康定小熱水地區山區斷裂破碎帶地熱資源勘查與評價

張志剛 李郡 田自浩

摘要 以康定市小熱水地區為例， 基于區域地層和地質構造形態，采用溫泉點調查、大地電磁測深、鉆探以及水文地質測試、放噴實驗等技術手段，初步查明了研究區的溫泉賦存規律、斷裂構造延展形態，分析了熱源特征、地熱水含水層結構及補徑排特征，最后評價區內地熱資源開采潛力和允許開采量，可以為類似山區地熱資源勘查與開發工作提供有益的參考。

關 鍵 詞 小熱水地區;斷裂破碎帶;熱源特征;允許開采量

中圖分類號 TU83? ? ?文獻標志碼 A

Abstract Taking the mountainous areas of Xiaoreshui， Kangding as an example ， based on regional stratigraphy and geological structures， a series of technical investigations including hot spring spot investigation， magnetotelluric sounding test， drilling test， hydrogeological test and discharge experiments were performed to ascertain the occurrence regularity of hot springs and extension forms of shattered fracture structures， to analyze the characteristics of heat sources and structures and distributions of geothermal water aquifers， and to evaluate the exploration potential of the allowable production amount of geothermal resources. The present work can provide useful references for exploration and application of geothermal resources in similar mountainous areas.

Key words Xiaoreshui region; shattered fractures zone; heat source characteristics; allowable production amount

0 前言

地熱是蘊藏于地下的重要地質資源，它通過水熱活動以熱水或水汽形式埋藏于地下或出露地表。地熱作為綠色能源，日漸得到廣泛應用，特別是在旅游、理療和采暖供熱等方面得到較廣泛利用。是繼煤、石油之后又一發展前景極為廣闊的能源，與傳統能源相比，地熱能儲存于地下，不受氣候條件影響，是一種潔凈的能源。在世界日益重視環保發展的今天，地熱能相對于其他可再生能源具有更大的發展潛力和空間[1]。

山區地熱資源的賦存與構造有著緊密的聯系，研究山區地熱水的成因機理，補徑排條件，對于地熱資源的開發利用具有重要意義。本文以四川省康定市小熱水地區為例，通過技術勘查手段，研究山區地熱成因機理與熱源特征，旨在為山區地熱資源勘查與開發工作提供一定的參考依據。

1 研究區概況

位于四川省甘孜州康定市爐城鎮小熱水地熱區，縣城以南188°方位，沿新興公路由北至南約5 km，面積約1.3 km2。

1.1 地形地貌

地處川西橫斷山脈的大雪山中段，地貌上屬于貢嘎山構造強烈侵蝕極高山區。坡陡、谷深是主要地貌特征。該工作區一帶處于峽谷區與西部高原的過渡帶，位于大渡河上游支流榆林河河谷地帶，一般海拔約2 800～3 400 m，地勢總體南高北低，海拔最高處位于測區東面，高程4 290 m。

1.2 氣象水文

地處青藏高原東部，屬半濕潤季風高原型氣候，其特點是冬季干冷晴天多，夏季溫涼雨水集中，四季不甚分明，干濕較為明顯。冬半年（11—4月）受西風帶青藏高原干冷氣流控制，降水稀少，干燥度大，晝夜溫差大，日照強，多晴天和大風，大陸性氣候顯著;下半年（5—10月）受印度洋西南季風和太平洋東南季風制約，溫涼多雨，降水集中，濕潤多雨無酷暑，以溫濕氣候為主要特點。在3—4月與10月前后的季節轉換期，高山區常出現大雪天氣過程。據康定氣象站資料，城區年平均溫度7.1 ℃，極端高溫28.9 ℃，極端低溫-14.7 ℃。年均降雨量795.0 mm，年均日照1 735 h。年均無霜期181 d，年均霧日14 d，年均雨日50 d，年均降雪40 d。

1.3 區域地質概況

處于青藏緬印尼“歹字型”構造體系的頭部與中部過地段東緣、鮮水河斷裂帶東段—北西向構造中，主要表現為斷裂構造。主要斷裂有康定—磨西斷裂（F1）、榆林河斷裂（F2）、白楊灣斷裂（F3）和轉經輪溝斷裂（F5）。區域上位于松潘—甘孜褶皺系與揚子準臺地的龍門山斷裂結合部位，構造發育，巖漿活動頻繁，地熱顯示較好。工作區內分布的地層主要為二疊系變質巖和第四系地層。二疊系變質巖主要巖性為板巖、灰巖、白云質灰巖、白云巖、片巖、結晶大理巖夾變質礫巖。第四系松散堆積層主要為砂、礫石與卵石。

