浅谈皖西大裂谷区域地热资源主要赋存特征

徐琳琳

(安徽省地质矿产勘查局324地质队，安徽 池州 247000)

1 研究区概况

1.1 地理位置

勘查区地处安徽省六安市张店镇，位于大别山皖西大裂谷风景区的入口。距六安市约30 km。该区交通便利。勘查区地处金安区张店镇境内，皖西大裂景区大门附近，当地经济以旅游、餐饮为主，目前，皖西大裂谷园区游客人数约4万人次/年，经济收入为300万元人民币，年递增5 000人次，带动周边服务业快速发展。农业以水稻、小麦为主，近年个私企业也有较大发展。

1.2 地形地貌

区域地形主要是西南、北东地形较高，西北、东南地形稍平缓。西南向最高点位于大树尖，高程约为313.0 m左右；北东向最高点位于大潜山一带，高程约为289.0 m；西北最低点位于轮窑厂一带，高程约为33.0 m；东南最低点位于石岗一带，高程为19 m。勘查区地形查区最高处金竹岩头海拨253 m，勘查区相对高差约100～200 m，地形总体西高东低，南高北低。丘体常形成负坡向陡崖，洞穴较发育(砂岩、砂砾岩中含泥岩透镜体经差异风化或流水侵蚀形成)，局部切割强烈，形成峡谷景观。区域地貌属江淮丘陵、平原区。从地貌形态上主要分为高丘、中低丘、岗地、河漫滩地四种类型。勘查区地貌多为中低丘，西部为高丘。

1.3 区域水文地质条件

本区地下水的形成和分布受岩性、构造、地貌、气象、水文等多种因素控制和影响，总体可分为松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙孔隙水两种类型。

1.3.1 松散岩类孔隙水

松散岩类孔隙水主要分布于波状平原和河谷洼地，岩性主要是第四系全新统砂砾层、中粗砂、粉细砂、亚砂土、亚粘土和上更新统粘性土层。其中分布在河谷洼地为全新统，厚度多为3～10 m。含水层透水性较好，容易接受大气降水的补给，单井涌水量10～100 m3/d，

水质较好，HCO3-Ca·Na型，矿化度小于1 g/L。分布于波状平原水量贫乏，单井涌水量<10 m3/d。

1.3.2 基岩(红层)裂隙孔隙水

区内大面积分布，含水岩组主要由侏罗-白垩系(J-K)的砾岩、砂岩、泥岩组成，富水程度贫乏，据区域水文地质普查报告，单井涌水量<10 m3/d。水质类型为HCO3-Na·Ca型，矿化度小于1 g/L。该套地层地下水主要赋存于断层破碎带和风化带中，构造破碎带含水较为丰富，附近张店镇、横塘岗乡政府所在地水井(钻至构造破碎带)单井涌水量100～200 m3/d。风化带含水较构造破碎带贫乏，为当居民饮用水的主要水源。

1.3.3 地下水的补给、径流、排泄条件

松散岩类孔隙水直接接受大气降水入渗补给，其次为地表水灌溉渗漏补给。排泄方式主要有蒸发、向下游径流、人工开采，下渗补给基岩裂隙水等。本区地形略有起伏，在同一地貌单元，一般地下水变幅不大。

基岩裂隙水的补给是通过松散层渗入补给，沿裂隙进行径流，并以地下径流方式进行排泄。

2 勘查依据及方法

为查明皖西大裂谷地热资源分布范围、埋藏深度、厚度、地热资源类型、热储特征、地温特征及地热流体化学特征等主要的赋存特征，依据《地热资源地质勘查规范》(GB/T11615-2010)执行标准，以“安徽省金安区皖西大裂谷地热资源预可行性勘查实施方案”设计具体进行，在皖西大裂谷规划区进行地面大地电磁法(MT)、音频大地电磁法和超低频电磁波探测法(BD)的地球物理勘查工作。在打水找井阶段在物探的基础上，施工了3个钻孔，孔深分别为501.35 m(ZK01)、551.20 m(ZK02)、1 800.54 m(ZK03)，其中ZK01、ZK02水温不高，水量很小，为冷水井，最终将ZK01、ZK02封闭。主要以ZK03地热井作为后期评价和开采利用的基础，对研究区地热资源的形成地质条件、地热流体的特征进行了深入评价研究。

