江西省会昌地区地热水特征及成因分析.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 78 江西省会昌地区地热水特征及成因分析 杨 凯 江西省中环岩土工程勘察院，江西 南昌 330012 摘要：摘要：通过水文地质调查、取样分析水质，以及综合研究搜集的地热钻孔和长期观测资料，对江西省会昌地区地热水的成因进行分析。本文得到的主要结论为：会昌地区热水主要分布在断裂带或构造裂隙中，地热水的形成、出露与断裂构造因素密切相关，地热水的热储类型应属断裂带状（脉状）承压型；研究区地热水属偏中性，低溶解性总固体的 HCO3SO4-NaCa 型水。大气降水沿着断裂渗入地下深处加热后，由于水温升高发生膨胀，比重减轻，产生热对流，沿一定构造部位向上运移，冷水自上而下不断补充，如此反复循环；部分地热水沿着就近的断裂裂隙系统溢出地表而形成温泉，亦可能有部分地热水遇着透水性良好的岩层，隔水条件好的部位而储存下来形成隐伏的地下热水。查明地热水成因，对指导会昌地区地热水勘查、开发本地区的地热资源具有重要意义。关键词：关键词：会昌地区；地热水；成因；分析 中图分类号：中图分类号：P314.1 0 引言 地热作为二十一世纪新型绿色能源，在一定条件下不仅可以循环利用，带来较好的经济效益和社会效益，而且也符合我国可持续发展的基本方针1。地热资源与传统化石能源相比，具有清洁、廉价等特点，因此，开发地热资源得到越来越多的重视2。地热水水化学特征不仅是地下热水与围岩间的溶解作用和溶滤作用，还受岩浆活动、大气降水入渗及含水层之间的补给等因素影响，地热水的化学因素不只是地热环境性状与功能的表征，而且也是制约地下热水中元素浓度、形态和迁移转化的直接因素3-4。江西省会昌地区在咸水等地有温泉出露，地热资源丰富。它们作为一种重要的矿产资源，对当地居民的日常生活和旅游医疗等具有重要的价值。然而，目前关于会昌地区地热水水化学及成因的研究较少。张缓缓等5分析了会昌县坝背地区的地热水成因及其水化学特征，得出该地区地热水的来源为构造裂隙水，属于中低温型热水，其水文地球化学特征为氯-钠及重碳酸盐类型水。因此，本此研究基于水化学资料，综合实际调查、取样分析结果，对研究区的地热水的水化学特征及其成因进行了研究，对指导会昌地区地热水勘查、开发本地区的地热资源具有重要的实际意义。1 研究区概况 研究区位于江西省东南部，赣州市东南部，地貌以低山、丘陵为主，地势四周高、中间低，自东南往西北略呈掌状倾斜。受地质构造和地形地貌影响，地下分水岭与山脊走向基本一致。地下水在接受大气降水补给后，沿第四系松散层、碎屑岩裂隙风化层和基岩裂隙层，顺地形走势径流。研究区属中亚热带季风型温暖温润气候区，具有气候温和，热量足，日照充裕，雨水不均，易旱涝，四季分明等特点，年平均气温 19.3。图 1 会昌地区地热地质略图 1-地层代号；2-地质界线；3-压扭性断裂；4-张性断裂；5-压扭性断裂；6-张扭性断裂；7-环形断裂；9-断裂破碎带；10-温泉；11-钻孔 中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 79 区域内出露的地层主要有白垩系上统南雄组、赣州组红色、紫红色粉砂岩、砂岩、砂砾岩等和第四系黏性土、砂砾石等，从晋宁期-燕山期多期次岩浆岩在区内广泛分布（图 1）。研究区位于怀玉山武夷山复式隆起带的德兴南城宁都坳陷带南段东侧与赣南东西向构造带(南岭东西复杂构造带的一部分)的赣州瑞金坳陷带(北纬：2540-2600)和崇义会昌隆陷带(北纬：2520-2540)东段交接地区。区内主要构造形迹为断裂，主要有：东西向断裂、北北东向断裂、北东向断裂、北西向断裂、武夷山环状构造（见图 1）。区内热储沿 F2、F8断裂破碎带呈带状分布，上部被白垩系上统红层所覆盖。F2外环断裂带：断裂带呈舒缓波状延伸，总体走向 40，倾向 130，倾向 45-60，往南走向渐变成 20-25，倾向 110-115，倾角 40-50，断裂带宽度 10-50m，影响带宽度达 200m。