福建省永春洑江地?zé)釂卧纬蓹C理及資源利用前景分析

陳文林

(福建省197地質(zhì)大隊，福建 泉州 362000)

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福建省永春洑江地?zé)釂卧纬蓹C理及資源利用前景分析

陳文林

(福建省197地質(zhì)大隊，福建 泉州 362000)

基于野外調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，文章通過對永春洑江地?zé)釂卧責(zé)岬刭|(zhì)條件的分析，認(rèn)為地?zé)崴饕鼙睎|向和北西向斷裂構(gòu)造控制，在斷裂帶復(fù)合處的楔形區(qū)內(nèi)出露溫泉，形成火山熱-對流熱混合型熱水系統(tǒng)，其復(fù)合部位的楔形區(qū)是今后找水的主要靶區(qū)；該單元地?zé)崴Y源較豐富，熱水井口溫度54.5℃～63.0℃，日可開采熱量qc為1.866×108KJ/d,日可開采水量QW為1 087 m3/d。地?zé)豳Y源豐富，開發(fā)利用前景看好。

洑江；地?zé)?；機理；資源；分析

圖1　永春縣地?zé)狳c分布示意圖

地?zé)崮茏鳛橐环N可再生、對環(huán)境危害較少的新能源，在其勘探開發(fā)和綜合利用等方面有著廣闊的市場需求和發(fā)展空間[1][2]。近幾年來，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，從質(zhì)到量上都取得了長足的進展。就福建省來說，特別是福州、漳州兩市先行對地?zé)岬拈_發(fā)利用，已取得了明顯成效，繼而有安溪、德化兩縣開發(fā)了地?zé)崴?，也取得了一定的?jīng)濟效益。但在開發(fā)利用的同時，也出現(xiàn)了許多問題，比如溫泉水位下降、自然露頭的消失等[3][4]。

究其原因，主要是對地?zé)衢_發(fā)利用的前期工作做得還不夠，缺乏科學(xué)、全面的技術(shù)經(jīng)濟論證，而如何研究地?zé)豳Y源的賦存情況，進行合理布井取水是亟待解決難題的關(guān)鍵[5][6]。永春縣地?zé)崽镉袦厝烊宦额^9處，人工揭露井7處。熱田東起桃城、吾峰，西至洋頭洑江、蓬壺，大致呈平行四邊形，總面積約112.5 km2，分成不連續(xù)的6個熱田小單元[7](圖1)。本文以永春縣洑江地?zé)釂卧獮槔?，研究其形成機理及開發(fā)利用前景[8-15]。

1　洑江單元地?zé)岬刭|(zhì)條件

構(gòu)成熱田內(nèi)部地?zé)岙惓５囊蛩睾芏?，主要受地層的傳?dǎo)，載熱流體的對流所控制。(圖2)

1.1熱儲層

在分析研究以永春縣城為中心的盆地周圍地質(zhì)構(gòu)造時，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)主要為侵入巖體，分布面積約占90%以上，以燕山晚期的巖體為主，為花崗閃長巖。由于花崗閃長巖的廣泛侵入，其放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量，從而構(gòu)成一個熱源整體。根據(jù)永春縣9個溫泉點的水質(zhì)樣分析結(jié)果，熱儲指示溫標(biāo)SiO2(玉髓)含量都相對較高，蓬壺、洑江、桃城、五里街華巖、五里街高垅、吾峰，它們的SiO2含量分別為95.0 mg/L、56.0 mg/L、55.0 mg/L、70 mg/L、60 mg/L和60 mg/L，說明地下水在循環(huán)過程中受花崗巖體的熱傳導(dǎo)較為強烈，攜帶巖體中的熱能，形成含SiO2的熱地下水資源，所以說燕山晚期第一階段第一次侵入的花崗閃長巖(γδ53(1)a)，即五里街—蓬壺巖體為永春縣熱田的熱儲層。

圖2　永春洑江地?zé)釂卧牡刭|(zhì)圖

1.2熱儲含水層

洑江單元熱儲含水層主要為第四系沖洪積孔隙類含水層、侏羅系上統(tǒng)南園組弱裂隙含水層、巖漿巖裂隙含水層。

1.2.1松散巖類孔隙含水層

該含水層巖性由粗砂、礫、卵石、亞粘土組成，沉積物下粗上細(xì)，厚度不等，一般在0～18 m之間，沿洑江兩岸條帶狀分布。地下水主要賦存于第四系沖洪積層(Q4al-pl)粗砂、礫、卵石的孔隙中，透水性和含水性較好，一般單孔涌水量在196 m3/d以上，泉水流量一般大于0.1 L/s，水溫22.5℃，礦化度41.46 mg/L。由于該含水層滲透性良好，所以能大量貯存大氣降水，通過節(jié)理，裂隙和斷裂帶進入深循環(huán)。另外，由于深部熱水在沿通道上涌和向四周巖層漫流過程中不斷地與淺部的該含水層中的地下水混合，使得熱水溫度以斷裂通道為中心向其四周迅速降低，所以其所形成的熱異常面積很小。