3 研究区地热资源赋存特征分析

3.1 地热资源类型

根据《地热资源地质勘查规范》(GB11615-2010)规定，25℃～90℃为地热资源温度(t)分级中的低温地热资源。其中25≤t≤40为温水，40≤t≤60为温热水，60≤t≤90为热水。结合本区地热井测温资料及抽水试验资料，热储及地热流体一般40.5℃，该区蕴藏有低温地热资源，属温热水型。钻孔揭示，地热资源埋藏深度小于1 000 m，属经济型地热资源。物探及钻孔验证，该地热属沉积岩型，但地热含水层分布受构造控制，热水呈带状分布。综前所述，研究区为低温温热水带状地热田。地热勘查类型属Ⅱ-2型。

3.2 热储层特征

研究区位大别山北麓，是大别山地与合肥盆地过渡地带，大别山区地热资源属隆起山地型，出露温泉较多，出露的温泉大多受断裂控制，热储呈带状展布，地热资源多分布于深断裂带及两侧的次一级构造带上。查区及附近无大的断层通过，物探推测的两条断层规模较小，难以沟通深部热源，在查区形成地热异常的可能性小。查区也属合肥盆地的一部分，从沉积盆地型地热资源来看，六安地区“红层”中至今还没发现有层状地热异常区，形成层状地热异常的可能性也小。

热源主要是大地自然增温形成的地下热水。地球内部所蕴藏的巨大热能，在温度差的的驱动下向地表流动、散失。本区岩石富水性较弱，地下水主要赋存在断层破碎带中，地下水作为热量的载体呈带状分布。根据物探及钻探资料，断层埋深925 m左右，厚度约52 m。

3.3 地温场特征

地温反映地球内部热能的变化程度，一个地区的地温状态是在地质历史时期一定的地质构造条件下综合作用的反映。据地热地质理论，基底的起伏和构造形态对地温场的影响是区域性的，对地壳浅部地温起主导作用，地层结构和岩性特征对局部地区的地温场有一定的影响，大别山区有多处温泉出露，说明这一地区基底具有形成浅层地热异常的背景条件。

3.3.1 浅部地温场

施工的钻孔大多进行过测温工作但均单次测量，同一钻孔没有进行过不同季节的多次测温工作，就现有资料准确判定恒温带深度较难，且山区受地形影响，不同位置恒温带深度差异较大。根据ZK03测温资料，大致确定恒温带深度在21 m，对应的温度为21.7℃，地热增温率为1.92℃/100m。

3.3.2 热储温度的推算

在一定温度条件下，地热流体与围岩间达到动态化学平衡，在随后热流体温度降低时，这一平衡仍予保持。因此，利用各种地球化学温标可推算热储层的基础温度，以预测地热田的潜力。

采用ZK03孔地热流体测试资料，分别用二氧化硅地热温标和钾镁地热温标法计算热储层温度。

3.3.3 二氧化硅地热温标

热储基本上处于未采区，热水中的SiO2在其到达取样点时没有蒸汽损失，可选用无蒸气损失的石英温标，其公式为：

(1)

式中：C为SiO2含量，热水水温为40.5℃，其H2SiO3含量为41.77 mg/L，按SiO2/H2SiO3的分子量比值换算SiO2含量：

因此，热储的温度为：

3.3.4 钾镁地热温标法

反映不太深处热储层中的热动力平衡条件，适用中低温地热田，采用的公式：

(2)

