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(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)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(zhì)調(diào)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(yīng)的地熱資源調(diào)查工作，是初步查明朱陽盆地區(qū)的地熱地質(zhì)條件和熱儲層特征。

通過對靈寶市朱陽盆地地質(zhì)條件進行研究，選擇適當?shù)恼{(diào)查方法，查明熱儲、地熱異常的基本特征及分布規(guī)律。論證盆地區(qū)地熱資源的開發(fā)利用前景，為朱陽鎮(zhèn)政府進一步開發(fā)利用地熱資源提出建議。

1 地質(zhì)概況

工作區(qū)為華北地層區(qū)，區(qū)內(nèi)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(qū)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(zhèn)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(jīng)小河、白花峪延入陜西境內(nèi)，全長大于100 km，靈寶境內(nèi)長22 km，是控制朱陽斷陷帶南側(cè)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(gòu)造帶，從朱陽鎮(zhèn)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(jù)區(qū)內(nèi)地下水賦存條件等將區(qū)內(nèi)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(jù)地下水的埋藏條件，含水層組的組合特征，工作區(qū)松散巖類孔隙水主要為淺層水。丘陵區(qū)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(zhì)結(jié)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(qū)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(qū)，巖性為變質(zhì)巖、砂礫巖、花崗巖、白云質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r等，其富水性受構(gòu)造發(fā)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(tài)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(gòu)造、氣象水文、人為因素的控制。本區(qū)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(qū)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(fā)排泄。

3 地熱地質(zhì)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(nèi)部的巨大內(nèi)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(fā)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(jù)調(diào)查資料經(jīng)統(tǒng)計分析，工作區(qū)變溫帶深度為20 m。

3.1.2 恒溫帶

本次野外調(diào)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(jù)恒溫帶的溫度一般高于當?shù)仄骄鶜鉁?℃～2℃，可取15.0℃作為本區(qū)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(qū)地熱資源的開發(fā)與利用，下一步可以對該區(qū)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(jù)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(jù)地熱資源形成與控制其分布的主要地質(zhì)條件，我國地熱系統(tǒng)有火山～巖漿巖型、斷裂深循環(huán)型(對流型)和沉積盆地型(傳導型)三種類型。

構(gòu)造型地熱田受構(gòu)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(xiàn)，在其埋藏區(qū)上覆地層熱儲溫度常產(chǎn)生地熱異常。工作區(qū)內(nèi)松樹地—周家山斷裂是控制朱陽鎮(zhèn)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(cè)的活動性斷裂。工作區(qū)可能存在構(gòu)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(jié)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(zhì)組成影響，同一沉積單元變化不大，具有分布穩(wěn)定、厚度大、熱儲溫度隨深度增加而升高的特點。工作區(qū)東部朱陽鎮(zhèn)一帶深部太古界太華群花崗巖，由于受多期次構(gòu)造影響，構(gòu)造裂隙發(fā)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(qū)可能具備盆地埋藏型即傳導型地熱資源。

3.3 斷裂深循環(huán)型地熱特征

工作區(qū)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(diào)查區(qū)位于芋園村—五畝斷裂與小河斷裂交錯的朱陽鎮(zhèn)一帶。

芋園村—五畝斷裂為北東向斷裂構(gòu)造帶，從朱陽鎮(zhèn)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(zhèn)—周家村段長約60 km，為現(xiàn)代河流谷地。該斷裂帶在朱陽鎮(zhèn)以西，傾角300°，傾角大于60°，切錯寒武系，帶內(nèi)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(cè)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(fā)育，小河斷裂又是一個活動性斷裂。上部官道口群的白云質(zhì)灰?guī)r、矽質(zhì)灰?guī)r，震旦系砂礫巖、寒武系灰?guī)r裂隙、溶隙較為發(fā)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(huán)在有利地段可能會形成斷裂深循環(huán)型(對流型)地熱。尤其是二者交錯的朱陽鎮(zhèn)西一帶存在構(gòu)造地熱資源的可能更大。

3.4 沉積盆地型地熱特征

據(jù)區(qū)域調(diào)查資料可知，工作區(qū)主要地層為太古界太華群，在工作區(qū)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(diào)查區(qū)朱陽鎮(zhèn)附近1 000～3 000 m深度范圍內(nèi)地層主要為太華群。

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據(jù)小秦嶺地區(qū)區(qū)域資料，該地層整體上富水性較差，且極不均一，但在構(gòu)造裂隙發(fā)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(fā)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(zhèn)附近1 000～3 000 m深度范圍內(nèi)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(qū)東部朱陽鎮(zhèn)一帶深部太古界太華群，由于受多期次構(gòu)造影響，構(gòu)造裂隙發(fā)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(diào)查點資料特征分析

地面調(diào)查主要在朱陽盆地內(nèi)選擇機民井進行水位、水溫統(tǒng)調(diào)。測溫點采用卡片記錄法，按照卡片中所列項目內(nèi)容進行調(diào)查與訪問。水溫測量統(tǒng)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(diào)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(diào)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(tǒng)計作出相關(guān)曲線，見圖1。

圖1 井點測溫深度與水溫曲線圖

工作區(qū)內(nèi)朱陽鎮(zhèn)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(diào)查資料分析，朱陽盆地內(nèi)地下水溫度異常不明顯。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

1)由區(qū)域地質(zhì)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(fā)育，小河斷裂又是一個活動性斷裂。上部官道口群的白云質(zhì)灰?guī)r、矽質(zhì)灰?guī)r，震旦系砂礫巖、寒武系灰?guī)r裂隙、溶隙較為發(fā)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(huán)在有利地段可能會形成斷裂深循環(huán)型(對流型)地熱。尤其是二者交錯的朱陽鎮(zhèn)西一帶存在構(gòu)造地熱資源的可能更大。

2)工作區(qū)東部朱陽鎮(zhèn)一帶深部太古界太華群，由于受多期次構(gòu)造影響，構(gòu)造裂隙發(fā)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(diào)查區(qū)內(nèi)共完成井點23個，朱陽鎮(zhèn)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(qū)域地質(zhì)資料分析，工作區(qū)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(qū)地層結(jié)構(gòu)不清，建議下一步工作思路首先查清工作區(qū)東部的朱陽鎮(zhèn)一帶的地層結(jié)構(gòu)和深部可能熱儲層的節(jié)理裂隙發(fā)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(qū)東部的深部地層巖性、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、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(zhì)勘查規(guī)范.