1.2.2侏羅系上統(tǒng)南園組弱裂隙含水層

該單元內(nèi)地表露頭僅見南園組第三段地層，由深灰、紫灰色英安質(zhì)、流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r夾流紋質(zhì)凝灰?guī)r、粉砂巖等組成，具綠簾石化、黃鐵礦化，上部過渡至中酸性粒狀碎斑熔巖。僅淺部風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)化裂隙厚度一般4～22 m，可見鐵錳質(zhì)、泥質(zhì)沉淀物等含水標(biāo)志。地下水主要賦存于基巖風(fēng)化的殘積土及強風(fēng)化巖的孔隙裂隙中，其富水性受巖層風(fēng)化程度和斷裂構(gòu)造發(fā)育程度控制，一般單孔涌水量在20～30 m3/d，水溫23℃，礦化度32 mg/L。

1.2.3巖漿巖裂隙含水層

該單元內(nèi)出露的巖漿巖主要為花崗閃長巖。一般巖石呈灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。地表風(fēng)化呈砂土狀，透水性中等，但厚度不大，泉水出水量僅0.1 L/s；其圍巖蝕變成硅化、綠簾石化、黃鐵礦化。受永安-晉江大斷裂影響呈現(xiàn)彈性形變，裂隙較稀疏，但張開性較好，延伸遠(yuǎn)，裂面可見鐵錳質(zhì)、泥質(zhì)及綠簾石化物質(zhì)，施工中沖洗液消耗量大，揭露時水位突升并涌出地面，水頭壓力約為0.1～ 0.15 kg/cm2，井口涌水量可達1.70 L/s，說明該帶為地下熱水良好的滲透、傳導(dǎo)地段，也是該單元的熱儲層。

其次為次石英閃長玢巖巖體，侵入于南園組第三段中，而周圍則被燕山晚期第一階段第一次侵入的花崗閃長巖環(huán)抱，一般巖石呈灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，含水性較差，地表漸變?yōu)橛矌r。在斷層接觸帶附近淺部裂隙密集，但延伸短，具有一定的滲透、傳導(dǎo)通道，深部地區(qū)施工中尚未控制到。

1.3蓋層

蓋層在熱儲形成條件中，起到隔熱保溫作用。本單元蓋層由第四系和侏羅系火山巖組成，構(gòu)造上為單斜斷塊箕狀盆地，第四系為披蓋式的坳陷盆地。

1.3.1第四系蓋層

單元內(nèi)第四系相對都較薄，0～18 m，分布范圍有限，并未將花崗巖體全都覆蓋，保溫作用降低，所以說第四系蓋層為不甚理想蓋層。因為地?zé)嵩词腔◢忛W長巖體，熱能是通過裂隙-斷裂水對流傳遞而攜帶出來，所以第四系蓋層對區(qū)內(nèi)地?zé)崮艿谋夭皇呛苊黠@。

1.3.2侏羅系火山巖蓋層

從圖1可以看出，永春縣地?zé)崽镔_系火山巖蓋層分布面積較廣，而且具有一定的厚度，尤如鍋蓋蓋在巖體之上。根據(jù)永春縣地層劃分[16]，南園組厚度170～7 562 m，如此厚的蓋層對地?zé)崮芷鸬捷^為理想的保溫作用。

1.4熱儲通道

斷裂構(gòu)造、裂隙為地?zé)崃黧w滲透、傳導(dǎo)的主要通道，起到集熱廊道作用。該單元主要控儲構(gòu)造為北東向斷裂和北西向斷裂(圖3)。

圖3　洑江地?zé)釂卧狝-A′水文地質(zhì)剖面圖

(1)NE向斷裂—F6斷裂：見于花崗閃長巖與次石英閃長玢巖或南園組地層之間，整體走向近NE向，傾角30°，具壓扭性或張性不明顯，具片理化帶，寬約0.5 m，裂面多呈舒緩坡狀，見石英脈或花崗斑巖巖脈貫入充填，為不導(dǎo)水或局部導(dǎo)水?dāng)嗔?。?jù)鉆孔揭露，F(xiàn)6斷裂帶上盤巖芯節(jié)理、裂隙發(fā)育，充導(dǎo)性好，下盤巖心完整，不導(dǎo)水。說明F6斷裂主要起到阻水作用，其上盤的裂隙為熱水導(dǎo)水通道，F(xiàn)6對熱水的匯集與熱田的形成極為有利。

