云南巍山地?zé)崽锍梢蚣盁崃黧w特征分析

羅舜浩

摘要：研究的巍山區(qū)16溫泉源于白堊系砂巖地下破碎帶熱水儲(chǔ)集帶的排泄點(diǎn)，溫泉的出露受斷裂帶控制，研究表明，區(qū)內(nèi)熱源主要為幔源熱流，通過水文地質(zhì)條件與水化學(xué)分析推斷溫泉的成因機(jī)制，利用SiO2溫標(biāo)法推算出了該地?zé)崽锏臒醿?chǔ)溫度；利用水循環(huán)計(jì)算公式估算16號(hào)溫泉循環(huán)深度，對(duì)該地?zé)崽锏奶烊环艧崃?、地?zé)豳Y源量進(jìn)行了估算。

Abstract： Weishan District 16 hot springs is from Cretaceous sandstone reservoirs with underground hot water discharge point of broken springs outcrop controlled by the fault zone， research shows that the heat source in the area is mainly of mantle heat flow. The hydrogeological conditions and water chemistry are used to analyzed the formation mechanism of the hot spring. SiO2 method is used to calculate the heat storage temperature of this geothermal field. The circulation depth of 16# hot spring is calculated by the water recycling. And the natural heat and geothermal resources of this geothermal field are estimated.

關(guān)鍵詞：巍山地?zé)崽?；成因機(jī)制；儲(chǔ)熱構(gòu)造；熱源

Key words： Weishan geothermal field；genetic mechanism；thermal structure；heat source

中圖分類號(hào)：P641.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0234-04

0 引言

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]。云南巍山位于漾濞江東岸，屬云南云嶺橫斷山脈的南延部份，開發(fā)和利用好巍山區(qū)地?zé)豳Y源，將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜谓?jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也對(duì)完善云南地?zé)嵫芯烤哂兄匾饬x。

本文通過水化學(xué)流體特征、溫標(biāo)法、水循環(huán)計(jì)算法來推斷該區(qū)地?zé)岬某梢蛱卣?，再通過熱儲(chǔ)法與天然放熱量計(jì)算法得出該區(qū)地?zé)崽锏膬?chǔ)藏?zé)崮堋?/p>

1 巍山地質(zhì)背景

1.1 地?zé)岙惓ｏ@示

巍山區(qū)熱泉出露地層為白堊系上統(tǒng)南新組下段（K2n1）紫紅色砂巖，研究熱泉在巍山區(qū)西部出露，16號(hào)溫泉水溫70℃，流量22.60L/s，礦化度為600mg/L，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na型[3]。

1.2 巍山區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

巍山區(qū)位于歹字型構(gòu)造體系東支中段與經(jīng)向構(gòu)造復(fù)合部位。區(qū)內(nèi)緯向構(gòu)造主要分布于西窯區(qū)域，大體為北東向與扭動(dòng)構(gòu)造。研究區(qū)構(gòu)造雖較為復(fù)雜，但其構(gòu)造輪廓?jiǎng)t較清晰。

研究區(qū)以歹字型構(gòu)造體系占主導(dǎo)地位，其它構(gòu)造體系僅在局部殘存。各構(gòu)造體系中構(gòu)造形跡的展布形式與其它構(gòu)造體系的交接關(guān)系見圖1。

2 地?zé)岢梢驒C(jī)理分析

2.1 熱源

研究區(qū)處于滇中地區(qū)，滇中地區(qū)莫霍面溫度為758～ 804℃，巖石圈底界面溫度為1381～1412℃，整個(gè)地殼和殼下巖石圈地溫梯度分別為1.76～1.86℃/100m、0.79～0.95℃/100m，居里面埋深為26.0～26.5km[4]。區(qū)內(nèi)地殼淺部無年輕巖漿侵入巖體，故不存在巖漿熱等附加熱源。活動(dòng)斷裂產(chǎn)生的機(jī)械摩擦熱對(duì)大地?zé)崃髦狄嘤幸欢ㄘ暙I(xiàn)率[5，6]。故可推斷地幔熱流與機(jī)械熱為所研究地?zé)嵯到y(tǒng)的熱源。

