靈陜盆地地?zé)崴梢蚍治?/h1>
2015-04-05 05:37:52姚文兵
山西建筑 2015年17期
姚 文 兵
(山西省第八地質(zhì)工程勘察院，山西 運(yùn)城 044000)
·巖土工程·地基基礎(chǔ)·
靈陜盆地地?zé)崴梢蚍治?/p>
姚 文 兵
(山西省第八地質(zhì)工程勘察院，山西 運(yùn)城 044000)
結(jié)合地?zé)崴Y源的地質(zhì)勘查工作，查明了靈陜盆地的地?zé)崴馁x存特征，從地溫場(chǎng)特征、地質(zhì)構(gòu)造的控制作用、同位素特征等方面對(duì)其成因進(jìn)行了分析，為今后地?zé)崴Y源的綜合開(kāi)發(fā)與合理規(guī)劃提供了依據(jù)。
靈陜盆地，地?zé)崴梢?/p>
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地?zé)崴Y源的開(kāi)發(fā)利用，越來(lái)越多的被人們所重視，并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。位于黃河金三角地區(qū)，既晉陜?cè)ソ唤缣幍撵`陜盆地的地?zé)崴_(kāi)發(fā)已經(jīng)開(kāi)始，但目前利用地?zé)崴?泉)有限，結(jié)合近年地?zé)崴Y源的地質(zhì)勘查工作，本文著重闡述了靈陜盆地地?zé)崴Y源的賦存特征，并對(duì)其成因進(jìn)行分析判定，為今后該地區(qū)地?zé)崴木C合開(kāi)發(fā)與合理規(guī)劃提供依據(jù)。
1 地質(zhì)特征
靈陜盆地位于晉陜?cè)ト〗唤缣帲乩碜鴺?biāo)東經(jīng)110°30′～111°30′，北緯34°29′～34°55′，北起中條山，南抵小秦嶺，東臨三門(mén)峽水庫(kù)，西至豫陜交界函谷關(guān)，盆地東西90 km,南北約25 km,面積約2 000 km2，地勢(shì)較平坦，屬半濕潤(rùn)大陸性氣候，年平均降雨量573 mm，年平均氣溫13.5 ℃。地下熱水的補(bǔ)給來(lái)源主要由四周基巖山區(qū)的大氣降水入滲和中部黃河斷陷河谷區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給，由于其地下熱水資源賦存埋藏較深，補(bǔ)給、徑流速率緩慢。
1.1 地層
太古界：涑水雜巖。
下古生界：寒武系，由白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖組成。奧陶系，主要為灰?guī)r夾泥灰?guī)r、泥巖組成。
中生界：白堊系，河湖相沉積的泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、礫巖。
新生界：下第三系，湖河相堆積的半膠結(jié)狀泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、砂礫巖。上第三系，河湖相堆積的砂巖、泥巖。第四系，以河流相沉積為主的砂、粉土、粘土組成，夾黃土堆積。
1.2 構(gòu)造
本區(qū)位于鄂爾多斯地塊與豫皖斷塊交接處，主要構(gòu)造格架為：北部中條山地壘。中部黃河河谷地塹。南部小秦嶺隆起區(qū)。
構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是在地殼大型隆起的背景上，沿襲古老斷裂不斷沉積發(fā)展形成的，靈陜盆地在地形上為一狹長(zhǎng)中央斷陷的地塹式盆地，最大沉積厚度在2 300 m以上。主要構(gòu)造特征如下：
1)盆地南北邊緣山前發(fā)育縱深正斷層，分別為中條山南麓山前大斷裂和小秦嶺(崤山)北麓山前大斷裂；2)裂谷作用始于老第三紀(jì)古新世，至中新世達(dá)到高潮，形成半封閉的古三門(mén)湖盆地；3)上新世后，隨著南北山區(qū)不斷隆起遭受剝蝕，盆地中部地塹產(chǎn)生河、湖相堆積，形成現(xiàn)代地形地貌形態(tài)；4)盆地中部黃河地塹被新生代松散沉積物覆蓋，發(fā)育有一系列階梯狀走向南北、東西的高角度平行隱伏正斷層，南北向斷層控制地層巖性，東西向斷層控制地貌形態(tài)，中東部存在基巖隆起區(qū)。
