云南苦楚邑—茅草坪地?zé)崽锍梢蚣盁崃黧w化學(xué)分析

張譽櫪,徐世光,2,巴俊杰,楊成會,薛良方

(1.昆明理工大學(xué),云南 昆明　650093;2.云南地礦勘查工程總公司(集團),云南 昆明　650051;3.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,遼寧 沈陽　110031;4.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 濟寧　272100)

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云南苦楚邑—茅草坪地?zé)崽锍梢蚣盁崃黧w化學(xué)分析

張譽櫪1,徐世光1,2,巴俊杰1,楊成會3,薛良方4

(1.昆明理工大學(xué),云南 昆明650093;2.云南地礦勘查工程總公司(集團),云南 昆明650051;3.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,遼寧 沈陽110031;4.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 濟寧272100)

溫泉的岀露嚴(yán)格受哀牢山帚狀構(gòu)造中斷裂帶控制,在本異常帶巖漿活動較強烈,活動性斷裂和變質(zhì)巖網(wǎng)狀裂隙為熱水循環(huán)和賦存提供了有利條件。研究表明,區(qū)內(nèi)熱田熱源主要為:巖漿余熱、放射熱、機械熱。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SO4-Ca·Na+K型為主。通過地?zé)釡貥?biāo)計算,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>

苦楚邑—茅草坪地?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期構(gòu)造活動最活躍、最強烈的地區(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[2]。苦楚邑—茅草坪位于紅河右岸,屬云貴高原南緣山區(qū)。開發(fā)和利用好苦楚邑—茅草坪地?zé)豳Y源,將會進一步促進當(dāng)?shù)芈糜谓?jīng)濟的發(fā)展,同時也對完善云南地?zé)嵫芯烤哂兄匾饬x。

1　苦楚邑—茅草坪地質(zhì)背景

1.1自然地理概況

測區(qū)屬云貴高原南緣山區(qū),地勢西北高,東南低,海拔一般為1 000～2 000 m,在北回歸線以南,屬亞熱帶氣候。區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜,河谷切割強烈,高差懸殊。區(qū)內(nèi)除北部新安所、老廠以北一帶為南盤江水系外,其余為紅河水系。區(qū)內(nèi)由于水量充沛,水系極為發(fā)育。

1.2地層巖性

盆地內(nèi)地層出露主要為瑤山群、哀牢山群,二疊系、三疊系,其中瑤山群(Ptys)為黑云片麻巖、黑云斜長片麻巖;哀牢山群阿龍組(Pta)為黑云斜長片麻巖、黑云斜長變粒巖,鳳港組(Ptf)為黑云質(zhì)巖石、角閃質(zhì)巖石,烏都坑組(Ptw)為黑云斜長片麻巖;二疊系上下統(tǒng)玄武巖組(P1-2β)為斑狀玄武巖、杏仁狀玄武巖;三疊系下統(tǒng)洗馬塘組(T1x)為灰綠色鈣質(zhì)泥巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r、永寧鎮(zhèn)組(T1y)為淺海相碳酸鹽巖、細碎屑巖;三疊系中統(tǒng)個舊組(T1g)為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖;三疊系上統(tǒng)鳥格組(T1n)為黃灰色泥質(zhì)頁巖及石英砂巖。

1.3地質(zhì)構(gòu)造

測區(qū)位于青藏滇緬歹字型構(gòu)造體系東支、云南山字型構(gòu)造體系、川滇經(jīng)向構(gòu)造體系及南嶺緯向構(gòu)造體系的交接地帶,地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜。測區(qū)有帚狀構(gòu)造、北東向構(gòu)造、東西向構(gòu)造、弧形構(gòu)造、山字型構(gòu)造和南北向構(gòu)造六種形式。帚狀構(gòu)造規(guī)模最大,北東向構(gòu)造次之,后四種構(gòu)造形式規(guī)模較小,各構(gòu)造形式幾乎都是自成系統(tǒng)的構(gòu)造體系。

2　地?zé)岙惓ｏ@示

圖1　苦楚邑—茅草坪地?zé)岙惓５刭|(zhì)Fig.1　Geological map of Kuchuyi-Maocaoping geothemal anomaly area

3　苦楚邑—茅草坪地?zé)崽锍梢?/h2>

3.1熱源

(1)巖漿余熱在本異常帶巖漿活動較強烈,晚古生代和中生代都有巖漿巖發(fā)育,中生代以后呈現(xiàn)明顯的巖漿活動,但深部巖漿活動仍不失其作為熱源的作用。據(jù)水質(zhì)分析,各泉可溶性SiO2含量一般都大于100 mg/L,泉水中SiO2含量高達58%,這都可能是與深部巖漿源有關(guān)。

(2)放射熱由放射性產(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3]。地球化學(xué)研究表明,地球的熱源絕大部分來自深部巖石中放射性同位素的蛻變。其中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)岬男纬删哂袠O為重要的意義,因而被認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)熱源[4]。對區(qū)內(nèi)的熱水進行放射性元素測定,結(jié)果表明Q38、Q44、Q45、Q46熱水中含有較多的鐳、鈾、釷、氡等放射性物質(zhì),它們蛻變釋放的大量熱能,也是熱水熱量的重要來源之一。區(qū)內(nèi)廣泛分布著巖漿巖,而巖石中的放射性元素鈾、釷、鉀蛻變所釋放的熱能也為地?zé)崴峁┴S富的熱源。

(3)機械熱紅河大斷裂在地史發(fā)展過程中,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[5]。

