云南景洪地?zé)崽锍梢蚣盁崃黧w化學(xué)分析

張俊杰,徐世光,2,巴俊杰

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院,云南 昆明　650093；

2.云南地礦勘查工程總公司(集團(tuán)),云南 昆明　650051)

?

云南景洪地?zé)崽锍梢蚣盁崃黧w化學(xué)分析

張俊杰1,徐世光1,2,巴俊杰1

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院,云南 昆明650093；

2.云南地礦勘查工程總公司(集團(tuán)),云南 昆明650051)

摘要通過對景洪盆地地?zé)嵯到y(tǒng)和熱流體化學(xué)分析研究,表明熱田熱源主要為巖漿余熱、放射熱、機(jī)械熱,區(qū)內(nèi)活動(dòng)性斷裂和巖石裂隙較為發(fā)育,為熱水循環(huán)和賦存提供了有利條件,盆地中幾乎所有的熱水點(diǎn)均出露在復(fù)式背斜構(gòu)造中。熱流體化學(xué)分析表明,熱水化學(xué)成分隨水溫變化而變化,地?zé)崴瘜W(xué)類型以HCO3-Na型為主,呈弱堿性,通過地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算,得出K～Mg溫標(biāo)更適用于該類型中低溫地?zé)崽餆醿訙囟鹊墓浪恪?/p>

關(guān)鍵詞景洪地?zé)崽?地質(zhì)條件;熱源;儲熱構(gòu)造;熱流體化學(xué)

云南地處歐亞板塊與印度洋板塊的碰撞帶及其影響區(qū)內(nèi),隸屬滇藏地?zé)釒?是中國大陸新近地史時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)最活躍、最強(qiáng)烈的地區(qū)之一,地?zé)岙惓Ｊ诛@著,溫泉或泉群數(shù)量約占全國已知溫泉數(shù)的28%,居全國各省區(qū)之冠[1],有“溫泉之鄉(xiāng)”的美稱,全省水溫≥25 ℃的溫泉(群)共1 100余個(gè)[2]。景洪是云南省西雙版納傣族自治州州府所在地,也是云南省主要旅游勝地。開發(fā)和利用好景洪地?zé)豳Y源,是建立可持續(xù)利用能源的具體體現(xiàn)[3],同時(shí)也對完善云南地?zé)嵫芯烤哂兄匾饬x。

1景洪盆地地質(zhì)背景

景洪盆地處于青藏滇緬“歹”字型構(gòu)造體系中段與三江經(jīng)向構(gòu)造帶復(fù)合部位,是由瀾滄江斷裂沉陷所形成。瀾滄江斷裂以北北西向進(jìn)入盆地于曼賀納南轉(zhuǎn)為向東凸出的弧形彎曲。該斷裂與曼龍邁—國防斷裂、曼蚌斷裂等四條主斷裂和六條小斷裂組成斷裂束。曼各斷裂北東向延至盆地南西隅,隱伏于盆地中,溫泉集中出現(xiàn)在該斷裂帶附近。破碎帶寬10 m,斷裂面傾向北北西,為張性。盆地底部呈一不完整的背斜構(gòu)造,兩翼巖層為三疊系、二疊系及印支期閃長巖,其傾角20°~30°,盆地以西外圍為華力西晚期花崗巖。

),巖性主要以花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖等酸性、中性侵入巖為主。

2地?zé)岙惓ｏ@示

景洪盆地年平均氣溫21.7 ℃,區(qū)內(nèi)顯示的自然熱異常點(diǎn)有6處,均出露于花崗巖地層中,主要沿曼各斷裂破碎帶發(fā)育,溫泉流量0.10～1.50 L/s,水溫36～66 ℃,水化學(xué)類型為HCO3-SO4·Na和HCO3-Na,礦化度205.10～248.82 mg/L。

除溫泉外,在盆地中施工4個(gè)鉆孔,均見熱水,孔深91.98～150.93 m,除ZK7號孔揭露至基巖外,其余未揭穿第四系,水溫25～28 ℃,單井涌水145.15～1 182.8 t/d,水化學(xué)類型為HCO3-Na和HCO3-Ca·Na,礦化度130.65～402.13 mg/L(見圖1)。

1.熱泉及熱群泉,編號(水溫);2.熱水鉆孔,編號(水溫);3.地層界線;4.斷裂帶圖1　景洪地?zé)岙惓^(qū)地質(zhì)Fig.1　Geologic map of abnormal geothermal area in Jinghong

