王有權(quán)，魏林森

(1.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050;2.甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

甘肅省天水市中灘地?zé)豳x存特征及成因

王有權(quán)1，魏林森2

(1.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050;2.甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

中灘地?zé)崽锸鞘軘嗔褬?gòu)造控制的裂隙型地?zé)崽铮瑢俚蜏氐責(zé)豳Y源，儲量豐富，水質(zhì)良好。本文通過對大量勘查資料的分析總結(jié)，闡述了地?zé)豳x存特征，分析了地?zé)岢梢?，目的是為后期合理、有序地開發(fā)利用地?zé)豳Y源提供依據(jù)。

地?zé)?賦存特征;成因分析

天水市位于甘肅省東南部，是一座歷史悠久的文化古城，旅游業(yè)是該市主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。天水市區(qū)西北18 km處的麥積區(qū)中灘鄉(xiāng)張家溝 －汪李坪一帶依山傍水，氣侯宜人，毗鄰國道，交通便利，地?zé)岙惓Ｃ黠@，極具開發(fā)潛力。異常區(qū)面積58 km2。異常區(qū)南為渭河，多年平均徑流量12.7億 m3。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

研究區(qū)位于渭河三陽川盆地西北部，地處渭河與葫蘆河的交匯地帶，總體地勢西高東低，北高南低，海拔介于1 140～1 580 m之間。主要地貌類型為河谷階地和丘陵。

區(qū)內(nèi)大部分被黃土、黃土狀土覆蓋，僅在河谷谷坡兩側(cè)和沖溝溝底見有零星的新近系砂質(zhì)泥巖、上元古界葫蘆河群變質(zhì)砂巖板巖和下元古界牛頭河群碎裂狀硅化白云質(zhì)大理巖出露(圖1)，另在區(qū)內(nèi)西部、南部見有華力西期黑云母花崗侵入巖體。

區(qū)域地處祁連—北秦嶺造山帶的復(fù)合部位，自北而南由多條次級構(gòu)造帶及邊界斷裂帶組成。構(gòu)造帶寬約2～2.5 km，中灘地?zé)岙惓^(qū)恰恰位于該構(gòu)造的主應(yīng)力集中帶上。通過物化探勘測，認(rèn)為對地?zé)嵝纬删哂锌刂埔饬x的斷裂系構(gòu)造主要有:北東向延伸的壓扭性F1斷裂系、近東西走向的張性F2斷裂系和北東向走向的張性 F3斷裂系(見圖1)。

圖1 天津市中灘地?zé)崽飬^(qū)域地質(zhì)圖

2 地?zé)豳x存特征

2.1 地表熱異常分布特征

中灘地?zé)岙惓^(qū)位于三陽川盆地渭河高階地，是受斷裂控制的裂隙型地?zé)崽?，兼有層狀熱儲和帶狀熱儲特征。異常區(qū)主要由三個被黃土覆蓋的溫泉露頭點(diǎn)組成，泉點(diǎn)大致沿NE55°方向呈線狀分布與 F1斷裂走向一致。區(qū)內(nèi)地下水的正常水溫12℃ ～14℃，而溫泉點(diǎn)的水溫值 22℃ ～26℃，高于正常值10℃ ～14℃，熱異常十分明顯。

根據(jù)短時間連續(xù)干式成孔5m移動測溫法取得的系列資料成果(圖2)，地?zé)岙惓^(qū)嚴(yán)格受斷裂控制，其南北分別以F2、F3斷裂為界，西至霍家坪，東到 F1斷裂，形成長約1 300 m，平均寬1 200～1 250 m，面積約 1.6 km2的地?zé)崽?，異常區(qū)等溫線總體呈封閉狀，長軸北東南西向，與F1斷裂走向一致，地?zé)崽飽|部地溫線圍繞溫泉點(diǎn)呈斷續(xù)帶狀分布，線條較密，說明溫泉點(diǎn)周圍增溫很快，溫度較高;西部地溫線間距明顯變寬，溫度也由東部的26℃、22℃逐漸降至15℃左右;主干斷裂線外圍等溫線收縮很快。

