云南苦楚邑—茅草坪地热田成因及热流体化学分析

张誉枥,徐世光,2,巴俊杰,杨成会,薛良方

(1.昆明理工大学,云南 昆明　650093;2.云南地矿勘查工程总公司(集团),云南 昆明　650051;3.辽宁省地质矿产调查院,辽宁 沈阳　110031;4.山东省鲁南地质工程勘察院,山东 济宁　272100)



云南苦楚邑—茅草坪地热田成因及热流体化学分析

张誉枥1,徐世光1,2,巴俊杰1,杨成会3,薛良方4

(1.昆明理工大学,云南 昆明650093;2.云南地矿勘查工程总公司(集团),云南 昆明650051;3.辽宁省地质矿产调查院,辽宁 沈阳110031;4.山东省鲁南地质工程勘察院,山东 济宁272100)

温泉的岀露严格受哀牢山帚状构造中断裂带控制,在本异常带岩浆活动较强烈,活动性断裂和变质岩网状裂隙为热水循环和赋存提供了有利条件。研究表明,区内热田热源主要为:岩浆余热、放射热、机械热。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SO4-Ca·Na+K型为主。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。

苦楚邑—茅草坪地热田;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]。苦楚邑—茅草坪位于红河右岸,属云贵高原南缘山区。开发和利用好苦楚邑—茅草坪地热资源,将会进一步促进当地旅游经济的发展,同时也对完善云南地热研究具有重要意义。

1　苦楚邑—茅草坪地质背景

1.1自然地理概况

测区属云贵高原南缘山区,地势西北高,东南低,海拔一般为1 000～2 000 m,在北回归线以南,属亚热带气候。区内地形复杂,河谷切割强烈,高差悬殊。区内除北部新安所、老厂以北一带为南盘江水系外,其余为红河水系。区内由于水量充沛,水系极为发育。

1.2地层岩性

盆地内地层出露主要为瑶山群、哀牢山群,二叠系、三叠系,其中瑶山群(Ptys)为黑云片麻岩、黑云斜长片麻岩;哀牢山群阿龙组(Pta)为黑云斜长片麻岩、黑云斜长变粒岩,凤港组(Ptf)为黑云质岩石、角闪质岩石,乌都坑组(Ptw)为黑云斜长片麻岩;二叠系上下统玄武岩组(P1-2β)为斑状玄武岩、杏仁状玄武岩;三叠系下统洗马塘组(T1x)为灰绿色钙质泥岩夹薄层泥质灰岩、永宁镇组(T1y)为浅海相碳酸盐岩、细碎屑岩;三叠系中统个旧组(T1g)为灰岩、白云质灰岩及白云岩;三叠系上统鸟格组(T1n)为黄灰色泥质页岩及石英砂岩。

1.3地质构造

测区位于青藏滇缅歹字型构造体系东支、云南山字型构造体系、川滇经向构造体系及南岭纬向构造体系的交接地带,地质构造极为复杂。测区有帚状构造、北东向构造、东西向构造、弧形构造、山字型构造和南北向构造六种形式。帚状构造规模最大,北东向构造次之,后四种构造形式规模较小,各构造形式几乎都是自成系统的构造体系。

2　地热异常显示

图1　苦楚邑—茅草坪地热异常地质Fig.1　Geological map of Kuchuyi-Maocaoping geothemal anomaly area

3　苦楚邑—茅草坪地热田成因

3.1热源

(1)岩浆余热在本异常带岩浆活动较强烈,晚古生代和中生代都有岩浆岩发育,中生代以后呈现明显的岩浆活动,但深部岩浆活动仍不失其作为热源的作用。据水质分析,各泉可溶性SiO2含量一般都大于100 mg/L,泉水中SiO2含量高达58%,这都可能是与深部岩浆源有关。

(2)放射热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[3]。地球化学研究表明,地球的热源绝大部分来自深部岩石中放射性同位素的蜕变。其中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,对地热的形成具有极为重要的意义,因而被认为是稳态热源[4]。对区内的热水进行放射性元素测定,结果表明Q38、Q44、Q45、Q46热水中含有较多的镭、铀、钍、氡等放射性物质,它们蜕变释放的大量热能,也是热水热量的重要来源之一。区内广泛分布着岩浆岩,而岩石中的放射性元素铀、钍、钾蜕变所释放的热能也为地热水提供丰富的热源。

(3)机械热红河大断裂在地史发展过程中,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[5]。

3.2热通道

3.3储热构造和盖层

测区地热田的热储层是古老变质岩—混合岩、黑云斜长片麻岩等网状裂隙水渗透到断裂带而转化成脉状裂隙水形成带状热储,在测区以基岩岀露为主同时以受风化影响较小的基岩为盖层,封闭程度较好,出露的热水温度较高(36～103 ℃)。同时,地下浅层水易与热水混合,导致某些泉点水温降低。

