龍田水陂地熱流體質量評價與分析

陳嘉強 舒 婷 曾晨暉

（廣東省地質局第八地質大隊）

為促進當地旅游業發展，合理科學地開發利用地熱資源，進一步加強礦產資源管理，當地有關部門依據《地熱資源地質勘查規范》（GB/T 11615—2010），對龍田鎮水陂村地熱開展了較為系統的勘查評價工作，包括對勘查區內地熱流體質量的評價，查明地熱流體的化學組分特征，利用各期試驗數據說明該地熱資源可開發利用的價值方向和實際用途。

1 區域巖層與構造

1.1 地 層

勘查區位于興寧城區正北方向的龍田鎮水陂村縣道X013 側，隸屬龍田鎮管轄，面積約0.081 km2。根據區域地質圖（圖1），區域上分布的地層主要有震旦系（Z）、泥盆系—石炭系下統峽山群（D-C1sh）、石炭系中—上統壺天群（C2+3ht）、白堊系上統南雄群（K2nn）、下第三系丹霞群（Edn）、第四系河流沉積層（Qal）、第四系湖相沉積層（Qbal）。勘查區內地層主要為白堊系上統南雄群（K2nn），巖性主要為紫紅色礫巖、砂礫巖、粉砂巖、粉砂質泥巖，中厚—薄層狀構造，產狀平緩，傾向235°～248°，傾角21°～25°，局部層理、節理較發育，為本地熱資源的主要含水層（圖1）。

1.2 構 造

區域上斷層較發育，且規模不一，主要有2 組斷層，即北西向的F3永和圩斷層和F2神光山斷層，該斷層屬華夏式多字型構造體系北西向張性斷裂之一部分，形成于早白堊世，而續發活動于新生代初期，從而白堊系、老第三系也受到此斷裂的影響。

1.3 巖漿巖

巖漿巖主要分布于區內北西角、南東角以北東部邊角，形式為侵入巖，侵入巖有印支期花崗閃長巖和燕山三期花崗巖。花崗閃長巖呈肉紅色、灰白色，花崗閃長結構，主要成分為鉀長石、石英，少量的斜長石和黑云母等。花崗巖呈肉紅色、灰白色，中細或中粗粒花崗結構，主要成分為長石、石英，含少量黑云母等。

1.4 新構造運動特征

新構造運動較為明顯，主要以不均衡上升運動的方式進行，在上升的同時顯露出地殼的不穩定性。如多級地形，斷裂復活，頻繁的地震活動、熱水的出露等，都是新構造運動的明顯跡象［1-2］。

1.4.1 多級地形

在新構造運動的間歇抬升作用下，形成不同時期的古剝蝕面；河漫灘上三級階地，也是近代新構造運動的產物。此外，發育的深切V型谷、斷裂階梯、山區中的串珠狀盆地、跌水、瀑布、溫泉等，都是新構造上升運動的形跡。主要表現為興寧盆地的寧江河床淤淺，河曲發育，下游河床高出平原1～2 m，兩側沼澤、湖泊的擴大和加深。

1.4.2 斷層復活

新構造運動具有一定的繼承性，神光山斷層F2、永和圩斷層F3都具有復活性質，其復活的時間是在第三紀后或晚白堊系后，而且有顯著的新構造活動形跡。興寧盆地龍田附近第三系紅層中見60°的陡傾角，而其他地段一般均為13°～20°，是第三紀以后新構造運動作用的結果。

1.4.3 地震頻繁

雖然震中不在本地熱區，但區外東邊的南澳、澄海、汕頭、惠來、豐順等地的地震牽連本區，自1067年至1973 年間統計，大于五級有破壞性的地震達13 次之多，如1918 年南澳7.25級地震時，五華縣城與揭陽城以東的烈度為Ⅶ度，以西的烈度為Ⅵ度。

1.4.4 熱礦泉

據區域資料，興寧盆地范圍內已發現5 處熱泉。神光山斷層F2、永和圩斷層F3等復活斷層帶附近均有熱泉出露，其中神光山斷裂在葉南附近，發育于第三系地層中，斷層傾角75°，傾向東，有水文孔（區域編號31#）在深54.30～153.56 m 間見斷層帶，第三系礫巖中石英脈充填密集，孔內涌出83 ℃的高溫熱水。在區域上，龍田地熱區南東向約7.5 km 處（F3永和圩斷層外接觸帶沉積巖中）也出露有興寧盆地石子嶺117#泉，為中低溫熱水。熱礦泉出露的位置基本上是受北西向斷層控制，熱礦泉的出露同樣體現新構造運動的強度。