圖2 中灘地?zé)釤崽锓秶暗販氐戎稻€

區(qū)內(nèi)熱流體的分布嚴(yán)格受斷裂控制。F2斷裂系以北渭河高階地溫泉點(diǎn)高于以南河谷 II級階地地下水水位37～40 m，并且水溫、水質(zhì)差別明顯，說明F2斷裂系為地?zé)崽锬喜孔杷吔?F3斷裂發(fā)育方向北西－南東，在地?zé)崽飪?nèi)大致與F2斷裂系平行發(fā)育，通過地溫場測量和出露泉點(diǎn)水質(zhì)、水溫有較大差異分析，亦認(rèn)為是一阻水屏障;F1斷裂系主斷裂帶上有多處地?zé)釡厝c(diǎn)出露，高出低階地地下水位45～55 m，亦為一阻水?dāng)嗔?，現(xiàn)狀熱水排泄除以泉形式有少部分自溢外，絕大部分可能沿F1斷裂破碎帶向兩側(cè)徑流排泄。由此說明，熱流體主要分布于F2、F1、F3斷裂所圍成的半包圍區(qū)域內(nèi)，其補(bǔ)徑排也嚴(yán)格受上述斷裂的控制。

2.2 熱流體分布與埋藏特征

中灘地?zé)崽餆崃黧w主要賦存于下元古界牛頭河群碎裂狀硅化大理巖中，熱儲呈單斜狀發(fā)育，為低溫地?zé)豳Y源。地?zé)崽镉缮?、下兩層熱儲組成(圖3)，第一層熱儲埋深在張家溝F1斷裂附近為35～150 m，熱儲溫度 28℃ ～35℃，其它地段隨地形增高，埋深相應(yīng)增加，厚度200～400 m，蓋層為新近系泥巖和第四系。第二層熱儲與上覆第一層熱儲以所夾200～250 m巨厚層絹云母片巖和斷層糜棱巖為分隔層，張家溝F1斷裂一帶埋深600～620 m;汪李坪一帶埋深50～150 m，且隨地形起伏而變化。雖然鉆探對第二層熱儲層揭露僅80 m，但結(jié)合實測地剖面和測溫推斷，熱儲體厚度450～600 m。

圖3 中灘地?zé)崽餆醿β癫胤植嫉刭|(zhì)剖面圖

經(jīng)實測，K1鉆孔650 m深處熱儲溫度為46℃。利用KMg、SiO2、K－Na水化學(xué)溫標(biāo)和地?zé)嵩鰷靥荻韧扑阆鄳?yīng)第二層熱儲體溫度分別是 73.65℃、94.16℃、202.81℃ 和 65.8℃。K－Na算得200℃左右，這代表地下熱水在深循環(huán)過程中曾經(jīng)達(dá)到過的溫度。據(jù)上結(jié)果初步確定第二層熱儲溫度應(yīng)介于65℃ ～70℃之間較為符合實際。

2.3 富水性及動態(tài)特征

地?zé)崽飪?nèi)熱儲富水性良好，通過對第一層熱儲體抽水試驗證明，熱流體具承壓狀，水頭高出地面8～10 m，成井后可自流，當(dāng)水頭降低8 m、20 m和50 m時，相應(yīng)單井涌水量分別是450 m3/d、1 400 m3/d和2 600 m3/d。計算的滲透系數(shù)是7.71 m/d，給水度0.12。經(jīng)對第二層熱儲650 m處使用井中流速儀測量和對該段鉆探過程中泥漿漏失量的統(tǒng)計表明，單井涌水量大于2 000 m3/d。