2 勘查工作方法

本次勘查采用的工作方法主要包括：溫泉點調查（4處）、大地電磁測深（4條）、鉆探孔（5眼）、放噴試驗（5組）、地熱流體測試及溫度監測等。圖1給出了勘查工作圖，其中工作方法原理及描述參見文獻[1]，此處不再贅述。

3 結果與討論

3.1 溫泉點調查結果

區域上分布于老榆林附近的溫泉群主要位于榆林河的谷底，出露有4處泉與泉群，均為多泉組成的泉群。6號位于河漫灘，5號、9號、10號泉，位于I級階地前緣與河漫灘的接合部。5號泉是泉眼最多的群泉，包括水溫最高的泉在內的26個泉眼，沿河岸的88 m × 35 m的范圍內，2個泉從石英片巖裂隙中溢出，14個泉從Ⅰ級階地前緣沖洪積層溢出，10個泉位于河漫灘中。雖呈散漫泉群產狀，在空間分布仍然具備一定的規律性，在該區的二疊系下段和上段為熱含水層，二疊系下段分布區內組成拔河15 m以下的下泉水帶和拔河100 m左右的上泉水帶，以及沿榆林河斷裂的谷地泉水帶。泉域內溫泉產出的詳細情況見表1。

3.2 大地電磁測深

圖2和圖3分別給出了縱測線和橫測線的ρs剖面圖。可以看出，在測區范圍內存在與底部貫通的斷裂破碎帶F1、F2、F3，局部小構造較多[2]。總體來看，測區范圍內巖體在淺部700 m深度內裂隙比較發育、破碎、軟弱，各剖面均存在向深部延伸的斷裂破碎帶[3]。

3.3 鉆探

根據鉆孔巖芯編錄揭露地層情況（表2）及測溫實驗（圖4），揭露的地層巖性及熱儲層埋藏條件情況分述如下：

ZK1井井深248.3 m，0～38.4 m為第四系亞砂土及亞粘土夾基巖角礫，38.4～43.5 m為變質砂巖，43.5～170.6 m為蝕變花崗巖，中部夾石英花崗巖，170.6～200.3 m為花崗巖，200.3～248.3 m為斜長花崗巖。其中0～160 m為熱儲蓋層，160～230 m為富水性較好的熱儲層。

ZK2井井深221.4 m，0～38.5 m為第四系坡積物，38.5～41.8 m為花崗閃長巖，41.8～48.2 m為蝕變混合巖，48.2～221.4 m為硅化花崗巖，富水性良好，其中0～68 m為淺層熱儲蓋層，68～170 m為中溫熱儲層，170 m以下為高溫熱儲層。

ZK3井井深220 m，0～5.8 m為第四系粘性土夾塊碎卵石，5.8～220 m，由上至下分別為花崗巖、混合巖、石英巖、片巖、板巖、變質石英砂巖，其中變質石英砂巖地層為熱儲層。

ZK4井井深305.35 m，0～12 m為第四系粘性土夾塊碎卵石，12～305.35 m，由上至下分別為花崗巖、混合巖、石英巖、片巖、板巖、變質石英砂巖，其中變質石英砂巖地層為熱儲層。

ZK5井井深109.15 m，0～8 m為第四系粘性土夾塊碎卵石， 8～109.15 m，由上至下分別為花崗巖、混合巖、石英巖、片巖、板巖、變質石英砂巖，其中變質石英砂巖地層為熱儲層。

3.4 放噴試驗

對施工的5眼鉆井分別進行了單井放噴試驗（表3），井口壓力為1.7 kg/cm2、1.0 kg/cm2、0.5 kg/cm2，除ZK1井是間歇噴發外，均為直接持續噴發，試驗所得的涌水量為汽水混合量。據試驗資料ZK1井平均20 min左右噴1次，持續約20 min，涌水量達36 m3，水頭降深最大達到18.6 m，平均涌水量約為50 m3/h。其它各井直噴，涌水量較大，溫度較高，最高井口溫度達到124 ℃。通過試驗表明了熱礦水含水層的壓力傳遞快、水動力場穩定、補給條件較好、水量豐富，是具可開發利用的熱礦水資源。

3.5 熱源特征

研究區位于斷裂破碎帶上，勘查區地熱水水溫高且動態穩定（多數泉年變化僅1～5 ℃，平均年變率亦僅8%），流量變化很小（平均年變率19%）且與降水不同步，說明源于深循環熱水。且工作區地熱水水化學類型為HCO3·Cl—Na型水，其中Cl的含量較高，平均值亦達249 mg/L。榆林宮及其附近地區不存在含鹽地層，應是地下水深循環交互作用所致。根據地質條件與水文地球化學特征，地熱水的形成斷裂起決定性作用，滲入地下含水層的常溫水在補給區向下經過深循環，與火成巖交替作用強烈，從熱源獲取熱能增溫并集聚于熱儲，致使地下水在經過深部熱循環后變成溫度較高的地熱水。由于斷裂的阻水作用，地熱水沿斷裂上涌，在破碎帶處以泉（泉群）的形式出露地表[4]。

