貴陽地區(qū)中二疊統(tǒng)熱儲(chǔ)含水層地?zé)崴Y源淺析

孟凡濤，楊元麗

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽 550008;2.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴州 貴陽550004)

貴陽市地?zé)豳Y源豐富，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)和巖性組合關(guān)系，該區(qū)可劃分為四個(gè)熱儲(chǔ)層(見表1)，目前在貴陽市實(shí)施的地?zé)峋兄饕院湎祳渖疥P(guān)群-清虛洞組第二熱儲(chǔ)含水層為勘查目的層，鮮有以中二疊統(tǒng)棲霞組 -茅口組第四熱儲(chǔ)含水層為勘查目的層的地?zé)峋?011年，在烏當(dāng)區(qū)奶牛場(chǎng)以中二疊統(tǒng)棲霞組-茅口組熱儲(chǔ)含水層為勘查目的層成功實(shí)施了一口地?zé)峋?ZK1)，鉆井井深 2439.45 m，實(shí)測(cè)井底溫度65℃，降壓試驗(yàn)測(cè)得井口溫度 52℃，計(jì)算得允許開采量為600 m3/d。本文利用ZK1鉆井相關(guān)成果資料，采用地?zé)岬厍蚧瘜W(xué)溫標(biāo)估算出中二疊統(tǒng)棲霞組-茅口組熱儲(chǔ)含水層熱儲(chǔ)溫度，并通過地?zé)峋疁y(cè)溫資料初步估算出了地?zé)崴臒醿?chǔ)深度，為今后貴陽地區(qū)以中二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組第四熱儲(chǔ)含水層為勘探目的層的地?zé)嵴宜峁┛茖W(xué)依據(jù)。

表1 貴陽地區(qū)地?zé)釤醿?chǔ)層劃分表

1 區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于楊子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)南部、烏當(dāng)斷層北盤。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要斷裂、褶皺以北東向構(gòu)造體系為主，區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造為烏當(dāng)大斷層，該斷層為區(qū)域性斷裂，屬區(qū)域性松桃—碧痕營(yíng)走滑斷裂束的組成部份，規(guī)模大，其垂直斷距2 700 m。區(qū)內(nèi)出露地層較齊全，巖性較復(fù)雜，從寒武系至侏羅系均有出露(見圖1)。ZK1號(hào)鉆孔開孔層位為中三疊系花溪組，巖性主要為白云巖;終孔層位為中二疊系棲霞-茅口組，巖性主要為灰?guī)r。

1.2 地?zé)岬刭|(zhì)條件

北北東向發(fā)育的烏當(dāng)斷層是研究區(qū)主要的控?zé)針?gòu)造，該斷層在區(qū)域上分布有樓下、新添寨、石阡城南等溫泉(石阡城南溫泉地表水溫為45℃)，并在烏當(dāng)斷層兩盤已成果實(shí)施了9口地?zé)峋?，認(rèn)為沿烏當(dāng)斷層有明顯地?zé)岙惓ｏ@示，該斷層具挽近期活動(dòng)特征，烏當(dāng)斷層是區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)熱斷裂。區(qū)域性深大斷裂及其次級(jí)斷層為熱流體運(yùn)移提供了條件，并在二疊系中統(tǒng)棲霞-茅口組熱儲(chǔ)含水層中富集，區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)類型主要為層狀-帶狀熱儲(chǔ)復(fù)合型熱儲(chǔ)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖

2 地?zé)崴瘜W(xué)特征

對(duì)地?zé)峋責(zé)崴M(jìn)行了取樣測(cè)試，分析結(jié)果具體見表2。ZK1地?zé)峋責(zé)崴跍囟葹?2℃，屬溫?zé)崴?地?zé)崴V化度值為460.2 mg/L，pH值為7.62，屬弱堿性低礦化度淡水;地?zé)崴嘘栯x子主要以Ca2+為主，其次為 Mg2+;陰離子主要以HCO3-為主，其次為 Cl-，認(rèn)為其水化學(xué)類型為 HCO3-Ca·Mg;地?zé)崴泻休^豐富的微量元素，其中氟含量為1.38 mg/L、偏硅酸含量為40 mg/L，達(dá)到了《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T11615-2010)中“醫(yī)療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”，具有良好的醫(yī)療價(jià)值;但地?zé)崴蟹?、鐵的含量超過《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)中飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，并不適宜飲用(見表2)。