(2)NW向斷裂—F8斷裂：屬于永安—晉江深大斷裂的伴生斷裂，見于花崗閃長巖與次石英閃長玢巖或南園組地層之間，整體走向近NW向，傾角70°～85°，其接觸帶巖芯破碎，擠壓現(xiàn)象明顯，可見片理化、葉蠟石化、黃鐵礦化、硅化物質(zhì)，其節(jié)理裂隙也較發(fā)育，裂面較平整，淺部具泥質(zhì)，鐵錳質(zhì)硅質(zhì)沉淀物，往下漸少。在根據(jù)抽水試驗及物探檢測結(jié)果，其富水性中等，導(dǎo)熱性較好，地溫梯度達0.56～0.9℃/m。在控儲構(gòu)造的組合中，其主要起到導(dǎo)熱、導(dǎo)水作用。

在F6斷裂與F8斷裂構(gòu)成的楔形區(qū)內(nèi)(斷裂上盤)共施工了4個鉆孔，當(dāng)鉆進到斷裂裂隙帶時，巖芯擠壓破碎，見有黃鐵礦化、糜棱巖化現(xiàn)象，水溫突升，溫度50°～60℃，并涌出井口，過了F6斷裂巖芯完整，水溫未變化。在F6斷裂與F8斷裂下盤，施工了4個鉆孔，溫度22°～23℃，水溫?zé)o異?，F(xiàn)象。

1.5熱載體的補給條件

1.5.1斷裂構(gòu)造導(dǎo)水補給

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造斷裂發(fā)育，特別是永安-晉江北西向張性斷裂，其導(dǎo)水性能良好。受區(qū)域構(gòu)造的影響，NW向、NE向斷裂及其伴生裂隙成為地?zé)崴牧己猛ǖ?，匯集熱田外圍的補給水，地下水在此深循環(huán)并迅速加熱運移，在對流和靜水壓力作用下緩慢上升。

1.5.2地表水匯聚入滲

洑江單元位于山間河谷平地，沖洪積地帶，四面環(huán)山，有利于地表水的匯聚后徑流進入熱儲層。溝谷兩側(cè)地表水面積較大，接受大氣降水后，轉(zhuǎn)化為地表水和風(fēng)化帶潛水，經(jīng)滲透徑流補給，成為淺部第四紀(jì)堆積物孔隙含水層。

大氣降水或地表水通過裂隙滲入地下深處，而后經(jīng)深循環(huán)并且得到加熱。在NE向F6、NW向F8構(gòu)造的復(fù)合部位，也就是在它們上盤，由于局部構(gòu)造隆起，使得熱儲的位置變淺，強的熱流使伴生構(gòu)造裂隙帶中的水達到相當(dāng)高的溫度，然后在對流及靜水壓力作用下上升，溫泉在該斷裂帶及其伴生的小斷裂或裂隙上出露。

2　地下熱水動態(tài)變化

地下熱水沿洑江兩岸低洼地段自然出露，洑江單元內(nèi)有3個自然露頭，4個人工揭露熱水井。SW01自然泉出露于花崗閃長巖體風(fēng)化裂隙中，流量0.15～0.2 L/s，水溫44℃，無色、無味、透明，pH值為7.67，總礦化度為304 mg/L，含F(xiàn)-4.00 mg/L,水質(zhì)類型為SO42-、HCO3-—Na、Ca型水。

根據(jù)施工鉆孔動態(tài)觀測統(tǒng)計，氣溫7℃～28℃，水溫保持在54.5℃～63.0℃。自成井以來觀察3個月，各井流量較穩(wěn)定，未見相互干擾現(xiàn)象，水位降低均未波及斷層接觸帶，流量變化幅度均小于7.5 m3/d，水位降低變化幅度均小于0.2 m，地下熱水動態(tài)穩(wěn)定(表1)。

