南阳市区地热矿水资源开发应用分析

王洪彦

(河南省第一地质勘查院，河南 南阳 473003)

南阳市位于河南省西南部，处于南阳盆地中北部。南阳盆地属于有一定规模的新生代山间盆地，具有积存和形成热水的地质环境，开发潜力巨大。地热、矿泉资源是一种宝贵的天然资源，它集能源和水源于一体，与煤炭、石油相比，其廉价、清洁、易开采、可再生等特点，直接利用于发电、取暖、洗浴、种植、养殖等行业。早已被人们所关注，在美国、日本，北欧及发达国家，地热开发利用起步较早。我国的天津、北京、云南、西藏等地相继大规模开发利用地热资源。80年代河南省地热资源的开发也搞得十分红火。南阳对地热矿水的开发利用起步较晚，自1995年以来，河南省第一地质勘查院在市区开展地热地质，水文地质和综合地球物理勘探，获得了研究成果和地热信息，已成功勘探施工了几眼地热井。单井深度700～1 000 m，水温40℃ ～46.5℃。成功揭示了南阳市区赋存地下热矿水的地质条件。如南阳温泉花园、南阳市中级人民法院、南阳市体育中心等，从而改善了南阳居民的生活条件，缓解南阳能源紧张局势，减少城市环境污染做出了开拓性的贡献。

1 南阳市区地热地质特征

南阳盆地属于有一定规模的新生代山间盆地，具有积存和形成热矿水的理想地质环境，在1995年以前，由于针对地热的勘探研究程度较低，加之地热资源埋藏相对较深，因此除去几处温泉出露外，南阳市的地热开发几乎属于空白区。1995年以来，在南阳市区及邻近地区开展了地热地质、水文地质和综合地球物理勘探，获得了丰富的资料和地热信息，并经过几年的钻探验证，已钻探成功几口地热井，掀起了地热开发利用的高潮。

1.1 区域地质构造

南阳盆地为三面环山向南开口的新生代山间盆地。盆地受东西纬向构造体系及新华夏联合复合构造体系的控制，呈不对称形态东西向展布。发生时代为老第三纪结束时代新第三纪。南阳市区及其邻近地区所处构造部位，既有东西纬向构造带的形迹，又有新华夏联合复合构造的特点。构造特征主要表现为凹陷的不对称性，即盆地南深北浅，向南倾斜，北部出现斜坡带。南阳市区位于盆地北部斜坡带的前缘。据人工地震勘探资料，在市区白河南侧有北西西向和北东向隐伏断裂通过。

1.2 主要断裂带

区域内深大断裂交错发育，对矿产形成、岩浆活动及地热矿水的运移和存储等有明显的控制作用。

南阳断裂带:位于南阳、邓州的东侧，呈北东向展布，长50 km，在南阳市附近倾角较陡，邓州近侧倾角变缓，断裂两侧构造活动差异明显。

朱阳关—夏馆—南阳—大河断裂带:走向北西300°～310°，长350 km。西端与瓦穴子—鸭河口—明港断裂带相交，东端与西关庄—镇平—梅山断裂带交会。南阳市位于该断裂带中段，即夏馆—南阳段，长90 km，该断裂带近期在南阳市、马山口等地尚有地震发生，说明该带在中条运动已经形成，加里东运动、燕山运动得到加强，至近期仍有活动，为一长期活动的深大断裂带。

根据地球物理特性勘探资料，在市区有北西向和北东向隐伏断裂通过，且两组断裂在白河南交汇，转折，并有一基底坳陷区，基底埋深700～1 000 m，对地热矿水的运移及储存起重要的控制作用。主要断裂带有:木家垭—内乡断裂带，朱阳关—夏馆—南阳—大河断裂带。

1.3 地球物理异常特征

通过浅层(1.3 m)地温测量和钻孔测量，南阳盆地的平均温度3.82℃/100m，地温场有北高南低、东高西低的特征。基底自北向南逐渐加深，由于基底埋藏较深，盆地内部为径流缓滞带，因此南阳盆地内部具有积存和形成热水的理想地质环境。

2 地热盖层、基底分布特征

据井(孔)揭露和前人综合研究，本区基底由下元古界秦岭群雁岭沟组、中古元界信阳群南湾组及岩浆岩构成，新生界古近系、新生系第四系组成基底盖层。

2.1 基底埋深及分布

基底分布受断裂构造控制。下元古界秦岭群雁岭沟组主要分布于南阳—方城断裂与西官庄—镇平—梅山断裂夹持地带。华力西期酸性侵入岩体分布于南阳—方城断裂以北，不同期次的花岗闪长岩位于朱阳关—夏馆—大河断裂与南阳—方城断裂复合部位，侵入于下元古界秦岭群雁岭沟组中。

