云南景洪地热田成因及热流体化学分析

张俊杰,徐世光,2,巴俊杰

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院,云南 昆明　650093；

2.云南地矿勘查工程总公司(集团),云南 昆明　650051)



云南景洪地热田成因及热流体化学分析

张俊杰1,徐世光1,2,巴俊杰1

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院,云南 昆明650093；

2.云南地矿勘查工程总公司(集团),云南 昆明650051)

摘要通过对景洪盆地地热系统和热流体化学分析研究,表明热田热源主要为岩浆余热、放射热、机械热,区内活动性断裂和岩石裂隙较为发育,为热水循环和赋存提供了有利条件,盆地中几乎所有的热水点均出露在复式背斜构造中。热流体化学分析表明,热水化学成分随水温变化而变化,地热水水化学类型以HCO3-Na型为主,呈弱碱性,通过地热温标计算,得出K～Mg温标更适用于该类型中低温地热田热储层温度的估算。

关键词景洪地热田;地质条件;热源;储热构造;热流体化学

云南地处欧亚板块与印度洋板块的碰撞带及其影响区内,隶属滇藏地热带,是中国大陆新近地史时期构造活动最活跃、最强烈的地区之一,地热异常十分显著,温泉或泉群数量约占全国已知温泉数的28%,居全国各省区之冠[1],有“温泉之乡”的美称,全省水温≥25 ℃的温泉(群)共1 100余个[2]。景洪是云南省西双版纳傣族自治州州府所在地,也是云南省主要旅游胜地。开发和利用好景洪地热资源,是建立可持续利用能源的具体体现[3],同时也对完善云南地热研究具有重要意义。

1景洪盆地地质背景

景洪盆地处于青藏滇缅“歹”字型构造体系中段与三江经向构造带复合部位,是由澜沧江断裂沉陷所形成。澜沧江断裂以北北西向进入盆地于曼贺纳南转为向东凸出的弧形弯曲。该断裂与曼龙迈—国防断裂、曼蚌断裂等四条主断裂和六条小断裂组成断裂束。曼各断裂北东向延至盆地南西隅,隐伏于盆地中,温泉集中出现在该断裂带附近。破碎带宽10 m,断裂面倾向北北西,为张性。盆地底部呈一不完整的背斜构造,两翼岩层为三叠系、二叠系及印支期闪长岩,其倾角20°~30°,盆地以西外围为华力西晚期花岗岩。

),岩性主要以花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等酸性、中性侵入岩为主。

2地热异常显示

景洪盆地年平均气温21.7 ℃,区内显示的自然热异常点有6处,均出露于花岗岩地层中,主要沿曼各断裂破碎带发育,温泉流量0.10～1.50 L/s,水温36～66 ℃,水化学类型为HCO3-SO4·Na和HCO3-Na,矿化度205.10～248.82 mg/L。

除温泉外,在盆地中施工4个钻孔,均见热水,孔深91.98～150.93 m,除ZK7号孔揭露至基岩外,其余未揭穿第四系,水温25～28 ℃,单井涌水145.15～1 182.8 t/d,水化学类型为HCO3-Na和HCO3-Ca·Na,矿化度130.65～402.13 mg/L(见图1)。

1.热泉及热群泉,编号(水温);2.热水钻孔,编号(水温);3.地层界线;4.断裂带图1　景洪地热异常区地质Fig.1　Geologic map of abnormal geothermal area in Jinghong

3景洪地热田成因

3.1热源

本区岩浆活动具有多期多旋回特点,热水中含有大量的硫化氢和碳酸气体,有较高的硼元素,钠、氯离子的比值为5～15,这些都是岩浆频繁活动的佐证。依据第三纪以来岩体产状、岩株、岩墙及火山喷发岩系的分布,说明喜山期以来岩浆活动仍有相当的规模。因此各时期侵入岩体岩浆余热的释放,是本区热水热量的主要来源。

由放射性产生的地热,是指酸性岩浆岩中含放射性元素衰变而产生的高温热流[4]。岩石中U238、U235、Th232及K40等少数放射性同位素在地球中有较大的丰度和较高放射性热效率,对地热的形成有极为重要的意义,因而被认为是稳态热源[5]。盆地内广泛分布着岩浆岩,对区内的热水进行放射性元素测定,结果表明热水中普遍含有较多的镭、铀、钍、氡等放射性物质,它们脱变释放的大量热能,也是热水热量的重要来源之一。