表1　溫泉(井)動態(tài)情況統(tǒng)計表

圖4　地?zé)崴到y(tǒng)立體成因模型

3　地?zé)釂卧男纬蓹C理

根據(jù)汪集旸院士統(tǒng)計分析的中國大陸平均熱流值，在以永春縣城為盆地中心的周圍，區(qū)域熱背景熱流值在74～99 mw/m2，高于代表性的平均值63～68 mw/m2，說明本區(qū)域的構(gòu)造活動越強烈或構(gòu)造事件年齡小。水熱系統(tǒng)是在為偏高的區(qū)域熱背景下，大氣降水在山間盆地邊緣下滲或山區(qū)滲流補給盆地，在地形地貌和構(gòu)造影響下，地下水向下滲透并向盆地中心排泄區(qū)運移，從中不斷從圍巖中獲取熱量，形成熱水。

深部熱水多數(shù)含有氣體，當(dāng)熱水溫度升高，上部致密、不透水的巖層(蓋層)阻擋去路，會使壓力愈來愈高，以致熱水、蒸氣處于高壓狀態(tài)。熱儲中的熱水主要在北東向和北西向斷裂復(fù)合出(較高滲透率帶)上涌，形成高溫中心。熱水不斷上升后進入第四系沖洪積層，壓力逐漸減少，熱水中氣體逐漸膨脹，減輕熱水的密度，進而促進熱水上升，上升的熱水再與下沉較遲受熱的冷水因密度不同所產(chǎn)生的壓力(靜水壓力差)反復(fù)循環(huán)產(chǎn)生對流，在開放性裂隙阻力較小的情況下，循裂隙上升涌出地表，終至流出地面形成溫泉(圖4)。

從整個永春地?zé)崽飦砜?圖1)，地下水的逕流方向與地形基本一致，總體上是北西高南東低，地下水由北西往南東逕流。溫泉也是沿著北西向斷裂帶分布，具明顯的鏈狀分布特征，也就是說北西向張性斷裂帶是熱水的逕流途徑，是熱貯通道和熱貯空間。從洑江地?zé)釂卧獊砜?，溫泉出露在NE向F6至NW向F8斷層的復(fù)合部位形成的楔形內(nèi)，而且僅在NE 向F6、NW F8斷裂上盤所形成的銳角區(qū)。也就是說地下水經(jīng)深循環(huán)加熱后，順著F8斷裂通道上涌，當(dāng)與F6斷裂交匯時，熱水受阻，沿著F8上盤基巖裂隙帶漫流，形成熱水異常區(qū)，其也將是未來尋找地?zé)豳Y源的主要靶區(qū)。根據(jù)井溫勘測及剖面外推，洑江地?zé)岙惓^(qū)面積約0.2 km2。

4　地?zé)豳Y源可開采量估算

4.1熱補給量

根據(jù)該地?zé)崴Y源條件，采用天然溫泉流量法計算:

Qg=Qo(tg-to) ×4.186 8

式中：Qg為熱補給量(KJ/S)；Qo為天然溫泉流量，取0.17 L/S；tg為天然露頭溫泉，取60℃；to為年平均氣溫，取19℃。

據(jù)ITC統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2010年以來,我國甘薯出口貿(mào)易總量逐步提高．2017年我國甘薯(HS編碼:071420)出口貿(mào)易量4.42萬t,貿(mào)易額5 560.6萬美元,分別占世界甘薯出口貿(mào)易總量的7.02%和10.58%(圖2及表2),世界排名第3．與上一年度相比上漲勢頭迅猛,出口貿(mào)易量和貿(mào)易額分別為上一年度的2.19倍和2.44倍,世界排名上升2位．

將以上數(shù)據(jù)代入公式得：

Qg=0.17×(60-19)×4.186 8=29.18 KJ/S=9.202×108KJ/Y，

相當(dāng)29 000 KJ/Kg的標(biāo)準(zhǔn)煤31.73 t/Y。

4.2儲存熱量

采用熱儲法，計算公式為：

式中：QR為儲存熱量(KJ)；A為計算區(qū)面積，取0.2 km2；H為計算區(qū)平均厚度，取3 km；PC·PW分別為巖石和水的密度，取2.64 g/cm3及1 g/cm3；CC·CW為分別為巖石和水的比熱，取0.825 KJ/Kg·k及4.186 8 KJ/Kg·k；φ為巖石的平均裂隙率，采用0.01；ti為泉口平均水溫，取60℃；tj為熱儲溫度，采用石英——無蒸氣損失(福尼埃)SiO2溫標(biāo)計算結(jié)果，為tj=107.17℃

將上述數(shù)據(jù)代入公式得：

4.3可開采熱量

式中：qc為可開采熱量(KJ)δ為可開采系數(shù)，根據(jù)水源地的地質(zhì)構(gòu)造條件及匯水面積，取0.08代入公式得：

qc=8.4×1013×0.08=6.72×1012KJ(相當(dāng)于2.317×105t標(biāo)煤)