3景洪地?zé)崽锍梢?/p>

3.1熱源

本區(qū)巖漿活動(dòng)具有多期多旋回特點(diǎn),熱水中含有大量的硫化氫和碳酸氣體,有較高的硼元素,鈉、氯離子的比值為5～15,這些都是巖漿頻繁活動(dòng)的佐證。依據(jù)第三紀(jì)以來巖體產(chǎn)狀、巖株、巖墻及火山噴發(fā)巖系的分布,說明喜山期以來巖漿活動(dòng)仍有相當(dāng)?shù)囊?guī)模。因此各時(shí)期侵入巖體巖漿余熱的釋放,是本區(qū)熱水熱量的主要來源。

由放射性產(chǎn)生的地?zé)?是指酸性巖漿巖中含放射性元素衰變而產(chǎn)生的高溫?zé)崃鱗4]。巖石中U238、U235、Th232及K40等少數(shù)放射性同位素在地球中有較大的豐度和較高放射性熱效率,對地?zé)岬男纬捎袠O為重要的意義,因而被認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)熱源[5]。盆地內(nèi)廣泛分布著巖漿巖,對區(qū)內(nèi)的熱水進(jìn)行放射性元素測定,結(jié)果表明熱水中普遍含有較多的鐳、鈾、釷、氡等放射性物質(zhì),它們脫變釋放的大量熱能,也是熱水熱量的重要來源之一。

瀾滄江斷裂是一古地板塊縫合線,在地史發(fā)展中,經(jīng)歷了長期多階段的碰撞、俯沖、擠壓,產(chǎn)生并積聚了巨大的機(jī)械熱能,這些熱能一方面促使斷裂兩側(cè)巖石高溫變質(zhì),另一方面通過地下水循環(huán)得到不斷地釋放,因此,在該斷裂帶及其旁側(cè)出露了大量的熱泉[6]。

3.2熱通道

受區(qū)域性斷裂帶瀾滄江斷裂帶影響,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,發(fā)育有曼龍邁-國防斷裂、曼蚌斷裂、曼各斷裂等四條主斷裂和六條小斷裂組成斷裂束。這些斷裂既溝通了深部熱源,也為地下水深循環(huán)并在沿途吸收熱量,然后在水壓差、密度差作用下向上運(yùn)移提供了必要的通道,起到了導(dǎo)熱導(dǎo)水的作用[7]。同時(shí),研究區(qū)內(nèi)廣泛分布的巖漿巖,網(wǎng)狀裂隙較為發(fā)育,也為地下水的運(yùn)移賦存提供了通道。

3.3儲熱構(gòu)造和蓋層

景洪盆地地?zé)崽锏臒醿邮菐r漿巖網(wǎng)狀裂隙含水層,第四系松散巖類為其蓋層,由于孔隙度較大,封閉程度較差,易擴(kuò)散熱能,同時(shí),地下淺層水易與熱水混合,致使出露在松散巖類的熱水溫度一般較低(30～50 ℃)。熱水在上涌過程中與第四系孔隙水混合,形成第四系層狀熱儲層。此外,水溫與蓋層厚度有關(guān),盆地中鉆到熱水的鉆孔,第四系厚100 m以上,孔口水溫一般為25～28 ℃；而自然出露的溫泉,第四系覆蓋較薄,受其擾動(dòng)較小,致使水溫較高。通過對研究區(qū)內(nèi)溫泉出露點(diǎn)進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造分析,得知盆地中幾乎所有的溫泉點(diǎn)均出露在復(fù)式背斜構(gòu)造中。

3.4地?zé)崽锼牡刭|(zhì)條件

景洪盆地屬于亞熱帶氣候,降水較為充沛,大氣降水的入滲補(bǔ)給為地?zé)崴峁┝素S富的水源。本區(qū)接受大氣降水補(bǔ)給后,經(jīng)一定的地表徑流,在基巖裸露區(qū)沿?cái)嗔褞Ъ肮?jié)理、裂隙帶下滲,向深部徑流,入滲補(bǔ)給的地下水在深循環(huán)過程中與深部年輕的巖漿侵入體發(fā)生熱交換,同時(shí)被花崗巖中的放射熱加熱后形成地?zé)崴?最終沿導(dǎo)水構(gòu)造出露。

