馮志祥，徐海波，吳吉春，陳扣平

(1.江蘇省節(jié)約用水辦公室, 江蘇 南京 210029；2.南京大學 地球科學與工程學院 水科學系， 江蘇 南京 210093)

江蘇省地熱水水化學特征研究

馮志祥1，徐海波1，吳吉春2，陳扣平2

(1.江蘇省節(jié)約用水辦公室, 江蘇 南京 210029；2.南京大學 地球科學與工程學院 水科學系， 江蘇 南京 210093)

江蘇省地處我國東部沿海，為我國經濟最發(fā)達的地區(qū)之一，地熱水資源較為豐富，地熱水資源開發(fā)前景廣闊，科學的開發(fā)利用好地熱水資源對緩解能源壓力、節(jié)能減排、保護生態(tài)環(huán)境，促進江蘇低碳經濟的發(fā)展具有十分重要的意義[1]。本文對江蘇省178口地熱井與溫泉基本情況進行調查，并收集大量資料進行計算分析，對全省熱儲分布特征，微量元素的分布與區(qū)域地質背景之間關系以及其受水巖相互作用等條件的影響進行研究。結果表明，江蘇省可按構造及地層特征劃分為四大地熱資源區(qū)，區(qū)內地熱化學類型主要為HCO3-Na、Cl-Ca、Cl-Na、SO4-Ca、SO4-Na，地熱水的礦化度范圍為297～2 1087 mg/L，pH值范圍為6.59～9.17。地熱水微量元素以氟化物、鍶、偏硼酸、偏硅酸四種微量元素為主，主要富集在40℃～60℃的地熱水之中。該研究結果對江蘇省地熱水長期研究及開發(fā)利用提供參考。

地熱水；熱儲分布；水化學特征；微量元素

地熱水既是重要的水資源，也是重要的能源礦產，具有水資源和礦產資源的雙重屬性。地熱水是21世紀最受人們關注的新能源之一，地熱水資源是一種集“熱”“礦”“水”于一體的清潔可再生能源，與其他新能源相比，具有持續(xù)穩(wěn)定、可直接利用、成本低等一系列優(yōu)點。中高溫地熱水資源主要用于地熱發(fā)電，低溫地熱水資源主要用于地熱供暖、生活熱水、保健浴療，娛樂、旅游及種植、養(yǎng)殖等諸多方面，利用價值和開發(fā)前景十分廣泛。江蘇省地處我國東部沿海，為我國經濟最發(fā)達的地區(qū)之一，是我國地熱水資源較豐富的省份之一，若能充分進行產業(yè)化、規(guī)模化開發(fā)，將產生巨大的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。江蘇省地熱水資源開發(fā)前景廣闊，科學的開發(fā)利用好地熱水資源對緩解能源壓力、節(jié)能減排、保護生態(tài)環(huán)境，促進江蘇低碳經濟的發(fā)展具有十分重要的意義[1]。

把地熱水作為深循環(huán)熱流載體加以研究，可以從一個側面來探討深部地熱水資源賦存的可能性。 勘查、開發(fā)地熱水資源對江蘇省經濟的可持續(xù)發(fā)展意義重大。本文通過調查江蘇現(xiàn)有的178口地熱井，在收集大量資料的基礎上，對江蘇省地熱水資源的分布情況作了相關介紹，文章將江蘇省分為四個地熱資源區(qū)，對地熱水的水化學特征進行分析，并對其中氟化物、鍶、偏硼酸、偏硅酸等微量元素進行分析，找出各組分的分布特征以及不同組分之間的內在關聯(lián)，尋求區(qū)內地熱水的水化學特征所具有的指示意義，為日后江蘇地熱水的研究和開發(fā)提供一定參考。

1 江蘇省地熱水資源熱儲分布特征

中國東部沉降帶的地熱水資源豐富，主要為隱伏傳導型中低溫地熱水資源，江蘇是中國東部傳導型地熱水資源較為豐富的地區(qū)之一。根據(jù)構造及地層特征，江蘇省域可劃分為四大地熱資源區(qū)，分別為徐州地熱資源分區(qū)(Ⅰ)、宿遷-連云港地熱資源分區(qū)(Ⅱ)、蘇中地熱資源分區(qū)(Ⅲ)和蘇南地熱資源分區(qū)(Ⅳ)[2]，地熱資源分區(qū)見圖1，地熱巖性見表1。

