康定小熱水地區(qū)山區(qū)斷裂破碎帶地?zé)豳Y源勘查與評價

張志剛 李郡 田自浩

摘要 以康定市小熱水地區(qū)為例， 基于區(qū)域地層和地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，采用溫泉點(diǎn)調(diào)查、大地電磁測深、鉆探以及水文地質(zhì)測試、放噴實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段，初步查明了研究區(qū)的溫泉賦存規(guī)律、斷裂構(gòu)造延展形態(tài)，分析了熱源特征、地?zé)崴畬咏Y(jié)構(gòu)及補(bǔ)徑排特征，最后評價區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源開采潛力和允許開采量，可以為類似山區(qū)地?zé)豳Y源勘查與開發(fā)工作提供有益的參考。

關(guān) 鍵 詞 小熱水地區(qū);斷裂破碎帶;熱源特征;允許開采量

中圖分類號 TU83? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

Abstract Taking the mountainous areas of Xiaoreshui， Kangding as an example ， based on regional stratigraphy and geological structures， a series of technical investigations including hot spring spot investigation， magnetotelluric sounding test， drilling test， hydrogeological test and discharge experiments were performed to ascertain the occurrence regularity of hot springs and extension forms of shattered fracture structures， to analyze the characteristics of heat sources and structures and distributions of geothermal water aquifers， and to evaluate the exploration potential of the allowable production amount of geothermal resources. The present work can provide useful references for exploration and application of geothermal resources in similar mountainous areas.

Key words Xiaoreshui region; shattered fractures zone; heat source characteristics; allowable production amount

0 前言

地?zé)崾翘N(yùn)藏于地下的重要地質(zhì)資源，它通過水熱活動以熱水或水汽形式埋藏于地下或出露地表。地?zé)嶙鳛榫G色能源，日漸得到廣泛應(yīng)用，特別是在旅游、理療和采暖供熱等方面得到較廣泛利用。是繼煤、石油之后又一發(fā)展前景極為廣闊的能源，與傳統(tǒng)能源相比，地?zé)崮軆Υ嬗诘叵?，不受氣候條件影響，是一種潔凈的能源。在世界日益重視環(huán)保發(fā)展的今天，地?zé)崮芟鄬τ谄渌稍偕茉淳哂懈蟮陌l(fā)展?jié)摿涂臻g[1]。

山區(qū)地?zé)豳Y源的賦存與構(gòu)造有著緊密的聯(lián)系，研究山區(qū)地?zé)崴某梢驒C(jī)理，補(bǔ)徑排條件，對于地?zé)豳Y源的開發(fā)利用具有重要意義。本文以四川省康定市小熱水地區(qū)為例，通過技術(shù)勘查手段，研究山區(qū)地?zé)岢梢驒C(jī)理與熱源特征，旨在為山區(qū)地?zé)豳Y源勘查與開發(fā)工作提供一定的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

位于四川省甘孜州康定市爐城鎮(zhèn)小熱水地?zé)釁^(qū)，縣城以南188°方位，沿新興公路由北至南約5 km，面積約1.3 km2。

1.1 地形地貌

地處川西橫斷山脈的大雪山中段，地貌上屬于貢嘎山構(gòu)造強(qiáng)烈侵蝕極高山區(qū)。坡陡、谷深是主要地貌特征。該工作區(qū)一帶處于峽谷區(qū)與西部高原的過渡帶，位于大渡河上游支流榆林河河谷地帶，一般海拔約2 800～3 400 m，地勢總體南高北低，海拔最高處位于測區(qū)東面，高程4 290 m。

