依據(jù)示蹤元素尋找炮守營(yíng)溫泉區(qū)地?zé)崴?/h1>
2016-08-13 03:52:02宋文明
水資源保護(hù) 2016年4期
宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東 118000)
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依據(jù)示蹤元素尋找炮守營(yíng)溫泉區(qū)地?zé)崴?/p>
宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東118000)
摘要：地?zé)崴诟邷馗邏旱沫h(huán)境下,在巖石的裂隙中緩慢地滲透、運(yùn)移,達(dá)到了有利溶解的新熱動(dòng)力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,圍巖中有新的物質(zhì)溶入水中,使地?zé)崴瘜W(xué)指標(biāo)與周圍環(huán)境水有明顯的區(qū)分特征,表現(xiàn)為F-、SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)明顯高于環(huán)境水。以上述3項(xiàng)指標(biāo)作為示蹤元素,在丹東市炮守營(yíng)溫泉區(qū)尋找地?zé)崴?結(jié)果顯示,該方法可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。
關(guān)鍵詞：炮守營(yíng)溫泉區(qū);地?zé)崴?示蹤元素;熱儲(chǔ)構(gòu)造
1 炮守營(yíng)溫泉區(qū)概況
1.1自然地理情況
炮守營(yíng)溫泉區(qū)位于丹東市元寶區(qū)金山鎮(zhèn)炮守營(yíng)村,坐標(biāo)40°12′N,124°16′E,處于東北亞經(jīng)濟(jì)圈的核心地帶,是黃海、渤海兩個(gè)經(jīng)濟(jì)圈的交匯點(diǎn)。距離丹東市中心18 km,距離朝鮮平壤市220 km,距離韓國(guó)仁川港453.74 km,距離丹東機(jī)場(chǎng)17 km,,沈丹高速、沈丹公路過(guò)境,海、陸、空立體交通網(wǎng)十分便利。
炮手營(yíng)溫泉區(qū)露于溝谷沖洪積形成的較為平坦的漫灘坡地上,兩側(cè)為低山丘陵夾著狹長(zhǎng)的谷地,上面覆蓋著第四系松散亞黏土耕地,區(qū)內(nèi)植被發(fā)育,喬灌叢生,多為自然林,以柞樹(shù)、松樹(shù)、楊樹(shù)等最為常見(jiàn)。溫泉水靜水位-3 m,水溫50～60℃,pH值9.7,屬于弱堿性水,可開(kāi)采量2 962 t/d,水化學(xué)類型HCO3-Na型,水中硫化物的含量較高,硫化氫氣味明顯,洗浴后皮膚膩滑順?biāo)?對(duì)擴(kuò)張血管、降低血脂,溶解角質(zhì)軟化皮膚,殺害寄生蟲(chóng)及脫敏等有明顯的療效,地?zé)崃黧w中氟、硅的含量達(dá)到醫(yī)療命名礦水濃度要求,可命名為氟、硅熱礦水[1]。
1.2水文氣象條件
炮守營(yíng)溫泉區(qū)是一個(gè)由兩側(cè)的低山丘陵夾著的狹長(zhǎng)谷地,有一條季節(jié)性河流流經(jīng),流量隨季節(jié)變化較大,枯水期為0.02 m3/s,豐水期為25 m3/s,匯入大沙河,后由沙河口注入鴨綠江,距鴨綠江口直線距離14 km。
炮守營(yíng)溫泉區(qū)地處溫帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候區(qū),因受黃海的影響,具有海洋性氣候的特點(diǎn),冬無(wú)嚴(yán)寒,夏無(wú)酷暑,四季分明。年平均氣溫8.9℃,凍土層深度0.8～1.1 m,無(wú)霜期140～170 d,年平均降雨量在800～1 200 mm之間,多集中在7、8月份。這里雨量充沛,氣候濕潤(rùn),水資源豐富,是我國(guó)北方降雨量最多的地方。
1.3地質(zhì)條件
1.3.1地層與巖性
區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系及印支期巖漿巖,其它地質(zhì)時(shí)代的地層均不存在,分布情況如下:
a. 第四系。炮守營(yíng)溫泉區(qū)第四系地層簡(jiǎn)單,主要為第四系堆積物,厚度1～10 m。成因類型有河谷坡洪積、丘間沼澤堆積、冰川堆積和殘坡積。巖性主要為亞砂土、亞黏土,余者為砂土或礫石。
b. 巖漿巖。巖漿巖廣泛分布于溫泉區(qū),為中-中酸性,其形成年代為印支、燕山2期。其中:①印支期似斑狀花崗巖。主要分布在北段溝谷的西側(cè)丘崗地帶,是熱水井孔內(nèi)見(jiàn)到的主要巖石,巖石礦物共生組合與區(qū)域類同,熱儲(chǔ)構(gòu)造部位的巖石裂面見(jiàn)綠泥石化、沸石化、黃鐵礦化等現(xiàn)象。沸石最典型,是熱儲(chǔ)構(gòu)造帶中的特征礦物。②印支期花崗閃長(zhǎng)巖。分布在溫泉區(qū)的北部和測(cè)區(qū)的西南部,巖石組合與區(qū)域差異不大,花崗閃長(zhǎng)巖與花崗巖相變明顯,但接觸關(guān)系不清,可能是重力分離作用造成巖性上的差別。③燕山黑云母花崗巖。分布在測(cè)區(qū)的外圍,是丁歧山侵入巖體相向南延伸部分。在測(cè)區(qū)內(nèi)呈小巖株?duì)畛霈F(xiàn),與印支期花崗巖侵入接觸關(guān)系。④脈巖。區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的脈巖有正長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、石英脈及沸石脈,其中閃長(zhǎng)玢巖最發(fā)育。
