民樂(lè)縣生態(tài)園地?zé)崃黧w化學(xué)特征評(píng)價(jià)

李彩霞, 李永恒, 童品賢

(甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

研究區(qū)位于民樂(lè)生態(tài)工業(yè)園南部約10 km處，行政隸屬民樂(lè)縣新天鎮(zhèn)李寨村。國(guó)道G227位于研究區(qū)東側(cè)，區(qū)內(nèi)有鄉(xiāng)村道路。本次地?zé)豳Y源普查中布設(shè)的探采結(jié)合井距離G227約5 km，距離民樂(lè)縣城約40 km，交通物流快捷便利。本文以在研究區(qū)內(nèi)施工的ZK1地?zé)峋〉玫馁Y料為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，重點(diǎn)研究地?zé)崃黧w的化學(xué)特征。

1 地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域地質(zhì)條件

民樂(lè)盆地屬祁連山地槽北緣的一個(gè)中、新生代斷坳型的山前盆地。中生代的構(gòu)造線呈北北西方向展布，晚第三紀(jì)的區(qū)域構(gòu)造線呈北西方向展布，古生界及前古生界變質(zhì)巖系構(gòu)成盆地廣泛的基底，中生界和新生界上第三系、第四系是盆地廣泛的沉積蓋層。

1.2 區(qū)域徑流場(chǎng)特征

地?zé)崃黧w主要為祁連山補(bǔ)給區(qū)沿?cái)嗔哑扑閹聺B的地下水。在滲入地下深循環(huán)過(guò)程中，靠巖溫加熱，達(dá)到巖水溫度平衡，在水頭壓力差的作用下，沿深部孔隙發(fā)育、滲透性較好的熱儲(chǔ)層中的熱流體側(cè)向緩慢流動(dòng)至盆地中部。

2 熱儲(chǔ)層特征

2.1 層位確定

民樂(lè)生態(tài)工業(yè)園地?zé)豳Y源研究區(qū)域?qū)贅?gòu)造控制邊界的中溫盆地型地?zé)崽铮錈醿?chǔ)類型為層狀熱儲(chǔ)。古近系白楊河群間泉子段地層中的砂巖熱儲(chǔ)為主要熱儲(chǔ)層，下部晚奧陶世的花崗巖熱儲(chǔ)為次要熱儲(chǔ)層。

2.2 溫度特征

根據(jù)ZK1地?zé)峋Y料，在0～20 m為該區(qū)域變溫層，地溫增溫率較大；20～60 m為該區(qū)域常溫帶，溫度在13～16 ℃之間，變化不大；60 m以深在第四系地層段，地溫增溫率呈不規(guī)則變化；在60～80 m段迅速增溫，80～120 m段增溫幅度較小，井溫變化曲線相對(duì)平緩；因?yàn)榈谒南禎撍畬拥脑颍?20～200 m段持續(xù)恒溫，隨后在240～260 m段、300～310 m段、360～380 m段、590～600 m段、640～650 m段均因?yàn)榈谒南禎撍畬映霈F(xiàn)與120～200 m段相似的情況。

進(jìn)入新近系地層后，隨井深增加井溫升高緩慢，但持續(xù)增高，地溫增溫率數(shù)據(jù)呈現(xiàn)規(guī)律性波動(dòng)，主要是含水層分布對(duì)地溫增溫起到一定的影響作用。新近系地層平均地溫增溫率2.37 ℃/100 m，局部段地溫增溫率最高達(dá)4 ℃/100 m。

古近系地層整體地溫增溫率較新近系高，原因?yàn)楣沤档貙訋r性總體以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和泥質(zhì)砂巖為主，其含砂量相比新近系較高，地層孔隙度偏大，容重偏小，因此整體導(dǎo)熱率較大，地溫增溫率總體偏高。在古近系地層內(nèi)隨井深增加地溫增溫率上部較大，中下部平緩，底部呈負(fù)增長(zhǎng)。

3 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

3.1 地?zé)崃黧w化學(xué)組分特征

民樂(lè)縣生態(tài)工業(yè)園ZK1地?zé)峋?jīng)過(guò)高壓清水洗井、焦磷酸鈉洗井和抽水震蕩洗井等方法對(duì)ZK1實(shí)施洗井工作，達(dá)到水清砂凈。在抽水試驗(yàn)中，初始水質(zhì)因井管原因存在影響，至水質(zhì)清澈無(wú)變化時(shí)再進(jìn)行水樣采集并送檢。

民樂(lè)縣生態(tài)工業(yè)園ZK1地?zé)峋|(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。ZK1地?zé)峋畃H值為7.66，屬弱堿性水；可溶性總固體5 810 mg/L，為鹽水；總硬度含量為2 278 mg/L，為硬水；水中主要陰離子SO42-含量為1 408 mg/L，Cl-含量1 754 mg/L，HCO3-含量596 mg/L，陽(yáng)離子中Na+含量達(dá)1 522 mg/L，Ca2+含量250 mg/L，Mg2+含量123 mg/L。氟含量3.6 mg/L，鍶含量10.8 mg/L，偏硅酸含量59.8 mg/L，三項(xiàng)均達(dá)到了礦泉水濃度；偏硼酸含量3.15 mg/L，鋰含量1.04 mg/L，這兩項(xiàng)達(dá)到了具有醫(yī)療價(jià)值濃度。