基底埋深受北东向南阳—方城断裂影响，基底埋深由北至南向南阳断陷中心倾伏加深，南阳—方城断裂以北，基底埋深0～600 m左右，坡降大致呈渐变过程;南阳—方城断裂以南，基底埋深由500～600 m逐渐变为2 250 m左右，基底呈缓倾斜状向南阳断陷中心延展，比降10‰～20‰。

2.2 盖层分布

垂向上盖层由古近系、新近系、第四系组成。第四系在全区分布，自北向南厚40～400 m。南阳—方城断裂(白河以北)以北古近系基本缺失，而稳定分布于白河以南，厚度可达1 800 m。

3 热储层组及水化学特征

依地热矿水的介质岩性、水温、水量、水质特征及热储盖层岩性特征，本区可划分为四个热储层:

第四系热储:埋深200 m以下，水温22℃ ～28℃，赋存于第四系底层。属于 HCO3—Ca型水，矿化度 0.683—0.803 g/L，偏硅酸、锂含量达到饮用天然矿泉水标准。

新近系热储:分布于312国道以南，含水层顶板埋深自北至南250～400 m，底板埋深320～550 m。

据油田官庄S4油井，井深600 m，井口水温32℃，单井涌水量 440m3/d，水化学类型 HCO3—Ca型，矿化度 0.46g/L，锂、偏硅酸分别为 0.89、42.9 mg/L，属于低矿化饮用淡水。五里堡地热井，井深700 m，井口温度41℃，具有承压水头大、水位恢复快、富水性较差的特点。

古近系热储:顶板埋深560 m左右，底板埋深1 800 m以上。

据邓州市自来水公司地热井、油田官庄油井，在500～1 000 m埋深内水温40℃ ～60℃，单井涌水量600～1 500 m3/d，1 000～2 000 m埋深水温50℃ ～90℃，单井涌水量600～800 m3/d，水化学类型 Cl－Na型水，矿化度 6.8—17.0 g/L。

大理岩热储:主要赋存于下元古界雁岭沟组大理岩中，地热井最大揭露厚度320 m，井口水温40℃ ～45℃，水头高出地表21～26 m，受岩溶发育程度控制，富水性不均一，中级法院单井涌水量60 t/h，而市体育中心单井涌水量108h/t，该层水是南阳城区地热水赋存、富集有开采价值热储层位。其水化学类型 HCO3—Na型水，矿化度 1.4 ～1.5 g/L，pH=7.3～8.1，水温40℃ ～46.6℃，偏硅酸、锶、锂含量达到矿泉水标准。

4 大理岩热储层深部温度及深度推算

根据能源公司、中级法院地热井资料，采用钾、镁温标计算，、深部热储层源温度85℃ ～98℃，源深度1 400～1 750 m。

5 热储量

根据已凿地热井资料，采用热储体积法、断面流量法、回采系数法等，对热储层进行地热能量和地热储量计算:

第四系热储:地温梯度5.4℃ ～6.5℃/100 m，热储储存量0.492亿 m3，每平方公里储存量16.11万 m3，水头平均下降1米可释放水量32.78万 m3。热储热能总量545.046兆瓦，可采热能为130.262兆瓦。

新近系热储:地温地温梯度4.9℃/100m，热储储存量1.31亿 m3，每平方公里储存量42.96万 m3，承压水头平均下降1米可获得弹性释水量32.78万 m3。热储热能总量1 246.674兆瓦，可采热能为 311.669 兆瓦。

古近系热储:地温梯度3.49℃/100 m，热储储存量1.64亿 m3，每平方公里储存量53.7万 m3，承压水头平均下降1 m可获得弹性释水量32.78万m3。热储热能总量6 439.062兆瓦，可采热能为1 609.766兆瓦。

大理岩热储:地温梯度4.7～6.1℃/100m，侧向运移，补给量为 20 625 m3/d，可采储存量 0.455亿 m3，热能总量840.999兆瓦，可采热能为191.459兆瓦。

