龙岩地区地下热水资源地质特征及开发利用探讨

曾献群

(龙岩市大地矿业公司，龙岩，364000)

龙岩地区地热资源丰富，分布广泛，但由于分布相对分散，水温偏低，长期以来缺少系统的研究和综合开发利用，随着龙岩经济建设和旅游产业的不断发展，总结和分析龙岩地热资源的分布规律，探讨其地质特征、形成机理及热储模型，为科学、合理勘查与综合开发利用地热资源提供支持。

1 地质概况

龙岩市地处福建省西部，侵入岩占全市面积的42.3%，主要为燕山期—印支期花岗质侵入岩；沉积岩占全市面积的29.2%，主要为二叠纪—三叠纪的砂岩、泥岩或石灰岩；变质岩占22.7%，主要为古生代变质砂岩、砂砾岩；火山岩占5.8%，主要为侏罗纪—白垩纪流纹岩、凝灰熔岩、火山碎屑岩等。

区内构造多属新华夏系，主要发育4条大致平行北东向压扭性深大断裂和2条北西向次一级张性区域构造，平面上呈“X”、“井”或“山”型展布，控制着印支期、燕山期中酸性岩浆侵入和中生代陆相盆地的分布，地热多数分布在构造复合部位，呈串珠式的条带状或透镜状展布(图1)。

图1 龙岩市地热资源分布图(1∶1000000)Fig.1 distribution map of hot springs of Longyan city

2 地热分布特征及贮存条件

根据地下热水资源调查资料，龙岩地区有温泉点31处，天然流量一般为3～10 L/s，总流量为237.5 L/s，最大流量22.4 L/s；地热3处，单位涌水量2.62～4.21 L/s·m，平均流量为10.93 L/s。均属低温地热资源，最高水温80℃，其中温水泉(25～40℃)9处，平均流量为4.67 L/s；温热水泉(40～60℃)17处，平均流量为8.35 L/s；热水泉(60～80℃)8处，主要地热分布特征(表1)。

从区域地质条件分析，该区岩浆活动频繁，断裂构造复杂，地下水的热源主要来自于地壳深部新生代岩浆余热和花岗岩体中放射性元素衰变。地热见于侵入岩中的为22处，占总数的64.7%；在沉积岩中有7处，占总数的20.6%；在火山岩中有4处，占总数的11.8%；地热见于龙岩坳陷带和胡坊—永定隆起带各有11处，占总数的66.7%，见于闽西南坳陷带有6处。

表1龙岩市主要地热概况

Table1TheListofoverviewofhotspringsinLongyanarea

编号位置水温(℃)水量(L/s)贮存岩性编号位置水温(℃)水量(L/s)贮存岩性1234567891011121314151617长汀连城漳平新罗河田镇濯田长安濯田横坑羊牯白头文亨将屋新泉儒畲新泉镇莒溪镇姑田中堡永福明山新桥城口南洋镇象湖镇梅水坑白沙溪西白沙热水白沙营斗804948286832703549585832426835356516.44.62.30.212.59.222.49.12.312.812.71.21.42.316.64.911.6侵入岩侵入岩侵入岩变质岩侵入岩沉积岩侵入岩沉积岩侵入岩侵入岩火山岩火山岩火山岩火山岩沉积岩沉积岩侵入岩1819202122232425262728293031323334新罗永定上杭武平白沙涂潭江山下车江山汤下曹溪浮蔡+东城溪西+合溪汤湖城郊古二城关城郊箭滩城郊中坑下洋下圩下洋汤仔阁下洋太平寨上杭一中+溪口大厚溪口大丰中山下东50703752506140505743594540307459542.68.10.513.98.317.42.86.95.62.312.50.911.751.216.214.23.2侵入岩侵入岩侵入岩沉积岩沉积岩侵入岩侵入岩侵入岩侵入岩侵入岩侵入岩侵入岩侵入岩沉积岩侵入岩侵入岩侵入岩

注：+为钻孔资料

按SiO2温标法推算该区地下热水的热储温度在150～250℃；采用管道模型推算地下热水的循环深度1.5～2.0 km。

2.1 水文地质特征

龙岩地热按贮存方式分为天然出露的温泉和通过钻孔揭露的地下热水。温泉多数见于山间盆地的河流一级阶地低洼处，以上升泉群形式出露，地表常见泉华现象，流量一般为3～10 L/s，系构造裂隙承压水，呈北西向条带状分布，该类温泉热储量占全市地热资源的90%；地下热水主要贮存于沉积岩层状孔隙、裂隙和岩浆岩带状构造裂隙中，覆盖层厚，属埋藏型地热。