3 研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度估算

地球化學(xué)溫標(biāo)法原理:在一定 溫度下，在一定時(shí)間內(nèi)地?zé)崴c圍巖礦物的化學(xué)反應(yīng)總體達(dá)到平衡，在地?zé)崃黧w抵達(dá)地表過程中，這種平衡狀態(tài)可以保持，即不隨外界條件立即發(fā)生逆平衡，據(jù)此計(jì)算其在地下熱儲(chǔ)時(shí)的平衡狀態(tài)。業(yè)內(nèi)目前主要采用地?zé)釡貥?biāo)主要包括陽離子溫標(biāo)及SiO2溫標(biāo)兩種。

SiO2溫標(biāo)是最常用的溫標(biāo)方法，因?yàn)槠淦胶鉅顟B(tài)更穩(wěn)定性;陽離子溫標(biāo)法包括K/Mg、Na/K等，由于陽離子溫標(biāo)法主要在溶液-礦物之間的處于平衡狀態(tài)應(yīng)用，故在運(yùn)用陽離子溫標(biāo)法估算熱儲(chǔ)溫度時(shí)，必須首先判定溶液-礦物 之間的平衡狀態(tài)。

目前，用來評(píng)價(jià)溶液-礦物之間的平衡狀態(tài)的方法較多，本文采用了應(yīng)用比較廣泛的 Na-K-Mg三角圖解法及SiO2溶解度曲線法來評(píng)價(jià)研究區(qū)地?zé)崴腥芤?-礦物之間的平衡狀態(tài)。

表2 ZK1鉆孔地?zé)崴瘜W(xué)成分分析表

3.1 Na-K-Mg三角圖解法

Na-K-Mg三角圖解法 由 Giggenbanch提出，該方法將地?zé)崴譃榱送耆胶狻⒉糠制胶夂臀闯墒焖N狀態(tài)。其主要反映公式如下:

三角圖中的坐標(biāo)計(jì)算如下:

通過地?zé)崴|(zhì)分析數(shù)據(jù)可知(見圖2)，ZK1地?zé)峋責(zé)崴當(dāng)?shù)據(jù)在Mg角區(qū)域，認(rèn)為其屬未成熟水。這說明中二疊統(tǒng)棲霞-茅口組熱儲(chǔ)含水層地?zé)崴h(yuǎn)未達(dá)到平衡狀態(tài)。分析認(rèn)為不能采用陽離子溫標(biāo)估算ZK1地?zé)峋責(zé)崴疅醿?chǔ)溫度，適宜采用SiO2溫標(biāo)法來估算 熱儲(chǔ)溫度。

3.2 SiO2溶解度曲線法

眾多學(xué)者都提出了不同類型 的SiO2溫標(biāo)計(jì)算公式，其中包括無蒸汽分離或混合作用的石英溫標(biāo)、100℃下蒸汽足量散失的石英溫標(biāo)、α-方英石溫標(biāo)、β-方英石溫標(biāo)、無蒸汽散失的石英溫標(biāo)、玉髓溫標(biāo)及無定型 SiO2溫標(biāo)。鑒于目前SiO2溫標(biāo)計(jì)算方法較多，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，必須首先判斷地?zé)崴蠸iO2含量是由何種SiO2礦物控制。

目前研究表明，判斷地?zé)崴辛薙iO2的含量是由何種礦物控制，采用SiO2溶解度曲線法是比較有效的方法。從圖3可知，ZK1地?zé)峋責(zé)崴|(zhì)數(shù)據(jù)在玉髓溶解曲線附近，說明玉髓可能是控制地?zé)崴蠸iO2平衡的主要礦物。