2 賦存特征
2.1 地?zé)岷畬佣?/p>
1)中新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。中新統(tǒng)(N1)下部承壓孔隙含水層，底板埋深900 m，厚度325 m，為一層鈣質(zhì)半膠結(jié)的礫巖、砂礫巖及中粗砂巖等，出水溫度小于30 ℃，為低溫?zé)崴话悴挥栝_(kāi)采。
2)漸新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。盆地內(nèi)均有分布，漸新統(tǒng)(E3)承壓孔隙含水層，底板埋深1 480 m，厚度115 m，為一套膠結(jié)較好的河湖相地層，巖性為粉細(xì)砂巖、中～粗砂巖、砂礫巖與泥巖互層，砂厚比為34.5%，孔隙度8.9%～28%。該熱儲(chǔ)層段開(kāi)采區(qū)間為930 m～1 480 m，出水溫度±48 ℃，為中低溫?zé)崴？紫读严锻杆院茫瑵B透系數(shù)0.05 m/d，是盆地主要地?zé)崴_(kāi)采層段。
3)始新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。盆地中東部鉆孔缺失，始新統(tǒng)(E2)承壓孔隙含水層，底板埋深1 900 m，平均厚度94 m，為一套固結(jié)較好的河湖相地層，巖性為砂礫巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、含石膏泥巖、泥灰?guī)r互層，砂厚比為22.4%，孔隙度13.4%～43.6%。該熱儲(chǔ)層段開(kāi)采區(qū)間為1 481 m～1 900 m，出水溫度大于50 ℃，為中低溫?zé)崴?/p>
4)古新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。盆地中東部鉆孔缺失，古新統(tǒng)(E1)承壓孔隙含水層，底板埋深2 016 m，為一套膠結(jié)較好的河湖積相地層，砂質(zhì)泥巖、泥巖的互層，其下部夾有8.7 m粉細(xì)砂巖，富水性差。孔隙度28.3%。該熱儲(chǔ)層段開(kāi)采區(qū)間為1 900 m～2 016 m，出水溫度大于55 ℃，為中低溫?zé)崴?/p>
5)奧陶～寒武系熱儲(chǔ)層段。分布在盆地北部中條山南麓和南部陜縣段，開(kāi)采段含水層頂板埋深0 m～300 m，厚度350 m，在盆地中東部鉆孔1 380 m見(jiàn)該熱儲(chǔ)層段，鉆孔揭露1 600 m～1 690 m段灰?guī)r裂隙寬1 mm～5 mm，裂隙率10%左右。巖性為鮞狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r及泥頁(yè)巖，平均孔隙度20%，單井出水量大于1 000 m3/d,出水溫度大于55 ℃。
2.2 地?zé)崴瘜W(xué)特征
受含水層段和補(bǔ)給條件影響，靈陜盆地地?zé)崴瘜W(xué)特征存在差異。東部區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4～Na型，礦化度11.5 g/L～20.5 g/L，pH值6.8～7.3，呈弱酸～堿性咸水；中東部基巖隆起區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型為SO4·Cl～Ca·Na,HCO3·SO4·Cl～Na·Ca型，礦化度0.6 g/L～1.3 g/L，pH值7.2～7.4，呈弱堿性淡水；西部區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4～Na·Ca型，礦化度16.2 g/L，pH值7.1，呈弱堿性咸水。
3 成因分析
3.1 地溫場(chǎng)特征
靈陜盆地地?zé)嵯到y(tǒng)屬于傳導(dǎo)熱水類型，根據(jù)勘探資料，盆地中部沉積厚度在2 300 m以上，有著優(yōu)越的地?zé)醿?chǔ)溫條件。