2.2 溫泉的補(bǔ)給、徑流、排泄

地下水的形成受多種因素影響控制，其中受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣象等因素的影響較大。大氣降水是研究區(qū)內(nèi)由K2n砂巖、Q松散層組成的水文地質(zhì)單元地下水的主要補(bǔ)給來源，地下水主要往北東方向河溪方向徑流排泄，局部以泉的形式排泄。

2.3 溫泉形成條件分析

研究區(qū)挽近時(shí)期活動(dòng)較強(qiáng)的斷裂有十余條，主要有蛇街?jǐn)嗔眩‵1）、白色郎斷裂（F37）、哀牢山斷裂（F42）、紅河斷裂（F45）、貢爺山斷裂（F55）、新街?jǐn)嗔眩‵60）、石埡口斷裂（F61）、長蟲街?jǐn)嗔眩‵62）、回龍山斷裂（F63）等。沿上述斷裂帶及影響帶出露溫泉12個(gè)，占巍山區(qū)溫泉總數(shù)的70.6%。這些斷裂深度較大，使淺部含水層接受降水滲入后，沿?cái)嗔鸭傲严稘B透到地層深處。地下水在深循環(huán)中，接受內(nèi)動(dòng)力作用、變質(zhì)作用釋放的熱量和來自地球深部的熱量，致使水溫升高，在地形較低部位，沿?cái)嗔鸦蛄严兑绯龅乇?，形成溫泉，?6號(hào)溫泉，見圖2。

2.4 地?zé)崽锍梢驒C(jī)制淺析

通過上述分析，研究區(qū)地?zé)崴梢蛑饕獨(dú)w結(jié)為：大氣降水的入滲補(bǔ)給為地?zé)崴峁┝素S富的補(bǔ)給來源[7]。區(qū)內(nèi)大面積分布白堊系上統(tǒng)南新組下段（K2n1）砂巖，其表層受風(fēng)化作用影響產(chǎn)生發(fā)育程度較高的風(fēng)化裂隙帶，大氣降水沿著風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙徑流，當(dāng)流經(jīng)到主干斷裂發(fā)育的構(gòu)造裂隙或者次級(jí)斷裂帶時(shí)，形成帶狀裂隙水繼續(xù)向深部滲流進(jìn)行水循環(huán)。

通過水循環(huán)時(shí)間的增加，地下水在滲流過程中通過吸收源源不斷的大地?zé)崃髂芰繌亩蔀樗疁夭煌臏厝?。加之區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，形成導(dǎo)熱導(dǎo)水通道，主要為蛇街?jǐn)嗔眩‵1）、白色郎斷裂（F37）、哀牢山斷裂（F42）、紅河斷裂（F45）、貢爺山斷裂（F55）、新街?jǐn)嗔眩‵60）、石埡口斷裂（F61）、長蟲街?jǐn)嗔眩‵62）、回龍山斷裂（F63）等，溝通了深部的熱源。另外，斷層兩盤在長期活動(dòng)過程中，產(chǎn)生機(jī)械熱，地下水在循環(huán)過程中被吸收，從而形成深部高溫帶狀熱儲(chǔ)。綜合分析巍山16號(hào)溫泉成因模式圖見圖3。

3 地?zé)豳Y源特征

3.1 熱流體化學(xué)特征分析

16號(hào)溫泉水溫70℃，流量22.60L/s，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na型，礦化度0.58g/L，游離CO29.33mg/L，SiO2 33.51mg/L，F(xiàn) 1.2mg/L。溫泉一般循環(huán)深者水溫高，溶解能力強(qiáng)，所經(jīng)途徑又長，溶解物質(zhì)多，水化學(xué)類型就復(fù)雜，溫度低的泉水化學(xué)類型則簡單，礦化度亦低。16號(hào)溫泉SO4含量較高是因?yàn)檠芯繀^(qū)深部大斷層溝通地殼深部，深部H2S、SO2等氣體進(jìn)入封閉的熱儲(chǔ)層氧化水解，再經(jīng)過深循環(huán)后的結(jié)果。一般在熱水中熱水溫度越高，SO2的含量亦隨著增高，溫泉的水化學(xué)指標(biāo)也受在循環(huán)過程的上層裂隙水影響[8]。

3.2 熱儲(chǔ)溫度核算

在巍山區(qū)基本上沒有地?zé)徙@孔所以采用地?zé)釡貥?biāo)法推算熱儲(chǔ)層溫度，在水與不同類型的SiO2達(dá)到溶解平衡且無蒸汽損失的情況下，采用SiO2溫標(biāo)估算熱儲(chǔ)溫度，計(jì)算公式如下[9]。