1.2 氣象水文

地處青藏高原東部，屬半濕潤季風(fēng)高原型氣候，其特點(diǎn)是冬季干冷晴天多，夏季溫涼雨水集中，四季不甚分明，干濕較為明顯。冬半年（11—4月）受西風(fēng)帶青藏高原干冷氣流控制，降水稀少，干燥度大，晝夜溫差大，日照強(qiáng)，多晴天和大風(fēng)，大陸性氣候顯著;下半年（5—10月）受印度洋西南季風(fēng)和太平洋東南季風(fēng)制約，溫涼多雨，降水集中，濕潤多雨無酷暑，以溫濕氣候?yàn)橹饕攸c(diǎn)。在3—4月與10月前后的季節(jié)轉(zhuǎn)換期，高山區(qū)常出現(xiàn)大雪天氣過程。據(jù)康定氣象站資料，城區(qū)年平均溫度7.1 ℃，極端高溫28.9 ℃，極端低溫-14.7 ℃。年均降雨量795.0 mm，年均日照1 735 h。年均無霜期181 d，年均霧日14 d，年均雨日50 d，年均降雪40 d。

1.3 區(qū)域地質(zhì)概況

處于青藏緬印尼“歹字型”構(gòu)造體系的頭部與中部過地段東緣、鮮水河斷裂帶東段—北西向構(gòu)造中，主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造。主要斷裂有康定—磨西斷裂（F1）、榆林河斷裂（F2）、白楊灣斷裂（F3）和轉(zhuǎn)經(jīng)輪溝斷裂（F5）。區(qū)域上位于松潘—甘孜褶皺系與揚(yáng)子準(zhǔn)臺地的龍門山斷裂結(jié)合部位，構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動頻繁，地?zé)犸@示較好。工作區(qū)內(nèi)分布的地層主要為二疊系變質(zhì)巖和第四系地層。二疊系變質(zhì)巖主要巖性為板巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、片巖、結(jié)晶大理巖夾變質(zhì)礫巖。第四系松散堆積層主要為砂、礫石與卵石。

2 勘查工作方法

本次勘查采用的工作方法主要包括：溫泉點(diǎn)調(diào)查（4處）、大地電磁測深（4條）、鉆探孔（5眼）、放噴試驗(yàn)（5組）、地?zé)崃黧w測試及溫度監(jiān)測等。圖1給出了勘查工作圖，其中工作方法原理及描述參見文獻(xiàn)[1]，此處不再贅述。

3 結(jié)果與討論

3.1 溫泉點(diǎn)調(diào)查結(jié)果

區(qū)域上分布于老榆林附近的溫泉群主要位于榆林河的谷底，出露有4處泉與泉群，均為多泉組成的泉群。6號位于河漫灘，5號、9號、10號泉，位于I級階地前緣與河漫灘的接合部。5號泉是泉眼最多的群泉，包括水溫最高的泉在內(nèi)的26個泉眼，沿河岸的88 m × 35 m的范圍內(nèi)，2個泉從石英片巖裂隙中溢出，14個泉從Ⅰ級階地前緣沖洪積層溢出，10個泉位于河漫灘中。雖呈散漫泉群產(chǎn)狀，在空間分布仍然具備一定的規(guī)律性，在該區(qū)的二疊系下段和上段為熱含水層，二疊系下段分布區(qū)內(nèi)組成拔河15 m以下的下泉水帶和拔河100 m左右的上泉水帶，以及沿榆林河斷裂的谷地泉水帶。泉域內(nèi)溫泉產(chǎn)出的詳細(xì)情況見表1。

3.2 大地電磁測深

圖2和圖3分別給出了縱測線和橫測線的ρs剖面圖?？梢钥闯?，在測區(qū)范圍內(nèi)存在與底部貫通的斷裂破碎帶F1、F2、F3，局部小構(gòu)造較多[2]?？傮w來看，測區(qū)范圍內(nèi)巖體在淺部700 m深度內(nèi)裂隙比較發(fā)育、破碎、軟弱，各剖面均存在向深部延伸的斷裂破碎帶[3]。

3.3 鉆探

根據(jù)鉆孔巖芯編錄揭露地層情況（表2）及測溫實(shí)驗(yàn)（圖4），揭露的地層巖性及熱儲層埋藏條件情況分述如下：

ZK1井井深248.3 m，0～38.4 m為第四系亞砂土及亞粘土夾基巖角礫，38.4～43.5 m為變質(zhì)砂巖，43.5～170.6 m為蝕變花崗巖，中部夾石英花崗巖，170.6～200.3 m為花崗巖，200.3～248.3 m為斜長花崗巖。其中0～160 m為熱儲蓋層，160～230 m為富水性較好的熱儲層。