1.3.2地質(zhì)構(gòu)造
炮守營(yíng)溫泉區(qū)古老結(jié)晶基底廣泛出露,構(gòu)造形態(tài)以褶皺和斷裂構(gòu)造為主。斷裂構(gòu)造的主基調(diào)以北北東向走滑斷裂為主,其次也有北西向斷裂,與炮守營(yíng)溫泉區(qū)關(guān)系最密切的,對(duì)炮守營(yíng)溫泉區(qū)影響較大的斷裂構(gòu)造有:
b. 莊桓斷裂。該斷裂南起大連莊河市南西海域(海上延伸不詳),北東延伸經(jīng)丹東鳳城市、寬甸縣、灌水鎮(zhèn)、桓仁,地表聯(lián)系性較差,呈北東走向,出露長(zhǎng)大于275 km,其間多被第四系覆蓋。該斷裂發(fā)育在遼河群或印支期花崗巖中,受北北東向滑斷層的切割,蹤跡零亂。寬甸第四系玄武巖噴出與該構(gòu)造有關(guān),玄武巖中含有大量的橄欖石、輝石、石榴石等幔源物質(zhì)包體,表明斷裂切割地殼較深。
1.4水文地質(zhì)特征
1.4.1地下水類型
根據(jù)地下水賦存條件,區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水、花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和基巖構(gòu)造裂隙水。
a. 松散巖類孔隙潛水。分布于溝谷第四紀(jì)砂礫石層中,含水層厚1～3 m,潛水埋深2～3 m,水位年變幅2.0 m左右,滲透系數(shù)50～100 m/d,單井出水量200～300 m3/d,地下水受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。
b. 花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。分布于區(qū)內(nèi)的丘崗地帶,花崗巖在內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用下,表層花崗巖普遍遭受不同程度的風(fēng)化,形成幾米至幾十米厚的風(fēng)化層,網(wǎng)狀裂隙發(fā)育。大氣降水滲入其中,形成網(wǎng)狀裂隙水,泉點(diǎn)稀少,泉流量一般小于0.3 m3/s,水位年變幅10 m左右,單井涌水量大于200 m3/d,平均地下徑流模數(shù)2.48 L/(s·km2)。
c. 基巖構(gòu)造裂隙水。區(qū)域上基巖構(gòu)造裂隙發(fā)育,大氣降水沿構(gòu)造裂隙滲入其中聚集形成構(gòu)造裂隙水,多形成線狀展布的上升泉群,泉流量一般0.5～1.0 m3/s。
地下熱水是另一種形式的構(gòu)造裂隙水,以其循環(huán)深度深才顯示出溫度和水化學(xué)方面的不同[2]。
1.4.2地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件
地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件,主要受地質(zhì)、地形地貌、水文地質(zhì)條件及氣象條件決定的。
丘陵山區(qū),地形坡度大,巖石裂隙發(fā)育,大氣降水滲入地下形成基巖裂隙水。地下水以泉的形式向谷中排泄、補(bǔ)給第四系松散巖類形成孔隙潛水。因此,基巖山區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)。
山前坡積及溝谷地帶、地下水即接受大氣降水的垂直補(bǔ)給,同時(shí)接納基巖山區(qū)、基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給。在重力水動(dòng)力條件下向下游更寬厚的松散層排泄,形成地下徑流。這里是地下水補(bǔ)給-徑流區(qū)。
沖積平原,地勢(shì)平坦開(kāi)闊,地下水接受大氣降水補(bǔ)給、上游的側(cè)向補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。同時(shí)地下水又以人工開(kāi)采和地表蒸發(fā)的形式垂直排泄。因此,這里是地下水的補(bǔ)給-排泄區(qū)。
炮守營(yíng)溫泉區(qū)內(nèi)地下水以接受補(bǔ)給為主,以水平排泄為輔。區(qū)域地下水流向自北流向南[3]。
表1 勘測(cè)井ZKB4-1、ZK12水化學(xué)成分
1.5地?zé)崃黧w化學(xué)及動(dòng)態(tài)特征
1.5.1冷水常規(guī)化學(xué)組分特征
炮守營(yíng)溫泉區(qū)內(nèi)冷水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Na型、SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型、SO4·HCO3-Ca·Na型和SO4·Cl-Ca·Na型為主,pH值在5.35～8.53之間,屬弱酸-弱堿性水。