该区地下热水以大气降水为主要补给源，盆地外围山区为补给区，边缘山区及山前台地为迳流区，一级阶地的溪流低洼处为排泄区。热水的动态变化特征与当地气候条件相关，每年2～4月份水位较低、流量较小，7～9月份水位较高、流量较大，但变幅不大，一般小于20%。

2.2 地下热水地球化学特征

热水地球化学特征主要受水强烈的交替、循环作用影响，水文地球化学作用主要表现为溶滤形式，化学成分主要来源于循环途径中岩石的性质和成分，如SiO2、F、K、Na等分别来源于花岗岩体中的石英、萤石矿物、钾钠长石等。热水pH值7.5～8.5，水化学类型多为HCO3- Na型(岩溶热水为HCO3- Ca型)，矿化度200～500 mg/L，总硬度0.5～5.0 mg/L，氟离子5～8 mg/L(水温超过50℃时，氟离子一般大于10 mg/L)，偏硅酸80～120 mg/L。

2.3 地热资源量评价

(1)热水资源量。全区温泉31处，总流量237.5 L/s，地热点3处，涌水量23.4 L/s，总水量260.9 L/s。已探明矿产地7处，探明可采热水量112.59 L/s，预测全区可采热水量超过380 L/s。

(2)天然补给热量。该区均属对流型地热田，以水为载体在构造裂隙带中进行热能交换传递，在地质史上，热能交换已处于动态平衡状态，可将天然排泄热量作为补给热量[1]，即采用均衡法求得补给热量。

V热补=Q排·ρw·cw·(tr-tj)

式中：ρw为热水密度(取0.92 g/cm2)；cw为热水比热(取1.0 cal/g·℃)；tr为热水水温( ℃)；tj为当地平均气温(取20.0℃ )；Q排为泉流量(m3/d )； 热功当量=Q补·4.186(kJ)，相当于标准煤=V热功当量/7 000 t 。

根据结果可以看出，全市温泉天然补给总热量约为2.99×109kcal/d(表2)。

表2 龙岩市已探明地热资源储量

(3)可采热量预测。可采热水量按天然流量的1.5倍进行预测，可采热水量合计379.6 L/s，加权平均水温57.1℃，可采热量：

Wt=4.186 8·Q允·(tr-t0)=58 963 kW

年开采地热流体累计可利用的热能量：

∑Wt=86.4×D×Wt/K=3.05×109(MJ/a)

式中：D为年开采总天数(按360 d计)；K为热效比(按0.6计)。

相当于10.4万t/a标准煤燃烧产生的热量，约为一中型煤矿的年采煤量。全部开发利用后可减排CO224.8万t/a、SO21 768 t/a、悬浮质粉尘832 t/a。

(4)地热流体质量评价。参照理疗热矿水水质标准，全区热水偏硅酸且氟离子达到理疗热矿水命名要求，属硅水、氟水；目前已发现永定下洋下圩、太平寨的硫化氢含量2.1～2.7 mg/L，属优质理疗热矿水。

3 地热田特征

3.1 分布规律及成因

该区热源主要来自深部岩浆余热和花岗岩体中放射性元素衰变。深部载热流体受热后沿深大断裂带上升向地壳扩散；山区大气降水在重力作用下，沿次一级张性断层破碎带渗入，循环至2条破碎带交会处，冷水与载热流体混合后，进行热能交换并产生对流，形成高温热水，高温热水体积膨胀后沿张性破碎带向上运动，地表为岩浆岩或火山岩等裂隙含水层时，以上升泉形式出露于地表，故温泉区平面上常沿北西构造呈条带状或透镜状分布，区域上呈多个北东向的串珠状展布；地表为埋藏型承压含水层时，受盖层影响，未出露于地表，常呈层状贮存于埋藏型含水层中(图2，3)。

深部热水在破碎带中向上运动，部分热能向管壁(岩层)扩散而被消耗，流至地表时水温有所降低。

图2 永定县城郊箭滩地热场示意图Fig.2 sketch map of Jiantan geothermal field, Yongding (zonal geothermal field)