4熱流體化學(xué)特征分析

4.1流體化學(xué)組分與溫度的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)自然出露的溫泉水溫較高,地?zé)徙@孔由于深度不大,同時(shí)受到上層孔隙水混合的影響,致使鉆孔內(nèi)熱水溫度不高。區(qū)內(nèi)熱水溫度變化基本在26～66 ℃之間,地下水水化學(xué)類型以HCO3-Na型為主,礦化度在108.17～402.13 mg/L之間,pH值為7.02～8.55。從本區(qū)熱水水化學(xué)類型及其水化學(xué)特征可以看出,是深部熱水與淺層“冷”水發(fā)生混合作用后的結(jié)果。熱水化學(xué)成分隨水溫變化而變化,溫度升高,ρ(SiO2-)、ρ(K+)、ρ(Na+)、ρ(Mg2+)、ρ(Cl-)、ρ(SO42-)、ρ(HCO3-)及礦化度增加,具有較強(qiáng)的規(guī)律性。研究區(qū)地?zé)崴械腟iO2質(zhì)量濃度為21～85 mg/L,與水溫的關(guān)系比較密切,一般水溫越高,SiO2的含量也就越高,本區(qū)鉆孔中的地?zé)崴苌蠈涌紫端旌系挠绊?對其水化學(xué)指標(biāo)有一定影響(見表1)。

表1　部分溫泉、鉆孔水化學(xué)統(tǒng)計(jì)

4.2熱儲層溫度核算

利用地?zé)釡貥?biāo)法推算熱儲層溫度,是指利用地下熱水中的某些化學(xué)組分的含量與溫度的關(guān)系,估算深部熱儲的溫度[8],其原理在于深部熱儲中礦物與水達(dá)到平衡,在熱水上升至地表的過程中,溫度下降,但化學(xué)組分含量幾乎不變,可以用來估算反應(yīng)的平衡溫度,也就是深部熱儲的溫度,從而預(yù)測地?zé)崽镩_發(fā)潛力[9]。20世紀(jì)60年代以來,各種地?zé)釡貥?biāo)相繼問世,由于適用條件的局限性,在中低溫地?zé)崽镏羞\(yùn)用多數(shù)地?zé)釡貥?biāo)推測熱儲溫度時(shí)效果不佳。近幾年新推出的SiO2、K～Na、K～Mg溫標(biāo)目前應(yīng)用較為廣泛。

研究區(qū)地?zé)崽餆崴蠳a/ K比值普遍大于10,絕大部分地區(qū)高于此值的數(shù)倍,地下熱水受冷水混合影響顯著,K～Na推測熱儲溫度偏差較大,不宜采用。故研究主要應(yīng)用SiO2、K～Mg溫標(biāo)估算熱儲溫度,各熱水點(diǎn)水化學(xué)統(tǒng)計(jì)資料見表1。

計(jì)算公式如下。

(1)采用無蒸氣損失的SiO2溫標(biāo)公式

(1)

其中:t為熱儲溫度(℃)；ρ(SiO2)為SiO2質(zhì)量濃度(mg/L)。

需要指出的是,本區(qū)地下熱水與石英礦物未達(dá)到平衡的地區(qū),計(jì)算的石英傳導(dǎo)溫度可能偏低；熱流pH值對石英溶解度有影響,溫度一定時(shí),pH值增加,石英溶解度增加,因此,熱儲溫度計(jì)算偏大,而溫標(biāo)公式適用性差。

(2)K～Mg地?zé)釡貥?biāo)公式為

(2)

其中:t為熱儲溫度(℃)；ρ(K)為水中鉀的質(zhì)量濃度(mg/L)；ρ(Mg)為水中鎂的質(zhì)量濃度(mg/L)。

溫標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　地?zé)釡貥?biāo)估算熱儲溫度結(jié)果

溫標(biāo)計(jì)算結(jié)果表明,K～Mg溫標(biāo)除個(gè)別數(shù)值外,大部分溫標(biāo)計(jì)算值是合理的,比較貼近正在開發(fā)利用的熱儲層的實(shí)測溫度；石英傳導(dǎo)溫度普遍高于K～Mg溫度,可作為推斷深部熱儲溫度的依據(jù)[10]。通過景洪地?zé)崽餃貥?biāo)計(jì)算值,K～Mg溫標(biāo)更適用于中低溫地?zé)崽餆醿囟鹊墓浪?同時(shí)考慮到存在近源地下水混合作用,深部熱儲的溫度可能會更高[11]。

5結(jié)論

(1)瀾滄江斷裂和曼各斷裂為本區(qū)主要導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔?地下熱水類型主要為HCO3-Na,大氣降水提供了地?zé)岬乃?活動(dòng)性斷裂和較為發(fā)育的巖漿巖裂隙構(gòu)成地?zé)崴h(huán)的通道。