圖1 江蘇省地熱資源分布圖

(1)徐州地熱資源分區(qū)位于江蘇西北部郯廬斷裂帶以西，在構造單元上對應華北地臺區(qū)，總體上屬于構造隆起區(qū)，主要控熱構造為中新生代盆地及隆起區(qū)的有利褶皺構造，地熱儲層主要為晚元古代泥灰?guī)r地層(裂隙含水層)。

(2)宿遷-連云港地熱資源分區(qū)位于江蘇北部郯廬斷裂帶以東(含郯廬斷裂帶)，淮安-響水斷裂以北，在構造單元上對應郯廬斷裂帶及蘇魯造山帶，總體上屬于構造隆起區(qū)，主要控熱構造為郯廬斷裂帶、中新生代盆地及隆起區(qū)深斷裂構造，地熱儲層主要為古老變質巖中的各類破碎帶，如斷裂破碎帶、侵入接觸破碎帶等裂隙含水層。

(3)蘇中地熱資源分區(qū)位于蘇中新生代斷陷盆地(北起淮陰-響水斷裂，南至通揚隆起北緣，俗稱蘇北盆地)，該區(qū)是江蘇地熱資源最豐富的地區(qū)，新生界厚度可達數(shù)千米，盆地內具有很高的大地熱流，控熱構造主要為區(qū)內的隆起褶皺帶、坳陷邊緣斷裂-斷階帶及坳陷內-系列凸起構造，地熱儲層主要有新近紀砂礫層(松散巖類孔隙含水層)、古近紀砂巖(孔隙-裂隙含水層)及中生代、古生代碳酸鹽巖地層(巖溶裂隙含水層)等。

(4)蘇南地熱資源分區(qū)位于蘇北盆地以南，在構造上對應于蘇南隆起區(qū)。總體上屬于構造隆起區(qū)，中生代盆嶺構造發(fā)育，以隆坳相間構造為特征，主要控熱構造為盆地邊緣斷裂-斷階帶、盆地內部的印支面凸起、隆起區(qū)有利褶皺構造等，地熱儲層主要是中生代、古生代碳酸鹽巖地層(巖溶裂隙含水層)；古生代、中生代砂巖地層(裂隙含水層)；中生帶火山巖及侵入巖中的破碎帶等裂隙含水層。

表1 江蘇省地熱巖性表 m

2 江蘇省地熱水水化學基本特征

目前，根據(jù)13個市的熱儲分區(qū)，分析其水化學基本特征，江蘇省地熱水水化學特征表見表2，水化學特征數(shù)據(jù)主要來自國土資源部南京礦產資源監(jiān)督檢測中心。

(1)在徐州地熱資源區(qū)中，現(xiàn)已開發(fā)的地熱水資源主要位于徐州賈汪區(qū)大吳村和新城區(qū)，地熱水的熱儲巖性為泥灰?guī)r、砂質泥巖，地熱水類型為HCO3-Na型水。礦化度在552～2 103 mg/L之間，pH值在6.95～7.81之間，總硬度為286 mg/L和662 mg/L，屬微硬水。

(2)宿遷-連云港地熱資源區(qū)中，已經開發(fā)利用的地熱水資源主要位于項王故里、新絲路房地產開發(fā)公司旅游度假村及李埝林場。宿遷項王故里和新絲路房地產開發(fā)公司旅游度假村地熱水的熱儲層年代較老，為元古代—中生代，其中項王故里地熱井位于郯廬斷裂帶，地熱水水化學類型為SO4-Ca和SO4-Na型，地熱水的礦化度較高[3]，為7 810 mg/L和6 060 mg/L。

