日照市劉東樓地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用可行性分析

袁杰，楊鵬，魏同政，王新玲，康日斐

(1.山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 日照 276826；2.蒙陰縣自然資源和規(guī)劃局,山東 蒙陰 276200)

0 引言

地?zé)豳Y源是一種綠色的清潔能源，具有節(jié)能環(huán)保，可再生等優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛利用于醫(yī)療保健、洗浴、供暖、養(yǎng)殖等領(lǐng)域[1-9]。地?zé)豳Y源的勘探與開發(fā)不僅可以加快地方經(jīng)濟的發(fā)展，還能豐富旅游產(chǎn)業(yè)，改善能源結(jié)構(gòu)[10-15]。研究區(qū)位于日照市東港區(qū)秦樓街道劉東樓村東，屬于山海天旅游度假區(qū)，研究該地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用可行性，對山海天地區(qū)的旅游業(yè)有很大的助益。本文通過對該地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件及開發(fā)利用進行探討，為同類花崗巖地區(qū)尋找地?zé)豳Y源提供指導(dǎo)(1)山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，日照山海天旅游度假區(qū)劉東樓地區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查報告，2016年。。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于蘇魯造山帶、膠南-榮成隆起區(qū)、膠南斷隆區(qū)、膠南凸起東部[16]。出露地層主要有第四紀山前組、臨沂組、濰北組及旭口組，區(qū)內(nèi)巖漿活動較頻繁，尤其以晚元古代最為強烈，因而有大面積的侵入巖分布，以酸性巖為主。

劉東樓地區(qū)位于日照-青島斷裂以東，受其影響，構(gòu)造較發(fā)育，多為NE向，次為NW向。通過物探解譯，該地區(qū)發(fā)現(xiàn)兩條具有較大發(fā)育深度和規(guī)模的低阻帶，推測是兩條斷裂的低阻特征反應(yīng)(圖1)。其中F1斷裂走向為NE向，傾向為SE，傾角為75°～80°左右，構(gòu)造特征為壓扭性；F2走向為NW向，向NE陡傾，切割深度較大，影響范圍廣，構(gòu)造特征為張性，富水性及導(dǎo)水性較好，呈明顯低阻特征。

1—第四紀旭口組；2—第四紀臨沂組；3—第四紀山前組；4—絲山單元二長花崗巖；5—細粒閃長巖脈；6—灘涂；7—斷裂構(gòu)造；8—地質(zhì)界線圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖

2 地?zé)岬刭|(zhì)特征

2.1 熱儲特征及埋藏條件

2.1.1 熱儲形態(tài)及埋藏條件

研究區(qū)屬“斷控型”帶狀熱儲區(qū)，熱儲為走向NE向(F1)和NW向(F2)共同組成的構(gòu)造破碎帶。

斷裂構(gòu)造由于應(yīng)力作用，使原巖的連續(xù)性遭受破壞，巖石破碎裂隙發(fā)育，多被水或泥質(zhì)物質(zhì)充填，從而引起了電阻率的降低，破壞了電磁場的連續(xù)穩(wěn)定性，使電位場發(fā)生畸變，通常反映為明顯的低阻異常，但隨著斷裂中含水量的不同，電阻率的反映將有明顯的差異，電阻率越低往往表示斷裂帶富水性越好[17-21]。由于研究區(qū)第四系厚度較大，F(xiàn)1，F(xiàn)2斷裂未見明顯露頭：

F1構(gòu)造走向為NE向，傾向為SE，傾角為75°～80°左右，構(gòu)造特征為壓扭性，根據(jù)物探解譯的低阻帶情況，F(xiàn)1構(gòu)造帶發(fā)育寬度在180m左右，阻值在500～1100Ω·m之間，低阻帶發(fā)育深度約1800m。

F2走向為NW向，向NE陡傾，傾角約80°，切割深度較大，影響范圍廣，構(gòu)造特征為張性，富水性及導(dǎo)水性較好，根據(jù)物探解譯的低阻帶情況，構(gòu)造帶發(fā)育寬度約150m，整體電阻值較F1偏低，在300～1000Ω·m之間，低阻帶發(fā)育深度約1500m。