2 水文地質概況

2.1 地下水類型

根據地下水的賦存、運動特征，區內地下水可分為第四系松散巖類孔隙水、紅層孔隙裂隙水、基巖裂隙水3個類型，各類型的水文地質特征如下。

2.1.1 第四系松散巖類孔隙水

第四系松散巖類孔隙水分布于興寧盆地的寧江兩岸，包括整個勘查區范圍，呈不規則條帶狀分布，含水層巖性由沖積砂及礫石組成，含水層厚度一般為4.48～10.13 m，平均7.15 m，水位埋深0.36～4.00 m，單井涌水量66～689 m3/d，水化學類型為HCO3-Ca 和HCO3-Ca·Na，個別為SO4·HCO3-Ca型，礦化度0.105～0.322 g/L，富水性中等。

2.1.2 紅層孔隙裂隙水

紅層孔隙裂隙水分布于F3斷層西部興寧盆地的大部分地區，巖性主要為由南雄群及丹霞群礫巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖，以鈣質、泥質膠結為主。泉水常見流量0.1 L/s，地下徑流模數2.11～2.43 L/（s·km2），加權平均2.29 L/（s·km2），水量貧乏，富水性弱，水化學類型為HCO3-Na。

2.1.3 基巖裂隙水

（1）層狀巖類裂隙水分布于F3斷層東部，由震旦系（震旦系）石英質砂巖、石英質砂巖及變質石英砂巖等組成。巖石裂隙較發育、植被差，枯季地下徑流模數一般2.55～5.95 L/（s·km2），加權平均5.94 L/（s·km2），泉水常見流量0.01～0.1 L/s，單井涌水量多為12～41 m3/d，水量貧乏，富水性弱。水化學類型為HCO3·Cl-Na及HCO3-Na·Ca，礦化度0.01～0.06 g/L。

（2）塊狀巖類裂隙水分布于本區西部和東部，主要由印支期花崗閃長巖、燕山三期花崗巖組成。地表植被稀少，地下徑流模數一般6.08～10.83 L/（s·km2），加權平均7.22 L/（s·km2），泉水常見流量0.039～0.912 L/s，水量中等，富水性中等。

2.2 斷層儲水構造

區域斷層以北西—南東向也較為發育，規模也較大，據《1∶20 萬興寧幅區域水文地質普查報告》，F2神光山斷層在地面延伸大于30 km，斷層地面寬6～15 m，沿斷裂兩側支裂發育。F2斷層有利于溝通賦存在地殼深部的侵入巖，早古生界地層，熱礦水得于溢出，在斷層帶或其兩側呈熱礦泉的形式出露（興寧葉塘熱泉以泉群或井的形式沿F2斷層分布）；F3永和圩斷層在地面延伸大于30 km，沿斷裂兩側支裂亦發育，切割很深的F3斷層有利于溝通賦存在地殼深部的侵入巖、老地層，熱礦水得于溢出，在斷層帶西側呈熱礦泉的形式出露（龍田地熱區、永和地熱區）［3］。

2.3 地下水的補給、徑流、排泄條件

地下水的補給來源主要是大氣降雨，其次是地表水。區內屬丘陵地區，地形較平緩，植被較發育，有利于大氣降雨對地下水的補給；區內屬亞熱帶季風氣候，多年平均降雨量1 596.9 mm，雨量充沛，補給來源充足、條件較好。

一般基巖風化裂隙水的徑流途徑較短，徑流方向往往與地形的坡向一致；構造裂隙水徑流途徑較為復雜，其主要受地形、斷裂構造產狀以及斷裂構造所穿切的含水層（帶）共同控制。

測區為侵蝕、剝蝕丘陵地形，地形侵蝕較為強烈，地下水多以泉水和散流的方式排泄，在沖溝、地形突變的陡坎下、山坡腳地帶呈分散出露排泄，或以沖溝坡洪積物與巖石接觸面呈潛流的形式排泄。

地下水動態變化受降雨影響，在不同的徑流條件下，其變化幅度有所不同，總的規律是從補給區—徑流區—排泄區，地下徑流速度從急至緩，變化幅度從大到小。補給區地形較高、徑流速度快，則地下水位變化幅度也大；徑流區標高較低，地下水位變幅相對較小；排泄區水位年變幅1～2 m。

區內F3斷層西側的興寧盆地地形較平緩，主要為居民區和農田，種植作物以水稻和蔬菜為主。第四系松散層巖性以粉土、粉質黏土、砂、礫石為主，有利于大氣降雨對地下潛水的補給。基巖以紫紅色粉砂質泥巖為主，含泥質較高，表層全強風化層多呈黏土狀，為相對隔水層，故不利于大氣降雨滲入補給地下承壓水，盆地周圍山區地下水一旦進入盆地之后遇紅層阻擋，而大部分溢出轉化為地表徑流，只有小部分通過斷層帶，補給深層地下水。寧江從興寧盆地中部穿過，潛水總體流向為從北西向東南方向流動，龍田地熱區內地下水流向總體向寧江流。