总之，本区地热能总量和可采地热能总量分别为9 071.781兆瓦和2 243.156兆瓦，属大型中高温地热田，适宜直接开发利用。

6 水质及医疗保健

据市区几眼地热井的水质分析，南阳市区地下热矿水的水化学类型为重碳酸钠型温热医疗矿泉水，即HCO3—Na型水，矿化度 1.40 ～1.50 g/L，PH 值为 7.3 ～8.1，水温 40℃左右。热矿水含有偏硅酸、锂、锶、锌、硼等多种有益健康的微量元素。其中偏硅酸 28～36 mg/L，锶 0.2～0.4 mg/L，锂0.2～0.3 mg/L。这些微量元素与温度的统一，达到理化作用，洗浴后能使人体皮肤润滑舒适，改善人体物质的新陈代谢和心血管系统神经机能，达到增强血液循环、产生镇静止痛、活血化淤之功效，增强身体的抵抗力，改善体质，起到延年益寿的效果。

7 经济效益分析

利用地下热矿水不仅节煤，而且有利于环境保护。它在多方面得到应用，已取得显著的经济效益。主要用于农业生产、城市居民采暖、洗浴、工业利用等。每燃烧一吨煤，要向大气中排放 SO2、CO、NO2等污染物107.37 kg，而地下热水具有洁净、环保、持续开采等特点，这是煤炭和石油所不可比拟的。

地下热矿水资源应用于游泳和洗浴，不仅节约能源，利于环境，提高游泳馆品位，档次，而且节约资金。例如天津体育俱乐部利用43℃地下热水，来解决室内游泳池用水、房间采暖及生活用水，此一项年节约资金数十万元。

其效益还表现在:

节省一次性建设投资，利用地热供暖、洗浴，可以不建锅炉房，不购置锅炉全套设备节省煤炭，经计算每吨热水需7 kg标准煤热量。假如游泳池长60 m，宽40 m，年需热水172 800 t，可折合标准煤 1 209.6 t。南阳煤价按 200元/吨计算，全年可节约煤炭费用241 920元。

所以，地下热矿水的开发利用，应用于各种行业，都将带来丰厚的经济效益，它具有深远的发展前景。

8 建议及发展规划

南阳盆地具有较高的地温梯度，较高的深、浅层地温，又有地下热水富集的隔水隔热条件和良好的断裂通道条件，其基底又是温度相对较高的变质岩系和火成岩体，因此，南阳盆地在某种程度上讲，应是一个“热盆”。

南阳市区位于“热盆”的边缘，特定的地层构造条件，加上地壳运动过程中遗留下来的古岩溶遗迹，更给地下热能的储集创造了良好的条件。来自西、北、东部的基岩裂隙水在向深循环过程中，经围岩和基底的增温加热，深部热源沿深大断裂上涌，因此，该区的地下热水具有承压、分布相对集中、水温稳定等特征。

南阳市区地下热矿水受地质构造控制，分布具局限性，市区地热井分布零散，无形成一定规模，为了更好的利用这一宝贵资源，我们应该进一步对市区做地热资源地质勘查工作，充分、详细调查地下热矿水的赋存范围、储量、水温、水质等地热地质参数，为今后科学布局、合理开发、充分利用打下基础，避免资源枯竭，提倡综合利用，充分发挥潜在的经济价值，比如建立供热取暖—洗浴—养殖业的利用模式。走边开发边勘查评价的路子，加快地热资源的勘查评价步伐。建立科学有序的地热矿水资源开发市场，建立先进的专家管理系统和开发利用模型。分区段开采不同深度、不同水质类型的热矿水，保护资源防止水质污染与枯竭。

总之，南阳市区有着得天独厚的地热矿水资源，这是一项高技术、高投入、高风险、高收益和高附加值的开发利用项目。由于地热矿水与目前的常规能源(如石油、煤炭等)相比，有很强的竞争能力，开发利用地热矿水资源有着广泛前景。如果进行科学布局，合理开发，充分利用有限的地热矿水资源，将会带来十分可观的经济效益和社会效益。

综上所述，利用地热资源，可节约大量能源，利国利民，必将产生巨大的经济效益和社会效益。市委、市政府已批准在南阳市滨河路建设大型综合体育中心，其中万人体育馆及大型游泳馆设计利用地热矿水，除用于供暖及开展国家、省、市大型游泳、跳水比赛外，还向社会开放，大力推进全民健身运动。

［1］南阳温泉花园地热井完井报告.

［2］南阳市中级法院地热井完井报告.

［3］南阳市体育中心地热井完井报告.

［4］南阳市城区深层地下水与地热资源综合地球物理勘察与研究.

［5］河南省南阳市水资源研究.

［6］南阳幅区域水文地质普查报告(1:20万).