带内岩石破碎，硅化强烈，呈碎斑岩，碎裂岩。断裂带内破劈理，透镜体亦较发育，其走向与断面近似平行，呈右列式排列。断裂带性质前期扭压，后期张扭。F8环形断裂带：断裂带总体中向 40-50，倾向130-140，倾角 52-74，带宽 2-4m，局部宽 50m，长度 12000m。断裂带北段以裂隙密集带形式展现。中段以硅化带出露，带内岩石呈挤压破碎带明显，带内岩石一般为碎裂岩。断层角砾岩，由硅质或萤石充填胶结，局部成萤石矿脉或矿体，矿带内溶蚀孔洞发育，洞径一般 1.523cm3，个别达 5m3。断裂带性质前期压扭性后期为张扭性。2 数据来源与研究方法 本次数据来源于自然资源部中国地质调查局地质调查项目（编号：DD20179262）。本文针对 5 个地热井和 1 个温泉，采取地热水样品。取样采用干净、清洁的塑料瓶，取样前先用待取水样清洗取样瓶 2-3 次。总硬度（TH）以及 HCO3-采用滴定法测定，溶解性总固体（TDS）采用重量方法测定。其他主要离子使用离子色谱仪测定。运用 SPSS、Excel 软件对地热水各离子指标进行统计描述，分析地热水化学特征并结合地质资料探讨了其地热水的成因。3 结果与讨论 3.1 地热水的分布特点 区内有热水点 11 处（图 1），其中温泉 1 处，热水自流孔 10 个，除 SK2孔水温达 55属中温热水外，一般水温均在 40以下，属低温热水。热水泉（孔）自流量在 0.039-2.396L/s 间，特殊组份可溶性 SiO2含量40-180mg/L。热水点主要沿环形断裂带分布。沿 F2外环断裂带分布有咸水村温泉，SK9、SK10热水孔；在区外北部的金赤砂堆温泉（水温 28，流量 0.069L/s）及南部的会昌右水热水孔（水温 23.5，抽水时涌水量3.666L/s）、会昌绮门岭热水塘温泉（水温 50-60，流量 16-20L/s）也都分布在 F2外环断裂带上。在深塘1.5km 范围内共有 6 个热水孔（SK1、SK2、SK3、SK4、SK5、SK6），均分布在 F8环形断裂带上。区内热水泉(孔)大都出露在环形断裂带与北西向断裂和东西向断裂的交接复合部位。咸水村温泉出露于F2外环断裂带与东西向断裂及北西向裂隙密集带的复合部。在深塘 6 个热水孔中 4 个水温较高的孔，恰好出露于北西向断裂与东西向陡立裂隙密集带跟F8环形断裂带的复合部，未揭露环形断裂与北西向断裂复合部位的钻孔，如 SK11、SK12、SK13、SK14、SK15，虽己揭穿环形断裂 F8，但均无地热显示。河草坑 SK8孔热水，则具体出露于 F15 东西向断裂带中，据调查河草坑北西向断裂较发育，热水的出露往往与北西向断裂有关。综上所述，研究区热水泉(孔)主要沿环形断裂带呈带状分布，出露于环形断裂带与东西向断裂及北西向断裂复合部位，热水主要分布在复合部位的断裂破碎带内。因此这三组断裂（或其中的任何两组）复合部位，可能是地热水上涌的通道。3.2 地热水水质评价 据地热水水质分析成果和前人气体分析资料，对研究区地热水分别进行生活饮用水，农业用水和矿泉水水质评价。评价要求按我国颁发的生活饮用水水质标准6农业灌溉水质标准7（中国）医疗矿泉水水质标准8进行衡量。研究区地热水水质类型多为 HCO3SO4-NaCa 型水，具硫磺味，有腐蚀性，其中咸水村、深塘 SK2热水孔Mn2+、Fe3+含量超标，黄坊SK9热水孔Mn2+含量亦超标，则研究区热水均不符合生活饮用水标准，不能饮用；中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 80 同时，SK2孔与咸水村温泉水温均超过 35，该二处热水 不 符 合 农 业 用 水 标 准。咸 水 村 温 泉 氡 值 达53.11-64.11 埃曼/L 和 SK4 孔氡值达 22.75-23.75 埃曼/L，该两处热水均符合氡矿水标准。综上所述，研究区地热水均不能作为生活饮用水使用。咸水村温泉和 SK4孔属氡矿水，具浴疗价值。其它热水仅宜于洗涤或少许养殖业。