興寧盆地地下水主要以泉或滲流的形式向就近的溝谷排泄。據《1∶20萬興寧幅區域水文地質普查報告》，鉆孔自流量動態與降雨較為密切，只是其峰谷起落，較之降雨稍后10～15 d，泉水年變化為2.401～3.886倍（淺層泉水），地下水位變化幅度約為1 m。但深循環的熱水和碳酸水，動態變化滯緩，季節起伏不大。

總之，寧江為龍田地熱區的地下水和地表水的主要排泄通道。

3 地熱流體化學組分特征

本次工作分別在枯水期、豐水期、平水期對ZK1熱水井共取5件水樣做水質全分析和放射性檢測，從分析結果來看該地熱流體化學成分總體較穩定，水化學類型為HC03-Na 型。各期地熱流體化學組分特征分述如下：

4 地熱流體質量評價

4.1 理療熱礦水水質評價

根據本次工作取樣分析結果，對照國家標準《地熱資源地質勘查規范》（GB/T 11615—2010）中有關理療熱礦水水質標準，對龍田鎮水陂村地熱流體質量進行評價［4-5］，見表1。

（1）陰離子以HCO3-為主，HCO3-其質量濃度為338.10～389.8 mg/L，摩爾分數72.44%～76.48%；陽離子以Na+為主，質量濃度為146.53～179.80 mg/L，摩爾分數83.37%～88.38%。水化學類型以HCO3-Na 為主。

（2）pH值6.39～8.68，屬中性水。

（3）溫度在44.1℃～45.0℃，符合理療熱礦水水溫≥34℃，地熱資源溫度分級為低溫地熱資源中的溫熱水（溫度t界限為40℃≤t＜60℃）。

（4）氟質量濃度為8.70～13.00 mg/L，達到氟水命名礦水濃度（2 mg/L），可命名為氟水。

（5）偏硅酸質量濃度為32.12～37.48 mg/L，未達到偏硅酸命名礦水濃度（50 mg/L），但達到了偏硅酸礦水濃度（25 mg/L）和有醫療價值濃度（25 mg/L）。

（6）可溶性總固體423.00～527.00 mg/L，未超出1 000 mg/L 限值要求，達到有醫療價值濃度，屬于淡水。

（7）氡濃度為4.94～7.35 Bq/L，小于37 Bq/L，未達到氡水命名濃度。

根據以上分述，龍田鎮水陂村地熱水屬以HCO3-Na為主的理療用淡的氟熱礦水。

4.2 地熱流體腐蝕性評價

按《地熱資源地質勘查規范》（GB/T 11615—2010）要求，可參照工業上用的腐蝕性系數（Kk）來衡量地熱流體的腐蝕性［6-7］。

分析測試結果顯示，pH 值范圍在6.39～8.68，故選用如下公式計算其腐蝕系數（Kk）：

式中，γ為離子含量，mmol/L。

若腐蝕系數Kk＞0，稱為腐蝕性水；Kk＜0，并且Kk+0.050 3 Ca2+＞0，稱為半腐蝕性水；Kk＜0，并且Kk+0.050 3 Ca2+＜0，稱為非腐蝕性水。

將本次所取5 件水樣化驗結果代入上式，計算結果及腐蝕性評價見表2。經計算，該地熱流體為非腐蝕性水。

5 結 語

本文介紹了龍田水陂地熱資源的形成地質背景及水文地質概況，從側面反映出地熱資源的成因類型。同時，其地質構造與地熱流體含有的化學組分特征也存在必然聯系，主要表現在含氟較高。通過地熱流體質量分析總結，該地熱資源達到了規范要求的可開發利用相關指標，適合理療洗浴用途。

（1）該地熱流體化學成分總體較為穩定，水化學類型為HCO3-Na 型。化學組分中陰離子以HCO3-、SO42-、F-為主，陽離子以Na+為主。

（2）該地熱流體化學組分中氟質量濃度8.70～13.00 mg/L，偏硅酸質量濃度32.12～37.48 mg/L，可溶性總固體423.00～527.00 mg/L，氡濃度4.94～7.35 Bq/L。只有氟和可溶性總固體2項達到命名礦水濃度的界限指標。因此，可命名為以HCO3-Na為主的理療用淡的氟熱礦水。

（3）通過測試結果的統計和計算分析，該地熱流體的腐蝕系數Kk均小于0，并且Kk+0.050 3 Ca2+小于0，屬于非腐蝕性水。