遵化市汤泉地热田地热地质条件研究_刘海月.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 014遵化市汤泉地热田地热地质条件研究刘海月1，王立志1，许俊良1，尹娜2(1 河北省地质矿产勘查开发局第五地质大队/河北省海洋地质环境调查中心，河北 唐山 063000;2 唐山市自然资源和规划局，河北 唐山 063000)摘要河北遵化市具有发展温泉旅游业的天然优势，地热资源主要分布在西北汤泉地区。本文基于地热地质调查、地热钻探、地球物理勘探等手段，查明汤泉热田热异常空间分布、地温场和热储特征等地热地质条件，结果表明:研究区地热资源的形成与分布受断裂构造控制明显，属典型的构造型带状热储。以水温 25 圈定汤泉地热田范围可知热田热储区域面积为 2 96 km2，热水层底界超过 380 m，热水温度介于 25 75，涌水量一般为 15 48 12 m3/h，最高可达 79 5 m3/h，热储层富水性极不均一，水量变化较大;从区域地温场测温成果看，地热井曲线大体上均显示为上凸型，地下水向上运动较强烈，确定汤泉地热田属对流型地热田，地温异常区域位于福泉宫和汤泉宫一带，水温可达 68 75，向外水温逐步减小，井口出水温度 25 75，一般为 50 60，最高可达 75，属低温低热资源;根据物探成果推测热水层底界大于 1 000 m，研究区地热资源主要由 6 条较大断裂控制，断裂发育深度约 500 m，分部在断裂附近的地热井水温较高，水量较大，钻孔深的地热井水温较高。研究成果为遵化市地热资源合理开发利用与保护管理提供科学依据。关键词汤泉地热田;地热地质条件;遵化市中图分类号P314 1文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0044 02收稿日期2022 12 25作者简介刘海月(1976 )，男，河北迁西人，高级工程师，主要从事水文工程地质工作。0引言地热资源因其具有开采条件简易，作为绿色能源用途广泛而得到人们的青睐。地热资源调查评价是依据区域内流体水量、质量和可开采量按照预定开发用途而评估其综合开发效益1，地热地质特征正是调查评价的前提环节。河北遵化市具有发展温泉旅游业的天然优势，其汤泉地热温泉开发利用近年来逐步走向规模化和产业化，作为以温泉疗养，观光为一体的温泉旅游景区，通过地热地质调查、地球物理勘查、抽水试验、地热流体采集测试及动态监测等野外工作，查明地热资源的分布特征，掌握地热资源年内动态变化，并对地热流体可开采量及环境影响进行评价是后续地热资源综合评价及合理开发利用的基础。本文综合遵化市借申报“中国温泉之乡”的契机开展的汤泉地热资源调查工作成果，查明地热地质特征，确定地热异常区，基本摸清地热资源底数，可为全市地热资源的开发利用保护与管理提供科学依据。1区域地热概况遵化市的地热资源主要分布在西北汤泉地区，该区地热资源的形成与分布受断裂构造控制明显，是典型的构造型带状热储。遵化市地热资源分布见图 1。遵化汤泉地热田为山前丘陵区，附近最高峰茅山位于本区北部，海拔标高 371 8 m，相对高差 293 m，汤泉村坐落在“U”字型的山脚谷地，三面环山，地势北高南低。结合断裂、钻孔揭露情况综合分析，以水温 25 圈定汤泉地热田范围，得到汤泉地热田热储区域面积为 2 96 km2。汤泉地热田热储的长度、宽度、埋深、渗透性及热水温度等特征参数，均受断裂构造的性质和活动强度等因素控制。岩体渗透性很差，导水主要靠裂隙和破碎带。热水层底界超过 380m，热水温度介于 25 75，涌水量一般为 15 48 12 m3/h，最高可达 79 5 m3/h，温度的高低取决于钻孔的深度和构造部位，热储层的富水性极不均一，水量变化较大。汤泉地热田范围见图 2。图 1遵化市地热资源分布图图 2汤泉地热田范围图442023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.32汤泉地热田地热地质条件2 1地球物理特征2 1 1磁场特征地磁场反映地壳内部岩体与围岩之间的磁性存在的差异性，磁法勘探则是根据磁场变化推断地质体的构造和埋藏特性。根据汤泉地区的T 航磁异常图(如图 3)可知工作区位于磁性负异常中心。T 变化区间为 300 350，北部T等值线变化梯度较大，南部变化梯度较小，这反映出中生代中侏罗系罗文峪序列六里坪单元的中粗粒二长花岗岩由工作区北部至南部侵入顶面深度加大。