依據(jù)示蹤元素尋找炮守營溫泉區(qū)地?zé)崴?/h1>
2016-08-13 03:52:02宋文明
水資源保護(hù) 2016年4期
宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東 118000)
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依據(jù)示蹤元素尋找炮守營溫泉區(qū)地?zé)崴?/p>
宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東118000)
摘要：地?zé)崴诟邷馗邏旱沫h(huán)境下,在巖石的裂隙中緩慢地滲透、運移,達(dá)到了有利溶解的新熱動力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,圍巖中有新的物質(zhì)溶入水中,使地?zé)崴瘜W(xué)指標(biāo)與周圍環(huán)境水有明顯的區(qū)分特征,表現(xiàn)為F-、SiO2、pH值3項指標(biāo)明顯高于環(huán)境水。以上述3項指標(biāo)作為示蹤元素,在丹東市炮守營溫泉區(qū)尋找地?zé)崴?結(jié)果顯示,該方法可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。
關(guān)鍵詞：炮守營溫泉區(qū);地?zé)崴?示蹤元素;熱儲構(gòu)造
1 炮守營溫泉區(qū)概況
1.1自然地理情況
炮守營溫泉區(qū)位于丹東市元寶區(qū)金山鎮(zhèn)炮守營村,坐標(biāo)40°12′N,124°16′E,處于東北亞經(jīng)濟(jì)圈的核心地帶,是黃海、渤海兩個經(jīng)濟(jì)圈的交匯點。距離丹東市中心18 km,距離朝鮮平壤市220 km,距離韓國仁川港453.74 km,距離丹東機(jī)場17 km,,沈丹高速、沈丹公路過境,海、陸、空立體交通網(wǎng)十分便利。
炮手營溫泉區(qū)露于溝谷沖洪積形成的較為平坦的漫灘坡地上,兩側(cè)為低山丘陵夾著狹長的谷地,上面覆蓋著第四系松散亞黏土耕地,區(qū)內(nèi)植被發(fā)育,喬灌叢生,多為自然林,以柞樹、松樹、楊樹等最為常見。溫泉水靜水位-3 m,水溫50～60℃,pH值9.7,屬于弱堿性水,可開采量2 962 t/d,水化學(xué)類型HCO3-Na型,水中硫化物的含量較高,硫化氫氣味明顯,洗浴后皮膚膩滑順?biāo)?對擴(kuò)張血管、降低血脂,溶解角質(zhì)軟化皮膚,殺害寄生蟲及脫敏等有明顯的療效,地?zé)崃黧w中氟、硅的含量達(dá)到醫(yī)療命名礦水濃度要求,可命名為氟、硅熱礦水[1]。
1.2水文氣象條件
炮守營溫泉區(qū)是一個由兩側(cè)的低山丘陵夾著的狹長谷地,有一條季節(jié)性河流流經(jīng),流量隨季節(jié)變化較大,枯水期為0.02 m3/s,豐水期為25 m3/s,匯入大沙河,后由沙河口注入鴨綠江,距鴨綠江口直線距離14 km。
炮守營溫泉區(qū)地處溫帶濕潤性季風(fēng)氣候區(qū),因受黃海的影響,具有海洋性氣候的特點,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,四季分明。年平均氣溫8.9℃,凍土層深度0.8～1.1 m,無霜期140～170 d,年平均降雨量在800～1 200 mm之間,多集中在7、8月份。這里雨量充沛,氣候濕潤,水資源豐富,是我國北方降雨量最多的地方。
1.3地質(zhì)條件
1.3.1地層與巖性
區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系及印支期巖漿巖,其它地質(zhì)時代的地層均不存在,分布情況如下:
a. 第四系。炮守營溫泉區(qū)第四系地層簡單,主要為第四系堆積物,厚度1～10 m。成因類型有河谷坡洪積、丘間沼澤堆積、冰川堆積和殘坡積。巖性主要為亞砂土、亞黏土,余者為砂土或礫石。
b. 巖漿巖。巖漿巖廣泛分布于溫泉區(qū),為中-中酸性,其形成年代為印支、燕山2期。其中:①印支期似斑狀花崗巖。主要分布在北段溝谷的西側(cè)丘崗地帶,是熱水井孔內(nèi)見到的主要巖石,巖石礦物共生組合與區(qū)域類同,熱儲構(gòu)造部位的巖石裂面見綠泥石化、沸石化、黃鐵礦化等現(xiàn)象。沸石最典型,是熱儲構(gòu)造帶中的特征礦物。②印支期花崗閃長巖。分布在溫泉區(qū)的北部和測區(qū)的西南部,巖石組合與區(qū)域差異不大,花崗閃長巖與花崗巖相變明顯,但接觸關(guān)系不清,可能是重力分離作用造成巖性上的差別。③燕山黑云母花崗巖。分布在測區(qū)的外圍,是丁歧山侵入巖體相向南延伸部分。在測區(qū)內(nèi)呈小巖株狀出現(xiàn),與印支期花崗巖侵入接觸關(guān)系。④脈巖。區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的脈巖有正長斑巖、閃長斑巖、閃長玢巖、石英脈及沸石脈,其中閃長玢巖最發(fā)育。