F1斷裂構(gòu)造特征為壓扭性，為主要的控?zé)釘嗔?，F(xiàn)2斷裂構(gòu)造特征為張性，富水性及導(dǎo)水性較好，這兩者交會部位形成熱儲，電阻率低值反應(yīng)明顯，使區(qū)內(nèi)電阻率呈較大的差異性。

2.1.2 熱儲概念模型

根據(jù)研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，明確熱源、水源、蓋層、通道、熱儲層各個相關(guān)因子，從而建立熱儲概念模型[22]。研究區(qū)熱儲概念模型見圖2。

1—第四紀松散沉積物；2—絲山單元二長花崗巖；3—大地深部熱流；4—地表水流向；5—構(gòu)造破碎帶；6—地下水流向；7—節(jié)理裂隙圖2 研究區(qū)熱儲概念模型

(1)熱源

根據(jù)測溫孔ZK01水質(zhì)分析報告，地下水226Ra含量為0.0366Bq/L，總α含量為0.0821Bq/L，總β含量為0.224Bq/L；地下水具有微弱的放射性，說明地下水是在具有一定放射性的環(huán)境下形成的。其形成是地下水在深部循環(huán)過程中，隨著深度增加、溫度升高，溶解圍巖物質(zhì)成分，使圍巖產(chǎn)生熱水蝕變，放射性物質(zhì)不斷在地?zé)崃黧w中聚集的結(jié)果。

地球內(nèi)部熱流主要通過傳導(dǎo)、對流、熱巖漿上移攜帶(巖漿侵入或火山噴發(fā))3種形式向外傳遞，其中對流是地?zé)崃黧w向地表傳遞最有效的形式[23]。研究區(qū)主要發(fā)育F1和F2斷裂，低阻帶發(fā)育深度1600m左右,寬度較大,斷裂發(fā)育使完整基巖形成了自下而上的破碎帶,為深部熱流向地表傳導(dǎo)提供對流通道,地下水在此富集,并受深部熱流的“烘烤”加熱,從而形成地?zé)豳Y源。

(2)水源

水源由兩部分組成，一是大氣降水，在西部、北部入滲補給地下水；另外由于F2構(gòu)造溝通了大海，海水也是地下水的重要補給來源，本次測溫孔打穿的含水層水源主要為海水補給。

(3)蓋層

研究區(qū)蓋層主要為晚元古代二長花崗巖體，斷裂破碎帶上盤巖石相對完整，保溫性較好，淺部地下涼水無法與深部地?zé)崃黧w發(fā)生水量交換，此外花崗巖體上部的第四系淤泥質(zhì)粘土也具有一定蓋層功能。

(4)通道

研究區(qū)內(nèi)導(dǎo)水通道主要為物探解譯的F2斷裂，具有良好的導(dǎo)水性能，是西北丘陵區(qū)深部地下水和東部黃海海水補給地下水的主要流通通道。F1斷裂主要為成熱構(gòu)造，構(gòu)造特征為壓扭性，發(fā)育深度較大，可與大地深部熱流產(chǎn)生熱交換，具有較好的導(dǎo)熱功能。

(5)熱儲層

區(qū)內(nèi)熱儲層位于F1斷裂和F2斷裂交會部位，是受兩者共同影響的構(gòu)造破碎帶。地下水經(jīng)F2斷裂徑流后受F1斷裂和巖脈阻擋，形成局部富水段，地下水凝滯深循環(huán)后與圍巖溶濾、交代，并受大地深部熱流加熱形成富含礦物質(zhì)、具有較高溫度的地?zé)崃黧w。

綜上,研究區(qū)屬“斷控型”帶狀熱儲,地下水接受入滲補給后,沿著導(dǎo)水構(gòu)造匯集,在深部加熱并與圍巖發(fā)生溶濾作用,形成富含礦物質(zhì)的地?zé)崴?最終沿斷裂破碎帶傳輸至地表,形成了地?zé)岙惓^(qū)。

2.2 地?zé)崃黧w流場特征

研究區(qū)地勢整體西北高，東南低，大氣降水入滲補給地下水后沿地形坡度降自西北向東南徑流，由于F2為張性斷裂，地下水在F2斷裂形成的破碎帶內(nèi)形成強徑流帶；而F1斷裂為壓扭性，具有阻水作用，西北地區(qū)的地下水流至F1斷裂后凝滯形成富水區(qū)，并在地下深部熱源和巖漿余熱的作用下形成地?zé)崃黧w，以對流的形式沿F1斷裂下盤自地下深部向淺部運移，形成地?zé)崃黧w富集區(qū)。