图 3汤泉地区及周边地区图 4汤泉地区及周边地区T 航磁异常图布格重力异常等值线图2 1 2重力特征重力勘探法是利用地壳内部岩石的不同密度分布，推测岩体的空间走向、大小和形状，据此判断地质构造和矿产分布特征的地球物理勘探方法。汤泉地热田内不同岩性的岩石存在着一定的密度差异。经勘探，工作区内水厂片区紫苏角闪斜长变粒岩和小关岩组角闪斜长片麻岩密度介于 2 86 103 2 79 103kg/m3，铁矿石和六里坪处粗粒二长花岗岩密度介于 2 51 103 3 27 103kg/m3，第四系全新统地层和元古代变质辉绿岩脉密度介于 2 22 103 2 85 103kg/m3，中生代石英斑岩脉和秋花峪处片麻岩密度 2 51 103 2 79 103kg/m3。据勘探结果分析，汤泉地热田为重力场梯度变化较大，图 4 反映出南部重力梯度带较高，北部偏低，梯度带整体走向为北东向，分析认为汤泉地热田处于酸性岩体向太古地层过渡区的接触面上。2 1 3大地电磁测深大地电磁测深是通过观测天然变化的磁场水平分量，将电磁场信号转换成视电阻率和相位曲线，然后反演求得各地层的电阻率和厚度值的一种地球物理勘探方法。在满足区域工作量的基础上，在汤泉地热田补加了 3 条大地电磁测深剖面，剖面总长度为 2 56 km，补加测点 27 个。意在查明地热田范围内断裂破碎带的分布情况。测线 L1、L2综合解释成果见图 5、图 6。从 LT1 线大地电磁测深电阻率断面图推断，存在断层F2、F4，F4 断层埋深在 100 500 m 范围内有明显的构造破碎带，电阻率值在 200 m 以下;断层整体倾向东，倾角较陡约为 70，破碎裂隙发育区推断为富水地段。从 LT2 线大地电磁测深电阻率断面图推断，存在断层F1、F2、F3、F4、F5，F1 和 F2 断层倾向向东，倾角约为 70;F3断层倾向向西，倾角相对 F1、F2 相对较为平缓约为 60;F4、F5 断层埋深在 100 500 m 范围内有明显的构造破碎带，电阻率值在 200 m 以下，断层整体倾向东，倾角较陡约为75，破碎裂隙发育区推断为富水地段。图 5测线 LT1 综合解释成果图图 6LT2 测线综合解释成果图图 7地热井测温井位分布图表 1地温梯度统计表编号层段/m地温梯度/100m含水层厚度/m井深/m储厚比Z05Z07Z11Z17Z39Z43平均值25 3 40 331 340 3 60 33 060 3 70 354 070 3 82 55 723 2 38 239 338 2 53 20 753 2 103 216 8103 2 128 222 4128 2 199 82 411 3 21 371 021 3 46 34 046 3 76 393 076 3 91 36 07 8 55 811 755 8 60 82 060 8 85 88 885 8 108 61 313 6 28 674 728 6 48 63 548 6 58 663 058 6 63 66 063 6 83 631 083 6 111 71 86 9 406 640 201 212 2/32 282 50 3986 6199 80 434091 30 4427 8108 60 2648 1111 70 4333 1201 20 16/0 352 2地温场特征汤泉地热田地处山前平原区，地形地(下转第 139 页)54第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月如图 2 所示，即为地下伏流通道的位置。瞬变电磁法在清江古河床内勘探的长剖面，长度为1 600m。测线在垂向上浅表呈相对低阻，为地表第四系黏土层的反应;深部呈相对高阻，为白云岩。在测线 860#940#测点之间，深度在 18 42 m 之间，呈现相对低阻异常，推测为岩溶裂隙发育带，在测线 290#380#、580#680#测点之间，深度在 29 47 m 之间，呈现相对低阻异常，推测为岩溶裂隙发育带，为地下伏流通道。经过物探探测与人工探险探测的综合勘探，分析得出，清江伏流自卧龙吞江(落水洞)入口至黑洞出口全段干道长9 89 km，落差 117 m，平均纵坡降 12 1，埋深 20 280 m。地面发育有线形串珠状汇水洼地、落水洞、竖井、天窗，通过支流、季节性消水管道形式与之相连，由此形成了独特的、具一定规模的清江伏流管道系统。该系统在空间上的结构形态既有喀斯特地貌区地下暗河的基本特征，又有其独具一格的特性，主要表现在其空间结构形态上的复杂性和多样性。