常規(guī)水化學(xué)組分中,K+、Na+的質(zhì)量濃度分別為0.25～18.92 mg/L、3.86～35.54 mg/L,調(diào)查顯示K+、Na+質(zhì)量濃度高值中心分布在炮守營(yíng)子溫泉區(qū)的南部。Cl-的質(zhì)量濃度為4.73～63.12 mg/L,高值中心位于溫泉區(qū)的南部,高值中心的值為63.12 mg/L。
1.5.2 冷水專項(xiàng)水化學(xué)組分特征
專項(xiàng)水化學(xué)組分為SiO2、F-2項(xiàng),它們的含量受地貌、地溫、斷裂構(gòu)造、地層巖性等多種因素控制。水文地質(zhì)調(diào)查及化驗(yàn)分析測(cè)試結(jié)果顯示,炮守營(yíng)溫泉區(qū)冷水未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.00～1.42 mg/L,高值中心在王家街一帶,高值中心的值為1.18～1.42 mg/L。
1.5.3地下熱水水化學(xué)組分特征
地下熱水中常規(guī)組分以Na+、HCO3-、可溶性SiO2、F-為主,K+、Mg2+次之,各離子含量基本無(wú)變化。根據(jù)淺部地溫場(chǎng)特征綜合分析,水化學(xué)場(chǎng)中的K+、Na+、Ca2+、Cl-、F-、SiO2的高值中心均大致與地溫場(chǎng)較高地帶有一定的吻合性,只是位置有所偏移,這可能是受地貌、巖性、淺部地下水運(yùn)動(dòng)等因素影響有關(guān)。最為明顯的是可溶性SiO2含量高值中心的分布與地溫場(chǎng)較高地帶吻合最好。說(shuō)明可溶性SiO2是本區(qū)異常的標(biāo)志性組分。其他水化學(xué)組分高值地帶均分布于斷裂交匯附近部位,這些特點(diǎn)表明深部存在著隱伏地?zé)岙惓^(qū),且與裂斷關(guān)系密切或受斷裂控制。
炮守營(yíng)溫泉區(qū)內(nèi)勘測(cè)井ZKB4-1、ZK12的水化學(xué)成分見(jiàn)表1,炮守營(yíng)溫泉區(qū)地下熱水水化學(xué)類型較簡(jiǎn)單,水化學(xué)類型是HCO3-Na和CO3-Na型,F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,H2SiO3的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,總硬度為10.67～11 mg/L,均位于溫泉出露點(diǎn)附近,沿構(gòu)造斷裂帶狀展布,且隨著溫度的升高,礦化度增高[4]。
綜合分析炮守營(yíng)溫泉區(qū)的冷水及熱水的水化學(xué)組分特征,可得出如下結(jié)論:在低山丘陵地區(qū),巖石被強(qiáng)烈沖刷,冷水經(jīng)常是弱礦化度重碳酸鹽型的,如HCO3-Ca·Na型。在丘間谷地等低地中,水的運(yùn)動(dòng)變慢,由高處帶來(lái)的鹽分在這里進(jìn)一步礦化,水的礦化度增高,出現(xiàn)硫酸鹽和氯化物改變水的化學(xué)類型,如SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型和SO4·Cl-Ca·Na型。而區(qū)內(nèi)地下熱水主要為HCO3-Na和CO3-Na 2種類型,結(jié)合前人工作資料及本次工作成果可知,熱儲(chǔ)層巖性均為燕山期花崗巖,大氣降水沿著基巖裂隙滲到地下補(bǔ)給地下熱水,補(bǔ)給形式以深循環(huán)為主,深循環(huán)過(guò)程中水中離子發(fā)生溶濾作用,而形成與冷水有較大差別的化學(xué)組分[5]。
1.6熱儲(chǔ)構(gòu)造特征
炮守營(yíng)溫泉區(qū)的熱田類型屬于中低溫對(duì)流II-2型熱田,地?zé)崽飿?gòu)造簡(jiǎn)單,區(qū)內(nèi)萬(wàn)寶—王家街北東向扭張斷裂集儲(chǔ)熱控?zé)嵊谝簧?衍生出一系列北東向次生構(gòu)造,切割深度達(dá)數(shù)公里,控制長(zhǎng)度1 670 m,是鴨綠江斷裂的組成部分。地溫場(chǎng)呈東西向展布,異常面積0.189 7 km2。深部熱儲(chǔ)在高溫高壓環(huán)境下達(dá)到了有利溶解的新熱動(dòng)力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,有新物質(zhì)融入水中,表現(xiàn)為F-、可溶性SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)明顯高于環(huán)境水,平面上此3項(xiàng)指標(biāo)的等值線越靠近熱儲(chǔ)軸線其值越高,形成與熱儲(chǔ)構(gòu)造走向完全一致的帶狀異常,可作為找熱水的示蹤元素[6]。
2 以3項(xiàng)指標(biāo)為示蹤元素找地?zé)崴?/h2>
a. 在工區(qū)不同區(qū)域圈定11個(gè)環(huán)境水取水點(diǎn),其中2個(gè)取水點(diǎn)為地表水,其余9個(gè)取水點(diǎn)為2～5 m民用敞口井或壓水井,采集11個(gè)水樣作為標(biāo)本進(jìn)行水質(zhì)分析,水化學(xué)分析結(jié)果如下:水樣中未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.0～1.42 mg/L,pH值為5.35～7.53,屬于弱酸-弱堿性水[7]。