表2 江蘇省地熱水水化學特征一覽表

(3)蘇中地熱資源區(qū)內地熱水一般為SO4-Na，Cl-Na和HCO3-Na三種類型，礦化度在374～11 879 mg/L之間?；窗簿硟瘸Y壩地熱水的熱儲為花崗巖外，其他均為碳酸鹽巖，蔣壩的地熱水水化學類型為Cl-Na型，地熱水的礦化度為10 410 mg/L，屬于高礦化度水，水的硬度比較大。老子山的地熱水化學類型為SO4-Na型[4]，礦化度在2 025～2 231 mg/L。鹽城地區(qū)地熱水的熱儲層主要為新近系鹽城組[5]，水化學類型主要為HCO3-Na，礦化度相對來說較低，pH值變化在6.9～8.63之間，地熱水中以Na+離子和HCO3-離子含量最高，分別在170～399 mg/L和331～438 mg/L之間。泰州溱湖1號井和泰成苑小區(qū)TCY1地熱井熱儲為新近系鹽城組及古近系三垛組，地熱水水化學類型為HCO3-Na型和Cl-Na型，礦化度分別為1 694 mg/L、5 307 mg/L，三垛組礦化度較高，興化市烏巾蕩地熱井熱儲為新近系鹽城組砂巖，地熱水水化學類型為Cl-Na型，礦化度為6 750 mg/L。揚州市醉溫泉賓館有限公司地熱井，瘦西湖天沐溫泉1#、2#井，揚州潤泰投資鳳凰島地熱井，熱儲為碳酸鹽巖，地熱水水化學類型都為SO4-Na型，地熱水的礦化度在1 719～5 780 mg/L，pH值在7.35～8.45之間，偏堿性。馬棚地區(qū)地熱井的熱儲類型為古近系三垛組砂巖，水化學類型為Cl-Na型，礦化度達2 190 mg/L，理療熱礦水組分主要有偏硅酸和偏硼酸。南通地區(qū)地熱水的熱儲層均為新近系鹽城組[6]，地熱水水化學類型為HCO3-Na型水，礦化度在1 616～3 724 mg/L。

(4)蘇南地熱資源分區(qū)鎮(zhèn)江地區(qū)的地熱儲層主要為碳酸鹽巖，花崗巖和侏羅系角礫巖[7]，地熱水水化學類型主要為SO4-Ca型或HCO3-Mg·Ca型，礦化度在706～3 330 mg/L。南京湯山地區(qū)湯山鎮(zhèn)地熱水水化學類型主要為SO4-Ca型、SO4-Ca·Mg型[8]，水溫在53℃～65℃。而在湯山西側侯家塘附近，隨著冷水混入比例的增加，地熱水溫度降至30℃～39℃，水化學類型逐漸由SO4-Ca向SO4·HCO3-Ca型水過渡。湯山鎮(zhèn)東部溫泉路地區(qū)地熱水水溫在53℃～73℃之間， pH值相對較小，在7.0～7.4之間，礦化度均大于1 500 mg/L，多數(shù)在1 680～1 850 mg/L之間，陽離子中Ca2+含量最高，含量范圍為257～383 mg/L，百分比含量達到73.8%～74.8%，其次是Mg2+含量，在45.1～63 mg/L之間，大多介于40～60 mg/L，百分比含量達到20%。湯泉地區(qū)地熱水水化學類型為SO4-Ca型，水溫在29.4℃～50℃，陽離子濃度含量最高的鈣離子含量介于387～530 mg/L，陰離子濃度含量最高的為硫酸根離子，含量為934～1 512 mg/L。pH值介于7.08～7.63，礦化度在1 765～2 491 mg/L之間[9]。常州地區(qū)地熱水資源的熱儲為碳酸鹽巖，侏羅系砂巖，水化學類型主要為SO4-Na型和HCO3-Na型。礦化度在635～1 536 mg/L之間。無錫地區(qū)地熱水水化學類型均為HCO3-Na型水，熱儲巖性為花崗巖和砂巖，礦化度在423～2 140 mg/L。蘇州地區(qū)地熱水水化學類型主要為SO4-Ca，HCO3-Na和Cl-Na型，熱儲巖性主要為砂巖、花崗巖和碳酸鹽巖，礦化度在298～21 807 mg/L之間，位于吳江區(qū)松陵鎮(zhèn)的RWJ2地熱井的礦化度最高，達21 807 mg/L。