图3 新罗浮蔡地热场示意图(层状地热场)Fig.3 sketch map of Fucai geothermal field, Yongding (layered geothermal field)

3.2 热储模型分析

根据热储的岩性、构造特征，该区地热可分为带状和层状2种热储类型。带状热储主要贮存于侵入岩和火山岩的构造破碎带中，以永定箭滩为例，北东向F1为导热构造，北西向F2为次一级导水构造，地热见于2条构造交会处F2构造的上盘，呈北西向的条带状展布*福建省地质工程勘察院，福建省永定箭滩地热资源可行性勘查报告， 2013。；层状热储主要贮存于沉积岩中，以新罗浮蔡为例，当高温热水循环至近地表富水性较强的含水岩层(如岩溶)时，受覆盖层影响，热能无法继续上升，形成埋藏型地热，此类地热平面上呈透镜状展布，具有水量大、水温低、承压等特点*福建省水文工程地质队，龙岩盆地供水水文地质勘查报告，1981。。

4 地热资源开发利用现状及存在问题

上世纪90年代以前，当地村民一般通过围泉取水、建大众澡堂的形式开采地下热水，主要供百姓沐浴、休闲，少量应用于农作物育种和水产养殖；上世纪90年代以来，福建省永定下洋和箭滩、连城新泉、上杭溪口等地的村民采用零星分散的开采方式开发利用地下热水，主要用于理疗、沐浴等；近年来，在永定下洋和箭滩、连城新泉和文亨、新罗铁山等地，开始建设集理疗、休闲、旅游、娱乐为一体的温泉度假区，地热资源开发利用程度逐步增大，开采过程中存在以下问题。

(1)全区34处地热中，经过详查并探明资源储量的仅7处，占20.6%。大部分地热区未开展地质工作，对地热资源的贮存条件、流体质量及可采储量不清，地热资源的开发利用无法进行统一规划和科学管理，导致诸多地热资源被无序开采而破坏。

(2)永定下洋和箭滩、连城新泉等各地热区供水孔50～100个，主要用于洗浴业，资源综合利用水平低，且开采时间集中、强度大，导致水位下降，水温降低，个别温泉断流；同时，由于个别供水孔成井工艺较差，地热区一般发育于河床一级阶地上，水位下降后，易引起河水倒灌，从而导致水温下降，降低了地热资源的开发利用价值。

(3)地热资源利用率不高，同时供沐浴、洗涤后产生的污水直接向河床排放，对地表水和地下水造成二次污染。

5 建议

(1)应在查明地热资源的贮存条件、可采热储量及其补、迳、排条件的基础上，圈定地热资源保护区，制定科学、合理的开发利用方案，有计划地开发利用地热资源，使其更好地服务社会。

(2)政府各有关部门密切配合，应尽快制定地热资源保护法规，切实做好地热资源总体规法，禁止非法开采地热资源；保护区内禁止矿山或其它工程过量抽排地下水，依法、合理、有效地保护地热资源。

(3)加强地热资源的开发利用研究，拓宽资源利用渠道，提高开发利用的综合性、针对性。对于处在位置较偏僻地段，但水温高、水量大的热水区，如永定合溪、漳平永福、上杭溪口、新罗白沙营斗等地，可充分利用地热进行育种、养殖、种植等开发利用；对于人口密集集中区、交通条件好的地热区，如永定城关、长汀河田、上杭溪口等，可利用地热资源发展旅游经济，如温泉度假、旅游、休闲等项目；对于偏硅酸、偏硼酸、硫化物、氟、氡等微量元素较高、且对人体某些疾病有医疗价值的地热资源，可联合卫生部门用于理疗、医疗保健等；重要集镇周边的地热可与房地产业联合开发，把热水引入居民住宅区，提高地热资源的功能优势。

(4)出露于河床边的地热，为防止河水倒灌地下热水，破坏地热含水系统，建议全面关闭并回填成井工艺较差民用供水井，取缔各种危害性的地热开采处，加强地热资源管理措施，合理开采地热资源，改用集中供水方式开采地热；温泉排泄区岸边砌筑防洪堤，并进行防渗处理，确保地热资源的可持续开发利用。

1 沈照理.水文地质学.北京：科学出版社，1985.