澜沧江断裂是一古地板块缝合线,在地史发展中,经历了长期多阶段的碰撞、俯冲、挤压,产生并积聚了巨大的机械热能,这些热能一方面促使断裂两侧岩石高温变质,另一方面通过地下水循环得到不断地释放,因此,在该断裂带及其旁侧出露了大量的热泉[6]。

3.2热通道

受区域性断裂带澜沧江断裂带影响,区内断裂构造发育,发育有曼龙迈-国防断裂、曼蚌断裂、曼各断裂等四条主断裂和六条小断裂组成断裂束。这些断裂既沟通了深部热源,也为地下水深循环并在沿途吸收热量,然后在水压差、密度差作用下向上运移提供了必要的通道,起到了导热导水的作用[7]。同时,研究区内广泛分布的岩浆岩,网状裂隙较为发育,也为地下水的运移赋存提供了通道。

3.3储热构造和盖层

景洪盆地地热田的热储层是岩浆岩网状裂隙含水层,第四系松散岩类为其盖层,由于孔隙度较大,封闭程度较差,易扩散热能,同时,地下浅层水易与热水混合,致使出露在松散岩类的热水温度一般较低(30～50 ℃)。热水在上涌过程中与第四系孔隙水混合,形成第四系层状热储层。此外,水温与盖层厚度有关,盆地中钻到热水的钻孔,第四系厚100 m以上,孔口水温一般为25～28 ℃；而自然出露的温泉,第四系覆盖较薄,受其扰动较小,致使水温较高。通过对研究区内温泉出露点进行地质构造分析,得知盆地中几乎所有的温泉点均出露在复式背斜构造中。

3.4地热田水文地质条件

景洪盆地属于亚热带气候,降水较为充沛,大气降水的入渗补给为地热水提供了丰富的水源。本区接受大气降水补给后,经一定的地表径流,在基岩裸露区沿断裂带及节理、裂隙带下渗,向深部径流,入渗补给的地下水在深循环过程中与深部年轻的岩浆侵入体发生热交换,同时被花岗岩中的放射热加热后形成地热水,最终沿导水构造出露。

4热流体化学特征分析

4.1流体化学组分与温度的关系

研究区内自然出露的温泉水温较高,地热钻孔由于深度不大,同时受到上层孔隙水混合的影响,致使钻孔内热水温度不高。区内热水温度变化基本在26～66 ℃之间,地下水水化学类型以HCO3-Na型为主,矿化度在108.17～402.13 mg/L之间,pH值为7.02～8.55。从本区热水水化学类型及其水化学特征可以看出,是深部热水与浅层“冷”水发生混合作用后的结果。热水化学成分随水温变化而变化,温度升高,ρ(SiO2-)、ρ(K+)、ρ(Na+)、ρ(Mg2+)、ρ(Cl-)、ρ(SO42-)、ρ(HCO3-)及矿化度增加,具有较强的规律性。研究区地热水中的SiO2质量浓度为21～85 mg/L,与水温的关系比较密切,一般水温越高,SiO2的含量也就越高,本区钻孔中的地热水受上层孔隙水混合的影响,对其水化学指标有一定影响(见表1)。

表1　部分温泉、钻孔水化学统计

4.2热储层温度核算

利用地热温标法推算热储层温度,是指利用地下热水中的某些化学组分的含量与温度的关系,估算深部热储的温度[8],其原理在于深部热储中矿物与水达到平衡,在热水上升至地表的过程中,温度下降,但化学组分含量几乎不变,可以用来估算反应的平衡温度,也就是深部热储的温度,从而预测地热田开发潜力[9]。20世纪60年代以来,各种地热温标相继问世,由于适用条件的局限性,在中低温地热田中运用多数地热温标推测热储温度时效果不佳。近几年新推出的SiO2、K～Na、K～Mg温标目前应用较为广泛。

研究区地热田热水中Na/ K比值普遍大于10,绝大部分地区高于此值的数倍,地下热水受冷水混合影响显著,K～Na推测热储温度偏差较大,不宜采用。故研究主要应用SiO2、K～Mg温标估算热储温度,各热水点水化学统计资料见表1。

计算公式如下。

(1)采用无蒸气损失的SiO2温标公式

(1)

