河南省偃師市城區(qū)地?zé)嵝纬蓷l件及開發(fā)利用研究

田大永，趙翩翩，周 攀，黃繼超

(河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450053)

工作區(qū)位于洛陽盆地東部，洛陽斷陷是在燕山初期發(fā)生、發(fā)展的斷陷沉積盆地(宜陽斷陷、洛寧斷陷均屬這個時期形成)。在中生代時期，洛陽地區(qū)逐漸隆起，沉積面積萎縮，致使該區(qū)白堊紀、侏羅紀底層缺失;到了燕山晚期褶皺、斷裂活動強烈，主要構(gòu)造呈東北向延伸，性質(zhì)以擠壓為主;到了晚白堊紀，其構(gòu)造運動以張性斷裂為主，進入了一個新的發(fā)育階段，所以該地區(qū)斷裂構(gòu)造多發(fā)生在三疊系中，并切割其下部老地層，性質(zhì)為先擠壓后張裂;至中、晚新世斷裂活動更加強烈，沉積面積迅速擴大，洛陽斷陷、洛寧斷陷以及臨近的一些盆地先后形成，底部普遍沉積了較厚的礫巖，并覆蓋在前三疊系及侏羅系等不同的地層之上。該區(qū)古、新近系沉積厚度達千米。

1 工作區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)特征

1.1 地?zé)崽镞吔鐥l件

工作區(qū)位于洛陽盆地東段，隴海鐵路以南至洛河、伊洛河區(qū)域(以下簡稱南部)屬盆地地?zé)崽?，隴海鐵路以北偃師斷裂影響帶范圍(以下簡稱北部)屬構(gòu)造地?zé)崽铩?/p>

工作區(qū)南部由于上部第四系和新近系厚大的隔水層的阻隔(蓋層)，使古近系、二疊系、三疊系、奧陶及寒武系含水層中的地下水處于相對封閉或封閉狀態(tài)，具有較高的靜壓力，運動滯緩，大氣降水不能直接補給，深層地下水擺脫了上層冷水的影響。第四系和新近系較厚大的粘土層、粘土巖形成了良好的保溫層。

工作區(qū)北部控?zé)針?gòu)造為偃師斷裂，熱儲層為二疊系、奧陶系、寒武系。偃師斷裂屬區(qū)域性深大斷裂，并在南700 m處派生一條平行的次級斷裂F1'。這些斷裂對地下熱水的形成、運移、賦存、對流和熱交換等創(chuàng)造了極其良好的構(gòu)造條件。

1.2 熱儲特征及其埋藏條件

工作區(qū)處于洛陽盆地的東段，偃師斷裂(F1)南北兩盤的不同部位地層結(jié)構(gòu)差異較大。從本次物、化探工作結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料綜合分析，工作區(qū)的地下熱水在深度2 000 m內(nèi)具有多層。按時代分述如下:

1.2.1 新生代熱儲層

該層分布在工作區(qū)南部，主要為下第三系熱儲層，巖性為成巖程度較差的粘土質(zhì)砂巖、泥灰?guī)r和礫巖，厚度350～450 m，由于巖層含水性差，含水層薄而少，對本區(qū)地?zé)峥辈橐饬x不大。

1.2.2 中生代熱儲層

主要為三疊系熱儲層，分布在工作區(qū)南部。厚度100 m左右，與下伏二疊系呈整合接觸。巖性為砂巖、泥質(zhì)頁巖等，由于整體厚度小且?guī)r層含水性差，亦對本區(qū)地?zé)峥辈橐饬x不大。

1.2.3 古生代熱儲層

二疊系在工作區(qū)北部埋藏較淺，上無較厚蓋層，沒有儲熱條件。而在南部頂板埋深大于500 m，厚度大于550 m，特別是在斷裂破碎帶附近賦水較好的部位有一定的供熱意義。

奧陶、寒武系熱儲層是工作區(qū)內(nèi)主要熱儲層，工作區(qū)北部位于偃師斷裂下盤，奧陶、寒武系熱儲層頂板埋深400～500 m;南部位于偃師斷裂上盤，奧陶、寒武系熱儲層頂板埋深1 000～1 200 m。奧陶、寒武系泥灰?guī)r、灰?guī)r、白云巖溶隙發(fā)育，特別是在斷裂影響范圍帶是地?zé)崃黧w形成的有利區(qū)。

圖1 熱儲結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 地?zé)釡囟葓鎏卣?/h3>

1.3.1 淺表地?zé)岙惓７植继卣?/p>

工作區(qū)淺層地下水溫整體較其它地區(qū)偏高，通過地面調(diào)查淺層水井26個，平均溫度17.8℃。根據(jù)多年平均氣溫及相關(guān)資料，取17.8℃為高低溫分界線，高于此溫度即為高溫區(qū)。

在26個調(diào)查點中，大于17.8℃的井點數(shù)為個12個，約占總數(shù)的 46.15%;小于等于 17.8℃的有 14個。最低在15.5℃，最高在27℃。向南靠近洛河、伊洛河溫度低，向北靠近偃師斷裂溫度逐漸升高。