5结语通过地球物理勘探和人工探险探测两种手段的结合，说明了工作手段的有效性，并通过人工探险探测来验证物探勘探成果的可靠性，分析了两种手段结合的优势，取得了以下认识:(1)清江伏流段勘察工作，对一条复杂而成熟的地下河进行全面、完整的探测，并完成其空间结构数据采集和综合分析，选取地球物理勘探技术和人工探险探测两种手段的结合，在地下河的勘探领域属于较新的探测模式，也取得了较好的探测效果。(2)物探手段对岩溶有较好的识别效果，低成本、探测深度大、抗干扰能力强及高效率是其最大特点，人工探险探测的直观性、准确性，是在物探基础上非常好的补充和验证;人工探险验证了物探的可靠性，物探弥补了人工探险的不足，说明了物探结合人工探险是高效率、低成本、高精度的一种新的创新技术。(3)查明了地下伏流段整体呈南西西 北东东向展布，伏流管道系统结构形态，垂向上具多层、窄门、“U”型等结构形态;横向上具侧枝状、X 型、网格状、三角状等结构形态;平面上位于古河床东南测、局部弯道穿越到北侧，比腾龙洞旱洞更靠近古河床。(4)查明了伏流段存在 9 处瓶颈区，其中窄门类 1 处、“U”型管道类 5 处、“U”型窄门类 3 处。参考文献 1陈玉玲，甘伏平，卢呈杰，等 裸露岩溶区地下河管道综合地球物理方法探测研究J 地球物理学进展 2018(3):1608 1616 2孟庆旺 综合物探方法在嘉祥县青山省级地质公园溶洞勘察中的应用效果J 物探与化探 2020(6):1464 1469(上接第 45 页)貌较为复杂，第四系覆盖层厚度只有几米至数十米，部分地区基岩裸露，构造断裂较为发育，地温场分布与构造断裂和地下水活动关系密切。因此通过 ZKGD3000 T 型高精度便携式温度计进行地温测量。通过对测温数据进行分析，能够得出实际的地温分布情况。测温井井位分布见图 7，地温梯度统计见表 1。由表 1 可知，钻孔温度在无地下水干扰时与深度线性变化，地下水干扰情况下温度随深度为上凸型或下凹型变化，在地温梯度较小井段，钻孔温度曲线呈对流型。本次测温的地热井曲线大体上均显示为上凸型，地下水向上运动较强烈，因此汤泉地热田属对流型地热田。Z05、Z07、Z11、Z39 均存在斜率较陡部位，地温梯度表现为 54 110 4/100m，反映出这些井存在地热异常。斜率较小的部分地温梯度仅为 0 6/100m，是因为地下水活动垂向对流，携带深度热量快速抵达浅部地层，造成地温均一化，使得浅部出现高温异常区，同时也反映出在这些段位岩层裂隙发育，透水性较好，是井的主要出水层段。Z17井地温梯度较大部分仅为 12 7 /100m，且其水温不高，说明该区域地热异常不是很明显。Z43 井的温度与深度基本呈直线相关，表明无地下水干扰，钻孔深度与水温呈正相关，表现出传导为主的传热过程。由此可知，汤泉地热田地温异常区域位于福泉宫和汤泉宫一带，水温可达 68 75，向外水温逐步减小，井口出水温度 25 75，一般为 50 60，最高可达 75，属低温低热资源。2 3热储分布埋藏条件及其地热地质特征根据物探成果推测热水层底界大于 1 000 m，本区地热资源主要由 6 条较大断裂控制，断裂发育深度约 500 m。分部在断裂附近的地热井水温较高，水量较大，钻孔深的地热井水温较高。汤泉地热田水流主要来源于北部山区，富水性极不均一，水量变化较大，水源为大气降水补给，热源为地壳额内部热补给，热能通过水热对流传到。现有地热井钻孔揭露深度为 75 380 m，热水温度 25 75，温度一般为50 60，涌水量 15 48 12 m3/h，一般为 30 40 m3/h，最高可达 79 5 m3/h，裂隙率 0 16 0 44，溶解性总固体含量 723 1 815 5 mg/L，pH 值 8 06 8 22，水化学类型为SO4 Na 型水，属低温地热资源。2 4地热水补、径、排条件分析由于基岩热水是大气降水与古降水混合水，表明基岩热储部分埋于盖层之下，不是完全封闭的，大气降水可以补给基岩热水。区域资料表明，本区基岩水源以大气降水和山区侧向补给为主。径流方向受区域径流方向和基底构造影响，根据区域资料，地下水径流整体由北西向东南，由边缘向热储中部汇集。基岩热水排泄方式以人工开采排泄为主，其次为侧向径流排泄。3结语文章系统地分析了汤泉地热田的分布、地温场特征，初步查明了地热田构造特征、地下水流场特征及大地电磁特征，为地热资源开发利用与保护打下了坚实基础，达到预可行性勘查程度，提高了遵化市的地热地质研究程度与储量级别，为地热资源更深入的研究提供了可靠依据。参考文献 1梁家海 广东省地热资源分布规律J 地球 2013(5):18 19931第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月