淺談皖西大裂谷區域地熱資源主要賦存特征

徐琳琳

(安徽省地質礦產勘查局324地質隊，安徽 池州 247000)

1 研究區概況

1.1 地理位置

勘查區地處安徽省六安市張店鎮，位于大別山皖西大裂谷風景區的入口。距六安市約30 km。該區交通便利。勘查區地處金安區張店鎮境內，皖西大裂景區大門附近，當地經濟以旅游、餐飲為主，目前，皖西大裂谷園區游客人數約4萬人次/年，經濟收入為300萬元人民幣，年遞增5 000人次，帶動周邊服務業快速發展。農業以水稻、小麥為主，近年個私企業也有較大發展。

1.2 地形地貌

區域地形主要是西南、北東地形較高，西北、東南地形稍平緩。西南向最高點位于大樹尖，高程約為313.0 m左右；北東向最高點位于大潛山一帶，高程約為289.0 m；西北最低點位于輪窯廠一帶，高程約為33.0 m；東南最低點位于石崗一帶，高程為19 m?？辈閰^地形查區最高處金竹巖頭海撥253 m，勘查區相對高差約100～200 m，地形總體西高東低，南高北低。丘體常形成負坡向陡崖，洞穴較發育(砂巖、砂礫巖中含泥巖透鏡體經差異風化或流水侵蝕形成)，局部切割強烈，形成峽谷景觀。區域地貌屬江淮丘陵、平原區。從地貌形態上主要分為高丘、中低丘、崗地、河漫灘地四種類型?？辈閰^地貌多為中低丘，西部為高丘。

1.3 區域水文地質條件

本區地下水的形成和分布受巖性、構造、地貌、氣象、水文等多種因素控制和影響，總體可分為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙孔隙水兩種類型。

1.3.1 松散巖類孔隙水

松散巖類孔隙水主要分布于波狀平原和河谷洼地，巖性主要是第四系全新統砂礫層、中粗砂、粉細砂、亞砂土、亞粘土和上更新統粘性土層。其中分布在河谷洼地為全新統，厚度多為3～10 m。含水層透水性較好，容易接受大氣降水的補給，單井涌水量10～100 m3/d，

水質較好，HCO3-Ca·Na型，礦化度小于1 g/L。分布于波狀平原水量貧乏，單井涌水量<10 m3/d。

1.3.2 基巖(紅層)裂隙孔隙水

區內大面積分布，含水巖組主要由侏羅-白堊系(J-K)的礫巖、砂巖、泥巖組成，富水程度貧乏，據區域水文地質普查報告，單井涌水量<10 m3/d。水質類型為HCO3-Na·Ca型，礦化度小于1 g/L。該套地層地下水主要賦存于斷層破碎帶和風化帶中，構造破碎帶含水較為豐富，附近張店鎮、橫塘崗鄉政府所在地水井(鉆至構造破碎帶)單井涌水量100～200 m3/d。風化帶含水較構造破碎帶貧乏，為當居民飲用水的主要水源。

1.3.3 地下水的補給、徑流、排泄條件

松散巖類孔隙水直接接受大氣降水入滲補給，其次為地表水灌溉滲漏補給。排泄方式主要有蒸發、向下游徑流、人工開采，下滲補給基巖裂隙水等。本區地形略有起伏，在同一地貌單元，一般地下水變幅不大。

基巖裂隙水的補給是通過松散層滲入補給，沿裂隙進行徑流，并以地下徑流方式進行排泄。

2 勘查依據及方法

為查明皖西大裂谷地熱資源分布范圍、埋藏深度、厚度、地熱資源類型、熱儲特征、地溫特征及地熱流體化學特征等主要的賦存特征，依據《地熱資源地質勘查規范》(GB/T11615-2010)執行標準，以“安徽省金安區皖西大裂谷地熱資源預可行性勘查實施方案”設計具體進行，在皖西大裂谷規劃區進行地面大地電磁法(MT)、音頻大地電磁法和超低頻電磁波探測法(BD)的地球物理勘查工作。在打水找井階段在物探的基礎上，施工了3個鉆孔，孔深分別為501.35 m(ZK01)、551.20 m(ZK02)、1 800.54 m(ZK03)，其中ZK01、ZK02水溫不高，水量很小，為冷水井，最終將ZK01、ZK02封閉。主要以ZK03地熱井作為后期評價和開采利用的基礎，對研究區地熱資源的形成地質條件、地熱流體的特征進行了深入評價研究。