1.3.2地質(zhì)構(gòu)造
炮守營溫泉區(qū)古老結(jié)晶基底廣泛出露,構(gòu)造形態(tài)以褶皺和斷裂構(gòu)造為主。斷裂構(gòu)造的主基調(diào)以北北東向走滑斷裂為主,其次也有北西向斷裂,與炮守營溫泉區(qū)關(guān)系最密切的,對炮守營溫泉區(qū)影響較大的斷裂構(gòu)造有:
b. 莊桓斷裂。該斷裂南起大連莊河市南西海域(海上延伸不詳),北東延伸經(jīng)丹東鳳城市、寬甸縣、灌水鎮(zhèn)、桓仁,地表聯(lián)系性較差,呈北東走向,出露長大于275 km,其間多被第四系覆蓋。該斷裂發(fā)育在遼河群或印支期花崗巖中,受北北東向滑斷層的切割,蹤跡零亂。寬甸第四系玄武巖噴出與該構(gòu)造有關(guān),玄武巖中含有大量的橄欖石、輝石、石榴石等幔源物質(zhì)包體,表明斷裂切割地殼較深。
1.4水文地質(zhì)特征
1.4.1地下水類型
根據(jù)地下水賦存條件,區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水、花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和基巖構(gòu)造裂隙水。
a. 松散巖類孔隙潛水。分布于溝谷第四紀(jì)砂礫石層中,含水層厚1～3 m,潛水埋深2～3 m,水位年變幅2.0 m左右,滲透系數(shù)50～100 m/d,單井出水量200～300 m3/d,地下水受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。
b. 花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。分布于區(qū)內(nèi)的丘崗地帶,花崗巖在內(nèi)外動力地質(zhì)作用下,表層花崗巖普遍遭受不同程度的風(fēng)化,形成幾米至幾十米厚的風(fēng)化層,網(wǎng)狀裂隙發(fā)育。大氣降水滲入其中,形成網(wǎng)狀裂隙水,泉點稀少,泉流量一般小于0.3 m3/s,水位年變幅10 m左右,單井涌水量大于200 m3/d,平均地下徑流模數(shù)2.48 L/(s·km2)。
c. 基巖構(gòu)造裂隙水。區(qū)域上基巖構(gòu)造裂隙發(fā)育,大氣降水沿構(gòu)造裂隙滲入其中聚集形成構(gòu)造裂隙水,多形成線狀展布的上升泉群,泉流量一般0.5～1.0 m3/s。
地下熱水是另一種形式的構(gòu)造裂隙水,以其循環(huán)深度深才顯示出溫度和水化學(xué)方面的不同[2]。
1.4.2地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件
地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件,主要受地質(zhì)、地形地貌、水文地質(zhì)條件及氣象條件決定的。
丘陵山區(qū),地形坡度大,巖石裂隙發(fā)育,大氣降水滲入地下形成基巖裂隙水。地下水以泉的形式向谷中排泄、補(bǔ)給第四系松散巖類形成孔隙潛水。因此,基巖山區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)。
山前坡積及溝谷地帶、地下水即接受大氣降水的垂直補(bǔ)給,同時接納基巖山區(qū)、基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給。在重力水動力條件下向下游更寬厚的松散層排泄,形成地下徑流。這里是地下水補(bǔ)給-徑流區(qū)。
沖積平原,地勢平坦開闊,地下水接受大氣降水補(bǔ)給、上游的側(cè)向補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。同時地下水又以人工開采和地表蒸發(fā)的形式垂直排泄。因此,這里是地下水的補(bǔ)給-排泄區(qū)。
炮守營溫泉區(qū)內(nèi)地下水以接受補(bǔ)給為主,以水平排泄為輔。區(qū)域地下水流向自北流向南[3]。
表1 勘測井ZKB4-1、ZK12水化學(xué)成分
1.5地?zé)崃黧w化學(xué)及動態(tài)特征
1.5.1冷水常規(guī)化學(xué)組分特征
炮守營溫泉區(qū)內(nèi)冷水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Na型、SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型、SO4·HCO3-Ca·Na型和SO4·Cl-Ca·Na型為主,pH值在5.35～8.53之間,屬弱酸-弱堿性水。
常規(guī)水化學(xué)組分中,K+、Na+的質(zhì)量濃度分別為0.25～18.92 mg/L、3.86～35.54 mg/L,調(diào)查顯示K+、Na+質(zhì)量濃度高值中心分布在炮守營子溫泉區(qū)的南部。Cl-的質(zhì)量濃度為4.73～63.12 mg/L,高值中心位于溫泉區(qū)的南部,高值中心的值為63.12 mg/L。