通過連續(xù)三年對區(qū)內(nèi)泉點(diǎn)流量、溫度及水化學(xué)組分監(jiān)測:汪李坪泉點(diǎn)平均水溫24℃，流量1.15L/s;張家溝泉水溫度22℃，流量0.063L/S。流量隨季節(jié)和降水變化不明顯，水化學(xué)組分較穩(wěn)定;水溫年變幅2℃ ～3℃，夏秋兩季較高，冬季最低，分析水溫變化是由氣候和人為因素造成。

2.4 地下熱水的水化學(xué)特征

地?zé)崽锏叵聼崴匀怀雎逗腿斯そ衣饵c(diǎn)集中分布在F1斷裂一線。水化學(xué)類型單一，為－Cl－－Na+－Ca2+－Mg2+型，PH 值 7.5～7.93，溶解性總固體 1 200－1 500 mg/L。水中除常規(guī)化學(xué)組分外，還含有偏硅酸、鍶、鋅、溴、碘、硒、鋰、氡等十幾種與人體健康有益的微量元素。其中偏硅酸達(dá)到醫(yī)療礦泉水濃度，F(xiàn)達(dá)到有醫(yī)療價值濃度。鍶(1.87 mg/L)、偏硅酸(29 mg/L)硒(0.02 mg/L)、溶解性總固體(1 372.4 mg/L)等四項指標(biāo)達(dá)到了飲用天然礦泉水界限指標(biāo)。

3 地?zé)岢梢蚍治?/h2>

3.1 地下熱水的熱源分析

形成地下熱水的熱源種類繁多，但歸納起來主要有放射性蛻變熱、深循環(huán)熱和局部熱源等。

3.1.1 放射性蛻變熱能

是地球內(nèi)部熱能的重要來源，其熱能的大小主要取決于巖石尤其是花崗巖體中易于富集的鈾、釷、鉀(K40)等放射性元素的含量。測區(qū)內(nèi)雖未見花崗巖體，但其西、西北外圍有大面積的華力西期花崗巖體出露，鉆探揭露也有橄欖巖脈存在，水中SiO2含量高，F(xiàn)、氡等逸出性氣體也有一定含量。說明形成地下熱水的熱源與巖體放射性蛻變生熱關(guān)系極為密切，是主要的熱源體。據(jù)此并根據(jù)區(qū)域調(diào)查資料推斷:地?zé)崽锾幵跓崴到y(tǒng)的排泄區(qū)，外圍花崗巖體很可能就是地下熱水的主要熱源體，二者以斷裂通道相連。

3.1.2 深循環(huán)地?zé)崮?/p>

是指通過地球內(nèi)部正常增溫所獲得的熱量。前已推算出區(qū)內(nèi)第二層熱儲溫度為65℃ ～70℃，要達(dá)到此溫度以陸地最大正常地溫梯度3℃/百米推算，其熱儲也至少在2 100 m深度以下，而區(qū)內(nèi)斷裂非區(qū)域性深大斷裂，難以達(dá)到此影響深度。因此認(rèn)為該地下熱水純粹由“正常增溫”形成的可能性較小。盡管如此，由于熱水的循環(huán)深度相對較大，部分熱能也可能是通過“正常增溫”而獲得的。

3.1.3 構(gòu)造余熱

是由近期或挽近期的活動斷裂產(chǎn)生。研究區(qū)位于天水—蘭州地震帶，挽近期構(gòu)造活動明顯，歷史上曾多次發(fā)生地震，7級以上地震就有3次。有關(guān)資料表明，一次5級地震(2×1 019爾格)所釋放出來的能量相當(dāng)于爆炸一個兩萬噸 TNT的原子彈(8×1 019爾格)。由此可以推測，歷次地震活動中所產(chǎn)生的構(gòu)造余熱在地下熱水形成的漫長歷史過程中，可能也對其產(chǎn)生過一定的影響。