1)地溫梯度異常的隆起區(qū)。地溫梯度大于2.97 ℃/100 m～12.85 ℃/100 m。盆地中東部地段和東南崤山山前陜縣溫塘～會(huì)興鎮(zhèn)斷裂溫泉出露處，水溫高達(dá)65°～68°。由水溫和出露位置分析，溫泉的形成非地溫梯度加熱地下水，而是與山前深層大斷裂的地?zé)醾鲗?dǎo)有關(guān)。
2)盆地中部斷陷地塹區(qū)。根據(jù)地層資料和物探測(cè)井，確定其存在多個(gè)熱儲(chǔ)層段，其主要開(kāi)采熱水含水層為900 m以下的3個(gè)熱儲(chǔ)層的地下熱水，數(shù)據(jù)分別如下：
a.儲(chǔ)層含水層段厚度一般2 m～10 m，最大厚度可達(dá)21 m；b.保溫蓋層相對(duì)較厚，一般厚度大于900 m；c.含水層巖性一般為粉細(xì)砂巖、粗砂巖、砂礫巖，礫度中等；d.熱儲(chǔ)層較為集中，單位涌水量較高，屬中等滲透型熱儲(chǔ)層；e.底部具有良好的地?zé)岙惓！?/p>
井溫、地溫梯度推算：
a.井溫梯度。
測(cè)井深度30 m～530 m，30 m～930 m，30 m～1 330 m，30 m～1 730 m，30 m～2 080 m，平均井溫梯度分別為8.38 ℃/100 m，5.04 ℃/100 m，3.78 ℃/100 m，3.03 ℃/100 m，2.73 ℃/100 m。
b.地溫梯度。
測(cè)井井底溫度66.87 ℃(T)，井深2 080 m(H)，盆地常溫帶深度30 m(h)，常溫帶溫度13.5 ℃(t)。
根椐公式G=(T-t)/(H-h)×100 計(jì)算，平均地溫梯度(G)約為2.73 ℃/100 m。
3.2 地質(zhì)構(gòu)造的控制作用
1)地殼結(jié)構(gòu)。
根據(jù)山西大地電磁測(cè)深資料，中地殼電阻率為2 Ω·m～5 Ω·m的低速高導(dǎo)層，在盆地中埋深14 km左右，而向兩側(cè)山區(qū)逐漸變薄以至消失，埋深增至20 km以上，低速高導(dǎo)層是因物質(zhì)高溫熔融，熱源主要來(lái)自花崗巖殼中的熱核反應(yīng)，對(duì)地下熱水的形成具有重要意義。新生代斷陷盆地之下的莫霍面為相對(duì)隆起狀，隆起幅度約2 km～4 km，其形態(tài)正好與斷陷盆地的下凹形態(tài)相反(據(jù)王西文)。
2)居里等溫面。
該等溫面的高低可反映地?zé)嵩吹臒崃髦荡笮。`陜盆地內(nèi)居里等溫面位于中地殼的上部，深度30 km～35 km,其位置和上述低速高導(dǎo)層相對(duì)應(yīng)，且具有溫度高(達(dá)到600 ℃)等物理特性，在盆地中形成地?zé)岙惓^(qū)(據(jù)王貴玲)。
3)地?zé)嵝纬赡Ｊ健?/p>
由于深部地殼熱能向上傳導(dǎo)與淺部流體對(duì)熱，才使地球內(nèi)部的熱能轉(zhuǎn)化為地表附近的熱水，形成地?zé)崽铩；鶐r的熱傳導(dǎo)率明顯大于松散層，可使來(lái)自殼內(nèi)的熱流在傳導(dǎo)時(shí)，局部向基巖集中。對(duì)于新生界斷陷盆地，在有一定厚度的松散蓋層存在的前提下，其基巖隆起部位的地溫值又相對(duì)鄰區(qū)要高。斷陷盆地中的斷裂破碎帶，其熱傳導(dǎo)率也較大，更加表現(xiàn)為相對(duì)高的地溫值。對(duì)流傳熱是基巖內(nèi)部及其頂部與運(yùn)動(dòng)流體(地下水)之間的換熱，而松散蓋層和地下水的換熱作用則屬于次要地位，此種對(duì)流可以由兩種原因引起，一是由于地下水的靜水壓力而形成的深循環(huán)，使冷水加熱，稱之為“受迫對(duì)流”，是主要因素；二是基巖或松散層中已有的層間水受熱后，由于本身溫度場(chǎng)引起密度變化而向上運(yùn)移，稱之為“自然對(duì)流”，屬次要因素，兩種因素是互相配合的，從而加速了熱水的向上對(duì)流。
本區(qū)為大陸裂谷帶，屬于地溫場(chǎng)之熱異常區(qū)，固態(tài)巖層的傳導(dǎo)傳熱，使基巖上部的地溫值達(dá)到100 ℃～200 ℃左右，特別是新生代松散物覆蓋下的基巖隆起和斷裂破碎帶相對(duì)更高，可形成高地溫場(chǎng)(熱異常)，這就是地?zé)崽镄纬傻纳畈織l件。同時(shí)，本區(qū)具有:a.有邊緣鏟式活動(dòng)斷裂帶，其斷裂深、破碎帶寬，可成為冷水下傳至基巖加熱的主要通道；b.有盆地內(nèi)活動(dòng)斷裂作為加熱后的熱水向地表運(yùn)移的通道；c.有基巖隆起帶熱儲(chǔ)構(gòu)造，碳酸鹽巖巖溶裂隙。這就是地?zé)崽镄纬傻臏\部條件。
