云南巍山地热田成因及热流体特征分析

罗舜浩

摘要：研究的巍山区16温泉源于白垩系砂岩地下破碎带热水储集带的排泄点，温泉的出露受断裂带控制，研究表明，区内热源主要为幔源热流，通过水文地质条件与水化学分析推断温泉的成因机制，利用SiO2温标法推算出了该地热田的热储温度；利用水循环计算公式估算16号温泉循环深度，对该地热田的天然放热量、地热资源量进行了估算。

Abstract： Weishan District 16 hot springs is from Cretaceous sandstone reservoirs with underground hot water discharge point of broken springs outcrop controlled by the fault zone， research shows that the heat source in the area is mainly of mantle heat flow. The hydrogeological conditions and water chemistry are used to analyzed the formation mechanism of the hot spring. SiO2 method is used to calculate the heat storage temperature of this geothermal field. The circulation depth of 16# hot spring is calculated by the water recycling. And the natural heat and geothermal resources of this geothermal field are estimated.

關键词：巍山地热田；成因机制；储热构造；热源

Key words： Weishan geothermal field；genetic mechanism；thermal structure；heat source

中图分类号：P641.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0234-04

0 引言

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]。云南巍山位于漾濞江东岸，属云南云岭横断山脉的南延部份，开发和利用好巍山区地热资源，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。

本文通过水化学流体特征、温标法、水循环计算法来推断该区地热的成因特征，再通过热储法与天然放热量计算法得出该区地热田的储藏热能。

1 巍山地质背景

1.1 地热异常显示

巍山区热泉出露地层为白垩系上统南新组下段（K2n1）紫红色砂岩，研究热泉在巍山区西部出露，16号温泉水温70℃，流量22.60L/s，矿化度为600mg/L，水化学类型为HCO3·SO4-Na型[3]。

1.2 巍山区域地质构造

巍山区位于歹字型构造体系东支中段与经向构造复合部位。区内纬向构造主要分布于西窑区域，大体为北东向与扭动构造。研究区构造虽较为复杂，但其构造轮廓则较清晰。

研究区以歹字型构造体系占主导地位，其它构造体系仅在局部残存。各构造体系中构造形迹的展布形式与其它构造体系的交接关系见图1。

2 地热成因机理分析

2.1 热源

研究区处于滇中地区，滇中地区莫霍面温度为758～ 804℃，岩石圈底界面温度为1381～1412℃，整个地壳和壳下岩石圈地温梯度分别为1.76～1.86℃/100m、0.79～0.95℃/100m，居里面埋深为26.0～26.5km[4]。区内地壳浅部无年轻岩浆侵入岩体，故不存在岩浆热等附加热源。活动断裂产生的机械摩擦热对大地热流值亦有一定贡献率[5，6]。故可推断地幔热流与机械热为所研究地热系统的热源。

2.2 温泉的补给、径流、排泄

地下水的形成受多种因素影响控制，其中受地形地貌、地层岩性、地质构造、气象等因素的影响较大。大气降水是研究区内由K2n砂岩、Q松散层组成的水文地质单元地下水的主要补给来源，地下水主要往北东方向河溪方向径流排泄，局部以泉的形式排泄。

2.3 温泉形成条件分析

研究区挽近时期活动较强的断裂有十余条，主要有蛇街断裂（F1）、白色郎断裂（F37）、哀牢山断裂（F42）、红河断裂（F45）、贡爷山断裂（F55）、新街断裂（F60）、石垭口断裂（F61）、长虫街断裂（F62）、回龙山断裂（F63）等。沿上述断裂带及影响带出露温泉12个，占巍山区温泉总数的70.6%。这些断裂深度较大，使浅部含水层接受降水渗入后，沿断裂及裂隙渗透到地层深处。地下水在深循环中，接受内动力作用、变质作用释放的热量和来自地球深部的热量，致使水温升高，在地形较低部位，沿断裂或裂隙溢出地表，形成温泉，如16号温泉，见图2。

2.4 地热田成因机制浅析

通过上述分析，研究区地热水成因主要归结为：大气降水的入渗补给为地热水提供了丰富的补给来源[7]。区内大面积分布白垩系上统南新组下段（K2n1）砂岩，其表层受风化作用影响产生发育程度较高的风化裂隙带，大气降水沿着风化带网状裂隙径流，当流经到主干断裂发育的构造裂隙或者次级断裂带时，形成带状裂隙水继续向深部渗流进行水循环。

通过水循环时间的增加，地下水在渗流过程中通过吸收源源不断的大地热流能量从而成为水温不同的温泉。加之區内断裂发育，形成导热导水通道，主要为蛇街断裂（F1）、白色郎断裂（F37）、哀牢山断裂（F42）、红河断裂（F45）、贡爷山断裂（F55）、新街断裂（F60）、石垭口断裂（F61）、长虫街断裂（F62）、回龙山断裂（F63）等，沟通了深部的热源。另外，断层两盘在长期活动过程中，产生机械热，地下水在循环过程中被吸收，从而形成深部高温带状热储。综合分析巍山16号温泉成因模式图见图3。