b. 在工區(qū)相同區(qū)域另選6眼淺井,其中早年地質(zhì)勘查孔4眼,井深為45～75 m,另2眼為企業(yè)現(xiàn)用水井,井深38～50 m,取6個(gè)水樣進(jìn)行水質(zhì)分析,其中有1眼井深50 m的企業(yè)現(xiàn)用水井化學(xué)指標(biāo)與環(huán)境水指標(biāo)相同,不存在異常現(xiàn)象,其余5眼井F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,上述指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境水,具有明顯的區(qū)分特征[8]。
c. 將5眼異常井填圖到1∶10 000水文地質(zhì)圖上,連線圈定約0.3 km2區(qū)域,在該區(qū)域做物探勘查,發(fā)現(xiàn)F1熱儲(chǔ)構(gòu)造,該構(gòu)造由西南的炮守營(yíng)河沙溝-北東雙嶺子村,走向北東32o,傾向南東,推測(cè)長(zhǎng)度大于4.5 km,為本區(qū)儲(chǔ)熱、導(dǎo)熱構(gòu)造。該構(gòu)造裂隙發(fā)育,巖石蝕變現(xiàn)象明顯,表面常見(jiàn)鈣化和硅化,多見(jiàn)綠簾石化及綠泥石化現(xiàn)象,孔洞發(fā)育,是典型的分段熱儲(chǔ)構(gòu)造。2013年8月,遼寧省地質(zhì)第七大隊(duì)在此構(gòu)造南北成功施工ZK12號(hào)地?zé)峋?井深975 m,水量970 t/d(降深30 m),水溫60.2℃,是目前炮守營(yíng)開(kāi)發(fā)最成功的1眼地?zé)峋甗9]。
3 結(jié) 語(yǔ)
以F-、可溶性SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴?可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。這個(gè)方法,離不開(kāi)傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查、物探、試驗(yàn)探孔的輔助。以F-、可溶性SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴膶?shí)踐,目前僅在炮守營(yíng)溫泉區(qū)取得成功范例,有待于在其他溫泉區(qū)進(jìn)行實(shí)踐和推廣。
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DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.04.014
作者簡(jiǎn)介:宋文明(1979—),男,工程師,碩士,主要從事地?zé)崴芾硌芯俊-mail:34019837@qq.com
中圖分類號(hào)：P345
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1004-6933(2016)04-0084-04
(收稿日期：2015-09-23編輯：王芳)
Search for geothermal water according to tracer elements in Paoshouying hot spring area
SONG Wenming
(Dandong Municipal Water Affairs Bureau, Dandong 118000, China)
Abstract：Geothermal water in high-temperature and high-pressure environments slowly infiltrates and migrates through fissured rocks to achieve a new thermal and dynamical balance conducive to dissolution, resulting in wall rock alteration. In the surrounding rocks, new substances are dissolved in the water, which enables the chemical indicators of geothermal water to be different from those of the surrounding environmental water, as shown by the fact that the values of F, SiO2, and pH are much larger in geothermal water than in environmental water. We used the three indicators mentioned above as tracer elements to search for geothermal water in the Paoshouying hot spring area, in Dandong City. The results show that this method can explicitly define the boundaries of geothermal regions, narrow down the investigation targets, and reduce the original workload and capital investment.