3.3 同位素特征
根據(jù)采集的水樣，進(jìn)行C-14，δD，δO-18同位素測(cè)定，其測(cè)試結(jié)果：C-14(%)=2.86±1.02；δD(‰)=-78；δO-18(‰)=-8.2。
由此建立δD=7.4(δO-18)+ 9.52的函數(shù)關(guān)系式，與相鄰地區(qū)西安市的大氣降水直線方程公式δD=8(δO-18)+10相比，查明本區(qū)地下熱水主要來(lái)源于大氣降水，屬于降水成因。
C-14測(cè)定結(jié)果可以得出，靈陜斷陷盆地第三系地?zé)崴畠?chǔ)層埋藏深，熱水年齡在29 400年左右。本區(qū)地下熱水補(bǔ)給距離長(zhǎng)、運(yùn)移速度緩慢、徑流時(shí)間長(zhǎng)。
4 結(jié)論與建議
1)靈陜盆地位于鄂爾多斯地塊與豫皖斷塊交接處，地?zé)嵯到y(tǒng)屬于傳導(dǎo)熱水類型，新生代松散物沉積厚度大于2 300 m。地?zé)崴饕x存于900 m～1 480 m漸新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段、1 480 m～1 900 m始新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段、奧陶～寒武系熱儲(chǔ)層段中，含水巖性主要為砂巖、碳酸鹽巖，富水性中等～強(qiáng)。受含水層段和補(bǔ)給條件影響，水化學(xué)特征存在差異。
2)靈陜盆地東南崤山山前與中東部存在基巖地溫梯度異常區(qū)，地溫梯度2.97 ℃/100 m～12.85 ℃/100 m；中部盆地?cái)嘞莸貕q區(qū)平均地溫梯度2.73 ℃/100 m。
3)靈陜盆地為大陸裂谷帶，屬于地溫場(chǎng)之熱異常區(qū)，特別是新生代松散物覆蓋下的基巖隆起和斷裂破碎帶相對(duì)更高，可形成高地溫場(chǎng)(熱異常)，同時(shí)，a.有邊緣鏟式活動(dòng)斷裂帶可成為冷水下傳至基巖加熱的主要通道；b.有盆地內(nèi)活動(dòng)斷裂作為加熱后的熱水向地表運(yùn)移的通道；c.有基巖隆起帶熱儲(chǔ)構(gòu)造，碳酸鹽巖巖溶裂隙就是地?zé)崽镄纬傻膬蓚€(gè)條件。
4)該盆地目前開(kāi)采的地?zé)崴?泉)很少，僅僅開(kāi)采使用陜縣崤山山前奧陶～寒武系熱儲(chǔ)層段地?zé)?泉)井四處；盆地中部已有探采井五眼，但沒(méi)有開(kāi)采使用。通過(guò)C-14測(cè)定結(jié)果，熱水年齡在29 400年左右，說(shuō)明靈陜盆地地?zé)崴Y源補(bǔ)給徑流途徑長(zhǎng)，可開(kāi)采量是有限的，必須合理規(guī)劃開(kāi)采井。
The formation analysis of geothermal water in Ling Shaanxi basin
Yao Wenbing
(The8thGeologicalEngineeringInvestigationInstituteofShanxi,Yuncheng044000,China)
Combining with geological prospecting work of geothermal water resources, this paper identified the geothermal water characteristics of Ling Shaanxi basin, from the geothermal field characteristics, tectonic control effect, isotope features and other aspects analyzed its causes, provided basis for future comprehensive development and rational planning of geothermal water resources.