3 江蘇省地熱水微量元素化學特征

3.1 江蘇省地熱水中微量元素含量

地熱水中含有豐富的微量元素，如氟、鍶、硼、硅等微量元素，這些微量元素具有一定的醫(yī)療和保健價值，它們被人體吸收后可補充人體所缺的微量元素。隨著人民生活水平的日益提高，利用地熱水洗浴來提高身體素質的需求也越來越多，因此尋找富含對人體有利的微量元素的地熱水已成為重要研究課題之一[10-12]，本節(jié)主要分析江蘇地熱水資源微量元素(氟、鍶、硼、硅)化學特征，為進一步開發(fā)利用地熱水提供一定的參考。表3列出了江蘇省地熱水中4種微量元素的化學成分含量。表4列出了按不同標準對地熱水進行評價時微量元素含量要求。

由表3、表4可分析得出：

(1)根據(jù)生活飲用水標準，水中氟化物濃度應小于1.0 mg/L，從表3中可以發(fā)現(xiàn)，江蘇省內四個地熱資源分區(qū)的地熱水中氟離子含量基本大于1.0 mg/L，只有少量地熱水中氟化物含量小于1.0 mg/L。

(2)根據(jù)理療熱礦水及命名礦泉水水質標準, 水中鍶的濃度達到10 mg/L。徐州地熱資源分區(qū)為晚元古代泥灰?guī)r地層，鍶含量達不到理療價值濃度。宿遷-連云港地熱資源分區(qū)中，宿遷地區(qū)的地熱水中鍶含量在10.3～20.8 mg/L, 基本能達到理療價值濃度。蘇中地熱資源區(qū)內只有少部分地區(qū)如江都已開發(fā)的地熱水中鍶的濃度達到理療價值所要求的濃度。蘇南地熱資源分區(qū)中，少部分地區(qū)如無錫、鎮(zhèn)江地區(qū)存在鍶水。

(3)徐州地熱資源分區(qū)中，地熱水中偏硅酸含量范圍在28.7～48.9 mg/L，達到理療熱礦水水質標準。宿遷-連云港地熱資源區(qū)中，地熱水中偏硼酸，偏硅酸基本均達到了理療熱礦水水質標準，有一定的醫(yī)療價值。蘇中地熱資源區(qū)內蘇北盆地地熱水的理療價值主要體現(xiàn)在偏硅酸上，少部分地區(qū)偏硼酸達醫(yī)療價值濃度。蘇南地熱資源分區(qū)中，地熱水硅酸含量較高，理療價值主要體現(xiàn)在偏硅酸上。

表3 江蘇省地熱水中有理療效果化學成分含量一覽表 mg/L

表4 地熱水水質評價標準表 mg/L

圖2 溫度與微量元素濃度關系圖

3.2 江蘇省地熱水中微量元素分布規(guī)律

本文選取江蘇省內有詳細水化學分析資料的86口地熱井的水樣分析數(shù)據(jù)，通過整理分析，從地熱水的溫度、pH值及礦化度與地熱水中氟化物、鍶、偏硼酸及偏硅酸含量的關系進行研究，找出地熱水中微量元素的分布規(guī)律。

圖2是地熱水中氟化物、鍶、偏硼酸及偏硅酸與地熱水水溫的關系圖。從圖2中可以看出，四種微量元素主要富集在40℃～60℃的地熱水之中，其中偏硅酸隨著溫度的升高呈一定的正相關趨勢，而鍶元素、偏硼酸在中溫的地熱水中含量相對較高。

圖3 pH與微量元素濃度關系圖

圖4 礦化度與微量元素濃度關系圖

圖3是地熱水中氟化物、鍶、偏硼酸及偏硅酸與地熱水pH的關系圖。分析圖3可知，四種微量元素主要存在于pH值在7～9之間的地熱水中，其中氟化物在pH值為8～9時含量較高，鍶元素的含量大于15 mg/L時，pH值越高，鍶的含量越高，而當鍶的含量較低時，pH值的變化對鍶元素含量的影響不明顯。偏硼酸在pH值為7.5～8之間時，其含量相對較高，偏硅酸在pH值在7～8之間隨著pH增大而增大，呈正相關，而當pH值在8～9之間時，地熱水中偏硅酸的含量隨著pH值的增大而減小。