3.6 地熱水含水層結構

3.6.1 從泉（泉群）分布分析

區內的熱泉雖然呈散漫狀泉群產狀，但它們的空間分布有著明顯的規律性：在榆林河右岸的二疊系Ⅰ段分布區內組成拔河15 m以下的下泉水帶和拔河100 m左右的上泉水帶，以及沿榆林河斷裂的谷地泉水帶。顯示主含熱水層的存在。

處在P11-2石英片巖與變質石英砂巖層出露區間內的5號、6號、9號、10號泉群。其中5號泉群的2個泉（水溫54 ℃、58 ℃）直接從石英片巖中以裂隙孔隙水涌出，在片理（產狀91∠87—281∠78）與一組十分發育的節理（產狀139∠49）的交叉點有自然硫（1～3 cm的集合體）析出，顯示P11-2層為含熱水層位。下泉水帶的各泉系該含熱水層透過上覆全新統礫石層而形成;在弱透水的下全新統沖洪積層溢出的水溫較高，如5～1號、9～l號泉，在含冷水的中上全新統沖積層溢出的水溫較低而流量較大，如5～2號、5～3號、5～4號、6號、9～2號、9～3號泉。此含熱水層的厚度約30～50 m，以P11-1板巖、千枚巖為下熱隔水層，P11-3板巖、千枚巖為上隔熱水層。

3.6.2 從鉆井揭露地層分析

根據區域水文地質資料和爐城鎮小熱水地熱鉆井地質編錄、鉆井水文地質檢測資料可以看出，爐城鎮小熱水地熱主要賦存于蝕變花崗巖、硅化花崗巖、花崗巖及變質石英砂巖巖層中的裂隙中，熱儲層厚度約70～153 m，熱儲層巖性致密，但比較破碎，強度較低，線性裂隙率在10條/m以上。熱儲頂部蓋層巖性為第四系地層、蝕變混合巖、花崗閃長巖、蝕變花崗巖，厚度約68～160 m，

3.7 地熱水補徑排系統

該區地熱水的補給受斷裂破碎帶的影響較大，由于斷裂帶的阻水作用，只在斷裂帶的右岸形成地下水的補給場所。據區域地形、水系與水文地質條件分析，主要補給區處在跑馬山西坡，以大小黑海子南分水嶺為北界，蛇海子山一白海子山為東界，雪門坎分水嶺為南界（含小溝流域），榆林河為西界，面積105 km2。補給來源主要是來自大氣降水入滲與包括冰川融水的地表水的滲漏，降水是含水層補給的基本來源。康定—磨西斷裂自北而南橫切跑馬山西坡所形成的斷陷洼地與槽地，攔截了相當部分的地面徑流，通過一系列的積水洼地（斷陷湖）沿斷裂帶滲漏，轉經輪溝、黑海子溝、連山海子溝等常年性流量的大部都直接以斷裂滲漏的方式補給地下含水層。這也表明，康定一磨西斷裂是深循環水的主要導水通道。除區內的垂直淺層補給外，還可能存在著沿控制性斷裂帶的更大區域深部水平循環水的補給作用[4]。還要指出，地熱水區周邊高海拔區發育的約1 km2體積的現代冰川，以源于冰川區的水系通過熱儲巖體斷裂系統補給地下含水層，在穩定深循環水的補給量上有著至關重要的作用。

本區含水層從補給區與得到降水與地表水的滲入補給，通過巖層裂隙及斷裂，與深部熱流體發生交換對流，而當封存儲熱體的蓋層，二疊系巖層與弱透水的第四系，受到榆林河谷切割與龍頭溝斷裂、轉經輪溝斷裂、白楊灣斷裂的破壞，致使地下熱礦水外泄形成帶狀地熱泉群。康定—磨西斷裂與榆林河斷裂的南北端，也是地表水下行補給的通道，對地熱水的深循環也有一定的補給。同時，榆林河斷裂的中段還是熱礦水的排泄通道。

3.8 地熱水水文地球化學特征

物理特征：根據鉆井與泉水的水質分析結果工作區的地熱水泉水屬于以高熱泉為主的混合型泉群。絕大多數平均水溫在22～85 ℃之間，屬高熱水。酸堿度類型：屬于中性與弱堿性為主，包括弱酸性的多類型泉群。硬度類型：屬于微硬、軟為主和極硬、極軟多類型泉群。色與渾濁度：地熱水均無色透明。色度為0，混濁度小于5。臭：多且有硫化氫臭。味：多有微咸與微酸甜味。

