、花崗巖、白云質灰巖、砂質灰巖等，其富水性受構造發育程度控制，極不均一，富水性差，泉水流量一般 0.013～1.83 L/s，其動態主要受大氣降水影響。

2.3 地下水的補給、徑流、排泄條件

地下水的補給、徑流、排泄條件是地下水形成的重要條件，它主要受地形地貌、巖性、構造、氣象水文、人為因素的控制。本區地下水的補給來源主要為大氣降水入滲。

地下水的排泄亦即地下水補給、運移的歸宿。本區地下水排泄途徑主要為地下水的徑流排泄，其次為人工開采、蒸發排泄。

3 地熱地質條件

3.1 地熱溫度場特征

地球表面的熱源主要來源于兩個方面:一是太陽的輻射熱，二是地球內部的巨大內熱。從地表向下大致都可以分為三個帶，即變溫帶、恒溫帶、增溫帶。

3.1.1 變溫帶

地殼表層溫度主要受太陽輻射熱的影響，而發生明顯變化的地帶稱為變溫帶。其溫度隨深度變化很大，變溫帶的溫度夏季隨深度遞減，冬季隨深度遞增。變溫帶的深度，一般日變溫帶為1～2 m，年變溫帶為日變溫帶的20倍，即20～40 m左右。根據調查資料經統計分析，工作區變溫帶深度為20 m。

3.1.2 恒溫帶

本次野外調查淺井共計23個，平均水溫14.61℃。靈寶市多年平均氣溫13.6℃，依據恒溫帶的溫度一般高于當地平均氣溫1℃～2℃，可取15.0℃作為本區的恒溫帶溫度。

3.1.3 增溫帶

由于朱陽盆地以往未曾做過深部地熱勘探與研究，為了地區地熱資源的開發與利用，下一步可以對該區進行地熱增溫研究工作。

3.1.4 深部熱儲溫度推斷

式中:t為熱儲溫度，℃;d為熱儲埋藏深度，m;h為常溫帶埋藏深度，20m;Δt/Δh 為地溫梯度，1.4℃ /100m;t0為常溫帶溫度，15℃。

根據上式對朱陽盆地不同熱儲溫度進行計算，獲得不同埋藏深度處的熱儲溫度。見表1。

表1 推測地溫計算成果表

3.2 熱儲類型

根據地熱資源形成與控制其分布的主要地質條件，我國地熱系統有火山～巖漿巖型、斷裂深循環型(對流型)和沉積盆地型(傳導型)三種類型。

構造型地熱田受構造斷裂控制，其分布具有局限性，其地熱資源溫度高、流量大、常以高溫熱水、高溫氣流體出現，在其埋藏區上覆地層熱儲溫度常產生地熱異常。工作區內松樹地—周家山斷裂是控制朱陽鎮斷陷帶的北緣斷裂，芋園村—五畝斷裂為張扭性斷裂，小河斷裂是控制朱陽斷陷帶南側的活動性斷裂。工作區可能存在構造型地熱田。

盆地埋藏型地熱田主要依靠儲存沉積物在固結成巖過程釋放的熱能和巖層自身傳導熱能供熱，地熱增溫梯度受地層巖性、圍巖壓力、物質組成影響，同一沉積單元變化不大，具有分布穩定、厚度大、熱儲溫度隨深度增加而升高的特點。工作區東部朱陽鎮一帶深部太古界太華群花崗巖，由于受多期次構造影響，構造裂隙發育影響，部分層段可能富水性較好，具有較厚上覆蓋層，可能會形成層狀熱儲或帶狀熱儲。工作區可能具備盆地埋藏型即傳導型地熱資源。

3.3 斷裂深循環型地熱特征

工作區為松樹地—周家山斷裂以南，芋園村—五畝斷裂與小河斷裂之間的朱陽盆地，重點調查區位于芋園村—五畝斷裂與小河斷裂交錯的朱陽鎮一帶。

芋園村—五畝斷裂為北東向斷裂構造帶，從朱陽鎮以東隱伏于第四系下，在芋園村一帶分為兩支，為北東與北北東的組合斷裂。朱陽鎮—周家村段長約60 km，為現代河流谷地。該斷裂帶在朱陽鎮以西，傾角300°，傾角大于60°，切錯寒武系，帶內可見斷層泥、角礫巖，屬張扭性斷裂。小河斷裂是小秦嶺南部斷裂，是控制朱陽斷陷帶南側的活動性斷裂。

小河斷裂、芋園村—五畝斷裂是控制朱陽盆地的深大斷裂，沿斷裂帶巖石較破碎，裂隙較發育，小河斷裂又是一個活動性斷裂。上部官道口群的白云質灰巖、矽質灰巖，震旦系砂礫巖、寒武系灰巖裂隙、溶隙較為發育，富水性較好為地下水貯存的良好場所和運移的良好通道。淺部地下水以深大斷裂和派生支斷裂帶為通道，通過深循環在有利地段可能會形成斷裂深循環型(對流型)地熱。尤其是二者交錯的朱陽鎮西一帶存在構造地熱資源的可能更大。