此外由于F2斷裂延伸方向距離黃海很近，僅2km左右，海水沿F2斷裂形成的破碎通道內(nèi)可自東南向西北向內(nèi)陸徑流，形成高礦化度咸水，咸水在F1斷裂附近受阻礙后亦受到深部熱源和斷裂活動余熱的作用下加熱，并以對流方式沿著F1斷裂上盤向淺部運移。區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w即為這兩者混合形成。

根據(jù)地面調(diào)查，L01和測溫孔ZK01由于靠近導(dǎo)水通道F2，水質(zhì)較差，味咸，為海水影響造成；而L04離F2斷裂較遠，則水質(zhì)較好，L02，L03，CD06由于遠離F2構(gòu)造且位于F1斷裂下盤附近，則水質(zhì)較好，除廢棄的機井外地下水井均用于飲用水，劉東樓村中現(xiàn)存的機井地下水也均不咸，這也說明研究區(qū)內(nèi)的地?zé)崃黧w以F1構(gòu)造帶為界，西部流場特征為地下水自西北向東南徑流，東部流場特征為海水沿F2構(gòu)造向西北徑流(圖3)。但從大的區(qū)域上來說，地下水自西北向東南排泄入大海。

1—第四紀松散沉積物；2—絲山單元二長花崗巖;3—大氣降水；4—地表水流向；5—流線；6—淡水井及編號；7—咸水井及編號；8—斷裂構(gòu)造；9—地質(zhì)界線圖3 研究區(qū)地?zé)崃黧w流場形態(tài)示意圖

2.3 地溫場特征

通過對研究區(qū)范圍內(nèi)7口機民井及測溫孔的測溫數(shù)據(jù)分析，大部分測溫曲線在25m以上處于由高漸低或由低漸高的變化趨勢；而在25～35m之間，水溫處于一個相對恒定的溫度范圍16.1～16.3℃之間；到35m以下，溫度逐漸穩(wěn)定上升。因此，研究區(qū)內(nèi)的變溫帶位于25m以上；恒溫帶為25～35m之間，恒溫帶溫度取平均值16.2℃；35m以下進入增溫帶。

研究區(qū)的地溫趨勢是按NE向構(gòu)造展布的，這與物探解譯的F1斷裂構(gòu)造走向基本一致，這說明F1斷裂為導(dǎo)熱斷裂，對研究區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源溫度起控制作用(圖4)。

測溫孔ZK01孔地溫增溫率比較平緩，一般地溫增溫值為0.1℃/5m，部分孔深處尚不能達到0.1℃/5m，但在105～110m之間，地溫值由16.8℃陡增至17.4℃，上升了0.6℃，達到了0.6℃/5m，該段也是測溫孔的主要出水段，為斷裂破碎帶發(fā)育部位，這說明構(gòu)造破碎帶對地溫場的高低有著決定意義。按公式Δt/Δh=(T"t)/(H"h)計算，測溫孔ZK01地溫梯度值為2.12℃/100m，為研究區(qū)內(nèi)測得的地溫梯度值最高值。

2.4 地?zé)崃黧w質(zhì)量評價

2.4.1 地?zé)崃黧w化學(xué)組分特征

測溫孔內(nèi)地下水水溫22.9℃，屬溫水；總硬度8054.95mg/L，溶解性總固體7973.72mg/L，屬咸水，pH為7.68，屬中性水；陽離子主要為Na+和Ca2+，陰離子以Cl-為主，并含有對人體有益的F-，H2SiO3，HBO2，Sr等組分(表1)。

靠近導(dǎo)水通道F2的測溫孔ZK01地下水礦化度高達8g/L，味咸，化學(xué)類型為Cl-Na型，該類型的水多是海相沉積或與海相沉積有關(guān)的水，也就是說研究區(qū)地下水可能是海水補給與大氣降水溶濾混合補給的結(jié)果[24-26]。

為了驗證上述說法，將其與海水化學(xué)成分相比較，發(fā)現(xiàn)其中部分離子比值較為接近(表1)，說明測溫孔地下水可能存在海水補給。Sr(11.38mg/L)的富集，說明地下水接受了遠程補給，與圍巖發(fā)生了溶濾、交代作用。