若將上述8%的儲存熱量計劃在100 a內(nèi)開采完，則年可采熱量為：

6.72×1012/100+9.202×108=6.812×1010KJ/Y，相當(dāng)2 349 t/Y標(biāo)煤。

日可開采熱量為：6.812×1010KJ/Y/365=1.866×108KJ/d，相當(dāng)6.43 t/d標(biāo)煤。

4.4可開采水量

QW=qc÷4.186 8÷(tc-to)

式中：QW為可開采水量(m3/d)；tc為設(shè)計開采水溫，取60℃，代入式得：

QW=1.866×108÷4.168 6÷(60-19)=1.087×106L/d=1 087 m3/d

不同設(shè)計開采水溫所對應(yīng)的可開采水量(表2)。

表2　設(shè)計開采水溫所對應(yīng)的可開采水量表

4.5可開采水量保證程度論證

(1)從熱量來看，以上計算所選用的參數(shù)僅是淺層測溫資料所圈定的異常面積及淺層地球化學(xué)分析成果，而深部熱異常面積及地球化學(xué)物質(zhì)含量均比淺層大，因此，上述各公式計算結(jié)果偏保守，熱量有保證。

(2)對于不同設(shè)計水溫所對應(yīng)的開采水量為全年(100 a)等量開采條件下的數(shù)據(jù)，若是不等量開采，例如冬季大，夏季小，只要全年累計開采量所折算的總熱量不超過6.812×1010KJ/Y,則水源的開采水溫不會因此而逐年下降。所以當(dāng)水源全年平均日開采量為1 000 m3/d時，其開采水溫穩(wěn)定在60℃是有保證的。

(3)永春熱田地表降水匯水面積為275 km2，匯水面積較大，又處于河流及河漫灘上，為地下熱水的補給創(chuàng)造了有利的條件，水量保證程度比較可靠，但是在開采過程中要防止河水倒灌而降低開采水溫。

(4)從目前鉆井情況來看，成井命中率較高，已鉆有四口熱井。根據(jù)允許開采量評價，ZK1目前最大出水量258 m3/d，ZK2、 ZK3、ZK4若采用600 m3/d的抽水設(shè)備抽水時，水位降深均未波及含水段，各鉆孔的涌水量是有保證的，4個鉆孔能夠保證開采水量。

5　結(jié)語

(1)永春洑江地?zé)釂卧男纬蓹C制為：水熱系統(tǒng)是在偏高的區(qū)域熱背景下，大氣降水在山間盆地邊緣下滲或山區(qū)滲流補給盆地，在地形地貌和構(gòu)造影響下，地下水向下滲透并向盆地中心排泄區(qū)運移，從中不斷從圍巖中獲取熱量，形成熱水。熱水在NW向F8斷層通道上涌，流經(jīng)至NE向F6斷層復(fù)合部位的楔形內(nèi)出露。熱異常區(qū)面積約0.2 km2，也將是未來尋找地?zé)豳Y源的主要靶區(qū)。

(2)熱補給量Qg約為9.202×108KJ/Y，相當(dāng)29 000 KJ/Kg的標(biāo)準(zhǔn)煤31.73 t/Y；儲存熱量QR約為8.47×1013KJ；日可開采熱量qc約為1.866×108KJ/d，相當(dāng)6.43 t/d標(biāo)煤；日可開采水量QW約為1 087 m3/d。

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Mechanism analysis and resource utilization prospect of Fujian province Yongchun Fu Jiang geothermal formation unit

CHEN Wen-lin

(Fujian 197 Geological Brigade,Quanzhou,Fujian 362000)

Based on the basis of field survey of the Yongchun Fu Jiang geothermal unit geothermal geological condition analysis,that hot water is mainly controlled by NE and NW trending faults control.In the fracture belt compound wedge outcropping in hot springs,Formation volcanic heat - on hot water system of heat of mixing flow,the composite part of the wedge is future exploration for the main target zone; element of the geothermal water resources are rich,hot water wellhead temperature 54.5 to 63.0 DEG C,recoverable heat QC for 186.6×108KJ/d,day can mining water QW for 1 087 m3/D.Rich geothermal resources,development and utilization prospect.

Fu River；geothermal resources；analysis and mechanism

2016-07-07

陳文林(1965-)，男，福建泉州人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)工作。

P314.1

B

1004-1184(2016)05-0051-04