郴州地?zé)崽锏責(zé)釡貥?biāo)的選取和熱儲溫度估算

孫楊艷， 劉聲凱， 景營利

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一六隊(duì)， 湖南 株洲 412000)

目前確定地?zé)崽餆醿訙囟瘸Ｓ玫牡責(zé)釡貥?biāo)方法有很多，主要為陽離子溫標(biāo)、SiO2溫標(biāo)、同位素溫標(biāo)和化學(xué)熱力學(xué)溫標(biāo)。其基本原理是，深部熱儲中的流體與礦物之間達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)后，在熱水上升的過程中，雖然溫度下降，但熱水的化學(xué)成分含量幾乎未發(fā)生變化，故可用化學(xué)反應(yīng)平衡溫度來估算地?zé)醿Φ臏囟?。然而在大部分情況下，地下熱水在上升過程中與淺部冷水很有可能發(fā)生混合作用或可能的化學(xué)反應(yīng)，一些作為地?zé)釡貥?biāo)的化學(xué)成分的含量發(fā)生了改變，并不是熱儲層中的平衡狀態(tài)[1]。因此，有必要先研究熱水和礦物的平衡狀態(tài)，然后選擇合適的溫標(biāo)計(jì)算方法。

1 郴州地?zé)崽锏責(zé)岣攀?/h2>

郴州地?zé)崽镂挥诤鲜〕恢菔袇^(qū)北部，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，地?zé)豳Y源豐富。該地?zé)崽镌趨^(qū)域位于華南褶皺系贛湘桂粵褶皺帶的鸞頭嶺—煙崗嶺復(fù)式背斜北段，以北東向規(guī)模最大，北北東向次之。全區(qū)褶皺、斷裂構(gòu)造相當(dāng)發(fā)育，在密集區(qū)每200～300 m就有一條斷層發(fā)育。

郴州地?zé)崽锉睎|部的許家洞地?zé)釅K段出露的熱水溫度為49.8～52.0 ℃，揭露熱水含水層頂板埋深在279.25～311.13 m，標(biāo)高+32.06～+54.78 m，水位埋深146.75～158.17 m；南西部下湄橋地?zé)釅K段出露溫度為34.6～35.6 ℃，揭露含水層頂板埋深在248.75～404.36 m，標(biāo)高-327.76～-79.83 m，水位埋深2.41～5.08 m。兩個(gè)地?zé)釅K段之間相距約5 km(見圖1)[2]。本文通過研究幾種地?zé)釡貥?biāo)法的適宜性并選擇合適的地?zé)釡貥?biāo)公式計(jì)算郴州地?zé)崽锏臒醿囟?，為該區(qū)域地?zé)豳Y源潛力研究和開發(fā)利用規(guī)劃提供依據(jù)。

圖1 郴州地?zé)崽飬^(qū)域構(gòu)造圖

2 常用地?zé)釡貥?biāo)方法及應(yīng)用條件

本研究對《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)中的幾種常用地?zé)釡貥?biāo)方法作初步分析研究和適用選取[3]。

2.1 SiO2地?zé)釡貥?biāo)(無蒸汽損失的石英溫標(biāo))

熱水中的SiO2是由熱水溶解石英所形成,熱水在其達(dá)到取樣點(diǎn)(泉口或井口)時(shí)沒有沸騰：

熱儲溫度t=1 309/(5.19-lgCSiO2C1)- 273.15

(1)

式(1)中：CSiO2為水中溶解的SiO2質(zhì)量濃度，mg/L。

2.2 K-Mg地?zé)釡貥?biāo)

熱儲溫度t=4 410/(13.95-lg(CK/CMg))- 273.15

(2)

式(2)中：CK、CMg分別為水中鉀、鎂離子的質(zhì)量濃度，mg/L。

2.3 K-Na地?zé)釡貥?biāo)

熱儲溫度t=933/(lg(CNa/CK)+ 0.933)-273.15

(3)

式(3)中：CNa、CK分別為水中鈉、鉀離子的質(zhì)量濃度，mg/L。

3 地?zé)釡貥?biāo)的選取和計(jì)算

3.1 不同地?zé)釡貥?biāo)方法計(jì)算

對郴州許家洞—下湄橋地區(qū)地?zé)徙@孔的熱水水樣均進(jìn)行了水質(zhì)測試，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 郴州地?zé)崽餆崴畼踊瘜W(xué)成分表

利用上述的各種地?zé)釡貥?biāo)法估算郴州地?zé)崽锏臒醿囟?，估算結(jié)果見表2。

表2 不同地?zé)釡貥?biāo)法對郴州地?zé)崽餆醿囟鹊墓浪惚?℃)