ZK2井井深221.4 m，0～38.5 m為第四系坡積物，38.5～41.8 m為花崗閃長巖，41.8～48.2 m為蝕變混合巖，48.2～221.4 m為硅化花崗巖，富水性良好，其中0～68 m為淺層熱儲蓋層，68～170 m為中溫?zé)醿樱?70 m以下為高溫?zé)醿印?/p>

ZK3井井深220 m，0～5.8 m為第四系粘性土夾塊碎卵石，5.8～220 m，由上至下分別為花崗巖、混合巖、石英巖、片巖、板巖、變質(zhì)石英砂巖，其中變質(zhì)石英砂巖地層為熱儲層。

ZK4井井深305.35 m，0～12 m為第四系粘性土夾塊碎卵石，12～305.35 m，由上至下分別為花崗巖、混合巖、石英巖、片巖、板巖、變質(zhì)石英砂巖，其中變質(zhì)石英砂巖地層為熱儲層。

ZK5井井深109.15 m，0～8 m為第四系粘性土夾塊碎卵石， 8～109.15 m，由上至下分別為花崗巖、混合巖、石英巖、片巖、板巖、變質(zhì)石英砂巖，其中變質(zhì)石英砂巖地層為熱儲層。

3.4 放噴試驗(yàn)

對施工的5眼鉆井分別進(jìn)行了單井放噴試驗(yàn)（表3），井口壓力為1.7 kg/cm2、1.0 kg/cm2、0.5 kg/cm2，除ZK1井是間歇噴發(fā)外，均為直接持續(xù)噴發(fā)，試驗(yàn)所得的涌水量為汽水混合量。據(jù)試驗(yàn)資料ZK1井平均20 min左右噴1次，持續(xù)約20 min，涌水量達(dá)36 m3，水頭降深最大達(dá)到18.6 m，平均涌水量約為50 m3/h。其它各井直噴，涌水量較大，溫度較高，最高井口溫度達(dá)到124 ℃。通過試驗(yàn)表明了熱礦水含水層的壓力傳遞快、水動力場穩(wěn)定、補(bǔ)給條件較好、水量豐富，是具可開發(fā)利用的熱礦水資源。

3.5 熱源特征

研究區(qū)位于斷裂破碎帶上，勘查區(qū)地?zé)崴疁馗咔覄討B(tài)穩(wěn)定（多數(shù)泉年變化僅1～5 ℃，平均年變率亦僅8%），流量變化很?。ㄆ骄曜兟?9%）且與降水不同步，說明源于深循環(huán)熱水。且工作區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型為HCO3·Cl—Na型水，其中Cl的含量較高，平均值亦達(dá)249 mg/L。榆林宮及其附近地區(qū)不存在含鹽地層，應(yīng)是地下水深循環(huán)交互作用所致。根據(jù)地質(zhì)條件與水文地球化學(xué)特征，地?zé)崴男纬蓴嗔哑饹Q定性作用，滲入地下含水層的常溫水在補(bǔ)給區(qū)向下經(jīng)過深循環(huán)，與火成巖交替作用強(qiáng)烈，從熱源獲取熱能增溫并集聚于熱儲，致使地下水在經(jīng)過深部熱循環(huán)后變成溫度較高的地?zé)崴?。由于斷裂的阻水作用，地?zé)崴財嗔焉嫌浚谄扑閹幰匀ㄈ海┑男问匠雎兜乇韀4]。

3.6 地?zé)崴畬咏Y(jié)構(gòu)

3.6.1 從泉（泉群）分布分析

區(qū)內(nèi)的熱泉雖然呈散漫狀泉群產(chǎn)狀，但它們的空間分布有著明顯的規(guī)律性：在榆林河右岸的二疊系Ⅰ段分布區(qū)內(nèi)組成拔河15 m以下的下泉水帶和拔河100 m左右的上泉水帶，以及沿榆林河斷裂的谷地泉水帶。顯示主含熱水層的存在。

