鞏義伊洛河盆地東部巖溶熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)

方 林，馬丹丹，呂 燈，林培忠

(1.河南省自然資源監(jiān)測(cè)院，河南 鄭州 450016； 2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局 第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000；3.河南省土地整理中心，河南 鄭州 450016)

根據(jù)地?zé)豳Y源的儲(chǔ)存條件及地溫場(chǎng)成因，可將河南省地?zé)豳Y源劃分為沉降盆地傳導(dǎo)型和隆起山地對(duì)流型2種基本類型[1]。沉降盆地傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源是河南省主要地?zé)犷愋?，鞏義伊洛河盆地東部即此種類型，熱儲(chǔ)介質(zhì)主要為新近系、古近系松散砂巖和寒武—奧陶系碳酸鹽巖，流體為孔隙水或巖溶水，蓋層為黏性土層。調(diào)查區(qū)內(nèi)以往地?zé)岬刭|(zhì)工作，以區(qū)域性為主[2]，鞏義伊洛河盆地東部地?zé)豳Y源的研究工作[3]尚處于起步階段。

1 前期工作

調(diào)查區(qū)內(nèi)寒武—奧陶系熱儲(chǔ)，溫度高、資源儲(chǔ)量豐富，局部地段埋藏較淺[4]，在溶隙及構(gòu)造發(fā)育部位[5]開采條件有利。但目前除個(gè)別項(xiàng)目涉及調(diào)查區(qū)地?zé)豳Y源外，只在本區(qū)內(nèi)做了少量的地球物理勘探工作和部分施工水井出現(xiàn)溫?zé)崴F(xiàn)象。

目前鞏義市現(xiàn)存的地?zé)峋饕獮闂罾锏責(zé)崽颷6]。該地?zé)崽飳俚蜕角鹆陞^(qū)，西部以沙魚溝斷層為界，東部以柳樹溝斷層為界，南部以董陵一杏花村斷層為界，北部為自然邊界。除西部邊界為相對(duì)隔水邊界外，其余均為透水邊界。楊里地?zé)峋? 400 m，揭露奧陶系石灰?guī)r52 m，寒武系白云質(zhì)灰?guī)r174 m。其中，1 218～1 247 m為含水層段，厚29 m，經(jīng)抽水試驗(yàn)，出水量30.13 m3/h，單位涌水量平均0.100 L/(s·m)，滲透系數(shù)平均4.427×10-6m/d。

2 地下水穩(wěn)定同位素鑒定

根據(jù)項(xiàng)目工作部署，開展地球化學(xué)調(diào)查，采集水質(zhì)樣品，進(jìn)行氘氧同位素測(cè)試[7]及14C測(cè)年[8]工作。測(cè)定δ2H和δ18O同位素，判斷地下熱水的來源，確定地下熱水的補(bǔ)給區(qū)和補(bǔ)給高程；14C放射性同位素的測(cè)定可以計(jì)算地?zé)崃黧w的年齡及水在熱儲(chǔ)層中的貯留時(shí)間。此次采取氫氧同位素(δ2H和δ18O)樣品6組、收集資料8組，放射性同位素(14C)樣品2組、收集資料2組(表1、圖1)。

表1 地下水穩(wěn)定同位素測(cè)定結(jié)果匯總Tab.1 Summary of groundwater stable isotope measurement results

圖1 調(diào)查區(qū)同位素δD—δ18O關(guān)系Fig.1 Isotopes in the survey area δD-δ18O relationship

2.1 大氣降水同位素特征

當(dāng)?shù)卮髿饨邓摩腄、δO點(diǎn)落在全球降水雨水線的上方，說明調(diào)查區(qū)靠近內(nèi)陸，受蒸發(fā)作用影響而偏離全球雨水線。

2.2 地表水同位素特征

調(diào)查區(qū)伊洛河水的δD和δ18O的線性方程為：δD=7.66δ18O+14.67，其斜率小于全球雨水線，與調(diào)查區(qū)處于干旱半干旱的氣候以及蒸發(fā)的影響有關(guān)。顯示出與大氣降水一致的大陸效應(yīng)。

2.3 地下水同位素特征

孔隙水、裂隙水和巖溶水的δD、δO散點(diǎn)落在全球雨水線下方，在數(shù)值上均高于大氣降水。一般地，δD和δO的含量隨著海拔高度增加而下降。根據(jù)全球降水資料統(tǒng)計(jì)，海拔每升高100 m，降水中δO值下降0.2‰～0.6‰。11個(gè)孔隙水、裂隙水和巖溶水水樣δD平均值為-67‰，δO平均值為-9.0‰，大氣降水的δD值為-36‰，δO值為-6.6‰。說明巖孔隙水、裂隙水和巖溶水補(bǔ)給區(qū)在基巖山區(qū)，且?guī)r溶水和孔隙水、裂隙水有一定水力聯(lián)系。