通過對(duì)16號(hào)溫泉取樣分析得出，16號(hào)溫泉水中SiO2含量為33.51 mg/L[8]，利用公式推斷出16號(hào)熱泉熱儲(chǔ)的水溫約為84℃。

3.3 溫泉水循環(huán)深度計(jì)算結(jié)果

溫泉水循環(huán)深度是利用當(dāng)?shù)氐販靥荻群蜔醿?chǔ)溫度來計(jì)算溫泉水的循環(huán)深度。計(jì)算公式如下：

D=（tR-to）G+h

式中：tR為熱儲(chǔ)溫度（°C）；G為地?zé)嵩鰷氐燃?jí)（km/℃）；D為循環(huán)深度（km）；h為常溫層厚度（km）；t0為當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁兀ā鉉）。

其中to取10℃，h取0.02km，沒有收集到研究區(qū)的鉆孔資料，故G取平均值0.29km/℃。把to、h、g和tR帶入公式，求出16號(hào)溫泉的循環(huán)深度為2.1km，在熱背景一定的條件下，熱水循環(huán)深度越大，地下水循環(huán)量越少，溫?zé)幔ㄈ┧臏囟仍礁摺?/p>

3.4 溫泉的天然放熱量

溫泉的天然放熱量計(jì)算公式為：

Qw=365Qρwcw（tw-t0）

式中：Qw為溫泉的天然放熱量，Q為溫泉總流量，ρw為水的密度，Cw為水的比熱容，tw為熱水溫度[10]，根據(jù)公式計(jì)算所研究溫泉的天然放熱量結(jié)果見表1。

3.5 地?zé)豳Y源量

利用熱儲(chǔ)法估算熱儲(chǔ)中儲(chǔ)存的熱量，估計(jì)地?zé)豳Y源潛力，公式為：

Qr=cAd（tw-t0）

式中：Qr為溫泉的地?zé)豳Y源量，A為熱儲(chǔ)面積，d為熱儲(chǔ)厚度，tw為熱儲(chǔ)溫度，t0為多年平均氣溫，c為熱儲(chǔ)巖石和水的熱容量，用公式C=ρccc（1-φ）+ρwcwφ計(jì)算，式中ρc為巖石密度，cc為巖石比熱容，φ為巖石孔隙度。

地?zé)豳Y源可開采量是在當(dāng)前開采經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下能夠從熱儲(chǔ)中開采出來的那部分儲(chǔ)量公式為Qwh=QrRe，式中為Re采收率。根據(jù)公式計(jì)算所研究地?zé)豳Y源量結(jié)果見表2。[11]

4 結(jié)論

①所研究16號(hào)溫泉沿著白堊系上統(tǒng)南新組下段（K2n1）砂巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙往地下深部徑流，當(dāng)?shù)叵滤鹘?jīng)到主干斷裂發(fā)育的構(gòu)造裂隙或者次級(jí)斷裂帶時(shí)，形成帶狀裂隙水繼續(xù)向深部滲流進(jìn)行水循環(huán)，在循環(huán)過程中吸收熱源形成帶狀熱儲(chǔ)。主要導(dǎo)熱導(dǎo)水通道為蛇街?jǐn)嗔眩‵1）、白色郎斷裂（F37）、哀牢山斷裂（F42）、紅河斷裂（F45）、貢爺山斷裂（F55）、新街?jǐn)嗔眩‵60）、石埡口斷裂（F61）、長蟲街?jǐn)嗔眩‵62）、回龍山斷裂（F63）等。水溫為70℃，流量22.60L/s，礦化度為600mg/L，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na型。

②熱儲(chǔ)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，通過巍山地?zé)崽餃貥?biāo)計(jì)算值核算該熱儲(chǔ)層溫度為84℃，通過溫泉的成因機(jī)制利用水循環(huán)公式計(jì)算的出所研究溫泉的循環(huán)深度為2.1km。利用熱儲(chǔ)法與天然放熱量計(jì)算公式計(jì)算出了該地?zé)崽锏臒崮転?.776*1014J/a，天然放熱量為1357.68*1010J/a。

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