Ling Shaanxi basin, geothermal water, cause
2015-04-06
姚文兵(1966- )，男，高級(jí)工程師
1009-6825(2015)17-0030-02
TU461
A
姚 文 兵
(山西省第八地質(zhì)工程勘察院，山西 運(yùn)城 044000)
·巖土工程·地基基礎(chǔ)·
靈陜盆地地?zé)崴梢蚍治?/p>
姚 文 兵
(山西省第八地質(zhì)工程勘察院，山西 運(yùn)城 044000)
結(jié)合地?zé)崴Y源的地質(zhì)勘查工作，查明了靈陜盆地的地?zé)崴馁x存特征，從地溫場(chǎng)特征、地質(zhì)構(gòu)造的控制作用、同位素特征等方面對(duì)其成因進(jìn)行了分析，為今后地?zé)崴Y源的綜合開(kāi)發(fā)與合理規(guī)劃提供了依據(jù)。
靈陜盆地，地?zé)崴梢?/p>
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地?zé)崴Y源的開(kāi)發(fā)利用，越來(lái)越多的被人們所重視，并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。位于黃河金三角地區(qū)，既晉陜?cè)ソ唤缣幍撵`陜盆地的地?zé)崴_(kāi)發(fā)已經(jīng)開(kāi)始，但目前利用地?zé)崴?泉)有限，結(jié)合近年地?zé)崴Y源的地質(zhì)勘查工作，本文著重闡述了靈陜盆地地?zé)崴Y源的賦存特征，并對(duì)其成因進(jìn)行分析判定，為今后該地區(qū)地?zé)崴木C合開(kāi)發(fā)與合理規(guī)劃提供依據(jù)。
1 地質(zhì)特征
靈陜盆地位于晉陜?cè)ト〗唤缣帲乩碜鴺?biāo)東經(jīng)110°30′～111°30′，北緯34°29′～34°55′，北起中條山，南抵小秦嶺，東臨三門(mén)峽水庫(kù)，西至豫陜交界函谷關(guān)，盆地東西90 km,南北約25 km,面積約2 000 km2，地勢(shì)較平坦，屬半濕潤(rùn)大陸性氣候，年平均降雨量573 mm，年平均氣溫13.5 ℃。地下熱水的補(bǔ)給來(lái)源主要由四周基巖山區(qū)的大氣降水入滲和中部黃河斷陷河谷區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給，由于其地下熱水資源賦存埋藏較深，補(bǔ)給、徑流速率緩慢。
1.1 地層
太古界：涑水雜巖。
下古生界：寒武系，由白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖組成。奧陶系，主要為灰?guī)r夾泥灰?guī)r、泥巖組成。
中生界：白堊系，河湖相沉積的泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、礫巖。
新生界：下第三系，湖河相堆積的半膠結(jié)狀泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、砂礫巖。上第三系，河湖相堆積的砂巖、泥巖。第四系，以河流相沉積為主的砂、粉土、粘土組成，夾黃土堆積。
1.2 構(gòu)造
本區(qū)位于鄂爾多斯地塊與豫皖斷塊交接處，主要構(gòu)造格架為：北部中條山地壘。中部黃河河谷地塹。南部小秦嶺隆起區(qū)。
構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是在地殼大型隆起的背景上，沿襲古老斷裂不斷沉積發(fā)展形成的，靈陜盆地在地形上為一狹長(zhǎng)中央斷陷的地塹式盆地，最大沉積厚度在2 300 m以上。主要構(gòu)造特征如下：
1)盆地南北邊緣山前發(fā)育縱深正斷層，分別為中條山南麓山前大斷裂和小秦嶺(崤山)北麓山前大斷裂；2)裂谷作用始于老第三紀(jì)古新世，至中新世達(dá)到高潮，形成半封閉的古三門(mén)湖盆地；3)上新世后，隨著南北山區(qū)不斷隆起遭受剝蝕，盆地中部地塹產(chǎn)生河、湖相堆積，形成現(xiàn)代地形地貌形態(tài)；4)盆地中部黃河地塹被新生代松散沉積物覆蓋，發(fā)育有一系列階梯狀走向南北、東西的高角度平行隱伏正斷層，南北向斷層控制地層巖性，東西向斷層控制地貌形態(tài)，中東部存在基巖隆起區(qū)。