Key words：Paoshouying hot spring area; geothermal water; tracer element; thermal reservoir structure
宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東 118000)
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依據(jù)示蹤元素尋找炮守營(yíng)溫泉區(qū)地?zé)崴?/p>
宋文明
(丹東市水務(wù)局,遼寧 丹東118000)
摘要：地?zé)崴诟邷馗邏旱沫h(huán)境下,在巖石的裂隙中緩慢地滲透、運(yùn)移,達(dá)到了有利溶解的新熱動(dòng)力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,圍巖中有新的物質(zhì)溶入水中,使地?zé)崴瘜W(xué)指標(biāo)與周圍環(huán)境水有明顯的區(qū)分特征,表現(xiàn)為F-、SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)明顯高于環(huán)境水。以上述3項(xiàng)指標(biāo)作為示蹤元素,在丹東市炮守營(yíng)溫泉區(qū)尋找地?zé)崴?結(jié)果顯示,該方法可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。
關(guān)鍵詞：炮守營(yíng)溫泉區(qū);地?zé)崴?示蹤元素;熱儲(chǔ)構(gòu)造
1 炮守營(yíng)溫泉區(qū)概況
1.1自然地理情況
炮守營(yíng)溫泉區(qū)位于丹東市元寶區(qū)金山鎮(zhèn)炮守營(yíng)村,坐標(biāo)40°12′N,124°16′E,處于東北亞經(jīng)濟(jì)圈的核心地帶,是黃海、渤海兩個(gè)經(jīng)濟(jì)圈的交匯點(diǎn)。距離丹東市中心18 km,距離朝鮮平壤市220 km,距離韓國(guó)仁川港453.74 km,距離丹東機(jī)場(chǎng)17 km,,沈丹高速、沈丹公路過(guò)境,海、陸、空立體交通網(wǎng)十分便利。
炮手營(yíng)溫泉區(qū)露于溝谷沖洪積形成的較為平坦的漫灘坡地上,兩側(cè)為低山丘陵夾著狹長(zhǎng)的谷地,上面覆蓋著第四系松散亞黏土耕地,區(qū)內(nèi)植被發(fā)育,喬灌叢生,多為自然林,以柞樹(shù)、松樹(shù)、楊樹(shù)等最為常見(jiàn)。溫泉水靜水位-3 m,水溫50～60℃,pH值9.7,屬于弱堿性水,可開(kāi)采量2 962 t/d,水化學(xué)類型HCO3-Na型,水中硫化物的含量較高,硫化氫氣味明顯,洗浴后皮膚膩滑順?biāo)?對(duì)擴(kuò)張血管、降低血脂,溶解角質(zhì)軟化皮膚,殺害寄生蟲(chóng)及脫敏等有明顯的療效,地?zé)崃黧w中氟、硅的含量達(dá)到醫(yī)療命名礦水濃度要求,可命名為氟、硅熱礦水[1]。
1.2水文氣象條件
炮守營(yíng)溫泉區(qū)是一個(gè)由兩側(cè)的低山丘陵夾著的狹長(zhǎng)谷地,有一條季節(jié)性河流流經(jīng),流量隨季節(jié)變化較大,枯水期為0.02 m3/s,豐水期為25 m3/s,匯入大沙河,后由沙河口注入鴨綠江,距鴨綠江口直線距離14 km。
炮守營(yíng)溫泉區(qū)地處溫帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候區(qū),因受黃海的影響,具有海洋性氣候的特點(diǎn),冬無(wú)嚴(yán)寒,夏無(wú)酷暑,四季分明。年平均氣溫8.9℃,凍土層深度0.8～1.1 m,無(wú)霜期140～170 d,年平均降雨量在800～1 200 mm之間,多集中在7、8月份。這里雨量充沛,氣候濕潤(rùn),水資源豐富,是我國(guó)北方降雨量最多的地方。
1.3地質(zhì)條件
1.3.1地層與巖性
區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系及印支期巖漿巖,其它地質(zhì)時(shí)代的地層均不存在,分布情況如下:
a. 第四系。炮守營(yíng)溫泉區(qū)第四系地層簡(jiǎn)單,主要為第四系堆積物,厚度1～10 m。成因類型有河谷坡洪積、丘間沼澤堆積、冰川堆積和殘坡積。巖性主要為亞砂土、亞黏土,余者為砂土或礫石。
b. 巖漿巖。巖漿巖廣泛分布于溫泉區(qū),為中-中酸性,其形成年代為印支、燕山2期。其中:①印支期似斑狀花崗巖。主要分布在北段溝谷的西側(cè)丘崗地帶,是熱水井孔內(nèi)見(jiàn)到的主要巖石,巖石礦物共生組合與區(qū)域類同,熱儲(chǔ)構(gòu)造部位的巖石裂面見(jiàn)綠泥石化、沸石化、黃鐵礦化等現(xiàn)象。沸石最典型,是熱儲(chǔ)構(gòu)造帶中的特征礦物。②印支期花崗閃長(zhǎng)巖。分布在溫泉區(qū)的北部和測(cè)區(qū)的西南部,巖石組合與區(qū)域差異不大,花崗閃長(zhǎng)巖與花崗巖相變明顯,但接觸關(guān)系不清,可能是重力分離作用造成巖性上的差別。③燕山黑云母花崗巖。分布在測(cè)區(qū)的外圍,是丁歧山侵入巖體相向南延伸部分。在測(cè)區(qū)內(nèi)呈小巖株?duì)畛霈F(xiàn),與印支期花崗巖侵入接觸關(guān)系。④脈巖。區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的脈巖有正長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、石英脈及沸石脈,其中閃長(zhǎng)玢巖最發(fā)育。