圖4是地熱水中氟化物、鍶、偏硼酸及偏硅酸與地熱水礦化度之間的關系。從圖4可知，當?shù)責崴V化度濃度低于2 000 mg/L時，地熱水中氟化物的濃度相對較高。礦化度大于1 000 mg/L的地熱水中鍶的含量相對較高。當?shù)責崴V化度濃度較低時，地熱水中的偏硼酸含量相對較低；當?shù)責崴衅鹚岷看笥? mg/L的地熱水時，地熱水的礦化度都高于2 000 mg/L。當?shù)責崴V化度小于2 000 mg/L時，地熱水中偏硅酸含量和礦化度呈一定的正相關關系，而當?shù)V化度大于2 000 mg/L時，地熱水中偏硅酸含量基本都大于25 mg/L。

4 結語

本文通過對江蘇省現(xiàn)有地熱水的水化學成分資料的分析整理，得到如下結論：

(1)根據(jù)構造及地層特征，江蘇省域可劃分四大地熱資源區(qū)，分別為徐州地熱資源分區(qū)、宿遷-連云港地熱資源分區(qū)、蘇中地熱資源分區(qū)(蘇北盆地)和蘇南地熱資源分區(qū)，四大地熱資源區(qū)內地熱水的水化學類型主要為HCO3-Na、Cl-Ca、Cl-Na、SO4-Ca、SO4-Na，地熱水的礦化度范圍為297～21 087 mg/L，pH值范圍為6.59～9.17。

(2)江蘇省內的地熱水主要以偏硅酸水和氟水、鍶水為主，揚州和蘇州的地熱水中偏硼酸含量較高。

(3)地熱水中氟化物、鍶、偏硼酸、偏硅酸四種微量元素主要富集在40℃～60℃的地熱水之中，其中地熱水中偏硅酸和溫度呈一定的正相關。地熱水中偏硼酸在pH值為7.5～8之間時，其含量相對較高，偏硅酸在pH值為7～8時，隨著pH增大而增大，呈正相關，而當pH值在8～9之間時，地熱水中偏硅酸的含量隨著pH值的增大而減小。當?shù)責崴V化度濃度低于2 000 mg/L時，地熱水中氟化物的濃度相對較高。礦化度大于1 000 mg/L的地熱水中鍶的含量相對較高。

本文僅針對江蘇省已有地熱水水樣資料進行了相關分析研究，而地熱水的循環(huán)途徑非常復雜，其化學成分的影響因素眾多，通過本文初步的分析顯然是不夠全面，需要在今后不斷收集資料，進行更加深入的分析研究。

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Study on Hydrochemical Characteristics of Geothermal Water in Jiangsu Province

FENG Zhi-xiang1, XU Hai-bo1, WU Ji-chun2, CHEN Kou-ping2

(1.Jiangsu Provincial Water Conservation Office,Jiangsu Nanjing 210029;2.Nanjing University School of Earth Science and Engineering Department of Water Science,Jiangsu Nanjing 210093)

Jiangsu Province is located in the eastern coastal area of China, which is one of the most economically developed areas in China. The geothermal water resources are abundant, and the development prospect is broad. Scientific development and utilization of geothermal water resources is of great significance to alleviate energy pressure, save energy and reduce emissions, protect the ecological environment and promote the development of low-carbon economy in Jiangsu. In this paper, the survey of 178 geothermal wells and hot springs in Jiangsu Province are carried out, and a large amount of data is collected for analysis. Also, the characteristics of the distribution of thermal storage in this province, the relationship between the distribution of trace elements and the regional geological background and the influence of water - rock interaction are studied. The results show that Jiangsu Province can be divided into four geothermal resource zones according to the characteristics of structure and stratum. The geothermal chemical types in the area are mainly HCO3-Na, Cl-Ca, Cl-Na, SO4-Ca and SO4-Na, the geochemical degree of geothermal water is 297～21 087 mg/L, pH value is 6.59～9.17. The trace elements of geothermal water are mainly composed of four kinds, listed as fluoride, strontium, metaboric acid and metasilicic acid, which are mainly enriched in geothermal water of 40 ℃～60 ℃. The results of this study provide a reference for the long - term research and development of geothermal water in Jiangsu Province.

the geothermal water; the distribution of thermal storage; hydrochemical characteristics; trace element

2017-03-27

馮志祥(1970-)，男，江蘇濱海人，高級工程師，主要從事地下水開發(fā)利用方面工作。

陳扣平(1979-)，女，江蘇泰州人，副教授，主要從事地下水環(huán)境方面研究。

P314.1

A

1004-1184(2017)04-0005-04