1.5.2 冷水專項水化學(xué)組分特征
專項水化學(xué)組分為SiO2、F-2項,它們的含量受地貌、地溫、斷裂構(gòu)造、地層巖性等多種因素控制。水文地質(zhì)調(diào)查及化驗分析測試結(jié)果顯示,炮守營溫泉區(qū)冷水未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.00～1.42 mg/L,高值中心在王家街一帶,高值中心的值為1.18～1.42 mg/L。
1.5.3地下熱水水化學(xué)組分特征
地下熱水中常規(guī)組分以Na+、HCO3-、可溶性SiO2、F-為主,K+、Mg2+次之,各離子含量基本無變化。根據(jù)淺部地溫場特征綜合分析,水化學(xué)場中的K+、Na+、Ca2+、Cl-、F-、SiO2的高值中心均大致與地溫場較高地帶有一定的吻合性,只是位置有所偏移,這可能是受地貌、巖性、淺部地下水運動等因素影響有關(guān)。最為明顯的是可溶性SiO2含量高值中心的分布與地溫場較高地帶吻合最好。說明可溶性SiO2是本區(qū)異常的標(biāo)志性組分。其他水化學(xué)組分高值地帶均分布于斷裂交匯附近部位,這些特點表明深部存在著隱伏地?zé)岙惓^(qū),且與裂斷關(guān)系密切或受斷裂控制。
炮守營溫泉區(qū)內(nèi)勘測井ZKB4-1、ZK12的水化學(xué)成分見表1,炮守營溫泉區(qū)地下熱水水化學(xué)類型較簡單,水化學(xué)類型是HCO3-Na和CO3-Na型,F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,H2SiO3的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,總硬度為10.67～11 mg/L,均位于溫泉出露點附近,沿構(gòu)造斷裂帶狀展布,且隨著溫度的升高,礦化度增高[4]。
綜合分析炮守營溫泉區(qū)的冷水及熱水的水化學(xué)組分特征,可得出如下結(jié)論:在低山丘陵地區(qū),巖石被強(qiáng)烈沖刷,冷水經(jīng)常是弱礦化度重碳酸鹽型的,如HCO3-Ca·Na型。在丘間谷地等低地中,水的運動變慢,由高處帶來的鹽分在這里進(jìn)一步礦化,水的礦化度增高,出現(xiàn)硫酸鹽和氯化物改變水的化學(xué)類型,如SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型和SO4·Cl-Ca·Na型。而區(qū)內(nèi)地下熱水主要為HCO3-Na和CO3-Na 2種類型,結(jié)合前人工作資料及本次工作成果可知,熱儲層巖性均為燕山期花崗巖,大氣降水沿著基巖裂隙滲到地下補(bǔ)給地下熱水,補(bǔ)給形式以深循環(huán)為主,深循環(huán)過程中水中離子發(fā)生溶濾作用,而形成與冷水有較大差別的化學(xué)組分[5]。
1.6熱儲構(gòu)造特征
炮守營溫泉區(qū)的熱田類型屬于中低溫對流II-2型熱田,地?zé)崽飿?gòu)造簡單,區(qū)內(nèi)萬寶—王家街北東向扭張斷裂集儲熱控?zé)嵊谝簧?衍生出一系列北東向次生構(gòu)造,切割深度達(dá)數(shù)公里,控制長度1 670 m,是鴨綠江斷裂的組成部分。地溫場呈東西向展布,異常面積0.189 7 km2。深部熱儲在高溫高壓環(huán)境下達(dá)到了有利溶解的新熱動力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,有新物質(zhì)融入水中,表現(xiàn)為F-、可溶性SiO2、pH值3項指標(biāo)明顯高于環(huán)境水,平面上此3項指標(biāo)的等值線越靠近熱儲軸線其值越高,形成與熱儲構(gòu)造走向完全一致的帶狀異常,可作為找熱水的示蹤元素[6]。
2 以3項指標(biāo)為示蹤元素找地?zé)崴?/h2>
a. 在工區(qū)不同區(qū)域圈定11個環(huán)境水取水點,其中2個取水點為地表水,其余9個取水點為2～5 m民用敞口井或壓水井,采集11個水樣作為標(biāo)本進(jìn)行水質(zhì)分析,水化學(xué)分析結(jié)果如下:水樣中未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.0～1.42 mg/L,pH值為5.35～7.53,屬于弱酸-弱堿性水[7]。
b. 在工區(qū)相同區(qū)域另選6眼淺井,其中早年地質(zhì)勘查孔4眼,井深為45～75 m,另2眼為企業(yè)現(xiàn)用水井,井深38～50 m,取6個水樣進(jìn)行水質(zhì)分析,其中有1眼井深50 m的企業(yè)現(xiàn)用水井化學(xué)指標(biāo)與環(huán)境水指標(biāo)相同,不存在異?，F(xiàn)象,其余5眼井F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,上述指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境水,具有明顯的區(qū)分特征[8]。