由表2可以看出，用不同溫標(biāo)方法計(jì)算的熱儲溫度差別很大。其中用K-Mg地?zé)釡貥?biāo)法估算的許家洞、下湄橋地?zé)釅K段深部熱儲溫度分別為34.70～41.06 ℃和22.98～25.98 ℃，均低于熱水出露溫度；用K-Na地?zé)釡貥?biāo)法估算的兩處地?zé)釅K段熱儲溫度分別為609.08～617.86 ℃和235.00～854.27 ℃，比實(shí)際熱水出露溫度高10倍甚至20倍以上，也很不合理，可靠性低。這是因?yàn)槿魏我环N地?zé)釡貥?biāo)法計(jì)算熱儲溫度的前提條件是假設(shè)溶液中的礦物已達(dá)到平衡狀態(tài)。然而某些情況下，由于熱儲溫度低、地下熱水與淺部冷水混合或可能的化學(xué)反應(yīng)，一些作為地?zé)釡貥?biāo)的化學(xué)成分含量已發(fā)生改變，并不是熱儲中已經(jīng)達(dá)到的平衡狀態(tài)。因此，在估算熱儲溫度時(shí)，必須先研究熱水中礦物的平衡狀態(tài)，從而選取合適的地?zé)釡貥?biāo)方法，確定熱儲層的溫度范圍。

3.2 礦物-流體化學(xué)的平衡判斷

本文主要采用Na-K-Mg三角圖解法對地?zé)嵯到y(tǒng)中礦物-流體化學(xué)平衡進(jìn)行定性判斷。

Na-K-Mg三角圖法常用于評價(jià)水巖平衡狀態(tài)和區(qū)分不同類型的水樣，在三角圖中分為完全平衡、部分平衡和未成熟水3個(gè)區(qū)域。該方法對判斷中低溫地?zé)崽锪黧w平衡狀態(tài)較為有利，為估算熱儲溫度時(shí)溫標(biāo)方法的選取提供依據(jù)[4]。

三角圖中的坐標(biāo)可以計(jì)算如下：

S=CNa/1000+CK/100+CMg

CNa%=CNa/10S

CK%=CK/S

式中CNa、CK、CMg代表水中鈉、鉀和鎂離子的質(zhì)量濃度，mg/L。

計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 礦物-流體化學(xué)平衡判斷表

圖2 郴州地?zé)崽餆崴畼覰a-K-Mg三角圖

3.3 熱儲溫度的確定

根據(jù)上述Na-K-Mg三角圖解法的計(jì)算結(jié)果，用可溶SiO2地?zé)釡貥?biāo)法估算郴州地?zé)崽锷畈繜醿囟仁沁m宜的。許家洞地?zé)釅K段和下湄橋地?zé)釅K段深部熱儲溫度分別為81.36～85.39 ℃和64.71～64.78 ℃，同一塊段內(nèi)計(jì)算結(jié)果相近，同時(shí)許家洞地?zé)釅K段計(jì)算的熱儲溫度與其北部約200 m處的711礦礦井內(nèi)的最高紀(jì)錄溫度67 ℃比較接近，計(jì)算結(jié)果可靠性高。同時(shí)結(jié)合K-Mg、K-Na地?zé)釡貥?biāo)法計(jì)算的結(jié)果也驗(yàn)證了以上礦物-流體化學(xué)的平衡判斷的合理性。

4 結(jié)論

(1)地?zé)釡貥?biāo)法廣泛應(yīng)用于地?zé)峥辈殚_發(fā)中。本文根據(jù)郴州地?zé)崽锏乃畼訙y試結(jié)果估算熱儲溫度，不同地?zé)釡貥?biāo)方法計(jì)算的結(jié)果差別非常大，說明不同地?zé)釡貥?biāo)在使用前必須對熱水的礦物-流體化學(xué)平衡進(jìn)行判斷，不可直接使用。

(2)根據(jù)Na-K-Mg三角圖，郴州地?zé)崽锍雎兜臒崴乃?巖作用均未達(dá)到平衡狀態(tài)，或者是熱水上升過程中受到了淺部冷水的混合，不能用陽離子地?zé)釡貥?biāo)來估算熱儲溫度，用SiO2地?zé)釡貥?biāo)法估算熱儲溫度可靠程度較高。

(3)Na-K-Mg三角圖解法只是判斷礦物-流體化學(xué)平衡狀態(tài)的一種方法，在實(shí)際工作中，還可利用多種方法同時(shí)判斷水-巖平衡狀態(tài)，以此來互相比對，互相驗(yàn)證，最終選擇最合適的地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算方法。