化學特征：經過對研究區各井地熱水水質分析報告分析比較，工作區水化學類型為HCO3·Cl—Na型水，其中Na+離子毫克當量百分比最大達93.6%，HCO3-離子毫克當量百分比達55.7%，Cl -離子毫克當量百分比達44.2%，溶解性總固體2 263.6～2 482.5 mg/L，pH值6.8～8.0，屬中性-弱堿性水，總硬度185.2 mg/L（以CaCO3計）。根據測試結果顯示，地熱水屬于以重碳酸鈉為主的重碳酸鹽型水。地熱水溫度較高，含有多種腐蝕性化學組分，對地熱利用的設備和管材產生不同程度的腐蝕破壞作用，本區地熱水腐蝕性評價結果為非腐蝕性水，結垢性評價結果為鍋垢多的水[5]。

4 地熱資源潛力評價

4.1 開采水量

根據群孔同時放噴試驗測試的數據及Q/t曲線，各個鉆井的穩定最大涌水量即開采水量如下： ZK1井每日排放量為1 080 m3/d，ZK2井每日排放量為4 512 m3/d，ZK3井每日排放量為1 152 m3/d，ZK4井每日排放量為1 680 m3/d，ZK5井每日排放量為5 760 m3/d。則勘查區每日的允許開采量為13 524 m3。

4.2 開采熱能估算

井孔開采熱水每日所排放的熱量，計算公式為

式中：[Qw]為熱水井開采期間所排放的熱量（kJ/d）;Q為熱水井開采量（m3/d），按允許開采量;[Cw]為熱水平均熱容量（J/（kg·℃）），水的比熱C = 4.186 8 kJ/（kg·℃），密度ρ = 1×103 kg/m3;則[Cw]= C × ρ = 4 186.8 kJ/ （m3·℃）;[tw]為熱礦水井口溫度（℃）;[t0]取值25 ℃[6]。

由上式算得勘查區各井每日排放的熱量為：

ZK1井：[Qw]= 1 080 × 4 186.8 × （70 - 7.1） = 2.84 × 108 kJ/d，相當于9.70 t標準煤的發熱量，折合成79 005 kWh的電能，折合成熱能為3 291.87 kW。

ZK2井：[Qw]= 3 552 × 4 186.8×（124 - 7.1）= 17.38 × 108 kJ/d，相當于59.32 t標準煤的發熱量，折合成482 911 kWh的電能，折合成熱能為20 121.30 kW。

ZK3井：[Qw]= 1 152 × 4 186.8×（118 - 7.1）= 5.35 × 108 kJ/d，相當于18.25 t標準煤的發熱量，折合成148 581 kWh的電能，折合成熱能為6 190.88 kW。

ZK4井：[Qw]= 1 680 × 4 186.8 × （124 - 7.1） = 8.22 × 108 kJ/d，相當于28.06 t標準煤的發熱量，折合成228 403 kWh的電能，折合成熱能為9 516.83 kW。

ZK5井：[Qw]= 5 760 × 4 186.8 × （118-7.1） = 26.74 × 108 kJ/d，相當于91.25 t標準煤的發熱量，折合成742 905 kWh的電能，折合成熱能為30 954.41 kW。

則研究區內每日開采的熱資源量為[Qw總]=60.55×108 kJ/d，相當于206.58 t標準煤的發熱量，折合成1.68×106 kWh的電能，折合成熱能為70.08 MW[7]。

5 結論

1）本研究區域位于構造破碎帶，地貌上屬于構造強烈侵蝕高山區，地層分布主要為二疊系變質巖和第四系地層。區內構造特征主要表現為斷裂構造，主要斷裂有康定—磨西斷裂、榆林河斷裂、白楊灣斷裂、龍頭溝斷裂和轉經輪溝斷裂。斷裂構造發育為地熱水的形成提供了有力的條件，也是地熱水補徑排的通道和主要場所。

2）探采井均為間噴或直噴，井口工作壓力1.4～1.7 kg/cm2，井口出水溫度除ZK1井較低為70 ℃，其它均在118～124℃，水溫較高。熱儲層巖性花崗巖及變質石英砂巖，熱儲層厚度約70～153 m，熱儲頂部蓋層巖性為第四系地層、蝕變混合巖、花崗閃長巖、蝕變花崗巖，厚度約68～160 m。

3）根據鉆井放噴試驗結果計算，研究區允許開采水量為13 224 m3/d，折合成熱能為70.08 MW，相當于1.68×106 kWh的電能或206.58 t標準煤發熱量。地熱溫度較高，建充分發揮地熱資源優勢，進行地熱發電。

參考文獻：

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[2]? ? 康定市爐城鎮小熱水礦區音頻大地電磁法（AMT）勘探報告[R]. 成都：四川省地礦局物探隊，2010.

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[責任編輯 田 豐]