1.3.2 熱儲溫度垂向分布特征

1)變溫帶

地殼表層溫度主要受太陽輻射熱的影響，而發(fā)生明顯變化的地帶稱為變溫帶。其溫度隨深度變化很大，變溫帶的溫度夏季隨深度遞減，冬季隨深度遞增。變溫帶的深度，一般日變溫帶為1～2 m，年變溫帶為日變溫帶的20倍，即20～40 m左右。根據(jù)調(diào)查資料經(jīng)統(tǒng)計分析，工作區(qū)變溫帶深度為25 m。

2)恒溫帶

地球內(nèi)熱與太陽輻射熱互相影響達到平穩(wěn)的地帶為恒溫帶，位于變溫帶以下。該帶厚度一般很薄。這個帶內(nèi)，太陽輻射熱的影響逐漸減弱，溫度相對保持恒定。本次工作區(qū)恒溫帶溫度的確定采用統(tǒng)計與多年平均氣溫相結(jié)合方法確定，野外調(diào)查淺層水溫共計26個，平均水溫17.8℃。偃師市多年平均氣溫14.2℃，依據(jù)恒溫帶的溫度一般高于當?shù)仄骄鶜鉁?～3℃，可取17.8℃作為本區(qū)的恒溫帶溫度。

3)增溫帶

增溫帶地溫的大小用地溫梯度來表示，即深度每增加100 m所增加的溫度值。不同地區(qū)地溫梯度不同，這主要和控?zé)針?gòu)造、熱儲結(jié)構(gòu)、巖漿活動及水文地質(zhì)環(huán)境有密切關(guān)系。

本次工作分別采用實測及公式計算的方法，基本查明了工作區(qū)增溫帶的地溫梯度及異常區(qū)的分布。實測法即是用特殊溫度計對區(qū)內(nèi)深水井不同深度的地下水進行水溫測量，并計算出其地溫梯度;公式計算法是利用收集的鉆孔資料，根據(jù)鉆孔測溫和恒溫帶地溫資料計算，計算公式如下:

式中:ΔT/Δh為地溫梯度(℃/100 m);T為鉆孔取水段水溫(℃);T0為恒溫帶地溫(17.8℃);h為鉆孔取水段平均埋深(m);h0為恒溫帶埋深(25 m)。

4)地溫異常分區(qū)

本次調(diào)查及計算的淺部熱儲地溫梯度表明，工作區(qū)大部分區(qū)域?qū)俚販卣^(qū)，水位埋深 31.1～100 m、井口水溫18℃ ～23.5℃、地溫梯度 2.6℃ ～3.3℃ /100m;

(1)地溫梯度≥3.5℃ ～4.0℃ /100 m，地溫較高異常區(qū)。位于偃師市北部虎頭山周圍，水位埋深50～142 m、井口水溫22.5℃ ～26.9℃、地溫梯度 3.78 ～4.0℃ /100m。由物、化探及區(qū)域構(gòu)造條件可知，偃師斷裂與一條北西向小斷裂交匯部位;

(2)地溫梯度 ＞4.0℃/100m，地溫高異常區(qū)。位于偃師市山化鎮(zhèn)忠義、寺溝村一帶，水位埋深9.7～61.13 m、井口水溫22℃ ～27℃。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析，該區(qū)位于偃師斷裂與伊河斷裂交匯部位。歷史寺溝溫泉QS3分布在寺溝村中，據(jù)《1∶20萬洛陽幅、臨汝幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告》記載和走訪村民，水量30L/s，出露泉水最高水溫 29.5℃，20年前干涸。2003年村民在 QS3北300 m處打機井 Q26，井深380 m，靜水位 9.7 m，動水位 110 m，井口水溫27℃。

1.3.4 深部熱儲溫度推斷

根據(jù)工作區(qū)淺部熱儲地溫梯度，采用地溫梯度推斷法，推算深部熱儲溫度。

計算公式為:

t=(d－h(huán))×Δt/Δh+t0

式中:t為熱儲溫度，℃;d為熱儲埋藏深度，m;h為常溫帶埋藏深度，m;Δt/Δh為地溫梯度，℃ /100m;t0為常溫帶溫度，℃。

本區(qū)深部熱儲結(jié)構(gòu)為復(fù)合型結(jié)構(gòu)，2 000 m深度以內(nèi)有供熱意義的熱儲層，按其溫度高低可分為三個熱儲層:推測溫水儲層、推測溫?zé)崴畠?、推測熱水儲層。

(1)推測溫水儲層:由三疊系砂巖、泥質(zhì)頁巖、奧陶系、寒武系灰?guī)r、白云巖組成，開采層為 400～500 m，溫度(T):30℃≤T＜40℃;

(2)推測溫?zé)崴畠?由二疊系砂巖寒武系、奧陶系灰?guī)r、白云巖組成，開采層為1 000～1 300 m，溫度(T):40℃≤T＜60℃;