c. 將5眼異常井填圖到1∶10 000水文地質(zhì)圖上,連線圈定約0.3 km2區(qū)域,在該區(qū)域做物探勘查,發(fā)現(xiàn)F1熱儲構(gòu)造,該構(gòu)造由西南的炮守營河沙溝-北東雙嶺子村,走向北東32o,傾向南東,推測長度大于4.5 km,為本區(qū)儲熱、導(dǎo)熱構(gòu)造。該構(gòu)造裂隙發(fā)育,巖石蝕變現(xiàn)象明顯,表面常見鈣化和硅化,多見綠簾石化及綠泥石化現(xiàn)象,孔洞發(fā)育,是典型的分段熱儲構(gòu)造。2013年8月,遼寧省地質(zhì)第七大隊在此構(gòu)造南北成功施工ZK12號地?zé)峋?井深975 m,水量970 t/d(降深30 m),水溫60.2℃,是目前炮守營開發(fā)最成功的1眼地?zé)峋甗9]。
3 結(jié) 語
以F-、可溶性SiO2、pH值3項指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴?可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。這個方法,離不開傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查、物探、試驗探孔的輔助。以F-、可溶性SiO2、pH值3項指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴膶嵺`,目前僅在炮守營溫泉區(qū)取得成功范例,有待于在其他溫泉區(qū)進(jìn)行實踐和推廣。
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DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.04.014
作者簡介:宋文明(1979—),男,工程師,碩士,主要從事地?zé)崴芾硌芯?。E-mail:34019837@qq.com
中圖分類號：P345
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號：1004-6933(2016)04-0084-04
(收稿日期：2015-09-23編輯：王芳)
Search for geothermal water according to tracer elements in Paoshouying hot spring area
SONG Wenming
(Dandong Municipal Water Affairs Bureau, Dandong 118000, China)
Abstract：Geothermal water in high-temperature and high-pressure environments slowly infiltrates and migrates through fissured rocks to achieve a new thermal and dynamical balance conducive to dissolution, resulting in wall rock alteration. In the surrounding rocks, new substances are dissolved in the water, which enables the chemical indicators of geothermal water to be different from those of the surrounding environmental water, as shown by the fact that the values of F, SiO2, and pH are much larger in geothermal water than in environmental water. We used the three indicators mentioned above as tracer elements to search for geothermal water in the Paoshouying hot spring area, in Dandong City. The results show that this method can explicitly define the boundaries of geothermal regions, narrow down the investigation targets, and reduce the original workload and capital investment.