3 研究區地熱資源賦存特征分析

3.1 地熱資源類型

根據《地熱資源地質勘查規范》(GB11615-2010)規定，25℃～90℃為地熱資源溫度(t)分級中的低溫地熱資源。其中25≤t≤40為溫水，40≤t≤60為溫熱水，60≤t≤90為熱水。結合本區地熱井測溫資料及抽水試驗資料，熱儲及地熱流體一般40.5℃，該區蘊藏有低溫地熱資源，屬溫熱水型。鉆孔揭示，地熱資源埋藏深度小于1 000 m，屬經濟型地熱資源。物探及鉆孔驗證，該地熱屬沉積巖型，但地熱含水層分布受構造控制，熱水呈帶狀分布。綜前所述，研究區為低溫溫熱水帶狀地熱田。地熱勘查類型屬Ⅱ-2型。

3.2 熱儲層特征

研究區位大別山北麓，是大別山地與合肥盆地過渡地帶，大別山區地熱資源屬隆起山地型，出露溫泉較多，出露的溫泉大多受斷裂控制，熱儲呈帶狀展布，地熱資源多分布于深斷裂帶及兩側的次一級構造帶上。查區及附近無大的斷層通過，物探推測的兩條斷層規模較小，難以溝通深部熱源，在查區形成地熱異常的可能性小。查區也屬合肥盆地的一部分，從沉積盆地型地熱資源來看，六安地區“紅層”中至今還沒發現有層狀地熱異常區，形成層狀地熱異常的可能性也小。

熱源主要是大地自然增溫形成的地下熱水。地球內部所蘊藏的巨大熱能，在溫度差的的驅動下向地表流動、散失。本區巖石富水性較弱，地下水主要賦存在斷層破碎帶中，地下水作為熱量的載體呈帶狀分布。根據物探及鉆探資料，斷層埋深925 m左右，厚度約52 m。

3.3 地溫場特征

地溫反映地球內部熱能的變化程度，一個地區的地溫狀態是在地質歷史時期一定的地質構造條件下綜合作用的反映。據地熱地質理論，基底的起伏和構造形態對地溫場的影響是區域性的，對地殼淺部地溫起主導作用，地層結構和巖性特征對局部地區的地溫場有一定的影響，大別山區有多處溫泉出露，說明這一地區基底具有形成淺層地熱異常的背景條件。

3.3.1 淺部地溫場

施工的鉆孔大多進行過測溫工作但均單次測量，同一鉆孔沒有進行過不同季節的多次測溫工作，就現有資料準確判定恒溫帶深度較難，且山區受地形影響，不同位置恒溫帶深度差異較大。根據ZK03測溫資料，大致確定恒溫帶深度在21 m，對應的溫度為21.7℃，地熱增溫率為1.92℃/100m。

3.3.2 熱儲溫度的推算

在一定溫度條件下，地熱流體與圍巖間達到動態化學平衡，在隨后熱流體溫度降低時，這一平衡仍予保持。因此，利用各種地球化學溫標可推算熱儲層的基礎溫度，以預測地熱田的潛力。

采用ZK03孔地熱流體測試資料，分別用二氧化硅地熱溫標和鉀鎂地熱溫標法計算熱儲層溫度。

3.3.3 二氧化硅地熱溫標

熱儲基本上處于未采區，熱水中的SiO2在其到達取樣點時沒有蒸汽損失，可選用無蒸氣損失的石英溫標，其公式為：

(1)

式中：C為SiO2含量，熱水水溫為40.5℃，其H2SiO3含量為41.77 mg/L，按SiO2/H2SiO3的分子量比值換算SiO2含量：

因此，熱儲的溫度為：

3.3.4 鉀鎂地熱溫標法

反映不太深處熱儲層中的熱動力平衡條件，適用中低溫地熱田，采用的公式：

(2)

