白嶺地熱資源勘查與地熱流體質(zhì)量評價分析

劉江科，劉 魁

（1.江西省勘察設(shè)計研究院，江西 南昌 330095；2.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710000）

地熱資源作為21世紀最具開發(fā)潛力的綠色能源，在地熱發(fā)電、供暖、務(wù)農(nóng)、醫(yī)學方面有廣泛應(yīng)用[1-4]。肖濤[5]發(fā)現(xiàn)江西地區(qū)地熱資源呈現(xiàn)出地域性和分帶性。余圣品等[6]發(fā)現(xiàn)江西省修水縣地熱資源主要源于放射性鈾釷，鉀貢獻率低于10%。地熱資源的詳細勘查是地熱水資源合理開發(fā)利用和評價的可靠依據(jù)，地熱水質(zhì)量決定了開發(fā)利用的方向。近年來，江西省國土資源廳密切關(guān)注本省的地熱勘查進程。在江西省國土資源廳基金中心的支持下，江西省勘查設(shè)計研究院開啟了江西省修水縣白嶺鎮(zhèn)地熱資源勘查研究工作，經(jīng)過多年的探索，在資源勘探、開發(fā)利用潛力等方面形成了一定的認識。本研究在充分收集白嶺鎮(zhèn)地熱調(diào)查評價等工作資料的基礎(chǔ)上，利用地熱地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探、抽水試驗及動態(tài)監(jiān)測等工作成果，分析了該區(qū)地熱地質(zhì)條件，包括地熱水的成因、賦存和運移條件，并依據(jù)水文地質(zhì)單元將城區(qū)地熱資源分為南北區(qū)進行評價，彰顯了白嶺鎮(zhèn)較大的可開發(fā)潛力，且應(yīng)用范圍廣。

1 研究區(qū)概況

修水縣白嶺鎮(zhèn)位于縣城西北方向，處于東經(jīng)113°58′45″～114°00′15″、北緯29°04′45″～29°06′15″，面積約3.66 km2?？辈閰^(qū)位于贛、鄂、湘三省交界處，距離修水縣、湖北通城縣和湖南平江縣分別為50、30和70 km。S304省道斜貫勘查區(qū)北部，區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村道路縱橫交錯，交通便利。

勘查區(qū)屬低山丘陵區(qū)，三面環(huán)山，海拔高程為400.0～500.0 m，一般相對高差為70.0～300.0 m。山坡植被覆蓋率較高。該區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年均氣溫為6.7 ℃，最高溫在7月，溫度為27～28 ℃；最低溫在1月，溫度為3～4 ℃。年均降水量為1 671.3 mm，集中在4～6月。年均蒸發(fā)量為1 334.4 mm。區(qū)內(nèi)發(fā)育桃樹河，自西南向北東流，屬山間溪溝，河寬5.0～10.0 m，水深0.5～1.0 m。區(qū)內(nèi)有被稱為江南“香格里拉”的黃龍山，風景優(yōu)美。白嶺鎮(zhèn)還是紅色革命老區(qū)，紅色景點眾多，民風淳樸，未開發(fā)旅游景點有60多處，是觀光、旅游投資開發(fā)的勝地。

2 材料與方法

本次結(jié)合地熱地質(zhì)調(diào)查、地球化學調(diào)查、地球物理勘查、地熱鉆探、孔底測溫、取樣測試等手段及方法進行地熱資源的勘查和地熱流體的監(jiān)測。本研究分別對2013年12月至2015年12月南區(qū)ZK1、ZK2熱水孔和北區(qū)ZK3、ZK4熱水孔地熱流體于枯水期、平水期、豐水期的13組樣品進行測試，其中11組由自然資源部南昌礦產(chǎn)資源監(jiān)督監(jiān)測中心承擔，另外2組由自然資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督監(jiān)測中心做對比檢測。2014年7月至2015年8月的枯水期、平水期、豐水期的9組地熱水樣品由江西省核工業(yè)地質(zhì)局測試研究中心進行放射元素測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 地下熱水成因

勘查區(qū)地層相對簡單，主要為分布桃樹河及其支流兩岸、溝谷平原地帶的第四系聯(lián)圩組，以河流沖積物為特征，少量山前沖洪積混合物堆積。沉積物主要為淺灰、灰色、黃褐色沙礫層、粉土、粉質(zhì)黏土層，尤以花崗巖之風化產(chǎn)物“白沙類”砂質(zhì)黏土為特色，厚度在3.0～10.0 m不等?？辈閰^(qū)全域為花崗巖，巖性為中粒含斑—少斑黑云母二長花崗巖和中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖。本區(qū)發(fā)育兩組斷裂：一組為北北東—北東向構(gòu)造，由一組規(guī)模不等的斷裂組成；另一組為北西向斷裂，此斷裂規(guī)模小，斷裂走向303°～330°，傾角近于直立，主要顯示平移斷層的特征。北北東向斷裂為主要的控熱構(gòu)造，區(qū)內(nèi)低次序派生斷裂或斷裂交匯形成的裂隙帶為地下熱水提供導水條件。地下熱水主要接受中低山區(qū)的大氣降水深入補給，通過北東向深大斷裂向地殼深處運移，在地球內(nèi)熱的作用下形成熱水，在壓力差的驅(qū)動下，熱水沿著裂隙帶在適宜的地貌條件下溢出地表形成熱泉。

