寧強縣胡家壩地區地熱資源特征分析

張 源

（中陜核工業集團公司，西安 710054）

地熱能是綠色低碳的可再生能源，儲量大、分布廣、清潔環保[1]。國家能源局等部門要求創新地熱能開發利用模式，積極培育地熱能市場，全面促進地熱資源調查評價與開發利用，以優化能源結構、改善環境質量、增加就業機會，助力精準扶貧[2-3]。中山核工業集團二一四大隊有限公司依據陜西省地熱資源開發利用規劃，對胡家壩地區地熱資源科學部署了調查工作，查明了地熱要素特征，建議了驗證井位。本文從調查結果特征、布設探采結合井位角度進行分析。

1 自然地理

胡家壩位于寧強縣城30°方位，調查區范圍東經106°25′15″～106°28′43″，北緯32°56′45″～32°59′22″，京昆高速公路、寧黃公路穿境而過，交通便利。

圖1 調查區地形地貌三維模型

區域地處秦嶺和大巴山兩大山系的交匯地帶，地形多呈“V”形構造。調查區境內東南高，西北低，中部有山隆起，有谷地、中低山等典型地貌類型[4]。屬暖溫帶山地濕潤季風氣候，降雨量充沛，年最高降水量達1812 mm。空氣濕潤，年平均氣溫13℃，極端低溫-10.3℃，極端高溫36.2℃[5]。區內主要河流玉帶河大致從西南流向東北，河道多彎曲。熱水潭出水口與河岸直距28 m。

2 區域地質背景

調查區位于寧強褶皺束（Ⅲ11），北以寬川鋪斷裂與陽平關褶皺束（Ⅱ62）分界，在龍門—大巴臺緣隆褶帶西部。陽平關—勉縣斷裂以北為中、上元古界碧口群，以南出露薊縣系、青白口系、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系及第四系等[6]。總體為一復向斜，核部為較新的志留系，兩翼為奧陶系、寒武系，呈線狀，走向60°～70°。次級褶皺發育[7]。北部少量出露綠色變玄武巖、灰紫色石英角斑巖。

3 地熱地質條件

3.1 地熱區邊界條件

表1 調查區主要巖性及儲熱層劃分

3.1.1 基底巖性

區域地熱熱源基底主要為元古界薊縣系火地埡群上兩組（Ptsh）及青白口系鐵船山組（Qnt），二者都屬元古界中酸性火山巖夾變基性火山沉積巖系。上兩組（Ptsh）為一套中元古界活動陸緣裂谷盆地環境碳酸鹽巖-碎屑巖-火山巖沉積建造，主要巖性為灰色千枚狀黑云石英片巖夾灰色黑云斜長變粒巖等，視電阻率值一般大于200 Ω·m；青白口系鐵船山組（Qnt）主要為爆發-溢流相火山碎屑-熔巖，為火山活動間歇期形成的變質細粒碎屑巖夾火山巖，在調查區北部有少量出露，巖性為綠色變玄武巖、灰紫色石英角斑巖，視電阻率值一般大于200Ω·m[8]。

3.1.2 控制構造

根據區域地質物探資料分析，F2汪家壩—黃家溝逆斷裂，上盤層次簡單，覆蓋層薄，下盤覆蓋層層次多、厚度大，斷距比較大，與次級斷裂—F2-1胡家壩斷層相交于相家山老溪溝處，有構造角礫巖、碎裂巖出露，斷層邊部燈影組白云巖比較破碎，為降水提供了補給下滲通道，共同控制調查區地熱北部邊界。

南側有走向多變的F3桃樹坪—馬家山斷裂，形成于燕山期，規模較大。在區域走從向北東轉至北東東，傾向北，傾角大、切割深，斷距大，斷裂以北為裂隙、溶洞發育的白云巖，為大氣降水下滲補給提供了較好的通道，它是調查區內地熱的南部邊界[9]。F4斷裂縱深大，形成深部熱能向上傳導、運輸通道，同時為玉帶河河水下滲補給通道。