3.2熱通道

3.3儲熱構(gòu)造和蓋層

測區(qū)地?zé)崽锏臒醿邮枪爬献冑|(zhì)巖—混合巖、黑云斜長片麻巖等網(wǎng)狀裂隙水滲透到斷裂帶而轉(zhuǎn)化成脈狀裂隙水形成帶狀熱儲,在測區(qū)以基巖岀露為主同時以受風(fēng)化影響較小的基巖為蓋層,封閉程度較好,出露的熱水溫度較高(36～103 ℃)。同時,地下淺層水易與熱水混合,導(dǎo)致某些泉點水溫降低。

3.4地?zé)崽锼牡刭|(zhì)條件

測區(qū)屬亞熱帶氣候,區(qū)內(nèi)降水量較為充沛,大氣降水的入滲補給為地?zé)崴峁┝素S富的水源。古老的變粒巖,片麻巖和片麻狀花崗巖含豐富的基巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙,風(fēng)化帶的深度雖然不大,但風(fēng)化帶裂隙水可通過垂直于主干斷裂發(fā)育的張性、張扭性構(gòu)造裂隙(或者是次級斷裂帶),形成的通道而轉(zhuǎn)化成脈狀裂隙水,向深部徑流。在地殼幾千米深處遇熱源而獲得熱量變成熱水,熱水沿斷裂上升形成熱泉。

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。區(qū)內(nèi)熱水溫度變化基本在36～103 ℃之間,地下水水化學(xué)類型以SO4-Ca·Na+K型為主,礦化度在1.0～2.4 g/L之間,pH值為6.7～7.4。從本區(qū)某些泉點熱水水化學(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)生混合作用后結(jié)果。熱水化學(xué)成分隨水溫變化而變化,溫度升高,SiO2-、K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、 HCO3-增加,具有較強的規(guī)律性。研究區(qū)地?zé)崴械腟iO2含量為45～140 mg/L,其含量與水溫的關(guān)系比較密切,一般水溫越高,SiO2的含量也就越高,地?zé)崴苌蠈恿严端旌系挠绊?對其水化學(xué)指標(biāo)有一定影響(見表1)。

表1　溫泉水化學(xué)統(tǒng)計

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[7],其原理在于深部熱儲中礦物與水達到平衡,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[8]。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\用多數(shù)地?zé)釡貥?biāo)推測熱儲溫度時效果不佳。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,各熱水點水化學(xué)統(tǒng)計資料見表1,結(jié)果見表2,計算公式如下。

表2　地?zé)釡貥?biāo)估算熱儲溫度結(jié)果

(1)采用無蒸氣損失的SiO2溫標(biāo)公式:

(1)

其中:t為熱儲溫度(℃);SiO2為水中SiO2的質(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到平衡的地區(qū),計算的石英傳導(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,pH值增加,石英溶解度增加,因此,熱儲溫度計算偏大,而溫標(biāo)公式適用性差。

(2)K～Mg地?zé)釡貥?biāo)為

(2)

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

溫標(biāo)計算結(jié)果表明,K～Mg溫標(biāo)除個別數(shù)值外,大部分溫標(biāo)計算值是合理的,比較貼近正在開發(fā)利用的熱儲層的實測溫度;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)[9]。通過苦楚邑—茅草坪地?zé)崽餃貥?biāo)計算值,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[10]。

5　結(jié)論

(2)熱儲層熱水化學(xué)成分隨水溫變化而變化,一般具有較強的規(guī)律性。通過苦楚邑—茅草坪地?zé)崽餃貥?biāo)計算值,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?為以后K～Mg溫標(biāo)在該類型地?zé)崽锏膽?yīng)用提供了依據(jù)。

(3)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源進行深入的科學(xué)利用評價,合理指導(dǎo)開發(fā)利用本區(qū)地?zé)崽镔Y源。

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Ku Chuyi,Yunnan—Reasons and Thermal Fluid Chemical Analysis of Couch Grass Tsubochi Geothermal Field

Zhang Yuli1,Xu Shiguang1,2,Ba Junjie1,Yang Chenghui3,Xue Liangfang4

(1.Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China;2.Yunnan Geologic and Mineral Bureau of Exploration & Exploitation,Kunming 650051,China;3.Liaoning Geology and Mineral Resources Bureau,Shenyang 110031,China;4.Southern Shandong Institute of Geological Engineering Survey,Jining 272100,China)

The appearance of hotspring is strictly controlled by fault zone of brush structure in Ailao Mountain.Studies have shown that it has intensive igneous activity of this anomaly zones,and the active fault and mesh cracks of metamorphic rocks have provided advantages for the hot water circulation and occurrence.The heat source of geothermal field:magma heat,radiant heat,mechanical heat.Thermal Fluid Chemical analysis shows that the chemical composition of the hot water changes with the changing water temperatures,and the hydrochemical type of geothermal water is mainly SO4-Ca·Na + K type;By the calculation of geothermometer,it obtains that the K～Mg thermometric scale is more suitable for the estimation of heat reservoir temperature of geothermal field of this type.

Ku Chuyi,Yunnan—couch grass tsubochi geothermal field;Geological conditions;Heat source;heat storage configuration;Chemistry of thermal fluids

10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.04.012.

2015-12-02;

2016-01-04.

張譽櫪(1990-),男,重慶人,碩士研究生,研究方向為水文地質(zhì)與工程地質(zhì).E-mail:352369845@qq.com.

P641.1

A

1004-0366(2016)04-0057-05

引用格式:Zhang Yuli,Xu Shiguang,Ba Junjie,etal.Ku Chuyi,Yunnan—Reasons and Thermal Fluid Chemical Analysis of Couch Grass Tsubochi Geothermal Field[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(4):57-60,71.[張譽櫪,徐世光,巴俊杰,等.云南苦楚邑—茅草坪地?zé)崽锍梢蚣盁崃黧w化學(xué)分析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2016,28(4):57-60,71.]