云南蒙自壩區(qū)地熱地質條件及熱儲特征

羅 成，賀 強

(1.中國煤炭地質總局第四水文地質隊，河北 邯鄲 056001； 2.中國煤炭地質總局，北京 豐臺 100040)

0 引言

云南省是我國地熱資源豐富的省份之一，大地熱流值總體趨勢西高東低。蒙自壩區(qū)位于滇東斷陷盆地，是紅河哈尼族彝族自治州首府，也是滇南中心城市核心區(qū)。本文對蒙自地熱的研究和開發(fā)將會對蒙自市旅游經濟發(fā)展起到助力作用，同時彌補該區(qū)深部地熱空白。

據(jù)調查，研究區(qū)內未見溫泉出露。在研究區(qū)外的倘甸、開遠地區(qū)沿構造帶附近有熱泉出露，出露層位為三疊系中統(tǒng)個舊組一段(T2g1)，泉水溫度24～50℃，流量100～300m3/d，大部為F型熱礦水，但這些溫泉沒有系統(tǒng)地、有規(guī)劃地開發(fā)利用。

1 區(qū)域地質背景

1.1 構造

蒙自壩區(qū)位于蒙自-屏邊斷裂及通海-個舊斷裂的交匯帶(圖1)，屬于華南褶皺系(Ⅱ)滇南褶皺帶文山-富寧褶皺束的薄竹山淺褶構造體系。其中通海-個舊斷裂帶分布壩區(qū)西部，為一系列向南突出的弧形斷裂，即云南“山”字型構造的前弧地帶，也是研究區(qū)主要區(qū)域性斷裂。蒙自-屏邊斷裂北西向穿越研究區(qū)，具雙重性深大斷裂；據(jù)前人資料，該斷裂受喜馬拉雅山造山運動影響，主要表現(xiàn)為剪性走滑斷裂特征，薄竹山褶皺三疊紀時期為一隆起，為拱褶構造單元。各體系構造運動強烈，均具有繼承和多期復合的特點。

1.2 地層

本區(qū)地層由老至新依次有：元古界(Pt)，古生界寒武系(∈)、奧陶系(O)、泥盆系(D)、石炭系(C)、二疊系(P)，中生界三疊系(T)，新生界新近系(N)和第四系(Q)。其中，壩區(qū)內沉積厚度較大的新近系含煤地層未進行開采。壩區(qū)周邊大面積出露三疊系中統(tǒng)個舊組(T2g)，巖性為厚層狀灰、灰白色石灰?guī)r；局部出露下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組厚層狀灰黑色石灰?guī)r、白云質灰?guī)r。

圖1 區(qū)域地質Figure 1 Regional geological map

1.3 水文地質

1.3.1 含水層

區(qū)內含水層劃分為松散巖類孔隙裂隙含水層、碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層兩大類。

1)松散巖類孔隙裂隙含水層。主要由洪積-湖積鈣華層、砂卵石、砂礫石等組成，結構松散，孔隙較發(fā)育，賦存孔隙潛水，單位涌水量0.132～0.938L/(s·m)，富水性中等。

2)碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層，包括三疊系中統(tǒng)個舊組巖溶裂隙承壓含水層、下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組巖溶裂隙承壓含水層。個舊組巖溶裂隙承壓含水層由中厚層狀細晶石灰?guī)r組成，地表大面積出露，且沉積厚度大，巖溶強烈發(fā)育，局部地區(qū)形成暗河，單位涌水量0.149～0.162 L/(s·m)，富水性中等，排泄區(qū)地段富水性較強，水化學類型HCO3-Ca型。下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組巖溶裂隙承壓含水層由灰黑色、厚層狀微晶石灰?guī)r、白云質灰?guī)r組成，地表局部出露，巖溶發(fā)育，表現(xiàn)形式為巖溶洼地、巖溶漏斗等巖溶景觀，富水性中等，水化學類型HCO3-Ca型。

1.3.2 隔水層

區(qū)內主要隔水層為新近系(N)，巖性由泥巖、鈣質泥巖夾煤層及砂礫石層組成，巖層整體結構致密、透水性差，沉積穩(wěn)定，厚度350～100m，具有隔水保溫性強的特點。

2 地熱地質條件分析

2.1 地熱異常的基本情況

據(jù)云南熱流分布概況分析，研究區(qū)屬于滇東南右江塊隆低熱流區(qū)，熱流值大多<50mW/m2，相對穩(wěn)定。但研究區(qū)西部通海-個舊斷裂帶附近有溫泉出露，熱水來自深層地下熱水，經測算，地溫梯度值>3℃/100m，屬非正常地熱增溫率。

2.2 熱儲層

2017年1月～7月，中國煤炭地質總局第四水文地質隊在研究區(qū)施工了探采井，將研究區(qū)劃分為兩個熱儲層。第一熱儲層段：個舊組一段(T2g1)灰白色石灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育，鉆進中出現(xiàn)全井漏失，最大漏失量10m3/h左右，埋藏深度2 085～2 237m，厚度152m，熱水溫度48.5～51.7℃。第二熱儲層段：永寧鎮(zhèn)組(T1y)，灰黑色石灰?guī)r，埋藏深度2 245～2 893m，厚度648m，熱水溫度51.9～62.8℃，為主要熱儲含水層。

主要熱儲層由一套灰-灰黑色厚層狀石灰?guī)r組成，巖溶裂隙發(fā)育。據(jù)抽水試驗資料，井口出水溫度47.5℃，單位涌水量0.162～0.1789L/(s·m)。計算熱導率平均3.023W/(m·k)，地熱增溫率2.1℃/100m。