圖2 地?zé)崴甆a-K-Mg三角圖

圖3 SiO2溶解度曲線圖

3.3 熱儲(chǔ)溫度估算

分析認(rèn)為ZK1地?zé)峋責(zé)崴蠸iO2含量主要受玉髓控制。故采用1977年Fournier提出的玉髓溫標(biāo)公式來 ZK1地?zé)峋責(zé)崴浪銦醿?chǔ)溫度，其公式如下:

式中:t為熱儲(chǔ)溫度(℃);CSiO2為地?zé)崴?SiO2含量(mg/L)。

ZK1地?zé)崴蠸iO2含量為30.77 mg/L，由玉髓溫標(biāo)公式估算出ZK1地?zé)峋責(zé)崴疅醿?chǔ) 溫度約為85.2℃。

4 研究區(qū)地?zé)崴疅醿?chǔ)深度估算

4.1 地溫梯度

地溫梯度指垂向上地面以下不受大氣溫度影響的地層溫度隨深度增加的增長(zhǎng)率。

利用ZK1地?zé)峋畬?shí)測(cè)井溫?cái)?shù)據(jù)，估算該地?zé)峋牡販靥荻?G=T/H。ZK1地?zé)峋販靥荻仍?.2～39.8℃ /km之間，平均為19.85℃ /km(見圖4)。

4.2 循環(huán)深度估算

根據(jù)ZK1地?zé)峋畬?shí)測(cè)井溫資料，地溫梯度取值為1.985℃/100m，研究區(qū)常溫點(diǎn) 深度 h取 30 m，常溫點(diǎn)溫度(一般認(rèn)為為該區(qū)域的多年平均氣溫)t2取15.3℃，公式(6)已估算出ZK1地?zé)峋責(zé)崴疅醿?chǔ)溫度 t1為85.2℃，按下列方式推算熱儲(chǔ)深度:

式中:H為熱儲(chǔ)深度(m);t1為熱儲(chǔ)溫度(℃);t2為常溫點(diǎn)溫度(℃);G為地溫梯度(℃/100m);h為常溫點(diǎn)深度(m)

按公式(7)可估算出ZK1地?zé)峋責(zé)崴h(huán)深度約為3 550 m。

圖4 地溫梯度變化圖

5 結(jié)語

ZK1地?zé)峋辈槟康膶訛橹卸B統(tǒng)棲霞-茅口組熱儲(chǔ)含水層，其地?zé)崴|(zhì)屬于弱堿性低礦化度淡水，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg，地?zé)崴衅杷?、氟含量均達(dá)到醫(yī)療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，地?zé)崴蟹㈣F含量超過了飲用水標(biāo)準(zhǔn)，不適宜飲用。判斷該地?zé)峋責(zé)崴催_(dá)到平衡狀態(tài)，故采用SiO2溫標(biāo)估算熱儲(chǔ)溫度;分析認(rèn)為玉髓是控 制地?zé)崴蠸iO2平衡的主要礦物，并應(yīng)用玉髓溫標(biāo)估算出地?zé)崴疅醿?chǔ)溫度約為85.2℃。根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，估算出地?zé)峋販靥荻仍?9.2～39.8℃ /km 之間，平均19.85℃ /km，并估算出 ZK1地?zé)峋責(zé)崴h(huán)深度為3 550 m。

6 建議

貴陽地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞-茅口組地層分布廣泛，通過對(duì)ZK1地?zé)峋某晒Y料分析認(rèn)為，中二疊統(tǒng)棲霞 -茅口組地層主要巖性為灰?guī)r，在一定的構(gòu)造條件下，該地層具有良好的含水性。由于貴陽地區(qū)地?zé)崽荻容^低，當(dāng)中二疊統(tǒng)棲霞-茅口組埋藏深度＞2500 m時(shí)，中二疊統(tǒng)棲霞-茅口組可作為熱儲(chǔ)含水層進(jìn)行勘查。

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