青海省同仁县麦秀林场地热田成因浅析

金家琼，冉婧媛，何长英，于香辉

(青海省水文地质及地热地质重点实验室/青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁810008)

基于前人对青海境内热泉开展的地质工作，仅局限于热水排泄区的研究，对其补、径途径的深入分析较少，导致分析热水成因、建立热储模型或评价资源量等过程受到了较大的限制;本文以同仁县麦秀林场的地热田为例，对其地热田的成因做以分析。

地热田，即在目前的采集深度以内，富含可经济开发、利用的地热流体的区域;其包含热储、盖层、热流体通道和热源四大要素;其特征如下:热源唯一、热储结构统一，可用地质、物化探方法圈闭[8]。

1 采开热田地质环境条件

同仁县位于青藏高原东部，属半干旱高原大陆性气候，寒长暑短，降雨量少;多年平均气温为6.5℃，降水量350 mm，蒸发量1 800 mm。

该县地势北高南低，东高西低;海拔4 500 m的最高点位于北部基岩山区，最低点位于黄河河谷区，海拔约为2 900 m，相对高差1 600 m。

麦秀林场地热田位于同仁县西南的麦秀林场山前地带，距县城约85 km。该热田具有水温高、流量稳定的特征，已作为疗养区开发利用，因此，对该热田的研究具显著的经济效益和社会效益[2]。

麦秀林场地热田地处松潘—甘孜印支期褶皱系青海南山冒地槽带，三叠纪初期在地台基底上再生了冒地槽坳陷，于中三叠世中晚期关闭，并褶皱回返成褶皱带。沉积地层为三叠系(T)砂岩、灰岩、千枚岩与板岩互层，有利于形成储热构造[1]。燕山期断裂较发育，主要有二组:一组是北西、北北西为压扭性逆断层，一组为北东向为张扭性正断层。

地热田沿山前分布，表层由第四系中更新统冰碛(Q)泥质漂砾层组成，厚度2～5 m。西南出露有三叠系(T)砂板岩，大部地区被新近系(N)砂岩、泥岩及砂砾岩所覆盖(见图1)。其位于北北西向压扭性逆断层与北东向张扭性正断层交汇部位。北北西向逆断层阻水，北东向正断层导水。三叠系(T)泥岩、砂岩、灰岩互层地层与断层破碎带带构成热储构造，形成热田。

热流体沿山前呈线状涌出，在长250 m的沟谷中有泉眼6处，单泉流量 0.05 ～0.45 L/s，总出水量 2.5 ～6.8 L/s，水温51.2℃ ～85.4℃，属低温地热资源(见图1)。

图1 地热田温泉出露条件示意图

2 采开热田水化学特征

麦秀林场地热田地热流体无色、透明，具轻微的臭鸡蛋味，水化学类型属SO3·Cl—Na型，矿化度1.54 g/L，pH值7.6，属弱碱性水。水中含有多种对人体有益的微量成分，如偏硅酸、偏硼酸、氟、锶、锂、镭等[6]。

3 热田储热模型的建立及成因分析

3.1 热储模型的建立

据区域地质构造资料，由夏河至同仁为一北东东向褶皱带，由三叠系 (T)组成，南北宽约50 km，长约120 km;中更新统冰碛(Q)地层覆盖采开以西的同仁盆地。该褶皱带北为拉鸡山向斜，南为同仁县的浅多—塔农向斜，均属于三叠纪冒地槽型褶皱，岩层倾角40°～65°，垂直于上述褶皱带走向，详见地质构造剖面(见图2)。该剖面基本表示了地热田的补、径、排，以及热储层与盖层的相互关系，可作为热储的概念模型。根据地质实测剖面，初步确定第三系出露的砾岩、泥岩地层可概略地划分为盖层，其下部三叠系灰岩地层可划分为热储层。

地热田的北东方向由北北西向逆断层阻隔，为一区域性的断层带，由多条逆断层组成，可构成采开地热田的隔水边界。

该热储概念模型较客观地反应了该区地热流体的循环条件。

3.2 热储概念模型的验证

3.2.1 热储顶、底板温度

据温标计算估算热储底板温度[3]:

式中:t为热储基底温度/℃;[SiO2]为热流体中 SiO2质量浓度/mg－1·L，即 p(SiO2)。

图2 地热田热储模型示意图

热流体中偏硅酸(H2SiO3)质量浓度95.5 mg/L，换算成SiO2质量浓度为85.2 mg/L，计算如下:

据同仁盆地地热增温率平均值6℃/100 m，即地温梯度为0.06℃ /m，计算热流体循环深度[4]，采用公式如下:

式中:H1为热流体循环深度 m，t1为热储层基底温度128.4℃，t2为常温带温度℃，取多年平均值6.5℃;H2为常温带深度，取经验值10 m;I为地温梯度℃/m。

计算可得:

所得数据与热储模型热流体循环深度2 155 m较为接近。盖层厚875 m，计算接近盖层处的热储温度采用如下公式:t1=(H1－H2)I+t2

此时，t1为盖层处的热储温度(℃);H1为盖层厚度(m)，H1=875 m，余字母表达含义同前式。

t1=(875 －10)× 0.06+6.5=58.4℃

计算过程如上，此值高于地热田涌出热矿泉所测得的最低温度51.2℃，这可能是在上涌过程中热量损失所引起的。因此，这一计算值也可验证热储模型基本正确。

基底温度128.4℃与顶板温度58.4℃的均值，即热储层的平均温度为93.4℃，该值接近温泉的最高温度85.40℃。

3.2.2 热泉水补给途径

分析资料得知，以往所测得热矿泉流量 2.5～6.8 L/s;其最大流量值为最小流量值的2.72倍，区内丰水期降雨量是枯水期的3倍左右，二者较为接近，说明热矿泉水的补给与高山区大气降雨及冰雪融水有关;依据高山区标高3 500 m，采开热泉标高2 450 m，二者相差1050 m，相距52 km，水力坡度10%0，补给具有可能性。

依据区域地质构造所建立的储热概念模型，经过上述分析已得到初步的验证，尚需进一步检验。

3.2.3 地热田成因分析

依据已建立的储热概念模型，地热田的成因分析如下:高山区的大气降雨及冰雪融水通过三叠系(T)构成的背斜轴部裂隙发育带，沿灰岩热储层向北东方向深部运移，深度近2 km，遇北北西向逆断层阻水，沿破碎带涌出地表，形成采开热矿泉。

4 结语

(1)依据区域地质构造，建立热储概念模型，整理分析现有资料，检验、修正、完善热储概念模型，以开发利用，服务于经济为目的，深入研究地热田。

(2)分析已建立的热储概念模型;地热田规模较大，从补给到排泄相距52 km，循环深度接近2 000 m，具有相对稳定的大气降水补给源，热流体温度高(达85.4℃)、矿化度低(1.54 g/L)，含有多种有益成分，针对其作进一步的研究是必要的。

(3)该地热田距同仁县85 km，地热田的开发必将带动该区旅游、医疗事业的同步发展，带动该区经济增长，开发地热田尤为必要。

[1]吴向农，古风宝，等.青海省地质矿产局1991青海省区域地质志[R].北京:地质出版社.1998:147－152.

[2]中华人民共各国区域水文地质普查报告贵南幅 I—47—[5].1:200000[R].45－54.

[3]地热资源地质勘查规范.GB11615－89[J].1990:42－45.

[4]地热资源评价方法.DZ40—85[J].1986:35 －37.

[5]刘时，林芒.2001中国西部地热资源开发战略研究[M].72－75.

[6]青海省第二水文地质工程地质队1997青海省贵德地区地下热水初步勘察报告[R].31－34.

[7]卢文喜.地下水运动数值模拟过程中边界条件问题探讨.水利学报[M].3:33－36.

[8]王金生，王澎，刘文臣，等.划分地下水源地保护区的数值模拟方法.水文地质工程地质[M].2004(4):97－101.

[9]王文科，孔金玲，王钊，等.论水资源管理模型存在的问题与发展趋势[M].工程勘察.2001:65－69.