區內玉帶河蜿蜒盤桓于F2、F3兩條斷裂之中。加之區域位于揚子準地臺北緣和秦嶺褶皺帶南緣兩大地質構造單元的交接部位，F2、F3兩條斷裂構造之間發育有多條次級斷裂，形成了錯綜復雜的構造格局，這些斷裂活動使巖層遭受切割、擠壓或拉張，發育了大量裂隙，形成了較大規模的破碎帶，增大了地下水運移、儲集空間，溝通深部熱源向上運移的通道[10]。

3.2 熱儲特征及其埋藏條件

區域熱儲主要是震旦系燈影組的白云巖。結構較完整，控熱斷裂、導熱斷裂、熱儲、熱蓋齊全，熱源供給主要為地層深處熱傳導，另外推測在控熱斷裂、導熱斷裂破碎帶存在對流熱傳導[11]。

燈影組：橫向上巖性基本穩定，但巖石厚度由西向東明顯變薄。燈影組上下段以微晶-細晶白云巖為主，夾極少量碎屑巖，屬海陸交互相-碳酸鹽臺地相沉積[12]。該地層巖性較穩定，主體為一套變質含石墨碳酸鹽巖、高鎂碳酸鹽巖夾少量碎屑巖建造。

3.3 熱蓋特征及其埋藏條件

調查區蓋層主要為寒武系、奧陶系、志留系結構致密的巖組，橫向巖性穩定，以顏色較深的含炭質泥頁巖、粉砂質泥巖和粉砂巖為主，厚度變化較大，20～1000 m，視電阻率值一般200Ω·m[13]。總厚度較大，它屬于隔水隔熱保溫層，保溫性能較好。

4 地熱水補徑排條件

4.1 補給

調查區內形成地下熱水補給源主要有三：一是來自震旦系、寒武系、奧陶系、志留系的裂隙水，水量較小；二是來自較充沛的大氣降水形成地表水及玉帶河豐富的水量，通過區內斷裂破碎帶向深部滲漏、運移，在地下一定深度被深部地溫熱量增溫形成地下熱水；三是震旦系灰白色白云巖、白云質灰巖內巖溶地下水，通過錯綜復雜的巖溶裂隙，溝通形成區域地熱的補給。

4.2 徑流

地下水徑流主要受地形地貌及地質條件控制，F3桃樹坪—馬家山斷裂以北，巖溶水和基巖裂隙水基本沿巖層和地層傾斜方向自南向北匯入河谷，接受玉帶河河道滲漏補給之后，同第四系沖洪積孔隙水相同，在區內，大致順地勢由西南流向東北，水力坡度較為平緩[14]。

4.3 排泄

依循地形，大致沿玉帶河沿岸溢出地表，在黃家灣和楊寺廟與許家壩交匯處自流成泉。

5 地熱溫度

由于區域熱水在其達到取樣點熱水潭時沒有沸騰，選用式（1）進行計算：

式中，t為熱儲溫度，℃；c1為熱水中溶解的H4SiO4形式的SiO2含量，mg/L。

計算可得，熱儲溫度為63.44℃。熱水潭恒溫28.5℃左右，以地熱溫度梯度3℃/100 m推算，根據物探解疑結果，推測鉆進1100 m處為熱儲層，溫度為62℃左右。算法選擇合適可行。