處在P11-2石英片巖與變質(zhì)石英砂巖層出露區(qū)間內(nèi)的5號、6號、9號、10號泉群。其中5號泉群的2個泉（水溫54 ℃、58 ℃）直接從石英片巖中以裂隙孔隙水涌出，在片理（產(chǎn)狀91∠87—281∠78）與一組十分發(fā)育的節(jié)理（產(chǎn)狀139∠49）的交叉點(diǎn)有自然硫（1～3 cm的集合體）析出，顯示P11-2層為含熱水層位。下泉水帶的各泉系該含熱水層透過上覆全新統(tǒng)礫石層而形成;在弱透水的下全新統(tǒng)沖洪積層溢出的水溫較高，如5～1號、9～l號泉，在含冷水的中上全新統(tǒng)沖積層溢出的水溫較低而流量較大，如5～2號、5～3號、5～4號、6號、9～2號、9～3號泉。此含熱水層的厚度約30～50 m，以P11-1板巖、千枚巖為下熱隔水層，P11-3板巖、千枚巖為上隔熱水層。

3.6.2 從鉆井揭露地層分析

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料和爐城鎮(zhèn)小熱水地?zé)徙@井地質(zhì)編錄、鉆井水文地質(zhì)檢測資料可以看出，爐城鎮(zhèn)小熱水地?zé)嶂饕x存于蝕變花崗巖、硅化花崗巖、花崗巖及變質(zhì)石英砂巖巖層中的裂隙中，熱儲層厚度約70～153 m，熱儲層巖性致密，但比較破碎，強(qiáng)度較低，線性裂隙率在10條/m以上。熱儲頂部蓋層巖性為第四系地層、蝕變混合巖、花崗閃長巖、蝕變花崗巖，厚度約68～160 m，

3.7 地?zé)崴a(bǔ)徑排系統(tǒng)

該區(qū)地?zé)崴难a(bǔ)給受斷裂破碎帶的影響較大，由于斷裂帶的阻水作用，只在斷裂帶的右岸形成地下水的補(bǔ)給場所。據(jù)區(qū)域地形、水系與水文地質(zhì)條件分析，主要補(bǔ)給區(qū)處在跑馬山西坡，以大小黑海子南分水嶺為北界，蛇海子山一白海子山為東界，雪門坎分水嶺為南界（含小溝流域），榆林河為西界，面積105 km2。補(bǔ)給來源主要是來自大氣降水入滲與包括冰川融水的地表水的滲漏，降水是含水層補(bǔ)給的基本來源?？刀āノ鲾嗔炎员倍蠙M切跑馬山西坡所形成的斷陷洼地與槽地，攔截了相當(dāng)部分的地面徑流，通過一系列的積水洼地（斷陷湖）沿斷裂帶滲漏，轉(zhuǎn)經(jīng)輪溝、黑海子溝、連山海子溝等常年性流量的大部都直接以斷裂滲漏的方式補(bǔ)給地下含水層。這也表明，康定一磨西斷裂是深循環(huán)水的主要導(dǎo)水通道。除區(qū)內(nèi)的垂直淺層補(bǔ)給外，還可能存在著沿控制性斷裂帶的更大區(qū)域深部水平循環(huán)水的補(bǔ)給作用[4]。還要指出，地?zé)崴畢^(qū)周邊高海拔區(qū)發(fā)育的約1 km2體積的現(xiàn)代冰川，以源于冰川區(qū)的水系通過熱儲巖體斷裂系統(tǒng)補(bǔ)給地下含水層，在穩(wěn)定深循環(huán)水的補(bǔ)給量上有著至關(guān)重要的作用。

