海南省三亞市海坡地區(qū)熱礦水同位素地球化學特征研究

， ，，永鵬，，

(海南省地質(zhì)調(diào)查院，海南 海口 570206)

三亞海坡是海南島南部沿海地區(qū)旅游業(yè)較為發(fā)達的地區(qū)之一，地熱資源較為豐富[1-3]。海坡位于EW向九所-陵水深大斷裂帶的南端，九所-陵水斷裂帶是海南島大地構(gòu)造南北分野的界線，其切割深度達到地幔，形成了深部熱源儲存和運移的通道。在第三紀上新世晚期，海南島南部地殼下降，海侵擴大，三亞崖城-海坡-藤橋沿線地區(qū)接受沉積，形成了今天的盆地——三亞臺緣拗陷帶[4-5]。在經(jīng)歷了較強烈的構(gòu)造巖漿作用，加之與地熱異常帶相連，使得該區(qū)具有蘊藏地熱資源的有利地質(zhì)條件，形成了沉積盆地型地熱資源。通過近幾十年的水文地質(zhì)勘查工作，已查明在海坡沉積型盆地內(nèi)存在一個長約8km，寬約0.5 km，面積約為3.65 km2的NE向展布的地熱田。在現(xiàn)有的水文地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，進一步較為系統(tǒng)地做了地熱田的同位素化學分析以及熱能潛力評估，為今后海坡地區(qū)溫泉旅游開發(fā)利用提供新的理論依據(jù)。

1 地熱田地質(zhì)背景及水化學特征

海坡地熱田主要分布在EW向九所-陵水深大斷裂帶的南端，從圖1所示可以看出，區(qū)域上穿越交匯著次一級的NE向高峰斷層、NW向抱道斷層和落馬咋斷層、NS向豪刁斷層，且顯示多期活動跡象，形成一定規(guī)模的斷裂破碎帶，它們?yōu)闊岬V水的形成提供了有利的導水通道和儲水空間。工作區(qū)內(nèi)分布F2和F11兩條構(gòu)造破碎帶，鉆孔資料揭露顯示，分布于F2、F11破碎帶附近的鉆孔出水水溫溫度分別高達44.5℃和42℃，可以推測為工作區(qū)內(nèi)的主要控熱構(gòu)造破碎帶。據(jù)該地熱田鉆孔揭露資料，上覆地層主要為第四系煙墩組和新近系望樓港組，基底為三疊紀花崗巖，主要鉆孔揭露出水水溫為38℃～44.5℃，熱礦水主要賦存于花崗巖裂隙破碎帶中，屬中低溫Ⅱ-3型地熱田。

該地熱田中熱礦水的主要化學成分及溫度、pH值、礦化度等列于表1，地下水體系的水化學特征通常與其所處的特定地球化學環(huán)境有關(guān)。地下水在補給、徑流及循環(huán)過程中，往往不同程度地帶入和溶解周圍巖石中的礦物質(zhì)，海坡地熱田的導水儲熱地層巖石為三疊紀富含Na+、Cl-的花崗巖，根據(jù)舒卡列夫分類法，分別對海坡主要鉆孔進行熱礦水化學類型命名，熱礦水化學類型主要為49-A型水，即礦化度不大于1.5 g/L的Cl--Na+型水。綜上所述，該地熱田的主要水化學特征屬于Cl--Na+型熱礦水。

表1 海坡主要鉆孔熱礦水的主要化學成分特征

資料來源：本文及海南省地質(zhì)調(diào)查院(2017)、三亞水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院(2003)

A1：高峰斷裂 A2：抱道斷裂 A3：落馬咋斷裂 A4：豪吊斷裂F2、F11：工作區(qū)內(nèi)推測控熱構(gòu)造破碎帶

圖1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及工作區(qū)熱礦水循環(huán)模式簡圖

2 熱水體系潛在溫度和循環(huán)深度

根據(jù)地熱流體在熱儲溫度下，與礦物達到了化學平衡，且在運移、徑流過程中溫度降低時，這個平衡仍然保持的原理?？蛇x擇如下兩種地熱溫標計算方法估算熱儲溫度[6-9]：

(1)

(2)

同時，熱儲深度計算公式為：

(3)

式中：h為熱儲深度；t1為用地熱溫標計算的熱儲溫度；t0為補給來源水溫度；△t為地熱田地溫梯度。

根據(jù)補給來源水樣測試結(jié)果，水溫取多次測試平均值為25℃。根據(jù)地熱田內(nèi)不同深度熱礦水的測溫資料統(tǒng)計結(jié)果1，得出地溫梯度(△t)平均值約為5℃/100m。