3.3 地热水动态变化特征 据会昌地震站 SK9孔长观资料（包括地热水温度，流量、氨值、气温等成果），经与研究区气象资料对比，说明地热水温度变化与气温变化基本无关（图 2）。地热水流量与降水量有一定关系即枯水期降水量小，地热水自流量对相减小，丰水期降水量增加，则地热水自流量亦相应升高，表现为正比关系，尤其在连续数天大雨后的 3-4 天，SK9孔的自流量明显增大，但变幅较小（图 3）。图 2 SK9 号孔地热水水温与气温关系曲线图 图 3 SK9 号孔地热水流量与降雨量关系曲线图 上述动态变化表明研究区地热水的主要补给来源为大气降水补给，且地热水的温度不受气温高低、流量大小的变化而影响。3.4 地热水成因探讨 据地热水水质分析资料和气体分析成果研究表明：研究区地热水中的 K+、Na+与 Cl-的比值均大于 1，气体成分中主要为氮气 N2=75.34-88.88%，其余为少量的氧和惰性气体，而惰性气体中又以氩（Ar）占优势（Ar=0.4%）。氩的存在说明地热水是由大气起源，属于大气降水补给。根据 SK9孔长观资料，热水自流量与降水量均随季节产生正相关关系变化，这亦说明研究区地热水接受大气降水补给。研究区地热水均属低 TDS重碳酸硫酸盐钠钙质水，pH 值呈中性、气体成分以氮为主，蚀变类型为硅化、萤石矿化、碳酸盐化、绿泥石化、黄铁矿化等，蚀变矿物见少量萤石，伊利石或方解石等，以上种种均属低温条件下的产物。研究区热水泉（孔）水温 23.2-37，均属低温热水类型，仅 SK2孔达到中温热水标准（55），据硅温标和钾-钠-钙温标法推算热储温度为 150左右。以上热储温度说明区内地热水的热源主要是地下水在深部循环作用的结果。花岗岩内放射性元素衰变热，亦可能是一种次要的热源条件。4 结论（1）会昌地区地热水主要分布在断裂带或构造裂隙中，表明地热水的形成与出露跟断裂构造因素密切相关。因此，研究区地热水的热储类型应属断裂带状（脉状）承压型。地热水的 pH 介于 6.9-7.10 之间，偏中性；阳离子以 Na+、Ca2+为主，阴离子以 HCO3-和 SO42-为主，TDS 含量相对较低，从而使得地热水水化学类型以 HCO3SO4-NaCa 为主，且研究区地热水不能作为饮用水使用。（2）氩的存在以及热水自流量与降水量均随季节产生正相关关系变化，表明地热水是由大气起源，接受大气降水补给。另外，地热水的热源主要是地下水在深部循环作用的结果。（3）地热水的形成，是大气降水沿着断裂渗入地下深处加热后，由于水温升高发生膨胀，比重减轻，产生热对流，沿一定构造部位向上运移，冷水自上而下不断补充，如此反复循环。部分地热水沿着就近的断裂裂隙系统溢出地表而形成温泉，部分地热水遇着透水性良好的岩层，在隔水条件好的部位而储存下来形成隐伏的地下热水。参考文献 1赵贤正,李飞,曾溅辉.霸县凹陷深部地下热水的地球 化 学 特 征 及 其 成 因J.地 学 前缘,2017,24(03):210-218.中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 81 2郎旭娟,蔺文静,刘志明,等.贵德盆地地下热水水文地球化学特征J.地球科学,2016,41(10):1723-1734.3刘颖超,刘凯,孙颖,等.北京市地热水地球化学特征J.南水北调与水利科技,2015,13(02):324-329.4吕清,毛官辉,王小龙.浙江省湍口盆地地热资源水文地球化学特征J.绍兴文理学院学报(自然科学),2017,37(01):12-20.5 张缓缓,叶永芳,董兴,等.赣州会昌县坝背地区地热水成因及其水化学特征研究 J.中国煤炭地质,2018,30(z1):69-71.6中华人民共和国卫生部.生活饮用水卫生标准:GB 5749-2006S.北京:中国标准出版社,2007.7中华人民共和国生态环境部.农业灌溉水质标准:GB 5084-2005S.北京:中国标准出版社,2006.8中华人民共和国生态环境部.医疗矿泉水水质标准:GB8537-1995S.北京:中国标准出版社 1996.