《芬尼根的守靈夜》對“孔子”的再現(xiàn) ………………………………………………………………… 孫楊楊（5.104）

1—物探解譯構(gòu)造；2—地溫梯度等值線；◇圖4 研究區(qū)周邊地溫梯度等值線分布圖

表1 海水與測溫孔地下水成因系數(shù)

2.4.2 地?zé)崃黧w質(zhì)量評價

研究區(qū)地?zé)崴泻胸S富的微量元素及特殊化學(xué)組分。根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)調(diào)查規(guī)范》(GB11615-2010)中《理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準》[27]，本區(qū)地下水中氟(3.45mg/L)和鍶(11.38mg/L)的含量達到了命名礦水濃度標(biāo)準，可命名為氟水、鍶水；偏硅酸(27.14mg/L)和偏硼酸(1.78mg/L)含量達到了有醫(yī)療價值的濃度標(biāo)準，這些元素在限值內(nèi)均為對人體健康有益的元素，故本區(qū)地下水為具有醫(yī)療保健價值的地下水，可作為理療熱礦水利用(表2)。

表2 按理療熱礦水水質(zhì)評價表 單位：mg/L

該地?zé)崴灰俗鳛樯铒嬘盟?、農(nóng)業(yè)灌溉用水和漁業(yè)用水，工業(yè)利用可提取的有用元素均未達到國家標(biāo)準，為腐蝕性、不結(jié)垢的地?zé)崴?，主要的開發(fā)利用方向為理療洗浴、采暖等。

3 開發(fā)利用可行性分析

劉東樓地區(qū)地?zé)豳Y源分布呈帶狀，面積較小，熱儲及頂板巖性以花崗巖為主，為斷控型熱儲，熱儲埋深較大，按溫標(biāo)計算熱儲溫度為45.18℃，為溫?zé)崴畠?。根?jù)物探資料，反映熱儲層的低阻帶埋深達到1600m左右。根據(jù)規(guī)范，考慮當(dāng)前地?zé)豳Y源開采技術(shù)及經(jīng)濟合理性，成井深度在1000～3000m之間，屬經(jīng)濟的，故本研究區(qū)若施工1600m的地?zé)峋?，成井深度是?jīng)濟的。

本次測溫孔孔底水溫22.9℃，地溫梯度值為2.12℃/100m，如按施工地?zé)峋闯删疃?600m推算，井底溫度為46.52℃，根據(jù)規(guī)范對熱儲層溫度劃分，40℃≤t<60℃屬低溫地?zé)豳Y源的溫?zé)崴?，考慮到對水質(zhì)的評價和允許開采量，適合作為理療用水使用。

根據(jù)測溫孔水樣分析報告，研究區(qū)地下水中鍶和氟含量較高，可命名為氟水、鍶水；偏硅酸和偏硼酸含量達到了有醫(yī)療價值的濃度，溶解性總固體含量為7973.72mg/L，考慮到水質(zhì)具有腐蝕性，按規(guī)范對其利用方向、方式評價見表3，研究區(qū)內(nèi)地下水可以直接利用作為理療洗浴用水，其他使用方向可間接利用。

表3 不同質(zhì)地?zé)崃黧w的利用方向、方式與排放要求

4 結(jié)論

研究區(qū)地?zé)犷愋蛯贅?gòu)造控制型，熱儲為由F1，F(xiàn)2兩條斷裂共同影響的構(gòu)造破碎帶，熱儲巖性為角閃二長花崗巖，其中F1斷裂走向NE，為壓扭性，是主要控?zé)?、阻水?gòu)造；F2斷裂走向NW，為張性，是主要的導(dǎo)水構(gòu)造和水源通道。研究區(qū)地?zé)豳Y源的水源為海水和大氣降水，熱源為深部大地?zé)崃?，蓋層為完整的角閃二長花崗巖和第四系。

研究區(qū)熱儲研究區(qū)恒溫帶埋深25～35m，恒溫層溫度16.2℃，測溫孔地溫梯度為2.12℃/100m。

研究區(qū)地下水屬于氟型、鍶型低溫溫水型礦水，具有醫(yī)療價值，地?zé)豳Y源開發(fā)方式適宜直接利用理療洗浴用水，可與山海天旅游資源開發(fā)密切結(jié)合，可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟和社會效益，合理開發(fā)對環(huán)境影響較小。