式中：C2为水中钾的浓度，单位为mg/L，取3.02；C3为水中镁的浓度，单位为mg/L，取0.11。

计算结果为t=93.39℃。

研究区属低温地热田，通过钾钠地热温标法和二氧化硅地热温标法计算，其热储基础温度为82℃左右。

3.4 地热流体化学特征

3.4.1 地热流体化学组份特征

本次勘查评价中投入了专门的钻探成井工作，并利用其地热井对构造破碎带热水进行取样测试，同时由国家计量认证的水质测试单位采集一批地表浅层水质全分析样，测试结果可信度高。

(1)常量元素

偏硅酸含量为41.77毫克/升以及HCO3-、SO42-、Cl-、CO32、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、 H2SiO3等常见离子，总重量百分含量>10-2。其中CO32、Mg2+、K+含量较低，一般小于10 mg/L，地热井含量最高的分别是SO42-、Na+，HCO32-含量一般190 mg/L以上，地热井水质类型为SO4·HCO3-Na 型水，地表民井水质类型以HCO3·Cl-Ca·Mg型为主。

(2)微量元素

主要为Br、Sr 、F、B、Rb、Li、I、Al、Fe等。总重量百分含量<10-2，其中F含量25.95 mg/L，含量相对较高，其它元素含量均<1 mg/L。

(3)超微量组分

Cu、Cd、Se、 Pb、 Zn、 Mn 、Ni、 Ag 、Hg 、Ti等，总重量百分含量<10-5，本地热田以上元素含量均很低。

(4)特殊元素

特殊元素主要为放射性元素，本次ZK03取样送江西省核工业地质局测试中心检测，具体测试结果详见表1。

从表1可以看出放射性元素含量及强度均很低，接近地表水体水平，为弱放射性水，说明热水交替循环强烈。

表1 放射性元素检测一览表

(5)其它组分及物理性质

溶解性总固体含量0.572 g/L，为淡水；pH值为6.8～8.62，为弱酸性—弱减性水；总硬度<110 mg/L(以CaCO3计)为极软水；色度<5，浑浊度<1，无色无味。

图1 地热水δD与δO18关系图

3.4.2 同位素化学与地热田成因分析

稳定同位素氘(D)与氧(18O)在地下水的循环历程中，由于同位素的分馏作用，使轻重同位素发生分异。利用地下水重同位素与轻同位素含量的比值与标准平均海水(SMOW)的比值相比较,分别求出D与18O的千分偏差值δD和δ18O，根据其分布情况，研究地下水的起源与演化。大量研究表明，大气降水和地下水之间δD和δ18O的分布具有明显的差异，本次勘查ZK03取样测试结果δD平均为-62‰，而δ18O平均为-9.2‰。样品的数据点位于克雷格降水线的附近(下方)(图1)，说明该地热井热水水源和蒸发浓缩环境有一定关系，地热水源可能有古降水成分。另外，该区大气降水可能会从地形高处，沿断裂带中深循环至此，被ZK03孔揭露到了，热水上升过程中沿途会有部分冷水掺入，故不排除有现代大气降水补给的可能性。

4 结语

在充分收集研究区域地质、水文地质资料的基础上，通过水文地质调查、物探、钻探、分析测试、动态监测等工作，基本查明研究区内地热田地层、岩性、导热构造，热储的分布、埋藏条件；掌握了区域地热资源的主要类型、热储特征、地热流体温度、流量和化学组分等基本赋存特征，结果显示研究区具有良好的成热地质背景条件，初步认定该地热田为低温热水带状地热田，断层起导热导水作用，呈带状，属低温地热田，勘查类型为Ⅱ-2型，热储埋蔵深度小于1 000 m，开采非常经济；同时地热水富含有益于人体保健的化学组份，水温、氟、偏硅酸分别达到有医疗价值的浓度，其中氟达到矿水浓度，为氟水理疗热矿水，可以作为理疗热矿水开发利用。该地热田具有很好的开发利用前景，研究结论为下一步勘查与开发远景规划的制定提供了科学依据。