水化學分析在地熱資源調查中的應用

史曉磊

（福建省閩南地質大隊，福建漳州363000）

南勝地熱位于福建省平和縣南勝鎮中心向西約700m處，距平和縣城直線約15km，距離G1523甬莞高速平和入口約13km，省道牛（崎頭）舊（鎮）線自其北側約800m處通過，鎮上基礎建設較為完善，有水泥村道與該公路連通，交通較為便利。

1 區域地質

礦區地處環太平洋西岸地質活動前緣地帶，位于平潭—東山北東斷裂帶的西南側，福安—南靖斷裂帶的南端，上杭—云霄北西向斷裂穿過本區。區域地質構造作用下，形成礦區北西向斷裂帶切割北東向斷裂帶的構造格局，其中北東向斷裂帶切割較深，為南勝地熱資源提供深部熱源；北西向斷裂帶巖石較為破碎，裂隙較為發育，形成良好的儲水空間及過水通道，為南勝地熱資源的主要供水構造。

礦區位于南勝鎮小型山間盆地西北角，區內地表水體十分發育，地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水、風化帶網狀孔隙裂隙水以及基巖裂隙水，大氣降水為主要補給源，補給區為盆地四周的低山、丘陵地區。

2 測試項目

從礦區取水樣共40個，取樣點性質分別為民井、地熱井、測溫孔、溫泉、冷泉以及溪流，水樣類型涵蓋地表水、地下水（第四系松散巖類孔隙水、風化帶網狀孔隙裂隙水、基巖裂隙水）。

地熱流體化學成分分析項目包括：主要陰離子（HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-）、陽離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）、微量元素和特殊組分（F、Br、I、SiO2、B、H2S、Al、Pb、Cs、Fe、Mn、Li、Sr、Cu、Zn等）、放射性元素（U、Ra、Rn）及總α、總β放射性、pH值、溶解性總固體、硬度、耗氧量等。

3 地熱流體水化學特征

地熱水礦化度為377.2～473.08mg/L，pH值為8.55～8.75，總硬度10.01～12.01mg/L，耗氧量COD為0.49～1.15mg/L，陽離子以鈉（Na+）為主，含量為119.33mg/L，占總陽離子含量的94.54%，陰離子以重碳酸根（HCO3-）、硫酸根（SO42-）為主，含量分別為166.21mg/L、86.62mg/L，分別占總陰離子含量的50.37%、33.33%，因此，地熱水命名為HCO3·SO4-Na型水。

4 地熱資源質量評價

4.1 地熱資源用途評價

根據《地熱資源地質勘查規范》（GB/T 11615-2010）南勝地熱水資源水溫72℃～74.1℃，屬低溫熱水地熱資源，命名為溫水；礦化度為473.08mg/L，命名為淡水；水中氟（F-）、偏硅酸（H2SiO3）含量為3.6mg/L、78.13mg/L，均達到有醫療價值濃度及命名礦水濃度，命名為氟水、硅水。

根據《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)，該地熱水pH值、氟化物含量超標，不能直接用于生活飲用水。

4.2 地熱流體腐蝕性評價

地熱流體中因含有氯根、硫酸根、游離二氧化碳和硫化氫等組分而對金屬有一定的腐蝕性，可參照工業上用腐蝕系數來衡量地熱流體的腐蝕性。

腐蝕性系數計算：

堿性水：Kk=1.008（rMg2+-rHCO3-）

式中：r——離子含量的每升毫克當量數，mmol。

南勝地熱水pH值為8.75，Mg2+濃度為0.49mg/L，HCO3-濃度為166.21mg/L，Ca2+濃度為3.21mg/L，計算地熱流體腐蝕系數Kk為-2.70，腐蝕性評價為腐蝕性水。

4.3 地熱流體結垢評價

地熱流體中的二氧化硅、鈣、鐵等組分，因溫度變化會產生結垢，評價其結垢程度，可用工業上鍋垢總量H0來衡量：

鍋垢總量H0計算：

式中：S——地熱流體中的懸浮物含量，mg/L；

C——膠體含量，mg/L，C=SiO2＋Fe2O3+Al2O3；

r——離子含量的每升毫克當量數，mmol。

計算得出南勝地熱流體中鍋垢總量H0=60.32mg/L，為鍋垢很少的地熱流體。

5 地熱資源分布特征分析

根據水質分析統計結果，繪制地下水水化學三線圖、地下水K+Na-HCO3--T氣泡圖、風化帶網狀孔隙裂隙水水化學類型分布圖、標性離子（SiO2）等值線趨勢圖及標性離子（F-）等值線趨勢圖，對比分析：

地表水水化學類型主要為HCO3-Na·Ca型，地下水水化學類型：松散巖類孔隙水主要為HCO3-Na·Ca（Ca·Na）型，風化帶網狀孔隙裂隙水主要為HCO3-Na·Ca（Ca·Na）型，基巖裂隙水主要為HCO3·SO4-Na型。

圖1 （地下水水化學三線圖）和圖2（地下水K+Na-HCO3--T氣泡圖）反映出三種類型地下水的分布，分別為A區代表淺層地下水，主要為泉點、民井，地下水類型為松散巖類孔隙水；B區代表深層地下水，主要為測溫孔，地下水類型為風化帶網狀孔隙裂隙水；C區代表深部地熱水，主要為溫泉、地熱井，地下水類型為基巖裂隙水。A、B、C三個區域相互獨立，反映出相同類型的地下水主要水化學成分含量具有相似性，不同類型地下水中水化學成分具有明顯的差異性。

B區位于A、C兩個區域之間，分布位置越是靠近地熱中心的水樣，其主要水化學成分含量越是接近C區的地熱水，分布位置越是遠離地熱中心，其主要水化學成分含量越是接近A區的淺層地下水，反映出深部地熱水到深層地下水，再到淺層地下水的混合過程及主要水化學成分、水溫的變化趨勢。反映到圖3（風化帶網狀孔隙裂隙水水化學類型分布圖），北西方向為地熱水的優勢擴散方向，與推測的斷裂是一致的。

圖1 地下水水化學三線圖

圖2 地下水K+Na-HCO3--T氣泡圖

圖4 ～圖5標性離子（F、SiO2）等值線趨勢圖，反映出地熱異常區風化帶網狀孔隙裂隙水水化學成分中F、SiO2兩種的離子的含量分布趨勢與基巖面水溫變化趨勢基本一致，分布范圍的長軸方向為北西、東西兩個方向，推測北西方向為地熱流體的主要排泄或擴散方向，東西向為次要排泄或擴散方向。

圖3 風化帶網狀孔隙裂隙水水化學類型分布圖

圖4 標性離子（SiO2）等值線趨勢圖

6 結論

圖5 標性離子（F-）等值線趨勢圖

南勝地熱資源地熱流體水化學類型為HCO3·SO4-Na型，屬于硅氟水理療熱礦水溫淡水資源，可應用于旅游、療養及水產養殖等；其pH值、氟化物超標，不能直接用于生活飲用水及農業灌溉；為鍋垢很少的腐蝕性水，利用過程中設備、管道等要注意采取防腐、除垢措施。

礦區深部地熱水沿斷裂出露后，以斷裂帶為中心，先是沿風化帶網線孔隙裂隙往外擴散，后是沿著松散巖類孔隙往外擴散，優勢擴散方向為北西向，與推測的北西向斷裂走向一致，次要擴散方向為東西向，推測工作區可能存在東西向斷裂，進一步工作區及物探工作應布置在北西向、東西向斷裂的交匯位置。