2 賦存特征
2.1 地?zé)岷畬佣?/p>
1)中新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。中新統(tǒng)(N1)下部承壓孔隙含水層，底板埋深900 m，厚度325 m，為一層鈣質(zhì)半膠結(jié)的礫巖、砂礫巖及中粗砂巖等，出水溫度小于30 ℃，為低溫?zé)崴话悴挥栝_(kāi)采。
2)漸新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。盆地內(nèi)均有分布，漸新統(tǒng)(E3)承壓孔隙含水層，底板埋深1 480 m，厚度115 m，為一套膠結(jié)較好的河湖相地層，巖性為粉細(xì)砂巖、中～粗砂巖、砂礫巖與泥巖互層，砂厚比為34.5%，孔隙度8.9%～28%。該熱儲(chǔ)層段開(kāi)采區(qū)間為930 m～1 480 m，出水溫度±48 ℃，為中低溫?zé)崴？紫读严锻杆院茫瑵B透系數(shù)0.05 m/d，是盆地主要地?zé)崴_(kāi)采層段。
3)始新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。盆地中東部鉆孔缺失，始新統(tǒng)(E2)承壓孔隙含水層，底板埋深1 900 m，平均厚度94 m，為一套固結(jié)較好的河湖相地層，巖性為砂礫巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、含石膏泥巖、泥灰?guī)r互層，砂厚比為22.4%，孔隙度13.4%～43.6%。該熱儲(chǔ)層段開(kāi)采區(qū)間為1 481 m～1 900 m，出水溫度大于50 ℃，為中低溫?zé)崴?/p>
4)古新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段。盆地中東部鉆孔缺失，古新統(tǒng)(E1)承壓孔隙含水層，底板埋深2 016 m，為一套膠結(jié)較好的河湖積相地層，砂質(zhì)泥巖、泥巖的互層，其下部夾有8.7 m粉細(xì)砂巖，富水性差。孔隙度28.3%。該熱儲(chǔ)層段開(kāi)采區(qū)間為1 900 m～2 016 m，出水溫度大于55 ℃，為中低溫?zé)崴?/p>
5)奧陶～寒武系熱儲(chǔ)層段。分布在盆地北部中條山南麓和南部陜縣段，開(kāi)采段含水層頂板埋深0 m～300 m，厚度350 m，在盆地中東部鉆孔1 380 m見(jiàn)該熱儲(chǔ)層段，鉆孔揭露1 600 m～1 690 m段灰?guī)r裂隙寬1 mm～5 mm，裂隙率10%左右。巖性為鮞狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r及泥頁(yè)巖，平均孔隙度20%，單井出水量大于1 000 m3/d,出水溫度大于55 ℃。
2.2 地?zé)崴瘜W(xué)特征
受含水層段和補(bǔ)給條件影響，靈陜盆地地?zé)崴瘜W(xué)特征存在差異。東部區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4～Na型，礦化度11.5 g/L～20.5 g/L，pH值6.8～7.3，呈弱酸～堿性咸水；中東部基巖隆起區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型為SO4·Cl～Ca·Na,HCO3·SO4·Cl～Na·Ca型，礦化度0.6 g/L～1.3 g/L，pH值7.2～7.4，呈弱堿性淡水；西部區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4～Na·Ca型，礦化度16.2 g/L，pH值7.1，呈弱堿性咸水。
3 成因分析
3.1 地溫場(chǎng)特征
靈陜盆地地?zé)嵯到y(tǒng)屬于傳導(dǎo)熱水類型，根據(jù)勘探資料，盆地中部沉積厚度在2 300 m以上，有著優(yōu)越的地?zé)醿?chǔ)溫條件。