本區(qū)含水層從補(bǔ)給區(qū)與得到降水與地表水的滲入補(bǔ)給，通過巖層裂隙及斷裂，與深部熱流體發(fā)生交換對流，而當(dāng)封存儲熱體的蓋層，二疊系巖層與弱透水的第四系，受到榆林河谷切割與龍頭溝斷裂、轉(zhuǎn)經(jīng)輪溝斷裂、白楊灣斷裂的破壞，致使地下熱礦水外泄形成帶狀地?zé)崛?。康定—磨西斷裂與榆林河斷裂的南北端，也是地表水下行補(bǔ)給的通道，對地?zé)崴纳钛h(huán)也有一定的補(bǔ)給。同時，榆林河斷裂的中段還是熱礦水的排泄通道。

3.8 地?zé)崴牡厍蚧瘜W(xué)特征

物理特征：根據(jù)鉆井與泉水的水質(zhì)分析結(jié)果工作區(qū)的地?zé)崴畬儆谝愿邿崛獮橹鞯幕旌闲腿?。絕大多數(shù)平均水溫在22～85 ℃之間，屬高熱水。酸堿度類型：屬于中性與弱堿性為主，包括弱酸性的多類型泉群。硬度類型：屬于微硬、軟為主和極硬、極軟多類型泉群。色與渾濁度：地?zé)崴鶡o色透明。色度為0，混濁度小于5。臭：多且有硫化氫臭。味：多有微咸與微酸甜味。

化學(xué)特征：經(jīng)過對研究區(qū)各井地?zé)崴|(zhì)分析報告分析比較，工作區(qū)水化學(xué)類型為HCO3·Cl—Na型水，其中Na+離子毫克當(dāng)量百分比最大達(dá)93.6%，HCO3-離子毫克當(dāng)量百分比達(dá)55.7%，Cl -離子毫克當(dāng)量百分比達(dá)44.2%，溶解性總固體2 263.6～2 482.5 mg/L，pH值6.8～8.0，屬中性-弱堿性水，總硬度185.2 mg/L（以CaCO3計）。根據(jù)測試結(jié)果顯示，地?zé)崴畬儆谝灾靥妓徕c為主的重碳酸鹽型水。地?zé)崴疁囟容^高，含有多種腐蝕性化學(xué)組分，對地?zé)崂玫脑O(shè)備和管材產(chǎn)生不同程度的腐蝕破壞作用，本區(qū)地?zé)崴g性評價結(jié)果為非腐蝕性水，結(jié)垢性評價結(jié)果為鍋垢多的水[5]。

4 地?zé)豳Y源潛力評價

4.1 開采水量

根據(jù)群孔同時放噴試驗(yàn)測試的數(shù)據(jù)及Q/t曲線，各個鉆井的穩(wěn)定最大涌水量即開采水量如下： ZK1井每日排放量為1 080 m3/d，ZK2井每日排放量為4 512 m3/d，ZK3井每日排放量為1 152 m3/d，ZK4井每日排放量為1 680 m3/d，ZK5井每日排放量為5 760 m3/d。則勘查區(qū)每日的允許開采量為13 524 m3。

4.2 開采熱能估算

井孔開采熱水每日所排放的熱量，計算公式為

式中：[Qw]為熱水井開采期間所排放的熱量（kJ/d）;Q為熱水井開采量（m3/d），按允許開采量;[Cw]為熱水平均熱容量（J/（kg·℃）），水的比熱C = 4.186 8 kJ/（kg·℃），密度ρ = 1×103 kg/m3;則[Cw]= C × ρ = 4 186.8 kJ/ （m3·℃）;[tw]為熱礦水井口溫度（℃）;[t0]取值25 ℃[6]。

由上式算得勘查區(qū)各井每日排放的熱量為：

ZK1井：[Qw]= 1 080 × 4 186.8 × （70 - 7.1） = 2.84 × 108 kJ/d，相當(dāng)于9.70 t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量，折合成79 005 kWh的電能，折合成熱能為3 291.87 kW。

ZK2井：[Qw]= 3 552 × 4 186.8×（124 - 7.1）= 17.38 × 108 kJ/d，相當(dāng)于59.32 t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量，折合成482 911 kWh的電能，折合成熱能為20 121.30 kW。