表1 民樂(lè)縣生態(tài)工業(yè)園ZK1地?zé)峋|(zhì)分析結(jié)果

地?zé)崃黧w水化學(xué)類型為Cl·SO4—Na型水。地?zé)崃黧w中堿金屬超過(guò)堿土金屬，強(qiáng)酸超過(guò)弱酸，屬于第7區(qū)。非碳酸堿金屬超過(guò)50%，地下水化學(xué)性質(zhì)以堿金屬和強(qiáng)酸為主，與鹵水類似，可見(jiàn)ZK1地?zé)崃黧w是向著鹵水演化的。

3.2 地?zé)崃黧w化學(xué)組分動(dòng)態(tài)特征

研究區(qū)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，僅施工民樂(lè)縣生態(tài)工業(yè)園ZK1一口地?zé)峋?，開(kāi)采性抽水試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)該地?zé)峋責(zé)崃黧w采樣檢測(cè)分析。經(jīng)分析地?zé)崃黧w大部分化學(xué)組分變化基本穩(wěn)定。目前抽取的地?zé)崃黧w量較小，流體均屬于熱儲(chǔ)長(zhǎng)期儲(chǔ)存水，水化學(xué)組分基本無(wú)變化。

3.3 同位素化學(xué)特征

為進(jìn)一步查明地?zé)崽镏械責(zé)崃黧w來(lái)源，在本次民樂(lè)縣生態(tài)工業(yè)園區(qū)地?zé)峋扇〉叵滤凰貥悠?組，送至國(guó)土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行水樣氫氧同位素及碳同位素檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目有18O、D、T、13C和14C等。

3.3.1 氚同位素檢測(cè)分析

民樂(lè)縣生態(tài)工業(yè)園地?zé)峋巴凰胤治鼋Y(jié)果：T<0.5TU。

根據(jù)區(qū)域以往研究數(shù)據(jù)可知，張掖一帶大氣降水中的平均T含量為41.3TU，1960—2008年張掖降水補(bǔ)給的地下水氚值均大于10.0TU，除1976年、1979年和2003年低于15.0TU外，其余均高于15.0TU。經(jīng)與區(qū)域上對(duì)比得出該井地?zé)崴c現(xiàn)代水之間水力聯(lián)系極差，為長(zhǎng)期儲(chǔ)存水。

3.3.2 氫氧同位素檢測(cè)分析

民樂(lè)縣生態(tài)工業(yè)園地?zé)峋瓺、18O分析結(jié)果：δD=-76‰，δ18O=-10.3‰。

本次分析根據(jù)河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院黃錦忠等人搜集分析的烏魯木齊、銀川、張掖、蘭州、平?jīng)?、西安和拉薩7個(gè)地區(qū)多年大氣降水的氫氧同位素?cái)?shù)據(jù)資料[1]，建立了張掖地區(qū)的大氣降水曲線，利用IAEA的穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)線性回歸求得張掖地區(qū)的大氣降水線方程為：

δD=6.76δ18O-4.50

(1)

該曲線R2=0.94，置信率較高，形成的關(guān)系圖如圖1。

圖1 ZK1地?zé)峋畼?δD-δ18O關(guān)系圖

民樂(lè)生態(tài)工業(yè)園地?zé)峋闹德湓趶堃吹貐^(qū)降水曲線下方，且距離降雨線較近，說(shuō)明其自接受古降水入滲補(bǔ)給后，迅速進(jìn)入地下徑流，蒸發(fā)作用較弱，期間未發(fā)生同位素分餾過(guò)程[2]。

綜合可見(jiàn)，該地?zé)崽锏叵聼崴饕磕喜科钸B山區(qū)大氣降水和冰雪融水下滲側(cè)向補(bǔ)給，沿祁連山北緣深斷裂和盆地內(nèi)NNW向基底斷裂自南向北徑流，并存儲(chǔ)于深部熱儲(chǔ)層。地下熱水自接受補(bǔ)給至今歷經(jīng)3萬(wàn)年左右，一方面是因?yàn)閰^(qū)域滲透系數(shù)較小，地下水徑流過(guò)程本身漫長(zhǎng)，另一方面是深部地?zé)崴c上部現(xiàn)代水(包括第四系潛水和新近系承壓水)幾乎不存在水力聯(lián)系，貯存時(shí)間極長(zhǎng)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)背景、熱儲(chǔ)層特征和地?zé)崃黧w化學(xué)特征的研究，可以得出以下結(jié)論：(1)研究區(qū)熱儲(chǔ)類型為層狀熱儲(chǔ)，主要熱儲(chǔ)層為古近系白楊河群間泉子段的砂巖熱儲(chǔ)，次要熱儲(chǔ)層為晚奧陶世的花崗巖；(2)地?zé)崽锏叵聼崴饕磕喜科钸B山區(qū)大氣降水和冰雪融水下滲側(cè)向補(bǔ)給，沿祁連山北緣深斷裂和盆地內(nèi)NNW向基底斷裂自南向北徑流，并存儲(chǔ)于深部熱儲(chǔ)層；(3)地?zé)崃黧w中堿金屬超過(guò)堿土金屬，強(qiáng)酸超過(guò)弱酸，地下水化學(xué)性質(zhì)以堿金屬和強(qiáng)酸為主；(4)根據(jù)地?zé)崃黧w化學(xué)分析,δD、δ18O分析結(jié)果：δD=-76‰，δ18O=-10.3‰；氚同位素分析結(jié)果：T<0.5TU。