1)地溫梯度異常的隆起區(qū)。地溫梯度大于2.97 ℃/100 m～12.85 ℃/100 m。盆地中東部地段和東南崤山山前陜縣溫塘～會(huì)興鎮(zhèn)斷裂溫泉出露處，水溫高達(dá)65°～68°。由水溫和出露位置分析，溫泉的形成非地溫梯度加熱地下水，而是與山前深層大斷裂的地?zé)醾鲗?dǎo)有關(guān)。
2)盆地中部斷陷地塹區(qū)。根據(jù)地層資料和物探測(cè)井，確定其存在多個(gè)熱儲(chǔ)層段，其主要開(kāi)采熱水含水層為900 m以下的3個(gè)熱儲(chǔ)層的地下熱水，數(shù)據(jù)分別如下：
a.儲(chǔ)層含水層段厚度一般2 m～10 m，最大厚度可達(dá)21 m；b.保溫蓋層相對(duì)較厚，一般厚度大于900 m；c.含水層巖性一般為粉細(xì)砂巖、粗砂巖、砂礫巖，礫度中等；d.熱儲(chǔ)層較為集中，單位涌水量較高，屬中等滲透型熱儲(chǔ)層；e.底部具有良好的地?zé)岙惓！?/p>
井溫、地溫梯度推算：
a.井溫梯度。
測(cè)井深度30 m～530 m，30 m～930 m，30 m～1 330 m，30 m～1 730 m，30 m～2 080 m，平均井溫梯度分別為8.38 ℃/100 m，5.04 ℃/100 m，3.78 ℃/100 m，3.03 ℃/100 m，2.73 ℃/100 m。
b.地溫梯度。
測(cè)井井底溫度66.87 ℃(T)，井深2 080 m(H)，盆地常溫帶深度30 m(h)，常溫帶溫度13.5 ℃(t)。
根椐公式G=(T-t)/(H-h)×100 計(jì)算，平均地溫梯度(G)約為2.73 ℃/100 m。
3.2 地質(zhì)構(gòu)造的控制作用
1)地殼結(jié)構(gòu)。
根據(jù)山西大地電磁測(cè)深資料，中地殼電阻率為2 Ω·m～5 Ω·m的低速高導(dǎo)層，在盆地中埋深14 km左右，而向兩側(cè)山區(qū)逐漸變薄以至消失，埋深增至20 km以上，低速高導(dǎo)層是因物質(zhì)高溫熔融，熱源主要來(lái)自花崗巖殼中的熱核反應(yīng)，對(duì)地下熱水的形成具有重要意義。新生代斷陷盆地之下的莫霍面為相對(duì)隆起狀，隆起幅度約2 km～4 km，其形態(tài)正好與斷陷盆地的下凹形態(tài)相反(據(jù)王西文)。
2)居里等溫面。
該等溫面的高低可反映地?zé)嵩吹臒崃髦荡笮。`陜盆地內(nèi)居里等溫面位于中地殼的上部，深度30 km～35 km,其位置和上述低速高導(dǎo)層相對(duì)應(yīng)，且具有溫度高(達(dá)到600 ℃)等物理特性，在盆地中形成地?zé)岙惓^(qū)(據(jù)王貴玲)。
3)地?zé)嵝纬赡Ｊ健?/p>
由于深部地殼熱能向上傳導(dǎo)與淺部流體對(duì)熱，才使地球內(nèi)部的熱能轉(zhuǎn)化為地表附近的熱水，形成地?zé)崽铩；鶐r的熱傳導(dǎo)率明顯大于松散層，可使來(lái)自殼內(nèi)的熱流在傳導(dǎo)時(shí)，局部向基巖集中。對(duì)于新生界斷陷盆地，在有一定厚度的松散蓋層存在的前提下，其基巖隆起部位的地溫值又相對(duì)鄰區(qū)要高。斷陷盆地中的斷裂破碎帶，其熱傳導(dǎo)率也較大，更加表現(xiàn)為相對(duì)高的地溫值。對(duì)流傳熱是基巖內(nèi)部及其頂部與運(yùn)動(dòng)流體(地下水)之間的換熱，而松散蓋層和地下水的換熱作用則屬于次要地位，此種對(duì)流可以由兩種原因引起，一是由于地下水的靜水壓力而形成的深循環(huán)，使冷水加熱，稱之為“受迫對(duì)流”，是主要因素；二是基巖或松散層中已有的層間水受熱后，由于本身溫度場(chǎng)引起密度變化而向上運(yùn)移，稱之為“自然對(duì)流”，屬次要因素，兩種因素是互相配合的，從而加速了熱水的向上對(duì)流。
本區(qū)為大陸裂谷帶，屬于地溫場(chǎng)之熱異常區(qū)，固態(tài)巖層的傳導(dǎo)傳熱，使基巖上部的地溫值達(dá)到100 ℃～200 ℃左右，特別是新生代松散物覆蓋下的基巖隆起和斷裂破碎帶相對(duì)更高，可形成高地溫場(chǎng)(熱異常)，這就是地?zé)崽镄纬傻纳畈織l件。同時(shí)，本區(qū)具有:a.有邊緣鏟式活動(dòng)斷裂帶，其斷裂深、破碎帶寬，可成為冷水下傳至基巖加熱的主要通道；b.有盆地內(nèi)活動(dòng)斷裂作為加熱后的熱水向地表運(yùn)移的通道；c.有基巖隆起帶熱儲(chǔ)構(gòu)造，碳酸鹽巖巖溶裂隙。這就是地?zé)崽镄纬傻臏\部條件。