1.3.2地質(zhì)構(gòu)造
炮守營(yíng)溫泉區(qū)古老結(jié)晶基底廣泛出露,構(gòu)造形態(tài)以褶皺和斷裂構(gòu)造為主。斷裂構(gòu)造的主基調(diào)以北北東向走滑斷裂為主,其次也有北西向斷裂,與炮守營(yíng)溫泉區(qū)關(guān)系最密切的,對(duì)炮守營(yíng)溫泉區(qū)影響較大的斷裂構(gòu)造有:
b. 莊桓斷裂。該斷裂南起大連莊河市南西海域(海上延伸不詳),北東延伸經(jīng)丹東鳳城市、寬甸縣、灌水鎮(zhèn)、桓仁,地表聯(lián)系性較差,呈北東走向,出露長(zhǎng)大于275 km,其間多被第四系覆蓋。該斷裂發(fā)育在遼河群或印支期花崗巖中,受北北東向滑斷層的切割,蹤跡零亂。寬甸第四系玄武巖噴出與該構(gòu)造有關(guān),玄武巖中含有大量的橄欖石、輝石、石榴石等幔源物質(zhì)包體,表明斷裂切割地殼較深。
1.4水文地質(zhì)特征
1.4.1地下水類型
根據(jù)地下水賦存條件,區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水、花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和基巖構(gòu)造裂隙水。
a. 松散巖類孔隙潛水。分布于溝谷第四紀(jì)砂礫石層中,含水層厚1～3 m,潛水埋深2～3 m,水位年變幅2.0 m左右,滲透系數(shù)50～100 m/d,單井出水量200～300 m3/d,地下水受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。
b. 花崗巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。分布于區(qū)內(nèi)的丘崗地帶,花崗巖在內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用下,表層花崗巖普遍遭受不同程度的風(fēng)化,形成幾米至幾十米厚的風(fēng)化層,網(wǎng)狀裂隙發(fā)育。大氣降水滲入其中,形成網(wǎng)狀裂隙水,泉點(diǎn)稀少,泉流量一般小于0.3 m3/s,水位年變幅10 m左右,單井涌水量大于200 m3/d,平均地下徑流模數(shù)2.48 L/(s·km2)。
c. 基巖構(gòu)造裂隙水。區(qū)域上基巖構(gòu)造裂隙發(fā)育,大氣降水沿構(gòu)造裂隙滲入其中聚集形成構(gòu)造裂隙水,多形成線狀展布的上升泉群,泉流量一般0.5～1.0 m3/s。
地下熱水是另一種形式的構(gòu)造裂隙水,以其循環(huán)深度深才顯示出溫度和水化學(xué)方面的不同[2]。
1.4.2地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件
地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件,主要受地質(zhì)、地形地貌、水文地質(zhì)條件及氣象條件決定的。
丘陵山區(qū),地形坡度大,巖石裂隙發(fā)育,大氣降水滲入地下形成基巖裂隙水。地下水以泉的形式向谷中排泄、補(bǔ)給第四系松散巖類形成孔隙潛水。因此,基巖山區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)。
山前坡積及溝谷地帶、地下水即接受大氣降水的垂直補(bǔ)給,同時(shí)接納基巖山區(qū)、基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給。在重力水動(dòng)力條件下向下游更寬厚的松散層排泄,形成地下徑流。這里是地下水補(bǔ)給-徑流區(qū)。
沖積平原,地勢(shì)平坦開(kāi)闊,地下水接受大氣降水補(bǔ)給、上游的側(cè)向補(bǔ)給,以地下徑流向下游排泄。同時(shí)地下水又以人工開(kāi)采和地表蒸發(fā)的形式垂直排泄。因此,這里是地下水的補(bǔ)給-排泄區(qū)。
炮守營(yíng)溫泉區(qū)內(nèi)地下水以接受補(bǔ)給為主,以水平排泄為輔。區(qū)域地下水流向自北流向南[3]。
表1 勘測(cè)井ZKB4-1、ZK12水化學(xué)成分
1.5地?zé)崃黧w化學(xué)及動(dòng)態(tài)特征
1.5.1冷水常規(guī)化學(xué)組分特征
炮守營(yíng)溫泉區(qū)內(nèi)冷水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Na型、SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型、SO4·HCO3-Ca·Na型和SO4·Cl-Ca·Na型為主,pH值在5.35～8.53之間,屬弱酸-弱堿性水。
常規(guī)水化學(xué)組分中,K+、Na+的質(zhì)量濃度分別為0.25～18.92 mg/L、3.86～35.54 mg/L,調(diào)查顯示K+、Na+質(zhì)量濃度高值中心分布在炮守營(yíng)子溫泉區(qū)的南部。Cl-的質(zhì)量濃度為4.73～63.12 mg/L,高值中心位于溫泉區(qū)的南部,高值中心的值為63.12 mg/L。