3.4 沉積盆地型地熱特征

據區域調查資料可知，工作區主要地層為太古界太華群，在工作區西部地表有出露，在東部埋藏于下部，該層最大厚度達3 848 m，巖性以斜長角閃巖、黑云更長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖、片麻狀斜長花崗巖、片麻狀角閃花崗巖、片麻狀似斑狀二長巖為代表。重點調查區朱陽鎮附近1 000～3 000 m深度范圍內地層主要為太華群。

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據小秦嶺地區區域資料，該地層整體上富水性較差，且極不均一，但在構造裂隙發育地段可形成地下水富集，如太要斷裂帶上羅湖金礦采礦時曾多次發生突水事件，一般突水量約449.60 m3/h，最大突水量約742.13 m3/h。由此推斷在小河斷裂、芋園村—五畝斷裂兩條深大斷裂交匯處朱陽鎮附近1 000～3 000 m深度范圍內太華群中可能會有地下熱水富集，可能會形成層狀熱儲或帶狀熱儲。

綜上所述工作區東部朱陽鎮一帶深部太古界太華群，由于受多期次構造影響，構造裂隙發育影響，部分層段可能會有層狀熱儲或帶狀熱儲，有形成盆地埋藏型地熱條件。

4 朱陽地熱形成條件分析

4.1 井(泉)調查點資料特征分析

地面調查主要在朱陽盆地內選擇機民井進行水位、水溫統調。測溫點采用卡片記錄法，按照卡片中所列項目內容進行調查與訪問。水溫測量統一在水面下6 m進行，由于大部分井點的水深小于6 m，為減小誤差，水溫測量定在水點最深處測量。調查點主要沿芋園村—五畝斷裂及小河斷裂方向的溝谷平原地帶。

本次所調查的井(泉)點為井點23個，其中把23眼井點的測溫點深度與水溫統計作出相關曲線，見圖1。

圖1 井點測溫深度與水溫曲線圖

工作區內朱陽鎮附近的 ZY02、ZY06、ZY11井點的水溫較其他井點水溫高，但這三眼井比其他井較深。由此可見，井深對水溫有一定的影響，消除井深對水溫的影響，三個點的水溫異常并不明顯。由曲線圖4-1可明顯看出，其他水井的地下水溫變化不大，水溫隨測溫點深度增加而增大，二者的變化趨勢基本一致，從而說明井點水溫異常不明顯。

綜合井點水溫調查資料分析，朱陽盆地內地下水溫度異常不明顯。

5 結論與建議

5.1 結論

1)由區域地質資料分析，小河斷裂、芋園村—五畝斷裂是控制朱陽盆地的深大斷裂，沿斷裂帶巖石較破碎，裂隙較發育，小河斷裂又是一個活動性斷裂。上部官道口群的白云質灰巖、矽質灰巖，震旦系砂礫巖、寒武系灰巖裂隙、溶隙較為發育，富水性較好為地下水貯存的良好場所和運移的良好通道。淺部地下水以深大斷裂和派生支斷裂帶為通道，通過深循環在有利地段可能會形成斷裂深循環型(對流型)地熱。尤其是二者交錯的朱陽鎮西一帶存在構造地熱資源的可能更大。

2)工作區東部朱陽鎮一帶深部太古界太華群，由于受多期次構造影響，構造裂隙發育影響，部分層段可能會有層狀熱儲或帶狀熱儲，有形成盆地埋藏型地熱條件。

3)調查區內共完成井點23個，朱陽鎮附近的 ZY02、ZY06、ZY11井點的水溫較其他井點水溫高，但這三眼井比其他井較深，消除井深對水溫的影響，三個點的水溫異常并不明顯，井點水溫異常不明顯。

5.2 建議

通過區域地質資料分析，工作區東部的深部地層可能有層狀熱儲或帶狀熱儲富集，有形成盆地埋藏型(即傳導型)地熱資源的可能性。由于該區地層結構不清，建議下一步工作思路首先查清工作區東部的朱陽鎮一帶的地層結構和深部可能熱儲層的節理裂隙發育、熱水富集情況。建議用可控源音頻大地電磁(CSAMT)方法或地震勘探來查清工作區東部的深部地層巖性、結構、形態、地下熱水富集情況。

［1］中國國家標準.飲用天然礦泉水.中國標準出版社.2008.

［2］中國地礦部.部標準.地熱資源評價方法.中國標準出版社.1985.

［3］中國國家標準.征求意見稿.地熱資源地質勘查規范.