3.3 同位素特征
根據(jù)采集的水樣，進(jìn)行C-14，δD，δO-18同位素測(cè)定，其測(cè)試結(jié)果：C-14(%)=2.86±1.02；δD(‰)=-78；δO-18(‰)=-8.2。
由此建立δD=7.4(δO-18)+ 9.52的函數(shù)關(guān)系式，與相鄰地區(qū)西安市的大氣降水直線方程公式δD=8(δO-18)+10相比，查明本區(qū)地下熱水主要來(lái)源于大氣降水，屬于降水成因。
C-14測(cè)定結(jié)果可以得出，靈陜斷陷盆地第三系地?zé)崴畠?chǔ)層埋藏深，熱水年齡在29 400年左右。本區(qū)地下熱水補(bǔ)給距離長(zhǎng)、運(yùn)移速度緩慢、徑流時(shí)間長(zhǎng)。
4 結(jié)論與建議
1)靈陜盆地位于鄂爾多斯地塊與豫皖斷塊交接處，地?zé)嵯到y(tǒng)屬于傳導(dǎo)熱水類型，新生代松散物沉積厚度大于2 300 m。地?zé)崴饕x存于900 m～1 480 m漸新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段、1 480 m～1 900 m始新統(tǒng)熱儲(chǔ)層段、奧陶～寒武系熱儲(chǔ)層段中，含水巖性主要為砂巖、碳酸鹽巖，富水性中等～強(qiáng)。受含水層段和補(bǔ)給條件影響，水化學(xué)特征存在差異。
2)靈陜盆地東南崤山山前與中東部存在基巖地溫梯度異常區(qū)，地溫梯度2.97 ℃/100 m～12.85 ℃/100 m；中部盆地?cái)嘞莸貕q區(qū)平均地溫梯度2.73 ℃/100 m。
3)靈陜盆地為大陸裂谷帶，屬于地溫場(chǎng)之熱異常區(qū)，特別是新生代松散物覆蓋下的基巖隆起和斷裂破碎帶相對(duì)更高，可形成高地溫場(chǎng)(熱異常)，同時(shí)，a.有邊緣鏟式活動(dòng)斷裂帶可成為冷水下傳至基巖加熱的主要通道；b.有盆地內(nèi)活動(dòng)斷裂作為加熱后的熱水向地表運(yùn)移的通道；c.有基巖隆起帶熱儲(chǔ)構(gòu)造，碳酸鹽巖巖溶裂隙就是地?zé)崽镄纬傻膬蓚€(gè)條件。
4)該盆地目前開(kāi)采的地?zé)崴?泉)很少，僅僅開(kāi)采使用陜縣崤山山前奧陶～寒武系熱儲(chǔ)層段地?zé)?泉)井四處；盆地中部已有探采井五眼，但沒(méi)有開(kāi)采使用。通過(guò)C-14測(cè)定結(jié)果，熱水年齡在29 400年左右，說(shuō)明靈陜盆地地?zé)崴Y源補(bǔ)給徑流途徑長(zhǎng)，可開(kāi)采量是有限的，必須合理規(guī)劃開(kāi)采井。
The formation analysis of geothermal water in Ling Shaanxi basin
Yao Wenbing
(The8thGeologicalEngineeringInvestigationInstituteofShanxi,Yuncheng044000,China)
Combining with geological prospecting work of geothermal water resources, this paper identified the geothermal water characteristics of Ling Shaanxi basin, from the geothermal field characteristics, tectonic control effect, isotope features and other aspects analyzed its causes, provided basis for future comprehensive development and rational planning of geothermal water resources.
Ling Shaanxi basin, geothermal water, cause
2015-04-06
姚文兵(1966- )，男，高級(jí)工程師
1009-6825(2015)17-0030-02
TU461
A