1.5.2 冷水專項(xiàng)水化學(xué)組分特征
專項(xiàng)水化學(xué)組分為SiO2、F-2項(xiàng),它們的含量受地貌、地溫、斷裂構(gòu)造、地層巖性等多種因素控制。水文地質(zhì)調(diào)查及化驗(yàn)分析測(cè)試結(jié)果顯示,炮守營(yíng)溫泉區(qū)冷水未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.00～1.42 mg/L,高值中心在王家街一帶,高值中心的值為1.18～1.42 mg/L。
1.5.3地下熱水水化學(xué)組分特征
地下熱水中常規(guī)組分以Na+、HCO3-、可溶性SiO2、F-為主,K+、Mg2+次之,各離子含量基本無(wú)變化。根據(jù)淺部地溫場(chǎng)特征綜合分析,水化學(xué)場(chǎng)中的K+、Na+、Ca2+、Cl-、F-、SiO2的高值中心均大致與地溫場(chǎng)較高地帶有一定的吻合性,只是位置有所偏移,這可能是受地貌、巖性、淺部地下水運(yùn)動(dòng)等因素影響有關(guān)。最為明顯的是可溶性SiO2含量高值中心的分布與地溫場(chǎng)較高地帶吻合最好。說(shuō)明可溶性SiO2是本區(qū)異常的標(biāo)志性組分。其他水化學(xué)組分高值地帶均分布于斷裂交匯附近部位,這些特點(diǎn)表明深部存在著隱伏地?zé)岙惓^(qū),且與裂斷關(guān)系密切或受斷裂控制。
炮守營(yíng)溫泉區(qū)內(nèi)勘測(cè)井ZKB4-1、ZK12的水化學(xué)成分見(jiàn)表1,炮守營(yíng)溫泉區(qū)地下熱水水化學(xué)類型較簡(jiǎn)單,水化學(xué)類型是HCO3-Na和CO3-Na型,F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,H2SiO3的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,總硬度為10.67～11 mg/L,均位于溫泉出露點(diǎn)附近,沿構(gòu)造斷裂帶狀展布,且隨著溫度的升高,礦化度增高[4]。
綜合分析炮守營(yíng)溫泉區(qū)的冷水及熱水的水化學(xué)組分特征,可得出如下結(jié)論:在低山丘陵地區(qū),巖石被強(qiáng)烈沖刷,冷水經(jīng)常是弱礦化度重碳酸鹽型的,如HCO3-Ca·Na型。在丘間谷地等低地中,水的運(yùn)動(dòng)變慢,由高處帶來(lái)的鹽分在這里進(jìn)一步礦化,水的礦化度增高,出現(xiàn)硫酸鹽和氯化物改變水的化學(xué)類型,如SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·HCO3-Ca型和SO4·Cl-Ca·Na型。而區(qū)內(nèi)地下熱水主要為HCO3-Na和CO3-Na 2種類型,結(jié)合前人工作資料及本次工作成果可知,熱儲(chǔ)層巖性均為燕山期花崗巖,大氣降水沿著基巖裂隙滲到地下補(bǔ)給地下熱水,補(bǔ)給形式以深循環(huán)為主,深循環(huán)過(guò)程中水中離子發(fā)生溶濾作用,而形成與冷水有較大差別的化學(xué)組分[5]。
1.6熱儲(chǔ)構(gòu)造特征
炮守營(yíng)溫泉區(qū)的熱田類型屬于中低溫對(duì)流II-2型熱田,地?zé)崽飿?gòu)造簡(jiǎn)單,區(qū)內(nèi)萬(wàn)寶—王家街北東向扭張斷裂集儲(chǔ)熱控?zé)嵊谝簧?衍生出一系列北東向次生構(gòu)造,切割深度達(dá)數(shù)公里,控制長(zhǎng)度1 670 m,是鴨綠江斷裂的組成部分。地溫場(chǎng)呈東西向展布,異常面積0.189 7 km2。深部熱儲(chǔ)在高溫高壓環(huán)境下達(dá)到了有利溶解的新熱動(dòng)力平衡,致使圍巖發(fā)生蝕變,有新物質(zhì)融入水中,表現(xiàn)為F-、可溶性SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)明顯高于環(huán)境水,平面上此3項(xiàng)指標(biāo)的等值線越靠近熱儲(chǔ)軸線其值越高,形成與熱儲(chǔ)構(gòu)造走向完全一致的帶狀異常,可作為找熱水的示蹤元素[6]。
2 以3項(xiàng)指標(biāo)為示蹤元素找地?zé)崴?/h2>
a. 在工區(qū)不同區(qū)域圈定11個(gè)環(huán)境水取水點(diǎn),其中2個(gè)取水點(diǎn)為地表水,其余9個(gè)取水點(diǎn)為2～5 m民用敞口井或壓水井,采集11個(gè)水樣作為標(biāo)本進(jìn)行水質(zhì)分析,水化學(xué)分析結(jié)果如下:水樣中未發(fā)現(xiàn)F-,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為1.0～1.42 mg/L,pH值為5.35～7.53,屬于弱酸-弱堿性水[7]。