式中：C2為水中鉀的濃度，單位為mg/L，取3.02；C3為水中鎂的濃度，單位為mg/L，取0.11。

計算結果為t=93.39℃。

研究區屬低溫地熱田，通過鉀鈉地熱溫標法和二氧化硅地熱溫標法計算，其熱儲基礎溫度為82℃左右。

3.4 地熱流體化學特征

3.4.1 地熱流體化學組份特征

本次勘查評價中投入了專門的鉆探成井工作，并利用其地熱井對構造破碎帶熱水進行取樣測試，同時由國家計量認證的水質測試單位采集一批地表淺層水質全分析樣，測試結果可信度高。

(1)常量元素

偏硅酸含量為41.77毫克/升以及HCO3-、SO42-、Cl-、CO32、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、 H2SiO3等常見離子，總重量百分含量>10-2。其中CO32、Mg2+、K+含量較低，一般小于10 mg/L，地熱井含量最高的分別是SO42-、Na+，HCO32-含量一般190 mg/L以上，地熱井水質類型為SO4·HCO3-Na 型水，地表民井水質類型以HCO3·Cl-Ca·Mg型為主。

(2)微量元素

主要為Br、Sr 、F、B、Rb、Li、I、Al、Fe等。總重量百分含量<10-2，其中F含量25.95 mg/L，含量相對較高，其它元素含量均<1 mg/L。

(3)超微量組分

Cu、Cd、Se、 Pb、 Zn、 Mn 、Ni、 Ag 、Hg 、Ti等，總重量百分含量<10-5，本地熱田以上元素含量均很低。

(4)特殊元素

特殊元素主要為放射性元素，本次ZK03取樣送江西省核工業地質局測試中心檢測，具體測試結果詳見表1。

從表1可以看出放射性元素含量及強度均很低，接近地表水體水平，為弱放射性水，說明熱水交替循環強烈。

表1 放射性元素檢測一覽表

(5)其它組分及物理性質

溶解性總固體含量0.572 g/L，為淡水；pH值為6.8～8.62，為弱酸性—弱減性水；總硬度<110 mg/L(以CaCO3計)為極軟水；色度<5，渾濁度<1，無色無味。

圖1 地熱水δD與δO18關系圖

3.4.2 同位素化學與地熱田成因分析

穩定同位素氘(D)與氧(18O)在地下水的循環歷程中，由于同位素的分餾作用，使輕重同位素發生分異。利用地下水重同位素與輕同位素含量的比值與標準平均海水(SMOW)的比值相比較,分別求出D與18O的千分偏差值δD和δ18O，根據其分布情況，研究地下水的起源與演化。大量研究表明，大氣降水和地下水之間δD和δ18O的分布具有明顯的差異，本次勘查ZK03取樣測試結果δD平均為-62‰，而δ18O平均為-9.2‰。樣品的數據點位于克雷格降水線的附近(下方)(圖1)，說明該地熱井熱水水源和蒸發濃縮環境有一定關系，地熱水源可能有古降水成分。另外，該區大氣降水可能會從地形高處，沿斷裂帶中深循環至此，被ZK03孔揭露到了，熱水上升過程中沿途會有部分冷水摻入，故不排除有現代大氣降水補給的可能性。

4 結語

在充分收集研究區域地質、水文地質資料的基礎上，通過水文地質調查、物探、鉆探、分析測試、動態監測等工作，基本查明研究區內地熱田地層、巖性、導熱構造，熱儲的分布、埋藏條件；掌握了區域地熱資源的主要類型、熱儲特征、地熱流體溫度、流量和化學組分等基本賦存特征，結果顯示研究區具有良好的成熱地質背景條件，初步認定該地熱田為低溫熱水帶狀地熱田，斷層起導熱導水作用，呈帶狀，屬低溫地熱田，勘查類型為Ⅱ-2型，熱儲埋蔵深度小于1 000 m，開采非常經濟；同時地熱水富含有益于人體保健的化學組份，水溫、氟、偏硅酸分別達到有醫療價值的濃度，其中氟達到礦水濃度，為氟水理療熱礦水，可以作為理療熱礦水開發利用。該地熱田具有很好的開發利用前景，研究結論為下一步勘查與開發遠景規劃的制定提供了科學依據。