3 地热资源特征

3.1 热流体化学特征分析

16号温泉水温70℃，流量22.60L/s，水化学类型为HCO3·SO4-Na型，矿化度0.58g/L，游离CO29.33mg/L，SiO2 33.51mg/L，F 1.2mg/L。温泉一般循环深者水温高，溶解能力强，所经途径又长，溶解物质多，水化学类型就复杂，温度低的泉水化学类型则简单，矿化度亦低。16号温泉SO4含量较高是因为研究区深部大断层沟通地壳深部，深部H2S、SO2等气体进入封闭的热储层氧化水解，再经过深循环后的结果。一般在热水中热水温度越高，SO2的含量亦随着增高，温泉的水化学指标也受在循环过程的上层裂隙水影响[8]。

3.2 热储温度核算

在巍山区基本上没有地热钻孔所以采用地热温标法推算热储层温度，在水与不同类型的SiO2达到溶解平衡且无蒸汽损失的情况下，采用SiO2温标估算热储温度，计算公式如下[9]。

通过对16号温泉取样分析得出，16号温泉水中SiO2含量为33.51 mg/L[8]，利用公式推断出16号热泉热储的水温约为84℃。

3.3 温泉水循环深度计算结果

温泉水循环深度是利用当地地温梯度和热储温度来计算温泉水的循环深度。计算公式如下：

D=（tR-to）G+h

式中：tR为热储温度（°C）；G为地热增温等级（km/℃）；D为循环深度（km）；h为常温层厚度（km）；t0为当地年平均气温（°C）。

其中to取10℃，h取0.02km，没有收集到研究区的钻孔资料，故G取平均值0.29km/℃。把to、h、g和tR带入公式，求出16号温泉的循环深度为2.1km，在热背景一定的条件下，热水循环深度越大，地下水循环量越少，温热（泉）水的温度越高。

3.4 温泉的天然放热量

温泉的天然放热量计算公式为：

Qw=365Qρwcw（tw-t0）

式中：Qw为温泉的天然放热量，Q为温泉总流量，ρw为水的密度，Cw为水的比热容，tw为热水温度[10]，根据公式计算所研究温泉的天然放热量结果见表1。

3.5 地热资源量

利用热储法估算热储中储存的热量，估计地热资源潜力，公式为：

Qr=cAd（tw-t0）

式中：Qr为温泉的地热资源量，A为热储面积，d为热储厚度，tw为热储温度，t0为多年平均气温，c为热储岩石和水的热容量，用公式C=ρccc（1-φ）+ρwcwφ计算，式中ρc为岩石密度，cc为岩石比热容，φ为岩石孔隙度。

地热资源可开采量是在当前开采经济技术条件下能够从热储中开采出来的那部分储量公式为Qwh=QrRe，式中为Re采收率。根据公式计算所研究地热资源量结果见表2。[11]

4 结论

①所研究16号温泉沿着白垩系上统南新组下段（K2n1）砂岩风化带网状裂隙往地下深部径流，当地下水流经到主干断裂发育的构造裂隙或者次级断裂带时，形成带状裂隙水继续向深部渗流进行水循环，在循环过程中吸收热源形成带状热储。主要导热导水通道为蛇街断裂（F1）、白色郎断裂（F37）、哀牢山断裂（F42）、红河断裂（F45）、贡爷山断裂（F55）、新街断裂（F60）、石垭口断裂（F61）、长虫街断裂（F62）、回龙山断裂（F63）等。水温为70℃，流量22.60L/s，矿化度为600mg/L，水化学类型为HCO3·SO4-Na型。

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，通过巍山地热田温标计算值核算该热储层温度为84℃，通过温泉的成因机制利用水循环公式计算的出所研究温泉的循环深度为2.1km。利用热储法与天然放热量计算公式计算出了该地热田的热能为1.776*1014J/a，天然放热量为1357.68*1010J/a。

参考文献：

[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]徐世光，郭远生.地热学基础[M].北京：科学出版社，2009.

[3]周真恒，向才英.云南岩石圈地温分布[J].地震地质，1997，19（3）：227-234.

[4]付彩利.楚雄盆地现今地温场特征分析与烃源岩热演化史恢复[D].西北大学，2005，05.

[5]屈丽丽.云南省安宁温泉镇地热田模型研究[D].昆明理工大学，2011，05.

[6]程先锋.云南东部地热赋存规律及成因模式[D].昆明理工大学，2008，05.

[7]张誉枥，徐世光，巴俊杰，杨成会，薛良方.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.

[8]李小林，吴国禄，雷玉德，李重阳，赵继昌，白银国，曾昭发，赵振，张珊珊，赵爱军.青海省贵德扎仓寺地热成因机理及开发利用建议[J].吉林大学学报（地球科学版），2016，46（1）：221-228.

[9]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.

[10]方斌，周训，梁四海.青海贵德县扎仓温泉特征及其开发利用[J].现代地质，2009，23（1）：59-63.

[11]GB/T 11615-2010，地热资源地质勘查规范[S].北京：中国标准出版社，2011.