2.4 地下水形成年齡分析

從此次所測(cè)2個(gè)地下水14C測(cè)年[8]結(jié)果來看，水中的碳以古代碳為主，現(xiàn)代碳含量分別為1.25%和8.52%，說明2個(gè)地?zé)峋膸r溶地下水形成年齡較長(zhǎng)(約3.6萬年和2.0萬年)，屬古水。

3 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

3.1 物理性質(zhì)

區(qū)內(nèi)采集的地?zé)崃黧w樣品色度濁度值均偏高，其中源村地?zé)?井色度12度，濁度11度；源村地?zé)?井色度17度，濁度38度；楊里村金龍地?zé)峋?00度，濁度150度；海上橋村ZK1地?zé)峋?0度，濁度28度。所有樣品測(cè)試結(jié)果均為無色、無臭、無味、無肉眼可見物。

3.2 化學(xué)組分特征

表2 地?zé)崃黧w化學(xué)組分特征Tab.2 Chemical composition characteristics of geothermal fluid

圖2 地下水水樣piper圖Fig.2 Piper diagram of groundwater sample

4 地?zé)崃黧w質(zhì)量評(píng)價(jià)

此次工作共采集地?zé)崃黧w水樣12組，收集檢測(cè)資料4組。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)的要求，分別進(jìn)行對(duì)調(diào)查區(qū)地?zé)崃黧w進(jìn)行理療熱礦水、飲用天然礦泉水、生活飲用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、漁業(yè)用水和有用礦物組分、地?zé)崃黧w腐蝕性及地?zé)崃黧w結(jié)垢等方面的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1 理療熱礦水水質(zhì)評(píng)價(jià)

依據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB 11615—2010)[10]附錄 E：《理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評(píng)價(jià)(表3)。依現(xiàn)有分析指標(biāo)，海上橋地?zé)崃黧w氟化物、偏硅酸含量達(dá)到命名礦水濃度標(biāo)準(zhǔn)，可作為理療熱礦水；金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w氟化物、鐵、偏硼酸、偏硅酸達(dá)到命名礦水濃度標(biāo)準(zhǔn)，可作為理療熱礦水。

表3 理療熱礦水水質(zhì)評(píng)價(jià) Tab.3 Evaluation on the quality of physiotherapy hot mineral water

4.2 飲用天然礦泉水評(píng)價(jià)

按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《飲用天然礦泉水》(GB 8537—2008)[11]進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(1)感官指標(biāo)評(píng)價(jià)。海上橋、金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w色度、渾濁度不符合國(guó)標(biāo)感官要求(表4)。

表4 飲用天然礦泉水感官指標(biāo)評(píng)價(jià)Tab.4 Sensory index evaluation of drinking natural mineral water

(2)界限指標(biāo)評(píng)價(jià)。國(guó)標(biāo)規(guī)定凡符合界限指標(biāo)中各項(xiàng)指標(biāo)之一者，稱為飲用天然礦泉水。現(xiàn)有分析指標(biāo)中，海上橋地?zé)崃黧w地?zé)崃黧w鋰、鍶、偏硅酸含量達(dá)到界限標(biāo)準(zhǔn)；金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w地?zé)崃黧w鋰、鍶、偏硅酸及溶解性總固體含量達(dá)到界限標(biāo)準(zhǔn)(表5)。

(3)限量指標(biāo)評(píng)價(jià)。在現(xiàn)有分析指標(biāo)中，海上橋、金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w地?zé)崃黧w氟化物、溴酸鹽含量超出限量標(biāo)準(zhǔn)(表6)。

表5 飲用天然礦泉水界限指標(biāo)評(píng)價(jià)Tab.5 Evaluation of limit index of drinking natural mineral water mg/L

表6 飲用天然礦泉水限量指標(biāo)評(píng)價(jià)Tab.6 Evaluation of limit indexes of drinking natural mineral water mg/L

(4)污染物指標(biāo)評(píng)價(jià)。在現(xiàn)有分析指標(biāo)中，海上橋、金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w揮發(fā)性酚、氰化物、亞硝酸鹽3項(xiàng)污染物指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求(表7)。