Key words：Paoshouying hot spring area; geothermal water; tracer element; thermal reservoir structure
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宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東 118000)
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宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東118000)
摘要：地?zé)崴诟邷馗邏旱沫h(huán)境下,在巖石的裂隙中緩慢地滲透、運移,達(dá)到了有利溶解的新熱動力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,圍巖中有新的物質(zhì)溶入水中,使地?zé)崴瘜W(xué)指標(biāo)與周圍環(huán)境水有明顯的區(qū)分特征,表現(xiàn)為F-、SiO2、pH值3項指標(biāo)明顯高于環(huán)境水。以上述3項指標(biāo)作為示蹤元素,在丹東市炮守營溫泉區(qū)尋找地?zé)崴?結(jié)果顯示,該方法可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。
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1.1自然地理情況
炮守營溫泉區(qū)位于丹東市元寶區(qū)金山鎮(zhèn)炮守營村,坐標(biāo)40°12′N,124°16′E,處于東北亞經(jīng)濟(jì)圈的核心地帶,是黃海、渤海兩個經(jīng)濟(jì)圈的交匯點。距離丹東市中心18 km,距離朝鮮平壤市220 km,距離韓國仁川港453.74 km,距離丹東機(jī)場17 km,,沈丹高速、沈丹公路過境,海、陸、空立體交通網(wǎng)十分便利。
炮手營溫泉區(qū)露于溝谷沖洪積形成的較為平坦的漫灘坡地上,兩側(cè)為低山丘陵夾著狹長的谷地,上面覆蓋著第四系松散亞黏土耕地,區(qū)內(nèi)植被發(fā)育,喬灌叢生,多為自然林,以柞樹、松樹、楊樹等最為常見。溫泉水靜水位-3 m,水溫50～60℃,pH值9.7,屬于弱堿性水,可開采量2 962 t/d,水化學(xué)類型HCO3-Na型,水中硫化物的含量較高,硫化氫氣味明顯,洗浴后皮膚膩滑順?biāo)?對擴(kuò)張血管、降低血脂,溶解角質(zhì)軟化皮膚,殺害寄生蟲及脫敏等有明顯的療效,地?zé)崃黧w中氟、硅的含量達(dá)到醫(yī)療命名礦水濃度要求,可命名為氟、硅熱礦水[1]。
1.2水文氣象條件
炮守營溫泉區(qū)是一個由兩側(cè)的低山丘陵夾著的狹長谷地,有一條季節(jié)性河流流經(jīng),流量隨季節(jié)變化較大,枯水期為0.02 m3/s,豐水期為25 m3/s,匯入大沙河,后由沙河口注入鴨綠江,距鴨綠江口直線距離14 km。
炮守營溫泉區(qū)地處溫帶濕潤性季風(fēng)氣候區(qū),因受黃海的影響,具有海洋性氣候的特點,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,四季分明。年平均氣溫8.9℃,凍土層深度0.8～1.1 m,無霜期140～170 d,年平均降雨量在800～1 200 mm之間,多集中在7、8月份。這里雨量充沛,氣候濕潤,水資源豐富,是我國北方降雨量最多的地方。
1.3地質(zhì)條件
1.3.1地層與巖性
區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系及印支期巖漿巖,其它地質(zhì)時代的地層均不存在,分布情況如下:
a. 第四系。炮守營溫泉區(qū)第四系地層簡單,主要為第四系堆積物,厚度1～10 m。成因類型有河谷坡洪積、丘間沼澤堆積、冰川堆積和殘坡積。巖性主要為亞砂土、亞黏土,余者為砂土或礫石。
b. 巖漿巖。巖漿巖廣泛分布于溫泉區(qū),為中-中酸性,其形成年代為印支、燕山2期。其中:①印支期似斑狀花崗巖。主要分布在北段溝谷的西側(cè)丘崗地帶,是熱水井孔內(nèi)見到的主要巖石,巖石礦物共生組合與區(qū)域類同,熱儲構(gòu)造部位的巖石裂面見綠泥石化、沸石化、黃鐵礦化等現(xiàn)象。沸石最典型,是熱儲構(gòu)造帶中的特征礦物。②印支期花崗閃長巖。分布在溫泉區(qū)的北部和測區(qū)的西南部,巖石組合與區(qū)域差異不大,花崗閃長巖與花崗巖相變明顯,但接觸關(guān)系不清,可能是重力分離作用造成巖性上的差別。③燕山黑云母花崗巖。分布在測區(qū)的外圍,是丁歧山侵入巖體相向南延伸部分。在測區(qū)內(nèi)呈小巖株狀出現(xiàn),與印支期花崗巖侵入接觸關(guān)系。④脈巖。區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的脈巖有正長斑巖、閃長斑巖、閃長玢巖、石英脈及沸石脈,其中閃長玢巖最發(fā)育。