(2)盆地中幾乎所有的熱水點(diǎn)均出露在復(fù)式背斜構(gòu)造中。據(jù)此,背斜構(gòu)造使巖漿熱源得到儲存,壓扭性斷裂雖然涉及深度大,但熱不易釋放,只促使地表水沿?cái)嗔严聺B,達(dá)到熾熱熔巖或其附近,加熱后又沿其通道上涌,如此深循環(huán),在構(gòu)造、地形有利條件出露。

(3)熱儲層熱水化學(xué)成分隨水溫變化而變化,一般具有較強(qiáng)的規(guī)律性。通過景洪地?zé)崽餃貥?biāo)計(jì)算值,核算K～Mg溫標(biāo)更適用于該類中低溫地?zé)崽餆醿囟鹊墓浪恪?/p>

(4)地?zé)崽镔Y源雖屬可再生資源,但其形成周期較長,所需地質(zhì)條件較為復(fù)雜,所以應(yīng)對本區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行深入的科學(xué)利用評價(jià),合理指導(dǎo)開發(fā)利用本區(qū)地?zé)崽镔Y源。

參考文獻(xiàn):

[1]殷瑛,王明珠,何繞生.云南地?zé)豳Y源及其開發(fā)前景[J].云南地質(zhì),2006,25(1):70-75.

[2]周訓(xùn),金曉媚,梁四海,等.地下水科學(xué)專論[M].北京:地質(zhì)出版社,2010.

[3]蔣滿元.建立可持續(xù)利用的能源保障體系分析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2005,17(4):112-116.

[4]姚六三,李慶仁,馬文華.云南地?zé)岬刭|(zhì)特征[J].云南地質(zhì),1983,2(1):47-56.

[5]徐世光,郭遠(yuǎn)生.地?zé)釋W(xué)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[6]黃汲清,任紀(jì)舜,姜春發(fā).中國大地構(gòu)造基本輪廓[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),1971,56(2):117-135.

[7]禚傳源.怒江躍進(jìn)橋地區(qū)溫泉成因機(jī)制分析與躍進(jìn)橋溫泉恢復(fù)替代方案研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2009.

[8]汪集曬,孫占學(xué).神奇的地?zé)醄M].北京:清華大學(xué)出版社,2000.

[9]王瑩,周訓(xùn),于湲,等.應(yīng)用地?zé)釡貥?biāo)估算地下熱儲溫度[J].現(xiàn)代地質(zhì),2007,21(4):605-612.

[10]巴俊杰.云南省宜良地?zé)崽锘咎卣餮芯考俺梢蚍治鯷D].昆明:昆明理工大學(xué),2014.

[11]王多義.四川綿竹釀春池溫泉地質(zhì)成因分析[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,46(5):479-485.

The Formation Cause and Thermal Fluid Chemical Analysis of Geothermal Field in Jinghong,Yunnan

Zhang Junjie1,Xu Shiguang1,2,Ba Junjie1

(1.FacultyofLandResourcesandEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China;2.YunnanGeologicandMineralBureauofExploration&Exploitation,Kunming650051,China)

AbstractThe study of geothermal system and thermal fluid chemical analysis of the Jinghong basin showed that the major heat sources of the geothermal field were afterheat of magma,radioactive heat and mechanical heat;active fault and the rock fracture in this area were well developed and provided hot-water circulation and occurrence with favorable condition.Almost all of the hot water points in the basin were exposed in the anticlinorium structure,and the thermal fluid chemical analysis showed that the chemical ingredients of the hot water were changed along with change of water temperature,and HCO3—Na was dominant in the hydrochemical type of the geothermal water which was alkalescent.Moreover,the K~Mg thermometric scale were more applicable for estimation of temperature of the heat storage stratum of the medium/low-temperature geothermal field of this type through calculation of the geothermal thermometric scale.

Key wordsGeothermal field in Jinghong;Geological condition;Heat source;Reservoir structure;Thermal fluid chemistry

中圖分類號:P641.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1004-0366(2016)01-0123-04

作者簡介:張俊杰(1989-),男,云南大理人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)與工程地質(zhì).E-mail:kmustzhang@qq.com.

收稿日期:2015-01-28;修回日期:2015-03-09.

doi:10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.01.027.

引用格式:Zhang Junjie,Xu Shiguang,Ba Junjie.The Formation Cause and Thermal Fluid Chemical Analysis of Geothermal Field in Jinghong,Yunnan[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(1):123-126.[張俊杰,徐世光,巴俊杰.云南景洪地?zé)崽锍梢蚣盁崃黧w化學(xué)分析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2016,28(1):123-126.]