3.2 地下熱水的補(bǔ)給來源分析

利用氫氧同位素測試結(jié)果所建立的本區(qū)雨水線方程為δD=7.15δ18O+4.18，而區(qū)內(nèi)各類地下水的 δ 值都落在雨水線附近，說明本區(qū)地下熱水主要接受大氣降水和由降水形成的地表水入滲轉(zhuǎn)化而成。前述地下熱水賦存于 F2、F3間的構(gòu)造破碎帶內(nèi)，所有的泉點(diǎn)都位于F1斷裂西側(cè)，從而排除了東部方向來水的可能性，據(jù)此初步認(rèn)為補(bǔ)給區(qū)應(yīng)在地?zé)崽镂鞅辈?。通過補(bǔ)給高程的計算，確認(rèn)距中灘地?zé)崽镂鞅?5～30 km、海拔1 300～1 700 m左右的渭河河谷上游基巖裸露區(qū)是地下熱水的主要補(bǔ)給區(qū)。根據(jù)所采集的氚樣分析結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)地下熱水的氚濃度值介于3～14.48TU之間，說明熱水中含有少量熱核試驗生成的氚，地下水可能形成于1954－1961年間，據(jù)此推算地下水循環(huán)年齡大于40年。從現(xiàn)掌握的資料分析，中灘一帶應(yīng)為該地?zé)嵯到y(tǒng)排泄區(qū)域，除少部分自然流出的溫?zé)崴猓茰y大部分可能沿F1斷裂向東北、西南方向徑流排泄。

3.3 熱水水化學(xué)組分來源分析

地下熱水中除含有常規(guī)化學(xué)組分外，還含有十幾種與人體健康有益的微量元素，其中可溶性 SiO2、氟和氡等是熱水中標(biāo)志性元素，含量較高。這些化學(xué)組分和微量元素除少部分來自大氣降水或地表水外，其余大部分是地下水在深循環(huán)過程中，在一定的溫度和壓力下，溶濾花崗巖體中標(biāo)志性元素或因花崗巖體中放射性元素衰變而成。地下熱水在循環(huán)徑流的過程中，經(jīng)歷著不同的水化學(xué)環(huán)境，從而形成了不同于一般地下水的一些水化學(xué)特征及標(biāo)志性化學(xué)元素。

4 結(jié)語

綜上，距中灘地?zé)崽镂?、西?5～30 km處，海拔1 300～1 700 m的渭河上游基巖裸露區(qū)的大氣降水、地表水滲入地下后，沿北西西向延伸的F2、F3斷裂間的破碎帶向南東東徑流，地下水在漫長的深循環(huán)徑流的過程中，在一定的溫度和壓力下，不但接受了花崗巖體中放射性元素蛻變熱和地震時構(gòu)造余熱的加熱，而且通過溶濾、混合、離子交換等作用把圍巖中的標(biāo)志性等元素溶于地下水中，在F1斷裂處受擋后，在靜水壓力傳導(dǎo)下上涌形成溫泉。

［1］劉光亞.基巖地下水［M］.地質(zhì)出版社，1979.12.

［2］胡玉祿，胡紅文，等.5m地溫測量在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用.水文地質(zhì)工程地質(zhì).2002.

［3］黃尚瑤，等.地球熱學(xué).地質(zhì)出版社，1998.

［4］地?zé)豳Y源評價方法.DZ40－85.

［5］地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范.GB 11615－89.

Occurrence of Geothermal Beach Characteristics and Causes of Tianshui City in Gansu Province

WANG You－quan，WEI Lin－sen
(The 3rd mineral investigation academy，Gansu provincial mine bureau，Lanzhou 730050，Gansu)

Zhongtan geothermal field is cranny type and is a microtherm geothermal resource，which has amount of heat quantity and good quality water.In order to provide geothermal resources for development and utilization orderly and properly in the future，a lot of exploration review have been analyzed and summarized，geothermal contribution factor and storage feature is elaborated and analyzed in the paper.

geothermal;properties of deposit;genesis exploitation

P641.139

B

1004－1184(2012)01－0014－03

2011－10－10

甘肅省天水市中灘地?zé)豳Y源開發(fā)項目(GDK04－258)

王有權(quán)(1966—)，男，甘肅會寧人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查研究工作。