3.4地热田水文地质条件

测区属亚热带气候,区内降水量较为充沛,大气降水的入渗补给为地热水提供了丰富的水源。古老的变粒岩,片麻岩和片麻状花岗岩含丰富的基岩风化带网状裂隙,风化带的深度虽然不大,但风化带裂隙水可通过垂直于主干断裂发育的张性、张扭性构造裂隙(或者是次级断裂带),形成的通道而转化成脉状裂隙水,向深部径流。在地壳几千米深处遇热源而获得热量变成热水,热水沿断裂上升形成热泉。

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。区内热水温度变化基本在36～103 ℃之间,地下水水化学类型以SO4-Ca·Na+K型为主,矿化度在1.0～2.4 g/L之间,pH值为6.7～7.4。从本区某些泉点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”水发生混合作用后结果。热水化学成分随水温变化而变化,温度升高,SiO2-、K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、 HCO3-增加,具有较强的规律性。研究区地热水中的SiO2含量为45～140 mg/L,其含量与水温的关系比较密切,一般水温越高,SiO2的含量也就越高,地热水受上层裂隙水混合的影响,对其水化学指标有一定影响(见表1)。

表1　温泉水化学统计

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[7],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[8]。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,结果见表2,计算公式如下。

表2　地热温标估算热储温度结果

(1)采用无蒸气损失的SiO2温标公式:

(1)

其中:t为热储温度(℃);SiO2为水中SiO2的质量浓度(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地热温标为

(2)

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

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[9]。通过苦楚邑—茅草坪地热田温标计算值,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[10]。

5　结论

(2)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。通过苦楚邑—茅草坪地热田温标计算值,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,为以后K～Mg温标在该类型地热田的应用提供了依据。

(3)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。

[1]殷瑛,王明珠,何绕生.云南地热资源及其开发前景[J].云南地质,2006,25(1):70-75.

[2]周训,金晓媚,梁四海,等.地下水科学专论[M].北京:地质出版社,2010.

[3]姚六三,李庆仁,马文华.云南地热地质特征[J].云南地质,1983,2(1):47-56.

[4]徐世光,郭远生.地热学基础[M].北京:科学出版社,2009.

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[7]汪集晒,孙占学.神奇的地热[M].北京:清华大学出版社,2000.

[8]王莹,周训,于菠等.应用地热温标估算地下热储温度[J].现代地质,2007,21(4):605-612.

[9]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.

[10]汪缉安,徐青,张文仁.云南大地热流及地热地质问题[J].地震地质,1990,12(4):367-377.

Ku Chuyi,Yunnan—Reasons and Thermal Fluid Chemical Analysis of Couch Grass Tsubochi Geothermal Field

Zhang Yuli1,Xu Shiguang1,2,Ba Junjie1,Yang Chenghui3,Xue Liangfang4

(1.Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China;2.Yunnan Geologic and Mineral Bureau of Exploration & Exploitation,Kunming 650051,China;3.Liaoning Geology and Mineral Resources Bureau,Shenyang 110031,China;4.Southern Shandong Institute of Geological Engineering Survey,Jining 272100,China)

The appearance of hotspring is strictly controlled by fault zone of brush structure in Ailao Mountain.Studies have shown that it has intensive igneous activity of this anomaly zones,and the active fault and mesh cracks of metamorphic rocks have provided advantages for the hot water circulation and occurrence.The heat source of geothermal field:magma heat,radiant heat,mechanical heat.Thermal Fluid Chemical analysis shows that the chemical composition of the hot water changes with the changing water temperatures,and the hydrochemical type of geothermal water is mainly SO4-Ca·Na + K type;By the calculation of geothermometer,it obtains that the K～Mg thermometric scale is more suitable for the estimation of heat reservoir temperature of geothermal field of this type.

Ku Chuyi,Yunnan—couch grass tsubochi geothermal field;Geological conditions;Heat source;heat storage configuration;Chemistry of thermal fluids

10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.04.012.

2015-12-02;

2016-01-04.

张誉枥(1990-),男,重庆人,硕士研究生,研究方向为水文地质与工程地质.E-mail:352369845@qq.com.

P641.1

A

1004-0366(2016)04-0057-05

引用格式:Zhang Yuli,Xu Shiguang,Ba Junjie,etal.Ku Chuyi,Yunnan—Reasons and Thermal Fluid Chemical Analysis of Couch Grass Tsubochi Geothermal Field[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(4):57-60,71.[张誉枥,徐世光,巴俊杰,等.云南苦楚邑—茅草坪地热田成因及热流体化学分析[J].甘肃科学学报,2016,28(4):57-60,71.]