海南省琼中县南流地热水形成机制与物理化学性质研究

符启基,唐培宣,沈金羽

(海南省资源环境调查院,海南 海口 570206)

1 区域地质背景

1.1 地层岩性

研究区出露地层比较简单,仅有第四系地层分布。主要分布于南流河两岸及地形低洼处。第四系全新统(Qh),岩性为砂、砂砾及粘土。

1.2 地质构造

研究区域位于尖峰～吊罗东西向构造带的北部,隶属华南褶皱系五指山褶皱带。区内北西向断裂较为发育,断层(F1)规模较大,主要分布于研究区中部,遥感影像图上影象较清晰,以线状山脊、沟谷,沟谷突然拐弯或不同色调的条带等影象出现。此外,还发育北东向、南北向等断层,地质构造较发育。

1.3 岩浆岩

岩浆岩广泛分布,以中酸性岩为主。岩浆岩主要有白垩纪新村细中粒斑状黑云正长花岗岩(ξγmK2)、侏罗纪马翁岭闪长岩(δJ3)、二叠纪长塘岭中细粒斑状黑云母二长花岗岩(ηγP2)、二叠纪通什中粒巨斑状角闪黑云二长花岗岩(ηγрP2)、二叠纪行干细中粒石英二长闪长岩(δηoP1)等。研究区岩性为新村细中粒斑状黑云正长花岗岩[3](见图1)。

图1 区域地质简图

2 水文地质条件

2.1 水文地质特征

根据含水层介质特征、水力特征及地下水赋存条件,本区主要为第四系松散孔隙水和基岩裂隙水两大类。

第四系松散孔隙水:主要赋存于南流河河流一级阶地和河漫滩冲洪积层和残坡积层中,以及基岩上覆的残坡积层孔隙中,呈层状分布。一级阶地和河漫滩冲洪积层和残坡积层含水层厚度,阶地后缘为0.50～4.06 m,前缘为3.22～8.14 m。水位埋深0.29～5.82 m;残坡积层水位埋深2.0～17.0 m。

基岩构造裂隙水:分布于整个研究区构造裂隙带,受风化裂隙、构造裂隙及地形地貌等条件控制,富水性不均一。根据钻孔ZK1的资料,58.70～172.60 m岩心十分破碎,热水蚀变现象明显,局部有方解石充填,轴夹角51°～72°。基岩裂隙承压水水量丰富,但是存在不均一行。

(1)构造带、新老岩脉与断裂构造交叉部位。裂隙发育,岩石破碎,裂隙呈张扭性,连通性好,有利于地下水的贮存,水量丰富;

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(2)岩脉与围岩接触带,由于后期岩脉作用,产生破裂,有利于地下水赋存,水量较丰富,并且离接触带越近,富水性越好;

(3)除了断裂构造带和岩脉与围岩接触带富水性较好外。其他段,由于岩浆岩呈致密块状,水量较为贫乏。

2.2 地下水补、径、排条件及动态特征

第四系松散孔隙水:地下水径流、排泄主要受地形控制。河流阶地具一定的坡度,旱季地下水经短距离径流后,以渗透的方式排泄到河流中,径流、排泄条件较好。另外,在第四系孔隙水标高大于下部基岩裂隙水水位标高时,以垂直入渗方式补给下部基岩裂隙水,地下水开采会加速了地下水的径流和排泄。

基岩裂隙水:基岩裂隙水主要以大气降水入渗补给为主,次为区外裂隙水侧向排泄补给。此外,局部覆盖地段为第四系孔隙水垂直入渗通过断层、裂隙等通道补给。地下水径流主要受构造带控制,在区内沿裂隙或者钻孔排泄出地表。

2.3 热储结构特征

根据调查结果和钻孔资料,热储层厚度度约200 m,热储岩性主要为白垩纪新村细中粒斑状黑云正长花岗岩,岩石破碎,受断裂构造(F1)控制,断层在区内的长度约11.78 km,走向NWW,倾向NE,倾角约70°～80°。

2.4 物探成果与分析

针对该区的实际地形地貌情况,本次物探工作主要采用激发激化法,主要是查明深部构造含水层的位置。查清构造的规模、产状,以便圈定地热异常区,分析热储特征,推断其导水情况。本次使用物探仪器为DWJ-3B微机激电仪进行数据采集,共布线8条物探剖面。

从图2可以看出,地热水与低阻高极化率异常源有着直接的关系。综合分析视电阻率与视极化率剖面图;视电阻率与视极化率平面等值线图等,推断了区内控制温泉的断裂构造(F1)的规模、空间位置和产状。结合研究区地质调查成果,最终确定了本次施工钻孔的具体位置,通过施工ZK1钻孔,最终取得了查找地下热水的成功案例。