綜上所述，海上橋及金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w盡管鋰、鍶、偏硅酸、溶解性總固體含量達(dá)到飲用天然礦泉水界限標(biāo)準(zhǔn)，但色度、渾濁度不符合感官要求，氟化物、溴酸鹽含量超出限量標(biāo)準(zhǔn)，因此不能作為飲用天然礦泉水。

表7 飲用天然礦泉水污染物指標(biāo)評(píng)價(jià)Tab.7 Evaluation of pollutant indexes of drinking natural mineral water mg/L

4.3 生活飲用水質(zhì)量評(píng)價(jià)

按照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)[12]，海上橋、金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w色度、渾濁度、鐵、硫酸鹽、溶解總固體、氟化物含量超出限量標(biāo)準(zhǔn)，不能作為生活飲用水(表8)。

表8 生活飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)Tab.8 Evaluation of drinking water quality

4.4 農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2005)[13]?，F(xiàn)有分析指標(biāo)中，海上橋地?zé)崃黧w地?zé)崃黧w水溫、硫化物、氟化物超標(biāo)；金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w地?zé)崃黧w水溫、全鹽量、硫化物、氟化物超標(biāo)；均不可以用作農(nóng)業(yè)灌溉直接用水(表9)。

表9 農(nóng)田灌溉水質(zhì)評(píng)價(jià)Tab.9 Evaluation of water quality of farmland irrigation

4.5 漁業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

按照《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11607—89)[14]進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)評(píng)價(jià)可知，現(xiàn)有分析指標(biāo)中海上橋及金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w鋅、硫化物、氟化物含量超標(biāo)，不能作為漁業(yè)直接用水(表10)。

表10 漁業(yè)水質(zhì)評(píng)價(jià)

4.6 有用礦物組分評(píng)價(jià)

依據(jù)《礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊(cè)》[15]，海上橋及金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w測(cè)試指標(biāo)均未達(dá)到工業(yè)可提取有用組分最低含量(表11)。

表11 有用組分評(píng)價(jià)

4.7 地?zé)崃黧w腐蝕性評(píng)價(jià)

依據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB 11615—2010)9.4.2條，用腐蝕系數(shù)來評(píng)價(jià)地?zé)崃黧w的腐蝕性。海上橋地?zé)崃黧w為堿性水，金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w為酸性水，均為半腐蝕性水。

4.8 地?zé)崃黧w結(jié)垢評(píng)價(jià)

(1)結(jié)垢性評(píng)價(jià)。地?zé)崃黧w在煮沸時(shí)，水中所含的一些離子、化合物可以相互作用而發(fā)生沉淀，形成鍋垢。海上橋地?zé)崃黧w依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為鍋垢少的地?zé)崃黧w，為硬垢水。金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為鍋垢很多的地?zé)崃黧w，為硬垢水。

(2)碳酸鈣結(jié)垢構(gòu)趨勢(shì)判斷。采用雷茲諾指數(shù)[16]定性估計(jì)地?zé)崃黧w碳酸鈣的結(jié)垢趨勢(shì)。海上橋地?zé)崃黧w總固形物732.13 mg/L，水溫41℃，Ke常數(shù)取2.3，總堿度3.10 mmol/L，鈣離子3.44 mmol/L，計(jì)算pHs值1.27，RI值5.16，對(duì)照表7—表12，屬結(jié)垢中等流體；金龍礦業(yè)地?zé)崃黧w總固形物為1 661.24 mg/L，水溫63 ℃，Ke常數(shù)取2.0，總堿度6.93 mmol/L，鈣離子12.07 mmol/L，計(jì)算pHs值0.08，RI值6.75，對(duì)照表12，屬結(jié)垢輕微流體。

表12 雷茲諾指數(shù)法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.12 Evaluation criteria of Reznow index method

5 結(jié)論

調(diào)查區(qū)靠近內(nèi)陸，受蒸發(fā)作用影響而偏離全球雨水線；調(diào)查區(qū)巖孔隙水、裂隙水和巖溶水補(bǔ)給區(qū)在基巖山區(qū)，且?guī)r溶水和孔隙水、裂隙水有一定水力聯(lián)系；巖溶地下水形成年齡較長(zhǎng)，屬古水。區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w樣品色度濁度值均偏高，所有樣品測(cè)試結(jié)果均為無色、無臭、無味、無肉眼可見物。SO4·HCO3-Na·Ca型，其次為HCO3-Na型。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)結(jié)果為，區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w為硬垢水、半腐蝕性水，屬結(jié)垢輕微—中等流體；可作為理療熱礦水使用，不能作為飲用天然礦泉水、生活飲用水、農(nóng)業(yè)灌溉直接用水、漁業(yè)直接用水。