1.3.2地質(zhì)構(gòu)造
炮守營溫泉區(qū)古老結(jié)晶基底廣泛出露,構(gòu)造形態(tài)以褶皺和斷裂構(gòu)造為主。斷裂構(gòu)造的主基調(diào)以北北東向走滑斷裂為主,其次也有北西向斷裂,與炮守營溫泉區(qū)關(guān)系最密切的,對炮守營溫泉區(qū)影響較大的斷裂構(gòu)造有:
b. 莊桓斷裂。該斷裂南起大連莊河市南西海域(海上延伸不詳),北東延伸經(jīng)丹東鳳城市、寬甸縣、灌水鎮(zhèn)、桓仁,地表聯(lián)系性較差,呈北東走向,出露長大于275 km,其間多被第四系覆蓋。該斷裂發(fā)育在遼河群或印支期花崗巖中,受北北東向滑斷層的切割,蹤跡零亂。寬甸第四系玄武巖噴出與該構(gòu)造有關(guān),玄武巖中含有大量的橄欖石、輝石、石榴石等幔源物質(zhì)包體,表明斷裂切割地殼較深。
1.4水文地質(zhì)特征
1.4.1地下水類型
根據(jù)地下水賦存條件,區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水、花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和基巖構(gòu)造裂隙水。
a. 松散巖類孔隙潛水。分布于溝谷第四紀(jì)砂礫石層中,含水層厚1～3 m,潛水埋深2～3 m,水位年變幅2.0 m左右,滲透系數(shù)50～100 m/d,單井出水量200～300 m3/d,地下水受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。
b. 花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。分布于區(qū)內(nèi)的丘崗地帶,花崗巖在內(nèi)外動力地質(zhì)作用下,表層花崗巖普遍遭受不同程度的風(fēng)化,形成幾米至幾十米厚的風(fēng)化層,網(wǎng)狀裂隙發(fā)育。大氣降水滲入其中,形成網(wǎng)狀裂隙水,泉點稀少,泉流量一般小于0.3 m3/s,水位年變幅10 m左右,單井涌水量大于200 m3/d,平均地下徑流模數(shù)2.48 L/(s·km2)。
c. 基巖構(gòu)造裂隙水。區(qū)域上基巖構(gòu)造裂隙發(fā)育,大氣降水沿構(gòu)造裂隙滲入其中聚集形成構(gòu)造裂隙水,多形成線狀展布的上升泉群,泉流量一般0.5～1.0 m3/s。
地下熱水是另一種形式的構(gòu)造裂隙水,以其循環(huán)深度深才顯示出溫度和水化學(xué)方面的不同[2]。
1.4.2地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件
地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件,主要受地質(zhì)、地形地貌、水文地質(zhì)條件及氣象條件決定的。
丘陵山區(qū),地形坡度大,巖石裂隙發(fā)育,大氣降水滲入地下形成基巖裂隙水。地下水以泉的形式向谷中排泄、補(bǔ)給第四系松散巖類形成孔隙潛水。因此,基巖山區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)。
山前坡積及溝谷地帶、地下水即接受大氣降水的垂直補(bǔ)給,同時接納基巖山區(qū)、基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給。在重力水動力條件下向下游更寬厚的松散層排泄,形成地下徑流。這里是地下水補(bǔ)給-徑流區(qū)。
沖積平原,地勢平坦開闊,地下水接受大氣降水補(bǔ)給、上游的側(cè)向補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。同時地下水又以人工開采和地表蒸發(fā)的形式垂直排泄。因此,這里是地下水的補(bǔ)給-排泄區(qū)。
炮守營溫泉區(qū)內(nèi)地下水以接受補(bǔ)給為主,以水平排泄為輔。區(qū)域地下水流向自北流向南[3]。
表1 勘測井ZKB4-1、ZK12水化學(xué)成分
1.5地?zé)崃黧w化學(xué)及動態(tài)特征
1.5.1冷水常規(guī)化學(xué)組分特征
炮守營溫泉區(qū)內(nèi)冷水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Na型、SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型、SO4·HCO3-Ca·Na型和SO4·Cl-Ca·Na型為主,pH值在5.35～8.53之間,屬弱酸-弱堿性水。
常規(guī)水化學(xué)組分中,K+、Na+的質(zhì)量濃度分別為0.25～18.92 mg/L、3.86～35.54 mg/L,調(diào)查顯示K+、Na+質(zhì)量濃度高值中心分布在炮守營子溫泉區(qū)的南部。Cl-的質(zhì)量濃度為4.73～63.12 mg/L,高值中心位于溫泉區(qū)的南部,高值中心的值為63.12 mg/L。