結(jié)合表1的結(jié)果并依據(jù)(1)、(2)和(3)式計算得出海坡地區(qū)地熱田各個鉆孔的熱儲溫度和熱儲深度綜合列于表2。由此可得，利用Mg/K和SiO2兩種不同地熱溫標所計算結(jié)果基本一致，表明該地熱田的水化學體系處于近似平衡狀態(tài)，其熱儲溫度范圍在73.6℃～104.28℃，熱儲深度大致在972～1 585.6 m。據(jù)此推測該地熱田的潛在熱能最高溫度在100℃左右，熱水循環(huán)最大深度在1 580 m左右。

3 同位素示蹤判別水源及其成因

對海坡地熱田不同鉆孔進行抽水試驗，選取其中2個鉆孔進行水樣采集，并送往相關(guān)測試單位進行檢測分析，鉆孔水樣的同位素分析結(jié)果列于表3，與海南島大氣降雨線關(guān)系圖見圖2。

表2 海坡地熱田的熱儲溫度和熱儲深度估算

表3 海坡熱礦水的2H、18O同位素組成

測試單位：國土資源部巖溶地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)督檢測中心

通過表3和圖2可知，海坡地熱田內(nèi)熱礦水的2H、18O穩(wěn)定同位素沿著海南島大氣降雨線及其附近分布，且偏離量較小，這說明了海坡沉積盆地型熱礦水與大氣降雨有密切的親緣性，起源于大氣降雨。利用2H、18O穩(wěn)定同位素計算熱礦水補給高程，確定其主要補給區(qū)域，計算公式如下：

H=H0+(D-D1)/g

(4)

式中：H為地下水補給高程，單位為m；H0為參考高程，單位為m；D為補給水的δD，單位為‰(SMOW)；D1為參考水樣的δD，單位為‰(SMOW)；g為δD隨高程遞減的梯度，單位為‰(SMOW)/100m，我國西南地區(qū)g為-2.5‰/100m。計算結(jié)果見表4。

由計算結(jié)果可知，勘查區(qū)地熱田(區(qū))地熱流體補給高程為498.3～557.2 m。根據(jù)周邊地形地勢、水文地質(zhì)條件等綜合判斷，地熱田地熱流體主要補給區(qū)域位于海坡地區(qū)北部約38 km外的抱龍采伐場-紅坡嶺一帶，九所-陵水深大斷裂帶橫穿該區(qū)域。補給區(qū)山高坡陡，大氣降水形成地表徑流進入河流或通過斷層破碎帶、裂隙發(fā)育帶入滲形成地下水，在向深部徑流循環(huán)過程中經(jīng)圍巖加熱形成熱水，然后沿裂隙或破碎帶徑流排泄進入海坡沉積盆地，賦存于新近系地層及破碎帶巖石中。

圖2 熱礦水δD、δ18O穩(wěn)定同位素與海南島大氣降雨線關(guān)系圖

表4 地熱流體補給高程計算表

4 結(jié)語

通過上述分析，對三亞海坡地熱田熱礦水得出以下結(jié)論：

(1)工作區(qū)區(qū)域上主要受EW向九所-陵水深大斷裂帶、NE向高峰斷層、NW向抱道斷層和落馬咋斷層、NS向豪刁斷層等斷裂的控制，工作區(qū)內(nèi)主要受F2、F11控熱構(gòu)造破碎帶的控制，它們?yōu)楹Ｆ聼岬V水的形成提供了有利的儲熱導水通道和儲水空間，熱礦水主要賦存于花崗巖裂隙破碎帶中，屬中低溫Ⅱ-3型地熱田，地熱田的主要水化學特征屬于Cl--Na+型熱礦水。

(2)利用Mg/K和SiO2兩種不同地熱溫標計算，海坡地熱田的熱儲溫度范圍在73.6～104.28℃，熱儲深度大致在972～1 585.6 m。據(jù)此推測該地熱田的潛在熱能最高溫度在100℃左右，熱水循環(huán)最大深度在1 580 m左右。

(3)海坡地熱田內(nèi)熱礦水的2H、18O穩(wěn)定同位素沿著海南島大氣降雨線及其附近分布，且偏離量較小，說明了海坡沉積盆地型熱礦水與大氣降雨有密切的親緣性，起源于大氣降雨。通過2H、18O同位素計算公式得出地熱田地熱流體補給高程為498.3～557.2 m，地熱田地熱流體主要補給區(qū)域位于海坡地區(qū)北部約38 km外的抱龍采伐場-紅坡嶺一帶，九所-陵水深大斷裂帶橫穿該區(qū)域，與海坡地熱田熱礦水的區(qū)域循環(huán)模式起源一致。