(3)推測熱水儲層:由奧陶系、寒武系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成開采層為1 400～2 000 m，溫度(T):60℃≤T＜97℃。

1.4 地?zé)崃黧w特殊質(zhì)量評價

1.4.1 飲用天然礦泉水評價

城關(guān)鎮(zhèn)虎頭山井水溫 26.3℃、山化鄉(xiāng)寺溝村井水溫29.2℃、城關(guān)鎮(zhèn)嚇田寨井水溫26.0℃和山化鄉(xiāng)東屯村譚家門22.5℃都屬于低溫?zé)崴?。本次評價根據(jù)《飲用天然礦泉水》(GB8537－2008)，結(jié)合水質(zhì)分析資料，對淺部熱儲溫水進行飲用天然礦泉水水質(zhì)評價。具體評價結(jié)果見表1。

表1 溫水飲用礦泉水評價表 mg/L

由表1可知，工作區(qū)淺部熱儲溫水中鍶和偏硅酸含量達到了飲用天然礦泉水標準中規(guī)定含量的指標，但限量指標亞硝酸鹽及虎頭山新城村井硫酸鹽超規(guī)定含量標準。不適宜作天然礦泉水飲用。

1.4.2 醫(yī)療熱礦水評價

根據(jù)《醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標準》(GB11615—89)的規(guī)定指標，結(jié)合水質(zhì)分析資料，對淺部熱儲溫水進行醫(yī)療熱礦水水質(zhì)評價。具體評價結(jié)果見表2。

表2 醫(yī)療熱礦水評價表mg/L

由表2可知，本區(qū)淺部熱儲溫水地?zé)崃黧w中偏硅酸和虎頭山新城村井偏硼酸含量達到了醫(yī)療價值濃度的標準，并且水溫度均大于25℃，具有一定的醫(yī)療效果。

2 地?zé)豳Y源開發(fā)利用與保護

2.1 地?zé)豳Y源開發(fā)利用

2.1.1 地?zé)豳Y源開發(fā)靶區(qū)確定

(1)偃師市山化鎮(zhèn)忠義、寺溝村一帶是地?zé)豳Y源開發(fā)優(yōu)選靶區(qū)。該區(qū)位于偃師斷裂與伊河斷裂交匯部位，地溫梯度＞4.0℃ /100m，屬地溫高異常區(qū);

(2)偃師市北部虎頭山窯頭村東北部是地?zé)豳Y源開發(fā)次選靶區(qū)。該區(qū)域位于偃師斷裂與一條北西向小斷裂交匯部位，地溫梯度3.78～4.0℃ /100m，屬地溫較高異常區(qū)。

2.1.2 地?zé)豳Y源開采方案

窯頭村東北部靠近偃師斷裂斷裂破碎帶，位于地?zé)彷^高異常區(qū)，且距離市區(qū)近，便于開發(fā)利用。根據(jù)靶區(qū)地層、斷裂構(gòu)造情況，在偃師斷裂以南破碎影響帶內(nèi)提出三個開采方案:

方案一:井深600 m，熱儲由三疊系砂巖、泥質(zhì)頁巖組成，開采層為 500～600 m，水量不低于 15 t/h，水溫有望達到31℃ ～33℃。

方案二:井深1 000 m，熱儲由二疊系砂巖、泥質(zhì)頁巖組成，開采層為800～1000 m，水量不低于15 t/h，水溫有望達到35℃ ～40℃。

方案三:井深1 500 m，熱儲由奧陶系、寒武系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成，開采層為1 200～1 500 m，水量不低于15 t/h，水溫有望達到41℃ ～45℃。

建議進一步實施其它物、化探定井手段，以確定具體井位。

2.2 地?zé)豳Y源開發(fā)利用保護

在地?zé)豳Y源勘查與開發(fā)工作中，必須樹立“地下水資源的可持續(xù)發(fā)展觀”，科學(xué)處理“生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟發(fā)展”的關(guān)系，貫徹開發(fā)與保護并重的原則，加強地?zé)豳Y源開發(fā)利用管理，確保地?zé)豳Y源得到合理的開發(fā)利用和有效保護，防止地?zé)豳Y源受到過度開發(fā)，落實保護地?zé)豳Y源的各項舉措。

(1)做好地質(zhì)勘查評價工作，編制地?zé)豳Y源開發(fā)利用和規(guī)劃;

(2)大力推廣新技術(shù)，做好地?zé)崴木C合利用;

(3)做好地?zé)崴菜毓喙ぷ?，避免污染和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;

(4)推進地?zé)峁芾砉ぷ鞯男畔⒒?、科學(xué)化。

［1］王現(xiàn)國，杜春彥.洛陽龍門地?zé)崽镄纬蓷l件與開發(fā)利用研究.地下水.2007(9).

［2］王現(xiàn)國，董永志.洛陽盆地地?zé)豳Y源形成條件與開發(fā)利用研究.地下水.2007(4).