1.5.2 冷水專項水化學(xué)組分特征
專項水化學(xué)組分為SiO2、F-2項,它們的含量受地貌、地溫、斷裂構(gòu)造、地層巖性等多種因素控制。水文地質(zhì)調(diào)查及化驗分析測試結(jié)果顯示,炮守營溫泉區(qū)冷水未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.00～1.42 mg/L,高值中心在王家街一帶,高值中心的值為1.18～1.42 mg/L。
1.5.3地下熱水水化學(xué)組分特征
地下熱水中常規(guī)組分以Na+、HCO3-、可溶性SiO2、F-為主,K+、Mg2+次之,各離子含量基本無變化。根據(jù)淺部地溫場特征綜合分析,水化學(xué)場中的K+、Na+、Ca2+、Cl-、F-、SiO2的高值中心均大致與地溫場較高地帶有一定的吻合性,只是位置有所偏移,這可能是受地貌、巖性、淺部地下水運動等因素影響有關(guān)。最為明顯的是可溶性SiO2含量高值中心的分布與地溫場較高地帶吻合最好。說明可溶性SiO2是本區(qū)異常的標(biāo)志性組分。其他水化學(xué)組分高值地帶均分布于斷裂交匯附近部位,這些特點表明深部存在著隱伏地?zé)岙惓^(qū),且與裂斷關(guān)系密切或受斷裂控制。
炮守營溫泉區(qū)內(nèi)勘測井ZKB4-1、ZK12的水化學(xué)成分見表1,炮守營溫泉區(qū)地下熱水水化學(xué)類型較簡單,水化學(xué)類型是HCO3-Na和CO3-Na型,F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,H2SiO3的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,總硬度為10.67～11 mg/L,均位于溫泉出露點附近,沿構(gòu)造斷裂帶狀展布,且隨著溫度的升高,礦化度增高[4]。
綜合分析炮守營溫泉區(qū)的冷水及熱水的水化學(xué)組分特征,可得出如下結(jié)論:在低山丘陵地區(qū),巖石被強(qiáng)烈沖刷,冷水經(jīng)常是弱礦化度重碳酸鹽型的,如HCO3-Ca·Na型。在丘間谷地等低地中,水的運動變慢,由高處帶來的鹽分在這里進(jìn)一步礦化,水的礦化度增高,出現(xiàn)硫酸鹽和氯化物改變水的化學(xué)類型,如SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型和SO4·Cl-Ca·Na型。而區(qū)內(nèi)地下熱水主要為HCO3-Na和CO3-Na 2種類型,結(jié)合前人工作資料及本次工作成果可知,熱儲層巖性均為燕山期花崗巖,大氣降水沿著基巖裂隙滲到地下補(bǔ)給地下熱水,補(bǔ)給形式以深循環(huán)為主,深循環(huán)過程中水中離子發(fā)生溶濾作用,而形成與冷水有較大差別的化學(xué)組分[5]。
1.6熱儲構(gòu)造特征
炮守營溫泉區(qū)的熱田類型屬于中低溫對流II-2型熱田,地?zé)崽飿?gòu)造簡單,區(qū)內(nèi)萬寶—王家街北東向扭張斷裂集儲熱控?zé)嵊谝簧?衍生出一系列北東向次生構(gòu)造,切割深度達(dá)數(shù)公里,控制長度1 670 m,是鴨綠江斷裂的組成部分。地溫場呈東西向展布,異常面積0.189 7 km2。深部熱儲在高溫高壓環(huán)境下達(dá)到了有利溶解的新熱動力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,有新物質(zhì)融入水中,表現(xiàn)為F-、可溶性SiO2、pH值3項指標(biāo)明顯高于環(huán)境水,平面上此3項指標(biāo)的等值線越靠近熱儲軸線其值越高,形成與熱儲構(gòu)造走向完全一致的帶狀異常,可作為找熱水的示蹤元素[6]。
2 以3項指標(biāo)為示蹤元素找地?zé)崴?/h2>
a. 在工區(qū)不同區(qū)域圈定11個環(huán)境水取水點,其中2個取水點為地表水,其余9個取水點為2～5 m民用敞口井或壓水井,采集11個水樣作為標(biāo)本進(jìn)行水質(zhì)分析,水化學(xué)分析結(jié)果如下:水樣中未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.0～1.42 mg/L,pH值為5.35～7.53,屬于弱酸-弱堿性水[7]。
b. 在工區(qū)相同區(qū)域另選6眼淺井,其中早年地質(zhì)勘查孔4眼,井深為45～75 m,另2眼為企業(yè)現(xiàn)用水井,井深38～50 m,取6個水樣進(jìn)行水質(zhì)分析,其中有1眼井深50 m的企業(yè)現(xiàn)用水井化學(xué)指標(biāo)與環(huán)境水指標(biāo)相同,不存在異?，F(xiàn)象,其余5眼井F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,上述指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境水,具有明顯的區(qū)分特征[8]。
