南陽市碳酸鹽巖地熱流體同位素特征分析

2019-06-26 06:27:52龔曉凌

陜西水利 2019年5期

龔曉凌，葛雁

（河南省地質礦產勘查開發局第二地質環境調查院，河南鄭州 450003）

同位素具有化學穩定性高、不易被巖土吸附、不易生成沉淀化合物、檢測靈敏度高的特性。尤其氫氧同位素，它們本身就是水分子的組成部分，其組份的變化真正反映水的演化環境，是理想的示蹤劑。因此，同位素在近年來越來越多用于地下水的來源研究。

南陽市在控熱構造的作用下有豐富的地熱資源儲備，為系統研究南陽市地熱流體的徑流特征、熱儲溫度等特征，采用穩定同位素（D、18O）的組成變化判別地熱流體的來源及補給源，采用化學溫標計算循環深度，判斷熱儲溫度，藉此對南陽市地熱重點開采層位流體資源進行綜合研究。

1 地質背景概述

1.1 區域地質背景

南陽市位于河南省深大斷裂構造集中發育地區，斷裂主要展布方位為西北、西向，見圖1。根據南陽市地熱開發現狀，主要開采層位為古元古界秦嶺巖群（Pt1Q）雁嶺溝巖組碳酸鹽巖類熱儲，其呈西北—東南向夾持于朱夏斷裂與商丹斷裂之間，東界大致為南陽- 方城斷裂，平面形態上呈現北部開放東南收縮的簸箕狀，埋深受控熱斷裂及其次生支脈的控制，埋深從山前的數十米向南部緩傾，在斷裂影響帶附近陡傾，到南陽市區南部達到1400 m左右[1]。

圖1 南陽市地熱地質圖

1.2 古元古界碳酸鹽巖熱儲巖性特征

雁嶺溝組大理巖出露于南陽盆地以西及桐柏縣北部，以碳酸鹽夾鈣泥質碎屑巖沉積為主，巖性主要為各種大理巖夾少量斜長角閃巖及長英質片麻巖等。含鈣質巖石（大理巖、變粒巖等）的原巖為白云巖、泥灰巖和鈣質砂巖。根據西峽縣米坪子溝—千腳溝、內鄉縣蚌峪溝—西陽山溝實測剖面數據③雁嶺溝巖組大理巖占比在為86.47%～89.98%。下伏地層為秦嶺巖群郭莊巖組，兩者之間整合接觸。雁嶺溝巖組大理巖多發育兩到三組張裂隙，部分地段可見溶蝕現象。張裂隙貫通良好，充填物多為泥質，偶見硅質，裂隙寬度1 cm～25 cm 不等，具備較好的地下水儲存、運移條件，地下水回灌條件較好，具有作為良好供暖載體的條件[2]。

1.3 古元古界碳酸鹽巖熱儲分布特征

南陽市已有鉆孔沒有揭穿該層，最大揭露厚度345 m（體育中心地熱井），見表1。

表1 南陽市地熱井基本情況表

其厚度由西部山區向東部盆地漸薄，熱儲結構見圖2。

圖2 熱儲結構圖

2 地熱流體同位素特征

2.1 取樣分析情況

2016 年4 月在工作區進行了水樣采集，其同位素分析由中國科學院地理科學與資源研究所承擔。該研究所是中國最早的國家重點實驗室之一，致力于地球信息系統科學的基礎理論和方法研究。

2.2 同位素測試結果

南陽市及周邊不同熱儲層地熱流體的氫氧同位素測試數據見表2。

表2 南陽及周邊地區地熱水同位素測試數據一覽表

2.3 地熱流體來源分析

根據表2 數據繪制穩定同位素散點圖，見圖3。

圖3 南陽及周邊地區地熱流體穩定同位素散點圖

由圖3 知：①所有的溫泉、地熱井均位于大氣降水線下，說明補給來源均為大氣降水；②魯山五大溫泉表現出從上游到下游，逐漸偏離降水線，顯示其補給來源距離逐漸增大；③大理巖地熱水偏離降水線，分析認為是因為含氧巖石與熱水發生同位素交換反應，使地下水中的δ18O 增高所產生的氧漂移；④氘過量參數d 值越小說明地下水滯留時間越長，地下水封存條件好，還原作用、生物化學作用慢，地下水溫度高；同一地區，d 值小意味著地下水的補給量大；源于大氣降水的同一含水層中，從補給區到排泄區，d 值逐漸降低。即南陽市碳酸鹽巖地熱流體源自大氣降水，形成于封閉的高溫高壓環境[3]。