b. 在工區(qū)相同區(qū)域另選6眼淺井,其中早年地質(zhì)勘查孔4眼,井深為45～75 m,另2眼為企業(yè)現(xiàn)用水井,井深38～50 m,取6個(gè)水樣進(jìn)行水質(zhì)分析,其中有1眼井深50 m的企業(yè)現(xiàn)用水井化學(xué)指標(biāo)與環(huán)境水指標(biāo)相同,不存在異常現(xiàn)象,其余5眼井F-的質(zhì)量濃度為2.92～12.64 mg/L,可溶性SiO2的質(zhì)量濃度為84.47～92.55 mg/L,pH值為8.97～9.29,上述指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境水,具有明顯的區(qū)分特征[8]。
c. 將5眼異常井填圖到1∶10 000水文地質(zhì)圖上,連線圈定約0.3 km2區(qū)域,在該區(qū)域做物探勘查,發(fā)現(xiàn)F1熱儲(chǔ)構(gòu)造,該構(gòu)造由西南的炮守營(yíng)河沙溝-北東雙嶺子村,走向北東32o,傾向南東,推測(cè)長(zhǎng)度大于4.5 km,為本區(qū)儲(chǔ)熱、導(dǎo)熱構(gòu)造。該構(gòu)造裂隙發(fā)育,巖石蝕變現(xiàn)象明顯,表面常見(jiàn)鈣化和硅化,多見(jiàn)綠簾石化及綠泥石化現(xiàn)象,孔洞發(fā)育,是典型的分段熱儲(chǔ)構(gòu)造。2013年8月,遼寧省地質(zhì)第七大隊(duì)在此構(gòu)造南北成功施工ZK12號(hào)地?zé)峋?井深975 m,水量970 t/d(降深30 m),水溫60.2℃,是目前炮守營(yíng)開(kāi)發(fā)最成功的1眼地?zé)峋甗9]。
3 結(jié) 語(yǔ)
以F-、可溶性SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴?可明確界定地?zé)釁^(qū)域的范圍,縮小勘查目標(biāo),降低原有的工作量和資金投入。這個(gè)方法,離不開(kāi)傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查、物探、試驗(yàn)探孔的輔助。以F-、可溶性SiO2、pH值3項(xiàng)指標(biāo)為示蹤元素尋找地?zé)崴膶?shí)踐,目前僅在炮守營(yíng)溫泉區(qū)取得成功范例,有待于在其他溫泉區(qū)進(jìn)行實(shí)踐和推廣。
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DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.04.014
作者簡(jiǎn)介:宋文明(1979—),男,工程師,碩士,主要從事地?zé)崴芾硌芯俊-mail:34019837@qq.com
中圖分類號(hào)：P345
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1004-6933(2016)04-0084-04
(收稿日期：2015-09-23編輯：王芳)
Search for geothermal water according to tracer elements in Paoshouying hot spring area
SONG Wenming
(Dandong Municipal Water Affairs Bureau, Dandong 118000, China)
Abstract：Geothermal water in high-temperature and high-pressure environments slowly infiltrates and migrates through fissured rocks to achieve a new thermal and dynamical balance conducive to dissolution, resulting in wall rock alteration. In the surrounding rocks, new substances are dissolved in the water, which enables the chemical indicators of geothermal water to be different from those of the surrounding environmental water, as shown by the fact that the values of F, SiO2, and pH are much larger in geothermal water than in environmental water. We used the three indicators mentioned above as tracer elements to search for geothermal water in the Paoshouying hot spring area, in Dandong City. The results show that this method can explicitly define the boundaries of geothermal regions, narrow down the investigation targets, and reduce the original workload and capital investment.
Key words：Paoshouying hot spring area; geothermal water; tracer element; thermal reservoir structure