白嶺地下熱水天然露頭以上升泉的形式出現(xiàn)。溫泉露頭點呈北東30°線狀間隔，出露于河谷及其東側(cè)花崗巖長石裂隙中，分布方向與河谷走向基本一致。

3.2 水化學組分特征

根據(jù)測試結(jié)果，可以初步確定白嶺地下熱水屬于復合性熱礦水，水化學類型均為低礦化度偏硅酸弱堿性重碳酸鈉鈣型淡水，庫爾洛夫表達式如表1所示。

表1 地熱水水化學類型

3.3 地熱流體質(zhì)量評價

3.3.1 理療熱礦水評價

理療熱礦水評價見表2。根據(jù)GB/T 11615—2010[7]附錄E之《理療熱礦泉水水質(zhì)標準》的規(guī)定，白嶺地下熱水偏硅酸（H2SiO3）、氡（Rn）、氟（F-）質(zhì)量濃度分別大于1.2、37.0和1.0 mg/L時有醫(yī)療價值，達到和超過了“命名礦水質(zhì)量濃度”要求，可同時命名為硅水、氡水、氟水，可作為醫(yī)療、洗浴用水，水質(zhì)良好。

表2 理療熱礦水水質(zhì)標準對照表

3.3.2 飲用水水質(zhì)評價

根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）的規(guī)定，本區(qū)熱水一般微生物指標、毒理指標、感觀性狀、一般化學指標、放射性指標均滿足標準規(guī)定要求，但氟質(zhì)量濃度（7.60～16.05 mg/L）、pH（8.68～10.06）超標，不可作為生活飲用水。

3.3.3 農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)評價

根據(jù)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB 5084—2005）的規(guī)定，經(jīng)對比分析，水溫較高（48～83 ℃）且pH（8.68～10.06）超標，不能作為灌溉用水。

3.3.4 漁業(yè)用水水質(zhì)評價

根據(jù)《漁業(yè)水質(zhì)標準》（GB 11607—1989）的規(guī)定，經(jīng)對比分析，地熱流體氟質(zhì)量濃度（7.60～16.05 mg/L）、pH（8.68～10.06）超標，不可作為漁業(yè)用水。

3.3.5 有用礦物組分評價

白嶺地下熱水中所含礦物質(zhì)成分的濃度較低，均未達到工業(yè)利用可提取有用元素的最低標準。

3.3.6 腐蝕性評價

參照相關(guān)行業(yè)規(guī)范，按地熱流體的腐蝕系數(shù)進行腐蝕性評價，對于堿性水選用下列公式進行計算，計算結(jié)果見表3。

式中：Kk為腐蝕系數(shù)；r為離子含量的每升毫克當量數(shù)。

由表3可知，白嶺地熱流體腐蝕系數(shù)Kk為-1.188～-0.995，Kk+0.050 3，Ca2+為-0.937～-0.777，兩者均小于0。依據(jù)地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范（GB/T 11615—2010）地熱流體性議論方法，參照工藝上用腐蝕系數(shù)來衡量地熱流體的腐蝕性。當腐蝕系數(shù)Kk＜0，且Kk+0.050 3 Ca2+＜0，屬于非腐蝕性水。

表3 地熱流體腐蝕系數(shù)

3.3.7 結(jié)垢性評價

流體結(jié)垢性主要指流體中一些溶解度較小的組分隨著周圍環(huán)境變化（高溫、高壓）達到過飽和而析出，附著于利用系統(tǒng)內(nèi)表面，形成垢層。參照工業(yè)行業(yè)規(guī)范，若鍋垢總量H0＜125.00 mg/L，則為鍋垢很少的地熱流體。按地熱流體的鍋垢總量進行結(jié)垢評價，選用以下公式進行計算，結(jié)果見表4。

式中：H0為鍋垢總量，mg/L；r為離子含量的每升毫克當量數(shù)；ρ地為地熱流體中的懸浮物質(zhì)量濃度，mg/L；ρ膠為膠體質(zhì)量濃度，是SiO2、Fe2O3、Al2O3質(zhì)量濃度之和，mg/L[7]。

由表4可知，白嶺地熱流體鍋垢總量H0＝86.74～105.48 mg/L，均小于125.00 mg/L，屬于鍋垢很少的地熱流體。

表4 地熱流體鍋垢總量計算

根據(jù)白嶺鎮(zhèn)地下熱水的各項指標的測定，該地下熱水屬低溫低礦化淡水，毒害元素濃度低于GB 8978—1996《污水綜合排放標準》污染物最高允許排放濃度。該地下熱水可作為度假休閑、洗浴、醫(yī)療用水，熱水和廢水排放總量有限，一般不會對水土環(huán)境、大氣環(huán)境造成不利影響。地熱水是一種可以得到補償?shù)馁Y源，合理的開發(fā)利用不僅可以用較小的取水工程得到較大的水量，還能長期正常使用。

4 結(jié)論

（1）該地熱田為一帶狀小型低溫地熱田，熱儲呈帶狀分布，賦存于二長花崗巖裂隙中；補給區(qū)在西側(cè)及南側(cè)的中低山花崗巖分布區(qū)，大氣降水順著風化花崗巖的原次生裂隙及后期構(gòu)造裂隙快速下滲到深部，匯集到寬大而深的控熱的北東向斷裂帶裂隙內(nèi)，經(jīng)斷裂深部循環(huán)加溫，并儲集在兩組斷裂交匯形成的構(gòu)造破碎帶中。

（2）該地熱水為低礦化度偏硅酸弱堿性重碳酸鈉鈣型淡水，地熱流體偏硅酸（H2SiO3）82.36～120.84 mg/L、氡（Rn）98.46～700.10 Bq/L、氟（F-）7.60～16.05 mg/L，已達到和超過了“命名礦水質(zhì)量濃度”要求，可同時命名為硅水、氡水、氟水，適合采暖、理療、洗浴、旅游、休閑。

（3）地熱水為非腐蝕性水，屬于鍋垢很少的地熱流體。