地熱水在向上運移過程中進入第四系松散層后，熱量通過空隙逸散，加之與溫度比較低的松散沉積物孔隙水混合，導致熱異常出露泉點溫度較低，如圖2所示。

圖2 地熱出露處熱水潭年平均溫度

6 地熱水化學特征

通過對熱水潭水樣采集分析，調查區地熱水呈弱堿性，pH值為7.44，為中性水；永久硬度為24.9 mg/L，總硬度為280 mg/L，屬中硬水（150 mg/L＜總硬度＜300 mg/L）；TDS為0.304 g/L，礦化度為460 mg/L，按礦化度的大小屬于淡水（礦化度＜1 g/L）；水成分陰離子以HCO3-為主，陽離子以Ca2+、Mg2+為主，水化學類型為HCO3---Ca2+·Mg2+型水；氡5.20 Bq/L，為無放射性水；菌總數660 CFU/mL。

對照理療熱礦水水質標準，水質有醫療價值的元素是重碳酸鈣、重碳酸鎂和偏硅酸，對應療效如下：重碳酸鈣主要可以鎮驚安神、清熱祛清祛痰、去濕明目、解毒生肌、通血活脈，同時對過敏性疾病、慢性皮膚病、蕁麻疹有很好的療效；重碳酸鎂對心血管和消化道有保健作用；偏硅酸主要用于補心血、安神鎮驚、降心火、清熱解煩、生肌厚腸胃，同時對心血管、骨骼有保健作用。

7 與附近相似類型溫泉對比分析

7.1 周邊地熱資源開發利用現狀

據初步調查，秦巴山區已發現熱礦泉有10處，其中水溫在30℃以上的有5處，水溫最高者達到59℃。熱礦泉流量在0.1 L/s的有8處，其中流量最大者達到35.5 L/s。此外，資料證明在熱礦泉附近施工的地熱勘探孔，單孔出水量要比就近溫泉流量大至少3倍。綜合分析表明，秦巴山區的熱礦泉都有擴大或者開采的前景。

7.2 周邊地熱資源開發利用現狀

距離工作區距離近的有郭家灣溫泉。郭家灣溫泉分布于勉縣溫泉鎮郭家灣村，地處漢江支流漾家河一級階地上，南側主要為震旦系硅質灰巖、泥灰巖和頁巖。山前發育有東西向的斷裂。溫泉出露處有北東向和近南北向的隱伏斷裂通過，溫泉沿三組斷裂交匯部位通過第四系砂礫層溢出地表。溫泉的儲熱含水層埋深于66.5～69.5 m的震旦系硅質灰巖、泥灰巖，溫泉水為巖溶裂隙水。其東側近南北走向的隱伏斷裂具有隔水、隔熱性質，是熱水的隔水邊界。郭家灣溫泉水溫43～45℃，自流量2.7 L/s。二氧化硅含量28～66 mg/L，熱礦水氟離子含量4 mg/L，礦化度0.46 g/L，pH值6.9～7.3，水化學類型為重碳酸、硫酸-鈣鎂型水。

通過與臨近的勉縣郭家灣溫泉地熱地質條件比較可知，調查區作為熱源層的火山巖類基底埋深比郭家灣溫泉深，不利于地熱向上運移。但地熱也具有較好的蓋層條件、地下水補給條件、導熱斷裂構造。

8 結論

調查區地熱資源為沉積盆地型低溫地熱類型，主要靠地層熱傳導增溫；主要接受震旦系白云巖、白云質灰巖巖溶裂隙水通過錯綜復雜的斷裂溝通補給。區域熱儲結構完整，控熱斷裂、導熱斷裂、熱儲、熱蓋齊全。但作為熱源層的火山巖類基底埋深較大，不太利于地熱向上運移。

調查區熱水資源流量、熱儲溫度、成井深度和水質等項綜合分析均適宜開采，其可用于理療、洗浴、灌溉、養殖等。如能成功開發利用地熱資源，就可以推動寧強胡家壩當地旅游開發事業和社會經濟發展。調查區沒有地熱成井先例借鑒，加之區域內缺乏地質勘查工作中的揭露工程，開發地熱資源具有很大的探索性。開發利用之前，應先進行更加詳實的可行性勘查工作，計算地熱流體可開采量，確定合理開采的井孔布設依據及明確的設計參數。