ZK3井：[Qw]= 1 152 × 4 186.8×（118 - 7.1）= 5.35 × 108 kJ/d，相當(dāng)于18.25 t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量，折合成148 581 kWh的電能，折合成熱能為6 190.88 kW。

ZK4井：[Qw]= 1 680 × 4 186.8 × （124 - 7.1） = 8.22 × 108 kJ/d，相當(dāng)于28.06 t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量，折合成228 403 kWh的電能，折合成熱能為9 516.83 kW。

ZK5井：[Qw]= 5 760 × 4 186.8 × （118-7.1） = 26.74 × 108 kJ/d，相當(dāng)于91.25 t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量，折合成742 905 kWh的電能，折合成熱能為30 954.41 kW。

則研究區(qū)內(nèi)每日開采的熱資源量為[Qw總]=60.55×108 kJ/d，相當(dāng)于206.58 t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量，折合成1.68×106 kWh的電能，折合成熱能為70.08 MW[7]。

5 結(jié)論

1）本研究區(qū)域位于構(gòu)造破碎帶，地貌上屬于構(gòu)造強(qiáng)烈侵蝕高山區(qū)，地層分布主要為二疊系變質(zhì)巖和第四系地層。區(qū)內(nèi)構(gòu)造特征主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造，主要斷裂有康定—磨西斷裂、榆林河斷裂、白楊灣斷裂、龍頭溝斷裂和轉(zhuǎn)經(jīng)輪溝斷裂。斷裂構(gòu)造發(fā)育為地?zé)崴男纬商峁┝擞辛Φ臈l件，也是地?zé)崴a(bǔ)徑排的通道和主要場所。

2）探采井均為間噴或直噴，井口工作壓力1.4～1.7 kg/cm2，井口出水溫度除ZK1井較低為70 ℃，其它均在118～124℃，水溫較高。熱儲層巖性花崗巖及變質(zhì)石英砂巖，熱儲層厚度約70～153 m，熱儲頂部蓋層巖性為第四系地層、蝕變混合巖、花崗閃長巖、蝕變花崗巖，厚度約68～160 m。

3）根據(jù)鉆井放噴試驗(yàn)結(jié)果計算，研究區(qū)允許開采水量為13 224 m3/d，折合成熱能為70.08 MW，相當(dāng)于1.68×106 kWh的電能或206.58 t標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量。地?zé)釡囟容^高，建充分發(fā)揮地?zé)豳Y源優(yōu)勢，進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電。

參考文獻(xiàn)：

[1]? ? 張志剛，蘇永強(qiáng)，田自浩. 四川省康定市爐城鎮(zhèn)小熱水、駟馬橋地?zé)峥辈閳蟾鎇R]. 衡水：河北省地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì)，2011.

[2]? ? 康定市爐城鎮(zhèn)小熱水礦區(qū)音頻大地電磁法（AMT）勘探報告[R]. 成都：四川省地礦局物探隊(duì)，2010.

[3]? ? 武斌，曹俊興，鄒俊，等. 音頻大地電磁測深法在康定小熱水地?zé)峥辈檠芯恐袘?yīng)用[J]. 物探化探計算技術(shù)，2011，33（5）：507-510.

[4]? ? 劉艷明. 四川省康定縣駟馬橋—小熱水地區(qū)地?zé)岢梢蜓芯縖D]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2011.

[5]? ? 韋梅華，田廷山，孫燕冬，等. 四川省康定地區(qū)地?zé)崴Y(jié)垢趨勢分析[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，39（5）：132-138.

[6]? ? 藺文靜，劉志明，王婉麗，等. 中國地?zé)豳Y源及其潛力評估[J]. 中國地質(zhì)，2013，40（1）：312-321.

[7]? ? 劉紅戰(zhàn)，張小凌，姚明波，等. 云南石林盆地地?zé)岬刭|(zhì)特征及成因分析[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，37（1）：69-74.

[責(zé)任編輯 田 豐]