2017年8月，水樣在云南地質工程勘察設計研究院測試研究所檢測：水化學類型為HCO3—Ca型，pH值7.5～7.8，礦化度520～560mg/L，總硬度為240.53～262.37mg/L，氟含量1.50～1.68 mg/L，達到醫(yī)療價值濃度標準，鍶離子含量9.28～10.89mg/L，為良好的理療鍶型熱礦水。

2.3 蓋層

根據(jù)勘探資料，區(qū)內沉積有厚度大的新近系(N)泥巖、鈣質泥巖夾煤層，厚度約706.20m，施工過程中沖洗液消耗量不明顯，僅0.1～0.2m3/h，透水性差，具有相對隔水和保溫作用，為良好熱儲蓋層。

2.4 導熱通道

蒙自壩區(qū)周邊斷裂構造十分發(fā)育，研究區(qū)主要控熱構造主要有蒙自-屏邊斷裂、通海-個舊斷裂。壩區(qū)東部蒙自-屏邊斷裂規(guī)模較大，長約70km，影響帶5～10m，傾向SW，傾角40°～60°，且具有雙重性，對溝通深部熱源起到了至關重要的作用；西部發(fā)育通海-個舊構造斷裂帶，長約100km，斷裂活動性較強，導致次生斷裂十分發(fā)育，由于受后期多次構造運動的影響，反復繼承和復活，具有多期活動特征，既溝通了深部熱源，也為地下水深循環(huán)并在沿途吸收深部傳導上來的熱量，然后在水壓差、密度差作用下向上運移提供了必要的通道，起到了導熱導水的作用。

3 地熱系統(tǒng)成因模式

3.1 熱源

從大地構造角度分析，研究區(qū)屬于華南褶皺系(Ⅱ)滇南褶皺帶文山-富寧褶皺束的薄竹山淺褶構造體系。鉆井資料顯示，壩區(qū)內地層主要為碎屑巖、碳酸鹽巖，蓋層段井深320～1 500m，地熱增溫率1.1℃/100m；1 500～2 000m，地熱增溫率(1.0～1.5)℃/100m；熱儲層段井深2 000～3 000m，地熱增溫率(1.2～2.1)℃/100m。研究區(qū)地熱增溫率隨地層的埋深增大而增大，隨熱儲層段富水性的增強而減小。

分析認為，本區(qū)地熱源通過構造控制來自地球轉運熱，作為地球內部主導熱源。研究區(qū)兩側大氣降水分別沿蒙自-屏邊斷裂、通海-個舊斷裂以及斷裂影響帶入滲補給，順構造影響形成溶隙裂隙通道由上而下，向深部緩慢徑流并不斷吸取周圍巖體熱量加熱，依靠正常的地熱增溫對巖溶水加熱，從而形成熱水，且上覆巨厚的新近系蓋層起到保溫隔熱作用。

3.2 成因模式

蒙自壩區(qū)地熱系統(tǒng)的成因模式可概括為：大氣降水在壩區(qū)東、西部山區(qū)碳酸鹽巖巖溶含水層補給區(qū)向下入滲，以垂直滲流或水平徑流側向補給以及部分越流形式向壩區(qū)方向運移進入熱田，在東、西部蒙自-屏邊斷裂及通海-個舊斷裂破碎帶深部熱源作用，地下水深部熱交換，隨循環(huán)深度增大而不斷從巖石中獲取熱量逐步加熱，形成中低溫對流型熱水。熱水在封閉的三疊系個舊組一段(T2g1)、永寧鎮(zhèn)組(T1y)含水層溶隙中進行水平、垂向運動。研究區(qū)內熱儲含水層地下水總體由南向北徑流(圖2)。

4 地熱能的開發(fā)利用及保護

4.1 熱水開發(fā)對地質環(huán)境影響

經調查，研究區(qū)內未發(fā)生過地質災害。結合該區(qū)地質地貌條件和地下水開發(fā)利用情況，認為當開采熱水深度達2 000m時，地質環(huán)境受地熱井開采的影響較小。

4.2 熱廢水排放對環(huán)境影響

探采井出水溫度47.5℃，通過輸水管道及利用系統(tǒng)后，如洗浴，棄水溫度一般不高于35℃，棄水排放至地下管道和其它污水混流，從而達到了降低溫度的效果，因此余熱對環(huán)境不會造成明顯影響。

經水質檢測，探采井水質各項指標檢測值均小于允許排放標準，棄水排放不會對環(huán)境產生不良影響。

4.3 地下熱水保護

地熱資源為新型清潔環(huán)保能源，具有投資少，見效快的特點，但也屬于消耗型能源，因此，在開發(fā)利用過程中應有計劃、有限制地開采，合理布局，同時做好水位、水溫監(jiān)測工作，要遵循“開源與節(jié)流并舉”和“開發(fā)與保護并舉”的方針，避免開采量過大造成水位下降過快，以致縮短水井使用壽命，建議其尾水在進行適當處理后可用于養(yǎng)殖、種植等方面。

5 結論

1)蒙自壩區(qū)地熱為中低溫對流型地熱系統(tǒng)。壩區(qū)內三疊系碳酸鹽巖巖溶含水層蘊藏豐富中低溫地熱資源，氟含量較高， 達到具有醫(yī)療價值濃度，且地下水中礦物質鍶含量較高，為鍶型熱礦水。

2)對蒙自壩區(qū)地熱研究將對蒙自市經濟發(fā)展產生巨大經濟效益及社會效益，地熱資源雖屬可再生資源，在開發(fā)利用過程中也應有科學規(guī)劃，合理適度開采。

圖2 蒙自壩區(qū)地熱成因模式Figure 2 Mengzi basin area geothermal genetic model

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