c. 將5眼異常井填圖到1∶10 000水文地質(zhì)圖上,連線圈定約0.3 km2區(qū)域,在該區(qū)域做物探勘查,發(fā)現(xiàn)F1熱儲構(gòu)造,該構(gòu)造由西南的炮守營河沙溝-北東雙嶺子村,走向北東32o,傾向南東,推測長度大于4.5 km,為本區(qū)儲熱、導(dǎo)熱構(gòu)造。該構(gòu)造裂隙發(fā)育,巖石蝕變現(xiàn)象明顯,表面常見鈣化和硅化,多見綠簾石化及綠泥石化現(xiàn)象,孔洞發(fā)育,是典型的分段熱儲構(gòu)造。2013年8月,遼寧省地質(zhì)第七大隊在此構(gòu)造南北成功施工ZK12號地?zé)峋?井深975 m,水量970 t/d(降深30 m),水溫60.2℃,是目前炮守營開發(fā)最成功的1眼地?zé)峋甗9]。
3 結(jié) 語
以F-、可溶性SiO2、pH值3項指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴?可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。這個方法,離不開傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查、物探、試驗探孔的輔助。以F-、可溶性SiO2、pH值3項指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴膶嵺`,目前僅在炮守營溫泉區(qū)取得成功范例,有待于在其他溫泉區(qū)進(jìn)行實踐和推廣。
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DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.04.014
作者簡介:宋文明(1979—),男,工程師,碩士,主要從事地?zé)崴芾硌芯?。E-mail:34019837@qq.com
中圖分類號：P345
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號：1004-6933(2016)04-0084-04
(收稿日期：2015-09-23編輯：王芳)
Search for geothermal water according to tracer elements in Paoshouying hot spring area
SONG Wenming
(Dandong Municipal Water Affairs Bureau, Dandong 118000, China)
Abstract：Geothermal water in high-temperature and high-pressure environments slowly infiltrates and migrates through fissured rocks to achieve a new thermal and dynamical balance conducive to dissolution, resulting in wall rock alteration. In the surrounding rocks, new substances are dissolved in the water, which enables the chemical indicators of geothermal water to be different from those of the surrounding environmental water, as shown by the fact that the values of F, SiO2, and pH are much larger in geothermal water than in environmental water. We used the three indicators mentioned above as tracer elements to search for geothermal water in the Paoshouying hot spring area, in Dandong City. The results show that this method can explicitly define the boundaries of geothermal regions, narrow down the investigation targets, and reduce the original workload and capital investment.
Key words：Paoshouying hot spring area; geothermal water; tracer element; thermal reservoir structure
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