其中:t为热储温度(℃)；ρ(SiO2)为SiO2质量浓度(mg/L)。

需要指出的是,本区地下热水与石英矿物未达到平衡的地区,计算的石英传导温度可能偏低；热流pH值对石英溶解度有影响,温度一定时,pH值增加,石英溶解度增加,因此,热储温度计算偏大,而温标公式适用性差。

(2)K～Mg地热温标公式为

(2)

其中:t为热储温度(℃)；ρ(K)为水中钾的质量浓度(mg/L)；ρ(Mg)为水中镁的质量浓度(mg/L)。

温标计算结果见表2。

表2　地热温标估算热储温度结果

温标计算结果表明,K～Mg温标除个别数值外,大部分温标计算值是合理的,比较贴近正在开发利用的热储层的实测温度；石英传导温度普遍高于K～Mg温度,可作为推断深部热储温度的依据[10]。通过景洪地热田温标计算值,K～Mg温标更适用于中低温地热田热储温度的估算,同时考虑到存在近源地下水混合作用,深部热储的温度可能会更高[11]。

5结论

(1)澜沧江断裂和曼各断裂为本区主要导热导水断裂,地下热水类型主要为HCO3-Na,大气降水提供了地热的水源,活动性断裂和较为发育的岩浆岩裂隙构成地热水循环的通道。

(2)盆地中几乎所有的热水点均出露在复式背斜构造中。据此,背斜构造使岩浆热源得到储存,压扭性断裂虽然涉及深度大,但热不易释放,只促使地表水沿断裂下渗,达到炽热熔岩或其附近,加热后又沿其通道上涌,如此深循环,在构造、地形有利条件出露。

(3)热储层热水化学成分随水温变化而变化,一般具有较强的规律性。通过景洪地热田温标计算值,核算K～Mg温标更适用于该类中低温地热田热储温度的估算。

(4)地热田资源虽属可再生资源,但其形成周期较长,所需地质条件较为复杂,所以应对本区地热资源进行深入的科学利用评价,合理指导开发利用本区地热田资源。

参考文献:

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[5]徐世光,郭远生.地热学基础[M].北京:科学出版社,2009.

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[10]巴俊杰.云南省宜良地热田基本特征研究及成因分析[D].昆明:昆明理工大学,2014.

[11]王多义.四川绵竹酿春池温泉地质成因分析[J].成都理工大学学报:自然科学版,2005,46(5):479-485.

The Formation Cause and Thermal Fluid Chemical Analysis of Geothermal Field in Jinghong,Yunnan

Zhang Junjie1,Xu Shiguang1,2,Ba Junjie1

(1.FacultyofLandResourcesandEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China;2.YunnanGeologicandMineralBureauofExploration&Exploitation,Kunming650051,China)

AbstractThe study of geothermal system and thermal fluid chemical analysis of the Jinghong basin showed that the major heat sources of the geothermal field were afterheat of magma,radioactive heat and mechanical heat;active fault and the rock fracture in this area were well developed and provided hot-water circulation and occurrence with favorable condition.Almost all of the hot water points in the basin were exposed in the anticlinorium structure,and the thermal fluid chemical analysis showed that the chemical ingredients of the hot water were changed along with change of water temperature,and HCO3—Na was dominant in the hydrochemical type of the geothermal water which was alkalescent.Moreover,the K~Mg thermometric scale were more applicable for estimation of temperature of the heat storage stratum of the medium/low-temperature geothermal field of this type through calculation of the geothermal thermometric scale.

Key wordsGeothermal field in Jinghong;Geological condition;Heat source;Reservoir structure;Thermal fluid chemistry

中图分类号:P641.1

文献标志码:A

文章编号:1004-0366(2016)01-0123-04

作者简介:张俊杰(1989-),男,云南大理人,硕士研究生,研究方向为水文地质与工程地质.E-mail:kmustzhang@qq.com.

收稿日期:2015-01-28;修回日期:2015-03-09.

doi:10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.01.027.

引用格式:Zhang Junjie,Xu Shiguang,Ba Junjie.The Formation Cause and Thermal Fluid Chemical Analysis of Geothermal Field in Jinghong,Yunnan[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(1):123-126.[张俊杰,徐世光,巴俊杰.云南景洪地热田成因及热流体化学分析[J].甘肃科学学报,2016,28(1):123-126.]