图2 00线对称四极测深视电阻率、视极化率拟断面图

3 地下热水形成机制

当前对海南岛地热场的研究,尚缺乏室内系统实验资料和野外地温测量数据,但有资料显示[4-5],我国东南沿海地区水热带的热背景值为70～80 mW/m,略高于全球平均热流值(62.8 w/m)。海南岛地处欧亚板块、印度一澳洲板块和菲律宾海板块的交汇部位,从大地构造上,可归入华夏古板块,仍属于板内古陆块,距板块边界较远[6]。

尖峰-吊罗是区域性的深大断裂,该断裂控制着岩浆活动,是引发岩浆侵入和喷发的通道,也形成深部热源储存和运移通道,当次一级断裂构造沟通与其水力联系时,便成为热水运移的通道,而研究区位于深大断裂的北部,次一级断层较发育。

研究区在地质作用下形成了断裂(F1),是北西向的次一级断裂,其规模较大,深度较深,地热水主要由地下水深循环的补给加热并储存,地热资源热源主要来源于地壳深部或地幔热能,热源随地热增温及化学热、机械热、放射热等因素影响使地下水水温增高。本区主要为花岗岩地区,地热水的径流条件主要受断裂(F1)控制,地热水由北西向南东方向径流,沿断裂裂隙或钻孔排泄出地表,属于构造裂隙地热水[7]。

4 地热水资源物理化学性质评价

本区主要出露花岗岩,地热水的水化学组分主要是受围岩白垩纪新村细中粒斑状黑云正长花岗岩的影响,地热水经长期运移,储存,并于围岩通过溶解作用进行分解,组分离子进入地热水中,形成了丰富、独特的,有益于人体健康的地热水类型。

4.1 物理性质

本次钻孔采集水样进行分析,其水质分析结果为色度小于10°,浑浊度<0.5 NTU,水温56℃,矿化度257 mg/L,属淡水,总硬度19 mg/L,属软水,pH值8.0,属弱碱性水。

4.2 水量

ZK1钻孔抽水试验成果,地热水允许开采量为695.52 m3/d。根据地质调查的结果,研究区断层较发育,尤其F1断层规模较大,深度较深。ZK1钻孔系在断裂地带施工发现的,因此,在该断裂带上具有查找地热水的潜力,前景十分广阔。

4.3 水质评价

经采样化验分析,主要阴离子含量SO42-为20.0 mg/L,HCO3-为102.0 mg/L;主要阳离子含量:Na+为48.2 mg/L,Mg2+为1.2 mg/L,Ca2+为5.9 mg/L,K+为2.01 mg/L,F-为2.2 mg/L,H2SiO32-为106 mg/L,ZK1热矿水可命名为氟、硅医疗热矿水,具有理疗价值。此外,水中还含有Sr、Li、Zn、Cu、Mn等多种对人体有益的常量元素、微量元素和组分(见表1)。根据以上数据可知研究区地热水具有较高的医疗价值,可作为汽浴、沐浴及治疗皮肤病等专项医疗用水,称为医疗热矿水[8]。

表1 ZK1钻孔水质结果对照表 mg/L

4.4 医疗评价

衡量热矿水医疗价值的重要指标是温度和水中所含的矿物质等对人体有益的物质和组份。据国内外专家对热矿水浴疗效用的多年临床研究表明,医疗热矿水的最佳浴疗温度为40℃～60℃,ZK1水温为56℃,水温适合浴疗,具有较高的医疗价值。ZK1钻孔中地热水含微量元素、常量元素和组分,具有一定的沐浴治疗作用[9]。

4.5 饮用热矿水评价

ZK1热矿水中富含多种对人体有益的微量元素、常量元素和组分,其中,H2SiO3含量106 mg/L,达到饮用天然矿泉水国家标准(≥25.0 mg/L),根据其水化学特征,可命名为氟水、硅水。由于水中F离子含量(2.2 mg/L)较高,超出了饮用天然矿泉水国家标准,因此,必须在医生的指导下饮疗[10]。

5 结语

(1)南流地热水属于构造裂隙控制类型,区内构造断裂带及裂隙较发育,断层(F1)为北西向,其规模较大,纵向延伸长度长,深度较深,有利于深部地下水接受大气降雨的补给,向深部渗透循环加热储存,是本区主要的储存地热水含水层。因此,在本区具有较大的地热水资源潜力,前景十分广阔。

(2)通过钻井揭露,热储层为F1断裂带,热储岩性主要为白垩纪新村细中粒斑状黑云正长花岗岩,热储层厚度在200 m以上。该区地热水水质较好,达到可命名为氟、硅医疗热矿水的标准。

(3)海南岛中部地区发现地热水极少,区内发现的地热水意义重大。南流地热水是在琼中地区查找地热水的成功案例,将为在琼中县查找构造断裂裂隙地热水提供借鉴和指导。

(4)可持续开发利用好南流地热水资源将为当地旅游业插上腾飞的翅膀,是推动琼中县全域旅游高质量发展的一项重要举措。